[發(fā)明專利]一種高純度金屬薄膜的制備方法及制備裝置和半導(dǎo)體芯片

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• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112501586A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭可升;胡瑯;衛(wèi)紅;胡強(qiáng);徐平;張翅騰飛;姚龍;方威
• 申請（專利權(quán)）人: 季華實(shí)驗(yàn)室
• 主分類號: C23C16/448
• 分類號: C23C16/448;C23C16/505;C23C16/511;C23C16/08;H01L29/45
• 代理公司: 佛山市海融科創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44377
• 代理人: 陳志超;羅尹清

本發(fā)明公開一種高純度金屬薄膜的制備方法及制備裝置和半導(dǎo)體芯片，其中，包括以下步驟：將金屬顆粒或粉狀物置于真空室內(nèi)；通入高純鹵族氣體與金屬顆粒或粉狀物在常溫下進(jìn)行反應(yīng)；對反應(yīng)得到的鹵化金屬氣體進(jìn)行吸附過濾；利用鹵化金屬氣體與雜質(zhì)的沸點(diǎn)差別進(jìn)行精餾提純；將提純后的鹵化金屬氣體與高純氫氣分別通入等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積鍍膜設(shè)備腔室內(nèi)，在半導(dǎo)體襯底上沉積金屬薄膜。本發(fā)明方法過程簡單，成本低，對原材料的純度要求低，獲得原材料容易，同時可有效提高難熔金屬薄膜的純度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬薄膜制備工藝領(lǐng)域，主要涉及一種高純度金屬薄膜的制備方法及制備裝置和半導(dǎo)體芯片。

背景技術(shù)

難熔金屬通常指的是鎢W、鉭Ta、鉬Mo、鈮Nb、鋯Zr、鈦Ti等金屬，此類金屬材料因其具備高電子遷移抗力、高電子發(fā)射系數(shù)、熔點(diǎn)高、低熱膨脹系數(shù)、性質(zhì)穩(wěn)定、抗腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而廣泛應(yīng)用于電子、電力、強(qiáng)輻射、高溫等領(lǐng)域；尤其在半導(dǎo)體芯片制造中，各個功能層上制備的納米級的W、Ta、Mo、Nb、Zr、Ti等薄膜是半導(dǎo)體工藝中所必須的薄膜組成，用以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體芯片的物理功能；也可應(yīng)用于大規(guī)模集成電路的門電路電極、布線、屏蔽金屬膜等。

對于半導(dǎo)體微納制造，難熔金屬薄膜的質(zhì)量直接影響到半導(dǎo)體芯片的性能，而難熔金屬薄膜的質(zhì)量則由原料純度及制備工藝所決定；半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路對難熔金屬薄膜的純度要求為5N，也就是含量不低于99.999%。目前常規(guī)的制備半導(dǎo)體高純難熔金屬薄膜的方法是首先獲得高純難熔金屬靶材，然后通過物理氣相沉積（PVD）、化學(xué)氣相沉積（CVD）方法在半導(dǎo)體晶圓上沉積難熔金屬薄膜。第一步制造難熔金屬靶材過程中，首先對靶材原料進(jìn)行提純，會將靶材原料進(jìn)行鹵化處理，形成鹵化難熔金屬氣體，通過對鹵化金屬氣體進(jìn)行凈化提純，得到較純的原料氣體，再通過還原反應(yīng)沉積為塊狀金屬靶材。第二步制備半導(dǎo)體難熔金屬薄膜過程中，將高純靶材塊體放置于鍍膜室內(nèi)，進(jìn)行PVD或CVD的鍍膜。

綜上，制備高純難熔金屬薄膜的純度取決于靶材的純度，而高純靶材的制備則過程繁瑣昂貴且后續(xù)的存儲和鍍膜工藝中純度易降低。因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高純度金屬薄膜的制備方法及制備裝置和半導(dǎo)體芯片，旨在解決現(xiàn)有高純難熔金屬薄膜的制備過程繁瑣的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種高純度金屬薄膜的制備方法，其中，包括以下步驟：

（1）將金屬顆粒或粉狀物置于真空室內(nèi)，抽真空到真空度為10^-6mbar或以上；

（2）通入高純鹵族氣體與金屬顆粒或粉狀物在常溫下進(jìn)行反應(yīng)，得到鹵化金屬氣體；

（3）采用混合金屬氟化物或活性氧化鋁作為吸附劑，對反應(yīng)得到的鹵化金屬氣體進(jìn)行吸附過濾；

（4）利用鹵化金屬氣體與雜質(zhì)的沸點(diǎn)差別進(jìn)行精餾提純，直至雜質(zhì)氣體含量低于5ppmv；

（5）將半導(dǎo)體襯底置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積鍍膜設(shè)備腔室內(nèi)，抽真空到10^-6mbar以上；

（6）將提純后的鹵化金屬氣體與高純氫氣分別通入等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積鍍膜設(shè)備腔室內(nèi)，在半導(dǎo)體襯底上沉積金屬薄膜。

所述的高純度金屬薄膜的制備方法，其中，步驟（1）中，金屬顆粒或粉狀物的粒徑小于6mm。

所述的高純度金屬薄膜的制備方法，其中，步驟（2）中，反應(yīng)過程控制在1-2小時內(nèi)。

所述的高純度金屬薄膜的制備方法，其中，步驟（3）中，吸附劑的顆粒直徑低于5mm，氣體流量控制在30-100sccm。

所述的高純度金屬薄膜的制備方法，其中，步驟（4）中，精餾過程為1.5-3.5小時；精餾過程中所采用的精餾塔高度為800-2000mm，直徑為30-100mm。