在晶片上沉积金属层的方法与流程

本发明涉及半导体制作工艺技术领域，特别是涉及一种在晶片上沉积金属层的方法。

背景技术：

磁控溅射是将金属沉积到半导体芯片上以在集成电路中形成电连接和其他结构的主要方法。靶材由待沉积的金属组成，并且等离子体中的离子以足够的能量被吸引到靶上，使得靶原子从靶材上溅出，即溅射。溅射的原子通常弹道地朝向待溅射涂覆的芯片行进，并且金属原子以金属形式沉积在芯片上。或者，金属原子与等离子体中的另一种气体(例如氮)反应，以在芯片上反应性地沉积金属化合物。

直流(dc)磁控溅射是最常用的溅射商业形式。金属靶材通常被偏置到负直流偏压，以将氩工作气体的正离子吸引到靶材上以溅射出金属原子。通常，溅射反应器的侧面覆盖有屏蔽以保护室壁免于溅射沉积。屏蔽通常是电接地的，因此提供与目标阴极相对的阳极，以将目标直流功率电容性地耦合到腔室及其等离子体中。

在靶材的后面设置有至少一对相对的磁极的磁控管，以产生接近并平行于靶的前面的磁场。磁场捕获电子，使等离子体中的电荷中性，额外的氩离子被吸引到与磁控管相邻的区域中以在那里形成高密度等离子体，藉此，使溅射速率增加。

镍是铁磁性材料。因此，由磁控管产生的磁场至少部分地通过镍靶分流，并且不会有助于形成高密度等离子体区域。由于磁控管下方的磁通量减小，导致等离子体密度的降低不是镍溅射的主要问题。然而，当采用铁磁靶材时要点燃等离子体确实存在问题，而目前业界对于这样的点燃等离子体问题尚无有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明提供了一种改良的半导体制作工艺方法，可以有效解决当采用铁磁靶材时不易点燃等离子体的问题。

根据本发明实施例，首先，提供一物理气相沉积(pvd)腔室，其中具有用于固定一待处理晶片的晶片座、位于所述晶片座上方的靶材、位于所述靶材的背面的磁体，以及用于提供一直流电压给所述靶材的直流电源供应，其中所述靶材是具有铁磁性的金属或金属合金。接着，对所述pvd腔室执行一粘贴配方，包括：将工作气体通入所述pvd腔室；分阶段点燃所述工作气体。接着，将所述待处理晶片载入所述pvd腔室内并将所述待处理晶片放置于所述晶片座上。随后，执行一沉积配方，使从所述靶材溅射出的金属沉积至所述待处理晶片的表面。

根据本发明实施例，其中所述分阶段点燃所述工作气体，包括在第一时间段施加第一直流功率并在第二时间段施加第二直流功率，其中所述第二直流功率大于所述第一直流功率，其中所述第一直流功率和所述第二直流功率均小于500w。

根据本发明实施例，其中所述靶材包含镍、钴或其合金。

根据本发明实施例，其中所述靶材包含镍铂合金。

根据本发明实施例，其中所述靶材包含铂含量介于0至10wt.％的镍铂合金。

根据本发明实施例，其中所述工作气体包含氩。

根据本发明实施例，其中是在60秒内以15sccm至60sccm的流量将所述工作气体通入所述pvd腔室。

根据本发明实施例，其中所述第一直流功率约为100w，且所述第一时间段小于或等于60秒。

根据本发明实施例，其中所述第二直流功率约为200w，且所述第二时间段小于或等于10秒。

根据本发明实施例，其中所述分阶段点燃所述工作气体另包含在第三时间段施加第三直流功率，其中所述第三直流功率大于所述第二直流功率。

根据本发明实施例，其中所述第三直流功率约为300w，且所述第三时间段小于或等于10秒。

根据本发明实施例，其中所述分阶段点燃所述工作气体另包含在第四时间段施加第四直流功率，其中所述第四直流功率大于所述第三直流功率。

根据本发明实施例，其中所述第四直流功率约为500w，且所述第四时间段小于或等于10秒。

根据本发明实施例，其中所述分阶段点燃所述工作气体另包含在第五时间段施加第五直流功率，其中所述第五直流功率大于所述第四直流功率。

根据本发明实施例，其中所述第五直流功率约为700w，且所述第五时间段小于或等于10秒。

根据本发明实施例，其中所述分阶段点燃所述工作气体另包含在第六时间段施加第六直流功率，其中所述第六直流功率大于所述第五直流功率。

根据本发明实施例，其中所述第六直流功率约为1000w，且所述第六时间段小于或等于60秒。

根据本发明实施例，其中当对所述pvd腔室执行所述粘贴配方时，所述直流电压不会超过1000v。

根据本发明实施例，其中当对所述pvd腔室执行所述粘贴配方时，所述靶材的温度达到居里温度。

根据本发明实施例，其中所述沉积配方包含以下步骤：将所述工作气体通入所述pvd腔室；维持一腔室压力在小于5mtorr以下；以及通过施加约2000w的直流功率在约3秒的最大时间段内点燃所述工作气体。

根据本发明实施例，其中所述第一直流功率约为100w，所述第一时间段约为30秒，所述第二直流功率约为110w，所述第一时间段约为30秒。

为让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举优选实施方式，并配合所附的附图，作详细说明如下。然而如下的优选实施方式与附图仅供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。

附图说明

图1为本发明实施例所绘示的物理气相沉积设备示意图；

图2为本发明实施例所绘示的方法流程图；

图3为本发明一实施例所绘示的粘贴配方表格的示意图；

图4为本发明另一实施例所绘示的粘贴配方表格的示意图；

图5为图3的粘贴配方的直流功率对时间的作图；

图6为图3的粘贴配方的直流电压对时间的作图。

主要元件符号说明

1物理气相沉积(pvd)设备

2方法

100待处理晶片

102晶片座

110靶材

120磁体

122固定件

125马达

126水冷装置

130直流电源供应

134气体供应管路

135控制阀

136工作气体

140阻挡壁

150升降机构

160卡钳环

180等离子体

201～205步骤

具体实施方式

在下文中，将参照附图说明细节，该些附图中的内容也构成说明书细节描述的一部分，并且以可实行该实施例的特例描述方式来绘示。下文实施例已描述足够的细节使该领域的一般技术人士得以具以实施。

当然，也可采行其他的实施例，或是在不悖离文中所述实施例的前提下作出任何结构性、逻辑性、及电性上的改变。因此，下文的细节描述不应被视为是限制，反之，其中所包含的实施例将由随附的权利要求来加以界定。

请参阅图1，其为依据本发明实施例所绘示的物理气相沉积(pvd)设备示意图。如图1所示，所述pvd设备1可以包含一pvd腔室10，其中具有用于固定一待处理晶片100的晶片座102、位于所述晶片座102上方的靶材110、位于所述靶材110的背面的磁体120，以及用于提供一直流电压给所述靶材110的直流电源供应130。

根据本发明实施例，例如，所述靶材110是具有铁磁性的金属或金属合金。根据本发明实施例，例如，所述靶材110可以包含镍、钴或其合金。根据本发明实施例，例如，所述靶材110包含镍铂合金。根据本发明实施例，例如，所述靶材110包含铂含量介于0至10wt.％的镍铂合金。

根据本发明实施例，所述磁体120可以固定在一固定件122上，且所述固定件122可以通过一马达125带动而水平地旋转。此外，根据本发明实施例，所述pvd设备1可以另包含一水冷装置126，用来冷却所述靶材110和所述磁体120。

根据本发明实施例，在所述pvd腔室10内可以设置阻挡壁140。当所述晶片座102通过升降机构150升起至一预定位置时，使卡钳环160固定住所述待处理晶片100的边缘，此时在所述靶材110、所述阻挡壁140和所述待处理晶片100的表面之间构成一等离子体产生空间，而等离子体180即可产生在此等离子体产生空间中。

此外，所述pvd设备1可以另包含一气体供应管路134，通过控制阀135控制所需工作气体进入所述pvd腔室10内。虽然图中未显示，但是所属技术领域的技术人员应理解所述pvd设备1可以另包含其他组件或零件，例如，低温泵(cryogenicpump)、准直仪(collimater)等等。当然，本发明也可适用于其他种类的dc磁控溅射机台。

请参阅图2，其为依据本发明实施例所绘示的方法流程图。如图2所示，方法2首先执行步骤201，将一挡板(shutterdisk)(图未示)移到图1中的pvd腔室10的晶片座102上方，接着执行步骤202，对所述pvd腔室10执行一粘贴配方(pasterecipe)，包括：将一工作气体136通入所述pvd腔室10，接着，分阶段点燃所述工作气体136。

根据本发明实施例，其中所述工作气体包含氩。根据本发明实施例，例如，是在60秒内以15sccm至60sccm的流量将所述工作气体136通入所述pvd腔室10。

根据本发明实施例，其中所述分阶段点燃所述工作气体136，包括在第一时间段施加第一直流功率并在第二时间段施加第二直流功率，其中所述第二直流功率大于所述第一直流功率，其中所述第一直流功率和所述第二直流功率均小于500w。

根据本发明实施例，例如，所述第一直流功率约为100w，且所述第一时间段小于或等于60秒。根据本发明实施例，例如，所述第二直流功率约为200w，且所述第二时间段小于或等于10秒。

根据本发明实施例，所述分阶段点燃所述工作气体136另包含在第三时间段施加第三直流功率，其中所述第三直流功率大于所述第二直流功率。

根据本发明实施例，所述分阶段点燃所述工作气体136另包含在第四时间段施加第四直流功率，其中所述第四直流功率大于所述第三直流功率。

根据本发明实施例，所述分阶段点燃所述工作气体136另包含在第五时间段施加第五直流功率，其中所述第五直流功率大于所述第四直流功率。

根据本发明实施例，所述分阶段点燃所述工作气体136另包含在第六时间段施加第六直流功率，其中所述第六直流功率大于所述第五直流功率。

根据本发明实施例，其中当对所述pvd腔室执行所述粘贴配方时，所述直流电压不会超过1000v，如此可以避免直流电源供应130的关机或出现异常信号。根据本发明实施例，其中当对所述pvd腔室执行所述粘贴配方时，所述靶材110的温度达到居里温度，如此使得所述靶材110的铁磁性不那么明显，而较容易将等离子体点燃。

请参阅图3，其为依据本发明一实施例所绘示的粘贴配方表格。如图3及图1所示，依据本发明一实施例，所述粘贴配方包括：将工作气体136通入所述pvd腔室10，接着，在所述pvd腔室10中分阶段点燃所述工作气体136。在图3中，首先将工作气体136以15sccm流量通入所述pvd腔室10(s1)，时间约60秒。接着，分阶段点燃所述工作气体136，例如，包含6个阶段s2～s7，其中，在s2阶段，供应直流功率100w，持续约60秒，在s3阶段，供应直流功率200w，持续约10秒，在s4阶段，供应直流功率300w，持续约10秒，在s5阶段，供应直流功率500w，持续约10秒，在s6阶段，供应直流功率700w，持续约10秒，在s7阶段，供应直流功率1000w，持续约60秒。

在完成上述粘贴配方之后，接着，执行步骤203，将所述挡板移离所述pvd腔室10的晶片座102上方。经过上述暖机动作后，然后，执行步骤204，将所述待处理晶片100载入所述pvd腔室10内并将所述待处理晶片100放置于所述晶片座102上。随后，执行一沉积配方，使从所述靶材110溅射出的金属沉积至所述待处理晶片100的表面。

根据本发明实施例，其中所述沉积配方包含以下步骤：将所述工作气体136通入所述pvd腔室10；维持一腔室压力在小于5mtorr以下；以及通过施加约2000w的直流功率在约3秒的最大时间段内点燃所述工作气体136。

依据本发明其它实施例，图2中例示说明的挡板，也可以是以一测试晶片来取代。差别在于，测试晶片需由外部载入pvd腔室10内，故执行步骤203要移出pvd腔室10，而挡板是原本就位于pvd腔室10内部，不需由外部载入。

请参阅图4至图6，其中图4为依据本发明另一实施例所绘示的粘贴配方表格，图5为依据图4的粘贴配方的直流功率对时间的作图，图6为依据图4的粘贴配方的直流电压对时间的作图。

如图4及图1所示，依据本发明另一实施例，所述粘贴配方包括：将工作气体136通入所述pvd腔室10，接着，分阶段点燃所述工作气体136。在图4中，先将工作气体136通入所述pvd腔室10(s1)，接着，在所述pvd腔室10中分阶段点燃所述工作气体136，例如，包含9个阶段s2～s10，其中，在s2阶段，供应直流功率100w，持续约30秒，在s3阶段，供应直流功率110w，持续约30秒，在s4阶段，供应直流功率120w，持续约30秒，在s5阶段，供应直流功率150w，持续约10秒，在s6阶段，供应直流功率200w，持续约10秒，在s7阶段，供应直流功率300w，持续约10秒，在s8阶段，供应直流功率500w，持续约10秒，在s9阶段，供应直流功率700w，持续约10秒，在s10阶段，供应直流功率1000w，持续约60秒。

配合图5和图6可看出，在所述粘贴配方的前段，包括s2～s4的直流功率较低，功率增加较小，而各阶段持续时间较长(30秒)，在所述粘贴配方的中段，包括s5～s9，功率逐渐加大，而各阶段持续时间缩短(10秒)，而到了所述粘贴配方的后段，也就是s10，直流功率才加大至1000千瓦小时(kwh)，而时间增加至60秒。从图6可看出，执行所述粘贴配方的过程中，直流电压不会超过1000v。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，都应属本发明的涵盖范围。

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