專利名稱：金屬層淀積方法
技術領域：
本發明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種金屬層淀積方法。
背景技術：
在集成電路制造中，對于很多需要承受高壓或大電流的器件，需要橫截面積較大的金屬連線，因此需要在金屬層淀積制程中淀積較厚的金屬層。但現有的淀積工藝中，如果直接淀積較厚的金屬層往往存在較大的技術問題。以金屬層是鋁為例，高壓或大電流的器件的鋁層的厚度要求一般會超過2 埃，要淀積如此厚度的鋁層，需要進行長時間的濺射淀積，在淀積過程中，由于氬離子對靶材的轟擊而產生的能量會隨著離子到達硅片表面，導致淀積腔的溫度過高，使硅片的溫度升高，造成鋁的異常生長，產生過大的鋁晶粒。過高溫度會造成在鋁晶粒的邊界產生應力釋放，形成鋁的柱狀突起結構，導致隨后的鋁層光刻制程中，光刻膠會滲入鋁層中，造成鋁層的部分氧化，形成氧化膜，在光刻時形成掩膜，這樣就會導致在鋁刻蝕制程中，出現柱狀突起缺陷(Crown defect)，導致后續制程中會出現金屬布線短路，嚴重影響產品的良品率和可靠性。為此，現有技術中采用如下技術方案解決頂點缺陷的問題將金屬層淀積步驟由一個淀積腔中進行改為由兩個淀積腔中分別進行，在每個淀積腔的淀積制程中，淀積厚度為要求厚度一半厚度的金屬層，在第一次淀積結束后，將半導體晶片傳出淀積腔，并傳入另一個淀積腔進行再次淀積要求厚度的一半厚度的金屬層。每個淀積腔在金屬層淀積步驟結束后，需要進行氬的空轉凈化(idle purge)以實現對該淀積腔進行降溫。然而現有的技術方案中存在以下缺陷淀積過程中需要兩個淀積腔，因此如果其中的一個淀積腔出現故障，就會導致整個流程無法進行，影響生產效率。
發明內容
為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種金屬層淀積方法，在減少柱狀突起缺陷的同時，實現在一個淀積腔中完成全部淀積步驟，提高生產效率。為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案—種金屬層淀積方法，在將半導體晶片放入淀積腔中的淀積初始位置之后，包括在半導體晶片上淀積部分厚度的金屬層；暫停淀積操作，將半導體晶片移動到與加熱器不直接接觸的位置冷卻，并保持設定的時長；將半導體晶片移動到初始位置并再次淀積部分厚度的金屬層；重復執行上述冷卻和淀積過程，直至形成要求厚度的金屬層。優選的，所述部分厚度為金屬層淀積要求厚度的一半。優選的，所述金屬層為鋁層。
優選的，所述設定的時長為不超過45秒。優選的，所述將半導體晶片移動到離開加熱器的位置，具體為通過加熱器中設置的起升頂桿將所述半導體晶片從加熱器向上升起到預設位置， 使半導體晶片與加熱器不直接接觸。本發明還提供的金屬層淀積方法，在將半導體晶片放入淀積腔中的淀積初始位置之后，包括在半導體晶片上淀積要求厚度的一半厚度的金屬層；暫停淀積操作，將半導體晶片移動到與加熱器不直接接觸的位置，并保持設定的時長；將半導體晶片移動到初始位置并再次淀積要求厚度的一半厚度的金屬層。本發明實施例所提供的技術方案，將金屬層的淀積過程分為多個淀積步驟在一個淀積腔中進行，在每步淀積結束之后，將半導體晶片移動到與加熱器不直接接觸的位置，從而使高溫的加熱器暫停向半導體晶片傳遞熱量，實現降低半導體晶片溫度的作用，以減少柱狀突起缺陷，同時，該方案，與現有技術相比，將由兩個淀積腔完成改進為由一個淀積腔完成，能夠減少故障的發生，提高生產效率。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發明提供的半導體晶片與加熱器的淀積初始位置圖；圖2為本發明實施例提供的金屬層淀積方法流程示意圖；圖3為本發明實施例提供的半導體晶片與加熱器不直接接觸的位置示意圖；圖如為本發明實施例提供的淀積有要求厚度一半的金屬層的半導體晶片示意圖；圖4b為本發明實施例提供的兩次淀積步驟之后的金屬層和半導體晶片示意圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。正如背景技術中所述，現有的金屬層淀積工藝中，如果要淀積較厚的金屬層，并減少柱狀突起缺陷，則在淀積過程中需要兩個淀積腔，在每個淀積腔的淀積制程中，淀積厚度為要求厚度一半厚度的金屬層，在第一次淀積結束后，將半導體晶片傳出淀積腔，并傳入另一個淀積腔進行再次淀積要求厚度的一半厚度的金屬層。因此如果其中的一個淀積腔出現故障，就會導致整個流程無法進行，影響生產效率。如圖1所示，為常用的淀積腔的中部分結構的示意圖，其中，半導體晶片102與加熱器101處于淀積過程中的初始位置。在金屬層淀積過程中，通過加熱臺上設置的靜電卡盤模塊(圖中未示出)產生靜電引力，將半導體晶片102固定在加熱器101上；加熱器101 用于產生加熱作用使半導體晶片102保持在一個穩定的溫度狀態。通過發明人的研究發現在金屬層淀積過程中，加熱臺會產生熱量并對半導體晶片起到加熱作用，提高半導體晶片的溫度，增加了柱狀突起缺陷的生成。為此，本發明具體實施例提供了一種金屬層淀積方法，具體包括在半導體晶片上淀積部分厚度的金屬層；暫停淀積操作，將半導體晶片移動到與加熱器不直接接觸的位置， 并保持設定的時長；將半導體晶片移動到初始位置并再次淀積部分厚度的金屬層；重復上述過程，直至形成要求厚度的金屬層。以上是本申請的核心思想，下面結合附圖詳細說明本發明提供的金屬層淀積方法的具體實施例。實施例一如圖2所示，為本實施例提供的金屬層淀積方法的流程示意圖，該方法具體包括以下步驟步驟S201，將半導體晶片放入淀積腔中的淀積初始位置；本步驟中，可以通過傳送裝置將半導體晶片移動到淀積腔中，并放置在加熱器上方的預設位置，加熱器上設置的靜電卡盤通過靜電引力固定半導體晶片，此時半導體晶片即位于淀積初始位置。步驟S202，在半導體晶片上淀積部分厚度的金屬層；本步驟中，通過濺射淀積法在半導體晶片淀積金屬層。具體的，在高真空腔中產生正氬離子，并向具有負電勢的靶材料加速，在加速過程中，離子獲得動能，并轟擊靶。離子通過物理過程從靶上撞擊出濺射原子， 靶具有需要淀積的金屬層材料。被撞擊出的濺射原子遷徙到半導體晶片表面，凝聚并形成其中，本實施例中，所述金屬層可以為鋁層(通常為摻雜有少量銅的鋁銅合金)， 也可以為其它可能因高溫產生缺陷的金屬層。步驟S203，暫停淀積操作，將半導體晶片移動到與加熱器不直接接觸的位置冷卻， 并保持設定的時長；由于在厚金屬層淀積過程中，加熱器的溫度一般較高(約300°C )，因此加熱器會對半導體晶片起到加熱作用，提高半導體晶片的溫度，增加了柱狀突起缺陷的生成。因此， 本發明實施例中，將淀積分為多步進行，在一次淀積之后，暫停淀積過程，此時將半導體晶片移動到與加熱器不直接接觸的位置，這樣可以達到為半導體晶片降溫的目的，減少柱狀突起缺陷。如圖3所示，為本實施例提供的將半導體晶片102移動到與加熱器101不直接接觸的位置的狀態示意圖。本實施例具體的可以通過加熱器中設置的起升頂桿(lift pin) 103將所述半導體晶片從加熱器表面上升到預設位置，使半導體晶片與加熱器不直接接觸，并保持在該預設位置一段時間，實現為半導體晶片降溫。具體的，可以使半導體晶片保持在預設位置的時間為不小于45秒，當然，在實際生產中，可以根據需要調整半導體晶片與加熱器不直接接觸狀態的保持時間。
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步驟S204，將半導體晶片移動到初始位置并再次淀積部分厚度的金屬層；在半導體晶片與加熱器不直接接觸狀態保持一段時間后，半導體晶片的溫度下降，此時再將半導體晶片移動到淀積的初始位置，并繼續淀積操作。如果步驟S204后即可得到要求厚度的金屬層，則結束淀積操作，否則返回并重復執行上述步驟S203和步驟S204，直至形成要求厚度的金屬層。本發明實施例提供的方法， 可以將淀積制程分為2個淀積步驟或更多個淀積步驟。以將淀積制程分為2個淀積步驟為例，本實施例提供的金屬層淀積方法，在將半導體晶片放入淀積腔中的淀積初始位置之后，包括在半導體晶片上淀積要求厚度的一半厚度的金屬層；暫停淀積操作，將半導體晶片移動到與加熱器不直接接觸的位置，并保持設定的時長；將半導體晶片移動到初始位置并再次淀積要求厚度的一半厚度的金屬層。如圖如所示，為半導體晶片第一次淀積后形成的結構示意圖，其中401為半導體晶片，402a為第一次淀積形成的所要求厚度一半厚度的金屬層，如圖4b所示，為半導體晶片第二次后淀積形成的結構示意圖，其中401為半導體晶片，402a為第一次淀積形成的所要求厚度一半厚度的金屬層，402b為第二次淀積形成的所要求厚度一半厚度的金屬層，金屬層40 和402b最終構成的所需的金屬層厚度。以最終所需金屬層的厚度為2 埃為例，可以將淀積制程分為2個淀積步驟，在第一淀積步驟中，淀積厚度為12.漲埃的金屬層，之后暫停淀積，并將半導體晶片移動到與加熱器不直接接觸的位置并保持45秒，待半導體晶片的溫度降低后，在將半導體晶片移動到淀積初始位置，并再次淀積12.漲埃的金屬層。通過兩次淀積，最終得到厚度為2 埃的金屬層，并能夠降低柱狀突起缺陷的發生。當然，在實際的應用中，可以將淀積制程分為3個或更多的淀積步驟，以最終所需金屬層的厚度為30K埃為例，可以將淀積制程分為3個淀積步驟，每個淀積步驟中淀積厚度為IOK埃的金屬層，并在第一次和第二次淀積步驟之后，將半導體晶片移動到與加熱器不直接接觸的位置并保持45秒。其它分為更多的淀積步驟可參見上述分為2個或3個淀積步驟所述，在此不再贅述。本發明實施例提供的金屬層淀積方法，將金屬層的淀積過程分為多個淀積步驟在一個淀積腔中進行，在每步淀積結束之后，將半導體晶片移動到與加熱器不直接接觸的位置，從而使高溫的加熱器暫停向半導體晶片傳遞熱量，實現降低半導體晶片溫度的作用，以減少柱狀突起缺陷，同時，該方案，與現有技術相比，將由兩個淀積腔完成改進為由一個淀積腔完成，能夠減少故障的發生，提高生產效率。本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權利要求
1.一種金屬層淀積方法，其特征在于，在將半導體晶片放入淀積腔中的淀積初始位置之后，包括在半導體晶片上淀積部分厚度的金屬層；暫停淀積操作，將半導體晶片移動到與加熱器不直接接觸的位置冷卻，并保持設定的時長；將半導體晶片移動到初始位置并再次淀積部分厚度的金屬層； 重復執行上述冷卻和淀積過程，直至形成要求厚度的金屬層。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于 所述部分厚度為金屬層淀積要求厚度的一半。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于 所述金屬層為鋁層。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于 所述設定的時長為不超過45秒。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述將半導體晶片移動到離開加熱器的位置，具體為通過加熱器中設置的起升頂桿將所述半導體晶片從加熱器向上升到預設位置，使半導體晶片與加熱器不直接接觸。
6.一種金屬層淀積方法，其特征在于，在將半導體晶片放入淀積腔中的淀積初始位置之后，包括在半導體晶片上淀積要求厚度的一半厚度的金屬層；暫停淀積操作，將半導體晶片移動到與加熱器不直接接觸的位置，并保持設定的時長；將半導體晶片移動到初始位置并再次淀積要求厚度的一半厚度的金屬層。
全文摘要
本發明實施例公開了一種金屬層淀積方法，該方法包括將半導體晶片放入淀積腔中的淀積初始位置；在半導體晶片上淀積部分厚度的金屬層；暫停淀積操作，將半導體晶片移動到與加熱器不直接接觸的位置冷卻，并保持設定的時長；將半導體晶片移動到初始位置并再次淀積部分厚度的金屬層；重復執行上述冷卻和淀積過程，直至形成要求厚度的金屬層。本發明提供的技術方案，在淀積過程中能夠降低半導體晶片的溫度，在減少柱狀突起缺陷的同時，實現在一個淀積腔中完成全部淀積步驟，提高生產效率。
文檔編號C23C14/16GK102443777SQ20101051172
公開日2012年5月9日 申請日期2010年10月12日 優先權日2010年10月12日
發明者朱旋, 楊兆宇, 肖玉潔, 謝寶強 申請人:無錫華潤上華半導體有限公司, 無錫華潤上華科技有限公司