[发明专利]根据氮化硅薄膜应力校准薄膜沉积机台中机械手位置的方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造过程中的薄膜沉积工艺，具体涉及一种用以控制薄膜应力于稳定范围之内的方法。 

背景技术

在集成电路制造工艺中，膜沉积是常见的技术，通常在硅晶片基材上通过物理气相沉积(PVD)，化学气相沉积(CVD)等沉积方法形成硅基材上具有多层不同材料的结构，此过程中还结合光刻、蚀刻等工艺使各层膜具有一定的图案结构，最终形成完整的半导体器件。常用的上述薄膜材料有氮化硅(Si₂N₃)，二氧化硅(SiO₂)，金属铝、钨等。 

薄膜应力是所述薄膜材料的关键参数，应当控制在稳定的范围，否则将直接影响产品性能。例如薄膜应力过大，在后续工艺中会产生缺陷，也会引起晶片的形变，影响平坦程度或者引起破片的问题。因此，薄膜应力监控对于集成电路制造工艺中的膜沉积制程相当重要。 

在工厂实际应用中，有时会出现难以控制薄膜应力，一般参数难以反映出薄膜应力不稳定的问题。具体实例包括，在某些特定的情况下，用集成电路制造工艺中常用的成膜机台，例如AMAT公司的producer机台，于半导体基材上形成薄膜，之后测量其薄膜应力时发现不稳定(在此所述的情况为一种假设的以一定概率发生的情况)，但是经过对薄膜厚度，折射率(RI，refractive index)以及薄膜的均匀性(uniformity)等参数的测定，这些参数又均在正常规格。另外，在同一机台中沉积的其他类型的薄膜，例如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)形成的氧化膜或者氮氧化膜的参数也没有任何异常。对于 机台的硬件条件进行检查，例如反应气体流量，射频(RF)功率，反应腔压力等也都不可发现任何异常。 

通常上述情况是由于所述用于形成薄膜的机台设备中的机械手传递出现问题所致，具体表现是机械手和原有固定位置相比较出现少量位移。这种机械手的位移对于集成电路生产工艺是不利的，将对于后续制程产生各种不良影响。 

但是，目前并没有合适的参数可以快速而灵敏地反映出机械手的位置变化，这是因为，在实际生产过程中，机械手的位置一般由设备工程师定期检查，通过肉眼由手工校准机械手。由于机械手出现位移时，偏移量通常较小，仅通过肉眼和手工实际上难以达到校准的效果，并且也不排除因保养维护操作而引起机械手位置偏离的可能。因此，有必要找到合适的参数，能够灵敏反映机械手的状态，防止其对薄膜应力产生不良影响。 

发明内容

针对背景技术中所介绍的机械手异常造成薄膜沉积制程中薄膜应力难以控制，对后续制程带来不良影响的问题，提出本发明。 

本发明的目的在于，提供一种根据氮化硅薄膜应力校准机台中的机械手位置的方法，此种方法利用薄膜应力的重复性和再现性数据作为确认机械手状态的标准，可以在其他参数均无法用以准确反映薄膜应力异常的情况下，准确地反映问题所在，最终使薄膜应力得以控制在稳定范围。 

发明人经过大量的实验后发现，当所述的机械手传递出现问题时，例如其出现少量的位移，这种机械手的位置变化可以由相应机台中沉积形成的特定材料的薄膜，例如氮化硅(SiN)薄膜的薄膜应力反映出来，具体地，当机械手和其原有的所在位置之间存在少量位移时，该机台中沉积形成的薄膜的应力参数会变得不稳定。而经过对所述位移进行校准，再次沉积形成的氮化硅薄膜的应力可以回复到正常状态，  其重复性和再现性(R&R，Repeatability& Reproducibility)也随之趋于稳定。 

可见机械手在机台中的位置是否准确在薄膜沉积过程中也是影响薄膜性质的关键因素。通常，机械手传递会影响薄膜厚度、均匀性以及应力，而当机械手出现微小位移，除了薄膜应力的其他参数均不能反映此情况。在本发明所进行的试验中，也尝试了用其它薄膜的应力来检查机械手臂的状况，最后发现只有氮化硅薄膜的应力能反映机械手是否需要调整。其他材料的膜对机械手的变化反映不明显。 

在本发明中，采用氮化硅的薄膜应力重复性和再现性(R&R，Repeatability&Reproducibility)数据作为薄膜沉积机台校准机械手的核定标准，因为该薄膜应力对于机械手的状态反映相当灵敏。当所述氮化硅薄膜的薄膜应力重复性和再现性数据出现异常时，经过重新校准薄膜沉积机台的机械手，再次沉积形成的氮化硅膜的薄膜应力可变得稳定，而其他的薄膜参数均在正常范围，而呈现出明显的效果。本领域技术人员应当理解，其它集成电路制造工艺中所采用的材料形成的薄膜也可以应用于本发明的方法，氮化硅薄膜是其中效果较好的选择。