[发明专利]调节TiW薄膜应力的PVD制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别是涉及一种调节TiW薄膜应力的PVD制备工艺。

背景技术

TiW（titanium tungsten，钨钛）是一种半导体制造行业中重要的合金材料，主要应用于半导体IC（integrated circuit，集成电路）器件，例如TiW和Pt（platinum，铂）的金属化堆积层适用于集成MEMS（microelectromechanical system，微机电系统）器件，TiW硅化物特别适用于电热转换器中的加热元件。光学用MEMS和生物用MEMS要求金属不活泼，抗腐蚀，并且要求薄膜应力尽量小，与Cu和Al电极相比，TiW金属很好地满足了这一需求。

TiW薄膜的应力性能对于半导体器件的稳定性和使用寿命有着重要的影响。如果TiW薄膜应力不合适，那么就容易在半导体器件中产生微裂纹，导致器件性能不稳定甚至损坏，例如电压过载。

通过PVD（physical vapor deposition，物理气相沉积法）的方法可以制备TiW薄膜，应用磁控溅射原理。相比热蒸发方法而言，PVD溅射方法能提高薄膜的粘附性，并且台阶覆盖界面形状的可选择性比较强。PVD沉积TiW薄膜的主要工艺参数包括DC（direct current，直流）功率、氩气流量和沉积气压等。一般通过调整沉积气压可以实现TiW薄膜的应力从张应力到压应力的调整，但是调整沉积气压会导致TiW薄膜的致密度等性质发生较大变化。

发明内容

基于上述问题，本发明提供了一种调节TiW薄膜应力的PVD制备工艺，利用该工艺可以将TiW薄膜的应力调整到从张应力到压应力的较宽范围内，且TiW薄膜的沉积速率和致密度保持基本不变。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种调节TiW薄膜应力的PVD制备工艺，包括如下步骤：

S100：将待加工的基片置于基座上；

S200：通入第一流量的氩气；

S300：沉积步骤；对直流电源施加第一功率并保持第一预设时间；

S400：冷却步骤；停止对直流电源施加功率并保持第二预设时间；

S500：重复步骤S300和S400直至达到所需的薄膜厚度。

较优的，所述第一预设时间为5s至30s，所述第二预设时间为60s至360s。

较优的，在步骤S300之前还包括步骤S310：

S310：所述直流电源点火起辉。

较优的，所述氩气的第一流量在整个制备工艺中保持不变。

较优的，所述氩气的第一流量为40至200sccm。

较优的，沉积气压在整个制备工艺中保持不变，所述沉积气压为2.0-7.3mT。

较优的，所述直流电源的功率在整个制备过程中保持不变，所述直流电源的第一功率为100W至2000W。

较优的，所制得的薄膜厚度为4000埃。

本发明提供的调节TiW薄膜应力的PVD制备工艺，通过在制备过程中设置了冷却步骤来调节TiW薄膜的应力，通过调整沉积的第一预设时间和冷却的第二预设时间调节薄膜的应力，这样制得的TiW薄膜的应力可控，并且TiW薄膜的沉积速率和致密度保持基本不变，能够满足半导体集成电路器件的应力需求，提高半导体集成电路的稳定性和使用寿命。

附图说明

图1为常用的TiW薄膜制备使用的PVD工艺腔室的基本结构示意图；

图2为本发明的不同实施例的应力对比曲线示意图；

图3为本发明的调节TiW薄膜应力的PVD制备工艺的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参见图1和图3，本发明提供了一种调节TiW薄膜应力的PVD制备工艺，包括如下步骤：

S100：将待加工的基片3置于基座4上；

S200：通入第一流量的氩气；

S300：沉积步骤；对直流电源5施加第一功率并保持第一预设时间；

S400：冷却步骤；停止对直流电源5施加功率并保持第二预设时间；

S500：重复步骤S300和S400直至达到所需的薄膜厚度。