[发明专利]预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿的方法。

背景技术

物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，PVD）技术在半导体制造领域被广泛应用，方法包括真空蒸镀、溅射镀膜、分子束外延等，其中溅射镀膜被最广泛应用于金属薄膜制程。溅射镀膜基本原理是在充氩气(Ar)的真空条件下，使氩气进行辉光放电，这时氩原子(Ar)电离成氩离子(Ar+)，在电场力的作用下，加速轰击以镀料制作的阴极靶材，靶材粒子被溅射出来而沉积到晶圆表面。

实际生产中，靶材不断被消耗，厚度不断减薄，如果过度使用或不当操作，将发生靶材击穿的事故，导致产品失效，晶圆报废。利用超声波或射线探测使用中的靶材剩余厚度的方法不实用，也无法进行实时监控，常规做法是设置系统参数，即靶寿命（target life）的上限，只要靶寿命在设定范围以内，就认为靶材是安全的。靶寿命上限为经验值（比如诺发INOVA系统的铝靶的上限为4000KWH），具体是通过做靶材剖面切片验证得出的。但是，由于各种操作失误，半导体厂时有发生靶材击穿的事故，比如碰到本身就异常的靶材，或者靶寿命在日常维护中被人为错改了的情况。常见操作失误还有：1、更换新的靶材，忘了把靶寿命清零；2、靶材没换，将靶寿命清零；3、其它任何有意无意错改到靶寿命。因此完全依靠靶寿命来管控靶材使用量存在较大风险。

当过程错误侦测和分类系统（FDC，Fault Detection and Classification）工具被运用到制造过程中时，实时监控得以实现。FDC首先捕捉到机台端任何想要的子系统厂商识别码（SVID，Subsystem Vendor ID）所对应的参数，然后不间断获取这些参数的实时数据并存放到数据库中，所有参数都是作为FDC的侦测器（sensor），而对FDC编程也可产生一些所谓虚拟侦测器（virtual sensor），它们由基本侦测器或其它虚拟侦测器通过运算和逻辑关系做成。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿的方法，通过实时监控靶材使用量，预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿的方法，基于溅射镀膜装置完成，溅射镀膜装置包括真空腔体，设置在真空腔体内的阴极靶材、镀膜产品和供气系统，供气系统包括进气口和将外部气源与进气口连通的供气通道，其中，包括下列步骤：

靶一端加负电压，基底接地，靶材、等离子体以及置于基底上的晶圆形成通路；

实时跟踪物理气相沉积金属溅射工艺过程中电压与电流的数据，计算出R=V/I，其中V为加在靶上的电压，I为回路的电流，设定R数值代表靶材的虚拟厚度数值，并在系统中设定其大小的上下限值，若R超过限值，启动报警机制；

确定靶材厚度与机台的靶寿命之间的关联性，在整个靶材使用寿命周期内，让靶材厚度与机台的靶寿命之间，在数值上拟合成特定的计算关系，通过计算关系引出关联因子，并在系统中设定此关联因子的上下限值，若该关联因子数值超过限值，启动报警机制。

上述预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿的方法，其中，所述靶为铝靶。

上述预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿的方法，其中，所述靶寿命的上限值为4000KWH。

上述预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿的方法，其中，所述供气系统提供的是氩气。

上述预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿的方法，其中，所述R的数值范围为7.8~10.2，所述代表靶材厚度与机台的靶寿命之间的线性关系的斜率值的数值范围-为-0.04~0.1。

与已有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明对靶材的厚度进行实时监控，能有效防止靶材品质不良、靶材更换失误、靶材过度使用等异常状况发生，对高成本的半导体制造企业来说，可以避免许多不必要的损失。

附图说明

图1是本发明预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿的方法所使用的溅射镀膜装置的结构示意图；

图2是本发明预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿的方法的流程示意图；