[发明专利]铝铜膜的物理气相沉积方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种铝铜膜的物理气相沉积方法。

背景技术

物理气相沉积(physical vapor deposition：PVD)技术通常也被称为“溅射”。PVD的溅射腔主要部分包括：由用于沉积的材料熔炼而成的靶材；支撑晶片的底座；以及帮助撞击等离子体的旋转磁铁。PVD工艺需要高真空环境来产生等离子体，当大的负直流电压加在靶材上时，电子被激发并轰击Ar原子形成Ar+离子，Ar+离子被带负电的靶材吸引，以很高的速度来撞击靶，对靶材的撞击导致金属原子和额外的电子被释放出来，最后被溅射的金属原子沉积到晶片上形成金属薄膜。

PVD是半导体制程的金属布线技术中众所周知的关键技术。为了适应半导体的工艺制程，布线需要由低电阻率的材料来制备，而且它们的物理性质必须很稳定，要耐腐蚀又要能被刻蚀或能被CMP抛光。为了满足上述要求，半导体制造中，贵金属以其具有良好的化学稳定性，高电导率和热导率，特有的电学、磁学、光学等性能，成为半导体微电子技术中的常用材料。但是随着集成电路集成度的逐步提高，以及对降低生产成本进一步的需求，对布线材料特性提出了更高的要求。需要使用更高电导率和更低价格的材料，金属铝、金属铜以及铝铜合金等材料已经开始成为半导体的布线材料了。

关于纯铝工艺，存在一些共同的问题，例如电迁移(EM)、应力迁移(SM)和因为硅铝固态互溶而产生的铝尖峰。这些问题最终会导致器件失效和良品率下降。为此业界找到了一些方法来解决这些问题，例如加强铝的＜111大于等于晶粒取向来防止EM或SM失效，以及在铝靶中掺入一定量的铜(通常为0.5％)来避免铝尖峰。

铝铜合金材料相对原来的贵金属，具有更高的电导率，价格低廉的优点，同时也克服了纯铝技术的不稳定性。在传统的半导体厚铝铜合金(厚度大于10KA)的PVD薄膜生长中，会随着靶材使用时间的增加，在靶材寿命后期由于沉积时间比较长，沉积温度较高，在薄膜生长应力的作用下Cu含量较高的组分会沿着晶向边界进行生长并在薄膜表面形成突起，出现胡须状缺陷(whisker defect)或丘陵状缺陷(hillock defect)。如果金属布线最小线宽低于15KA，将会影响到硅片良品率。

鉴于以上问题，目前产业上希望能够获取一种降低whisker缺陷的物理气相沉积方法，该方法既可以应用现有技术中高电导的铝铜合金材料，同时又能够克服此种材料在传统工艺中出现的whisker缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝铜膜的物理气相沉积方法，可以在生长厚铝薄膜的同时，有效降低胡须状缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供一种铝铜膜的物理气相沉积方法，包括：

将衬底送入处理腔室，在所述衬底表面进行铝铜膜沉积；其中，所述处理腔室包括腔体、作为阴极的铝铜靶材、作为阳极的衬底基座；所述铝铜靶材背面设有磁控配件组，所述腔体中设有第一冷却水系统，所述磁控配件组内部设有第二冷却水系统，所述衬底基座中设有第三冷却水系统和加热器；征在于，在所述衬底表面进行铝铜膜沉积过程中，所述第一冷却水系统、第二冷却水系统以及第三冷却水系统保持循环。

可选的，所述铝铜靶材中，铝的质量配比为99.5％，铜的质量配比为0.5％。

可选的，将所述衬底送入处理腔室之前，还包括：将所述衬底送入一加热腔室，对所述衬底进行加热。

可选的，所述加热的温度范围200℃～350℃。

可选的，所述衬底基座表面设有数个通气孔，在所述衬底表面进行铝铜膜沉积过程中，向所述衬底背面进行氩气喷射。

可选的，所述氩气喷射的气压范围大于等于6000mtor。

可选的，所述第一冷却水系统、第二冷却水系统以及第三冷却水系统的冷却水的温度范围为14℃～22℃。

可选的，所述第一冷却系统提供的冷却水的流量范围大于等于3gallon/min。

可选的，所述第二冷却系统提供的冷却水的流量范围大于等于3gallon/min。

可选的，所述第三冷却系统提供的冷却水的流量范围大于等于3gallon/min。

可选的，在所述衬底表面进行铝铜膜沉积过程中，所述腔体内的压力范围为2mtor～5mtor。

可选的，在所述衬底表面进行铝铜膜沉积过程中，利用加热器对所述衬底进行加热，所述加热器的温度设定范围为255℃～275℃。

可选的，在所述衬底表面进行铝铜膜沉积之后，还包括：将所述衬底送入一冷却腔室进行冷却。