一種薄膜沉積設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體加工技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種薄膜沉積設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]物理氣相沉積(Physical Vapor Deposit1n,PVD)技術(shù)是半導(dǎo)體工業(yè)中使用最廣泛的一類薄膜制造技術(shù)。物理氣相沉積技術(shù)可以應(yīng)用在很多工藝領(lǐng)域，如銅互連線技術(shù)、封裝領(lǐng)域中的娃穿孔(Through Silicon Via, TSV)等等。
[0003]隨著半導(dǎo)體技術(shù)不斷發(fā)展，集成電路的尺寸越來越小，Low-k(低介電常數(shù))材料作為層間介質(zhì)出現(xiàn)在互連工藝中。在刻蝕Low-k材料的工藝中，為了保護(hù)Low-k材料，以獲得更佳的刻蝕形貌，通常在Low-k材料上沉積金屬化合物薄膜(例如TiN薄膜)，作為刻蝕Low-k材料的金屬硬掩膜。目前,金屬化合物薄膜的沉積工藝已成為32nm節(jié)點以下的銅互連工藝中不可缺少的一個工藝流程。
[0004]金屬化合物薄膜的沉積工藝需要關(guān)注的參數(shù)主要有:薄膜的厚度均勻性、電阻值均勻性和應(yīng)力。尤其對應(yīng)力有比較嚴(yán)格的要求。這是因為:在32nm以下制程所使用的Low-k材料，其本身多孔且比較軟，而且對其刻蝕后形成的線條尺寸比較小，從而若沉積在Low-k材料上的掩膜層(刻蝕阻擋層)應(yīng)力較大，就會出現(xiàn)刻蝕線條受力彎曲的現(xiàn)象，導(dǎo)致刻蝕后在整個基片上獲得的線寬(AEI)的均勻性變差，更嚴(yán)重的情況是:在后續(xù)進(jìn)行CuECP (electrofill copper plating,電鍛)時，會在側(cè)壁頂部出現(xiàn)Overhang (即，掩膜開口尺寸小于溝槽開口尺寸)，導(dǎo)致側(cè)壁頂部沒有Cu，從而產(chǎn)生了很多無效聯(lián)接(如圖2所示)，影響了器件的金屬互聯(lián)。
[0005]圖1A為現(xiàn)有的一種PVD設(shè)備。如圖1A所示，PVD設(shè)備包括反應(yīng)腔室1、氣鎖腔室
2、去氣腔室3和傳輸腔室4，各個腔室采用集簇式布局，即:傳輸腔室4呈六方體；其余腔室環(huán)繞在傳輸腔室4的周圍，且對應(yīng)傳輸腔室4的不同側(cè)面與傳輸腔室4對接(圖1A中兩個氣鎖腔室2對應(yīng)相同的側(cè)面)。在進(jìn)行工藝的過程中，基片通過氣鎖腔室2被傳輸至傳輸腔室4，再經(jīng)由傳輸腔室4中的機(jī)械手，依次傳輸至去氣腔室3和工藝腔室1。其中，反應(yīng)腔室1為PVD腔室，其具體結(jié)構(gòu)如圖1B所示，包括腔室100，在腔室100的頂部設(shè)置有靶材102，靶材102與直流電源或射頻電源(圖中未示出)電連接；并且，在腔室100內(nèi)，且位于靶材102的下方設(shè)置有基座101，用以承載被加工工件103，以及加熱被加工工件103，以使其達(dá)到工藝所需的溫度。而且，在腔室100的底部還設(shè)置有排氣口 104，排氣系統(tǒng)(圖中未示出)經(jīng)由排氣口 104對腔室100進(jìn)行抽真空。例如，在沉積TiN薄膜的過程中，向腔室100內(nèi)同時通入Ar和N2，并開啟射頻電源，此時被離化的N與Ti靶材發(fā)生反應(yīng)形成TiN，然后被濺射出來并沉積在被加工工件103的表面上，從而獲得TiN薄膜。
[0006]針對TiN薄膜，其應(yīng)力表現(xiàn)為一種殘余應(yīng)力，是由于沉積過程中晶格失配引起的內(nèi)應(yīng)力，以及溫度變化引起的熱應(yīng)力。在實際工藝中，可以通過增加腔室壓力和降低濺射功率的方法，來降低成膜速率、減小薄膜內(nèi)應(yīng)力。例如，若沉積TiN薄膜的標(biāo)準(zhǔn)工藝條件是:濺射功率在10KW以上；腔室壓力在5mT以下。若有降低薄膜應(yīng)力的需要，可以將濺射功率降低至5KW，腔室壓力增大至10mT以上。但是，由于降低濺射功率會使成膜速率降低，影響了產(chǎn)能；而增大腔室壓力則會影響薄膜的厚度均勻性，從而降低了后道工藝的均勻性。
[0007]還有一種減小薄膜應(yīng)力的方法是在完成薄膜的沉積工藝之后，將基片傳輸至退火爐中進(jìn)行退火工藝，以降低薄膜的熱應(yīng)力。具體地，首先在Ar氣氛下，利用加熱器將退火爐的爐管溫度加熱至400°C以上；保持該溫度15min以上，然后降溫并移出基片，從而完成降低薄膜的熱應(yīng)力。然而，由于該方法需要另設(shè)進(jìn)行退火工藝的退火爐，這不僅導(dǎo)致基片的傳輸時間變長，從而降低了工藝效率，而且還會造成熱預(yù)算的增加，從而增加了設(shè)備的生產(chǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一，提出了一種薄膜沉積設(shè)備，其無需在設(shè)備之外另設(shè)單設(shè)退火爐，就可以完成退火工藝，從而不僅可以縮短工藝時間，而且還可以降低熱預(yù)算，進(jìn)而可以降低設(shè)備的生產(chǎn)成本。
[0009]為實現(xiàn)本發(fā)明的目的而提供一種薄膜沉積設(shè)備，包括傳輸腔室，以及圍繞在所述傳輸腔室周圍的多套功能腔室，且各套功能腔室均與所述傳輸腔室對接；并且，所述多套功能腔室中包括工藝腔室和去氣腔室和多功能腔室，所述多功能腔室既用于將被加工工件在所述傳輸腔室和大氣環(huán)境之間傳入/傳出，又用于對被加工工件進(jìn)行退火工藝。
[0010]其中，所述多功能腔室包括:承載裝置，用于承載所述被加工工件；加熱裝置，用于對所述被加工工件進(jìn)行加熱；冷卻裝置，用于對所述被加工工件進(jìn)行冷卻。
[0011 ] 其中，所述承載裝置包括托架，所述托架用于承載兩個被加工工件，且使二者沿豎直方向間隔設(shè)置；所述加熱裝置包括上加熱燈組和下加熱燈組，其中，所述上加熱燈組設(shè)置在所述多功能腔室內(nèi)的頂部，用以朝向位于上層的被加工工件輻射熱量；所述下加熱燈組設(shè)置在所多功能腔室內(nèi)的底部，用以朝向位于下層的被加工工件輻射熱量。
[0012]其中，所述承載裝置包括可承載一個被加工工件的托架；所述加熱裝置包括加熱燈組，所述加熱燈組設(shè)置在所述多功能腔室內(nèi)的頂部或底部，用以朝向置于所述托架上的被加工工件輻射熱量。
[0013]其中，所述加熱燈組包括多個紅外燈泡或紅外燈管。
[0014]其中，所述承載裝置包括基座和頂針機(jī)構(gòu)，其中所述基座用于承載一個被加工工件；并且所述基座的數(shù)量為一個或多個，且多個所述基座沿豎直方向間隔設(shè)置；所述加熱裝置包括設(shè)置在每個基座內(nèi)部的發(fā)熱元件，所述發(fā)熱元件用于提供熱量；所述頂針機(jī)構(gòu)的數(shù)量與所述基座的數(shù)量相對應(yīng)，且所述頂針機(jī)構(gòu)一一對應(yīng)地設(shè)置在所述基座的底部；每個頂針機(jī)構(gòu)用于通過豎直上升而使其頂端自所述基座頂起所述被加工工件，或者通過豎直下降而將所述被加工工件傳遞至所述基座上。
[0015]其中，所述冷卻裝置包括氣體傳輸管和熱交換器，其中所述氣體傳輸管的進(jìn)氣端用于向所述多功能腔室的內(nèi)部輸送冷卻氣體，所述氣體傳輸管的出氣端用于排出所述多功能腔室內(nèi)的冷卻氣體；所述熱交換器用于對所述氣體傳輸管內(nèi)的冷卻氣體進(jìn)行冷卻。
[0016]其中，所述多功能腔室還包括送氣裝置，用于通過向所述多功能腔室內(nèi)輸送惰性氣體，來降低所述被加工工件的溫度。
[0017]其中，所述加熱裝置將被加工工件加熱至第一預(yù)定溫度，并在保持所述第一預(yù)定溫度預(yù)定時間之后關(guān)閉；所述送氣裝置在所述加熱裝置關(guān)閉之后，向所述多功能腔室內(nèi)輸送惰性氣體，并在所述被加工工件的溫度降低至第二