技术领域
[0001] 本
发明涉及
半导体技术领域，具体地，涉及一种溅射方法。
背景技术
[0002] TiN
薄膜作为一种多功能材料在集成
电路制程中的阻挡层、粘合层及金属硬掩膜等工艺中得到了广泛的应用，采用传统直流
磁控溅射技术制备的TiN薄膜，因其具备较高的沉积速率、良好的薄膜均匀性、污染少及产能高等的优势，成为集成电路
金属化制程中最常用的
物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，以下简称PVD)方法之一。作为Cu互连工艺的金属硬掩膜(Metal Hard mask)的材料，工业界对PVD方法制备TiN薄膜的厚度均匀性、
电阻均匀性、应
力和颗粒控制方面有着严苛的要求。
[0003] 制备TIN薄膜通常采用的PVD腔室进行磁控溅射工艺，现有的溅射工艺包括以下几个步骤：
[0004] 1、向反应腔室中通入工艺气体；
[0005] 2、开启直流电源，通过将小直流功率加载至靶材上，来实现启辉形成
等离子体；
[0006] 3、提高直流功率，以在基片上沉积TIN薄膜，该薄膜厚度根据沉积时间控制，以满足工艺需求。
[0007] 4、关闭直流电源，停止向反应腔室中通入工艺气体。
[0008] 但是，上述溅射工艺在实际应用中不可避免地存在以下问题，即：由于在上述步骤3过渡到步骤4时，直流电源关闭，即，直流功率骤降为0，导致灭辉过程存在不稳定的等离子体，较大概率会产生微小打火现象(Marco-Arcing)，产生微小尺寸颗粒(一般小于40-
50nm)，并掉落到基片表面，直接导致薄膜性能降低，影响器件电性能和良率。
发明内容
[0009] 本发明旨在至少解决
现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种溅射方法，用于避免产生微小打火现象，避免产生颗粒污染，从而可以保证薄膜性能，提高器件电性能和良率。
[0010] 为实现上述目的，本发明提供了一种溅射方法，包括以下步骤：
[0011] S1，向反应腔室中通入工艺气体；
[0012] S2，开启溅射电源，且将加载至靶材的所述溅射电源的输出功率调节至第一溅射功率值，以启辉形成等离子体；
[0013] S3，将所述输出功率按第一预设规则提高至第二溅射功率值，以在基片上沉积薄膜；
[0014] S4，将输出功率按第二预设规则逐渐降低至零；
[0015] S5，判断所述薄膜的厚度是否达到目标厚度，若是，则进行步骤S6；若否，则返回所述步骤S2；
[0016] S6，关闭所述溅射电源，及停止向所述反应腔室中通入所述工艺气体；
[0017] 其中，先进行所述步骤S4，后进行所述步骤S5；或者，先进行所述步骤S5，后进行所述步骤S4。
[0018] 可选的，在所述步骤S4中，所述第二预设规则包括：每间隔
指定时间进行一次功率降低过程，直至所述输出功率为零；所述功率降低过程包括：将当前的所述输出功率降低预设调整量。
[0019] 可选的，每次所述功率降低过程采用的所述预设调整量相同。
[0020] 可选的，所述指定时间的取值范围在0.1-0.3s。
[0021] 可选的，在所述步骤S4中，所述第二预设规则包括：按关于时间和溅射功率值的预设线性函数将所述输出功率逐渐降低至零。
[0022] 可选的，在所述步骤S2中，开启所述溅射电源，且直接将所述输出功率调节至所述第一溅射功率值；或者，所述步骤S2包括以下子步骤：
[0023] S21，开启所述溅射电源，且将所述输出功率调节至第三溅射功率值；所述第三溅射功率值小于所述第一溅射功率值；
[0024] S22，待预设时间后，将所述输出功率由所述第三溅射功率提高至所述第一溅射功率值，以启辉形成等离子体。
[0025] 可选的，所述第三溅射功率值是所述第一溅射功率值的二分之一。
[0026] 可选的，所述第一预设规则包括：直接将所述输出功率由所述第一溅射功率调节至所述第二溅射功率值；或者，所述第一预设规则包括：
[0027] 将所述输出功率由所述第一溅射功率提高至第四溅射功率值；所述第四溅射功率值小于所述第二溅射功率值；
[0028] 待预设时间后，将所述输出功率由所述第四溅射功率提高至所述第二溅射功率值。
[0029] 可选的，所述第四溅射功率值的取值范围满足下述公式：
[0030] M＝(N-n)/2-(N+n)/2；
[0031] 其中，M为所述第四溅射功率值；N为所述第二溅射功率值；n为所述第一溅射功率值。
[0032] 可选的，所述第四溅射功率值的取值范围在3.5-5.5KW；所述第一溅射功率值的取值范围在0.5-2KW；所述第二溅射功率值的取值范围在4-12KW。
[0033] 本发明的有益效果：
[0034] 本发明所提供的溅射方法，其通过在关闭溅射电源(步骤S6)之前增加逐渐使溅射功率降低至零的步骤(步骤S4)，可以避免因功率骤降而产生的微小打火现象，避免产生颗粒污染，从而可以保证薄膜性能，提高器件电性能和良率。
附图说明
[0035] 图1为本发明
实施例提供的溅射方法的流程
框图；
[0036] 图2为本发明实施例采用的步骤S2的流程框图。
具体实施方式
[0037] 为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的溅射方法进行详细描述。
[0038] 请参阅图1，本发明实施例提供的溅射方法，其包括：
[0039] 步骤S1，向反应腔室中通入工艺气体。
[0040] 在步骤S1之前，首先，将
基座运动至工艺
位置，该工艺位置与靶材之间的竖直间距可以根据具体工艺厚度均匀性的需求而选择，对于氮化
钛薄膜或者其他金属氮化物薄膜的沉积，该竖直间距可以控制在50-64mm，优选为54-60mm。之后，对反应腔室进行抽
真空，以达到高真空状态(通常腔室压力控制在5*10-7Torr以下)；然后，将基片传入反应腔室中，并放置在基座上(基座
温度控制在40-60℃)；之后，进行步骤S1。
[0041] 可选的，工艺气体包括氮气和氩气。其中，氩气的流量的取值范围在0-200sccm，优选为25-60sccm。氮气的流量的取值范围在0-200sccm，优选为80-120sccm。
[0042] 在进行步骤S1的过程中，将腔室压力维持在指定压力值。该指定压力值的取值范围在4-20mTorr。
[0043] 步骤S2，开启溅射电源，且将加载至靶材的该溅射电源的输出功率调节至第一溅射功率值，以启辉形成等离子体。
[0044] 可选的，上述溅射电源为直流电源，用于向靶材加载直流功率，以在靶材上形成负
偏压，该负偏压能够使等离子体轰击靶材。
[0045] 在步骤S2中，第一溅射功率值的设定满足启辉形成等离子体的条件。可选的，该第一溅射功率值的取值范围在0.5-2KW，优选为0.5-1KW。
[0046] 可选的，氮气和氩气的流量比例的取值范围在0.3-0.8。在该流量比例范围内，有利于薄膜
应力的控制。
[0047] 对于步骤S2，在实际应用中，可以采用两种方式将输出功率调节至第一溅射功率值。具体地，第一种方式是，开启溅射电源，且直接将输出功率调节至第一溅射功率值。第二种方式如图2所示，该步骤S2包括：
[0048] 子步骤S21，开启溅射电源，且将输出功率调节至第三溅射功率值；该第三溅射功率值小于第一溅射功率值；
[0049] 子步骤S22，待预设时间后，将输出功率由所述第三溅射功率提高至第一溅射功率值，以启辉形成等离子体。
[0050] 对于第二种方式，没有直接将输出功率提高至第一溅射功率值，而是先调节至较小的第三溅射功率值，然后再由第三溅射功率值提高至第一溅射功率值。这样，既可以使启辉过程更加平稳，又可以在基片上沉积
缓冲层，提高薄膜与基片的结合力，从而可以有效对薄膜的生长晶向进行控制。
[0051] 可选的，上述第三溅射功率值是第一溅射功率值的二分之一。在实际应用中，第三溅射功率值与第一溅射功率值的比例不宜过高，否则不利于薄膜应力的控制，且容易导致薄膜生长过快，降低薄膜与基片的结合力。因此，通过使第三溅射功率值是第一溅射功率值的二分之一，可以提高薄膜与基片的结合力，从而可以有效对薄膜的生长晶向进行控制。具体地，第三溅射功率值的取值范围在0.5-1KW。
[0052] 在实际应用中，对于氮化钛薄膜或者其他金属氮化物薄膜的沉积，步骤S2的沉积速率可以控制在 薄膜厚度控制在
[0053] 步骤S3，将输出功率按第一预设规则提高至第二溅射功率值，以在基片上沉积薄膜。
[0054] 上述步骤S3在输出功率达到第二溅射功率值之后的过程为沉积薄膜的主工艺过程，第二溅射功率值满足沉积符合性能和厚度要求的薄膜的条件。可选的，第二溅射功率值的取值范围在4-12KW，优选为6-10KW。在该范围内，可以有效降低薄膜内应力和电阻值，提高薄膜沉积速率。
[0055] 另外，对于氮化钛薄膜或者其他金属氮化物薄膜的沉积，上述主工艺过程的沉积速率可以控制在 薄膜厚度控制在
[0056] 在步骤S3中，上述第一预设规则可以采用两种方式将输出功率自第一溅射功率值提高至第二溅射功率值，第一种方式是，直接将输出功率由第一溅射功率调节至第二溅射功率值。第二种方式是，包括以下子步骤：
[0057] 将输出功率由第一溅射功率值提高至第四溅射功率值；该第四溅射功率值小于第二溅射功率值；
[0058] 待预设时间后，将输出功率由第四溅射功率值提高至第二溅射功率值。
[0059] 对于第二种方式，没有直接将输出功率提高至第二溅射功率值，而是先调节至较小的第四溅射功率值，然后再由第四溅射功率值提高至第二溅射功率值。这样，可以控制等离子体变化的平稳性，避免因等离子体量突变而可能存在的微小打火现象，避免产生颗粒污染。
[0060] 将第一溅射功率值提高至第二溅射功率值的过程对薄膜沉积厚度无明显贡献，可以将该过程的工艺时间控制在0.1-0.3s。
[0061] 可选的，第四溅射功率值的取值范围满足下述公式：
[0062] M＝(N-n)/2-(N+n)/2；
[0063] 其中，M为第四溅射功率值；N为第二溅射功率值；n为第一溅射功率值。
[0064] 通过将第四溅射功率值，可以有效控制等离子体变化的平稳性，避免因等离子体量突变而可能存在的微小打火现象，避免产生颗粒污染。具体地，第四溅射功率值的取值范围在3.5-5.5KW。
[0065] 步骤S4，将输出功率按第二预设规则逐渐降低至零；
[0066] 借助该步骤S4，可以避免因功率骤降而产生的微小打火现象，避免产生颗粒污染，从而可以保证薄膜性能，提高器件电性能和良率。
[0067] 可选的，第二预设规则包括：每间隔指定时间进行一次功率降低过程，直至输出功率为零；该功率降低过程包括：将当前的输出功率降低预设调整量。该第二预设规则类似于按关于时间和溅射功率值的阶梯函数将输出功率逐渐降低至零。这样，可以有效避免产生的微小打火现象。
[0068] 可选的，每次功率降低过程采用的预设调整量相同。该预设调整量例如为1KW。这样，可以均匀地降低输出功率，使等离子体灭辉过程更加平稳。
[0069] 步骤S4对薄膜沉积厚度无明显贡献，可以将该步骤S4的工艺时间控制在0.1-0.3s。
[0070] 需要说明的是，在实际应用中，上述第二预设规则还可以采用其他方式使输出功率逐渐降低至零。例如，按关于时间和溅射功率值的预设线性函数将输出功率逐渐降低至零。
[0071] 步骤S5，判断薄膜的厚度是否达到目标厚度，若是，则进行步骤S6；若否，则返回步骤S2。
[0072] 步骤S6，关闭溅射电源，及停止向反应腔室中通入工艺气体。
[0073] 在步骤S6之后，对反应腔室进行抽真空，以达到高真空状态(通常腔室压力控制在5*10-7Torr以下)。
[0074] 可选的，在步骤S2至步骤S4中，腔室压力的取值范围在4-20mTorr。氮气和氩气的流量比例的取值范围在0.3-0.8。
[0075] 需要说明的是，在本实施例中，先进行步骤S4，后进行步骤S5，但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，也可以先进行步骤S5，后进行步骤S4。步骤S4和步骤S5的顺序可以根据具体需要自由设定。其余步骤按序号顺序进行。
[0076] 还需要说明的是，在实际应用中，本发明实施例提供的溅射工艺可以应用于氮化钛薄膜或者其他金属氮化物薄膜的沉积。
[0077] 综上所述，本发明实施例提供的溅射方法，其通过在关闭溅射电源(步骤S6)之前增加逐渐使溅射功率降低至零的步骤(步骤S4)，可以避免因功率骤降而产生的微小打火现象，避免产生颗粒污染，从而可以保证薄膜性能，提高器件电性能和良率。
[0078] 可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
