提高在不同基底上沉积的介质层厚度一致性的方法

摘要

一种提高在不同基底上沉积的介质层厚度一致性的方法，应用于具有至少两个沉积腔室的沉积设备，包括：将不同的基底传送至不同的沉积腔室，在所述不同的沉积腔室中对其中的基底执行沉积工艺，在所述的不同的基底上形成介质层；其中，在向每一沉积腔室传送基底之前，对沉积腔室执行清洗工艺；对各沉积腔室执行清洗工艺结束的时间与该腔室执行沉积工艺开始的时间的时间差相同。本发明还提供一种调整基底上沉积的介质层的厚度的方法。本发明可减小或避免由于所述的时间差引起的基底上沉积的介质层的厚度的差异，提高不同基底上沉积的介质层的厚度的一致性。

权利要求

1.一种提高在不同基底上沉积的介质层厚度一致性的方法，应用于具有至少两个沉积腔室的沉积设备，其特征在于包括：将不同的基底传送至不同的沉积腔室，在所述不同的沉积腔室中对其中的基底执行沉积工艺，在所述的不同的基底上形成介质层；

其中，

在向每一沉积腔室传送基底之前，对沉积腔室执行清洗工艺；

对各沉积腔室执行清洗工艺结束的时间与该腔室执行沉积工艺开始的时间的时间差相同。

2.如权利要求1所述的提高在不同基底上沉积的介质层厚度一致性的方法，其特征在于，所述的对各沉积腔室执行清洗工艺结束的时间与该腔室执行沉积工艺开始的时间的时间差相同通过如下步骤实现：在向第一个传送基底的沉积腔室之后的每一沉积腔室执行清洗工艺开始的时间依次延迟，且每一沉积腔室延迟的时间为向前一沉积腔室传送基底的时间。

3.如权利要求2所述的提高在不同基底上沉积的介质层厚度一致性的方法，其特征在于：所述传送基底的时间包括沉积设备的机械臂抽取基底的时间、将该基底传送至腔室的时间以及传送基底后由该腔室复位的时间之和。

4.如权利要求1所述的提高在不同基底上沉积的介质层厚度一致性的方法，其特征在于，所述的对各沉积腔室执行清洗工艺结束的时间与该腔室执行沉积工艺开始的时间的时间差相同通过如下步骤实现：同时开始对所有的沉积腔室执行相同的清洗工艺；

执行清洗工艺后，在向所有的沉积腔室传送基底之后，同时开始执行沉积工艺。

5.如权利要求1至4任一权利要求所述的提高在不同基底上沉积的介质层厚度一致性的方法，其特征在于：所述清洗工艺为等离子体清洗。

6.如权利要求5所述的提高在不同基底上沉积的介质层厚度一致性的方法，其特征在于：所述等离子体清洗中产生等离子体的气体为含氟的气体。

7.如权利要求6所述的提高在不同基底上沉积的介质层厚度一致性的方法，其特征在于：所述含氟的气体包括SiF4、NF3、C2F6或F2。

8.如权利要求1或2或3或4或6所述的提高在不同基底上沉积的介质层厚度一致性的方法，其特征在于：所述沉积工艺包括等离子体增强化学气相沉积或高密度等离子体化学气相沉积。

9.如权利要求1或2或3或4或6所述的提高在不同基底上沉积的介质层厚度一致性的方法，其特征在于：所述介质层为氟硅玻璃、黑钻石或CORAL。

10.一种调整基底上沉积的介质层的厚度的方法，其特征在于，包括：对沉积腔室执行清洗工艺；

将基底传送至经过清洗的沉积腔室中，在所述沉积腔室中执行沉积工艺，在所述基底上形成介质层；其中，根据执行清洗工艺结束的时间与该腔室执行沉积工艺开始的时间差与该腔室沉积的介质层的厚度的关系，选择清洗工艺结束的时间至执行沉积工艺开始的时间延迟，开始执行沉积工艺，以形成厚度满足要求的介质层；

所述时间差与沉积的介质层的厚度之间的关系为线性关系。

说明书

提高在不同基底上沉积的介质层厚度一致性的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种提高在不同基底上沉积的介质层厚度一致性的方法。

背景技术

[0002] 在半导体集成电路的制造工艺中，完成前段的器件的制造后，需要通过后段的金属互连工艺将前段形成的器件连接。目前，业界已经较为普遍的采用铜作为后段的互连金属，且不同的铜互连金属层之间通过低介电常数介质层隔离。铜互连金属层通过镶嵌工艺或双镶嵌工艺形成。

[0003] 在镶嵌工艺或双镶嵌工艺中，先形成低介电常数的介质层，然后再在所述介质层中刻蚀出开口，将铜填充至所述的开口中，即形成铜材质的镶嵌结构或双镶嵌结构。

[0004] 常用的低介电常数(Low K)的介质层包括氟硅玻璃(FSG)、黑钻石(Black Diamond，BD)和CORAL等，所述的Low K的介质层一般通过化学气相沉积设备执行沉积工艺而形成。且由于批量生产的需要，现有的沉积设备一般会具有多个沉积腔室，可同时对不同的基底执行沉积工艺，例如，在公开号为CN1918324A的中国专利申请文件中就公开了一种沉积设备，在其公开的沉积设备中，包含6个沉积腔室，其具体的结构请参考所述的申请文件的图1。

[0005] 然而，在沉积设备中通过化学气相沉积工艺在基底上形成低介电常数介质层时，沉积设备腔室的内壁也会上同时积淀污染物。这是由于在向基底表面形成低介电常数介质层的工艺中，化学气相沉积的腔室的内壁也暴露于沉积的气氛中，因而也会在腔室的内壁沉积与所述的低介电常数介质层相同材质的膜层。

[0006] 由于附着于腔室内壁的污染物长期积累会使腔室内壁的污染物增厚，并可能会剥落，且剥落的污染物可能会掉落于正在加工的基底表面，形成缺陷，会影响在基底上形成的器件的良率。因而，化学气相沉积设备的腔室需要定期的清洗，以减少侧壁的污染物对基底的影响。例如，在公开号为CN101063197A的中国专利申请文件中公开了一种化学气相沉积设备清洗的方法，在其公开的方法中，通过含氟的气体的等离子体对化学气相沉积的腔室内壁进行清洗。在现有技术中，常常采用NF3的等离子体对化学气相沉积的腔室内壁进行清洗。并在清洗后，继续执行沉积工艺。

[0007] 然而，在对具有多个沉积腔室的沉积设备执行清洗之后，再执行沉积工艺，对每一个沉积腔室设置同样的沉积工艺参数和条件执行沉积工艺，在不同的腔室中形成膜层的厚度却不一致，也就是说，执行清洗之后，利用沉积设备同时对不同的基底执行沉积工艺，不同的腔室形成的介质层厚度各不相同，即不同的基底上的介质层厚度(wafer to waferthickness uniformity)不同，这使得在不同的基底上形成的器件的电学特性会产生差异。

[0008] 在单一的沉积腔室中连续对不同的基底沉积介质层，虽然可以提高不同基底上沉积的介质层的厚度的一致性，但却会使产率降低，无法满足批量生产的需要。

发明内容

[0009] 本发明提供一种提高不同基底上的介质层厚度一致性的方法，以解决现有的沉积设备不同腔室形成的膜层厚度各不相同的问题。

[0010] 本发明提供的一种提高在不同基底上沉积的介质层厚度一致性的方法，应用于具有至少两个沉积腔室的沉积设备，包括：

[0011] 将不同的基底传送至不同的沉积腔室，在所述不同的沉积腔室中对其中的基底执行沉积工艺，在所述的不同的基底上形成介质层；

[0012] 其中，

[0013] 在向每一沉积腔室传送基底之前，对沉积腔室执行清洗工艺；

[0014] 对各沉积腔室执行清洗工艺结束的时间与该腔室执行沉积工艺开始的时间的时间差相同。

[0015] 可选的，所述的对各沉积腔室执行清洗工艺结束的时间与该腔室执行沉积工艺开始的时间的时间差相同通过如下步骤实现：

[0016] 在向第一个传送基底的沉积腔室之后的每一沉积腔室执行清洗工艺开始的时间依次延迟，且每一沉积腔室延迟的时间为向前一沉积腔室传送基底的时间。

[0017] 可选的，所述传送基底的时间包括沉积设备的机械臂抽取基底的时间、将该基底传送至腔室的时间以及传送基底后由该腔室复位的时间之和。

[0018] 可选的，所述的对各沉积腔室执行清洗工艺结束的时间与该腔室执行沉积工艺开始的时间的时间差相同通过如下步骤实现：

[0019] 同时开始对所有的沉积腔室执行相同的清洗工艺；

[0020] 执行清洗工艺后，在向所有的沉积腔室传送基底之后，同时开始执行沉积工艺。

[0021] 可选的，所述清洗工艺为等离子体清洗。

[0022] 可选的，所述等离子体清洗中产生等离子体的气体为含氟的气体。

[0023] 可选的，所述含氟的气体包括SiF4、NF3、C2F6或F2。

[0024] 可选的，所述沉积工艺包括等离子体增强化学气相沉积或高密度等离子体化学气相沉积。

[0025] 可选的，所述介质层为氟硅玻璃、黑钻石或CORAL。

[0026] 本发明还提供一种调整基底上沉积的介质层的厚度的方法，包括：

[0027] 对沉积腔室执行清洗工艺；

[0028] 将基底传送至经过清洗的沉积腔室中，在所述沉积腔室中执行沉积工艺，在所述基底上形成介质层；其中，

[0029] 根据执行清洗工艺结束的时间与该腔室执行沉积工艺开始的时间差与该腔室沉积的介质层的厚度的关系，选择清洗工艺结束的时间至执行沉积工艺开始的时间延迟，开始执行沉积工艺，以形成厚度满足要求的介质层。

[0030] 与现有技术相比，上述技术方案的其中一个具有以下优点：

[0031] 通过设置沉积设备中不同的沉积腔室的清洗工艺时间具有一定的延迟，使得不同沉积腔室中清洗完成时间至沉积工艺开始的时间差相同，可减小或避免由于所述的时间差引起的基底上沉积的介质层的厚度的差异，提高不同基底上沉积的介质层的厚度的一致性。

附图说明

[0032] 图1为具有6个沉积腔室的沉积设备的示意图。

具体实施方式

[0033] 下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

[0034] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

[0035] 其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

[0036] 在半导体集成电路的制造工艺中，常常需要在基底或半导体结构上沉积介质层，例如沉积后段的金属间介质层。常用的沉积方法为化学气相沉积，例如等离子体辅助化学气相沉积、高密封等离子体化学气相沉积等。然而，在利用所述的方法沉积介质层时，也会在沉积设备的沉积腔室的内壁同时沉积上介质层材料，形成污染物；而且随着沉积腔室的使用，沉积腔室内壁上沉积的介质层厚度越来越大，附着于内壁上的介质层会脱落在基底表面，形成缺陷；另一方面，随着沉积腔室内壁的介质层厚度越来越厚，导致沉积腔室的内部容积发生变化，使得在沉积腔室中执行沉积工艺的参数难以控制，例如，对腔室中的压力控制，从而会造成形成的介质层的膜层特性发生变化，会影响形成的器件的性能。

[0037] 基于此，沉积设备的沉积腔室需要周期性的进行清洗，以去除附着在沉积腔室内壁的介质材料。

[0038] 此外，当沉积设备周期性维护或由于意外停止以后，在启动后执行沉积工艺之前也需要进行清洗。

[0039] 然而，本发明的申请人发现，沉积设备的沉积腔室在清洗完成后至沉积工艺开始之间的时间延迟(或时间差)会影响沉积的膜层的厚度，不同的时间延迟会导致沉积的厚度不同。具体的，在采用同样的沉积工艺参数的条件下，延迟时间与沉积的介质层的厚度之间具有线性关系，延迟时间越长，形成的厚度越薄。基于此，本发明提出一种提高在不同基底上沉积的介质层厚度一致性的方法，该方法可应用于具有至少两个沉积腔室的沉积设备。

[0040] 本发明的提高在不同基底上沉积介质层厚度一致性的方法包括：依次将不同的基底传送至不同的沉积腔室，在不同的沉积腔室中对不同的基底执行沉积工艺，以在不同的基底上形成介质层。其中，在向每一沉积腔室传送基底之前，对各个沉积腔室执行清洗工艺；且每一沉积腔室执行清洗工艺结束的时间至该腔室执行沉积工艺开始的时间差与其它腔室的相应的时间差相同。

[0041] 需要说明的是，在基底上沉积的介质层的厚度是指该基底上的介质层的厚度的平均值(Mean Value)，其可以通过抽样选取基底上不同位置进行厚度测量并将测量获得的测量值取平均值获得，这里不再详细描述。

[0042] 其次，上述的在向每一沉积腔室传送基底之前，对沉积腔室执行清洗工艺的步骤包括对沉积腔室的周期性清洗，也包括对沉积设备周期性维护后的清洗，还包括沉积设备由于意外停机而启动后的清洗；此外，该清洗工艺还可以在对于每一基底沉积完介质层后执行。也就是说，该清洗工艺包括在任何条件下对沉积设备的沉积腔室执行的清洗。

[0043] 根据本发明的其中一个方面，所述的每一沉积腔室执行清洗工艺结束的时间与该腔室执行沉积工艺开始的时间差与其它腔室的相应的时间差相同通过如下步骤实现：

[0044] 在向第一个传送基底的沉积腔室之后的每一沉积腔室执行清洗工艺开始的时间依次延迟，且每一沉积腔室延迟的时间为向前一沉积腔室传送基底的时间。也就是说，对于具有多个沉积腔室的沉积设备，在执行沉积工艺之前，根据向沉积腔室传送基底的顺序，依次执行清洗工艺，后传送基底的沉积腔室较之前传送基底的腔室执行清洗工艺开始的时间具有时间延迟，以使所有的沉积腔室执行清洗工艺完成后至沉积工艺开始的时间差相同，从而使得在不同沉积腔室中沉积的介质层具有相同或基本相同的厚度。

[0045] 其中，对于除第一个传送基底的腔室之外的每一腔室，延迟的时间为向前一沉积腔室传送基底的时间，所述的传送基底的时间包括沉积设备的机械臂抽取基底的时间、将该基底传送至腔室的时间以及传送基底后由该腔室抽回的时间之和。

[0046] 具体的，例如，对于第二个传送基底的腔室，其执行清洗工艺的时间较对第一个传送基底的腔室具有一时间延迟，且该时间延迟为沉积腔室的机械臂向第一个传送基底的腔室传送基底的时间，包括机械臂由沉积设备的缓冲室抽取基底的时间、将抽取的基底传送至所述的第一个传送基底的腔室的时间和机械臂传送基底后由所述的第一个传送基底的腔室复位的时间之和。

[0047] 此外，根据本发明的另外一个方面，所述的每一沉积腔室执行清洗工艺结束的时间与该腔室执行沉积工艺开始的时间差与其它腔室的相应的时间差相同通过如下步骤实现：同时开始对所有的沉积腔室执行相同的清洗工艺；执行清洗工艺后，在向所有的沉积腔室传送基底之后，同时开始执行沉积工艺。也就是说，对于具有多个沉积腔室的沉积设备，可以设置不同的沉积腔室同时开始执行相同的清洗工艺，完成清洗工艺之后，依次向所述的不同的沉积腔室中传送不同的基底，待所有的沉积腔室都传送由基底之后，同时开始执行沉积工艺。也即先被传送基底的沉积腔室需要等待后续的未传送基底的腔室传送完基底之后，再开始执行沉积工艺，以使得不同沉积腔室的清洗后至开始沉积的时间延迟相同，从而保证在不同的沉积腔室的基底上形成的介质层的厚度相同或基本相同。

[0048] 其中，上述的描述中的清洗工艺可以为等离子体清洗，即通过将清洗用的气体通入沉积腔室中，然后通过激励源激励所述的气体，将所述气体电离，形成等离子，该等离子体对沉积腔室内壁附着的污染物进行刻蚀，刻蚀后的副产物通过排气装置抽出所述沉积腔室之外，从而实现对沉积腔室内壁的清洗。其中，对于含有硅的污染物，例如氧化硅、氮化硅、氟硅玻璃、黑钻石等介质层沉积时在沉积腔室内壁的附着物，可以通过含氟的气体作为刻蚀气体，具体的，所述含氟的气体可以是所述含氟的气体包括SiF4、NF3、C2F6或F2。清洗时的其他工艺条件例如腔室压力、温度以及气体流量根据沉积腔室内壁附着物种类、厚度等决定，这里不再赘述。

[0049] 下面以在基底上沉积金属间介质层的工艺作为实施例对本发明的提高在不同基底上沉积的介质层厚度一致性的方法进行详细描述。需要说明的是，但所述的实施例以及其步骤不应当不适当的限制权利要求的范围，本领域技术人员在不背离权利要求的范围的条件下，将认识到许多其它的变形、替代或修改。

[0050] 请参看图1所示，沉积设备10包括传送室12，在所述传送室12中具有四个机械臂的传送装置14；在所述传送室12的其中一个侧壁外具有缓冲室11，用于接受待加工的基底，或将完成加工的基底由此移出该沉积设备；在所述传送室12的其它三个侧壁外侧各具有一对沉积腔室，分别为16a和16b、18a和18b以及20a和20b。其中，待加工基底通过所述的传送装置12由缓冲室传送至不同的沉积工艺腔室，由沉积工艺腔室执行沉积工艺，在基底上沉积金属间介质层，本实施例中可以为黑钻石。需要说明的是，图1仅仅是为说明本发明的方法引入的，其中的各个部件还可以有其它的变形，其还可以包含其它的部件，这里不再进行详细描述。

[0051] 对于图1所述的沉积设备，可设置向不同沉积腔室传送顺序为，先向沉积腔室16a和16b传送基底，再向沉积腔室18a和18b传送基底，接着向沉积腔室20a和20b传送基底。

[0052] 利用图1所述的沉积设备10工作时，首先，待加工的基底首先被传送至所述的缓冲室11中，其中该基底上已经完成了前段半导体器件的制造，需要沉积后段的金属间介质层，具体的，本发明中金属间介质层为黑钻石。

[0053] 接着，对所述沉积腔室16a和16b执行清洗工艺，清洗所述沉积腔室16a和16b的内壁，其中，本步骤中可以采用NF3的等离子体进行清洗，这里不再详细描述。

[0054] 然后，由所述的传送装置14的四个机械臂中的其中两个在缓冲室中抽取两个待沉积介质层的基底，然后旋转所述的传送装置14，使携带有基底的两个机械臂对准所述沉积腔室16a和16b，所述机械臂将携带的基底传送至沉积腔室16a和16b后，由所述的沉积腔室16a和16b复位所述机械臂至传送室12。在沉积腔室16a和16b接收基底后，即开始执行沉积工艺。

[0055] 在沉积腔室16a和16b开始执行清洗工艺后延迟时间T1，所述沉积腔室18a和18b开始执行与沉积腔室16a和16b同样的清洗工艺，其中所述延迟的时间T1包括机械臂由所述的缓冲室11抽取基底的时间，所述机械臂将携带的基底传送至沉积腔室16a和16b的时间，和所述机械臂由所述的沉积腔室16a和16b复位至传送室12的时间之和。此外，本步骤中的清洗工艺也可以和沉积腔室16a和16b的清洗工艺不同。

[0056] 然后，由所述的机械臂向所述沉积腔室18a和18b传送基底，并执行沉积工艺，这里不再详述。

[0057] 在一个具体的工艺中，所述延迟时间T1为75s。

[0058] 接着，在沉积腔室18a和18b开始执行清洗工艺后延迟时间T2，开始对沉积腔室20a和20b执行清洗工艺，也就是说，在沉积腔室16a和16b开始执行清洗工艺后的T1加T2的时间后，沉积腔室20a和20b开始执行清洗工艺，执行完清洗工艺后，由所述的机械臂传送基底至所述沉积腔室20a和20b，对基底执行沉积工艺，其中所述的T1和T2相同。在一个具体的工艺中，所述延迟时间T2为75s。

[0059] 此外，在所述的不同的沉积腔室中执行的清洗工艺相同(其中，这里的相同仅仅是设置沉积腔室中的清洗工艺参数相同，丝毫不代表沉积腔室中实际执行的清洗工艺的参数相同)，也可以不同；在不同的沉积腔室中执行的沉积工艺的工艺参数相同。完成沉积工艺后，依据传送基底的顺序，所述的机械臂再依次将沉积介质层的基底取出，并由所述的缓冲室11传出该沉积设备。

[0060] 根据传送基底的顺序，通过设置沉积设备中不同的沉积腔室的清洗工艺时间具有一定的延迟，使得不同沉积腔室中清洗完成时间至沉积工艺开始的时间差相同，可减小或避免由于所述的时间差引起的基底上沉积的介质层的厚度的差异，提高不同基底上沉积的介质层的厚度的一致性。

[0061] 上述实施例中，通过实施例对本发明的提高基底上沉积的介质层的厚度的一致性进行了详细的描述，需要说明的是，上述的步骤的描述不应该作为对本发明的权利要求保护范围的限制，在不背离权利要求的保护范围的条件下，本领域技术人员根据本发明的实施例的教导可以对上述的实施例的步骤的添加、去除、等同替换或者顺序的改变，只要是在具有至少两个沉积腔室的沉积工艺中通过改变、调整沉积腔室的清洗工艺完成时至沉积工艺开始时的时间差，使不同沉积腔室的所述的时间差相同的方法来提高不同基底上沉积的介质层的厚度的一致性的工艺均应当包含在本发明的保护范围之内。

[0062] 此外，本发明还提供一种调整基底上沉积的介质层的厚度的方法，包括：对沉积腔室执行清洗工艺；将基底传送至经过清洗的沉积腔室中，在所述沉积腔室中执行沉积工艺，在所述基底上形成介质层；其中，根据执行清洗工艺结束的时间与该腔室执行沉积工艺开始的时间差与该腔室沉积的介质层的厚度的关系，选择清洗工艺结束的时间至执行沉积工艺开始的时间延迟，开始执行沉积工艺，以形成厚度满足要求的介质层。这里不再详细描述。

[0063] 本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。