TW202344703A - 半導體製程設備及形成疊層薄膜結構的方法 - Google Patents
半導體製程設備及形成疊層薄膜結構的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TW202344703A TW202344703A TW112114607A TW112114607A TW202344703A TW 202344703 A TW202344703 A TW 202344703A TW 112114607 A TW112114607 A TW 112114607A TW 112114607 A TW112114607 A TW 112114607A TW 202344703 A TW202344703 A TW 202344703A
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- wafer
- process chamber
- dielectric
- chamber
- sputtering
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 217
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 239000010408 film Substances 0.000 claims abstract description 169
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 108
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 105
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 105
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 49
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 47
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 47
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 41
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims description 26
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 24
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 23
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 19
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 19
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 18
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 18
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical group [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 15
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 12
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 11
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 8
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 4
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 claims 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims 1
- 239000013077 target material Substances 0.000 abstract 2
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 125
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 16
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 14
- 238000013461 design Methods 0.000 description 13
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 12
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical group [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- -1 argon ions Chemical class 0.000 description 7
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 7
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 6
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 6
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 3
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 210000000352 storage cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
- C23C14/354—Introduction of auxiliary energy into the plasma
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
- C23C14/18—Metallic material, boron or silicon on other inorganic substrates
- C23C14/185—Metallic material, boron or silicon on other inorganic substrates by cathodic sputtering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
- C23C14/568—Transferring the substrates through a series of coating stations
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
一種半導體製程設備及形成疊層薄膜結構的方法。該形成疊層薄膜結構的方法包括：第一濺射步驟，將待沉積薄膜的晶圓傳輸至第一製程腔室內的第一基座上，對介質靶材施加第一濺射功率，以在晶圓的表面沉積形成介質薄膜；第二濺射步驟，將濺射有介質薄膜的晶圓由第一製程腔室內傳輸至第二製程腔室內的第二基座上，對金屬靶材施加第二濺射功率，以在介質薄膜上形成金屬薄膜；重複執行第一濺射步驟及第二濺射步驟，以在晶圓的表面沉積交替疊層的介質薄膜和金屬薄膜，形成疊層薄膜結構。
Description
本申請涉及半導體加工技術領域，具體而言，本申請涉及一種半導體製程設備及形成疊層薄膜結構的方法。
目前，NAND閃存是一種非易失性存儲技術，即斷電後仍能保存數據，它的發展目標就是降低每比特存儲成本以及提高存儲容量。平面結構的NAND閃存已接近其實際擴展極限，給半導體存儲器行業帶來嚴峻挑戰。新的3D NAND閃存技術是在垂直方向上堆疊多層數據存儲單元，其不僅具備卓越的精度，而且還可打造出存儲容量比平面結構的NAND閃存技術高達三倍的存儲設備，從而實現了在更小的空間內容納更高存儲容量，進而帶來很大的成本節約及能耗降低，因此大幅的性能提升能全面滿足眾多消費類移動設備和要求最嚴苛的企業部署的需求。
現有技術中，3D NAND閃存的製備製程十分複雜，需要採用化學氣相沉積製程（Chemical Vapor Deposition，CVD）在晶圓表面形成由金屬鎢材質及二氧化矽材質構成的疊層薄膜結構，該疊層薄膜結構在3D NAND閃存中作為控制柵（Control Gate），具體流程為先使用CVD方式形成氮化矽（SiNx）及二氧化矽疊層，再使用幹法刻蝕方式刻出特定圖形，然後使用濕法刻蝕將氮化矽去除，再用CVD方式形成金屬鎢膜層填充氮化矽的位置，從而形成金屬鎢材質及二氧化矽材質構成的疊層薄膜結構。但是，現有技術中形成疊層薄膜結構由於其本身製程過程較為複雜，導致產品良率較低且影響產能；另外，由於金屬鎢材質和二氧化矽材質的熱膨脹係數差異較大，以及在形成過程中需要高溫環境且完成後需要降低至室溫，因此導致採用現有技術製成的疊層薄膜結構內會產生較大的熱應力，從而進一步影響產品良率。
本申請針對現有方式的缺點，提出一種半導體製程設備及形成疊層薄膜結構的方法，用以解決現有技術存在的產品良率較低且影響產能的技術問題。
第一個方面，本申請實施例提供了一種形成疊層薄膜結構的方法，用於在晶圓的表面形成疊層薄膜結構，該方法包括：第一濺射步驟，將晶圓傳輸至第一製程腔室內的第一基座上；向該第一製程腔室內通入第一惰性氣體和第一製程氣體的混合氣體，對介質靶材施加第一濺射功率，使該第一惰性氣體形成等離子體，該等離子體使該第一製程氣體產生自由基，該自由基與該介質靶材發生反應，該等離子體轟擊該介質靶材，以在該晶圓上沉積形成介質薄膜；第二濺射步驟，將晶圓傳輸至第二製程腔室內的第二基座上；向該第二製程腔室內通入第二惰性氣體，對金屬靶材施加第二濺射功率，使該第二惰性氣體形成等離子體，該等離子體轟擊該金屬靶材，以在該晶圓上形成金屬薄膜；重複執行該第一濺射步驟及該第二濺射步驟，以在該晶圓的表面沉積交替疊層的該介質薄膜和該金屬薄膜，形成該疊層薄膜結構。
於本申請的一實施例中，該第二濺射步驟還包括：對該第二基座施加偏壓功率，吸引該金屬靶材上逸出的離子轟擊該晶圓，以調整該金屬薄膜的應力。
於本申請的一實施例中，在執行第一次該第一濺射步驟之前還包括去氣步驟：將該晶圓傳輸至去氣腔室的第三基座上，將該晶圓加熱至100℃~500℃，並維持10秒~200秒，以去除該晶圓上的水汽。
於本申請的一實施例中，在該去氣步驟之後，且在執行第一次該第一濺射步驟之前還包括預清洗步驟：將該晶圓由該去氣腔室傳輸至預清洗腔室的第四基座上，向該預清洗腔室中通入第三惰性氣體，並對該第四基座施加射頻功率，吸引該第三惰性氣體產生的等離子體轟擊該晶圓的表面，以去除該晶圓的表面的雜質。
於本申請的一實施例中，在該晶圓表面形成該疊層薄膜結構時，通過該第一濺射步驟所沉積的該介質薄膜作為該疊層薄膜結構的最後一層薄膜。
於本申請的一實施例中，在該第一濺射步驟中：該第一惰性氣體為氬氣，該第一製程氣體為氧氣，該氧氣在該混合氣體中的占比為30%以上，該介質靶材的材料為矽，該介質薄膜為二氧化矽薄膜。
於本申請的一實施例中，該第一濺射功率為脈衝直流功率，該脈衝直流功率為0.01kW～10kW；該第一製程腔室內的製程壓力為0.01mTorr～100mTorr；單層該介質薄膜的厚度為3nm～100nm。
於本申請的一實施例中，在該第二濺射步驟中，該第二惰性氣體為氬氣，該金屬靶材的材料為鎢，該金屬薄膜為鎢薄膜。
於本申請的一實施例中，該第二濺射功率為直流功率，該直流功率為0.01kW～20kW；該偏壓功率為射頻功率，該射頻功率為0.01kW～2kW；該第二製程腔室內的製程壓力為0.01mTorr～100mTorr；單層該金屬薄膜的厚度為3nm～1000nm。
第二個方面，本申請實施例提供了一種半導體製程設備，用於在晶圓的表面形成疊層薄膜結構，包括：傳輸腔室、第一製程腔室、第二製程腔室；該第一製程腔室及該第二製程腔室與該傳輸腔室連接，該傳輸腔室用於向該第一製程腔室或者該第二製程腔室內傳輸該晶圓；該第一製程腔室用於在該晶圓表面及金屬薄膜表面形成介質薄膜，該第一製程腔室包括第一基座、第一濺射電源及第一磁控管機構，該第一基座用於承載該晶圓，該第一濺射電源用於向介質靶材提供第一濺射功率，以使第一製程腔室內的第一惰性氣體及第一製程氣體形成等離子體，該第一磁控管機構用於引導該第一製程腔室內的等離子體轟擊該介質靶材；該第二製程腔室用於在該介質薄膜上形成該金屬薄膜，該第二製程腔室包括第二基座、第二濺射電源及第二磁控管機構，該第二基座用於承載該晶圓，該第二濺射電源用於向金屬靶材提供第二濺射功率，以使第二製程腔室內的第二惰性氣體形成等離子體，該第二磁控管機構用於引導該第二製程腔室內的等離子體轟擊該金屬靶材。
本申請實施例提供的技術方案帶來的有益技術效果是：
本申請實施例通過傳輸腔室在第一製程腔室及第二製程腔室之間傳輸晶圓，並且通過第一製程腔室在晶圓上形成介質薄膜，以及通過第二製程腔室在晶圓上形成金屬薄膜，從而實現在晶圓表面形成一對或多對的疊層薄膜結構。由於兩個製程腔室均採用物理氣相沉積製程沉積薄膜，並且均與傳輸腔室連接，使得本申請實施例的半導體製程設備集成難度低，並且由於製程流程簡單，從而大幅提升產能的同時，還能避免晶圓受到外界環境的污染以確保產品的良率，並且還便於商業化量產。另外，由於採用物理氣相沉積製程沉積薄膜，使得介質薄膜及金屬薄膜在沉積過程中溫度可以控制在室溫附近，防止疊層薄膜結構內部產生較大的熱應力，從而進一步提高產品的良率。
本申請附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，這些將從下面的描述中變得明顯，或通過本申請的實踐瞭解到。
以下揭露提供用於實施本揭露之不同構件之許多不同實施例或實例。下文描述組件及配置之特定實例以簡化本揭露。當然，此等僅為實例且非意欲限制。舉例而言，在以下描述中之一第一構件形成於一第二構件上方或上可包含其中該第一構件及該第二構件經形成為直接接觸之實施例，且亦可包含其中額外構件可形成在該第一構件與該第二構件之間，使得該第一構件及該第二構件可不直接接觸之實施例。另外，本揭露可在各個實例中重複參考數字及/或字母。此重複出於簡化及清楚之目的且本身不指示所論述之各個實施例及/或組態之間的關係。
此外，為便於描述，諸如「下面」、「下方」、「下」、「上方」、「上」及類似者之空間相對術語可在本文中用於描述一個元件或構件與另一(些)元件或構件之關係，如圖中圖解說明。空間相對術語意欲涵蓋除在圖中描繪之定向以外之使用或操作中之裝置之不同定向。設備可以其他方式定向(旋轉90度或按其他定向)且因此可同樣解釋本文中使用之空間相對描述詞。
儘管陳述本揭露之寬泛範疇之數值範圍及參數係近似值，然儘可能精確地報告特定實例中陳述之數值。然而，任何數值固有地含有必然由於見於各自測試量測中之標準偏差所致之某些誤差。再者，如本文中使用，術語「大約」通常意謂在一給定值或範圍之10%、5%、1%或0.5%內。替代地，術語「大約」意謂在由此項技術之一般技術者考量時處於平均值之一可接受標準誤差內。除在操作/工作實例中以外，或除非以其他方式明確指定，否則諸如針對本文中揭露之材料之數量、時間之持續時間、溫度、操作條件、數量之比率及其類似者之全部數值範圍、數量、值及百分比應被理解為在全部例項中由術語「大約」修飾。相應地，除非相反地指示，否則本揭露及隨附發明申請專利範圍中陳述之數值參數係可根據需要變化之近似值。至少，應至少鑑於所報告有效數位之數目且藉由應用普通捨入技術解釋各數值參數。範圍可在本文中表達為從一個端點至另一端點或在兩個端點之間。本文中揭露之全部範圍包含端點，除非另有指定。
本申請實施例提供了一種半導體製程設備，該半導體製程設備的結構示意圖如圖1至圖3所示，用於在晶圓的表面形成疊層薄膜結構，包括：傳輸腔室1、第一製程腔室2、第二製程腔室3；第一製程腔室2及第二製程腔室3與傳輸腔室1連接，傳輸腔室1用於向第一製程腔室2或者第二製程腔室3內傳輸晶圓；第一製程腔室2用於在晶圓表面及金屬薄膜表面形成介質薄膜，第一製程腔室2包括第一基座21、第一濺射電源及第一磁控管機構23，第一基座21用於承載晶圓，第一濺射電源用於向介質靶材22提供第一濺射功率，以使第一製程腔室2內的第一惰性氣體形成等離子體，第一磁控管機構23用於引導第一製程腔室2內的等離子體轟擊介質靶材22；第二製程腔室3用於在介質薄膜上形成金屬薄膜，第二製程腔室3包括第二基座31、第二濺射電源及第二磁控管機構33，第二基座31用於承載晶圓，第二濺射電源用於向金屬靶材32提供第二濺射功率，以使第二製程腔室3內的第二惰性氣體形成等離子體，第二磁控管機構33用於引導第二製程腔室3內的等離子體轟擊金屬靶材32。
如圖1及圖5所示，半導體製程設備例如可以是物理氣相沉積設備，但是本申請實施例並不限定半導體製程設備的具體類型，只要其可以執行物理氣相沉積製程即可，因此本申請實施例並不以此為限。傳輸腔室1可以採用多邊形的腔體結構，第一製程腔室2及第二製程腔室3環繞於傳輸腔室1的外周設置，並且兩個製程腔室依次環繞在傳輸腔室1的兩個側邊上，並且均與傳輸腔室1連通設置。傳輸腔室1內設置有機械手11，用於在第一製程腔室2及第二製程腔室3之間傳輸晶圓。可選地，傳輸腔室1的一側邊還設置有前端模塊7，前端模塊7可以將晶圓傳輸至傳輸腔室1內，傳輸腔室1內的機械手11再將晶圓傳輸至第一製程腔室2或者第二製程腔室3內。第一製程腔室2內可以容置並承載晶圓，第一製程腔室2可以採用物理氣相沉積製程在晶圓表面形成介質薄膜101，待晶圓的表面形成介質薄膜101後，傳輸腔室1內的機械手11能將晶圓由第一製程腔室2傳輸至第二製程腔室3內，第二製程腔室3同樣採用物理氣相沉積製程在晶圓表面的介質薄膜101表面形成金屬薄膜102，以在晶圓表面形成成對的疊層薄膜結構100。但是本申請實施例並不限定疊層薄膜結構100包括的介質薄膜101及金屬薄膜102的數量，例如多次交替執行上述製程，以在晶圓表面形成多對的疊層薄膜結構100。在上述實施例中，先在晶圓表面沉積形成介質薄膜101，後在晶圓表面的介質薄膜101表面形成金屬薄膜102，但是，本申請實施例並不限定介質薄膜101和金屬薄膜102的沉積先後順序，也可以先在晶圓表面沉積形成金屬薄膜102，後在晶圓表面的金屬薄膜102沉積形成介質薄膜101，因此本申請實施例並不以此為限，本領域技術人員可以根據實際情況自行調整設置。
如圖1、圖2及圖5所示，第一製程腔室2具體結構為，第一腔體20內設置有第一屏蔽件24、第一遮蔽環25及第一沉積環26，其中第一屏蔽件24為圓環套筒結構，嵌套於第一腔體20內，用於防止製程過程中污染第一腔體20的內壁。第一遮蔽環25的外周緣搭接於第一屏蔽件24的底端，第一遮蔽環25的內周緣搭接於第一沉積環26的外周緣；第一沉積環26套設於第一基座21上，第一基座21用於承載晶圓。介質靶材22蓋合於第一腔體20的頂端，第一蓋板28採用絕緣材料製成（例如為G10材料）殼體結構，以蓋合於介質靶材22的頂部。在第一蓋板28與介質靶材22之間充滿去離子水，用於冷卻介質靶材22和第一磁控管機構23。第一磁控管機構23與第一旋轉機構27連接，固定設置于第一蓋板28與介質靶材22之間，第一磁控管機構23繞其自身中心軸轉動，以引導等離子體轟擊介質靶材22。第一濺射電源（圖中未示出）與介質靶材22連接，用於向介質靶材22提供第一濺射功率，以使第一製程腔室2內的第一惰性氣體形成等離子體。第一腔體20的底部可以與真空系統連接，以用於保持第一製程腔室2內的製程壓力。第一腔體20的壁上還開設有進氣口，用於向第一腔體20內通入第一惰性及第一製程氣體，該第一惰性氣體例如是氬氣，該第一製程氣體例如是氧氣。採用上述設計，使得本申請實施例對於介質靶材22的轟擊動能較大，不僅能大幅提高沉積薄膜的緻密性，而且還能大幅提高產能。此外採用上述設計還能大幅降低製程過程中的溫度，從而降低疊層薄膜結構100內部的熱應力，以進一步提高要產品良率。
如圖1、圖3及圖5所示，第二製程腔室3的具體結構為，第二腔體30內設置有第二屏蔽件34、第二遮蔽環35及第二沉積環36，其中第二屏蔽件34為圓環套筒結構，嵌套於第二腔體30內，用於防止製程過程中污染第二腔體30的內壁。第二遮蔽環35的外周緣搭接於第二屏蔽件34的底端，第二遮蔽環35的內周緣搭接於第二沉積環36的外周緣。第二沉積環36套設於第二基座31上，第二基座31用於承載晶圓。金屬靶材32蓋合於第二腔體30的頂端，第二蓋板38採用絕緣材料製成（例如為G10材料）的殼體結構，以蓋合於金屬靶材32的頂部。第二蓋板38與金屬靶材32之間充滿去離子水，用於冷卻金屬靶材32和第二磁控管機構33。第二磁控管機構33與第二旋轉機構37連接，固定設置于第二蓋板38與金屬靶材32之間，第二磁控管機構33繞其自身中心軸轉動，以引導等離子體轟擊金屬靶材32。第二濺射電源（圖中未示出）與金屬靶材32連接，用於向金屬靶材32提供第二濺射功率，以使第二製程腔室3內的第二惰性氣體形成等離子體。第二腔體30的底部可以與真空系統連接，以用於保持第二製程腔室3內的製程壓力。第二腔體30的壁上還開設有進氣口，用於向第二腔體30內通入第二惰性氣體，該第二惰性氣體例如是氬氣。採用上述設計，使得本申請實施例對於金屬靶材32的轟擊動能較大，不僅能大幅提高沉積薄膜的緻密性，而且還能大幅提高產能。此外採用上述設計還能大幅降低製程過程中的溫度，從而降低疊層薄膜結構100內部的熱應力，以進一步提高要產品良率。進一步的，由於第二製程腔室3與第一製程腔室2採用類似結構，使得本申請實施例集成性較高，不僅能降低應用及維護成本，而且還能適用於產業化及規模化生產。
本申請實施例通過傳輸腔室在第一製程腔室及第二製程腔室之間傳輸晶圓，並且通過第一製程腔室在晶圓上形成介質薄膜，以及通過第二製程腔室在晶圓上形成金屬薄膜，從而實現在晶圓表面形成一對或多對的疊層薄膜結構。需要說明的是，在晶圓上形成介質薄膜或金屬薄膜，包含了在晶圓表面上形成介質薄膜或金屬薄膜的情況，也包含了在晶圓上的介質薄膜的表面形成金屬薄膜的情況，以及在晶圓上的金屬薄膜的表面形成介質薄膜的情況。
由於兩個製程腔室均採用物理氣相沉積製程沉積薄膜，並且均與傳輸腔室連接，使得本申請實施例的半導體製程設備集成難度低，並且由於製程流程簡單，從而大幅提升產能的同時，還能避免晶圓受到外界環境的污染以確保產品的良率，並且還便於商業化量產。另外，由於採用物理氣相沉積製程沉積薄膜，使得介質薄膜及金屬薄膜在沉積過程中溫度可以控制在室溫附近，防止疊層薄膜結構內部產生較大的熱應力，從而進一步提高產品的良率。
於本申請的一實施例，如圖1及圖2所示，第一濺射電源為脈衝直流電源，介質靶材22的材質為矽、二氧化矽、氮化矽或者氮氧化矽。
如圖1及圖2所示，由於介質靶材22採用矽、二氧化矽、氮化矽或者氮氧化矽，在採用物理氣相沉積過程中介質靶材22表面會形成二氧化矽，所以在製程過程中容易在介質靶材22表面（實際為介質靶材22表面的二氧化矽）產生電荷的累積，從而在介質靶材22表面發生電弧打火（arc），導致晶圓表面的顆粒超標。因此採用第一濺射電源採用脈衝直流電源與介質靶材22連接，並且在第一腔體20內通入氬氣和氧氣的混合氣體，第一濺射電源間歇式施加偏壓至介質靶材22上，使介質靶材22相對於接地的第一腔體20成為負電壓，第一濺射電源加載的瞬間產生高壓，以擊穿第一腔體20內的氬氣而產生等離子體，產生的等離子體將第一腔體20中的氧氣活化以產生氧自由基，氧自由基與介質靶材22表面的矽反應生成二氧化矽，帶正電的氬離子被吸引向負電壓的介質靶材22，即使第一腔體20內的第一惰性氣體及第一製程氣體形成等離子體，轟擊介質靶材22表面形成的二氧化矽，轟擊下來的二氧化矽沉積在晶圓上生成二氧化矽薄膜，即在晶圓表面形成介質薄膜101。可選地，在本實施例中還可以通過調整第一濺射電源的功率和第一惰性氣體及第一製程氣體的壓力等參數，例如，第一濺射功率為1kW～5kW，第一製程腔室內的製程壓力為5mTorr～10mTorr，可減少電荷在介質靶材22表面的累積，避免介質靶材22表面發生電弧打火，從而達到控制顆粒的目的。採用上述設計，由於第一濺射電源採用脈衝直流電源，能避免介質靶材22表面發生電弧打火以達到控制顆粒的目的，從而提高晶圓的產品良率。
需要說明的是，本申請實施例並不限定介質靶材22的具體材質，例如介質靶材22還可以採用氮化矽（SiNx）或者氮氧化矽等低介質材料。因此本申請實施例並不以此為限，本領域技術人員可以根據實際情況自行調整設置。
於本申請的一實施例中，如圖1及圖3所示，第二製程腔室3還包括射頻電源（圖中未示出），射頻電源與第二基座31連接，用於對第二基座31施加偏壓功率。可選地，第二濺射電源為直流電源，金屬靶材32的材質為鎢或者鉬。
如圖1及圖3所示，由於金屬靶材32採用金屬鎢材質製成，因此第二濺射電源可以採用直流電源，並且第二惰性氣體為氬氣。在實際應用時，第二濺射電源將偏壓施加至金屬靶材32上，以使得金屬靶材32相對於接地的第二腔體30成為負電壓，第二濺射電源加載的瞬間產生高壓，可擊穿氬氣而產生等離子體，等離子體中帶正電的氬離子被吸引至負電壓的金屬靶材32，當氬離子的能量足夠高時，會使金屬靶材32上的粒子或離子逸出並沉積在晶圓表面上，即在晶圓表面的介質薄膜上形成金屬薄膜。在第二基座31的下方連接有射頻電源，射頻電源能在第二基座31上形成負電壓，以吸引金屬靶材32逸出的離子或等離子體中的氬離子轟擊晶圓上的金屬薄膜，可以起到調整薄膜應力的作用。採用上述設計，由於第二濺射電源採用直流電源能大幅降低應用及維護成本，並且還能大幅提高本申請實施例的適用性及適用範圍；另外第二基座31上加載有射頻電源，還能使得薄膜應力較為均勻，從而提高薄膜沉積良率。
需要說明的是，本申請實施例並不限定金屬靶材32的具體材質，例如金屬靶材32還可以採用金屬鉬材質或者其它較高導電係數的材質。因此本申請實施例並不以此為限，本領域技術人員可以根據實際情況自行調整設置。
於本申請的一實施例中，如圖1及圖5所示，半導體製程設備還包括有去氣腔室4、預清洗腔室5及預備腔室6，預清洗腔室5、去氣腔室4及多個預備腔室6均環繞設置於傳輸腔室1的外周，傳輸腔室1用於在去氣腔室4、預清洗腔室5、第一製程腔室2及第二製程腔室3之間傳輸晶圓；多個預備腔室6與第一製程腔室2和/或第二製程腔室3的類型相同。
如圖1及圖5所示，傳輸腔室1具體可以採用八邊形的腔體結構，其中兩相鄰的側邊可以設置有前端模塊7，去氣腔室4、預清洗腔室5、第一製程腔室2、第二製程腔室3及預備腔室6依次環繞於傳輸腔室1的其它六個側邊，其中預備腔室6可以設置為兩個。去氣腔室4可以用於對晶圓執行去汽製程，即對晶圓表面的水汽進行去除；然後再由傳輸腔室1內的機械手11將晶圓傳輸至預清洗腔室5內，預清洗腔室5用於對晶圓表面進行預清洗製程，以將晶圓表面的有機物及雜質進行清洗；此時傳輸腔室1內的機械手11將晶圓傳輸至第一製程腔室2，以在晶圓表面形成介質薄膜101，然後再由機械手11將晶圓傳輸至第二製程腔室3，以在晶圓表面的介質薄膜101上形成金屬薄膜102以形成的疊層薄膜結構100。預備腔室6可以為兩個，其中一個預備腔室6可以設置為與第一製程腔室2的類型相同，另一個預備腔室6可以設置為與第二製程腔室3的類型相同，以提高本申請實施例製備疊層薄膜結構100的效率，從而進一步提高產能。採用上述設計，使得本申請實施例的晶圓傳輸過程簡便快捷，從而大幅提高工作效率及產能。
需要說明的是，本申請實施例並不限定預備腔室6的具體類型及數量，例如預備腔室6還可以設置為去氣腔室4或預清洗腔室5。因此本申請實施例並不以此為限，本領域技術人員可以根據實際情況自行調整設置。
基於同一發明構思，本申請實施例提供了一種形成疊層薄膜結構的方法，用於在晶圓的表面形成疊層薄膜結構，該形成疊層薄膜結構的方法流程示意圖如圖4所示，包括以下步驟：
S1：第一濺射步驟，將晶圓可以通過傳輸腔室傳輸至第一製程腔室內的第一基座上；向第一製程腔室內通入第一惰性氣體和第一製程氣體的混合氣體，對介質靶材施加第一濺射功率，使第一惰性氣體形成等離子體，該等離子體使第一製程氣體產生自由基，該自由基與介質靶材發生反應，該等離子體轟擊介質靶材，以在晶圓上沉積形成介質薄膜。
S2：第二濺射步驟，將晶圓由第一製程腔室內可以通過傳輸腔室傳輸至第二製程腔室內的第二基座上；向第二製程腔室內通入第二惰性氣體，對金屬靶材施加第二濺射功率，使第二惰性氣體形成等離子體，該等離子體轟擊金屬靶材，以在晶圓上形成金屬薄膜。
重複執行第一濺射步驟及第二濺射步驟，以在晶圓的表面沉積交替疊層的介質薄膜和金屬薄膜，形成疊層薄膜結構。本申請實施例並不限定介質薄膜101和金屬薄膜102的沉積先後順序，可以先在晶圓表面沉積形成介質薄膜101，後在晶圓表面的介質薄膜101表面形成金屬薄膜102，或者也可以先在晶圓表面沉積形成金屬薄膜102，後在晶圓表面的金屬薄膜102沉積形成介質薄膜101。
可選地，在晶圓表面形成疊層薄膜結構100時，通過第一濺射步驟所沉積的介質薄膜101作為疊層薄膜結構100的最後一層薄膜。
結合參照如圖1至圖5所示，半導體製程設備可以包括有下位機，下位機可以控制傳輸腔室1內的機械手11運動，傳輸腔室1內的機械手11將晶圓傳輸至第一製程腔室2，第一基座21用於承載晶圓。向第一腔體20內通入氬氣和氧氣的混合氣體，即向第一製程腔室2內通入第一惰性氣體和第一製程氣體的混合氣體，第一濺射電源向介質靶材22施加第一濺射功率，使第一腔體20內的第一惰性氣體形成等離子體，產生的等離子體將第一腔體20中的氧氣活化以產生氧自由基，氧自由基與介質靶材22表面的矽反應生成二氧化矽，轟擊介質靶材22表面形成的二氧化矽，轟擊下來的二氧化矽沉積在晶圓上生成二氧化矽薄膜，以在晶圓上形成介質薄膜101，即執行第一濺射步驟。然後再由機械手11將晶圓傳輸至第二製程腔室3，第二基座31用於承載晶圓。向第二腔體30內通入氬氣，即向第二製程腔室3內通入第二惰性氣體，第二濺射電源對金屬靶材32施加第二濺射功率，可擊穿氬氣而產生等離子體，等離子體中帶正電的氬離子被吸引至負電壓的金屬靶材32，當氬離子的能量足夠高時，會使金屬靶材32上的粒子或離子逸出並沉積在晶圓上，以在晶圓上形成金屬薄膜102，即執行第二濺射步驟。根據實際需求交替執行第一濺射步驟及第二濺射步驟，以得到不同對數的疊層薄膜結構100，例如疊層薄膜結構100的對數可為兩對、四對、甚至一百對，具體可以參照如圖5所示，疊層薄膜結構100的總體厚度可以設置為15nm～100000nm，優選的1000nm～10000nm，但是本申請實施例並不以此為限。進一步的，疊層薄膜結構100最上層可以採用第一製程腔室2在金屬薄膜102的表面形成有介質薄膜101，以作為保護薄膜，即在晶圓表面形成疊層薄膜結構100時，通過第一濺射步驟所沉積的介質薄膜101作為疊層薄膜結構100的最後一層薄膜。
採用上述設計，由於採用物理氣相沉積製程製備疊層薄膜結構100，使得疊層薄膜結構100的溫度較低，從而避免疊層薄膜結構100內產生較大的熱應力，進而提高產品良率。此外，由於採用傳輸腔室1在第一製程腔室2及第二製程腔室3內傳輸晶圓，可以避免晶圓與外界環境接觸造成的污染，從而進一步提高產品良率。
於本申請的一實施例中，如圖1至圖5所示，第二濺射步驟還包括：對第二基座31施加偏壓功率，吸引金屬靶材32上逸出的離子轟擊晶圓，以調整金屬薄膜102的應力。具體來說，在第二基座31的下方連接有射頻電源，射頻電源能在第二基座31上形成負電壓，以吸引金屬靶材32逸出的離子或等離子體中的氬離子轟擊晶圓上的金屬薄膜102，可以起到調整薄膜應力的作用，使得薄膜應力較為均勻，從而提高薄膜沉積良率。
於本申請的一實施例中，如圖1至圖5所示，在執行第一次第一濺射步驟之前還包括去氣步驟：將晶圓傳輸至去氣腔室的第三基座上，將晶圓加熱至100℃~500℃，並維持10秒~200秒，以去除晶圓上的水汽。具體來說，下位機可以控制傳輸腔室1內的機械手11運動，機械手11能將前端模塊7內的晶圓傳輸至去氣腔室4內，去氣腔室4內的第三基座可以用於承載晶圓，第三基座可以將晶圓加熱至100℃~500℃之間，並且維持10秒~200秒的時間，以對晶圓表面的水汽進行去除。當晶圓完成去氣步驟之後，再將該完成去氣步驟的晶圓傳輸至第一製程腔室2內，以用於執行第一濺射步驟。需要說明的是，本申請實施例並不限定去氣步驟的具體製程參數，本領域技術人員可以根據實際情況自行調整設置。
於本申請的一實施例中，如圖1至圖5所示，在去氣步驟之後，且在執行第一次第一濺射步驟之前還包括預清洗步驟：將晶圓由去氣腔室傳輸至預清洗腔室的第四基座上，向預清洗腔室中通入第三惰性氣體，並對第四基座施加射頻功率，吸引第三惰性氣體產生的等離子體轟擊晶圓的表面，以去除晶圓的表面的雜質。具體來說，當完成去氣步驟之後，下位機可以控制傳輸腔室1內的機械手11運動，機械手11能將去氣腔室4內的晶圓傳輸至預清洗腔室5內，預清洗腔室5內的第四基座可以用於承載晶圓，預清洗腔室5內可以通入第三惰性氣體，該第三惰性氣體可以採用氬氣，但是本申請實施例並不以此為限。第四基座可以對晶圓施加射頻功率，以用於吸引第三惰性氣體產生的等離子體，以使等離子體能夠轟擊晶圓的表面，即預清洗腔室5能對晶圓表面執行預清洗步驟，以將晶圓表面的有機物及雜質進行清洗。當晶圓完成預清洗步驟之後，再將該完成預清洗步驟的晶圓傳輸至第一製程腔室2內，以用於執行第一濺射步驟。採用上述設計，由於晶圓表面較為清潔，能有效避免有機物及雜質造成薄膜沉積缺陷，從而大幅提高晶圓薄膜沉積的良率。需要說明的是，本申請實施例並不限定第三惰性氣體的具體類型，本領域技術人員可以根據實際情況自行調整設置。
於本申請的一實施例中，如圖1至圖5所示，在第一濺射步驟中：第一惰性氣體為氬氣，第一製程氣體為氧氣，氧氣在混合氣體中的占比為30%以上，介質靶材的材料為矽，介質薄膜為二氧化矽薄膜。
可選地，第一濺射功率為脈衝直流功率，脈衝直流功率為0.01kW～10kW；第一製程腔室內的製程壓力為0.01mTorr～100mTorr；單層介質薄膜的厚度為3nm～100nm。
如圖1至圖5所示，在第一濺射步驟中，第一製程腔室2的進氣口通入的混合氣體為氬氣和氧氣，並且氧氣在混合氣體中的占比為30%以上，即第一惰性氣體為氬氣，第一製程氣體為氧氣，氧氣在混合氣體中的占比為30%以上。第一濺射電源為脈衝直流電源，並且第一濺射功率具體數值為0.01kW～10kW，以用於向介質靶材22施加偏壓，該介質靶材22的材質例如為矽，以使得介質薄膜101為二氣化矽薄膜。真空系統可以將第一製程腔室2的製程壓力控制在0.01mTorr～100mTorr之間，具體執行濺射的時間並不進行限定，只要確保單層介質薄膜101的厚度達到3nm～100nm即可。採用上述設計，使得本申請實施例製備的疊層薄膜結構100不僅能適用於3D NAND閃存領域，而且還能應用於其它領域，從而大幅提高本申請實施例適用性及適用範圍。進一步的，可以將第一濺射電源的第一濺射功率設置為1kW～5kW，以及通過真空系統將第一製程腔室2內的製程壓力調整為5mTorr～10mTorr，從而實現將介質薄膜101控制在5nm～10nm之間，採用此製程環境能夠減少介質靶材22的表面產生電荷的積累，從而防止在介質靶材22的表面發生電弧打火（arc）。採用上述設計，不僅可以調節沉積速率，而且還能精確控制薄膜沉積厚度，從而在提高工作效率的同時提高介質薄膜的良率。
於本申請的一實施例中，如圖1至圖5所示，在第二濺射步驟中，第二惰性氣體為氬氣，介質靶材的材料為鎢，金屬薄膜為鎢薄膜。
可選地，第二濺射功率為直流功率，直流功率為0.01kW～20kW；偏壓功率為射頻功率，射頻功率為0.01kW～2kW；第二製程腔室內的製程壓力為0.01mTorr～100mTorr；單層金屬薄膜的厚度為3nm～1000nm。
如圖1至圖5所示，在第二濺射步驟中，向第二製程腔室3的進氣口通入氬氣，即第二惰性氣體為氬氣。第二濺射電源為直流電源，並且第二濺射功率的具體數值為0.01kW～20kW，以用於向金屬靶材32施加偏壓，該金屬靶材32的材質例如為鎢，以使得金屬薄膜為鎢薄膜。由於金屬靶材32本身的特點，需要將第二濺射電源的第二濺射功率設置的相對較高，從而確保沉積速率，例如第二濺射功率可以設置為0.01kW～20kW之間，但是本申請實施例並不以此為限。第二基座31可以對晶圓加載射頻功率，即偏壓功率為射頻功率，該射頻功率為0.01kW～2kW，但是本申請實施例並不以此為限。真空系統可以將第二製程腔室3的製程壓力控制在0.01mTorr～100mTorr，但是執行濺射的時間並不進行限定，只要確保單層金屬薄膜102的厚度達到3nm～1000nm即可，由於需要在金屬薄膜102刻蝕圖形，因此金屬薄膜102厚度相較於介質薄膜101較厚。採用上述設計，使得本申請實施例製備的疊層薄膜結構100不僅能適用於3D NAND閃存領域，而且還能應用於其它領域，從而大幅提高本申請實施例適用性及適用範圍。進一步的，可以將第二濺射功率設置為1kW～5kW，第二基座31對晶圓加載的射頻功率為1kW～2kW，再通過真空系統將第二製程腔室3內的製程壓力調整為5mTorr～10mTorr，從而實現將介質薄膜101控制在10nm～100nm。採用上述設計，不僅可以調節沉積速率，而且還能精確控制薄膜沉積厚度，從而在提高工作效率的同時提高介質薄膜101的良率。
應用本申請實施例，至少能夠實現如下有益效果：
本申請實施例通過傳輸腔室在第一製程腔室及第二製程腔室之間傳輸晶圓，並且通過第一製程腔室在晶圓上形成介質薄膜，以及通過第二製程腔室在晶圓上形成金屬薄膜，從而實現在晶圓表面形成一對或多對的疊層薄膜結構。由於兩個製程腔室均採用物理氣相沉積製程沉積薄膜，並且均與傳輸腔室連接，使得本申請實施例的半導體製程設備集成難度低，並且由於製程流程簡單，從而大幅提升產能的同時，還能避免晶圓受到外界環境的污染以確保產品的良率，並且還便於商業化量產。另外，由於採用物理氣相沉積製程沉積薄膜，使得介質薄膜及金屬薄膜在沉積過程中溫度可以控制在室溫附近，防止疊層薄膜結構內部產生較大的熱應力，從而進一步提高產品的良率。
前述內容概括數項實施例之特徵，使得熟習此項技術者可更佳地理解本揭露之態樣。熟習此項技術者應瞭解，其等可容易地使用本揭露作為用於設計或修改用於實行本文中介紹之實施例之相同目的及/或達成相同優點之其他製程及結構之一基礎。熟習此項技術者亦應瞭解，此等等效構造不背離本揭露之精神及範疇，且其等可在不背離本揭露之精神及範疇之情況下在本文中作出各種改變、置換及更改。
1:傳輸腔室
2:第一製程腔室
3:第二製程腔室
4:去氣腔室
5:預清洗腔室
6:預備腔室
7:前端模塊
11:機械手
20:第一腔體
21:第一基座
22:介質靶材
23:第一磁控管機構
24:第一屏蔽件
25:第一遮蔽環
26:第一沉積環
27:第一旋轉機構
28:第一蓋板
30:第二腔體
31:第二基座
32:金屬靶材
33:第二磁控管機構
34:第二屏蔽件
35:第二遮蔽環
36:第二沉積環
37:第二旋轉機構
38:第二蓋板
100:疊層薄膜結構
101:介質薄膜
102:金屬薄膜
S1、S2:步驟
當結合附圖閱讀時，從以下詳細描述最佳理解本揭露之態樣。應注意，根據產業中之標準實踐，各種構件未按比例繪製。事實上，為了論述的清楚起見可任意增大或減小各種構件之尺寸。
圖1為本申請實施例提供的一種半導體製程設備的俯視結構示意圖；
圖2為本申請實施例提供的一種第一製程腔室的剖視結構示意圖；
圖3為本申請實施例提供的一種第二製程腔室的剖視結構示意圖；
圖4為本申請實施例提供的一種疊層薄膜結構製備方法中的流程示意圖；
圖5為本申請實施例提供的一種疊層薄膜結構的剖視示意圖。
S1、S2:步驟
Claims (10)
- 一種形成疊層薄膜結構的方法，用於在晶圓的表面形成一疊層薄膜結構，該方法包括： 一第一濺射步驟，將一晶圓傳輸至一第一製程腔室內的一第一基座上；向該第一製程腔室內通入一第一惰性氣體和一第一製程氣體的一混合氣體，對一介質靶材施加一第一濺射功率，使該第一惰性氣體形成一等離子體，該等離子體使該第一製程氣體產生一自由基，該自由基與該介質靶材發生反應，該等離子體轟擊該介質靶材，以在該晶圓上沉積形成一介質薄膜； 一第二濺射步驟，將晶圓傳輸至一第二製程腔室內的一第二基座上；向該第二製程腔室內通入一第二惰性氣體，對一金屬靶材施加一第二濺射功率，使該第二惰性氣體形成一等離子體，該等離子體轟擊該金屬靶材，以在該晶圓上形成一金屬薄膜； 重複執行該第一濺射步驟及該第二濺射步驟，以在該晶圓的表面沉積交替疊層的該介質薄膜和該金屬薄膜，形成該疊層薄膜結構。
- 如請求項1所述的形成疊層薄膜結構的方法，其中，該第二濺射步驟還包括：對該第二基座施加一偏壓功率，吸引該金屬靶材上逸出的離子轟擊該晶圓，以調整該金屬薄膜的應力。
- 如請求項1所述的形成疊層薄膜結構的方法，其中，在執行第一次該第一濺射步驟之前還包括一去氣步驟：將該晶圓傳輸至一去氣腔室的一第三基座上，將該晶圓加熱至100℃~500℃，並維持10秒~200秒，以去除該晶圓上的水汽。
- 如請求項3所述的形成疊層薄膜結構的方法，其中，在該去氣步驟之後，且在執行第一次該第一濺射步驟之前還包括一預清洗步驟：將該晶圓由該去氣腔室傳輸至一預清洗腔室的一第四基座上，向該預清洗腔室中通入一第三惰性氣體，並對該第四基座施加一射頻功率，吸引該第三惰性氣體產生的等離子體轟擊該晶圓的表面，以去除該晶圓的表面的雜質。
- 如請求項1所述的形成疊層薄膜結構的方法，其中，在該晶圓表面形成該疊層薄膜結構時，通過該第一濺射步驟所沉積的該介質薄膜作為該疊層薄膜結構的最後一層薄膜。
- 如請求項1所述的形成疊層薄膜結構的方法，其中，在該第一濺射步驟中：該第一惰性氣體為氬氣，該第一製程氣體為氧氣，該氧氣在該混合氣體中的占比為30%以上，該介質靶材的材料為矽，該介質薄膜為二氧化矽薄膜。
- 如請求項1所述的形成疊層薄膜結構的方法，其中，該第一濺射功率為一脈衝直流功率，該脈衝直流功率為0.01kW～10kW；該第一製程腔室內的製程壓力為0.01mTorr～100mTorr；單層該介質薄膜的厚度為3nm～100nm。
- 如請求項1所述的形成疊層薄膜結構的方法，其中，在該第二濺射步驟中，該第二惰性氣體為氬氣，該金屬靶材的材料為鎢，該金屬薄膜為鎢薄膜。
- 如請求項2所述的形成疊層薄膜結構的方法，其中，該第二濺射功率為一直流功率，該直流功率為0.01kW～20kW；該偏壓功率為一射頻功率，該射頻功率為0.01kW～2kW；該第二製程腔室內的製程壓力為0.01mTorr～100mTorr；單層該金屬薄膜的厚度為3nm～1000nm。
- 一種半導體製程設備，用於在一晶圓的表面形成疊層薄膜結構，包括： 一傳輸腔室、一第一製程腔室、一第二製程腔室； 該第一製程腔室及該第二製程腔室與該傳輸腔室連接，該傳輸腔室用於向該第一製程腔室或者該第二製程腔室內傳輸該晶圓； 該第一製程腔室用於在該晶圓表面及一金屬薄膜表面形成一介質薄膜，該第一製程腔室包括一第一基座、一第一濺射電源及一第一磁控管機構，該第一基座用於承載該晶圓，該第一濺射電源用於向一介質靶材提供一第一濺射功率，以使該第一製程腔室內的一第一惰性氣體及一第一製程氣體形成等離子體，該第一磁控管機構用於引導該第一製程腔室內的等離子體轟擊該介質靶材； 該第二製程腔室用於在該介質薄膜上形成該金屬薄膜，該第二製程腔室包括一第二基座、一第二濺射電源及一第二磁控管機構，該第二基座用於承載該晶圓，該第二濺射電源用於向一金屬靶材提供一第二濺射功率，以使第二製程腔室內的一第二惰性氣體形成等離子體，該第二磁控管機構用於引導該第二製程腔室內的等離子體轟擊該金屬靶材。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2022104867706 | 2022-05-06 | ||
| CN202210486770.6A CN114908326B (zh) | 2022-05-06 | 2022-05-06 | 半导体工艺设备及形成叠层薄膜结构的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202344703A true TW202344703A (zh) | 2023-11-16 |
| TWI863226B TWI863226B (zh) | 2024-11-21 |
Family
ID=82766734
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW112114607A TWI863226B (zh) | 2022-05-06 | 2023-04-19 | 半導體製程設備及形成疊層薄膜結構的方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20240148409A (zh) |
| CN (1) | CN114908326B (zh) |
| TW (1) | TWI863226B (zh) |
| WO (1) | WO2023213189A1 (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114908326B (zh) * | 2022-05-06 | 2024-06-21 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 半导体工艺设备及形成叠层薄膜结构的方法 |
| CN115058695B (zh) * | 2022-08-11 | 2022-11-04 | 广州粤芯半导体技术有限公司 | 溅射方法及半导体器件的制造方法 |
| CN117051367B (zh) * | 2023-08-18 | 2024-05-31 | 上海陛通半导体能源科技股份有限公司 | 磁控溅射设备 |
| CN117524922B (zh) * | 2023-10-25 | 2024-06-11 | 江苏首芯半导体科技有限公司 | 薄膜沉积机台及半导体制程方法 |
| CN117467962B (zh) * | 2023-12-28 | 2024-03-08 | 上海陛通半导体能源科技股份有限公司 | 薄膜沉积设备 |
| CN118007090A (zh) * | 2024-02-04 | 2024-05-10 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 半导体工艺腔室 |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06167599A (ja) * | 1992-11-27 | 1994-06-14 | Nikon Corp | Ｘ線用多層膜ミラーの製造方法 |
| JPH09302469A (ja) * | 1996-05-09 | 1997-11-25 | Asahi Glass Co Ltd | スパッタ方法 |
| JP5252831B2 (ja) * | 2007-05-14 | 2013-07-31 | 株式会社アルバック | 誘電体多層膜フィルタの製造方法、及び、誘電体多層膜フィルタの製造装置 |
| CN105256276B (zh) * | 2010-06-10 | 2018-10-26 | 应用材料公司 | 具有增强的离子化和rf 功率耦合的低电阻率钨pvd |
| JP5429078B2 (ja) * | 2010-06-28 | 2014-02-26 | 東京エレクトロン株式会社 | 成膜方法及び処理システム |
| US20120043198A1 (en) * | 2010-08-18 | 2012-02-23 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Film formation apparatus and film formation method |
| JP5650760B2 (ja) * | 2010-12-28 | 2015-01-07 | キヤノンアネルバ株式会社 | 製造装置 |
| KR102035279B1 (ko) * | 2013-02-04 | 2019-10-22 | 삼성전자주식회사 | 반도체 메모리 소자 및 그의 제조 방법 |
| JP6230930B2 (ja) * | 2014-02-17 | 2017-11-15 | 東京エレクトロン株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| US10128116B2 (en) * | 2016-10-17 | 2018-11-13 | Lam Research Corporation | Integrated direct dielectric and metal deposition |
| US10319582B2 (en) * | 2017-04-27 | 2019-06-11 | Lam Research Corporation | Methods and apparatus for depositing silicon oxide on metal layers |
| JP7121141B2 (ja) * | 2018-05-03 | 2022-08-17 | 長江存儲科技有限責任公司 | ３次元メモリデバイスのスルーアレイコンタクト（ｔａｃ） |
| US12014928B2 (en) * | 2018-07-31 | 2024-06-18 | Lam Research Corporation | Multi-layer feature fill |
| JP7481990B2 (ja) * | 2020-10-12 | 2024-05-13 | 日東電工株式会社 | 光学フィルムの製造方法および光学フィルム製造装置 |
| CN113862622B (zh) * | 2021-09-24 | 2023-10-13 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 一种金属化合物薄膜的制备方法 |
| CN114144883A (zh) * | 2021-11-04 | 2022-03-04 | 长江存储科技有限责任公司 | 使用自对准多重图案化和气隙的三维(3d)存储器设备和制造方法 |
| CN114908326B (zh) * | 2022-05-06 | 2024-06-21 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 半导体工艺设备及形成叠层薄膜结构的方法 |
-
2022
- 2022-05-06 CN CN202210486770.6A patent/CN114908326B/zh active Active
-
2023
- 2023-04-19 TW TW112114607A patent/TWI863226B/zh active
- 2023-04-19 WO PCT/CN2023/089151 patent/WO2023213189A1/zh active Application Filing
- 2023-04-19 KR KR1020247030408A patent/KR20240148409A/ko unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20240148409A (ko) | 2024-10-11 |
| WO2023213189A1 (zh) | 2023-11-09 |
| CN114908326B (zh) | 2024-06-21 |
| CN114908326A (zh) | 2022-08-16 |
| TWI863226B (zh) | 2024-11-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TW202344703A (zh) | 半導體製程設備及形成疊層薄膜結構的方法 | |
| US10546761B2 (en) | Substrate processing apparatus | |
| CN111696882B (zh) | 腔室及半导体加工设备 | |
| JP7316379B2 (ja) | 裏側物理的気相堆積の方法及び装置 | |
| TWI667501B (zh) | 光波分離結構與形成光波分離結構的方法 | |
| CN104347389B (zh) | 等离子体刻蚀方法 | |
| CN113066745B (zh) | 一种连续制备大面积纳米绒面的反应离子刻蚀装置及其方法 | |
| CN102804397A (zh) | 用于微结构受控制的薄膜沉积的离子化物理汽相沉积 | |
| US20230094180A1 (en) | Systems and methods for depositing low-k dielectric films | |
| TWI828169B (zh) | 磁控濺射組件、磁控濺射設備及磁控濺射方法 | |
| TW201932629A (zh) | 半導體設備 | |
| US9583317B2 (en) | Plasma processing method and plasma processing apparatus | |
| CN113445050A (zh) | 一种制备Topcon太阳能电池的设备及其工艺 | |
| TWI726466B (zh) | 一種單隔離層磁性穿隧接面蝕刻方法 | |
| US9721766B2 (en) | Method for processing target object | |
| JP5478324B2 (ja) | クリーニング装置、成膜装置、成膜方法 | |
| JP7635306B2 (ja) | 裏側物理的気相堆積の方法及び装置 | |
| WO2010013333A1 (ja) | 真空装置及び真空処理方法 | |
| US12198928B2 (en) | Carbon gap fill processes | |
| JP2002050612A (ja) | プラズマ処理装置及び方法 | |
| US20240096641A1 (en) | In-situ carbon liner for high aspect ratio features | |
| TW202347443A (zh) | 用於電漿蝕刻的側壁鈍化 | |
| US20220108872A1 (en) | Bevel backside deposition elimination | |
| TWM649504U (zh) | 具有透明導電結構之光感測元件 | |
| TWI572050B (zh) | 異質接面之矽基太陽能電池製作方法及直列式製作設備 |