沉积薄膜的磁控溅射方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种沉积薄膜的磁控溅射方法。
【背景技术】
[0002] 磁控溅射是物理气相沉积的一种，广泛应用于集成电路制造过程中金属层的沉 积。娃通孔（Through Silicon Via,TSV)技术是三维集成电路中堆叠芯片实现互连的一种 新的技术方案，该技术可大大降低芯片之间的互联延迟，制造出结构更复杂、性能更强大的 芯片，成为了目前电子封装技术中最引人注目的一种技术。
[0003] 磁控溅射在TSV技术中的应用主要是在硅通孔内部沉积阻挡层和铜籽晶层。其 中，阻挡层的作用是防止铜向硅或者二氧化硅中扩散，铜籽晶层的作用是为后续电镀工艺 做一层导电层。目前磁控溅射技术主要采用静电卡盘对晶片进行支撑，与集成电路中铜互 联工艺不同的是，硅通孔中的沉积薄膜厚度较大，薄膜应力过大会导致静电卡盘无法对晶 片进行静电吸附；并且硅通孔中薄膜沉积多出现在后道封装工艺中，晶片被减薄后一般采 用玻璃基底对晶片进行支撑，但静电卡盘无法对玻璃基底进行静电吸附。因此，在硅通孔的 磁控溅射中，需要采用机械卡盘对晶片进行支撑。
[0004] 参见图1，为TSV技术所使用的磁控溅射设备的结构示意图。其中，1为反应腔室；2 为靶材；3为含有硅通孔的晶片；4为机械卡盘，5为具有一定重量的金属卡环，6为下电极。 在使用机械卡盘4对晶片3进行支撑时，需利用金属卡环5将晶片以机械的方式压在晶片 3上，以固定晶片3。
[0005] 参见图2,金属卡环5上沿内侧圆周设置有多个压爪51，且多个卡爪51之间存在 间隙。在进行工艺时，金属卡环5通过多个压爪51将晶片3固定。
[0006] 传统技术中，利用磁控溅射设备在硅通孔中沉积薄膜的过程如下：向反应腔室1 中通入工艺气体；对靶材2施加 DC偏压，进行起辉；提升施加在靶材2上的DC偏压，并在下 电极6上加载RF偏压，进行薄膜的沉积，在该步骤中，由于施加在靶材2上的DC偏压升高 的瞬间会使靶材2附近的工艺气体大量电离，造成应腔室1内压力的瞬间升高。而反应腔 室1内压力瞬间升高时，大量电离的工艺气体会通过金属卡环5上的多个卡爪51之间的间 隙进入反应腔室1下部；此时，施加在下电极6上的RF偏压容易在反应腔室1下部进行耦 合，导致反应腔室1下部起辉；反应腔室1下部起辉后，RF偏压的能量用于维持气体起辉， 不能在机械卡盘4上形成一个有效的负偏压来吸引金属等离子体，导致金属离子无法对硅 通孔进行有效填充，造成工艺失败。
【发明内容】
[0007] 基于上述问题，本发明提供了一种沉积薄膜的磁控溅射方法，利用该方法在硅通 孔中沉积薄膜时，能有效防止反应腔室下部起辉。
[0008] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0009] 一种沉积薄膜的磁控溅射方法，包括以下步骤：
[0010] S100,通入气体：在第一预设时间内，向反应腔室中通入工艺气体；
[0011] S200,起辉：在第二预设时间内，对靶材施加第一 DC偏压，进行起辉；
[0012] S300,降压：在第三预设时间内，停止通入工艺气体；
[0013] S400,沉积：在第四预设时间内，将所述第一DC偏压增加至第二DC偏压，在下电极 上以500W/s~2000W/S的速率加载RF偏压，在硅通孔中沉积薄膜；
[0014] S500,冷却：在第五预设时间内，停止施加 DC偏压及RF偏压，继续向反应腔室中通 入工艺气体；
[0015] S600 :重复S200~S500,直至薄膜厚度达到工艺要求。
[0016] 作为一种可实施方式，所述第一预设时间为5s~10s，所述第二预设时间为2s~ 5s，所述第三预设时间为2s~5s，所述第四预设时间为5s~15s，所述第五预设时间为 5s ~15s〇
[0017] 作为一种可实施方式，所述第一 DC偏压的功率为800W~1500W。
[0018] 作为一种可实施方式，所述第二DC偏压的功率为30000W~50000W。
[0019] 作为一种可实施方式，在所述下电极上加载的RF偏压的功率为500W~1000W。
[0020] 作为一种可实施方式，所述工艺气体为氦气，流量为80sccm~200sccm。
[0021] 作为一种可实施方式，在SlOO至S500中，还包括以下步骤：
[0022] 通入维持背压的氩气，所述维持背压的氩气流量为IOsccm~30sccm。
[0023] 作为一种可实施方式，所述第一预设时间为7s，所述第二预设时间为2s，所述第 三预设时间为2s，所述第四预设时间为10s，所述第五预设时间为10s。
[0024] 作为一种可实施方式，所述第一 DC偏压的功率为1000W，所述第二DC偏压的功率 为 38000W ;
[0025] 所述RF偏压的功率为600W，所述RF偏压的加载速率为1200W/S。
[0026] 作为一种可实施方式，所述薄膜为Ti薄膜、Ta薄膜或Cu薄膜。
[0027] 本发明的有益效果如下：
[0028] 本发明的沉积薄膜的磁控溅射方法，对施加在下电极上的RF偏压的加载速率行 了控制。当第一 DC偏压提升至第二DC偏压的瞬间，靶材附近的工艺气体大量电离，反应腔 室内压力瞬间升高，大量电离的工艺气体会通过金属卡环上的多个卡爪之间的间隙进入反 应腔室下部，此时，RF偏压的功率受限于500W/s~2000W/S的加载速率，尚处于较低的范 围，不足以引起腔室下部起辉，因而能保证硅通孔中薄膜的沉积，使工艺顺利进行。同时，在 薄膜的沉积过程中，增加了冷却的步骤，降低了晶片温度升高对薄膜的沉积速率及沉积密 度等产生影响，提高了薄膜的质量。
【附图说明】
[0029] 图1为TSV技术所使用的磁控溅射设备的结构示意图；
[0030] 图2为图1所示磁控溅射设备中金属卡环的结构示意图；
[0031] 图3为本发明的沉积薄膜的磁控溅射方法的操作流程图；
[0032] 图4为利用本发明的沉积薄膜的磁控溅射方法在硅通孔中沉积的Ti膜的方块电 阻分布图。
【具体实施方式】
[0033] 下面将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请 中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0034] 本发明提供了一种沉积薄膜的磁控溅射方法，采用磁控溅射设备在硅通孔中进行 薄膜的沉积。参见图3,本发明的沉积薄膜的磁控溅射方法包括以下步骤：
[0035] S100,通入气体：在第一预设时间内，向反应腔室中通入工艺气体。
[0036] 该步骤一般发生在对反应腔室进行抽真空之后，其中，工艺气体优选为氩气，其 具有稳定的化学性质，不易发生化学反应。作为一种可实施方式，氩气的流量为SOscm~ 200sccm〇
[0037] 本步骤中，通入工艺气体的时间（即第一预设时间）根据具体的反应腔室的大小 及工艺要求而定，较佳地，第一预设时间为5s~7s。
[0038] S200,起辉：在第二预设时间内，对靶材施加第一 DC偏压，进行起辉。
[0039] 本步骤中，继续通入工艺气体，同时打开DC电源，施加第一 DC偏压至靶材。为了 保证磁控溅射设备顺利起辉，第一 DC偏压的功率优选为800W~1500W，起辉时间（即第二 预设时间）优选为2s~5s。
[0040] S300,降压：在第三预设时间内，停止通入工艺气体。
[0041] 本步骤的作用为降低反应腔室内的气压，为后续工艺做准备。其中，第三预设时间 (即停止工艺气体通入的时间）为2s~5s。
[0042] S400,沉积：在第四预设时间内，将施加在靶材上的第一 DC偏压增加至第二DC偏 压，在下电极上以500W/S~2000W/S的速率加载RF偏压，在硅通孔中沉积薄膜。
[0043] RF偏压的加载速率控制在500W/s~2000W/S。当第一 DC偏压提升至第二DC偏 压的瞬间，靶材附近的工艺气体大量电离，反应腔