膜层结构、膜层结构沉积方法及设备与流程

本发明属于集成电路技术领域，特别是涉及一种膜层结构、膜层结构沉积方法及设备。

背景技术：

w(钨)金属被广泛应用于3dnand(三维存储器)、逻辑存储器及动态随机存取存储器(dram)的生产中。传统的钨工艺根据填孔能力的需求有pvd(物理气相沉积)工艺、cvd(化学气相沉积)工艺和ald(原子层沉积)工艺，其中，cvd工艺和ald工艺具有高填充性能、低电阻率和高的电迁移特性被广泛应用。

目前，均采用单腔体式工艺形成钨金属，即一次仅对一片基底进行处理；在采用单腔体式工艺形成钨金属时，一般采用wf6(六氟化钨)与h2(氢气)在高温(200℃～450℃)发生化学反应而生成；为了保证量产，化学反应过程中每个反应周期中通气及吹扫的时间较短，反应不够充分且反应副产物排出不彻底，又3dnand中的叠层结构的层数较多，体表面积很大，不充分的通气及吹扫会使得形成钨薄膜中内具有较大的正应力(张应力)，而较大的正应力会导致基底变形，使得黄光对准几率较低，使得产品良率大大降低；同时，由于每个反应周期中通气及吹扫的时间较短，会导致形成的钨薄膜的电阻率较高，且钨薄膜中的f(氟)含量较高，进一步影响产品的良率。综上可知，随着3dnand对应力、电阻率及f含量的要求越来越高，单腔体式工艺形成的钨薄膜已无法满足3dnand对应力、电阻率及f含量的要求。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种膜层结构、膜层结构沉积方法及设备，用于解决现有技术中由于采用单腔体式工艺形成钨薄膜而导致的钨薄膜正应力较大、电阻率较高、f含量较高及产品良率较低，进而无法满足3dnand对应力、电阻率及f含量的要求的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种膜层结构沉积方法，所述膜层结构沉积方法包括如下步骤：

提供一批次基底；及

采用原子层沉积工艺同时于该批次所述基底上沉积膜层结构。

本发明的膜层结构沉积方法通过采用原子沉积工艺同时于一批次基底上沉积膜层结构，在保证产能的前提下，可以在每个沉积周期中均有足够的时间进行通气及吹扫，每个沉积周期中具有足够的时间完成吸附和排气以实现充分的原子沉积，可以降低膜层结构中的正应力，减少膜层结构中的f含量，降低膜层结构的电阻率，提高膜层结构的良率。

可选地，采用原子层沉积工艺同时于该批次所述基底上沉积所述膜层结构包括：执行若干个沉积周期，各所述沉积周期均包括如下步骤：

向该批所述基底提供前驱体，所述前驱体吸附于所述基底上；

对该批次所述基底进行第一次吹扫；

向该批次所述基底提供还原性气体，所述还原性气体与所述基底上吸附的所述前驱体反应以于所述基底上形成薄膜层；

对该批次所述基底进行第二次吹扫；

各所述沉积周期形成的所述薄膜层共同构成所述膜层结构。

可选地，所述膜层结构包括钨膜层结构；所述前驱体包括含钨前驱体，所述还原性气体包括含氢还原性气体；使用惰性气体对所述基底进行第一次吹扫及第二次吹扫。

可选地，向该批次所述基底提供所述还原性气体的同时向该批次所述基底提供钝化气体，所述钝化气体用于钝化所述还原性气体与所述前驱体的反应速率。

在上述示例中，通过向基底提供钝化气体钝化所述还原性气体与所述前驱体的反应速率，可以进一步降低所述膜层结构中的正应力，甚至使得所述膜层结构中的应力为负应力(压应力)，从而进一步提供了基底表面曲度，减少基底的变形，提高黄光的对准几率，进一步提高良率。

可选地，所述钝化气体包括氮气。

可选地，将该批次所述基底装载于晶舟上，并将装载有该批次所述基底的所述晶舟传送至管式炉内，于所述管式炉内采用原子层沉积工艺同时于该批次所述基底上沉积膜层结构。

本发明还提供一种膜层结构沉积设备，所述膜层结构采用如上述任一示例中所述的沉积方法而形成。

本发明还提供一种膜层结构沉积设备，所述膜层结构沉积设备包括：

管式炉；

晶舟，用于装载一批次基底，并将该批次基底传送至所述管式炉内；及

原子层沉积系统，用于同时于该批次所述基底上沉积膜层结构。

本发明的膜层结构沉积设备通过采用原子沉积工艺同时于一批次基底上沉积膜层结构，在保证产能的前提下，可以在每个沉积周期中均有足够的时间进行通气及吹扫，每个沉积周期中具有足够的时间完成吸附和排气以实现充分的原子沉积，可以降低膜层结构中的正应力，减少膜层结构中的f含量，降低膜层结构的电阻率，提高膜层结构的良率。

可选地，所述原子沉积系统包括：

前驱体供给系统，与所述管式炉内部相连通，用于向所述管式炉内提供前驱体；

还原性气体供给系统，与所述管式炉内部相连通，用于向所述管式炉内提供还原性气体；

吹扫系统，与所述管式炉内部相连通，用于在所述前驱体供给系统向所述管式炉内提供前驱体后及所述还原性气体供给系统向所述管式炉内提供还原性气体后对所述管式炉内进行吹扫。

可选地，所述前驱体供给系统包括含钨前驱体供给系统，所述还原性气体供给系统包括含氢还原性气体供给系统，所述吹扫系统包括惰性气体吹扫系统。

可选地，所述膜层结构沉积设备还包括钝化气体供给系统，与所述管式炉内部相连通，用于在所述还原性气体供给系统向所述管式炉内提供所述还原性气体的同时向所述管式炉内提供钝化气体；所述钝化气体用于钝化所述还原性气体与所述前驱体的反应速率。

在上述示例中，通过设置钝化气体供给系统向管式炉内供给钝化气体钝化所述还原性气体与所述前驱体的反应速率，可以进一步降低所述膜层结构中的正应力，甚至使得所述膜层结构中的应力为负应力，从而进一步提供了基底表面曲度，减少基底的变形，提高黄光的对准几率，进一步提高良率。

附图说明

图1显示为本发明实施例一中提供的膜层沉积设备的结构示意图。

图2显示为本发明实施例一中提供的膜层结构沉积方法的流程图。

图3至图4显示为本发明实施例一中提供的膜层结构沉积方法中一个沉积周期的时序图。

元件标号说明

10管式炉

11晶舟

12前驱体供给系统

121前驱体源

122前驱体供给管路

13还原性气体供给系统

131还原性气体源

132还原性气体供给管路

14吹扫系统

141吹扫气体源

142吹扫气体供给管路

143排气管路

15钝化气体供给系统

151钝化气体源

152钝化气体供给管路

16基底

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

请参阅图1，本实施例中提供一种膜层结构沉积设备，所述膜层结构沉积设备包括：管式炉10；晶舟11，所述晶舟11用于装载一批次基底16，并将该批次所述基底16传送至所述管式炉10内；及原子层沉积系统(未标示出)，所述原子沉积系统用于同时于该批次所述基底16上沉积膜层结构。

本发明的所述膜层结构沉积设备可以通过采用原子沉积工艺同时于一批次所述基底16上沉积膜层结构，在保证产能的前提下，可以在每个沉积周期中均有足够的时间进行通气及吹扫，每个沉积周期中具有足够的时间完成吸附和排气以实现充分的原子沉积，可以降低膜层结构中的正应力，减少膜层结构中的f含量，降低膜层结构的电阻率，提高膜层结构的良率。

作为示例，所述管式炉10及所述晶舟11的具体结构为本领域技术人员所知晓，此处不再累述。

作为示例，所述原子沉积系统包括：前驱体供给系统12，所述前驱体供给系统12与所述管式炉10内部相连通，用于向所述管式炉10内提供前驱体；还原性气体供给系统13，所述还原性气体供给系统13与所述管式炉10内部相连通，用于向所述管式炉10内提供还原性气体；吹扫系统14，所述吹扫系统14与所述管式炉10内部相连通，用于在所述前驱体供给系统12向所述管式炉10内提供前驱体后及所述还原性气体供给系统13向所述管式炉10内提供还原性气体后对所述管式炉10内进行吹扫。

作为示例，所述前驱体供给系统12可以包括：前驱体供给源121，所述前驱体供给源121用于存储并提供所述前驱体；前驱体供给管路122，所述前驱体供给管路122一端与所述前驱体供给源121相连接，另一端延伸至所述管式炉10内，用于向所述管式炉10内提供所述前驱体。

具体的，所述前驱体供给系统12可以包括含钨前驱体供给系统，即所述前驱体可以包括含钨前驱体，譬如，所述前驱体供给系统12可以为六氟化钨供给系统。

作为示例，所述还原性气体供给系统13可以包括：还原性气体源131，所述还原性气体源131用于存储并提供所述还原性气体；还原性气体供给管路132，所述还原性气体供给管路132一端与所述还原性气体源131相连接，另一端延伸至所述管式炉10内，用于向所述管式炉10内提供所述还原性气体。

具体的，所述还原性气体供给系统13可以包括含氢还原性气体供给系统，即所述还原性气体可以包括含氢还原性气体，譬如，所述还原性气体供给系统13可以为氢气供给系统、氨气供给系统或乙硼烷供给系统等等。

作为示例，所述吹扫系统14可以包括：吹扫气体源141，所述吹扫气体源141用于存储并提供吹扫气体以对所述管式炉10内部进行吹扫；吹扫气体供给管路142，所述吹扫气体供给管路142一端与所述吹扫气体源141相连接，另一端延伸至所述管式炉10内，用于向所述管式炉10内提供所述吹扫气体；排气管路143，所述排气管路143一端与所述管式炉10内部相连通，另一端延伸至所述管式炉10的外侧，用于将所述管式炉10内的吹扫气体及反应副产物排出所述管式炉10。当然，所述排气管路143延伸至所述管式炉10的一端还可以连接有排气泵。

具体的，所述吹扫系统14可以包括惰性气体吹扫系统，即所述吹扫气体可以包括惰性气体，譬如，所述吹扫系统14可以为氩气吹扫系统等等。

作为示例，所述膜层结构沉积设备还包括钝化气体供给系统15，所述钝化气体供给系统15与所述管式炉10内部相连通，所述钝化气体供给系统15用于在所述还原性气体供给系统13向所述管式炉10内提供所述还原性气体的同时向所述管式炉10内提供钝化气体；所述钝化气体用于钝化所述还原性气体与所述前驱体的反应速率。当然，在其他示例中，所述钝化气体供给系统15也可以在所述前驱体供给系统12向所述管式炉10内提供所述前驱体的同时向所述管式炉10内提供钝化气体。

作为示例，所述钝化气体供给系统15可以包括：钝化气体源151，所述钝化气体源151用于存储并提供所述钝化气体；钝化气体供给管路152，所述钝化气体供给管路152一端与所述钝化气体源151相连接，另一端延伸至所述管式炉10内，用于向所述管式炉10内提供所述钝化气体。

具体的，所述钝化气体供给系统13可以包括氮气供给系统，即所述还原性气体可以包括氮气。

在上述示例中，通过设置所述钝化气体供给系统15向所述管式炉10内供给钝化气体钝化所述还原性气体与所述前驱体的反应速率，可以进一步降低所述膜层结构中的正应力，甚至使得所述膜层结构中的应力为负应力，从而进一步提供了基底表面曲度，减少基底的变形，提高黄光的对准几率，进一步提高良率。

实施例二

请参阅图2，本实施例还提供一种膜层结构沉积方法，所述膜层结构沉积方法包括如下步骤：

1)提供一批次基底；及

2)采用原子层沉积工艺同时于该批次所述基底上沉积膜层结构。

在步骤1)中，请参阅图2中的s1步骤，提供一批次基底16。

作为示例，所述基底16可以根据器件的实际需求进行选择，所述基底16可以包括硅基底、锗(ge)基底、锗化硅(sige)基底、soi(silicon-on-insulator，绝缘体上硅)基底或goi(germanium-on-insulator，绝缘体上锗)基底等等；优选地，本实施例中，所述基底包括硅基底。

需要说明的是，所述基底16内可以预先形成有一些器件结构，譬如沟道孔等等。

作为示例，一批次所述基底16的数量可以根据实际需要进行设定，譬如，一批次所述基底16的数量可以为5～30片，譬如，5片、10片、15片、20片、25片或30片等等。

在步骤2)中，请参阅图2中的s2步骤及图3至图4，采用原子层沉积工艺同时于该批次所述基底16上沉积膜层结构(未示出)。

作为示例，采用原子沉积工艺形成的膜层结构内的正压力可以降低至小于等于1gpa(吉帕)。

作为示例，步骤2)可以包括：执行若干个沉积周期，如图3所示，各所述沉积周期均包括如下步骤：

21)向该批所述基底16提供前驱体，所述前驱体吸附于所述基底16上；

22)对该批次所述基底16进行第一次吹扫；

23)向该批次所述基底提供还原性气体，所述还原性气体与所述基底16上吸附的所述前驱体反应以于所述基底16上形成薄膜层；

24)对该批次所述基底16进行第二次吹扫；

各所述沉积周期形成的所述薄膜层共同构成所述膜层结构。

作为示例，所述膜层结构包括钨膜层结构；所述前驱体包括含钨前驱体，所述还原性气体包括含氢还原性气体；使用惰性气体对所述基底16进行第一次吹扫及第二次吹扫。

作为示例，在一个所述沉积周期中，所述前驱体的流量为30slm(标准升每分钟)～100slm，所述前驱体提供的时间为2秒～60秒；所述惰性气体的流量为300slm～500slm，所述第一次吹扫及所述第二次吹扫的时间为2秒～60秒；所述还原性气体的流量为300slm～500slm，所述还原性气体提供的时间为2秒～60秒。具体的，所述前驱体的流量可以为30slm、40slm、50slm、60slm、70slm、80slm、90slm或100slm，所述前驱体提供的时间可以为2秒、10秒、20秒、30秒、40秒、50秒或60秒；所述惰性气体的流量可以为300slm、400slm或500slm，所述第一次吹扫及所述第二次吹扫的时间可以为2秒、10秒、20秒、30秒、40秒、50秒或60秒；所述还原性气体的流量可以为300slm、400slm或500slm，所述还原性气体提供的时间可以为2秒、10秒、20秒、30秒、40秒、50秒或60秒。

在一个示例中，如图4所示，可以在向该批次所述基底16提供所述还原性气体的同时向该批次所述基底16提供钝化气体，所述钝化气体用于钝化所述还原性气体与所述前驱体的反应速率。

作为示例，在一个所述沉积周期内，所述钝化气体的流量为300slm～500slm，所述钝化气体的提供时间为2秒～60秒。具体的，所述钝化气体的流量可以为300slm、400slm或500slm，所述钝化气体的提供时间可以为2秒、10秒、20秒、30秒、40秒、50秒或60秒。

在另一个示例中，也可以为向该批次所述基底16提供所述前驱体的同时向该批次所述基底16提供钝化气体。

作为示例，所述钝化气体包括氮气。

在上述示例中，通过向所述基底16提供钝化气体钝化所述还原性气体与所述前驱体的反应速率，可以进一步降低所述膜层结构中的正应力，甚至使得所述膜层结构中的应力为负应力(压应力)(所述膜层结构中的应力可以降低至小于等于-600mpa(兆帕))，从而进一步提供了所述基底16表面曲度，减少基底的变形，提高黄光的对准几率，进一步提高良率。

作为示例，可以将该批次所述基底16装载于晶舟11上，并将装载有该批次所述基底16的所述晶舟11传送至管式炉10内，于所述管式炉10内采用原子层沉积工艺同时于该批次所述基底16上沉积膜层结构。具体的，可以采用如实施例一中所述的膜层结构沉积设备执行该实施例中的膜层结构的沉积方法，所述膜层结构沉积设备的具体结构请参阅实施例一，此处不再累述。

本发明还提供一种膜层结构，所述膜层结构采用上述示例中的膜层结构沉积方法沉积而得到。

作为示例，所述膜层结构内部的压力可以小于等于1gpa，优选地，本实施例中，所述膜层结构内部的与压力可以小于等于-600mpa。

作为示例，所述膜层结构可以包括钨膜层结构。

如上所述，本发明的膜层结构、膜层结构沉积方法及设备，所述膜层结构沉积方法包括如下步骤：提供一批次基底；及采用原子层沉积工艺同时于该批次所述基底上沉积膜层结构。本发明的膜层结构沉积方法通过采用原子沉积工艺同时于一批次基底上沉积膜层结构，在保证产能的前提下，可以在每个沉积周期中均有足够的时间进行通气及吹扫，每个沉积周期中具有足够的时间完成吸附和排气以实现充分的原子沉积，可以降低膜层结构中的正应力，减少膜层结构中的f含量，降低膜层结构的电阻率，提高膜层结构的良率。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。