專利名稱：一種消除氮化鈦膜應(yīng)力、降低膜電阻的退火工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路芯片制造中的退火工藝方法，特別是涉及一種消除TiN膜應(yīng)力、降低膜電阻的退火工藝方法。
背景技術(shù)：
在鋁金屬互聯(lián)技術(shù)中，制備TiN阻擋層是制備W通孔和Al膜的先決條件。TiN層不僅能防止WF6和SiO2等介質(zhì)層的反應(yīng)，還可以增強(qiáng)鎢塞、Al金屬膜和介質(zhì)層的黏附力，其質(zhì)量的好壞對(duì)鎢塞及Al膜能否正常填充有直接的影響。
目前，TiN阻擋層的制備有如下幾種，物理氣相淀積(PVD Physical Vapour Deposition)鈦和氮化鈦雙層膜阻擋層淀積方法，化學(xué)氣相淀積(CVD Chemical VapourDeposition)鈦和氮化鈦雙層膜阻擋層淀積方法，原子層淀積(ALDAtomic layer Deposition)氮化鈦?zhàn)钃鯇拥矸e方法，以及金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相淀積(MOCVD Metal Organic Chemical VapourDeposition)鈦和氮化鈦雙層膜阻擋層淀積方法。
MOCVD TiN阻擋層淀積方法通過下述過程實(shí)現(xiàn)TiN淀積首先通過如下反應(yīng)式實(shí)現(xiàn)TiN淀積；反應(yīng)溫度＜400℃。
當(dāng)TiN淀積完后用氫和氮的混合等離子體原位處理去除膜中的C、O等雜質(zhì)。
這種方法可以使TiN膜在深孔內(nèi)全方位生長(zhǎng)，生長(zhǎng)出的薄膜在孔的底部、側(cè)壁均形成良好覆蓋性的阻擋層，可以有效提高金屬互連的產(chǎn)率，特別適合在幾何形狀復(fù)雜的孔內(nèi)生長(zhǎng)薄膜，而且所需反應(yīng)溫度低。這一技術(shù)近年來獲得了很大應(yīng)用。
該方法的缺點(diǎn)在于薄膜中含有較高的C、O等雜質(zhì)，造成通孔電阻比不含雜質(zhì)時(shí)高出10％～15％，薄膜質(zhì)地較疏松，膜質(zhì)不太穩(wěn)定。當(dāng)薄膜暴露在空氣中時(shí)，由于O2、CO2等氣體會(huì)迅速擴(kuò)散入膜的表層形成化合物，造成薄膜電阻隨時(shí)間的推移而增加。現(xiàn)有的去除雜質(zhì)的退火工藝方法溫度均較高，一般約為690℃，容易造成金屬條熱誘導(dǎo)失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種消除MOCVD TiN膜應(yīng)力、降低膜電阻的退火工藝方法，它可以在低溫狀態(tài)下去除膜中的C、O等雜質(zhì)，消除TiN膜的應(yīng)力、降低薄膜電阻，避免造成金屬條熱誘導(dǎo)失效。
為解決上述技術(shù)問題，本專利發(fā)明一種消除MOCVD TiN膜應(yīng)力、降低膜電阻的退火工藝方法，對(duì)淀積完MOCVD TiN膜的硅片，進(jìn)行退火處理，退火爐中氮?dú)夂蜌錃饣旌蠚怏w的壓力控制為10Tor～25Tor；氮?dú)夂蜌錃獾捏w積比控制為1∶0.5～1∶5；退火時(shí)間為30S～90S；升溫速度為70℃/S；退火溫度為400℃～500℃。
本方法對(duì)原有硬件設(shè)備不做任何改變，退火溫度為400℃～500℃，氮?dú)夂蜌錃饣旌蠚怏w的壓力控制在10Tor～25Tor內(nèi)。由于反應(yīng)腔體的壓力較高，氮?dú)夂蜌錃饣旌蠚怏w向孔內(nèi)擴(kuò)散的能力很強(qiáng)，孔內(nèi)的氮?dú)夂蜌錃饣旌蠚怏w可保持較高的濃度，因而在低溫下，也能去除TiN膜中的C、O雜質(zhì)，不損傷TiN膜，并可以降低金屬熱誘導(dǎo)引起的損傷。本發(fā)明的退火工藝方法不需產(chǎn)生等離子氣體，可以減輕由于等離子處理造成的器件損傷，減少在MOCVD反應(yīng)腔中的氫和氮的混合等離子氣體處理時(shí)間。
具體實(shí)施例方式
首先采用光刻、刻蝕工藝制備所需的金屬互連通孔，接著進(jìn)行MOCVD TiN膜淀積，在MOCVD中完成TiN制備后，硅片進(jìn)入退火爐進(jìn)行后處理。在退火爐中通入氮?dú)夂蜌錃馓幚須怏w，退火爐氮?dú)夂蜌錃饣旌蠚怏w的壓力控制為10Tor～25Tor；氮?dú)夂蜌錃獾捏w積比控制為1∶0.5～1∶5；退火時(shí)間為30S～90S；升溫速度為70℃/S；退火溫度為400℃～500℃。保持一段時(shí)間使TiN得到充分處理。處理完畢后，退火爐降溫到正常值，最后排氣。
經(jīng)過后退火處理，薄膜產(chǎn)生重結(jié)晶和熱回流，變得較為致密，平整度和電性能得到改善；利用氮?dú)夂蜌錃饣旌蠚怏w去除TiN膜中的C、O等雜質(zhì)，側(cè)壁膜中的C、O雜質(zhì)含量由20％降低到10％、底部膜中的C、O雜質(zhì)含量由5％降低到3％，從而消除TiN膜應(yīng)力，降低薄膜電阻，使膜質(zhì)更穩(wěn)定。TiN膜厚可以減少約10％，電阻可以降低約20％。
權(quán)利要求
1.一種消除MOCVD TiN膜應(yīng)力、降低膜電阻的退火工藝方法，對(duì)淀積完MOCVD TiN膜的硅片進(jìn)行退火處理，其特征是退火爐中氮?dú)夂蜌錃饣旌蠚怏w的壓力的調(diào)節(jié)范圍為10Tor～25Tor；氮?dú)夂蜌錃獾捏w積比控制為1∶0.5～1∶5；退火時(shí)間為60S～90S；升溫速度為70℃/S；退火溫度為400℃～450℃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種消除MOCVD TiN膜應(yīng)力、降低膜電阻的退火工藝方法，對(duì)淀積完MOCVD TiN膜的硅片進(jìn)行退火處理，通過在特定參數(shù)的氮?dú)夂蜌錃饣旌蠚怏w氣氛中退火，可以在低溫狀態(tài)下去除通孔內(nèi)阻擋層中的C、O等雜質(zhì)，減少側(cè)壁上的阻擋層厚度，從而在避免金屬條熱誘導(dǎo)失效的情況下降低通孔電阻、削減阻擋層應(yīng)力。本發(fā)明可用于集成電路芯片制造。
文檔編號(hào)H01L21/324GK1752282SQ200410066529
公開日2006年3月29日 申請(qǐng)日期2004年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月21日
發(fā)明者朱建軍, 許毅, 陳華倫 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司