金屬阻擋層的成膜方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種金屬阻擋層的成膜方法，包括步驟：1）在硅片上，進(jìn)行通孔刻蝕；2）在通孔的側(cè)壁和底部形成第一金屬阻擋層，其中，第一金屬阻擋層是由作為底層的Ti層和Ti層之上的第一TiN層所構(gòu)成；3）在第一TiN層表面上，形成第二金屬阻擋層，其中，第二金屬阻擋層為第二TiN層，該第二TiN層中的氧氣含量低于第一TiN層；4）退火處理。本發(fā)明能解決現(xiàn)有的通孔填充阻擋層產(chǎn)生空洞的問題，有效的提高產(chǎn)品良率。
【專利說明】金屬阻擋層的成膜方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路中的成膜方法，特別是涉及一種金屬阻擋層的成膜方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體器件向深亞微米尺寸發(fā)展，器件的密集程度和復(fù)雜程度都不斷增加，同時(shí)對工藝制程的要求也越來越苛刻。通孔作為多層金屬層互聯(lián)以及器件與外界電路之間連接的通道，在器件構(gòu)成中起著非常重要的作用。
[0003]現(xiàn)有通孔制作方法中，由于通孔的尺寸越來越小，導(dǎo)致所形成的接觸通孔時(shí)，形成的阻擋層對襯底的粘附性變差，阻擋層應(yīng)力變化較大，容易產(chǎn)生空洞，如圖1所示。空洞的產(chǎn)生會導(dǎo)致通孔電阻偏高，影響器件性能，最終影響器件的產(chǎn)品良率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種金屬阻擋層的成膜方法，解決現(xiàn)有的通孔填充阻擋層產(chǎn)生空洞的問題，有效的提高產(chǎn)品良率。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的金屬阻擋層的成膜方法，包括步驟:
[0006]I)在硅片上，進(jìn)行通孔刻蝕；
[0007]2)在通孔的側(cè)壁和底部形成第一金屬阻擋層，其中，第一金屬阻擋層是由作為底層的Ti層和Ti層之上的第一 TiN層所構(gòu)成；
[0008]3)在第一 TiN層表面上，形成第二金屬阻擋層，其中，第二金屬阻擋層為第二 TiN層，該第二 TiN層中的氧氣含量低于第一 TiN層；
[0009]4)退火處理。
[0010]所述步驟I)中，刻蝕的方法為干法刻蝕。
[0011]所述步驟2)中，形成第一金屬阻擋層的方法包括:采用金屬物理濺射成膜的方法形成Ti層后，采用金屬化學(xué)氣相沉積的方法形成第一 TiN層；其中，濺射的溫度為100?500°C，濺射的壓力為I?1torr ;沉積的溫度為200?600°C，沉積的壓力為I?1torr ；
[0012]作為底層的Ti層的厚度為500?100nm ;第一 TiN層的厚度為10?200nm。
[0013]所述步驟3)中，形成第二金屬阻擋層的方法包括:采用金屬化學(xué)氣相沉積的方法形成第二 TiN層(TiN單層);其中，沉積的溫度為200?600°C，沉積的壓力為I?1torr ；第二 TiN層的厚度為10?200nm，并且第二 TiN層的厚度大于第一 TiN層。
[0014]所述步驟4)中，退火處理的方法包括:快速熱處理方法,其中，快速熱處理的條件為:熱處理的溫度500?800°C，壓力500?lOOOtorr，熱處理的時(shí)間為10?60s。
[0015]本發(fā)明中，能解決現(xiàn)有的通孔填充阻擋層產(chǎn)生空洞的技術(shù)原理如下:
[0016]I)由于TiN薄膜本身應(yīng)力大，成膜時(shí)會嚴(yán)重影響薄膜與襯底之間的粘結(jié)性，而且在TiN成膜時(shí)，與底層Ti層會產(chǎn)生Ti3N, Ti3N本身應(yīng)力較TiN應(yīng)力大，特別是在通孔邊角處，TiN薄膜與底層薄膜粘結(jié)性很差，隨著成膜應(yīng)力的增大，薄膜容易產(chǎn)生脫落造成空洞；當(dāng)有氧氣存在時(shí)，TiN薄膜成膜時(shí)，氧分子會阻礙TiN與底層Ti層形成Ti3N，從而減少了空洞的形成；
[0017]2) Ti為密排六方結(jié)構(gòu)，TiN為面心立方結(jié)構(gòu)，Ti3N四方結(jié)構(gòu)，其中，Ti3N的含量越高，Ti層厚度越小，對應(yīng)力變化改變越大。然而，本發(fā)明中采用的阻擋層金屬薄膜材料與襯底材料粘結(jié)性好，有效防止薄膜與襯底之間空洞的產(chǎn)生。
[0018]本發(fā)明的方法工藝簡單高效，可用于通孔阻擋層的制作，并且通過采用多層阻擋層能防止后續(xù)的沉積鎢工藝對側(cè)壁的腐蝕及化學(xué)研磨對表層的傷害，同時(shí)能夠大大減少阻擋層與基底空洞的產(chǎn)生。另外，通過本發(fā)明制作的通孔具有良好的阻擋層金屬(barriermetal)臺階覆蓋率(step coverage),并且能夠滿足后續(xù)鶴刻蝕阻擋層厚度的要求，同時(shí)保證百分百鎢填孔率，降低電阻，提高產(chǎn)品良率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
[0020]圖la-c是空洞的切片TEM圖；
[0021]圖2是本發(fā)明的工藝流程圖；
[0022]圖3是刻蝕出通孔后的示意圖；
[0023]圖4是形成鈦層的示意圖；
[0024]圖5是形成氮化鈦層的示意圖；
[0025]圖6是形成第二阻擋層的示意圖；
[0026]圖7a_d是本發(fā)明通孔切片的TEM圖。
[0027]圖中附圖標(biāo)記說明如下:
[0028]I為襯底硅，2為氧化層，3為通孔，4為Ti層，5為第一 TiN層，6為第二 TiN層。

【具體實(shí)施方式】
[0029]本發(fā)明的金屬阻擋層的成膜方法，其流程圖如圖2所示，具體步驟包括:
[0030]I)在硅片上(如襯底硅I的氧化層2)上，采用干法刻蝕進(jìn)行通孔3刻蝕(如圖3所示)；
[0031]2)在通孔3的側(cè)壁和底部形成第一金屬阻擋層，其中，第一金屬阻擋層是由作為底層的Ti層4和Ti層4之上的第一 TiN層5所構(gòu)成(如圖4-5所示)；
[0032]另外，本步驟中的形成第一金屬阻擋層的方法，可如下:
[0033]采用金屬物理濺射成膜的方法形成Ti層4后，采用金屬化學(xué)氣相沉積的方法形成第一 TiN層5 ;其中，濺射的溫度為100?500°C，濺射的壓力為I?1torr ;沉積的溫度為200?600°C，沉積的壓力為I?1torr ；
[0034]作為底層的Ti層4的厚度為500?100nm ;第一 TiN層5的厚度為10?200nm ；
[0035]3)在第一 TiN層5表面上，采用金屬化學(xué)氣相沉積的方法形成第二金屬阻擋層，SP第二 TiN層6 (TiN單層)(如圖6所示)，其中，沉積的溫度為200?600°C，沉積的壓力為I ?1torr ；
[0036]第二 TiN層6的厚度為10?200nm，并且第二 TiN層6的厚度大于第一 TiN層5、第二 TiN層6中的氧氣含量低于第一 TiN層5 ;
[0037]4)采用快速熱處理方法，進(jìn)行退火處理。其中，快速熱處理的條件為:熱處理的溫度5OO?800°C，壓力500?lOOOtorr，熱處理的時(shí)間為10?60s。
[0038]按照上述步驟進(jìn)行，能獲得金屬阻擋層，且能解決現(xiàn)有的通孔填充阻擋層產(chǎn)生空洞的問題，有效的提高產(chǎn)品良率，如圖7所示，改良后的阻擋層能夠與底層之間沒有空洞出現(xiàn)。
[0039]另外，按照本發(fā)明的方法進(jìn)行通孔制作時(shí)，對通孔的臺階覆蓋率較好并且能夠滿足后續(xù)鎢刻蝕阻擋層厚度的要求，同時(shí)也能滿足鎢填充通孔的填孔率，降低電阻。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬阻擋層的成膜方法，其特征在于，包括步驟: 1)在硅片上，進(jìn)行通孔刻蝕； 2)在通孔的側(cè)壁和底部形成第一金屬阻擋層，其中，第一金屬阻擋層是由作為底層的Ti層和Ti層之上的第一 TiN層所構(gòu)成； 3)在第一TiN層表面上，形成第二金屬阻擋層，其中，第二金屬阻擋層為第二 TiN層，該第二 TiN層中的氧氣含量低于第一 TiN層； 4)退火處理。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟I)中，刻蝕的方法為干法刻蝕。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟2)中，形成第一金屬阻擋層的方法包括:采用金屬物理濺射成膜的方法形成Ti層后，采用金屬化學(xué)氣相沉積的方法形成第一 TiN 層； 其中，濺射的溫度為100?500°C，濺射的壓力為I?1torr ;沉積的溫度為200?600°C,沉積的壓力為I?1torr。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟2)中，作為底層的Ti層的厚度為500?100nm ;第一 TiN層的厚度為10?200nm。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟3)中，形成第二金屬阻擋層的方法包括:采用金屬化學(xué)氣相沉積的方法形成第二 TiN層； 其中，沉積的溫度為200?600°C，沉積的壓力為I?1torr。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟3)中，第二TiN層的厚度為10?200nm,并且第二 TiN層的厚度大于第一 TiN層。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟4)中，退火處理的方法包括:快速熱處理方法； 其中，快速熱處理的條件為:熱處理的溫度500?800°C，壓力500?lOOOtorr，熱處理的時(shí)間為10?60s。
【文檔編號】H01L21/768GK104299940SQ201310304219
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年7月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月19日
【發(fā)明者】劉善善, 費(fèi)強(qiáng), 李曉遠(yuǎn) 申請人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司