專利名稱：具有鈦膜的半導體器件制造工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及具有鈦膜的半導體器件及其制造方法。具體地，本發(fā)明涉及使用化學汽相淀積形成金屬阻擋層的工藝及其改進。
減小半導體器件的尺寸并增加半導體器件的封裝密度的開發(fā)已獲得了很大的進展。目前，根據(jù)約0.15μm的尺寸標準的設計，已制造出如存儲器件、邏輯器件等的超大規(guī)模集成電路器件原型。與增加這種半導體器件的封裝密度相關的接觸孔直徑進一步減小。另一方面，由于存在線電阻或電容的要求，所以很難減小接觸孔的深度。因此，近些年來，接觸孔的高寬比急劇增加。相應地，通常至少在接觸孔的底部形成金屬阻擋層。金屬阻擋層的功能是防止硅和金屬的相互擴散形成金屬線和硅擴散層，以防止增加接觸電阻。
對于在接觸孔中制造金屬阻擋層的方法，近來注意力多集中在化學汽相淀積法。下面參考

圖1介紹常規(guī)方法的一個例子。首先如圖1(A)所示，在硅襯底1上形成厚度為200nm的絕緣氧化層2，將預定的雜質(zhì)注入到硅襯底1中形成擴散層3。此后形成厚度為1500nm的絕緣膜。在擴散層3上開出接觸孔5。接下來，使用化學汽相淀積裝置形成硅化鈦膜，如圖3所示，化學汽相淀積裝置包括反應室10，11、傳輸室12和負載固定(lock)室13。圖4中顯示了反應室的一個例子。在圖4中，參考數(shù)字14表示上電極，15表示半導體襯底，16表示襯底支撐架，17表示電阻加熱器，18表示排泄管。
如圖1(B)所示，通過使用四氯化鈦、氫氣、氬氣作為原料氣體的化學汽相淀積法，在絕緣膜4上形成厚度為10nm的鈦膜6，而在擴散層3上形成厚度為20nm的硅化鈦膜7。此外，如圖1(C)所示，在圖3所示的反應室11中，用氨氣氮化絕緣膜4上的鈦膜6，形成氮化鈦膜8。然后，如圖1(D)所示，通過使用四氯化鈦、氨氣、氮氣作原料氣體的化學汽相淀積法，在氮化鈦層8和硅化鈦膜7上形成厚度為500nm的氮化鈦層9。通過以上介紹的工藝，在接觸孔內(nèi)形成阻擋層。
然而，以上介紹的半導體器件的常規(guī)制造工藝遇到以下問題。由于鈦膜在反應室10中形成，鈦的氮化和氮化鈦的淀積在反應室11中進行。在反應室10中形成鈦膜時，除了半導體襯底外，鈦還淀積在襯底支撐架、圖4中的上電極和反應室的內(nèi)壁上。使用四氯化鈦氣體作材料氣體刻蝕淀積的鈦生成TiClx，在襯底上生成過量的氯化鈦。因此，氯化鈦的分壓變化取決于要處理的襯底數(shù)量，改變半導體襯底上的鈦膜形成速度不能得到所需的分壓。因此，很難在以上介紹的方法中得到穩(wěn)定的接觸電極的電特性。
本發(fā)明的目的在于提供一種具有鈦膜的半導體器件的制造工藝，該工藝通過避免將刻蝕鈦產(chǎn)生的氯化鈦作用到襯底上，并因此通過得到所需的四氯化鈦，從而獲得穩(wěn)定的鈦膜形成速度，因而獲得接觸電極穩(wěn)定的電特性。
本發(fā)明的另一目的是提供一種具有鈦膜的半導體器件的制造工藝，其中氮化鈦膜的形成步驟在形成鈦膜的同一反應室中進行。
本發(fā)明的再一目的是提供一種半導體器件的制造工藝，該工藝可氮化殘余的鈦并除去，以進一步抑制由鈦刻蝕在襯底上產(chǎn)生的過量氯化鈦，并進一步穩(wěn)定鈦膜形成速度。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，具有鈦膜的半導體器件的制造工藝包括以下步驟通過化學汽相淀積法在襯底上形成鈦膜；以及在鈦膜形成步驟后，用含有鹵素的氣體除去淀積在形成鈦膜的反應室內(nèi)的鈦。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，具有鈦膜的半導體器件的制造工藝包括以下步驟通過化學汽相淀積法在襯底上形成鈦膜；以及在鈦膜形成步驟后，用含有鹵素的氣體除去淀積在形成鈦膜的反應室內(nèi)和半導體襯底上的鈦。
根據(jù)本發(fā)明，由于可除去淀積在反應室內(nèi)的鈦，因此可得到穩(wěn)定的鈦形成速度。這是由于通過刻蝕淀積的鈦產(chǎn)生淀積的氮化鈦。因此，可以得到穩(wěn)定的四氯化鈦分壓力，從而獲得接觸電極穩(wěn)定的電特性。
應該注意措詞“反應室內(nèi)”是指襯底支撐架、上電極和反應室周邊的內(nèi)壁。此外，含鹵素的氣體選自如氯、氯化物、氟、氟化物、溴、溴化物、碘、碘化物等。沒有具體指定用含鹵素的氣體除去鈦膜的如工藝周期等的工藝條件。因此，選擇條件時，應使除去反應室內(nèi)淀積的鈦的程度為殘余在反應室內(nèi)的鈦在實際使用時不會產(chǎn)生問題。
在半導體器件的優(yōu)選結(jié)構(gòu)的制造工藝中，還包括在除去步驟后，通過化學汽相淀積法在反應室內(nèi)半導體襯底上形成氮化鈦膜的步驟。
形成氮化鈦膜可在形成鈦膜的同一反應室中進行，或在不同于形成鈦膜的反應室中進行。在常規(guī)工藝中，用形成氮化鈦膜的材料氣體刻蝕淀積在反應室中的鈦，產(chǎn)生TiClx或類似物以在襯底上剝離掉Ti膜。因此，在常規(guī)工藝中，形成鈦膜和氮化鈦膜時使用不同的反應室很重要。與之相對比，根據(jù)本發(fā)明，由于用含鹵素的氣體除去淀積在反應室中的鈦，所以在形成氮化鈦膜的工藝中不會產(chǎn)生TiClx或類似物。因此，可共用同一反應室形成鈦膜和氮化鈦膜。
當在同一反應室中進行鈦膜和氮化鈦膜的形成時，可進一步抑制在半導體襯底上產(chǎn)生過量的氯化鈦。即，除去反應室內(nèi)的鈦后，即使反應室內(nèi)留有殘余的鈦，這些殘余的鈦也可以氮化，以避免四氯化鈦對鈦的刻蝕。因此，鈦膜的形成得到進一步的穩(wěn)定。
半導體器件的制造工藝還包括除去步驟后清除殘留在反應室中的鹵素氣體的步驟。
使用例如氬氣和氫氣通過高頻放電清除含鹵素的氣體。此外，也可使用二硼烷(diboron)、磷化氫、砷化氫或類似物。
此外，在優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，含鹵素的氣體包含Cl2、HCl、HBr或F2中的任意一種。
通過下面對本發(fā)明的優(yōu)選實施例及附圖的詳細介紹，可更充分地理解本發(fā)明。然而，這些說明僅供解釋和理解，并不限定本發(fā)明。
在附圖中圖1(A)到1(D)為根據(jù)本發(fā)明半導體器件制造工藝的第一實施例和常規(guī)制造工藝的剖面示意圖，以制造工藝步驟的順序圖示；圖2(A)到2(D)為根據(jù)本發(fā)明半導體器件制造工藝的第二實施例的剖面示意圖，以制造工藝步驟的順序圖示；圖3為化學汽相淀積裝置的局部圖；以及圖4為圖3的化學汽相淀積裝置的反應室的局部圖。
下面結(jié)合附圖和本發(fā)明的優(yōu)選實施例詳細地介紹本發(fā)明。在以下的說明中，為更好地理解本發(fā)明，進行了非常具體的細述。然而對于本領域的技術人員來說，沒有這些細節(jié)同樣可以實現(xiàn)本發(fā)明。在一些例子中，為避免使本發(fā)明不清楚，未詳細顯示一些公知結(jié)構(gòu)。[第一實施例]下面結(jié)合圖1介紹本發(fā)明具有鈦膜的半導體器件制造工藝的第一實施例。首先，如圖1(A)所示，在硅襯底1上形成厚度為200nm的絕緣氧化膜2。然后，將預定的雜質(zhì)注入到硅襯底1中，形成擴散層3。隨后，形成厚度為1500nm的絕緣膜4，并在擴散層3上開出連接孔5。接下來，使用圖3所示的化學汽相淀積裝置通過化學汽相淀積法形成硅化鈦膜7。用很難被鹵素刻蝕的材料將其上安裝半導體襯底的襯底支撐架保護起來，所述材料如石英的鹵化物、氮化硅、氮化鋁、氮化鈦或類似物。如圖1(B)所示，在絕緣膜4上形成厚度為10nm的鈦膜6，在擴散層3上形成厚度為20nm的硅化鈦膜7，工藝條件為襯底溫度為500℃，壓力為510torr，500kw的高頻放電輸出，使用2sccm的四氯化鈦、1000sccm的氫氣、500sccm的氬氣的混合氣體作材料氣體。接下來，將襯底從反應室10中取出后，在反應室10的襯底支撐架、上電極(圖4)、反應室的周邊內(nèi)壁等上淀積鈦膜6。在氯化物含量為100sccm、襯底溫度為500℃、壓力為1torr的條件下，使用氯氣進行刻蝕?？涛g工藝之后，使用氬氣和氫氣高頻放電，在500sccm的氬氣、1000sccm的氫氣、襯底溫度為500℃、壓力為1torr并且高頻放電的輸出為500kw的條件下，除去半導體襯底上和反應室內(nèi)殘留的氯化物。對于后面的工序，使用氨氣等離子工藝。然后，如圖1(C)所示，在圖3的反應室11中，通過氮化工藝在絕緣膜4上的鈦膜6上形成氮化鈦膜8，工藝條件為100sccm的氨氣、襯底溫度為500℃、壓力為20torr，隨后，如圖1(D)所示，在反應室11中，在600℃的襯底溫度，壓力為20torr，40sccm的四氯化鈦、100sccm的氨氣和3000sccm的氮氣的混合氣體的條件下，形成厚度為50nm的氮化鈦膜9。
根據(jù)制造工藝顯示的實施例，在鈦膜形成反應室中，除去淀積的鈦。由于對部分進行刻蝕工藝，所以絕對不會在襯底上產(chǎn)生氯化鈦，因而可得到所需的四氯化鈦的分壓力。因此，可獲得穩(wěn)定的鈦膜形成速度。由此，可獲得接觸電極的電特性。(第二實施例)下面結(jié)合圖2(A)到2(D)介紹本發(fā)明具有鈦膜的半導體器件制造工藝的第二實施例。首先，如圖2(A)所示，在硅襯底1上形成絕緣氧化膜2和擴散層3，開出連接孔。此后，如圖2(B)所示，形成硅化鈦膜7。隨后，如圖2(C)所示，在100sccm的氯氣、500℃的襯底溫度、壓力為1torr的條件下，除去絕緣膜4上的鈦膜6。同時除去淀積在除半導體襯底外反應室10內(nèi)其它部分上的鈦膜。在第一實施例中取出襯底后，在反應室內(nèi)除去鈦膜，在顯示的實施例中，同時除去襯底和反應室上的鈦膜。應該指出襯底上形成的硅化鈦膜很少被氯氣刻蝕很少。該刻蝕工藝后，在500sccm的氬氣、1000sccm的氫氣、500℃的襯底溫度、壓力為1torr和高頻放電的輸出為500kw的條件下，除去反應室內(nèi)和半導體襯底上殘留的氯氣。對于后面的工序，使用氨氣等離子工藝。接下來，如圖2(D)所示，在反應室11中使用化學汽相淀積法，在絕緣膜4和硅化鈦膜6上形成厚度為50nm的氮化鈦膜。淀積條件為襯底溫度為600℃，壓力為20torr，40sccm的四氯化鈦、100sccm的氨氣、3000sccm的氮氣的混合氣體做材料氣體。
在半導體器件的制造工藝顯示的實施例中，在形成鈦膜的反應室中，使用氯氣除去淀積的鈦。因此，絕對不會產(chǎn)生由刻蝕淀積的鈦產(chǎn)生的氯化鈦。這樣，可以得到所需的四氯化鈦的分壓力，因而可以得到穩(wěn)定的鈦膜形成速度。其結(jié)果，接觸電極的電特性變得穩(wěn)定。(第三實施例)下面結(jié)合圖2(A)到2(D)介紹根據(jù)本發(fā)明半導體器件制造工藝的第三實施例。首先，與第二實施例類似，進行圖2(A)和2(B)所示的工藝步驟。即，在硅襯底1上形成絕緣氧化膜2和擴散層3，并開出連接孔。此后，用氯氣除去鈦膜，與此同時，除去反應室內(nèi)的鈦。隨后，在反應室內(nèi)進行化學汽相淀積，在絕緣膜和硅化鈦層6上形成50nm厚的氮化鈦層8(圖2(D))。以上工藝是在第二實施例中將襯底移入反應室11后進行的，本實施例是在相同的反應室中進行這些工藝的。即，40sccm的氯化鈦、100sccm的氨氣、3000sccm的氮氣的混合氣體做材料氣體，淀積條件為襯底溫度為600℃，壓力為20torr。
通過所示的半導體器件實施例可看出，形成鈦膜和形成氮化鈦都在同一反應室中進行。因此，用含鹵素的氣體除去后，可氮化殘留的鈦。從而限制了在襯底上產(chǎn)生過量的氯化鈦。這樣，鈦膜的制造工藝可進一步穩(wěn)定。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的半導體器件的制造工藝，由于可除去反應室內(nèi)淀積的鈦，因此可得到穩(wěn)定的鈦形成速度。這是由于刻蝕淀積的鈦產(chǎn)生淀積的氮化鈦。因此可得到四氯化鈦的局部壓力，從而可獲得接觸孔穩(wěn)定的電特性。
此外，通過以上的說明，可以在較小或相同的反應室內(nèi)進行氯化鈦的形成步驟。即，在常規(guī)結(jié)構(gòu)中，在反應室內(nèi)用如四氯化鈦等的材料氣體刻蝕淀積在反應室內(nèi)的鈦，形成氮化鈦產(chǎn)生TiClx。與此相比，根據(jù)本發(fā)明，由于用含鹵素的氣體除去淀積在反應室內(nèi)的鈦，既使使用相同的或同一反應室，也不會產(chǎn)生問題。
此外，在同一反應室內(nèi)進行鈦膜的形成和氮化鈦膜的形成，所以可用含鹵素的氣體氮化殘留的鈦，以進一步限制四氯化鈦氣體刻蝕鈦在襯底上產(chǎn)生過量的氯化鈦。因此，可以進一步穩(wěn)定鈦膜的形成速度。
雖然結(jié)合示例性實施例圖示并介紹了本發(fā)明，但本領域的技術人員應該明白在本發(fā)明基礎上的變化、刪改和添加均不脫離本發(fā)明的精神和范圍。因此，不應理解為本發(fā)明僅局限為以上的特定實施例，本發(fā)明包括在其范圍內(nèi)的所有可能的實施例及相對于附帶的權(quán)利要求書的等價物。
權(quán)利要求
1.一種具有鈦膜的半導體器件的制造工藝，包括以下步驟通過化學汽相淀積法在襯底上形成鈦膜；以及在所述鈦膜形成步驟后，用含有鹵素的氣體除去形成所述鈦膜的反應室內(nèi)所淀積的鈦。
2.一種具有鈦膜的半導體器件的制造工藝，包括以下步驟通過化學汽相淀積法在襯底上形成鈦膜；以及在所述鈦膜形成步驟后，用含有鹵素的氣體除去形成所述鈦膜的反應室內(nèi)和半導體襯底上所淀積的鈦。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的半導體器件的制造工藝，在所述除去步驟后，還包括通過化學汽相淀積法在所述反應室內(nèi)的半導體襯底上形成氮化鈦膜的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的半導體器件的制造工藝，在所述除去步驟后，還包括在與所述反應室不同的反應室內(nèi)用化學汽相淀積法在所述半導體襯底上形成氮化鈦的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的半導體器件的制造工藝，在所述除去步驟后，還包括清除殘留在所述反應室中的鹵素氣體的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的半導體器件的制造工藝，在所述除去步驟后，還包括清除殘留在所述反應室中的鹵素氣體的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的半導體器件的制造工藝，使用氬氣和氫氣通過高頻放電清除所述反應室內(nèi)殘留的所述鹵素氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的半導體器件的制造工藝，使用氬氣和氫氣通過高頻放電清除所述反應室內(nèi)殘留的所述鹵素氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的半導體器件的制造工藝，所述含鹵素的氣體包含Cl2、BCl、HBr或F2中的任意一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求2的半導體器件的制造工藝，所述含鹵素的氣體包含Cl2、BCl、HBr或F2中的任意一種。
全文摘要
一種具有鈦膜的半導體器件的制造工藝包括以下步驟:通過化學汽相淀積法在襯底上形成鈦膜,以及在鈦膜形成步驟后,用含有鹵素的氣體除去形成鈦膜的反應室內(nèi)淀積的鈦。
文檔編號H01L21/285GK1189685SQ9810037
公開日1998年8月5日 申請日期1998年1月23日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月23日
發(fā)明者占部耕児 申請人:日本電氣株式會社