專利名稱：化學(xué)汽相淀積生成TiN阻擋層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路制造工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用TDMAT化學(xué)汽相淀積TiN薄膜的方法。
同時W與大多數(shù)常用的絕緣介質(zhì)層的粘附性很差，必須要有增強粘附性的過渡層，加之W互聯(lián)柱和絕緣介質(zhì)之間要加上擴散阻擋層材料，以避免W CVD淀積時，WF6對底層介質(zhì)的腐蝕。在Cu互聯(lián)工藝中，Cu離子在高溫和加電場的情況下，可以在半導(dǎo)體硅片和二氧化硅介質(zhì)中快速擴散，引起器件可靠性方面的問題。所以，在Cu和絕緣介質(zhì)之間，必須加上防止Cu擴散的阻擋層材料，例如TiN、TaN等。阻擋層的目的主要有兩個，第一是阻止金屬向介質(zhì)中的擴散，第二是提高金屬和與介質(zhì)的粘附性。
通常，要求阻擋層要有良好的臺階覆蓋性，特別是對于高寬比(A/R)大于6微細(xì)結(jié)構(gòu)中，側(cè)壁和底部的臺階覆蓋是關(guān)鍵。此外，阻擋層本身的體電阻要求很低，以盡可能減小接觸電阻；與絕緣介質(zhì)層粘附性好，不易分離和脫落；是良好金屬阻擋層，以防止金屬向硅片或者絕緣介質(zhì)中擴散，造成互聯(lián)線之間漏電；能經(jīng)受Cu后道加工工藝高溫的考驗，通常Cu大馬士革加工流程溫度在300C到420C；與低介電常數(shù)材料的兼容性好，不改變低介電常數(shù)材料的化學(xué)性能；物理特性滿足后續(xù)的化學(xué)機械拋光工藝要求。
TiN是一種很有吸引力的阻擋層材料，TiN具有較高的熔點(2930C)，而且電阻率低(21.7微歐姆.厘米)，與金屬W和Cu的粘附性都很好，并且和W以及Cu都不互融。
一般TiN采用物理淀積方法制備。由于物理淀積受到濺射金屬離子的方向性的限制，臺階覆蓋性和底部覆蓋性都很差，特別是對于深亞微米器件，情況尤其嚴(yán)峻。在0.18微米以下技術(shù)中，由于物理淀積時金屬濺射離子方向性等限制，造成細(xì)線條中的阻擋層側(cè)壁覆蓋性很差，導(dǎo)致以后的W化學(xué)淀積和Cu電鍍時出現(xiàn)空洞，影響集成電路的成品率和可靠性。
為了適應(yīng)深亞微米工藝的細(xì)線條、大的高寬比(＞6)的特點，采用化學(xué)汽相淀積(CVD)方法淀積TiN阻擋層，消除淀積阻擋層是填孔性對高寬比的依賴性，是集成電路工藝發(fā)展的必然趨勢。
CVD淀積TiN時，膜厚的均勻性和電阻率的均勻性很低。為此，人們對CVD淀積TiN的工藝和材料舉行了深入的研究。TiN CVD淀積分有氨氣和無氨氣兩種，常用的含Ti的物質(zhì)有TDMAT，TDEAT和TiCl4等。TiCl4淀積TiN雖然也得到了良好的薄膜均勻性，但是，它含有Cl，使器件的長時間可靠性發(fā)生問題。而且，Cl和氨反應(yīng)生成固體沉淀物，對硅片表面和真空系統(tǒng)造成污染。因此，半導(dǎo)體工藝界普遍采用TDMAT或TDEAT生成TiN。淀積溫度一般為350C，低壓3Torr-5Torr。
本發(fā)明提出的CVD淀積TiN的工藝有兩個主要步驟第一步，采用TDMA化學(xué)物質(zhì)，用化學(xué)汽相方法(CVD)熱淀積一層薄的TiN膜；第二步，在原位進(jìn)行射頻等離子處理。
在第一步淀積工藝過程中，采用He氣攜帶含Ti的化學(xué)物質(zhì)TDMA，在低真空條件下，通過熱分解淀積TiN薄膜。TDMAT熱分解的化學(xué)反應(yīng)式表示為其他碳?xì)浠衔铩５诙绞窃贿M(jìn)行H2-N2射頻等離子處理。反復(fù)循環(huán)上述二個工藝步驟，直到達(dá)到設(shè)定的TiN淀積厚度范圍。
第一步淀積工藝的目的是制備出均勻的、具有較高的臺階覆蓋率的TiN薄膜，而第二步H2-N2射頻等離子處理則是為了減小CVD淀積的TiN薄膜中碳、氧、和氫等雜質(zhì)的含量，降低電阻率，使TiN晶粒均勻生長，并使TiN薄膜增密。
本發(fā)明制造工藝的步驟可總結(jié)如下第一步，用化學(xué)汽相淀積(CVD)方法，采用He氣攜帶化學(xué)物質(zhì)TDMA，利用含Ti的化學(xué)物質(zhì)TDMA，淀積一層TiN薄膜；第二步，在原位進(jìn)行H2-N2射頻等離子處理。
本發(fā)明中，通過熱分解淀積TiN薄膜，淀積溫度為400℃-450℃，真空度為1Torr-5Torr，每次淀積時間為10-15秒?；瘜W(xué)物質(zhì)TDMAT應(yīng)保持在溫度35-55℃±0.1℃的恒溫瓶中，以保證足夠并且穩(wěn)定的TDMAT流量，TDMAT熱分解淀積TiN的化學(xué)反應(yīng)式表示為其他碳?xì)浠衔铩?br> 本發(fā)明中，在原位進(jìn)行H2-N2射頻等離子處理，低壓為1Torr-2Torr，每次處理時間為30-40秒。
循環(huán)上述工藝步驟，直到達(dá)到設(shè)定的TiN淀積厚度范圍，一般為30-50nm。
標(biāo)號說明其中1是TaN阻擋層；2是W金屬互聯(lián)柱；3是絕緣介質(zhì)層。
用這種方法淀積的TiN，具有良好的臺階覆蓋，均勻的電阻分和膜厚均勻性。TiN還是一種物理性能和化學(xué)性能都穩(wěn)定的阻擋層。TiN與W金屬和絕緣介質(zhì)的粘附性能良好，可以用在W互聯(lián)柱工藝中，有效地防止WF6對硅片和介質(zhì)層的侵蝕。TiN還與Al金屬以及絕緣介質(zhì)的粘附性能良好，用于Al多層金屬布線工藝，能顯著改善Al金屬導(dǎo)線的電遷移性能。TiN還是Cu的阻擋層，可用于Cu金屬化工藝，實現(xiàn)Cu金屬大馬士革互聯(lián)技術(shù)。
2、首先，在真空設(shè)定為5Torr條件下，將硅片升溫到450℃。
3、接著，用He2攜帶化學(xué)物質(zhì)TDMA，在低真空1.5Torr條件下，通過熱分解淀積TiN薄膜。淀積溫度為450℃，淀積時間為15秒，TDMAT流量為225sccm，He2流量為275sccm，N2的流量為300sccm。TDMAT應(yīng)保持在溫度為50℃±0.1℃的恒溫瓶中，以保證足夠并且穩(wěn)定的TDMAT流量。TDMAT熱分解的化學(xué)反應(yīng)式表示為其他碳?xì)浠衔铩?br> 4、原位H2-N2射頻等離子處理，減小CVD淀積的TiN薄膜中碳，氧，和氫等雜質(zhì)的含量，降低電阻率，使TiN晶粒均勻生長，并使TiN薄膜增密，提高膜厚均勻性。處理真空度為1.5Torr，時間為35秒。期間硅片溫度會上升20℃；5、硅片降溫至TiN淀積設(shè)定溫度，真空調(diào)節(jié)到1.5Torr；6、重復(fù)第3步工藝，利用He2攜帶TDMAT，通過熱分解淀積TiN，淀積時間為15秒。
7、重復(fù)4步，原位氫-氮射頻等離子處理，時間35秒，以降低電阻率，增密TiN并提高膜厚均勻性；8、循環(huán)CVD淀積TiN和原位H2-N2射頻等離子處理，直到達(dá)到設(shè)定的TiN淀積厚度。每次循環(huán)淀積TiN厚度為110。
權(quán)利要求
1.一種CVD淀積TiN阻擋層的方法，其特征在于，第一步，用CVD方法，采用He氣攜帶含Ti的化學(xué)物質(zhì)TDMA，在真空條件下，通過熱分解淀積一層TiN薄膜；第二步，在原位進(jìn)行H2-N2射頻等離子處理，反復(fù)循環(huán)上述步驟直至達(dá)到設(shè)定的TiN沉積厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TiN薄膜的集成電路制造工藝，其特征在于，采用He2氣攜帶化學(xué)物質(zhì)TDMA，在低真空條件下，通過熱分解淀積TiN薄膜，淀積溫度為400℃-450℃，真空度為1Torr-5Torr，每次淀積時間為10-15秒?；瘜W(xué)物質(zhì)TDMAT應(yīng)保持在溫度50℃±0.1℃的恒溫瓶中，以保證足夠并且穩(wěn)定的TDMAT流量，TDMAT熱分解淀積TiN的化學(xué)反應(yīng)式表示為其他碳?xì)浠衔铩?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TiN薄膜的集成電路制造工藝，其特征在于，在原位進(jìn)行H2-N2射頻等離子處理，低壓為1Torr-2Torr，每次處理時間為30-40秒。
4.根據(jù)權(quán)利要求2、3所述的TiN薄膜的集成電路制造工藝，其特征在于，循環(huán)權(quán)利要求2及權(quán)利要求3所述的工藝步驟，直到達(dá)到設(shè)定的TiN淀積厚度范圍30-50nm。
全文摘要
本發(fā)明是一種CVD淀積TiN薄膜的集成電路制造工藝，是用化學(xué)汽相淀積(CVD)方法，利用含Ti的化學(xué)物質(zhì)TDMA，淀積一層TiN薄膜。并在原位進(jìn)行H
文檔編號C23C16/34GK1414603SQ02137189
公開日2003年4月30日 申請日期2002年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月27日
發(fā)明者徐小誠, 繆炳有 申請人:上海華虹(集團)有限公司