專利名稱：氮化鈦層的制造方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氮化鈦層的制造方法及其裝置，特別涉及可形成一保護(hù)層的氮 化鈦層的制造方法及其裝置。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體的金屬化工藝中，由于集成度不斷提高，故需形成多重金屬內(nèi)聯(lián) 結(jié)結(jié)構(gòu)，其中各金屬間是通過(guò)絕緣層加以隔離，之后再通過(guò)導(dǎo)電插塞連接不同 的金屬層。導(dǎo)電插塞的材料以金屬鎢最為常見，鎢插塞是由化學(xué)氣相沉積將金屬鴒選擇性填入接觸開口中，其所使用的反應(yīng)氣體為WF6與H2。為了增強(qiáng)沉積的 金屬鎢與開口兩側(cè)的絕緣層和底下金屬層之間的附著能力，通常會(huì)在沉積之前 先制作一層氮化鈥(TiN)所形成的黏著層(adhesion layer),接著把金屬鴒 沉積上去，氮化鈦(TiN)層除了讓金屬鵠更容易地附著外，還能保護(hù)底下的組 件區(qū)域，以免其電性及可靠度因WF6的化學(xué)攻擊而破壞。圖1至2為現(xiàn)有技術(shù)中制造氮化鈦層的剖面流程圖。如圖1所示，在半導(dǎo) 體基底100摻入N/P型離子的源極/漏極，或是用來(lái)當(dāng)作內(nèi)連線的金屬圖案，形 成導(dǎo)電區(qū)域120;接下來(lái)，全面性沉積一絕緣層140，此絕緣層140不限于二氧 化硅材料，也可是其他低介電常數(shù)或無(wú)機(jī)介電材料構(gòu)成；然后，以顯影、蝕刻 制程選擇性蝕刻上述絕緣層140,以形成上述導(dǎo)電區(qū)域120的接觸孔150,然后 利用解離金屬電漿物理氣相沉積法(IMP PVD)形成鈦金屬層160，其主要原理 為在物理氣相沉積反應(yīng)腔中，利用氬氣在電場(chǎng)作用下轟擊鈦靶材進(jìn)而在絕緣層 140表面上形成鈦金屬層160。圖3為現(xiàn)有技術(shù)中的氮化鈦層的制造裝置結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，其中， 氮化鈦層的制造裝置為一解離金屬電漿物理氣相沉積裝置，它包括一解離金屬 電漿物理氣相沉積反應(yīng)腔210,用于反應(yīng)氣體與金屬之間反應(yīng)沉積； 一氣體過(guò)濾 器230，用于過(guò)濾氣體中的雜質(zhì)； 一位于沉積反應(yīng)腔210與氣體過(guò)濾器230之間 的氣動(dòng)閥230,關(guān)閉時(shí)可防止其它氣體進(jìn)入沉積反應(yīng)腔210,使沉積反應(yīng)腔210保持真空；還有兩氣動(dòng)閥240、 260與氣體過(guò)濾器230連接，可以同時(shí)動(dòng)作且更 好地切斷反應(yīng)氣流； 一氣體流量控制器250位于該兩氣動(dòng)閥240、 260之間，用 于控制反應(yīng)氣體的流量； 一氣體存儲(chǔ)器270,存儲(chǔ)需參加反應(yīng)的惰性氣體，如氬 氣。如圖2所示，接下來(lái)，在鈥金屬層160形成之后進(jìn)入下個(gè)反應(yīng)沉積腔-化學(xué) 氣相沉積反應(yīng)腔，利用常壓化學(xué)氣相沉積法(AP CVD)以四氯化鈦(TiCM)和 氨氣(NH3 )作為反應(yīng)物于鈦金屬層160上沉積氮化鈦(TiN )層180。但是，在鈦金屬層160轉(zhuǎn)出到下個(gè)反應(yīng)沉積腔-化學(xué)氣相沉積腔過(guò)程中，如 果由于某些原因，使鈦金屬層160停留在反應(yīng)沉積腔外面太久，這樣鈥金屬層 160容易被氧化造成電阻偏高，從而影響整個(gè)晶圓的性能。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種氮化鈦層的制造方法及其裝置，通過(guò)該裝置可 防止4太金屬層#1氧化而造成電阻偏高。為了達(dá)到所述的目的，本發(fā)明提供了一種制造氮化鈦層的裝置，包括物理 氣相沉積反應(yīng)腔和物理氣相沉積反應(yīng)腔連接的氣體過(guò)濾器，其中，該氣體過(guò)濾 器還與一氮?dú)夤?yīng)裝置連接。在上述制造氮化鈦層的裝置中，所述的氮?dú)夤?yīng)裝置由兩個(gè)氣動(dòng)閥、該兩 個(gè)氣動(dòng)閥之間的氣體流量控制器和一存儲(chǔ)氮?dú)獾拇鎯?chǔ)器組成。在上述制造氮化鈦層的裝置中，該制造氮化鈦層的裝置還包括一惰性氣體 供應(yīng)裝置。在上述制造氮化鈦層的裝置中，所述的惰性氣體供應(yīng)裝置由兩個(gè)氣動(dòng)閥、 該兩個(gè)氣動(dòng)閥之間的氣體流量控制器和一存儲(chǔ)惰性氣體的存儲(chǔ)器組成。在上述制造氮化鈦層的裝置中，所述的惰性氣體為氬氣或氦氣。在上述制造氮化鈦層的裝置中，所述的物理氣相沉積反應(yīng)腔和氣體過(guò)濾器 之間還包括一氣動(dòng)閥，該氣動(dòng)閥關(guān)閉時(shí)防止氣體進(jìn)入物理氣相沉積反應(yīng)腔。在上述制造氮化鈦層的裝置中，所述的物理氣相沉積反應(yīng)腔為解離金屬電 漿物理氣相沉積反應(yīng)腔。本發(fā)明的另一方案是提供一種制造氮化鈦層的方法，其實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)在于， 包括下列步驟(1)在物理氣相沉積反應(yīng)腔中形成鈥金屬層；(2 )在所述鈥金屬層表面形成保護(hù)層；(3)保護(hù)層在化學(xué)氣相沉積反應(yīng)腔中形成氮化鈦層。在上述制造氮化鈦層的方法中，所述的鈦金屬利用惰性氣體和氮?dú)馔ㄟ^(guò)物 理氣相沉積法形成保護(hù)層。在上述制造氮化鈦層的方法中，所述的惰性氣體為氬氣或氦氣。 在上述制造氮化鈦層的方法中，所述的保護(hù)層為厚度為5納米的氮化鈦層。 本發(fā)明由于采用了上述的技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu) 點(diǎn)和積極效果鈦金屬層在物理氣相沉積反應(yīng)腔中被形成了一保護(hù)層后，不會(huì) 在從物理氣相沉積轉(zhuǎn)出到化學(xué)氣相沉積反應(yīng)腔的過(guò)程中被氧化。


本發(fā)明的由以下的實(shí)施例及附圖給出。圖1至2為現(xiàn)有技術(shù)中制造氮化鈦層的剖面流程圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)中的氮化鈦層的制造裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明的氮化鈦層的制造裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明制造氮化鈦層的剖面流程圖；圖6為本發(fā)明制造氮化鈦層方法的流程圖；具體實(shí)施方式
以下將對(duì)本發(fā)明的氮化鈦層的制造方法及其裝置作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。 如圖4所示為本發(fā)明的氮化鈦層的制造裝置結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明的氮化鈦 層的制造裝置為 一解離金屬電漿物理氣相沉積裝置，它包括一解離金屬電漿物 理氣相沉積反應(yīng)腔310,用于反應(yīng)氣體與金屬之間反應(yīng)沉積； 一氣體過(guò)濾器330， 用于過(guò)濾氣體中的雜質(zhì)； 一位于沉積反應(yīng)腔310與氣體過(guò)濾器330之間的氣動(dòng) 閥330，關(guān)閉時(shí)可防止其它氣體進(jìn)入沉積反應(yīng)腔310,使沉積反應(yīng)腔310保持真 空。該氣相沉積裝置還具有一惰性氣體供應(yīng)裝置420與過(guò)濾器330連接，該供 應(yīng)裝置包括兩氣動(dòng)閥340、 360，可以同時(shí)動(dòng)作且更好切斷氣流； 一氣體流量 控制器350位于該兩氣動(dòng)閥340、 360之間，用于控制氣體的流量； 一氣體存儲(chǔ)器370，存儲(chǔ)需參加反應(yīng)的氣體，如氬氣、氦氣等惰性氣體。本發(fā)明的解離金屬 電漿物理氣相沉積裝置還包括一氮?dú)夤?yīng)裝置410，該氮?dú)夤?yīng)裝置410包括一 存儲(chǔ)氮?dú)獾娜萜?70;兩個(gè)與存儲(chǔ)容器470連接的氣動(dòng)閥440、 460,可以同時(shí) 動(dòng)作且更好切斷氮?dú)饬鳎晃挥谠搩蓺鈩?dòng)閥440、 460之間的氣體流量控制器450, 用于控制氮?dú)獾牧髁俊Ｈ鐖D5所示，為本發(fā)明制造氮化鈦層的剖面流程圖，其中主要為形成保護(hù) 層的流程圖，在基底500上形成導(dǎo)電區(qū)域520、絕緣層540、接觸孔550的方法 與現(xiàn)有技術(shù)方法相同，這里不作具體介紹。圖6為本發(fā)明制造氮化鈦層方法的 流程圖，在導(dǎo)電區(qū)域520上形成接觸孔550后，再進(jìn)入解離金屬電漿物理氣相 沉積反應(yīng)腔310。首先，在解離金屬電漿物理氣相沉積裝置中，關(guān)閉氮?dú)夤?yīng)裝 置410中的兩氣動(dòng)閥440、 460,使氮?dú)獠涣魅胛锢須庀喑练e反應(yīng)腔310參與反 應(yīng)，而打開氣動(dòng)閥340、 360且控制氣體流量控制器350使適量氬氣或氦氣流入 物理氣相沉積反應(yīng)腔310中參與物理氣相沉積反應(yīng)形成鈦金屬層560 (步驟 SIO)。然后打開氮?dú)夤?yīng)裝置410的氣動(dòng)閥440、 460，調(diào)節(jié)氣體流量控制器450 控制參加反應(yīng)的氮?dú)饬髁浚瑫r(shí)調(diào)節(jié)氣體流量控制器350控制參加反應(yīng)的惰性 氣體流量，使在物理氣相沉積反應(yīng)腔310的氮?dú)夂投栊詺怏w含量能生成一層薄 的保護(hù)層580 (步驟S20),該保護(hù)層為氮化鈦層580,該氮化鈦層580的厚度最 后在5納米左右。由于在鈥金屬層560表面形成了該氮化鈦層580,且該氮化鈥 層580不容易與外界的氣體發(fā)生反應(yīng)被氧化，所以鈥金屬層560轉(zhuǎn)移到下一化 學(xué)氣相沉積(CVD)腔中的過(guò)程中不會(huì)被氧化。最后，帶有較薄氮化鈦層580的 鈥金屬層560在化學(xué)氣相沉積(CVD )腔繼續(xù)與其它氣體反應(yīng)生成氮化鈥層580, 此時(shí)氮化鈦層580達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，厚度為10納米左右(步驟S30 )。
權(quán)利要求
1、一種制造氮化鈦層的裝置，包括物理氣相沉積反應(yīng)腔和物理氣相沉積反應(yīng)腔連接的氣體過(guò)濾器，其特征在于該氣體過(guò)濾器還與一氮?dú)夤?yīng)裝置連接。
2、 如權(quán)利要求1所述的制造氮化鈦層的裝置，其特征在于所述的氮?dú)夤?應(yīng)裝置由兩個(gè)氣動(dòng)閥、該兩個(gè)氣動(dòng)閥之間的氣體流量控制器和一存儲(chǔ)氮?dú)獾拇?儲(chǔ)器組成。
3、 如權(quán)利要求1所述的制造氮化鈦層的裝置，其特征在于該制造氮化鈥 層的裝置還包括一惰性氣體供應(yīng)裝置。
4、 如權(quán)利要求3所述的制造氮化鈦層的裝置，其特征在于所述的惰性氣 體供應(yīng)裝置由兩個(gè)氣動(dòng)閥、該兩個(gè)氣動(dòng)閥之間的氣體流量控制器和一存儲(chǔ)惰性 氣體的存儲(chǔ)器組成。
5、 如權(quán)利要求4所述的制造氮化鈦層的裝置，其特征在于所述的惰性氣體為氬氣或氦氣。
6、 如權(quán)利要求l所述的制造氮化鈦層的裝置，其特征在于所述的物理氣 相沉積反應(yīng)腔和氣體過(guò)濾器之間還包括一氣動(dòng)閥，該氣動(dòng)閥關(guān)閉時(shí)防止氣體進(jìn) 入物理氣相沉積反應(yīng)腔。
7、 如權(quán)利要求1或6所述的制造氮化鈦層的裝置，其特征在于所述的物 理氣相沉積反應(yīng)腔為解離金屬電漿物理氣相沉積反應(yīng)腔。
8、 一種制造氮化鈦層的方法，其特征在于，包括下列步驟 (1)在物理氣相沉積反應(yīng)腔中形成鈦金屬層；(2 )在所述鈦金屬層表面形成保護(hù)層；(3)保護(hù)層在化學(xué)氣相沉積反應(yīng)腔中形成氮化鈦層。
9、 如權(quán)利要求7所述的制造氮化鈦層的方法，其特征在于所述的鈥金屬 利用惰性氣體和氮?dú)馔ㄟ^(guò)物理氣相沉積法形成保護(hù)層。
10、 如權(quán)利要求7所述的制造氮化鈥層的方法，其特征在于:所述的惰性 氣體為氬氣或氦氣。
11、 如權(quán)利要求7或8所述的制造氮化鈦層的方法，其特征在于所述的 保護(hù)層為厚度為5納米的氮化鈦層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氮化鈦層的制造方法及其裝置。現(xiàn)有的氮化鈦層的制造方法中存在鈦金屬層從物理氣相沉積反應(yīng)腔轉(zhuǎn)出到化學(xué)氣相沉積反應(yīng)腔過(guò)程中被氧化的問(wèn)題。本發(fā)明制造氮化鈦層的裝置，包括物理氣相沉積反應(yīng)腔和物理氣相沉積反應(yīng)腔連接的氣體過(guò)濾器，其中該氣體過(guò)濾器還與一氮?dú)夤?yīng)裝置連接。采用本發(fā)明的制造氮化鈦層的裝置，在物理氣相沉積反應(yīng)腔中將鈦金屬層表面上形成一保護(hù)層，該保護(hù)層可防止鈦金屬層從物理氣相沉積反應(yīng)腔轉(zhuǎn)出到化學(xué)氣相沉積反應(yīng)腔過(guò)程中被氧化。
文檔編號(hào)C23C14/22GK101333641SQ20071004327
公開日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2007年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月29日
發(fā)明者徐錦添 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司