通孔的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種通孔的制作方法，包括如下步驟：步驟1.深通孔刻蝕；步驟2.第一層阻擋層的形成；具體的為包括Ti層和TiN層，其中Ti層采用金屬物理濺射成膜方式形成，在Ti層的形成過程中，在襯底上施加一個變化的偏壓，所述偏壓由大到小逐步降壓直至Ti層完成；步驟3.退火處理；步驟4.通孔鎢填充；步驟5.鎢和第一層阻擋層刻蝕；步驟6.第二層阻擋層的形成。本發明能減少在濺射過程中高速鈦金屬離子對鈦層損傷，增加金屬鈦層和襯底的結合強度，達到提高阻擋層與襯底的粘結性。
【專利說明】通孔的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種半導體集成電路制造工藝方法，特別是涉及一種通孔的制作方法。
【背景技術】
[0002]20世紀60年代以來，隨著半導體工業的迅速崛起，濺射技術獲得廣泛應用，這種技術在集成電路生產工藝中，用于沉積集成電路中晶體管的金屬電極層。Ti/TiN復合膜由于具有優質的電學和力學性能，經常作為半導體工藝中的阻擋層使用。
[0003]如圖1所示，通過正交試驗得出，隨著襯底負偏壓的增加基膜的結合力明顯增加，這是因為隨著負偏壓的增大，增加了沉積離子的能量和數量，使基體表面轟擊作用加強，提高偽擴散層的形成和寬化，在高偏壓下，隨著膜厚的增加基膜結合力有下降的趨勢，主要原因就是負偏壓越高，等離子獲得的能量就越高，從而對襯底表面產生更深的偽擴散層，增加膜結合力和硬度，但是高能量離子在轟擊薄膜表面時，會把能量傳遞給襯底，造成襯底溫度升高，造成襯底退火，從而影響襯底硬度下降，導致膜層硬度下降；同時由于轟擊離子能量較高，在轟擊薄膜表面時會將成膜Ti層造成缺陷，從而降低Ti層與襯底的結合力。

【發明內容】

[0004]本發明所要解決的技術問題是提供一種通孔的制作方法，能減少高速鈦金屬離子對鈦層損傷，增加金屬鈦層和襯底的結合強度，達到提高阻擋層與襯底的粘結性。
[0005]為解決上述技術問題，本發明提供的一種通孔的制作方法，包括如下步驟:
[0006]步驟1、深通孔刻蝕；
[0007]步驟2、第一層阻擋層的形成；具體的為包括Ti層和TiN層，其中Ti層采用金屬物理濺射成膜方式形成，在Ti層的形成過程中，在襯底上施加一個變化的偏壓，所述偏壓由大到小逐步降壓直至Ti層完成；
[0008]步驟3、退火處理；
[0009]步驟4、通孔鶴填充；
[0010]步驟5、鎢和第一層阻擋層刻蝕；
[0011]步驟6、第二層阻擋層的形成。
[0012]進一步的，步驟2中所述的偏壓，其最大偏壓值為100-500V，持續時間為5-60S，最小偏壓值為40-100V，持續時間為5-60S。
[0013]進一步的，步驟2中所述的偏壓為直流、交流或者脈沖電壓中的一種或幾種。
[0014]進一步的，步驟2中所述的降壓，其降壓方式為電阻降壓或程序降壓。
[0015]進一步的，步驟2中所述TiN層采用金屬有機化學氣相沉積工藝形成，沉積溫度為200-600°C，壓力為1-10托；所述金屬物理濺射成膜方式，濺射溫度為100-500°C，壓力在1-10 托。
[0016]進一步的，步驟2中所述Ti層的厚度為500-1000nm ;所述TiN層的厚度為10_200nm。
[0017]進一步的，步驟3中所述退火處理，具體為采用快速熱處理工藝，熱處理溫度為500-800°C，壓力為500-1000托，處理時間為10-60S。
[0018]進一步的，步驟4中所述通孔鎢填充，具體為采用金屬有機化學氣相沉積工藝進行鎢填充，沉積溫度200-500°C，壓力為20-200托。
[0019]進一步的，步驟5中所述鎢和第一層阻擋層刻蝕，具體為采用化學機械研磨工藝除去層間介質膜表面鎢及其層間介質膜表面第一層阻擋層即停止刻蝕。
[0020]進一步的，步驟6中所述第二層阻擋層的形成，具體為包括Ti層及TiN層，其中所述Ti層采用金屬物理濺射成膜工藝形成，所述Ti層厚度為10-200nm，濺射溫度為100-500°C，壓力在1-10托；其中所述TiN層的厚度為10_200nm，采用金屬有機化學氣相沉積工藝，沉積溫度為200-600°C，壓力為1-10托。
[0021]本發明通孔的制作方法通過對襯底偏壓的改造，減少在濺射過程中高速鈦金屬離子對鈦層損傷，增加金屬鈦層和襯底的結合強度，達到提高阻擋層與襯底的粘結性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明:
[0023]圖1是公知的Ti層與襯底結合力正交實驗數據圖；
[0024]圖2是本發明通孔的制作方法流程示意圖；
[0025]圖3a_3f是本發明通孔的制作方法每一個步驟后的結構示意圖；
`[0026]圖4是利用本發明通孔的制作方法制作的通孔Ti層與襯底結合力正交實驗數據圖；
[0027]圖5a_5c是公知的方法與本發明方法制作的通孔Ti層與襯底結合效果圖。
[0028]主要附圖標記說明:
[0029]襯底31層間介質膜32
[0030]Ti 層 33TiN 層 34
[0031]鎢35Ti 層 36
[0032]TiN 層 37
【具體實施方式】
[0033]為使貴審查員對本發明的目的、特征及功效能夠有更進一步的了解與認識，以下配合附圖詳述如后。
[0034]本發明提供一種通孔的制作方法，其具體的流程如圖2、圖3a_3f所示，包括如下步驟:
[0035]步驟1、深通孔刻蝕，該步驟按本領域常規工藝，首先在襯底31上沉積層間介質膜32，然后采用刻蝕工藝刻蝕部分層間介質膜32和襯底31形成深通孔，如圖3a所示。
[0036]步驟2、第一層阻擋層的形成；具體的為采用Ti層33加TiN層34形成，其中Ti層33的厚度為500-1000mm，采用金屬物理濺射成膜方式形成，濺射溫度為100-500°C，壓力在1-10托(torr)，在Ti層33的形成過程中，在襯底31上施加一個變化的偏壓，偏壓由大到小逐步降壓直至Ti層33工藝完成，其中最大偏壓值為100-500V，持續時間為5-60S，最小偏壓值為40-100V，持續時間為5-60S，所述偏壓可以為直流、交流或者脈沖電壓中的一種或幾種，其降壓方法包括但不限于電阻降壓及程序降壓等手段，如圖3b所示；其中TiN層34的厚度為10_200nm，采用金屬有機化學氣相沉積工藝，沉積溫度為200-600°C，壓力為1_10托(torr)，如圖3c所示。
[0037]步驟3、退火處理；具體為采用快速熱處理工藝，熱處理溫度為500-800°C，壓力為500-1000 托(torr)，處理時間為 10-60S。
[0038]步驟4、通孔鎢填充；具體為采用金屬有機化學氣相沉積工藝進行鎢35填充，沉積溫度200-500 °C，壓力為20-200托(torr)，如圖3d所示。
[0039]步驟5、鎢和第一層阻擋層刻蝕；具體為采用化學機械研磨工藝除去層間介質膜32表面鎢及層間介質膜32表面第一層阻擋層即停止刻蝕，如圖3e所示。
[0040]步驟6、第二層阻擋層的形成，具體為采用Ti層36加TiN層37形成，其中Ti層36采用金屬物理濺射成膜工藝形成，Ti層36厚度為10-200nm，濺射溫度為100-500°C，壓力在1-1Otorr ;其中TiN層37的厚度為10_200nm，采用金屬有機化學氣相沉積工藝，沉積溫度為200-600°C，壓力為Ι-lOtorr，如圖3f。
[0041]如圖4所示，為利用本發明通孔的制作方法制作的通孔Ti層與襯底結合力正交實驗數據圖；其中，實驗I為對襯底施加偏壓300V維持10s，然后減小為IOOv維持20s ?’實驗2為對襯底施加偏壓400v維持10s，然后減小為IOOv維持20s ;可以看出其中Ti層與襯底的結合力相對于圖1中的數據有了較大的增加，達到了提高第一層阻擋層與襯底的粘結性的目的。此處所述的Ti層為第一層阻擋層中的Ti層。
[0042]如圖5a_5c所不,分別表不對襯底施加低偏壓、高偏壓時Ti層與襯底的結合不意圖及本發明Ti層與襯底的結合示意圖。對比圖5a_5c可以看出，利用本發明方法形成的通孔，其Ti層與襯底的結合效果較好。此處所述的Ti層為第一層阻擋層中的Ti層。
[0043]以上通過具體實施例對本發明進行了詳細的說明，但這些并非構成對本發明的限制。在不脫離本發明原理的情況下，本領域的技術人員還可做出許多變形和改進，這些也應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種通孔的制作方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1、深通孔刻蝕； 步驟2、第一層阻擋層的形成；具體的為包括Ti層和TiN層，其中Ti層采用金屬物理濺射成膜方式形成，在Ti層的形成過程中，在襯底上施加一個變化的偏壓，所述偏壓由大到小逐步降壓直至Ti層完成； 步驟3、退火處理； 步驟4、通孔鎢填充； 步驟5、鎢和第一層阻擋層刻蝕； 步驟6、第二層阻擋層的形成。
2.如權利要求1所述的通孔的制作方法，其特征在于，步驟2中所述的偏壓，其最大偏壓值為100-500V，持續時間為5-60S，最小偏壓值為40-100V，持續時間為5-60S。
3.如權利要求1所述的通孔的制作方法，其特征在于，步驟2中所述的偏壓為直流、交流或者脈沖電壓中的一種或幾種。
4.如權利要求1所述的通孔的制作方法，其特征在于，步驟2中所述的降壓，其降壓方式為電阻降壓或程序降壓。
5.如權利要求1所述的通孔的制作方法，其特征在于，步驟2中所述TiN層采用金屬有機化學氣相沉積工藝形成，沉積溫度為200-600°C，壓力為1-10托；所述金屬物理濺射成膜方式，濺射溫度為100-500°C，壓力在1-10托。
6.如權利要求1所述的通孔的制作方法，其特征在于，步驟2中所述Ti層的厚度為500-1000nm ;所述 TiN 層的厚度為 10_200nm。
7.如權利要去I所述的通孔的制作方法，其特征在于，步驟3中所述退火處理，具體為采用快速熱處理工藝，熱處理溫度為500-800°C，壓力為500-1000托，處理時間為10-60S。
8.如權利要去I所述的通孔的制作方法，其特征在于，步驟4中所述通孔鎢填充，具體為采用金屬有機化學氣相沉積工藝進行鎢填充，沉積溫度200-500°C，壓力為20-200托。
9.如權利要去I所述的通孔的制作方法，其特征在于，步驟5中所述鎢和第一層阻擋層刻蝕，具體為采用化學機械研磨工藝除去層間介質膜表面鎢及其層間介質膜表面第一層阻擋層即停止刻蝕。
10.如權利要去I所述的通孔的制作方法，其特征在于，步驟6中所述第二層阻擋層的形成，具體為包括Ti層及TiN層，其中所述Ti層采用金屬物理濺射成膜工藝形成，所述Ti層厚度為10-200nm，濺射溫度為100-500°C，壓力在1_10托；其中所述TiN層的厚度為10-200nm，采用金屬有機化學氣相沉積工藝，沉積溫度為200-600°C，壓力為1_10托。
【文檔編號】C23C28/00GK103811411SQ201210453955
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月13日 優先權日:2012年11月13日
【發明者】劉善善, 費強, 李曉遠 申請人:上海華虹宏力半導體制造有限公司