專利名稱：在半導(dǎo)體基底上形成氮化鈦層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及一種在半導(dǎo)體基底上形成氮化鈦層 的方法。
背景技術(shù)：
氮化鈦(TiN)薄膜是目前工業(yè)研究和應(yīng)用最為廣泛的薄膜材料之一，它熔 點(diǎn)高，熱穩(wěn)定和抗蝕性好,并以其較高的硬度和低的電阻率，受到人們?nèi)找鎻V泛 的關(guān)注。
早期的氮化鈦薄膜研究工作主要集中在外觀色澤、硬度和耐高溫、耐腐蝕 特性等方面。但最近，氮化鈦膜作為金屬層Cu或Al的擴(kuò)散阻擋層在半導(dǎo)體器 件中的應(yīng)用受到重視。根據(jù)阻擋層的定義，阻擋層要求在一定高溫下能有效阻 止金屬層金屬的擴(kuò)散，與金屬層及介質(zhì)有良好的結(jié)合，以及較小的接觸電阻， 且在保持與金屬層金屬的熱穩(wěn)定的同時(shí)，阻擋層要盡可能薄。根據(jù)2000年更新 的半導(dǎo)體國際技術(shù)路線(ITRS)，從2005年起，阻擋層厚度達(dá)到10nm,到2014 年將達(dá)到4nm;阻擋層要有良好的臺階覆蓋性、低應(yīng)力、無針孔；擴(kuò)散阻擋層 表面粗糙度越低越好。但由于在半導(dǎo)體制備工藝中薄膜厚度已和電子平均自由 程相當(dāng)或更小，TiN薄膜的電阻率的實(shí)際值與體電阻率有較大差距。
請參見圖1,其所示為TiN薄膜層的方塊電阻與半導(dǎo)體基底溫度的關(guān)系圖。 可以看出，半導(dǎo)體基底溫度從40 。C上升到500 。C的過程中，TiN薄膜的電阻率 明顯下降，曲線表明TiN薄膜電阻率隨著半導(dǎo)體基底溫度的升高而顯著下降。
這是因?yàn)樵谳^低的半導(dǎo)體基底溫度下，TiN薄膜的結(jié)晶情況較差，缺陷密度 較大，從而增加了載流子的散射，因此薄膜電阻率較高，導(dǎo)電性能差。隨著半 導(dǎo)體基底溫度的升高，被濺射出來的靶材Ti原子在基底吸附后仍有較大的動能， 原子表面擴(kuò)散能力增加，薄膜容易有序結(jié)晶化和晶粒取向一致化，缺陷密度降 低，這導(dǎo)致載流子濃度的增大和遷移率的提高，從而使薄膜的導(dǎo)電能力大大的增力口。
并且，當(dāng)半導(dǎo)體基底溫度較低時(shí)，Ti原子與N原子反應(yīng)不完全，因此薄膜 中N/Ti原子比〈1，所以薄膜成分主要為Ti2N,還有部分Ti原子與半導(dǎo)體基底 Si反應(yīng)生成TiSi2，導(dǎo)致薄膜電阻較大。而當(dāng)半導(dǎo)體基底溫度的升高時(shí)，有助于 濺射出來的Ti原子與N原子在半導(dǎo)體基底更好的反應(yīng)，提高了 TiN薄膜中的 N/Ti原子比，從而提高了 TiN薄膜的導(dǎo)電性，薄膜的電阻隨著P爭低。
然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，請參見圖2，在半導(dǎo)體基底上淀積TiN層，是直接將 半導(dǎo)體基底100放入到反應(yīng)腔210濺射淀積TiN薄膜層，反應(yīng)氣體無法將熱傳 導(dǎo)到半導(dǎo)體基底上，此時(shí)的半導(dǎo)體基底處于較低的溫度，因此，在半導(dǎo)體基底 上淀積形成的TiN薄膜層電阻較高，導(dǎo)電性能差。而要實(shí)現(xiàn)TiN薄膜層良好而 .穩(wěn)定的低電阻，需要用新的機(jī)臺進(jìn)行制造，這就大大提高了制造成本，且增加 了制程工藝的難度。此外，在量產(chǎn)的過程中，由于每個(gè)半導(dǎo)體基底的溫度不同， 因而所制造出來的TiN薄膜層的電阻也不同，大大影響了制造出的硅片的品質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中，由于在半導(dǎo)體基底上淀積的氮化鈦(TiN)層 的電阻高，導(dǎo)電性能差，且生產(chǎn)出的各硅片的TiN層電阻不一致，因而不能滿 足產(chǎn)品的要求等技術(shù)問題。
有鑒于此，本發(fā)明提供一種在半導(dǎo)體基底上形成氮化鈥層的方法，包括以 .下步驟
提供一半導(dǎo)體基底；
對所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行預(yù)加熱；
將所述半導(dǎo)體基底移入反應(yīng)腔，在所述半導(dǎo)體基底上淀積氮化鈦層。 進(jìn)一步的，對所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行預(yù)加熱是將所述半導(dǎo)體基底放入另 一反 應(yīng)腔內(nèi)進(jìn)4亍預(yù)加熱；
進(jìn)一步的，所述預(yù)加熱的溫度為100。C至500。C。 進(jìn)一步的，在所述半導(dǎo)體基底上淀積氮化鈦層的具體步驟 將所述反應(yīng)腔抽真空； 向所述反應(yīng)腔內(nèi)通入氬氣和氮?dú)猓煌ㄟ^濺射在所述半導(dǎo)體基底上形成氮化鈦層。
進(jìn)一步的，所述反應(yīng)腔抽真空，其壓強(qiáng)為2.0x 10-4Pa至5.0x l(T4Pa。 進(jìn)一步的，所述氬氣的流量為15sccm至60sccm。 進(jìn)一步的，所述氮?dú)獾牧髁繛?0sccm至150sccm。
綜上所述，本發(fā)明提供的在半導(dǎo)體基底上形成氮化鈦層的方法，在沒有增 加制造成本和制程難度的前提下，利用反應(yīng)腔對半導(dǎo)體基底進(jìn)行預(yù)加熱，從而 使淀積到半導(dǎo)體基底上的氮化鈦層具有良好穩(wěn)定的低電阻，并且適用于工業(yè)上 的批量生產(chǎn)。


圖1所示為TiN薄膜層的方塊電阻與半導(dǎo)體基底溫度的關(guān)系圖； 圖2所示為現(xiàn)有技術(shù)中在半導(dǎo)體基底上形成TiN薄膜層的制程示意圖； 圖3A所示為本發(fā)明 一 實(shí)施例所提供的在半導(dǎo)體基底上形成TiN薄膜層的方 法流程圖3B所示為本發(fā)明 一實(shí)施例所提供的在半導(dǎo)體基底上形成TiN薄膜層的制 程示意圖4所示為利用現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明實(shí)施例提供的方法生產(chǎn)的硅片上TiN薄 膜層的方塊電阻的對比圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、特征更明顯易懂，給出較佳實(shí)施例并結(jié)合附圖，對本 發(fā)明作進(jìn)一步說明。
請參見圖3A,其所示為為本發(fā)明一實(shí)施例所提供的在半導(dǎo)體基底上形成 TiN薄膜層的方法流程圖。
請結(jié)合參見圖3B，該方法包括以下步驟
S310提供一半導(dǎo)體基底100，在本實(shí)施例中半導(dǎo)體基底100為一硅片。 S320對所述半導(dǎo)體基底100進(jìn)行預(yù)加熱。
在本實(shí)施例中，將所述半導(dǎo)體基底100放入與濺射淀積TiN層反應(yīng)腔210 相鄰的另一反應(yīng)腔220內(nèi)進(jìn)行預(yù)加熱，預(yù)加熱的溫度為10(TC至500。C。
5隨著半導(dǎo)體基底100溫度的升高，在后續(xù)的濺射淀積TiN層的工藝中，被 濺射出來的靶材原子在基底吸附后仍有較大的動能，原子表面擴(kuò)散能力增加， 薄膜容易有序結(jié)晶化和晶粒取向一致化，缺陷密度降低，這導(dǎo)致載流子濃度的 增大和遷移率的提高，從而使薄膜的導(dǎo)電能力大大的增加。
并且當(dāng)半導(dǎo)體基底溫度的升高時(shí)，有助于濺射出來的Ti原子與N原子在半 導(dǎo)體基底更好的反應(yīng)，提高了 TiN薄膜中的N/Ti原子比，從而提高了TiN薄膜 的導(dǎo)電性，薄膜的電阻隨之降低。
S330將所述半導(dǎo)體基底100移入反應(yīng)腔210,在所述半導(dǎo)體基底200上淀 積氮化鈦層。
在本實(shí)施例中，將已經(jīng)預(yù)加熱到一定溫度的半導(dǎo)體基底100,轉(zhuǎn)移到反應(yīng)腔 210中，需精確^沒定轉(zhuǎn)移的時(shí)間，防止半導(dǎo)體基底100在轉(zhuǎn)移過程中，因轉(zhuǎn)移時(shí) 間過長熱量散失，而導(dǎo)致半導(dǎo)體基底100不能保持在精確的預(yù)熱溫度。
當(dāng)半導(dǎo)體基底100移入反應(yīng)腔210時(shí)，將所述反應(yīng)腔210抽真空，其壓強(qiáng) 為2.0 x 10"Pa至5.0x 1()4pa左右；向所述反應(yīng)腔內(nèi)通入氬氣和氮?dú)?，氬氣和?氣的流量分別為15至60sccm和50至150sccm;通過鈦(Ti)原子濺射在所述 半導(dǎo)體基底上形成氮化鈦層。
由于此時(shí)，進(jìn)行賊射的半導(dǎo)體基底100是經(jīng)過預(yù)熱的，因此，在所述半導(dǎo) 體基底200上淀積氮化鈦層具有良好而穩(wěn)定的低電阻。其原理請參見上文。
請參見圖4,其所示為利用現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明實(shí)施例提供的方法生產(chǎn)的硅片 上TiN薄膜層的方塊電阻的對比圖。
可以從圖中看出，利用現(xiàn)有技術(shù)在多片硅片上淀積的TiN層，由于沒有給 硅片進(jìn)行預(yù)加熱，導(dǎo)致TiN的方塊電阻會因不同的硅片而差別很大，而利用本 發(fā)明實(shí)施例提供的在半導(dǎo)體基底上形成氮化鈦層的方法，由于對多個(gè)硅片都進(jìn) 行了預(yù)加熱具有相同的溫度，所生產(chǎn)出來的硅片的TiN的方塊電阻較小且相對 穩(wěn)定， 一直保持在120hms/sq,其電阻不會隨不同的硅片而有很大差別，從而保 證了產(chǎn)品品質(zhì)的一致性，提高了產(chǎn)品的良率。
綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例所提供的在半導(dǎo)體基底上形成氮化鈦層的方法， 在沒有增加制造成本和制程難度的前提下，利用反應(yīng)腔對半導(dǎo)體基底進(jìn)行預(yù)加 熱，從而使淀積到半導(dǎo)體基底上的氮化鈦層具有良好穩(wěn)定的低電阻，并且適用于工業(yè)上的批量生產(chǎn)。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所 屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許 的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種在半導(dǎo)體基底上形成氮化鈦層的方法，其特征在于，包括以下步驟提供一半導(dǎo)體基底；對所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行預(yù)加熱；將所述半導(dǎo)體基底移入反應(yīng)腔，在所述半導(dǎo)體基底上淀積氮化鈦層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在半導(dǎo)體基底上形成氮化鈦層的方法，其特征在 于，將所述半導(dǎo)體基底放入另一反應(yīng)腔內(nèi)進(jìn)行預(yù)加熱。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在半導(dǎo)體基底上形成氮化鈦層的方法，其特征在 于，所述預(yù)加熱的溫度為100。C至50(TC。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在半導(dǎo)體基底上形成氮化鈥層的方法，其特征在 于，在所述半導(dǎo)體基底上淀積氮化鈦層的具體步驟將所述反應(yīng)腔抽真空；向所述反應(yīng)腔內(nèi)通入氬氣和氮?dú)?；通過濺射在所述半導(dǎo)體基底上形成氮化鈦層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的在半導(dǎo)體基底上形成氮化鈦層的方法，其特征在 于，所述反應(yīng)腔抽真空，其壓強(qiáng)為2.0x l(T4Pa至5.0x l(y4Pa。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的在半導(dǎo)體基底上形成氮化鈥層的方法，其特征在 于，所述氬氣的;充量為15sccm至60sccm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的在半導(dǎo)體基底上形成氮化鈦層的方法，其特征在 于，所述氮?dú)獾牧髁繛?0sccm至150sccm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在半導(dǎo)體基底上形成氮化鈦層的方法，包括以下步驟提供一半導(dǎo)體基底；對所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行預(yù)加熱；將所述半導(dǎo)體基底移入反應(yīng)腔，在所述半導(dǎo)體基底上淀積氮化鈦層。該方法在沒有增加制造成本和制程難度的前提下，利用反應(yīng)腔對半導(dǎo)體基底進(jìn)行預(yù)加熱，從而使淀積到半導(dǎo)體基底上的氮化鈦層具有良好穩(wěn)定的低電阻，并且適用于工業(yè)上的批量生產(chǎn)。
文檔編號H01L21/02GK101556926SQ20091005156
公開日2009年10月14日 申請日期2009年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月19日
發(fā)明者孔令芬, 李春雷 申請人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司