[发明专利]低电阻氮化钛膜

说明书

主张优先权

特此主张2005年7月20日申请的第11/185,423号美国专利申请案的优先权权益，所述申请案以引用的方式并入本文中。

技术领域

本申请案大体上涉及半导体装置和装置制造，且更明确地说涉及导电层及其制造方法。

背景技术

半导体装置产业受市场驱策而需要减小例如晶体管、电容器和导电互连等装置的尺寸。较小的晶体管会改进操作速度和时钟速率，且降低备用和操作模式中的功率要求。较小的装置还需要较薄的介电层、较薄的扩散层和较薄的导电互连层。较薄的导体层在薄导体线横越较陡的接触阶梯或边缘时可导致称为阶梯覆盖的问题。这些阶梯或边缘正变得越来越深且窄。接触边缘可能充分深于接触孔的直径，这种情形称为高纵横比接触孔，其还可引起阶梯覆盖和接触填充问题。较薄的层还可能对不同材料混合或扩散到其可能引起潜在可靠性问题的区域中较为敏感。越来越小且可靠的集成电路(IC)将很可能用于例如处理器芯片、移动电话和存储器装置(例如，动态随机存取存储器(DRAM))等产品中。一种改进导体可靠性的已知方法是在例如铝或铜等其它导体下方或上方使用导电性氮化钛(TiN)层以便防止金属扩散到周围的绝缘体层中。借助化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)方法(例如，溅镀)沉积TiN通常形成具有较差导电性(通常以ohm-cm或μohm-cm为单位的电阻率来表达)(利用CVD)的层，或者形成具有较差保形性(利用PVD)的层，从而导致不完全覆盖。

发明内容

本申请案解决上文提及的问题，且将通过阅读和学习以下说明书而了解所述问题。

可通过使用前体化学品借助原子层沉积(ALD)将钛沉积到衬底表面上以形成TiN膜或某一其它氮化钛TiN_x来形成所述结构，其中所述膜具有非常精确且可重复的厚度。此过程可称为ALD循环。通过得知一个ALD循环的TiN膜厚度并视需要重复多次以形成具有所要求的厚度的膜，来获得所需的最终厚度。

与使用TDMAT(四(二甲氨基)钛)和氨通过例如化学气相沉积(CVD)等先前方法形成的氮化钛膜的6000μohm-cm相比，通过ALD方法形成的氮化钛层可能非常具有导电性(即，低电阻率)，例如600微欧姆-厘米(μohm-cm)。

通过原子层沉积(ALD)在衬底上形成具有第一厚度的氮化钛层的方法的一实施例包含将衬底暴露于含有钛的至少一个前体，接着将衬底暴露于含有氮的至少一个反应物和不含氮的至少一个反应物。反应物是应用于沉积循环中的初始前体之后的ALD前体的术语，且仅用于帮助区分ALD反应中使用的材料。ALD的温度在约200℃到370℃的范围内，且优选为约230℃。钛前体可以是四(二乙基氨)钛(TDEAT)，且所述前体可以是具有55℃与115℃之间且优选为75℃的温度的流体。所述流体可通过具有50sccm到150sccm的流量的惰性载气(优选为氦)而运输到ALD反应器。

反应物可包含还原剂，且优选为氨(NH₃)与一氧化碳(CO)的混合物，其典型比率为约1份氨比7份一氧化碳。反应物还可循序地而非同时使用，或用于交替的ALD循环中。

ALD反应通常导致每ALD反应循环形成一TiN层，每循环的厚度通常约一埃。重复循环以形成具有最终厚度的氮化钛膜。

ALD反应可在每一前体或反应物流之间具有非反应性吹扫气体。一般来说，前体与反应物之间没有实质差异，且本文使用所述术语仅指示单一沉积循环中的使用次序。一种通过原子层沉积(ALD)在衬底上形成氮化钛层的方法可包含将衬底暴露于至少一个含有钛的前体化学品，将衬底暴露于非反应性吹扫气流，将衬底暴露于具有至少一个含有氮的反应气体的混合物，将衬底暴露于第三非反应性吹扫气流，以及重复循环直到实现所需的最终厚度为止。非反应性吹扫气流可在循环开始之前存在，或者可在循环期间的任何时间存在。

通过ALD工艺形成的氮化钛层可具有化学式TiN_x，其中0.5＜X＜2.0，但优选X＝1。与CVD和溅镀方法相比，所述TiN层具有低电阻率，且可小于800μohm-cm。所述TiN层即使在具有高纵横比的接触阶梯上也具有优良的阶梯覆盖，且可具有大于75％的阶梯覆盖。