[发明专利]在衬底上沉积阻障层的方法与系统

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种在集成电路衬底上沉积接触窗阻障层的方法与系统。

背景技术

在集成电路结构的制作工艺中，是先在主动元件上，或是在下方的图案化的金属内连层上形成绝缘层，再于绝缘层中形成垂直开口，以使绝缘层的上表面电性连通下方的主动元件或金属内连层。之后，再于开口中填入导电材料，以电性连接下方的元件以及随后形成在绝缘材料表面上的导电材料，例如是金属内连层。在水平和垂直内连层的制作工艺中，在衬底的图案化表面上通常会形成一层阻障层以提供阻障，避免相邻材料之间的扩散。

传统的阻障层所包括的材料例如是钛(Ti)/氮化钛(TiN)、钽(Ta)/氮化钽(TaN)以及氮化钨(WN)。这一些材料是采用物理气相沉积法(PVD)(例如，离子金属电浆PVD、溅射等)以及化学气相沉积法(CVD)(例如，电浆增强型CVD、金属有机CVD等)来沉积的。特别是，TiN层已被广泛用于半导体的制作工艺中做为“扩散阻障”层，也就是，此TiN层是设置于两层金属层之间或是两层半导体层之间，以避免交互混合或不期望的交互作用，但仍可以让电流流通。TiN是一种硬且密实的耐热金属材料，其具有非常高的导电性。理想的TiN阻障层沉积制作工艺并不会影响所形成的最终的集成电路的可靠度，且TiN可对硅衬底产生高的黏滞系数(stickingcoefficient)。

由于PECVD TiCl4的Ti沉积对于硅基材表面较敏感而会使某些面有较高的沉积速率，进而造成局部阻值异常。另外厚的MOCVD TIN，其沉积制作工艺的杂质难以消除，进而影响元件特性。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种衬底上沉积接触窗阻障层的方法与系统。

在一方面，本发明提出一种用于在衬底上沉积阻障层的系统，所述系统包括离子化金属电浆腔室、金属有机化学气相沉积腔室以及热化学气相沉积腔室。离子化金属电浆腔室用于在衬底上沉积钛层。金属有机化学气相沉积腔室，与离子化电浆腔室共界面操作，用于在钛层上沉积第一氮化钛层。热化学气相沉积腔室，与金属有机化学气相沉积腔室共界面操作，用于在第一氮化钛层上沉积第二氮化钛层。

在另一方面，本发明提出一种在衬底上沉积阻障层的方法。首先，以离子化金属电浆物理气相沉积制作工艺，在衬底上沉积钛层。离子化金属电浆物理气相沉积制作工艺包括：产生多数个气相离子；使气相离子向一钛靶加速；以加速的气相离子使多数个钛原子从所述钛靶溅射出来；以电浆离子化溅射出来的钛原子；以及使气相钛原子沉积在衬底上，以形成钛层。接着，以金属有机化学气相沉积制作工艺，在钛层上沉积第一氮化钛层。之后，以热化学气相沉积制作工艺，在第一氮化钛层上沉积第二氮化钛层。

在又一方面，本发明提出一种在衬底上沉积阻障层的方法。首先，以离子化金属电浆物理气相沉积制作工艺，在衬底上沉积钛层。接着，以金属有机化学气相沉积制作工艺，在钛层上沉积一第一氮化钛层。金属有机化学气相沉积制作工艺包括：衬底固定的反应腔室中供应气相金属有机前驱化合物以及氮气；使气相金属有机前驱化合物与氮气反应，以形成氮化钛；使氮化钛沉积在钛层上，以形成第一氮化钛层；以及反应室中供应气体混合物以及定量的电浆，以去除第一氮化钛层中的杂质。之后，以热化学气相沉积制作工艺，在第一氮化钛层上沉积第二氮化钛层。

在又一方面，本发明提出一种在衬底上沉积阻障层的方法。首先，以离子化金属电浆物理气相沉积制作工艺，在衬底上沉积钛层。接着，在真空条件下以金属有机化学气相沉积制作工艺，在钛层上沉积第一氮化钛层。之后，以一热化学气相沉积制作工艺，在第一氮化钛层上沉积第二氮化钛层。热化学气相沉积制作工艺包括：在一衬底固定的反应室中供应四氯化钛气体以及氨气；加热反应室至一设定温度；使四氯化钛气体与氨反应，以形成氮化钛；以及使氮化钛沉积于第一氮化钛层上，以形成第二氮化钛层。

在又一方面，本发明提出一种在衬底上沉积阻障层的方法。首先，以自电离电浆(Self Ionized Plasma，SIP)物理气相沉积制作工艺，在衬底上沉积钛层。接着，在真空条件下以自电离电浆物理制作工艺通氮气，在钛层上沉积第一氮化钛层。之后，以一热化学气相沉积制作工艺，在第一氮化钛层上沉积第二氮化钛层。热化学气相沉积制作工艺包括：在一衬底固定的反应室中供应四氯化钛气体以及氨气；加热反应室至一设定温度；使四氯化钛气体与氨反应，以形成氮化钛；以及使氮化钛沉积于第一氮化钛层上，以形成第二氮化钛层。