[发明专利]在半导体基底上形成氮化钛层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种在半导体基底上形成氮化钛层 的方法。

背景技术

氮化钛(TiN)薄膜是目前工业研究和应用最为广泛的薄膜材料之一，它熔 点高，热稳定和抗蚀性好，并以其较高的硬度和低的电阻率，受到人们日益广泛 的关注。

早期的氮化钛薄膜研究工作主要集中在外观色泽、硬度和耐高温、耐腐蚀 特性等方面。但最近，氮化钛膜作为金属层Cu或Al的扩散阻挡层在半导体器 件中的应用受到重视。根据阻挡层的定义，阻挡层要求在一定高温下能有效阻 止金属层金属的扩散，与金属层及介质有良好的结合，以及较小的接触电阻， 且在保持与金属层金属的热稳定的同时，阻挡层要尽可能薄。根据2000年更新 的半导体国际技术路线(ITRS)，从2005年起，阻挡层厚度达到10nm，到2014 年将达到4nm；阻挡层要有良好的台阶覆盖性、低应力、无针孔；扩散阻挡层 表面粗糙度越低越好。但由于在半导体制备工艺中薄膜厚度已和电子平均自由 程相当或更小，TiN薄膜的电阻率的实际值与体电阻率有较大差距。

请参见图1，其所示为TiN薄膜层的方块电阻与半导体基底温度的关系图。 可以看出，半导体基底温度从40℃上升到500℃的过程中，TiN薄膜的电阻率 明显下降，曲线表明TiN薄膜电阻率随着半导体基底温度的升高而显著下降。

这是因为在较低的半导体基底温度下，TiN薄膜的结晶情况较差，缺陷密度 较大，从而增加了载流子的散射，因此薄膜电阻率较高，导电性能差。随着半 导体基底温度的升高，被溅射出来的靶材Ti原子在基底吸附后仍有较大的动能， 原子表面扩散能力增加，薄膜容易有序结晶化和晶粒取向一致化，缺陷密度降 低，这导致载流子浓度的增大和迁移率的提高，从而使薄膜的导电能力大大的 增加。

并且，当半导体基底温度较低时，Ti原子与N原子反应不完全，因此薄膜 中N/Ti原子比＜1，所以薄膜成分主要为Ti₂N，还有部分Ti原子与半导体基底 Si反应生成TiSi₂，导致薄膜电阻较大。而当半导体基底温度的升高时，有助于 溅射出来的Ti原子与N原子在半导体基底更好的反应，提高了TiN薄膜中的 N/Ti原子比，从而提高了TiN薄膜的导电性，薄膜的电阻随着降低。

然而，在现有技术中，请参见图2，在半导体基底上淀积TiN层，是直接将 半导体基底100放入到反应腔210溅射淀积TiN薄膜层，反应气体无法将热传 导到半导体基底上，此时的半导体基底处于较低的温度，因此，在半导体基底 上淀积形成的TiN薄膜层电阻较高，导电性能差。而要实现TiN薄膜层良好而 稳定的低电阻，需要用新的机台进行制造，这就大大提高了制造成本，且增加 了制程工艺的难度。此外，在量产的过程中，由于每个半导体基底的温度不同， 因而所制造出来的TiN薄膜层的电阻也不同，大大影响了制造出的硅片的品质。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中，由于在半导体基底上淀积的氮化钛(TiN)层 的电阻高，导电性能差，且生产出的各硅片的TiN层电阻不一致，因而不能满 足产品的要求等技术问题。

有鉴于此，本发明提供一种在半导体基底上形成氮化钛层的方法，包括以 下步骤：

提供一半导体基底；

对所述半导体基底进行预加热；

将所述半导体基底移入反应腔，在所述半导体基底上淀积氮化钛层。

进一步的，对所述半导体基底进行预加热是将所述半导体基底放入另一反 应腔内进行预加热；

进一步的，所述预加热的温度为100℃至500℃。

进一步的，在所述半导体基底上淀积氮化钛层的具体步骤：

将所述反应腔抽真空；

向所述反应腔内通入氩气和氮气；

通过溅射在所述半导体基底上形成氮化钛层。

进一步的，所述反应腔抽真空，其压强为2.0×10^-4Pa至5.0×10^-4Pa。

进一步的，所述氩气的流量为15sccm至60sccm。

进一步的，所述氮气的流量为50sccm至150sccm。