[发明专利]粘合层及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及硅半导体制造技术领域，特别涉及粘合层及其形成方法。

背景技术

在半导体器件制作工艺中，随着半导体器件的高密度化和高集成化，采用多层金属内连线工艺已成为许多集成电路所必须采用的方式。因此，实现硅衬底有源区与第一层金属层的电连接的接触孔和实现各金属层之间的电连接的通孔等用于层之间的电连接的埋入技术变得越来越重要。

在接触孔的制作过程中，一般先在位于层之间的介电层上刻蚀出过孔并填充A1、W、Cu等金属以实现插塞(plug)。但是由于Al、W、Cu等金属与介电层的粘附性较差，且易与硅衬底发生反应，因此在沉积Al、W、Cu等金属之前通常在过孔的内侧沉积成分为Ti/TiN的粘合层(glue layer)。Ti层粘附性较好，可以增强Al、W、Cu等金属与介电层间的粘附性，且Ti层与硅衬底反应形成低电阻率的TiSi₂可作为接触层，而作为阻挡层的TiN层可以阻挡上下层材料的交互扩散。

图1为现有技术的形成有粘合层的接触孔的结构示意图。图1中，在硅衬底(Si-sub)11上形成有层间介电层12，且层间介电层12中形成有接触孔13。在接触孔13中形成有粘合层。所述粘合层包括Ti膜14和TiN膜16。在硅衬底11与Ti膜14的界面处，Si与Ti反应形成低电阻率的TiSi₂层15。Ti膜14通过使用Ti化合物气体(如TiCl₄)和含H气体(如H₂)的化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)工艺形成。在Ti膜14上，TiN膜16通过使用TiCl₄等Ti化合物气体以及NH₃等含N和H的气体的CVD工艺形成。其中，TiCl₄气体与NH₃气体的化学反应式为：6TiCl₄+8NH₃→6TiN+24HCl+N₂。当TiCl₄气体与NH₃气体的反应比例小于6∶8时，将得到富含N的TiN膜，而当TiCl₄气体与NH₃气体的反应比例大于6∶8时，将得到富含Ti的TiN膜。然而，在现有技术中，通常使用较高的反应比例的TiCl₄气体与NH₃气体，从而沉积得到富含Ti的TiN膜16。此时，过量的TiCl₄气体将会侵蚀Ti膜14从而形成TiClx(x为1～3)。由于TiClx的作用，在硅衬底11与Ti膜14的界面处Ti将与更多的Si反应形成过量的TiSi₂，从而使TiSi₂层15的厚度过大，这将导致结漏电(junctionelectrical leakage)现象的产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种粘合层及其形成方法，以解决现有技术中在硅衬底与粘合层的Ti膜的界面处生成过量TiSi₂导致产生结漏电现象的问题。

本发明提供一种粘合层，包括Ti膜，形成于所述Ti膜上的富含N的第一TiN膜，以及形成于所述第一TiN膜上的富含Ti的第二TiN膜。

本发明还提供了形成所述粘合层的方法，包括：提供硅衬底；在所述硅衬底上形成Ti膜；在所述Ti膜上形成富含N的第一TiN膜；在所述第一TiN膜上形成富含Ti的第二TiN膜。

进一步的，使用Ti化合物气体以及含N和H的气体通过化学气相沉积工艺形成所述第一TiN膜和所述第二TiN膜。

进一步的，所述Ti化合物气体以及含N和H的气体以第一反应比例形成所述第一TiN膜，而以第二反应比例形成所述第二TiN膜，所述第一反应比例小于所述第二反应比例。

进一步的，所述Ti化合物气体为TiCl₄。

进一步的，所述N化合物气体为NH₃。

进一步的，所述第一TiN膜的厚度小于等于所述第二TiN膜的厚度。

进一步的，所述第一TiN膜的厚度不超过100埃。

与现有技术相比，本发明提供的粘合层及其形成方法，通过在Ti膜上先形成富含N的第一TiN膜，再在所述第一TiN膜上形成富含Ti的第二TiN膜，有效地减少了在硅衬底与Ti膜的界面处形成的TiSi₂层的厚度，从而降低了结漏电现象的发生率。

附图说明

图1为现有技术的形成有粘合层的接触孔的结构示意图；