[发明专利]用于28纳米及以下技术节点的接触孔结构中氮化钛膜的形成方法

说明书

本发明公开了一种用于28纳米及以下技术节点的接触孔结构中氮化钛膜的形成方法，包括：在接触孔开口处的衬底上进行氮化钛的第一次淀积并进行第一次处理，形成氮化钛初始层；在氮化钛初始层上进行氮化钛的第二次淀积并进行第二次处理，形成氮化钛主体层，氮化钛初始层的厚度比氮化钛主体层的厚度小，且氮化钛初始层和氮化钛主体层的厚度之和与接触孔结构中所需的氮化钛膜厚度相同。本发明改变了两次氮化钛淀积的厚度以及对淀积氮化钛进行处理的时间，使第一次形成的氮化钛膜比第二次形成的氮化钛膜薄，可以减轻第一次等离子体处理负荷，降低处理过程中的排气，从而获得膜质阻值符合要求、填充能力增强、成膜连续性良好的阻挡层。

技术领域

本发明属于微电子及半导体集成电路制造领域，具体涉及一种接触孔结构中作为阻挡层的氮化钛膜的形成方法，主要适用于28纳米及以下技术节点中。

背景技术

随着集成电路的制作向超大规模集成电路(ULSI)发展，集成电路设计与制造的最低线宽持续缩小，内部的电路密度越来越大，所含元件数量不断增加，使得晶片的表面无法提供足够的面积来制作所需的互连线。因此，为了配合元件缩小后所增加的互连线需求，两层以上的多层金属互连线的设计便成为超大规模集成电路技术所必须采用的方法。

目前，不同金属层之间的导通是通过在两层金属层之间的绝缘层挖一开口并填入导电材料，形成导通两金属层的接触孔(Contact Hole，简称CT)结构而实现的。接触孔工艺将位于硅片上的各种器件的各个电极引出至介质层上，利用多层金属互联将集成电路的电极引出，以便于后续进行封装。上述接触孔结构的形成质量对于电路的性能影响很大，如果接触孔的形成质量较差，会导致电路整体电阻值上升，严重时器件将不能正常工作。

接触孔结构的形成过程主要包括以下步骤：

1)在半导体衬底上淀积厚的层间绝缘膜(图中未示出)，并利用光刻、刻蚀技术去除对应接触孔处的层间绝缘膜至露出衬底表面，以形成接触孔开口，所述接触孔开口穿过层间绝缘膜；

2)利用物理气相淀积(PVD)方法在所述接触孔开口的底部表面和侧面形成粘附层，该粘附层为钛(Ti)层，粘附层Ti会在沉积的同时原位(in suit)与接触孔底部的硅反应形成低阻的TiSi_X接触层，在接触孔底部形成良好的电接触；

3)在钛层表面形成阻挡层，该阻挡层为氮化钛(TiN)层；

4)利用化学气相沉积(CVD)方法在接触孔内填充金属钨，并刻蚀形成钨塞，完成对接触孔的填充。

在接触孔结构的填充过程中，除了填充金属钨形成钨塞外，还需要加入粘附层Ti和阻挡层TiN。其中，粘附层不仅可以实现与硅、氧化硅之间的较好的粘附，又可以在接触孔底部形成低阻的TiSi_X，大大减小了接触孔的接触电阻；阻挡层则一方面可以增加金属钨与接触孔的粘附性，提高钨塞的形成质量，另一方面也可以阻止沉积钨时所用的反应物WF₆与接触孔底部的硅发生反应，形成高阻的WSi_X，使得接触孔阻值升高。

目前，在集成电路芯片封装过程，ILB(Inner Layer Barrier)中氮化钛膜的形成过程普遍采用两步生长的方式，而且两步生长淀积相同厚度的膜层并且处理时间也相同，比如40纳米节点(每次生长得到膜层)、28纳米节点(每次生长得到膜层)。