[发明专利]氮化钛膜制备方法和装置

说明书

本发明公开了一种氮化钛膜制备方法，通过原子层沉积法在硅片上沉积氮化钛膜，采用多次循环形成所述氮化钛膜，所述多次循环包括以下步骤：S1，在腔体内放入硅片，通过第一气体管路通入钛原料气体，使其与所述硅片的硅衬底发生化学吸附，直至所述硅衬底表面达到饱和；S2，通入惰性气体进行吹扫，将过剩的反应物从系统中抽出清除；S3，通入氢离子到所述腔体内，与所述硅衬底中残留的氯反应形成氯化氢气体；S4，通入惰性气体进行吹扫，将过剩的反应物从系统中抽出清除；S5，通过第二气体管路通入氮化气体，使之和所述衬底上被吸附的所述钛原料发生反应；S6，通入惰性气体进行吹扫，将过剩的反应物和反应副产品从系统中抽出清除。

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路的制造方法，特别是涉及一种氮化钛膜制备方法和装置。

背景技术

在半导体器件的制造中，氮化钛(TiN)由于良好的导电性，良好的热稳定性成为半导体器件领域多用途材料。如氮化钛作为扩散阻挡层防止钨扩散到氧化层和硅衬底，同时在HKMG(high-k metal-gate)工艺中氮化钛也作为附着层附着于氧化层表面，用于金属栅电极层等用途。

氮化钛膜采用ALD成膜方法具有良好的阶梯覆盖层被广泛应用。ADL氮化钛膜的成膜方法是通过交替供给原料气体四氯化钛(TiCl₄)气体和作为氮化气体的氨气(NH₃)，通过将其反复规定次数，形成规定膜厚的氮化钛膜。

在现有技术中，氮化钛膜的厚度在不断减薄，常用2～3nm以下的极薄膜，专利文献CN107978541A报道，通过使用TiCl₄气体和NH₃气体的ALD法成膜氮化钛膜时，存在膜厚越薄而膜中的氯残留浓度越高的趋势。主要是因为膜厚越薄，膜厚中残留的氯浓度比例相对变高。由于该残留氯浓度的比例高，会导致薄氮化钛膜与厚氮化钛膜相比电阻率变大，特别是在膜厚1.5nm以下的极薄膜中，残留氯的比例较高。如图1所示。

通常是通过增加NH₃气体的流量，能够使残留的氯浓度降低，但是通过排气泵的能力而流过的流量有限制，与残留氯反应的数量有限，难以获得充分的降低残留氯浓度的效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，如何使膜厚减薄的氮化钛膜中，降低含氯浓度，形成低电阻率的氮化钛膜。

本发明提供一种氮化钛膜制备方法，通过原子层沉积法在硅片上沉积氮化钛膜，采用多次循环形成所述氮化钛膜，所述多次循环包括以下步骤：

S1，在腔体内放入硅片，通过第一气体管路通入钛原料气体，使其与所述硅片的硅衬底发生化学吸附，直至所述硅衬底表面达到饱和；

S2，通入惰性气体进行吹扫，将过剩的反应物从系统中抽出清除；

S3，通入氢离子到所述腔体内，与所述硅衬底中残留的氯反应形成氯化氢气体；

S4，通入惰性气体进行吹扫，将过剩的反应物从系统中抽出清除；

S5，通过第二气体管路通入氮化气体，使之和所述衬底上被吸附的所述钛原料发生反应；

S6，通入惰性气体进行吹扫，将过剩的反应物和反应副产品从系统中抽出清除。

可选地，所述步骤S1中，所述钛原料气体为四氯化钛。

可选地，所述步骤S5中，所述氮化气体为氨气。

可选地，所述惰性气体为氮气。

可选地，所述硅片的成膜温度控制为300℃至550℃范围。

可选地，所述步骤S2、S4、S6的所述吹扫的时间为5至8秒。

本发明还提供一种氮化钛膜制备装置，通过原子层沉积法在硅片上沉积氮化钛膜，采用如权利要求1至6中任一项的所述氮化钛膜制备方法。