CN103540894A - 氮化钛薄膜制备方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种氮化钛薄膜制备方法，包括以下步骤：将衬底加热；通过物理气相沉积法在所述衬底上沉积制得氮化钛薄膜；其中，将所述衬底加热到的温度高于沉积时的反应温度。上述氮化钛薄膜制备方法中，先对衬底进行高温加热，使衬底被加热至较高温度，提高了衬底的温度，再对衬底在进行沉积得到的氮化钛薄膜由于其在较高温度的衬底上沉积生成，其晶核较大，阻值较低。同时，还提供了一种氮化钛薄膜制备系统。

Description

氮化钛薄膜制备方法及系统

技术领域

本发明涉及半导体技术，特别是涉及一种氮化钛薄膜制备方法及系统。

背景技术

氮化钛具有高熔点、高硬度、高温化学稳定性及优良的导热性能、导电性能，其薄膜被广泛用于半导体领域的生产中。氮化钛薄膜通过物理气相沉积的方式，在一定氩气流及一定能产生所需等离子的直流电压下，在衬底上生长制备所得。在传统的氮化钛薄膜制备过程中，其反应腔体中的反应温度有限，通常在200℃左右，形成的氮化钛薄膜，用于制作金属导线时，其电阻值较高，影响了其应用范围。

发明内容

基于此，有必要提供一种电阻值低的氮化钛薄膜制备方法。

一种氮化钛薄膜制备方法，包括以下步骤：

将衬底加热；

通过物理气相沉积法在所述衬底上沉积制得氮化钛薄膜；

其中，将所述衬底加热到的温度高于沉积时的反应温度。

在其中一个实施例中，所述将衬底加热的步骤之前还包括以下步骤：

对所述衬底进行干燥。

在其中一个实施例中，所述将衬底加热的步骤中，将衬底加热至300℃；

所述通过物理气相沉积法在所述衬底上沉积制得氮化钛薄膜的步骤具体为：在温度为200℃，压力为530Pa的环境下，通入惰性气体，采用磁控溅射法，在所述衬底上沉积制得氮化钛薄膜。

在其中一个实施例中，所述惰性气体为氩气。

在其中一个实施例中，通入所述氩气的流量为每分钟40毫升。

此外，还有必要提供一种氮化钛薄膜制备系统。

一种氮化钛薄膜制备系统，包括：

高温腔，用于将衬底加热；及

沉积腔，用于通过物理气相沉积法在所述衬底上沉积制得氮化钛薄膜；

其中，所述高温腔将所述衬底加热到的温度高于所述沉积腔内沉积时的反应温度。

在其中一个实施例中，还包括干燥腔，用于对所述衬底进行干燥。

在其中一个实施例中，还包括第一机械臂，所述第一机械臂用于将衬底从所述高温腔传送至所述沉积腔。

在其中一个实施例中，所述高温腔将衬底加热至300℃；

在温度为200℃，压力为530Pa的所述沉积腔中，通入惰性气体，并采用磁控溅射法，在所述衬底上沉积制得氮化钛薄膜。

在其中一个实施例中，所述惰性气体为氩气，所述氩气的流量为每分钟40毫升。

上述氮化钛薄膜制备方法及系统中，先对衬底进行高温加热，使衬底被加热至较高温度，提高了衬底的温度，再对衬底在进行沉积得到的氮化钛薄膜由于其在较高温度的衬底上沉积生成，其晶核较大，阻值较低。

附图说明

图1为一实施例的氮化钛薄膜制备方法的流程图；

图2为图1所示的氮化钛薄膜制备方法的具体流程图；

图3为一实施例的氮化钛薄膜制备系统的结构图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本实施例的氮化钛薄膜制备方法，包括以下步骤：

步骤S110，将衬底加热。在本实施例中，氮化钛薄膜将在硅片表面沉积制得，以在后续的加工工艺中制作成硅片的金属导线。需要注意的是，若只需为了单独制备氮化钛薄膜，则衬底的选材不限于硅片，也可以为蓝宝石等其它衬底常用材质。

步骤S120，通过物理气相沉积法在衬底上沉积制得氮化钛薄膜。采用物理气相沉积法，在加热后的衬底上沉积制得氮化钛薄膜。其中，步骤S110中衬底加热到的温度高于步骤S120中在衬底上沉积时的反应温度。

具体在本实施例中，步骤S110中，衬底被加热至300℃。同时，步骤S120具体为：在温度为200℃，压力为530Pa的环境下，通入惰性气体，采用磁控溅射法，在衬底上沉积制得氮化钛薄膜。磁控溅射法为物理气相沉积法中的一种。磁控溅射法是指惰性气体在一定电流下发生电离，产生正离子轰击靶材表面，使靶材溅射出并最终到衬底上形成薄膜。具体在本实施例中，惰性气体为氩气，其流量为每分钟40毫升。

在物理气相沉积过程中，温度越高，沉积所得的氮化钛薄膜中，形成的晶核尺寸就越大，晶核尺寸越大，氮化钛薄膜电阻值就越小。而一般用于制备氮化钛薄膜的物理气相沉积设备其最大加热能力有限，如常用的A101型号的物理气相沉积腔，其最大加热温度为200℃。而上述氮化钛薄膜制备方法中，先对衬底进行高温加热，使衬底被加热至300℃，提高了衬底的温度。另外一方面，传统的利用磁控溅射沉积氮化钛薄膜时，通入的氩气的流量约为每分钟65毫升，而在本实施例中，氩气的流量为每分钟40毫升，通过降低氩气的流量减少由于氩气的通过造成的反应腔体内的热损失。因此在反应时，对衬底在进行沉积得到的氮化钛薄膜由于其在较高温度的衬底上沉积生成，其晶核较大，阻值较低，本实施所得的氮化钛薄膜，其方块电阻仅为11欧姆左右。

请参阅图2，主要指出的是，步骤S110前还包括：步骤S210，对衬底进行干燥。一般采用预热的方式对衬底进行干燥，在真空度为1*10^-4，温度为100至200℃的环境下对衬底持续加热1分钟，以除去水汽，防止衬底上的水汽对后续的物理气相沉积工艺产生影响。可以理解，当系统有能力在预热去水汽时就能将衬底预热至超过200℃时，则步骤S110可以省去。此时由于温度足够，原步骤S110中对衬底在沉积前进行的高温加热可与出除去水汽的操作一并进行。

同时，当只需单独制作氮化钛薄膜时，在衬底上形成氮化钛薄膜后，可将氮化钛薄膜从衬底上单独剥离出来。

请参阅图3，还提供了一种氮化钛薄膜制备系统300，包括高温腔310、沉积腔320、干燥腔330、第一机械臂340及第二机械臂350。高温腔310、沉积腔320及干燥腔330均为密闭腔体。

高温腔310用于将衬底（图未标）加热，对衬底加热完毕后，第一机械臂340将加热后的衬底抓取并放入沉积腔320中，沉积腔320用于通过物理气相沉积法在衬底上沉积制得氮化钛薄膜。沉积结束后，沉积腔320中的沉积有氮化钛薄膜的衬底可被第一机械臂340抓取放置于第一存放处360。

具体的，高温腔310用于将衬底加热至300℃。随后，在温度为200℃，压力为530Pa的高温腔310中，通入惰性气体，采用磁控溅射法，在衬底上沉积制得氮化钛薄膜。磁控溅射法为物理气相沉积法中的一种。磁控溅射法是指惰性气体在一定电流下发生电离，产生正离子轰击靶材表面，使靶材溅射出并最终到衬底上形成薄膜。惰性气体可以为氩气，其通入高温腔310的流量为每分钟40毫升。

上述氮化钛薄膜制备系统中，通过高温腔310先对衬底进行高温加热，使衬底被加热至较高温度，提高了衬底的温度。另一方面，传统的利用磁控溅射沉积氮化钛薄膜时，通入的氩气的流量约为每分钟65毫升，而在本实施例中，氩气的流量为每分钟40毫升，通过降低氩气的流量减少由于氩气的通过造成的热损失。最终，通过沉积腔320对衬底在进行沉积得到的氮化钛薄膜由于其在较高温度的衬底上沉积生成，其晶核较大，阻值较低。

干燥腔330用于在衬底进入高温腔310前采用预热的方式对衬底进行干燥，在真空度为1*10^-4，温度为100至200℃的环境下对衬底持续加热1分钟，以除去水汽，防止衬底上的水汽对后续的物理气相沉积工艺产生影响。干燥后的衬底可由第二机械臂350抓取后放置于第二存放处370，再由第一机械臂340抓取放置于高温腔310中进行高温加热。

可以理解，当系统有能力在预热去水汽时就能将衬底预热至超过200℃时，则高温腔310与干燥腔330可以合并。此时由于温度足够，可由干燥腔330一并完成对衬底在沉积前进行的高温加热可与出除去水汽的操作。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种氮化钛薄膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将衬底加热；

通过物理气相沉积法在所述衬底上沉积制得氮化钛薄膜；

其中，将所述衬底加热到的温度高于沉积时的反应温度。

2.根据权利要求1所述的氮化钛薄膜制备方法，其特征在于，所述将衬底加热的步骤之前还包括以下步骤：

对所述衬底进行干燥。

3.根据权利要求1所述的氮化钛薄膜制备方法，其特征在于，所述将衬底加热的步骤中，将衬底加热至300℃；

所述通过物理气相沉积法在所述衬底上沉积制得氮化钛薄膜的步骤具体为：在温度为200℃，压力为530Pa的环境下，通入惰性气体，采用磁控溅射法，在所述衬底上沉积制得氮化钛薄膜。

4.根据权利要求3所述的氮化钛薄膜制备方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气。

5.根据权利要求4所述的氮化钛薄膜制备方法，其特征在于，通入所述氩气的流量为每分钟40毫升。

6.一种氮化钛薄膜制备系统，其特征在于，包括：

高温腔，用于将衬底加热；及

沉积腔，用于通过物理气相沉积法在所述衬底上沉积制得氮化钛薄膜；

其中，所述高温腔将所述衬底加热到的温度高于所述沉积腔内沉积时的反应温度。

7.根据权利要求6所述的氮化钛薄膜制备系统，其特征在于，还包括干燥腔，用于对所述衬底进行干燥。

8.根据权利要求6所述的氮化钛薄膜制备系统，其特征在于，还包括第一机械臂，所述第一机械臂用于将衬底从所述高温腔传送至所述沉积腔。

9.根据权利要求6所述的氮化钛薄膜制备系统，其特征在于，所述高温腔将衬底加热至300℃；

在温度为200℃，压力为530Pa的所述沉积腔中，通入惰性气体，并采用磁控溅射法，在所述衬底上沉积制得氮化钛薄膜。

10.根据权利要求9所述的氮化钛薄膜制备系统，其特征在于，所述惰性气体为氩气，所述氩气的流量为每分钟40毫升。

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