CN1752282A - 一种消除氮化钛膜应力、降低膜电阻的退火工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种消除MOCVD TiN膜应力、降低膜电阻的退火工艺方法，对淀积完MOCVD TiN膜的硅片进行退火处理，通过在特定参数的氮气和氢气混合气体气氛中退火，可以在低温状态下去除通孔内阻挡层中的C、O等杂质，减少侧壁上的阻挡层厚度，从而在避免金属条热诱导失效的情况下降低通孔电阻、削减阻挡层应力。本发明可用于集成电路芯片制造。

Description

一种消除氮化钛膜应力、降低膜电阻的退火工艺方法
技术领域
本发明涉及集成电路芯片制造中的退火工艺方法，特别是涉及一种消除TiN膜应力、降低膜电阻的退火工艺方法。
背景技术
在铝金属互联技术中，制备TiN阻挡层是制备W通孔和Al膜的先决条件。TiN层不仅能防止WF6和SiO2等介质层的反应，还可以增强钨塞、Al金属膜和介质层的黏附力，其质量的好坏对钨塞及Al膜能否正常填充有直接的影响。
目前，TiN阻挡层的制备有如下几种：，
物理气相淀积(PVD Physical Vapour Deposition)钛和氮化钛双层膜阻挡层淀积方法，化学气相淀积(CVD Chemical VapourDeposition)钛和氮化钛双层膜阻挡层淀积方法，原子层淀积(ALDAtomic layer Deposition)氮化钛阻挡层淀积方法，以及金属有机化合物化学气相淀积(MOCVD Metal Organic Chemical VapourDeposition)钛和氮化钛双层膜阻挡层淀积方法。
MOCVD TiN阻挡层淀积方法通过下述过程实现TiN淀积：
首先通过如下反应式实现TiN淀积：
；反应温度＜400℃。
当TiN淀积完后用氢和氮的混合等离子体原位处理去除膜中的C、O等杂质。
这种方法可以使TiN膜在深孔内全方位生长，生长出的薄膜在孔的底部、侧壁均形成良好覆盖性的阻挡层，可以有效提高金属互连的产率，特别适合在几何形状复杂的孔内生长薄膜，而且所需反应温度低。这一技术近年来获得了很大应用。
该方法的缺点在于薄膜中含有较高的C、O等杂质，造成通孔电阻比不含杂质时高出10％～15％，薄膜质地较疏松，膜质不太稳定。当薄膜暴露在空气中时，由于O2、CO2等气体会迅速扩散入膜的表层形成化合物，造成薄膜电阻随时间的推移而增加。现有的去除杂质的退火工艺方法温度均较高，一般约为690℃，容易造成金属条热诱导失效。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种消除MOCVD TiN膜应力、降低膜电阻的退火工艺方法，它可以在低温状态下去除膜中的C、O等杂质，消除TiN膜的应力、降低薄膜电阻，避免造成金属条热诱导失效。
为解决上述技术问题，本专利发明一种消除MOCVD TiN膜应力、降低膜电阻的退火工艺方法，对淀积完MOCVD TiN膜的硅片，进行退火处理，退火炉中氮气和氢气混合气体的压力控制为10Tor～25Tor；氮气和氢气的体积比控制为1∶0.5～1∶5；退火时间为30S～90S；升温速度为70℃/S；退火温度为400℃～500℃。
本方法对原有硬件设备不做任何改变，退火温度为400℃～500℃，氮气和氢气混合气体的压力控制在：10Tor～25Tor内。由于反应腔体的压力较高，氮气和氢气混合气体向孔内扩散的能力很强，孔内的氮气和氢气混合气体可保持较高的浓度，因而在低温下，也能去除TiN膜中的C、O杂质，不损伤TiN膜，并可以降低金属热诱导引起的损伤。本发明的退火工艺方法不需产生等离子气体，可以减轻由于等离子处理造成的器件损伤，减少在MOCVD反应腔中的氢和氮的混合等离子气体处理时间。
具体实施方式
首先采用光刻、刻蚀工艺制备所需的金属互连通孔，接着进行MOCVD TiN膜淀积，在MOCVD中完成TiN制备后，硅片进入退火炉进行后处理。在退火炉中通入氮气和氢气处理气体，退火炉氮气和氢气混合气体的压力控制为10Tor～25Tor；氮气和氢气的体积比控制为1∶0.5～1∶5；退火时间为30S～90S；升温速度为70℃/S；退火温度为400℃～500℃。保持一段时间使TiN得到充分处理。处理完毕后，退火炉降温到正常值，最后排气。
经过后退火处理，薄膜产生重结晶和热回流，变得较为致密，平整度和电性能得到改善；利用氮气和氢气混合气体去除TiN膜中的C、O等杂质，侧壁膜中的C、O杂质含量由20％降低到10％、底部膜中的C、O杂质含量由5％降低到3％，从而消除TiN膜应力，降低薄膜电阻，使膜质更稳定。TiN膜厚可以减少约10％，电阻可以降低约20％。

Claims (1)

1.一种消除MOCVD TiN膜应力、降低膜电阻的退火工艺方法，对淀积完MOCVD TiN膜的硅片进行退火处理，其特征是：退火炉中氮气和氢气混合气体的压力的调节范围为10Tor～25Tor；氮气和氢气的体积比控制为1∶0.5～1∶5；退火时间为60S～90S；升温速度为70℃/S；退火温度为400℃～450℃。
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