TW394994B - Method of manufacturing barrier layer of integrated circuit - Google Patents

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Description

3600twf.doc/006 A7 B7 五、發明説明（ί ) --—〜·'- 本發明是有關於—種積體電路製造方法，且特別是有 關於一種積體電路阻障層之製造方法。 在現今積體電路之金屬化製程中，銘和鎢可說是最常 使，的金屬材料。其中，錦因爲電阻率較低，所以主要作 爲元件^的導線之用；而鎢的電阻率雖較高，但由於可利 用化學热相沈積法（CVD)形成，其階梯覆蓋能力（Step Coverage)較佳，加上本身極易形成具較高揮發性的氟化 物，沒有蝕刻上去除的困難，因此也廣爲應用於插塞（piug) 之製造。然而，鎢與其他材質（例如矽）的附著力（Adhesion) 不十分理想，所以在使用鎢爲插塞時，通常會在其與他種 材質之間再增加一層稱爲阻障/黏著層（Barrier / Glue Layer)的導電材料，以提昇鎢對其他材質的附著能力。 氮化鈦薄膜是在VLSI製程中，使用最頻繁的一種阻 障/黏著層材料，通常係使用物理氣相沈積法，例如是濺 鍍方法形成。但是，氮化鈦與砂接觸面之接觸電阻 (Contact Resistance)過高，又由於金屬鈦容易與矽形成 電阻率很低的矽化鈦（TiSi2)，因之在氮化鈦與矽之間形成 一金屬鈦層，使插塞與矽表面具有良好的歐姆式接觸。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 爲淸楚說明，請參照第1A圖至第1B圖，其所繪示爲 習知一種積體電路阻障層製造流程剖面圖。請參照第1A 圖，首先提供一基底100，其上已完成元件之製造並覆蓋 一介電層126,且定義形成一接觸窗口 130 (爲簡化起見， 基底100內之元件並未繪出）。於基底100之外緣，以約3 毫米深度的嵌合銃（Clamp) 106夾住。接著’在介電層126 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 3 600twf. doc/006 ____B7_ 五、發:明説明（χ ) 上以及接觸窗口 130中形成有嵌合鋏（Clamped)之金屬鈦 層102(亦可稱之爲Clamped金屬鈦層102)。 接著，請參照第1B圖，移開嵌合鋏106,因此Clamped 金屬鈦層102邊緣與基底100邊緣有約3毫米之差距。續 之，於基底100上形成氮化鈦層（此步驟可稱爲101 TiN， 亦即以無嵌合鋏-Cl ampless形成氮化鈦層）104，且氮化 鈦層104覆蓋Clamped金屬鈦層102以及整個基底邊緣， 形成一階梯覆蓋之氮化鈦層108 接著，施以快速加熱製 程（Rapid Thermal Processing，RTP)，以使部分 Clamped 金屬鈦層102與基底100之矽反應產生低電阻之矽化鈦 (TiSh) 132。如此便完成習知積體電路氮化鈦層之製造。 請參照第1C圖，習知於進行快速加熱製程時，在覆 蓋於Clamped金屬欽層102邊緣（Edge)上的氮化鈦層 108，會因爲與Clamped金屬鈦層102的熱膨脹係數 (Thermal Expansion Coefficient)不同，產生微小裂痕 (Microcrack)120,而露出內層的Clamped金屬鈦層102， 並且裂痕會向晶圓中心延伸形成裂痕120a。如此一來，不 僅水氣會經由裂痕120與120a深入元件區，並且於後續 製作金屬鎢插塞128時，反應氣體六氟化鎢（WF6)擴散進 入微小裂痕120與120a與Clamped金屬鈦層102反應生 成氟化鈦（TiF〇，其中形成三氟化鈦（TiF3)固體122甚至 塡入微小裂痕120與120a，結果造成元件不正常導通、漏 電（Leakage)，甚至短路的情形。 因此本發明的主要目的，就是在提供一種積體電路阻 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 3 600twf, doc/〇〇6 A7 B7 經濟部中央樣準局員工消費合作衽印製 五、發明説明（$ ) 障層之製造方法’以解決習知鈦/氮化鈦阻障層，於快速 加熱製程步驟時，因Clamped金屬鈦層1〇2與氮化鈦層1〇4 之熱膨脹係數不同，而導致氮化鈦層1〇4龜裂出裂痕12〇 與120a ’並於後續製程時產生三氟化鈦峰122，以致使元 件不正常導通、漏電與短路。 爲達成本發明上述之目的，提供一種積體電路阻障層 之製造方法’包括：提供一基底，並於基底上形成Clamped 金屬層之後’隨即進行快速加熱製程，之後再於Clamped 金屬層上進行101 TiN製造。 爲達成本發明上述之目的，又提供一種積體電路阻障 層之製造方法’包括：提供一具有Ciamped金屬層之基底， 在溫度調節的過程中，進行1〇1 TiN製造，再行快速加熱 製程。 爲達成本發明上述之目的，再提供一種積體電路阻障 層之製造方法’包括：提供一基底，於基底上依序形成 Clampless金屬層以及Clampless氮化金屬層，之後進行 快速加熱製。以上述方法，可達到解決習知因熱膨脹係數 不同’造成氮化金屬層於邊緣階梯覆蓋處產生微小裂痕’ 致使最後元件產生漏電、不正常導通以及短路等缺點。 爲讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式’作詳 細說明如下： 圖式之簡單說明： 第1A圖至第1B圖係顯示一種習知積體電路阻障層之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 請 kl 閱 ύ r 意 事 項· 裝 訂 線 3 600twf. doc/006 A7 B7 五、發明説明（φ) 製造流程剖面圖； 第1C圖係顯示一種習知積體電路鎢插塞製造完成之 剖面圖， 第2A圖至第2B圖係顯示根據本發明第一較佳實施例 之積體電路阻障層之製造流程剖面圖； 第3A圖至第3B圖係顯示根據本發明第二較佳實施例 之積體電路阻障層之製造流程剖面圖；以及 第4圖係顯示根據本發明第三較佳實施例之積體電路 阻障層之製造剖面圖。 其中，各圖標號與構件名稱之關係如下： 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀—面之注意事^^填寫本頁) 100，200，300，400 :基底 102，202，302 : Clamped 金屬鈦層 402 : Clampless 金屬駄層 104 :氮化鈦層 204，304，404 :氮化金屬層 106，206，306 :嵌合鋏 108 :階梯覆蓋處之氮化鈦層 208，308，408 :階梯覆蓋處之氮化金屬層 120，120a :微小裂痕 __二氣化欽 130，230，330，430 :接觸窗口 128 :鎢插塞 126，226，326，426 :介電層 實施例一 6 本&尺度適用中國國家標準( CNS ) A4規格（210X297公釐） 3600twf.doc/006 A7 B7 五、發明説明（5) 第2A圖至第2B圖所示，爲根據本發明第一較佳實施 例之積體電路阻障層之製造流程剖面圖。 請參照第2A圖，首先提供一基底200，其上已完成元 件之製造並覆蓋一介電層226’且定義形成一接觸窗口 230 (爲簡化起見，基底200內之元件並未繪出）。於基底200 之外緣，以約3毫米深度的嵌合鋏206夾住。接著，在介 電層226上以及接觸窗口 230中形成Clamped金屬鈦層 202，此Clamped金屬鈦層202之形成的較佳方式包括物 理氣相沉積法（Physical Vapor Deposition，PVD)，例如 是以磁控DC濺鍍（Sputtering)沉積形成，沉積厚度約爲 200 到 500A 之間。接著，破臨場（Break UP The In-Si tu) 以進行快速加熱製程（RTP)，此步驟係爲本發明之特徵之 一，其除了是使Clamped金屬鈦層202與基底200之矽反 應產生低電阻之矽化鈦（TiSi〇232，並且可釋放Clamped 金屬鈦層202的拉伸應力（Tensile)。以免除後續製程中， 因膨脹係數之不同造成微小裂痕。 接著請參照第2B圖，進行101 TiN製程，形成一氮 化金屬層204爲阻障層，完全覆蓋Clamped金屬鈦層202 以及整個基底邊緣，形成一階梯覆蓋之氮化金屬層208。 此氮化金屬層204之材質包括氮化鈦，其形成的較佳方式 包括物理氣相沉積法（PVD)，例如是以氬氣與氮氣之混合 氣體爲氣體源，金屬鈦爲靶材，利用反應性濺鍍法沉積形 成阻障層，所沉積厚度‘約爲500到1500A之間，腔體 (Chamber)壓力約控制在數個毫torr到100毫torr左右。 尽紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） (請先閲讀背面之注意事T—填寫本頁)
經濟部中央標準局員工消資合作衽印製 3600twf.doc/006 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（έ) 上述第一實例係以快速加熱製程步驟，使Clamped金 屬鈦層202與氮化金屬層204之間的應力相近，以減少微 小裂痕之產生。同樣的原理，以不需破臨場的方式列舉一 第二實施例如下。 窗施例二_ 第3A圖至第3B圖所示，爲根據本發明第二較佳實施 例之積體電路阻障層之製造流程剖面圖。請參照第3A圖， 提供一同於第一實施例之基底300,並於其上形成Clamped 金屬鈦層302，此Clamped金屬鈦層302之形成方式以及 厚度如同第一實施例所述。 接著請參照第3B圖，於基底300上進行101TiN製程， 形成一氣化金屬層304爲阻障層，完全覆蓋Clamped金屬 鈦層302以及整個基底邊緣，形成一階梯覆蓋之氮化金屬 層308。氮化金屬層304形成方式、條件以及厚度如同第 一實施例所述。之後，進行快速加熱製程（RTP)以形成矽 化鈦332。爲了使Clamped金屬欽層302與後續形成之氮 化金屬層304之間的應力相近，減少因熱膨脹係數之不 同，導致微小裂痕之產生，因此在調節Clamped金屬鈦層 302之溫度或是調節1〇1 TiN製程時的溫度，使Clamped 金屬鈦層302與氮化金屬層304之間的應力相近。 其中，溫度調節方式包括下列兩種：第一種是將基底 300先臨場預熱（In-Situ Preheating)至攝氏400度以 上，再進入攝氏100度之腔體中進行101 TiN製程。第二 種是於攝氏400度之腔體內，在基底300上直接進行1〇1 請 先 闖 意 卓 填 寫 本 頁 裝 訂 線 +紙張尺度適用中國國家標準（CNS )从規格（ηοχπ7公釐） 3600twf.doc/006 A7 B7 五、發明説明（7)
TiN製程。 如此一來將可控制Clamped金屬鈦層302與氮化金屬 層304具有較相近的應力，可以避免在後續快速加熱製程 (RTP)以形成矽化鈦332時，產生氮化金屬層階梯覆蓋處 308之微小裂痕。 實施例三 第4圖所示，爲根據本發明第三較佳施例之積體電路 阻障層之製造剖面圖。首先提供一同於第一實施例之基底 400。接著以無嵌合鋏依序形成一 Clampless金屬鈦層402 以及進行101TiN製程形成一層氮化金屬層404於基底400 上，並包覆整個基底邊緣。此Clampless金屬鈦層402以' 及氮化金屬層404之形成方式、條件以及厚度如同第一實 施例所述。接著進行快速加熱製程以反應形成矽化鈦 432 〇 由於Clampless金屬鈦層402與氮化金屬層404皆包 覆至基底400邊緣，因此在之後快速加熱製程（RTP)時， 可以避免熱膨脹係數不同而在Clampless氮化金屬層404 階梯覆蓋處408產生微小裂痕。 本發明的第一較佳實施例中，由於在進行101 TiN製 程之前，先破臨場進行快速加熱製程（RTP)之步驟，因此 可避免因爲Cl amped金屬欽層202與氮化金屬層204的熱 膨脹係數不同，在氮化金屬層204階梯覆蓋208處產生微 小裂紋。 繼之，本發明之第二較佳實施例中’於不破臨場的情 9 本紙張尺度適用中國國家操準（CNS ) A4規格（210X297公釐） —-------^ , > —裝-----Γ-1 訂------ 線 _ to (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 3600twf.doc/006 3600twf.doc/006 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（y) 況下，以調節Clamped金屬鈦層302之溫度或是調節形成 氮化金屬層304之溫度，來促使Clamped金屬鈦層302與 氮化金屬層304的應力相近，亦可以減少在快速加熱製程 (RTP)時所產生之微小裂痕。 再者，於本發明之第三較佳實施例中，於不破臨場的 情況下，未以嵌合鋏夾住基底，使得依序沉積之Clampless 金屬鈦層402與氮化金屬層404皆包覆整個基底400邊 緣，如此可避免於快速加熱製程（RTP)時所產生之微小裂 痕。 綜上所述，本發明的特徵如下： 1. 以破臨場方式，在進行101 TiN製程之前，先進 行快速加熱製程（RTP)之步驟，可以此釋放Clamped金屬 鈦層的應力，以避免因爲Claraped金屬鈦層與氮化金屬層 的熱膨脹係數不同，在氮化金屬層階梯覆蓋處產生微小裂 紋。 2. 以不破臨場方式，調節Clamped金屬鈦層302之 溫度或是進行101 TiN製程步驟之溫度，可促使Clamped 金屬鈦層與氮化金屬層的應力相近，免除在快速加熱製程 (RTP)時所產生之微小裂痕。 3. 以不破臨場方式，使得依序沉積之Clampless金 屬鈦層與氮化金屬層皆包覆整個基底邊緣，如此可避免於 快速加熱製程（RTP)時所產生之微小裂痕。 4. 本發明的製程與現有的製程相容，極適合廠商的 生產安排。 10 本紙張纽適用中關家標準（CNS ) A4規格（2][()χ297公瘦） --------3.1¾衣-----+-Itr-----' i (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 3600twf.doc/006 A7 B7 五、發明説明（？） 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 --------Ί1 裝-----^ I 訂-----、，k (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家操準（CNS ) A4規格（210X 297公釐）

Claims (1)

  1. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 1. 一種積體電路阻障層之製造方法，提供具有一開 口之一塞底，其包括： 於該基底上，形成一有嵌合鋏金屬層； 將該基底進行快速加熱製程；以及 於該基底上，形成一無嵌合鋏氮化金屬層。 2. 如申請專利範圍第1項所述之積體電路阻障層之 製造方法，其中該有嵌合鋏金屬層之材質包括金屬鈦。 3. 如申請專利範圍第1項所述之積體電路阻障層之 製造方法，其中該無嵌合鋏氮化金屬層之材質包括氮化 鈦。 4. 如申請專利範圍第1項所述之積體電路阻障層之 製造方法，其中該無嵌合鋏氮化金屬層之厚度包括500到 1500A之間。 5. 如申請專利範圍第1項所述之積體電路阻障層之 製造方法，其中形成該無嵌合鋏氮化金屬層之方法包括反 應性濺鍍法。 6. —種積體電路阻障層之製造方法，其包括： 提供一基底； 於該基底上，形成一有嵌合鋏金屬層； 將該有嵌合鋏金屬層預熱； 於該基底上，形成一無嵌合鋏氮化金屬層層。 7. 如申請專利範圍第6項所述之積體電路阻障層之 製造方法，其中該有嵌合鋏金屬層預熱溫度約大於攝氏 400 度。 12 —^.---裝----^—丨訂-----Λ '線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 3600twf.doc/006 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 8. 如申請專利範圍第6項所述之積體電路阻障層之 製造方法，其中形成該無嵌合鋏氮化金屬層之溫度約爲攝 氏100度。 9. 一種積體電路阻障層之製造方法，其包括： 提供一基底； 於該基底上，形成一有嵌合鋏金屬層； 於該基底上，在高溫狀態下，形成一無嵌合鋏氮化金 屬層層。 10. 如申請專利範圍第9項所述之積體電路阻障層之 製造方法，其中形成該無嵌合鋏氮化金屬層之溫度約爲攝 氏400度。 11. 如申請專利範圍第9項所述之積體電路阻障層之 製造方法，其中該有嵌合鋏金屬層之材質包括金屬鈦。 12. 如申請專利範圍第9項所述之積體電路阻障層之 製造方法，其中該無嵌合鋏氮化金屬層之材質包括氮化 鈦。 13. 如申請專利範圍第9項所述之積體電路阻障層之 製造方法，其中該無嵌合鋏氮化金屬層之厚度包括500到 1500A之間。 14. 如申請專利範圍第9項所述之積體電路阻障層之 製造方法，其中形成該無嵌合鋏氮化金屬層之方法包括反 應性濺鍍法。 15. —種積體電路阻障層之製造方法，其包括： 提供一基底； 13 Μ . »----Ί 裝---J--'-訂------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 394994 3600twf.d〇c/〇〇§ A8 B8 C8 D8 六、.申請專利範圍 於該基底上，形成一無嵌合鋏金屬層；以及 於該金屬層上，形成一無嵌合鋏氮化金屬層層。 16.如申請專利範圍第15項所述之積體電路阻障層 之製造方法，其中該無嵌合鋏金屬層之材質包括金屬鈦。 17·如申請專利範圍第15項所述之積體電路阻障層 $製胃方法，其中該無嵌合鋏氮化金屬層之材質包括氮化 鈦。 18. 如申請專利範圍第15項所述之積體電路阻障層 之製造方法，其中該無嵌合鋏氮化金屬層之厚度包括500 到1500A之間。' 19. 如申請專利範圍第15項所述之積體電路阻障層 之製造方法，其中形成該無嵌合鋏氮化金屬層之方法包括 反應性濺鍍法。 --,--.------ΐ 裝-----II 訂-----V龈 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本 I
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