TW414811B - Method of producing a metal barrier layer structure for plasma-assisted low-pressure chemical vapor phase deposition lamination of titanium nitride - Google Patents

Description

414811 A7 _ . B7 五、發明説明（i ) 發明領k _ 本發明係有關於以電漿輔助低壓化學氣相沈積疊層氮化 鈦之金屬阻障層結構的方法。 發明背景 於深次微米半導體元件製程中，沈積一層金屬阻障層氮 化鈦TiN是必須的，其目的在於用來阻絕鋁與矽的交互作 用。如圖1所示，習用金屬接觸區之結構，包含有一矽基 板（11) ' 一經離子佈植法摻雜之源極或汲極（12)、一層間兔二 緣層（13)、一金屬Ti層（14)、一 TiN層（15) ' —金屬鋁層 (I6)。Ti與Si的黏貼性佳’將Ti濺鍍在源極或汲極（12)上，: 當作與源極或汲極（12)的直接接觸層，降低金屬與底材之 接觸電阻。其上再濺鑛—層丁沉（15)，當作銘（16)的阻障 層，最後利用物理氣相沈積（PVD)法將鋁（16)濺鍍在TiN(15) 上。TiN (15)與鋁（Μ)的潤濕性佳，可提高鋁層（16)的階梯覆 蓋能力及填塞能力。傳統上，利用物理氣相沈積方式所沈 積之TiN (15)膜為柱狀結構而導致產生晶界空隙。 經 濟 部 中 央 操 準 局 X. 消 合 作 社 印 由於元件尺寸持續縮小，元件密度急速增加，必須減少 TiN(15)之厚度以利金屬的填充；再者，高深寬比的孔洞了 以—般傳統的物理濺錄方式處理之階梯覆蓋能力不佳，因 此導致後續濺鍍的鋁與矽之交互擴散機率增加，進 在接觸區出現漏電流之現象。 歡阻絕叙和珍交互撼^ , 八互擴散作用’必須延長並轉折鋁 互擴散發生的途役，如圖9杯— ’ 交 如圖2所不。未來當元件曰 後，若繼續以物理氣相濺錄 小化 H賤錄沈積万式處理將很難填入高深 本纸银尺度適用中國國家標準{ CNS)

414811 A7 B7 五 、發明説明（ 經濟部中央標準局員工消资合作社印t 寬比的v接觸孔中，且階段覆蓋效應差’如此—來會造成嚴 重之漏電流。 單說明 _ 1所示為傳統金屬接觸區之結構圖； ^ 圖2所示為根據先前技藝，當高深寬比時，以物理氣相 職鐵薄膜沈積之接觸區孔洞； 圖3所示為根據本發明之金屬接觸區結構圖；以及 圖4所示為圖3中TiN膜層間之柱狀結構擴大视圖。 要符號對照砉 π 矽基板 7 12 源極或汲極 間絕緣層 14 金屬鈦層 15'151、152 氮化鈦層 16 鋁層 41、42 晶界空隙 發明概要 提供一種沈積氮化鈦之電漿輔助低壓化學氣相沈積方 法，氮化鈦層可用作積體電路中含鋁金屬層之阻障層，用 以防止在高溫製程中鋁的擴散作用而污染週邊其它元件， 並避免造成漏電流發生》 #發明之方法具有優異之階梯覆蓋效果，適用於元件微可與 小化後’高深寬比的接觸孔洞區之薄膜沈積。本發明 傳統之CMOS製程相結合，同時具有僅須使用草 木紙依尺度適用中國國家#準（CNS ) Λ4规格（210X297公费） 請 先 閱

Sj 之 注 意 事 項 再 裝 訂 t 414811 A7 ----- _B7 五、發明説明（3 ) — ~ (Chamber)…等優點。 曼盟詳細說明 如圖5所7JT，本發明之電漿輔助低壓化學氣相沈積方 法，係於積體電路製程中金屬接觸層的接觸區形成時， 積一金屬鈦層（I4)，再採用電漿輔助低壓化學氣相沈積方 式，沈積多疊層不同之氮化鈦結晶體（1Μ)及（152)，再進行 後續之熱鋁濺鍍製程。 如圖4所示，利用不同的結晶體氮化鈦層，因結晶體 構差井而發生晶界（grain boundary)空隙（41)及（42)之錯開，可 延長並轉折鋁與矽的交互擴散路徑，以避免接觸區出現漏， 電流的現象。 本發明之方法是在50〇t l7〇(rc&範圍内，選擇义或扭 等惰性氣體作為载劑之鈍氣、氯化鈦（Ticl4)、氨氣^於 氣體總壓50至300 mTorr間，進行氮化鈦薄膜（15)之沈積。其 中氣化飲和氨氣氣體分壓比為’氣化飲：氨氣=〇1〜5〇: 經濟部中央標华局員工消費合作社印取 100較佳；反應中可經由選擇不同的氣化鈦和氨氣氣體分 壓比，而沈積不同之氮化鈦結晶體層（151)及（152)，可經由 需要來選擇二層或多層之結晶態。 為詳細說明本發明之特點’特舉一較佳實施例以充分說 明之： 較佳具體實施例 >圖3所示，於積體電路製程中金屬接觸層的接觸區形 成時’以化學氣相沈積法沈積—金屬鈦層（14)，以Ar氣為 載劑氣體，於溫度570°C至650°C且氣體總壓150 mTorr下，其 ________ - 6 — _ 本紙張尺度通用中國國家標车（CNS ) Λ4規格（2l0x2^T^ ~ 414811 A7 B7 五、發明説明（4 中氨氣分壓30 mTorr，先使用0·〇5 mTorr之氣化鈦堆叠—氣化 鈦層（151)，再改變氣化鈦之分壓為U.0 mT〇rr來堆叠另一具 有不同‘氮化鈦結晶態之氮化鈦層（152)。 如圖4所示為圖3中TiN膜層間之柱狀結構擴大视圖。可, 明顯看出TiN膜（151)及（152)之晶界空隙（41)及（42)相互錯 開’其可延長並轉折鋁與矽的交互擴散路徑，以避免漏電 流現象。 比較圖2所示根據先前技藝，當高深寬比時，以物理|= 相濺鍍薄膜沈積之接觸區孔洞；圖3所示為根據本發明之 金屬接觸區結構圖，顯示以本發明之電漿辅助低壓化學氣^ 相沈積法可得較優異之階梯覆蓋效果。 由以上具體實施例之說明，熟知此項技藝之人士當可藉 以實施本發明，但任何修改或變化，仍不跳脫本發明之精 神範疇。 請 閱 之 /i 意· 事 項 再 裝 訂 泉 經濟部中央標準局貝工消费合作社印袈

本紙悵尺度適用中國國家樣準（CNS ) Λ4规格（210X297公梦）

Claims (1)

1. 公者本i 414811 DQ 8 8 8 ABCD 六、申請專利範圍 1. —種％讓辅助低壓化學氣相沈積多層疊層氮化鈦之金屬 接觸層結構的方法’其中該金屬接觸層係作為積體電路 I 接觸孔中之金屬阻障層’用於阻絕鋁濺鍍製程時鋁與矽 之乂互擴散作用，該金屬接觸層包含一由化學氣相沈蕷一 之金屬敘層、利用電漿輔助低壓化學氣相沈積方式沈積 之疊層氮化欽；其特徵為該多層疊層氮化鈦，係於溫度 500 C〜7〇〇°〇間選擇氣化欽(TiCLt)、氨氣（nh3)和一作為載 劑之惰性氣體，於氣體總壓50〜300 πιΤοιτ間，進行多 疊層氮化鈦薄膜沈積。 2. 如申請專利範園第〗項之方法，其中氣化鈦與氨氣之j . 壓比為0.1〜50 : 100。 3. 如申請專利耗圍第1項之方法，其中係可藉由改變氣化 鈦和氨氣之分壓比而沈積一種以上具不同結晶態的氮化 鈇。 4. 如申請專利範園第1項之方法，其中該多層疊層氮化鈦 的堆疊方式係依照氮化鈦之結晶態而排列。 經濟部中央棣準局員工消費合作社印製 (請先聞讀背面之注意事項再填窝本頁) ί __丨丨 ___ I I·- 5·如申請專利範圍第1項之方法，其中該惰性氣體係為Ar 或He。 -8 - 本紙張尺度適用中國圃家揉率(CNS ) A4規格（210X297公釐）