专利名称：形成氮化钨膜的方法
技术领域：
本发明涉及一种用以在半导体制造中通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)形成氮化钨膜的方法。
背景技术：
随着最近紧密、高速度及高一体化半导体装置的发展，已在金属布线技术中使用铜的金属布线，其中铜的电阻较低及具有比传统铝布线材料好的电子迁移率特性。
为了最大化地抑制在铜布线技术中退火期间可能发生的内层分离及电子迁移率，必须使用能有效阻止铜扩散及对铜具有良好的附着力的材料以形成防止扩散膜。
最近，氮化钨和氮化钽(TaN)及氮化钛(TiN)已一起受到注视。
目前使用六氟化钨(WF6)及氨(NH3)作为用以形成氮化钨膜的主要原料。特别地，如下列方程式1所述，使用WF6及NH3分别作为钨前体(tungstenprecursor)及氮源，以形成氮化钨。
方程式1
如方程式1所示，NH3是单独用作氮源，以形成该氮化钨膜。在另一情况中，对包含有氮源的钨前体实施退火处理，以形成薄膜。
因为作为氮源的氨气具有435KJ/mol的高N-H键结强度(D.W.Robinson，J.W.Rogers Jr.，应用表面科学152(1999)，85-98)，所以它显示具有低解离效率(dissociation efficiency)。因为这个原因，使用氨形成氮化钨会有薄膜成长温度高及氨量增加的问题。
因此，迫切需要一种可解决由于使用氮源所造成的各种问题的形成氮化钨的方法。
发明内容
因此，有鉴于上述问题而提出本发明，本发明的一目的在于提供一种通过使用新材料以取代传统氮源而形成氮化钨膜的方法。
为了达成本发明的上述目的，提供一种通过将特定比率的钨前体及氮源引入反应室且随后通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)在给定温度下沉积于半导体基板上以形成氮化钨膜的方法，其中该氮源是联氨衍生物(hydrazine drivative)。
优选技术方案现在将详细描述本发明。
本发明提供一通过将特定比率的钨前体及氮源引入反应室且随后通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)在给定温度下沉积于半导体基板上以形成氮化钨膜的方法，其中该氮源是联氨衍生物。
可使用任何只要能与钨反应成为氮化钨膜的联氨衍生物作为该氮源。最好使用二烷基联氨。特别地，因为二甲基联氨[NH2N(CH3)2]在室温下对于高蒸气压力(150托)而言是稳定液体，所以二甲基联氨是最佳的。
二甲基联氨具有约264KJ/mol的N-N键结强度(D.W.Robinson，J.W.Rogers Jr.，应用表面科学(152(1999)，85-98)，因而甚至在低温下也可形成氮化钨膜。因此，在本发明方法中使用二甲基联氨能有效地形成氮化钨膜。此外，相较于传统沉积方法，本发明的方法需要相对小量氮源形成具有足够厚度的氮化钨膜。
对于在本发明方法中所使用的钨前体并无特别限制，可在此提及的有，优选是六氟化钨(WF6)或六羰基钨(W(CO)6)。
在本发明方法中，当该钨前体为六氟化钨时，引入至该反应室中的钨前体对氮源的比例最好为1∶1，以及当该钨前体为六羰基钨时，该比例最好在1∶1至1∶2之间。
用以形成氮化钨膜的沉积温度最好在200℃至500℃范围内，最佳是在250℃至350℃范围内。
在本发明方法中，通过下面方程式2来表示六氟化钨(WF6)(作为该钨前体)与二甲基联氨[NH2N(CH3)2](作为该氮源)的反应方程式2
在使用六氟化钨作为该钨前体的情况中，可接连地使两个随后钨沉积制程与硅甲烷(SiH4)及氢气(H2)一起反应室起作用，其如下面方程式3及4所述方程式3
方程式4
因此，本发明具有可减少总沉积时间及改善最后产品得率的优点。
在本发明方法中，通过下面方程式5来表示六羰基钨(W(CO)6)(作为该钨前体)与二甲基联氨[NH2N(CH3)2](作为该氮源)的反应方程式5
该反应的优点在于可避免在沉积期间形成氢氟酸(HF)副产物及防止腐蚀沉积设备，由此可以稳定方式形成氮化钨膜。
只要是通过MOCVD形成该氮化钨膜，则可将本发明方法应用至任何地方。例如本领域普通技术人员可将本发明方法应用至金属布线制程(例如钨插塞的附着、防止扩散膜的形成制程、镶嵌制程等)而不会有任何限制。
如根据上述可清楚理解，相较于传统沉积方法，依据本发明的方法，即使在相对低温下使用小量联氨衍生物(特别是二甲基联氨[NH2N(CH3)2])作为该氮源亦能够形成具有足够厚度的氮化钨膜。
因此，本发明的方法所制造的半导体装置具有改善的可靠度及得率。
此外，在本发明使用六氟化钨作为该钨前体的情况中，可通过就地沉积形成氮化钨膜及钨膜。
再者，当本发明中使用六羰基钨(W(CO)6)作为该钨前体时，可防止因形成氢氟酸副产物而造成沉积设备的腐蚀。
虽然基于说明目的已揭露本发明的较佳实施例，但是本领域普通技术人员会了解可在不脱离权利要求范围所揭露的本发明的范围及精神内进行各种润饰、加入及取代。
权利要求
1.形成氮化钨膜的方法，其是通过引入特定比率的钨前体及氮源至反应室中，且随后通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)在给定温度下沉积于半导体基板上而进行的，其中该氮源是联氨衍生物。
2.如权利要求1所述的方法，其中该联氨衍生物是二烷基联氨。
3.如权利要求2所述的方法，其中该二烷基联氨是二甲基联氨[NH2N(CH3)2]。
4.如权利要求1所述的方法，其中该钨前体是六羰基钨(W(CO)6)。
5.如权利要求4所述的方法，其中引入至该反应室中的六羰基钨对氮源的比例在1∶1至1∶2之间。
6.如权利要求1所述的方法，其中该钨前体是六氟化钨(WF6)。
7.如权利要求6所述的方法，其中引入至该反应室中的六氟化钨对氮源的比例是1∶1。
8.如权利要求1所述的方法，其中用以形成氮化钨膜的沉积温度是在200℃至500℃范围内。
9.如权利要求8所述的方法，其中该沉积温度是在250℃至350℃范围内。
全文摘要
本发明揭露了一种通过引入特定比率的钨前体及氮源至反应室中及随后通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)在给定温度下沉积于半导体基板上以形成氮化钨膜的方法，其中该氮源是联氨衍生物。依据该方法，即使在低温下使用小量的氮源亦能够形成具有足够厚度的氮化钨膜。
文档编号C23C16/34GK1743500SQ200510072678
公开日2006年3月8日 申请日期2005年5月16日 优先权日2004年8月31日
发明者林成沅 申请人:海力士半导体有限公司