在衬底上沉积阻障层的方法与系统的制作方法

专利名称：在衬底上沉积阻障层的方法与系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种在集成电路衬底 上沉积接触窗阻障层的方法与系统。
背景技术：
在集成电路结构的制作工艺中，是先在主动元件上，或是在下方的图 案化的金属内连层上形成绝缘层，再于绝缘层中形成垂直开口，以使绝缘 层的上表面电性连通下方的主动元件或金属内连层。之后，再于开口中填 入导电材料，以电性连接下方的元件以及随后形成在绝缘材料表面上的导 电材料，例如是金属内连层。在水平和垂直内连层的制作工艺中，在衬底 的图案化表面上通常会形成一层阻障层以提供阻障，避免相邻材料之间的 扩散。
传统的阻障层所包括的材料例如是钛(Ti)/氮化钛(TiN)、钽(Ta)/氮化钽 (TaN)以及氮化钨(WN)。这一些材料是采用物理气相沉积法(PVD)(例如， 离子金属电浆PVD、溅射等)以及化学气相沉积法(CVD)(例如，电浆增强 型CVD、金属有机CVD等)来沉积的。特别是，TiN层已被广泛用于半导 体的制作工艺中做为"扩散阻障"层，也就是，此TiN层是设置于两层金属 层之间或是两层半导体层之间，以避免交互混合或不期望的交互作用，但 仍可以让电流流通。TiN是一种硬且密实的耐热金属材料，其具有非常高 的导电性。理想的TiN阻障层沉积制作工艺并不会影响所形成的最终的集 成电路的可靠度，且TiN可对硅衬底产生高的黏滞系数(sticking coefficient^由于PECVD TiC14的Ti沉积对于硅基材表面较敏感而会使某些面有 较高的沉积速率,进而造成局部阻值异常。另外厚的MOCVDTIN ，其沉 积制作工艺的杂质难以消除，进而影响元件特性。

发明内容
本发明的主要目的在于提供一种衬底上沉积接触窗阻障层的方法与 系统。
在一方面，本发明提出一种用于在衬底上沉积阻障层的系统，所述系 统包括离子化金属电桨腔室、金属有机化学气相沉积腔室以及热化学气相 沉积腔室。离子化金属电浆腔室用于在衬底上沉积钛层。金属有机化学气 相沉积腔室，与离子化电浆腔室共界面操作，用于在钛层上沉积第一氮化 钛层。热化学气相沉积腔室，与金属有机化学气相沉积腔室共界面操作， 用于在第一氮化钛层上沉积第二氮化钛层。
在另一方面，本发明提出一种在衬底上沉积阻障层的方法。首先，以 离子化金属电浆物理气相沉积制作工艺，在衬底上沉积钛层。离子化金属
电浆物理气相沉积制作工艺包括产生多数个气相离子；使气相离子向
一钛靶加速；以加速的气相离子使多数个钛原子从所述钛靶溅射出来； 以电浆离子化溅射出来的钛原子；以及使气相钛原子沉积在衬底上，以形 成钛层。接着，以金属有机化学气相沉积制作工艺，在钛层上沉积第一 氮化钛层。之后，以热化学气相沉积制作工艺，在第一氮化钛层上沉积第 二氮化钛层。
在又一方面，本发明提出一种在衬底上沉积阻障层的方法。首先，以 离子化金属电浆物理气相沉积制作工艺，在衬底上沉积钛层。接着，以金 属有机化学气相沉积制作工艺，在钛层上沉积一第一氮化钛层。金属有机化学气相沉积制作工艺包括衬底固定的反应腔室中供应气相金属有机 前驱化合物以及氮气；使气相金属有机前驱化合物与氮气反应，以形成氮 化钛；使氮化钛沉积在钛层上，以形成第一氮化钛层；以及反应室中供应 气体混合物以及定量的电浆，以去除第一氮化钛层中的杂质。之后，以热 化学气相沉积制作工艺，在第一氮化钛层上沉积第二氮化钛层。
在又一方面，本发明提出一种在衬底上沉积阻障层的方法。首先，以 离子化金属电浆物理气相沉积制作工艺，在衬底上沉积钛层。接着，在真 空条件下以金属有机化学气相沉积制作工艺，在钛层上沉积第一氮化钛 层。之后，以一热化学气相沉积制作工艺，在第一氮化钛层上沉积第二氮 化钛层。热化学气相沉积制作工艺包括在一衬底固定的反应室中供应四 氯化钛气体以及氨气；加热反应室至一设定温度；使四氯化钛气体与氨 反应，以形成氮化钛；以及使氮化钛沉积于第一氮化钛层上，以形成第二 氮化钛层。
在又一方面，本发明提出一种在衬底上沉积阻障层的方法。首先，以
自电离电浆(Self Ionized Plasma, SIP)物理气相沉积制作工艺，在衬底上沉 积钛层。接着，在真空条件下以自电离电桨物理制作工艺通氮气，在钛层 上沉积第一氮化钛层。之后，以一热化学气相沉积制作工艺，在第一氮化 钛层上沉积第二氮化钛层。热化学气相沉积制作工艺包括在一衬底固定 的反应室中供应四氯化钛气体以及氨气；加热反应室至一设定温度；使 四氯化钛气体与氨反应，以形成氮化钛；以及使氮化钛沉积于第一氮化钛 层上，以形成第二氮化钛层。
在又一方面，本发明提出首先，以离子化金属电桨物理气相沉积制作 工艺，在所述衬底上沉积钛层，钛层的厚度在约为IO埃至约为1000埃之 间。接着，以金属有机化学气相沉积制作工艺，在所述钛层上沉积第一氮化钛层，第一氮化钛层的厚度在约为l埃至约为100埃之间。之后，以热 化学气相沉积制作工艺，在第一氮化钛层上沉积第二氮化钛层，第二氮化
钛层的厚度在约为10埃至约为750埃之间。
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配 合所附图式，作详细说明如下。


图1是依据本发明一实施例所绘示的在半导体衬底上以各种子材料层 所形成的阻障层的示意图。
图2是依据本发明实施例在半导体衬底上沉积"混合型"接触阻障层的 系统所绘示的示意图。
图3A是依据本发明一实施例所绘示的一种在半导体衬底上形成新的 接触阻障层的流程图。
图3B是依据本发明一实施例所绘示的一种在IMP物理气相沉积腔室 中进行在半导体衬底上形成钛层的操作的流程图。
图3C是依据本发明一实施例所绘示的一种在MOCVD腔室中进行在 钛层上形成第一氮化钛层的操作的流程图。
图3D是依据本发明一实施例所绘示的一种在热化学气相沉积腔室中 进行在第一氮化钛层上形成第二氮化钛层的操作的流程图。主要元件符号说明
100:阻障层 102:第二氮化钛层 104 :第一氮化钛层 106 :钛层108 :硅 200 :系统
202、 204、 206 :腔室 300、 307、 317、 325 :方法 302-306、 308-324、 326-332 :操作
具体实施例方式
本发明提供了一种在衬底上沉积接触窗阻障层的方法与系统。很明显 地，实施所述的实施例可以不需要某些或全部的细节。在另一情况下，已 知的一些制作工艺操作不再详细说明以免模糊本实施例。
此处所使用的离子是一种带电荷的化学物种，其为电中性，且可通过 失去(或增加)电子来达到离子状态。转变成离子的制作工艺以及被离子化 的状态称之为离子化。典型的电浆是一种离子化气体，其可通过在两个电 极之间施加电压来产生与维持。在一实施例中，电浆是通过施加射频(RF) 电压来产生的。在另一实施例中，电浆是通过施加直流电(DC)电压来产生 的。在又一个实施例中，电浆是通过施加交流电(AC)来产生的。然而，并 不限于此，电浆可以以任何传统施加电压的方式来产生，只要所施加的电 压足以使得目标化学物种离子化即可。
半导体衬底的材料可以是任何的硅基材。在一实施例中，衬底是一半 导体晶圆，其为一种半导体材料制成的薄片，例如是硅(Si)结晶，半导体 晶圆上具有多个经由扩散或沉积各种材料所形成的微电路。在此，所述的 集成电路(IC)、半导体衬底以及半导体晶圆等术语是可互用的。
如图1所示，图1是依据本发明一实施例所绘示的在半导体衬底上以 各种子材料层所形成的阻障层的示意图。此处所述的阻障层ioo包括由多种材料所构成的迭合层，其包括硅108、钛层106、第一氮化钛层104以 及第二氮化钛层102。在一实施例中，钛(Ti)层106的厚度在约为10埃至 约为1000埃之间。在另一实施例中，钛层106的厚度在约为50埃至约为 750埃之间。在又一实施例中，钛层106的厚度在约为100埃至约为450 埃之间。然而，当可了解的是所形成的钛层106可以具有各种的厚度，只 要钛层106不会影响半导体衬底上所形成的IC元件的功能或可靠度即可。 在一实施例中，钛层106可以采用离子金属电浆(IMP)沉积制作工艺或以 自电离电浆(SIP)物理气相沉积制作工艺来形成的。
在一实施例中，第一氮化钛(TiN)层104的厚度在约为1埃至约为100 埃。在另一实施例中，第一氮化钛层104的厚度在约为5埃至约为50埃 之间。在又一实施例中，第一氮化钛层104的厚度在约为10埃至约为25 埃之间。然而，当可了解的是所形成的第一氮化钛层104可以具有各种的 厚度，只要第一氮化钛层104不会影响半导体衬底上所形成的IC元件的 功能或可靠度即可。
在一实施例中，第二氮化钛(TiN)层102的厚度在约为10埃至约为750 埃。在另一实施例中，第二氮化钛层102的厚度在约为25埃至约为500 埃之间。在又一实施例中，第二氮化钛层102的厚度在约为50埃至约为 300埃之间。然而，当可了解的是所形成的第二氮化钛层102可以具有各 种的厚度，只要第二氮化钛层102不会影响半导体衬底上所形成的IC元 件(例如金属内连层等)的功能或可靠度即可。第一氮化钛层104和第二氮 化钛层102之间主要的差别是用来沉积薄膜层的沉积制作工艺有所不同。 例如，在一实施例中，第一氮化钛层104是以金属有机化学气相沉积 (MOCVD)制作工艺或以自电离电浆(SIP)通氮气气相沉积制作工艺来形成 的；而第二氮化钛层102则是以TiC14的热化学气相沉积制作工艺来形成的。
以上述"混合型"的制作工艺(亦即，离子金属电浆沉积、MOCVD以及
热化学气相沉积)、材料(亦即，钛和氮化钛)以及结构特征(亦即，Ti/TiN/TiN) 在半导体衬底上形成的接触阻障层100具有许多的优点。其中一个优点是 半导体衬底上所形成的IC元件的可靠度增加。以离子金属电浆沉积制作 工艺取代传统的方法(亦即，以TiC14的电浆增强型化学气相沉积(PECVD) 制作工艺方法)，将钛层106沉积在半导体衬底的硅108的表面上，可以使 得硅108表面上的钛层106具有较佳的黏着系数(Rc)。这主要是因为相较 于采用TiC14的PECVD，离子金属电浆沉积制作工艺对于半导体衬底的硅 108表面较不敏感(亦即，反应)所致。
再者，单独以MOCVD制作工艺来形成氮化钛层时，所形成的氮化钛 的杂质过高，在下一个制作工艺步骤难以处理。这主要是因为MOCVD TiN 制作工艺所使用的前驱物例如是四二甲基胺钛(TDMAT)或四二乙基胺钛 (TDEAT)所形成的反应副产物造成的。而单独以TiC14的热化学气相沉积 制作工艺来形成氮化钛层时，又将形成腐蚀的副产物(亦即，HC1)，蚀刻或 损害导体衬底上的金属断线，或是导致微粒污染待沉积的衬底表面的问 题。使用"混合型"的制作工艺在半导体衬底上沉积Ti/TiN层，可克服以上 所述的问题。
如图2所示，图2是依据本发明实施例在半导体衬底上沉积"混合型" 接触阻障层的系统所绘示的示意图。在所绘的图式中，系统200包括一个 IMP腔室202、 一个MOCVD腔室204以及一个热化学气相沉积腔室206。 在一实施例中，这一些腔室用于做为彼此界面的方式操作，以在进行阻障 层的沉积制作工艺时，可将半导体衬底由其中一个腔室移到另一个腔室。 在形成新的接触阻障层时，半导体衬底依序以此处所述的各个制作工艺腔室，依据下表l所列的操作参数来进行制作工艺。表l离子金属电浆沉积电浆功率设定直流电功率~2000-4000瓦；射频功率~2000-4000瓦 温度设定 ~100-200oC 腔室压力设定~10-30毫托 阻障层前驱物Ti靶板金属有机化学气相沉积电浆功率设定射频功率 750瓦 温度设定 ~350-450oC 腔室压力设定 1.5毫托 阻障层前驱物TDMAT、 TDEAT、 N2等热化学气相沉积电浆功率设定N/A温度设定 ~550-700oC 腔室压力设定 0.5-10毫托 阻障层前驱物TiC14、 NH3等IMP腔室202系用来在半导体衬底上沉积厚度在约为10埃至约为1000埃之间的钛层。在一实施例中，组装IMP腔室202包括钛靶板、电 桨源、 一对电极(阳极和阴极)、加热构件以及用于固定晶圆的晶圆夹 (chuck)。当然可了解的是以上所述的IMP腔室202组装构造只是用来说明， 并不是以任何的方式来限制IMP腔室202的各种可能的构造。特别是，IMP 腔室202可依据实际应用的需要而包括不同于以上所述的元件或是构件。 在典型的钛沉积操作中，系使得所加载的氩气(Ar)离子向钛耙板加速，其 中钛靶板系实质上设置在待沉积钛层的半导体基板表面的上方。在钛靶板 背后的阴极可使得氩气离子以足够的速度加速，使钛靶板的钛原子离开 (即，溅射)。钛原子被溅射是因为撞击的氩气离子以及其与钛耙板材料结 构或晶格的交互作用的撞击动量造成的。当钛原子离开钛耙板时，钛原子 互会被电桨源离子化，再沉积在半导体衬底的硅表面上。氩是一种典型用来将钛原子溅射离开钛靶板的元素离子物种。然而， 也可以采用其它的元素离子物种，例如是氦气离子，只要所选择的元素离 子在特定应用的IMP沉积制作工艺时，可以被足够的动量撞击，以从钛耙 板溅射出足够量的钛原子即可。在一实施例中，IMP腔室202将被设定在约为摄氏75度至约为摄氏 300度之间的温度范围操作。在另一实施例中，IMP腔室202被设定在约 为摄氏100度至约为摄氏200度之间的温度范围操作。然而，当可了解的 是IMP腔室202可以设定在任何的温度下操作，只要在特定应用时，IMP 沉积制作工艺可以在半导体衬底上沉积具有所需厚度且实质上均匀的钛 层即可。在一实施例中，IMP腔室202被设定在约为5毫托至约为50毫托之间的压力操作。在另一实施例中，IMP腔室202被设定在约为IO毫托至约为30毫托之间的压力操作。然而，当可了解的是IMP腔室202可以设 定在任何的压力下操作，只要在特定应用时，IMP沉积制作工艺可以在半 导体衬底上沉积具有所需厚度且实质上均匀的钛层即可。在一实施例中，IMP腔室202是使用射频型操作的电桨源，将射频功 率设定在约为2000瓦(W)至约为4000瓦之间操作，以点燃腔室202中的 电浆。在另一实施例中，使用直流电型操作的电浆源，将直流功率设定在 约为2000瓦(W)至约为4000瓦之间操作，以点燃腔室202中的电浆。然 而，当可了解的是IMP腔室202可以以任何的型式操作的电浆源，只要在 特定应用时，可以点燃足够的电浆即可。在一实施例中，电浆源是一感应耦合电浆(ICP)源。在另一实施例中， 电浆源是一电容式电浆源。在又一实施例中，电浆源为磁控电浆源。然而， 当可了解的是IMP腔室202可以使用任何的型式的电桨源，只要在特定应 用时，可以点燃足够的电浆即可。请继续参照图2， MOCVD腔室204用于在钛层的表面上沉积厚度在 约为1埃至约为100埃之间的第一氮化钛层。在一实施例中，组装腔室204 包括电浆源、真空泵、气体注入单元、加热构件以及用于固定半导体衬底 的晶圆夹。当然可了解的是以上所述的MOCVD腔室204组装构造只是用 来说明，并不是以任何的方式来限制MOCVD腔室204的各种可能的构造。 特别是，MOCVD腔室204可依据实际应用的需要而包括不同于以上所述 的元件或是构件。在MOCVD腔室204中进行于钛层上沉积氮化钛层的典 型操作时，是将有机前驱物气体以及氮气(N2 )与氦气(He)经由气体注入单 元供应至腔室204之中。有机前驱气体以及氮气反应后可形成氮化钛分子， 此分子沉积在半导体衬底的表面上，形成第一氮化钛层。以MOCVD制作工艺形成的氮化钛通常含有杂质，以氢/氮气体以及一定量的电浆处理氮化 钛层可去除其杂质。在一实施例中，有机前驱物气体是TDMAT。在另一实施例中，有机 前驱气体为TDEAT。然而，当可了解的是有机前驱物气体可以任何的化 学物种，只要在特定应用时，该物种可在MOCVD的控制环境下与氮反应 形成所需厚度的氮化钛层即可。MOCVD腔室204被设定在约为摄氏300度至约为摄氏500度之间的 温度范围操作。在另一实施例中，MOCVD腔室204被设定在约为摄氏350 度至约为摄氏450度之间的温度操作。然而，当可了解的是MOCVD腔室 204可以设定在任何的温度下操作，只要在特定应用时，MOCVD沉积制 作工艺可以在钛层上沉积具有所需厚度且实质上均匀的第一氮化钛层即 可。在一实施例中，MOCVD腔室204被设定在约为1毫托至约为2毫托 之间的压力操作。在另一实施例中，MOCVD腔室204被设定在约为1.5 毫托的压力操作。然而，当可了解的是MOCVD腔室204可以设定在任何 的压力下操作，只要在特定应用时，MOCVD沉积制作工艺可以在钛层上 沉积具有所需厚度的实质上均匀的第一氮化钛层即可。在一实施例中，MOCVD腔室204是使用射频型操作的电浆源，将射 频功率设定在约为750瓦操作，以点燃腔室204中的电浆。然而，当可了 解的是MOCVD腔室204可以设定在任何的功率下操作，只要在特定应用 时，MOCVD沉积制作工艺可以经由电浆源产生足够的电浆以在钛层上沉 积具有所需厚度的第一氮化钛层即可。热化学气相沉积腔室206用于在第一氮化钛层的表面上沉积厚度在约 为10埃至约为750埃之间的第二氮化钛层。在典型的热化学气相沉积腔室206中进行于第一氮化钛层上沉积第二氮化钛层的典型操作时，先将四氯化钛(TiC14)气体以及氨气(NH3)经由气体注入单元供应至热化学气相沉 积腔室206之中。接着，再将腔室206加热至一设定温度，以使TiC14气 体与氨气之间开始反应形成氮化钛，而此氮化钛沉积在第一氮化钛层上， 形成第二氮化钛层。热化学气相沉积腔室206被设定在约为摄氏500度至约为摄氏1000 度之间的温度操作。在另一实施例中，热化学气相沉积腔室206被设定在 约为摄氏550度至约为摄氏700度之间的温度操作。然而，当可了解的是 热化学气相沉积腔室206可以设定在任何的温度下操作，只要在特定应用 时，热化学气相沉积制作工艺可以在第一钛层上沉积具有所需厚度且实质 上均匀的第二氮化钛层即可。在一实施例中，热化学气相沉积腔室206被设定在约为0.1毫托至约 为20毫托之间的压力操作。在另一实施例中，热化学气相沉积腔室206 被设定在约为0.5毫托至约为10毫托之间的压力操作。然而，当可了解的 是热化学气相沉积腔室206可以设定在任何的压力下操作，只要在特定应 用时，热化学气相沉积制作工艺可以在第一钛层上沉积具有所需厚度且实 质上均匀的第二氮化钛层即可。如图3A所示，图3A是依照本发明一实施例所绘示的一种在半导体 衬底上形成新的接触阻障层的流程图。其接触阻障层的剖面结构以及此方 法所使用的系统的示意图分别绘示于图1和图2中。方法300开始于操作 302。操作302采用IMP物理气相沉积制作工艺在半导体衬底的表面上沉 积钛层。在一实施例中，钛层的厚度在约为IO埃至1000埃之间。在另一 实施例中，钛层的厚度在约为50埃至750埃之间。在又一实施例中，钛 层的厚度在约为100埃至约为450埃之间。然而，此钛层可以具有各种厚度，只要此钛层不会影响半导体衬底上所形成的IC构件的功能以及可靠 度即可。接着，进行方法300的操作304，以MOCVD制作工艺在钛层的表面 上沉积第一氮化钛层。在一实施例中，第一氮化钛层的厚度在约为1埃至 约为100埃之间。在另一实施例中，第一氮化钛层的厚度在约为5埃至约 为50埃之间。在另一实施例中，第一氮化钛层的厚度在约为IO埃至约为 25埃之间。然而，当可了解的是所形成的氮化钛层可以是任何厚度者，只 要所形成的第一氮化钛层不会影响半导体衬底上所形成的IC元件的功能 以及可靠度即可。其后，进行方法300的操作306，以热化学气相沉积制作工艺在第一 氮化钛层的表面上形成第二氮化钛层。在一实施例中，第二氮化钛层的厚 度在约为10埃至约为750埃之间。在另一实施例中，第二氮化钛层的厚 度在约为25埃至500埃之间。在另一实施例中，第二氮化钛层的厚度在 约为50埃至约为300埃之间。然而，当可了解的是所形成的氮化钛层可 以具有任何厚度，只要所形成的第二氮化钛层不会影响半导体衬底上所形 成的IC元件(例如是金属内连层等)的功能以及可靠度即可。如图3B所示，图3B是依照本发明一实施例所绘示的一种在IMP物 理气相沉积腔室中进行在半导体衬底上形成钛层的操作的流程图。方法 307开始于操作308。操作308是在IMP腔室中产生气相离子。在一实施 例中，气相离子包括氩气离子。然而，当可了解的是，也是可以采用其它 的元素离子物种，只要所选择的元素离子在特定应用的IMP沉积制作工艺 时，可以被足够的动量撞击，以从钛耙板溅射出足够量的钛原子即可。接着，进行方法307的操作310，使气相离子向钛靶加速。阴极实质 上置于钛靶板的背面，以提供吸引力来加速气相离子。因此，气相离子的速度可通过调整电极板的电压以及极性来控制的。其后，进行方法307的操作312，以加速的气相离子使钛原子从钛靶 板溅射出来(亦即，离开)。承上所述，通过阴极加速的气相离子其所达到 的最终速度足以将钛靶板中的钛原子溅射出来。之后，进行方法307的操作314，以电浆离子化钛原子。在一实施例 中，是以RF型操作的电浆源来点燃电浆，点燃腔室中的电浆的功率设定 在约为2000瓦至4000瓦之间。在另一实施例中，是以DC型操作的电浆 源来点燃电浆，点燃腔室中的电浆的功率设定在约为2000瓦至4000瓦之 间。然而，当可了解的是可以以任何的型式操作的电浆源来点燃电浆，只 要在特定应用时，可以点燃足够的电浆即可。之后，进行方法307的操作 316，在半导体衬底上沉积离子化的钛原子，以形成钛层。钛层的厚度范 围如前文所述。如图3C所示，图3C是依照本发明一实施例所绘示的一种在MOCVD 腔室中进行在钛层上形成第一氮化钛层的操作的流程图。其接触阻障层的 剖面结构以及此方法所使用的系统的示意图分别绘示于图1和图2中。方 法317开始于操作318。操作318在固定着半导体晶圆的MOCVD腔室中 供应气相金属有机前驱物以及氮气。在一实施例中，气相金属有机前驱物为TDMAT。在另一实施例中金 属有机前驱物为TDEAT。然而，当可了解的是，有机金属前驱物也是可 以采用任何的化学物种，只要在特定应用时所选择的化学物种可以在 MOCVD腔室的控制环境下与氮反应以形成具有所需厚度的氮化钛层即 可。接着，进行方法317的操作320,使气相金属有机前驱物与氮气反应， 以形成氮化钛。其后，进行方法317的操作322，使氮化钛沉积在钛层的表面上，以形成第一氮化钛层。所形成的第一氮化钛层的厚度与MOCVD 腔室中所通入的有机金属前驱物以及氮气的浓度有关。之后，进行方法317的操作324，在反应腔室中通入气体混合物以及 定量的电浆，以去除第一氮化钛层中的杂质。在一实施例中，所通入的气 体混合物为氢/氮气的混合物。在一实施例中，MOCVD腔室是使用射频型 操作的电浆源，其射频功率设定在约为750瓦操作，以点燃腔室中的电浆。 然而，当可了解的是可以以任何的型式操作的电浆源来点燃电浆，只要在 特定应用时，电浆源所产生的电浆量足以实质上去除黏在第一氮化钛层上 任何不想要的杂质即可。如图3D所示，图3D是依照本发明一实施例所绘示的一种在热化学 气相沉积腔室中进行在第一氮化钛层上形成第二氮化钛层的操作的流程 图。其接触阻障层的剖面结构以及此方法所使用的系统的示意图分别绘示 于图1和图2中。方法325开始于操作326。操作326在固定着半导体晶 圆的反应腔室中供应TiC14以及氨气。接着，进行方法325的操作328，将反应腔室加热至一设定温度。在 一实施例中，反应腔室是设定在约为摄氏500度至约为摄氏1000度之间 的温度操作。在另一实施例中，反应腔室是设定在约为摄氏550度至约为 摄氏700度之间的温度操作。然而，当可了解的是反应腔室可以设定在任 何温度操作，只要在特定应用时，热化学气相沉积制作工艺可以在第一氮 化钛层上沉积实质上均匀且具有足够厚度的第二氮化钛层即可。在进行加热反应腔室的操作328时，同时进行此方法的操作300，使 TiC14和氨气反应，以形成氮化钛。在氮化钛形成之后，进行方法325的 操作332，在第一氮化钛层上沉积氮化钛，以形成第二氮化钛层。虽然，本发明已以数个实施例详细说明如上，然其并非用于限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明之精神和范 围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视后附的申 请专利范围所界定者为准。
权利要求
1. 一种在衬底上沉积阻障层的方法，其特征在于，该方法包括以一第一气相沉积制作工艺，在衬底上沉积一第一阻障层；以一第二气相沉积制作工艺，在所述第一阻障层上沉积一第二阻障层；以及以一热化学气相沉积制作工艺，在所述第二阻障层上沉积一第三阻障层。
2. 根据权利要求1所述的在衬底上沉积阻障层的方法，其特征在于， 所述第一阻障层包括一钛层；所述第二阻障层包括一氮化钛层；所述第三 阻障层包括一第二氮化钛层。
3. 根据权利要求l所述的在衬底上沉积阻障层的方法，其特征在于， 所述第一阻障层的厚度为10埃至1000埃，所述第二阻障层的厚度为1埃 至100埃，所述第三 阻障层的厚度为10埃至750埃。
4. 根据权利要求1所述的在衬底上沉积阻障层的方法，其特征在于， 所述第一气相沉积制作工艺为一离子化金属电桨物理气相沉积制作工艺， 或为一 自电离电浆SIP物理气相沉积制作工艺。
5. 根据权利要求4所述的在衬底上沉积阻障层的方法，其特征在于， 所述第一气相沉积制作工艺的温度设定在摄氏100度至200度之间。
6. 根据权利要求l所述的在衬底上沉积阻障层的方法，其特征在于， 所述第二气相沉积制作工艺为一自电离电浆物理气相沉积制作工艺，或为 一金属有机化学气相沉积制作工艺。
7. 根据权利要求6所述的在衬底上沉积阻障层的方法，其特征在于， 所述金属有机化学气相沉积制作工艺包括在一反应腔室中供应一气相金属有机前驱化合物以及一氮气， 使所述气相金属有机前驱化合物与所述氮气反应，以形成一第一氮化 钛层；所述第一氮化钛层沉积在所述第一阻障层上，以形成所述第二阻障层的所述第一氮化钛层；以及在所述反应室中供应一气体混合物以及一定量的电浆，以去除所述第 一氮化钛层中的杂质。
8. 根据权利要求7所述的在衬底上沉积阻障层的方法，其特征在于， 所述气相金属有机前驱化合物为四二甲基胺钛TDMAT或四二乙基胺钛 TDEAT。
9. 根据权利要求7所述的在衬底上沉积阻障层的方法，其特征在于， 所述金属有机化学气相沉积制作工艺的温度设定在摄氏350度至450度之 间。
10. 根据权利要求7所述的在衬底上沉积阻障层的方法，其特征在于， 所述气体混合物包括氮气和氢气。
11. 根据权利要求7所述的在衬底上沉积阻障层的方法，其特征在于， 所述定量的电浆由 一射频电浆源产生。
12. 根据权利要求1所述的在衬底上沉积阻障层的方法，其特征在于， 所述第一气相沉积制作工艺包括产生多数个气相离子； 使所述气相离子向一钛靶加速；以所述加速的气相离子使多数个钛原子从所述钛靶溅射出来； 以一电浆离子化所述溅射出来的钛原子；以及 使所述气相钛原子沉积在所述衬底上，以形成所述第一阻障层的一钛层。
13. 根据权利要求12所述的在衬底上沉积阻障层的方法，其特征在 于，所述气相离子为氩。
14. 根据权利要求12所述的在衬底上沉积阻障层的方法，其特征在于，所述电浆由一射频电浆源产生或由一感应耦合电浆ICP源产生。
15. 根据权利要求12所述的在衬底上沉积阻障层的方法，其特征在 于，所述电浆的功率设定在2000瓦至4000瓦之间。
16. 根据权利要求1所述的在衬底上沉积阻障层的方法，其特征在于， 所述热化学气相沉积制作工艺包括在一反应室中供应一四氯化钛气体以及一氨气； 加热所述反应室至一设定温度；使所述四氯化钛与所述氨反应，以形成一第二氮化钛；以及 使所述第二氮化钛沉积于所述第二阻障层上，以形成所述第二氮化钛层。
17. 根据权利要求16所述的在衬底上沉积阻障层的方法，其特征在 于，所述设定温度在550摄氏度至700摄氏度之间。
18. —种用于在衬底上沉积阻障层的系统，包括 一离子化金属电桨腔室，用于在一衬底上沉积一钛层； 一金属有机化学气相沉积腔室，与所述离子化电浆腔室共界面操作，用于在所述钛层上沉积一第一氮化钛层；以及一热化学气相沉积腔室，与所述金属有机化学气相沉积腔室共界面操 作，用于在所述第一氮化钛层上沉积一第二氮化钛层。
19. 根据权利要求18所述的用于在衬底上沉积阻障层的系统，其特征 在于，所述离子化金属电浆腔室的操作温度设定在100摄氏度至200摄氏度之间，所述金属有机化学气相沉积腔室的操作温度设定在350摄氏度至450摄氏度之间，所述热化学气相沉积腔室的操作温度设定在350摄氏度 至700摄氏度之间。
全文摘要
一种在衬底上沉积阻障层的方法。首先，以离子化金属电浆物理气相沉积制作工艺，在衬底上沉积钛层，钛层的厚度在约为10埃至约为1000埃之间。接着，以金属有机化学气相沉积制作工艺，在所述钛层上沉积第一氮化钛层，第一氮化钛层的厚度在约为1埃至约为100埃之间。之后，以热化学气相沉积制作工艺，在第一氮化钛层上沉积第二氮化钛层，第二氮化钛层的厚度在约为10埃至约为750埃之间。
文档编号H01L21/3205GK101266940SQ20071014389
公开日2008年9月17日 申请日期2007年8月6日 优先权日2007年8月6日
发明者杨大弘, 苏金达, 陈光钊, 统 骆 申请人:旺宏电子股份有限公司