专利名称：粘合层及其形成方法
技术领域：
本发明涉及硅半导体制造技术领域，特别涉及粘合层及其形成方法。
背景技术：
在半导体器件制作工艺中，随着半导体器件的高密度化和高集成化，采用多层 金属内连线工艺已成为许多集成电路所必须采用的方式。因此，实现硅衬底有源区与第 一层金属层的电连接的接触孔和实现各金属层之间的电连接的通孔等用于层之间的电连 接的埋入技术变得越来越重要。在接触孔的制作过程中，一般先在位于层之间的介电层上刻蚀出过孔并填充 Al、W、Cu等金属以实现插塞(plug)。但是由于Al、W、Cu等金属与介电层的粘附性 较差，且易与硅衬底发生反应，因此在沉积Al、W、Cu等金属之前通常在过孔的内侧沉 积成分为Ti/TiN的粘合层(gluelayer)。Ti层粘附性较好，可以增强Al、W、Cu等金属 与介电层间的粘附性，且Ti层与硅衬底反应形成低电阻率的TiSi2可作为接触层，而作为 阻挡层的TiN层可以阻挡上下层材料的交互扩散。图1为现有技术的形成有粘合层的接触孔的结构示意图。图1中，在硅衬底 (Si-sub) 11上形成有层间介电层12，且层间介电层12中形成有接触孔13。在接触孔13 中形成有粘合层。所述粘合层包括Ti膜14和TiN膜16。在硅衬底11与Ti膜14的界面 处，Si与Ti反应形成低电阻率的TiSi2层15。Ti膜14通过使用Ti化合物气体(如TiCl4) 和含H气体(如H2)的化学气相沉积(chemical vapor deposition, CVD)工艺形成。在Ti膜 14上，TiN膜16通过使用TiCl4等Ti化合物气体以及NH3等含N和H的气体的CVD工艺 形成。其中，TiCl4气体与NH3气体的化学反应式为6TiCl4+8NH3 — 6TiN+24HCl+N2。 当TiCl4气体与NH3气体的反应比例小于6 8时，将得到富含N的TiN膜，而当TiCl4 气体与NH3气体的反应比例大于6 8时，将得到富含Ti的TiN膜。然而，在现有技术 中，通常使用较高的反应比例的TiCl4气体与NH3气体，从而沉积得到富含Ti的TiN膜 16。此时，过量的TiCl4气体将会侵蚀Ti膜14从而形成TiClx(χ为1 3)。由于TiClx 的作用，在硅衬底11与Ti膜14的界面处Ti将与更多的Si反应形成过量的TiSi2,从而使 TiSi2 B 15的厚度过大，这将导致结漏电(junctionelectrical leakage)现象的产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种粘合层及其形成方法，以解决现有技术中在硅衬底 与粘合层的Ti膜的界面处生成过量TiSi2导致产生结漏电现象的问题。本发明提供一种粘合层，包括Ti膜，形成于所述Ti膜上的富含N的第一 TiN 膜，以及形成于所述第一 TiN膜上的富含Ti的第二 TiN膜。本发明还提供了形成所述粘合层的方法，包括提供硅衬底；在所述硅衬底上 形成Ti膜；在所述Ti膜上形成富含N的第一 TiN膜；在所述第一 TiN膜上形成富含Ti 的第二 TiN膜。
进一步的，使用Ti化合物气体以及含N和H的气体通过化学气相沉积工艺形成 所述第一 TiN膜和所述第二 TiN膜。进一步的，所述T i化合物气体以及含N和H的气体以第一反应比例形成所述第 一TiN膜，而以第二反应比例形成所述第二TiN膜，所述第一反应比例小于所述第二反应 比例。进一步的，所述Ti化合物气体为TiCl4。进一步的，所述N化合物气体为NH3。进一步的，所述第一 TiN膜的厚度小于等于所述第二 TiN膜的厚度。进一步的，所述第一 TiN膜的厚度不超过100埃。与现有技术相比，本发明提供的粘合层及其形成方法，通过在Ti膜上先形成富 含N的第一 TiN膜，再在所述第一 TiN膜上形成富含Ti的第二 TiN膜，有效地减少了在 硅衬底与Ti膜的界面处形成的TiSi2层的厚度，从而降低了结漏电现象的发生率。
图1为现有技术的形成有粘合层的接触孔的结构示意图；图2为形成有根据本发明的粘合层的接触孔的结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的说明。在背景技术中已经提及，现有技术中在硅衬底与粘合层的Ti膜的界面处生成过 量TiSi2,导致结漏电现象的产生。本发明的核心思想在于，通过在Ti膜上先形成富含N的第一 TiN膜，再在所述 第一 TiN膜上形成富含Ti的第二 TiN膜，从而减少在硅衬底与Ti膜的界面处形成的TiSi2
层的厚度。图2为形成有根据本发明的粘合层的接触孔的结构示意图。图2中，在硅衬底 (Si-sub) 21上形成有层间介电层22，且层间介电层22中形成有接触孔23。在接触孔23 中形成有粘合层。所述粘合层包括Ti膜24，形成于所述Ti膜24上的富含N的第一 TiN 膜26，以及形成于所述第一 TiN膜26上的富含Ti的第二 TiN膜27。其中，在硅衬底21 与Ti膜24的界面处形成有TiSi2层25。下面描述形成如图2所示的粘合层的方法，包括提供硅衬底(Si_sub)21 ；在 所述硅衬底21上形成Ti膜24 ；在所述Ti膜24上形成富含N的第一 TiN膜26 ；在所述 第一 TiN膜26上形成富含Ti的第二 TiN膜27。进一步的，使用Ti化合物气体以及含N和H的气体通过CVD工艺形成所述第 一 TiN膜26和所述第二 TiN膜27。具体的，通过分别控制所述Ti化合物气体以及含N 和H的气体的流量，使之以第一反应比例形成所述第一 TiN膜26，而以第二反应比例形 成所述第二 TiN膜27，所述第一反应比例小于所述第二反应比例。在本实施例中，所 述Ti化合物气体采用TiCl4,所述N化合物气体采用NH3。此时，所述第一反应比例为 15 500 6 8，所述第二反应比例为6 8 170 100。
由于所述第一 TiN膜26的生成速度较慢，且非均勻度(non-uniformity，NU)较 高，因此，优选的，所述第一 TiN膜26的厚度小于等于所述第二 TiN膜27的厚度。具 体的，所述第一 TiN膜26的厚度不超过100埃。表 权利要求
1.一种粘合层，其特征在于，包括Ti膜，形成于所述Ti膜上的富含N的第一 TiN 膜，以及形成于所述第一 TiN膜上的富含Ti的第二 TiN膜。
2.—种形成如权利要求1所述的粘合层的方法，其特征在于，包括 提供硅衬底；在所述硅衬底上形成Ti膜；在所述Ti膜上形成富含N的第一 TiN膜；在所述第一 TiN膜上形成富含Ti的第二 TiN膜。
3.如权利要求2所述的形成如权利要求1所述的粘合层的方法，其特征在于，使用Ti 化合物气体和N化合物气体通过化学气相沉积工艺形成所述第一 TiN膜和所述第二 TiN膜。
4.如权利要求3所述的形成如权利要求1所述的粘合层的方法，其特征在于，所述Ti 化合物气体和N化合物气体以第一反应比例形成所述第一 TiN膜，而以第二反应比例形 成所述第二 TiN膜，所述第一反应比例小于所述第二反应比例。
5.如权利要求3所述的形成如权利要求1所述的粘合层的方法，其特征在于，所述Ti 化合物气体为TiCl4。
6.如权利要求3所述的形成如权利要求1所述的粘合层的方法，其特征在于，所述N 化合物气体为NH3。
7.如权利要求2所述的形成如权利要求1所述的粘合层的方法，其特征在于，所述第 一 TiN膜的厚度小于等于所述第二 TiN膜的厚度。
8.如权利要求2所述的形成如权利要求1所述的粘合层的方法，其特征在于，所述第 一 TiN膜的厚度不超过100埃。
全文摘要
本发明公开了一种粘合层及其形成方法，通过在Ti膜上先形成富含N的第一TiN膜，再在所述第一TiN膜上形成富含Ti的第二TiN膜，有效地减少了在硅衬底与Ti膜的界面处形成的TiSi2层的厚度，从而降低了结漏电现象的发生率。
文档编号H01L21/768GK102024789SQ200910195839
公开日2011年4月20日 申请日期2009年9月17日 优先权日2009年9月17日
发明者宋兴华, 李志超, 林保璋, 林艺辉, 陈亮 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司