专利名称：一种消除MOCVD TiN膜应力及电阻的低温退火工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于集成电路芯片制造工艺技术领域，具体涉及一种MOCVD TiN膜的后退火工艺，以消除TiN膜的应力，降低薄膜电阻。
背景技术：
在铝金属互联技术中，TiN阻挡层的制备是W通孔和Al膜制备的先决条件。这层TiN层不仅能防止WFb和SIO2等介质层的反应，还增强了钨塞、Al金属膜和介质层的黏附力，其质量的好坏对钨塞及Al膜能否正常填充有直接的影响。
目前，TiN阻挡层的制备有如下几种1.PVD Ti/TiN阻挡层淀积技术。这种技术主要包含以下3个步骤1)除气(degas)2)氩气预清洗(Ar pre-clean)3)阻挡层淀积(barrier deposition)PVD技术是目前应用广泛，较为成熟的一种工艺。但是，当IC的线宽缩小到0.18μm以下的深亚微米技术时，PVD技术受其工艺特点的限制，已经变得难于在深宽比很大的通孔内淀积出完整连续的Ti/TiN阻挡层。
2.CVD Ti/TiN阻挡层淀积技术。这种技术通过下述化学反应实现TiN淀积6；反应温度＞530℃同时会发生如下负反应n＝2~8；反应温度＜160℃该技术的缺点是反应温度高，这与目前的后道发展发趋势是不兼容的。
3.LD(原子层淀积)TiN阻挡层淀积技术。
该技术通过TiCl4和NH3反应实现TiN淀积。
反应温度为500～550℃该技术一般用在90nm以下的技术中，薄膜有很好的台阶覆盖性。
4.MOCVD Ti/TiN阻挡层淀积技术。该技术通过下述化学反应实现TiN淀积；反应温度＜400C2)MOCVD TiN淀积完后用H2/N2等离子体原位处理以去处膜中的C、O等杂质。
这项技术由于其能在深孔内实现全方位生长，因此生长出的薄膜在孔的底部，侧壁上均有良好覆盖性的阻挡层，可以有效提高金属互连的产率，特别是在几何形状复杂的孔内。而且反应温度低。因此，这一技术近年来获得了很大应用。
对于PVD技术，MOCVD TiN缺点在于薄膜中含有较高的C、O等杂质，造成通孔电阻高出10~15％。薄膜质地较为疏松，膜质不太稳定，暴露在空气中时，由于O2、CO2等气体会迅速扩散入膜的表层形成化合物，造成薄膜电阻随时间增加。
发明内容
本发明的目的是提出一种MOCVD TiN膜的退火处理工艺，使薄膜产生重结晶和热回流，变得较为致密，改善平整度；通过去除TiN膜中的C、O等杂质，从而起到消除TiN膜应力，降低薄膜电阻，使膜质更为稳定。
本发明提出的MOCVD TiN膜退火处理工艺，采用N2和H2混合气体，N2和H2的体积配比控制为1∶0.5～5，压力控制为10Tor～25Tor。此外，通常退火温度为400℃～450℃，退火时间为60S~90S，升温速度为50~70℃/S。
本发明对原有硬件设备不做任何改变，在实验基础上，确定了相应的工艺参数，由于反应腔体的压力较高，H2和N2向孔内扩散的能力很强，孔内可保持较高的H2和N2浓度，因而在低温下，也能使侧壁上的TiN膜中的C、O杂质得到去除，而不损伤孔底部TiN的覆盖状况。而且退火在较低的温度下进行，可以大大降低热诱导引起的损伤。
本发明的特点是，不需产生等离子气体，就能使得孔侧壁上的TiN得到有效处理，这就能减轻由于等离子处理造成的器件损伤。而且，可以减少在MOCVD反应腔中的H2和N2等离子气体处理时间。
图1制备好的MOCVD TiN膜。
图2H2和N2气氛中退火的MOCVD TiN膜。
图3经过退火处理的MOCVD TiN膜。
附图标号1为MOCVD TiN，2为介质衬底。
具体实施例方式
本发明实施步骤如下1、经过光刻、刻蚀工艺，制备所需的金属互连通孔；接着进行MOCVD TiN膜淀积，此时得到的薄膜较为疏松，膜中仍有相当量的C、O杂质，其电阻在空气中随时间变化，需进行后处理。
2、对TiN膜进行退火处理。具体工艺为退火炉采用N2和H2混合气体，压力控制为10Tor或者18Tor或者25Tor；N2和H2的体积配比控制为1∶0.5，或者1∶2.5，或者1∶5；退火时间为75S，或者60S，或者90S；升温速度为50℃/S，或者60℃/S，或者70℃/S；退火温度为430℃，或者400℃，或者450℃。经过退火处理，TiN膜厚减少约10％，电阻降低约20％，膜质更为致密稳定。
权利要求
1.一种用氮气对MOCVD TiN膜进行后退火处理的工艺，其特征是上述退火用气体为N2和H2混合气体。
2.根据权利要求1所述的后退火处理的工艺，其特征是N2和H2的体积配比控制为1∶0.5～5，压力控制为10Tor～25Tor，退火温度为400℃～450℃。
3.根据权利要求1、2所述的后退火处理的工艺，其特征是退火时间为60S~90S，升温速度为50-70℃/S。
全文摘要
本发明属于集成电路制造工艺技术领域，具体为一种MOCVD TiN膜的退火工艺，以消除TiN膜的应力，降低薄膜电阻。相对于PVD技术，MOCVD TiN有优良的台阶覆盖性，但也有明显的缺点，主要是薄膜中含有较高的C、O等杂质，可达20％，薄膜质地较为疏松，当暴露在空气中时，由于O
文档编号C21D1/30GK1603428SQ20041006783
公开日2005年4月6日 申请日期2004年11月4日 优先权日2004年11月4日
发明者朱建军, 许毅 申请人:上海华虹(集团)有限公司, 上海集成电路研发中心有限公司, 上海华虹Nec电子有限公司