专利名称：氮化钛层的制造方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及氮化钛层的制造方法及其装置，特别涉及可形成一保护层的氮 化钛层的制造方法及其装置。
背景技术：
在半导体的金属化工艺中，由于集成度不断提高，故需形成多重金属内联 结结构，其中各金属间是通过绝缘层加以隔离，之后再通过导电插塞连接不同 的金属层。导电插塞的材料以金属钨最为常见，钨插塞是由化学气相沉积将金属鴒选择性填入接触开口中，其所使用的反应气体为WF6与H2。为了增强沉积的 金属钨与开口两侧的绝缘层和底下金属层之间的附着能力，通常会在沉积之前 先制作一层氮化钬(TiN)所形成的黏着层(adhesion layer),接着把金属鴒 沉积上去，氮化钛(TiN)层除了让金属鵠更容易地附着外，还能保护底下的组 件区域，以免其电性及可靠度因WF6的化学攻击而破坏。图1至2为现有技术中制造氮化钛层的剖面流程图。如图1所示，在半导 体基底100掺入N/P型离子的源极/漏极，或是用来当作内连线的金属图案，形 成导电区域120;接下来，全面性沉积一绝缘层140，此绝缘层140不限于二氧 化硅材料，也可是其他低介电常数或无机介电材料构成；然后，以显影、蚀刻 制程选择性蚀刻上述绝缘层140,以形成上述导电区域120的接触孔150,然后 利用解离金属电浆物理气相沉积法(IMP PVD)形成钛金属层160，其主要原理 为在物理气相沉积反应腔中，利用氩气在电场作用下轰击钛靶材进而在绝缘层 140表面上形成钛金属层160。图3为现有技术中的氮化钛层的制造装置结构示意图。如图3所示，其中， 氮化钛层的制造装置为一解离金属电浆物理气相沉积装置，它包括一解离金属 电浆物理气相沉积反应腔210,用于反应气体与金属之间反应沉积； 一气体过滤 器230，用于过滤气体中的杂质； 一位于沉积反应腔210与气体过滤器230之间 的气动阀230,关闭时可防止其它气体进入沉积反应腔210,使沉积反应腔210保持真空；还有两气动阀240、 260与气体过滤器230连接，可以同时动作且更 好地切断反应气流； 一气体流量控制器250位于该两气动阀240、 260之间，用 于控制反应气体的流量； 一气体存储器270,存储需参加反应的惰性气体，如氩 气。如图2所示，接下来，在钬金属层160形成之后进入下个反应沉积腔-化学 气相沉积反应腔，利用常压化学气相沉积法(AP CVD)以四氯化钛(TiCM)和 氨气(NH3 )作为反应物于钛金属层160上沉积氮化钛(TiN )层180。但是，在钛金属层160转出到下个反应沉积腔-化学气相沉积腔过程中，如 果由于某些原因，使钛金属层160停留在反应沉积腔外面太久，这样钬金属层 160容易被氧化造成电阻偏高，从而影响整个晶圓的性能。发明内容本发明的目的在于提供一种氮化钛层的制造方法及其装置，通过该装置可 防止4太金属层#1氧化而造成电阻偏高。为了达到所述的目的，本发明提供了一种制造氮化钛层的装置，包括物理 气相沉积反应腔和物理气相沉积反应腔连接的气体过滤器，其中，该气体过滤 器还与一氮气供应装置连接。在上述制造氮化钛层的装置中，所述的氮气供应装置由两个气动阀、该两 个气动阀之间的气体流量控制器和一存储氮气的存储器组成。在上述制造氮化钛层的装置中，该制造氮化钛层的装置还包括一惰性气体 供应装置。在上述制造氮化钛层的装置中，所述的惰性气体供应装置由两个气动阀、 该两个气动阀之间的气体流量控制器和一存储惰性气体的存储器组成。在上述制造氮化钛层的装置中，所述的惰性气体为氩气或氦气。在上述制造氮化钛层的装置中，所述的物理气相沉积反应腔和气体过滤器 之间还包括一气动阀，该气动阀关闭时防止气体进入物理气相沉积反应腔。在上述制造氮化钛层的装置中，所述的物理气相沉积反应腔为解离金属电 浆物理气相沉积反应腔。本发明的另一方案是提供一种制造氮化钛层的方法，其实质性特点在于， 包括下列步骤(1)在物理气相沉积反应腔中形成钬金属层；(2 )在所述钬金属层表面形成保护层；(3)保护层在化学气相沉积反应腔中形成氮化钛层。在上述制造氮化钛层的方法中，所述的钛金属利用惰性气体和氮气通过物 理气相沉积法形成保护层。在上述制造氮化钛层的方法中，所述的惰性气体为氩气或氦气。 在上述制造氮化钛层的方法中，所述的保护层为厚度为5纳米的氮化钛层。 本发明由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优 点和积极效果钛金属层在物理气相沉积反应腔中被形成了一保护层后，不会 在从物理气相沉积转出到化学气相沉积反应腔的过程中被氧化。
本发明的由以下的实施例及附图给出。图1至2为现有技术中制造氮化钛层的剖面流程图；图3为现有技术中的氮化钛层的制造装置结构示意图；图4为本发明的氮化钛层的制造装置结构示意图；图5为本发明制造氮化钛层的剖面流程图；图6为本发明制造氮化钛层方法的流程图；具体实施方式
以下将对本发明的氮化钛层的制造方法及其装置作进一步的详细描述。 如图4所示为本发明的氮化钛层的制造装置结构示意图，本发明的氮化钛 层的制造装置为 一解离金属电浆物理气相沉积装置，它包括一解离金属电浆物 理气相沉积反应腔310,用于反应气体与金属之间反应沉积； 一气体过滤器330， 用于过滤气体中的杂质； 一位于沉积反应腔310与气体过滤器330之间的气动 阀330，关闭时可防止其它气体进入沉积反应腔310,使沉积反应腔310保持真 空。该气相沉积装置还具有一惰性气体供应装置420与过滤器330连接，该供 应装置包括两气动阀340、 360，可以同时动作且更好切断气流； 一气体流量 控制器350位于该两气动阀340、 360之间，用于控制气体的流量； 一气体存储器370，存储需参加反应的气体，如氩气、氦气等惰性气体。本发明的解离金属 电浆物理气相沉积装置还包括一氮气供应装置410，该氮气供应装置410包括一 存储氮气的容器470;两个与存储容器470连接的气动阀440、 460,可以同时 动作且更好切断氮气流；位于该两气动阀440、 460之间的气体流量控制器450, 用于控制氮气的流量。如图5所示，为本发明制造氮化钛层的剖面流程图，其中主要为形成保护 层的流程图，在基底500上形成导电区域520、绝缘层540、接触孔550的方法 与现有技术方法相同，这里不作具体介绍。图6为本发明制造氮化钛层方法的 流程图，在导电区域520上形成接触孔550后，再进入解离金属电浆物理气相 沉积反应腔310。首先，在解离金属电浆物理气相沉积装置中，关闭氮气供应装 置410中的两气动阀440、 460,使氮气不流入物理气相沉积反应腔310参与反 应，而打开气动阀340、 360且控制气体流量控制器350使适量氩气或氦气流入 物理气相沉积反应腔310中参与物理气相沉积反应形成钛金属层560 (步骤 SIO)。然后打开氮气供应装置410的气动阀440、 460，调节气体流量控制器450 控制参加反应的氮气流量，同时调节气体流量控制器350控制参加反应的惰性 气体流量，使在物理气相沉积反应腔310的氮气和惰性气体含量能生成一层薄 的保护层580 (步骤S20),该保护层为氮化钛层580,该氮化钛层580的厚度最 后在5纳米左右。由于在钬金属层560表面形成了该氮化钛层580,且该氮化钬 层580不容易与外界的气体发生反应被氧化，所以钬金属层560转移到下一化 学气相沉积(CVD)腔中的过程中不会被氧化。最后，带有较薄氮化钛层580的 钬金属层560在化学气相沉积(CVD )腔继续与其它气体反应生成氮化钬层580, 此时氮化钛层580达到标准要求，厚度为10纳米左右(步骤S30 )。
权利要求
1、一种制造氮化钛层的装置，包括物理气相沉积反应腔和物理气相沉积反应腔连接的气体过滤器，其特征在于该气体过滤器还与一氮气供应装置连接。
2、 如权利要求1所述的制造氮化钛层的装置，其特征在于所述的氮气供 应装置由两个气动阀、该两个气动阀之间的气体流量控制器和一存储氮气的存 储器组成。
3、 如权利要求1所述的制造氮化钛层的装置，其特征在于该制造氮化钬 层的装置还包括一惰性气体供应装置。
4、 如权利要求3所述的制造氮化钛层的装置，其特征在于所述的惰性气 体供应装置由两个气动阀、该两个气动阀之间的气体流量控制器和一存储惰性 气体的存储器组成。
5、 如权利要求4所述的制造氮化钛层的装置，其特征在于所述的惰性气体为氩气或氦气。
6、 如权利要求l所述的制造氮化钛层的装置，其特征在于所述的物理气 相沉积反应腔和气体过滤器之间还包括一气动阀，该气动阀关闭时防止气体进 入物理气相沉积反应腔。
7、 如权利要求1或6所述的制造氮化钛层的装置，其特征在于所述的物 理气相沉积反应腔为解离金属电浆物理气相沉积反应腔。
8、 一种制造氮化钛层的方法，其特征在于，包括下列步骤 (1)在物理气相沉积反应腔中形成钛金属层；(2 )在所述钛金属层表面形成保护层；(3)保护层在化学气相沉积反应腔中形成氮化钛层。
9、 如权利要求7所述的制造氮化钛层的方法，其特征在于所述的钬金属 利用惰性气体和氮气通过物理气相沉积法形成保护层。
10、 如权利要求7所述的制造氮化钬层的方法，其特征在于:所述的惰性 气体为氩气或氦气。
11、 如权利要求7或8所述的制造氮化钛层的方法，其特征在于所述的 保护层为厚度为5纳米的氮化钛层。
全文摘要
本发明涉及一种氮化钛层的制造方法及其装置。现有的氮化钛层的制造方法中存在钛金属层从物理气相沉积反应腔转出到化学气相沉积反应腔过程中被氧化的问题。本发明制造氮化钛层的装置，包括物理气相沉积反应腔和物理气相沉积反应腔连接的气体过滤器，其中该气体过滤器还与一氮气供应装置连接。采用本发明的制造氮化钛层的装置，在物理气相沉积反应腔中将钛金属层表面上形成一保护层，该保护层可防止钛金属层从物理气相沉积反应腔转出到化学气相沉积反应腔过程中被氧化。
文档编号C23C14/22GK101333641SQ20071004327
公开日2008年12月31日 申请日期2007年6月29日 优先权日2007年6月29日
发明者徐锦添 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司