芯片的阻挡层及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种芯片的阻挡层及其制备方法，涉及半导体技术领域，用于提高阻挡层的阻挡作用，并且不会增加甚至可以减少溅射镀膜机台的维护次数。其中所述基片上的阻挡层为单层金属薄膜结构或者多层金属薄膜层叠的结构，且所述阻挡层中至少一层金属薄膜具有非晶结构。前述芯片的阻挡层设置于导电层与基片之间，用于防止导电层与基片之间的扩散。

Barrier layer of chip and preparation method thereof

The invention provides a chip barrier layer and a preparation method thereof and relates to the field of semiconductor technology, to improve the effect of barrier layer, and does not increase even can reduce the number of maintenance of sputter coating machine. Wherein, the barrier layer on the substrate is a single-layer metal film structure or a multilayer metal film stack structure, and at least one layer of the metal film in the barrier layer has an amorphous structure. The barrier layer of the chip is arranged between the conductive layer and the substrate to prevent the diffusion between the conductive layer and the substrate.

【技术实现步骤摘要】
芯片的阻挡层及其制备方法
本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种芯片的阻挡层及其制备方法。
技术介绍
在集成电路芯片制造技术中，应用物理或化学的方法在基片上沉积导电金属薄膜的过程称为金属化，通过金属化能够形成互连的金属线和对集成电路的孔填充塞。通常进行金属化需要在基片上层叠两种金属膜层：阻挡层和导电层，其中阻挡层位于导电层与基片之间，阻挡层的主要作用为防止导电层与基片之间的扩散，导电层主要起导电作用。常见的，用于形成阻挡层的金属薄膜为TiW(钛钨，10％钛和90％钨的合金)薄膜，制备TiW薄膜的过程大致为：将基片置于溅射镀膜机台的腔室内的下方，腔室内的上方设置有TiW合金靶材，向腔室内通入Ar(氩)气作为溅射气体，Ar气在腔室内形成Ar等离子体，Ar等离子体对TiW合金靶材产生轰击作用，使TiW合金靶材中的原子脱离靶材表面，进而沉积到基片上形成TiW薄膜。由于TiW合金为一种柱状晶体，因此在形成TiW薄膜的时候，会导致结构类似“树林”的柱状晶体的TiW薄膜中存在缝隙，如图1所示，从而造成阻挡层2的阻挡作用减弱。为了提高阻挡层2的阻挡作用，往往需要制备厚度D比较厚的TiW薄膜，例如厚度D在300nm以上。但是，请再次参见图1，图1中TiW薄膜的厚度D为545nm，随着TiW薄膜厚度D的增加，TiW薄膜的柱状晶体结构也越来越明显，阻挡作用并没有得到本质上的改善。另一方面，当制备的TiW薄膜的厚度D较厚时，会在腔室内壁上留下较厚的TiW合金材料，由于TiW合金是一种应力比较大金属，因此腔室内壁上留下的TiW合金材料极易开裂并剥落，从而在所制备的TiW薄膜上形成颗粒。为了避免颗粒的形成，只有增加溅射镀膜机台的维护次数，以及时去除腔室内壁上留下的TiW合金材料，这不仅造成人力成本的增加，而且维护次数的增加意味着利用靶材进行暖机的次数增加，导致相当一部分靶材浪费在暖机工序上，降低了靶材的利用率，导致生产成本的增加。
技术实现思路
为克服上述现有技术中的缺陷，本专利技术提出一种芯片的阻挡层及其制备方法，不仅能够提高阻挡层的阻挡作用，而且不会增加甚至可以减少溅射镀膜机台的维护次数。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术的第一方面提供了一种芯片的阻挡层，所述阻挡层为单层金属薄膜结构或者多层金属薄膜层叠的结构，且所述阻挡层中至少一层金属薄膜具有非晶结构。本专利技术所提供的阻挡层中包括具有非晶结构的金属薄膜，这种金属薄膜具有无定形的结构特征，在薄膜的生长过程中，晶体的生长并不是沿着特殊的方向生长，而是无序生长，因此具有非晶结构的金属薄膜内部不会产生像TiW薄膜的柱状晶体结构所产生的缝隙，阻挡层中包括具有非晶结构的金属薄膜能够有效的减少缝隙，从而提高阻挡作用，进而也就无需通过增大阻挡层的厚度来提高阻挡作用，避免了由此引起的溅射镀膜机台维护次数增多的问题。基于上述芯片的阻挡层，可选的，当所述阻挡层的结构为多层金属薄膜层叠的结构时，所述阻挡层中至少一层金属薄膜可具有晶体结构，具有晶体结构的金属薄膜与具有非晶结构的金属薄膜可交替设置。进一步的，具有晶体结构的金属薄膜可为TiW薄膜、Ti(钛)薄膜、W(钨)薄膜、Ta(钽)薄膜、Mo(钼)薄膜、Co(钴)薄膜或Pt(铂)薄膜。进一步的，具有非晶结构的金属薄膜可为TiWN(钛钨氮)薄膜。优选的，所述阻挡层可包括一层具有非晶结构的金属薄膜和两层具有晶体结构的金属薄膜，该具有非晶结构的金属薄膜设置于两层具有晶体结构的金属薄膜之间。在此基础上，优选的，所述具有非晶结构的金属薄膜可为TiWN薄膜，所述具有晶体结构的金属薄膜可为TiW薄膜。本专利技术的第二方面提供了一种芯片的阻挡层的制备方法，所述制备方法包括：采用溅射工艺制备TiW薄膜，制备时采用TiW合金作为靶材并加载直流功率，采用Ar气作为溅射气体；采用溅射工艺制备TiWN薄膜，制备时采用TiW合金作为靶材并加载直流功率，采用Ar气和氮气作为溅射气体；其中，制备TiW薄膜的步骤和制备TiWN薄膜的步骤交替进行。采用本专利技术所提供的芯片的阻挡层的制备方法所制备的阻挡层包括交替层叠的TiW薄膜和TiWN薄膜，其中TiWN薄膜具有非晶结构，在该薄膜生长的过程中，晶体的生长并不是沿着特殊的方向生长，而是无序生长，因此TiWN薄膜内部不会形成缝隙。由于TiWN薄膜与TiW薄膜交替设置，单层TiW薄膜的厚度不至于太厚，因此这种薄膜设置方式能够有效地减小TiW薄膜内部所形成的缝隙的大小，并减少缝隙的数量，从而提高阻挡层的阻挡作用，并且由于所制备的单层TiW薄膜的厚度减小，因此也就不会造成溅射镀膜机台维护次数的增加，甚至可以减少溅射镀膜机台的维护次数。此外，本专利技术所提供的制备方法制备TiW薄膜与制备TiWN薄膜所采用的靶材均为TiW合金，所采用的溅射气体均包括Ar气，在制备TiWN薄膜时仅需比制备TiW薄膜时多通入一路氮气，即可实现TiW薄膜与TiWN薄膜的原位溅射镀膜，制备方法简单易行。基于上述芯片的阻挡层的制备方法，可选的，制备钛钨薄膜时，氩气的流量为5sccm～200sccm，直流功率为0～60kW，所制备的钛钨薄膜的厚度为5nm～300nm。在此基础上，进一步的，制备钛钨薄膜时，氩气的流量为20sccm，直流功率为5kW，所制备的钛钨薄膜的厚度为20nm。可选的，制备钛钨氮薄膜时，氩气的流量为5sccm～200sccm，氮气的流量为5sccm～200sccm，直流功率为0～60kW，所制备的钛钨氮薄膜的厚度为5nm～300nm。在此基础上，进一步的，制备钛钨氮薄膜时，氩气的流量为20sccm，氮气的流量为20sccm，直流功率为5kW，所制备的钛钨氮薄膜厚度为10nm。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为现有技术中采用TiW薄膜形成的阻挡层的扫描电镜图；图2为采用本专利技术实施例所提供的制备方法制备的阻挡层的扫描电镜图；图3为制备阻挡层的溅射镀膜机台的结构图。附图标记说明：1-基片；2-阻挡层；D-厚度；3-腔室；4-磁铁；5-进气口；6-直流电源；7-基座；8-TiW合金靶材；9-偏置射频电源；10-抽气口。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本专利技术保护的范围。实施例一本实施例提供了一种芯片的阻挡层，该阻挡层的结构为单层金属薄膜结构或者多层金属薄膜层叠的结构，且该阻挡层所包括的金属薄膜中至少一层为具有非晶结构的金属薄膜。也就是说，阻挡层的结构可以为单层金属薄膜结构，此时用于形成阻挡层的金属薄膜为具有非晶结构的金属薄膜；阻挡层的结构也可以为多层金属薄膜层叠的结构，此时用于形成阻挡层的多层金属薄膜中至少有一层金属薄膜具有非晶结构。具有非晶结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种芯片的阻挡层，其特征在于，所述阻挡层为单层金属薄膜结构或者多层金属薄膜层叠的结构，且所述阻挡层中至少一层金属薄膜具有非晶结构。

【技术特征摘要】
1.一种芯片的阻挡层，其特征在于，所述阻挡层为单层金属薄膜结构或者多层金属薄膜层叠的结构，且所述阻挡层中至少一层金属薄膜具有非晶结构。2.根据权利要求1所述的基片上的阻挡层，其特征在于，当所述阻挡层的结构为多层金属薄膜层叠的结构时，所述阻挡层中至少一层金属薄膜具有晶体结构，具有晶体结构的金属薄膜与具有非晶结构的金属薄膜交替设置。3.根据权利要求2所述的基片上的阻挡层，其特征在于，具有晶体结构的金属薄膜为钛钨薄膜、钛薄膜、钨薄膜、钽薄膜、钼薄膜、钴薄膜或铂薄膜。4.根据权利要求1或2所述的基片上的阻挡层，其特征在于，具有非晶结构的金属薄膜为钛钨氮薄膜。5.根据权利要求1或2所述的基片上的阻挡层，其特征在于，所述阻挡层包括一层具有非晶结构的金属薄膜和两层具有晶体结构的金属薄膜，该具有非晶结构的金属薄膜设置于两层具有晶体结构的金属薄膜之间。6.根据权利要求5所述的基片上的阻挡层，其特征在于，所述具有非晶结构的金属薄膜为钛钨氮薄膜，所述具有晶体结构的金属薄膜为钛钨薄膜。7.一种芯片的阻挡层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：采用溅射工艺制备钛钨薄膜，制备时采...

【专利技术属性】
技术研发人员：荣延栋，郑金果，侯珏，卢平元，夏威，王厚工，丁培军，
申请(专利权)人：北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11