用于淀积具有多层结构的TiN薄膜的方法技术

提供了一种在衬底上淀积具有多层结构和不同淀积速率的金属氮化物膜的方法，该方法包括以下步骤：以第一淀积速率在衬底上形成第一下层金属氮化物膜；以第二淀积速率在第一下层金属氮化物膜上形成第二下层金属氮化物膜；以第三淀积速率在由第一下层金属氮化物膜和第二下层金属氮化物膜形成的下层ＴｉＮ膜上形成具有高的氮（Ｎ）含量的上层金属氮化物膜，以提高与暴露至空气／湿气相关的稳定性。该具有多层结构的金属氮化物膜的淀积速率满足这样的关系，即，第二淀积速率≥第一淀积速率≥第三淀积速率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种淀积薄膜的方法，特别涉及一种用于淀积具有多层结构的金属氮化物(TiN)膜的方法。
技术介绍
在半导体制造工艺中，根据在半导体商业领域中尤为引人关注的使电路连线具有超细宽度趋势，在电容器的上部淀积电极的工艺或者淀积接触阻隔金属的工艺需要具有在较低的温度下进行淀积的能力，并且需要具有优良的阶梯覆盖特征。当在较低的温度下淀积金属氮化物膜时会产生各种问题，例如高的电阻率(specific resistance)和杂质含量以及当暴露在空气/湿气中时阻抗的快速变化。结果，由于器件被具有高电阻率的金属氮化物膜覆盖，因此器件的性能劣化。金属氮化物膜的一个典型的例子是氮化钛(TiN)。由此，在半导体领域中非常需要这样一种淀积方法，它能够在较低的温度下在具有高的深宽比(aspect ratio)的图案(pattern)中提供低电阻率和相对低的杂质含量，并且不会使阶梯覆盖劣化。
技术实现思路
为了解决上述和/或其它问题，本专利技术提供了一种淀积具有多层结构的金属氮化物膜的方法，该方法可以保证膜的特性、阶梯覆盖以及与暴露至空气/湿气相关的膜的质量变化的稳定性，而不管电路连线的超细的宽度、图形的深宽比的增加、淀积温度的降低等情况。根据本专利技术的一个方面，一种在衬底上淀积具有多层结构和不同淀积速率的金属氮化物膜的方法，包括以下步骤(a)以第一淀积速率在所述衬底上形成第一下层金属氮化物膜；(b)以第二淀积速率在所述第一下层金属氮化物膜上形成第二下层金属氮化物膜；以及(c)以第三淀积速率在由步骤(a)和(b)形成的下层TiN膜上形成具有高的氮(N)含量的上层金属氮化物膜，以提高与暴露至空气/湿气相关的稳定性；其中，所述具有多层结构的金属氮化物膜的所述淀积速率满足这样的关系，即，所述第二淀积速率≥所述第一淀积速率≥所述第三淀积速率。根据本专利技术的另一个方面，一种在衬底上淀积具有多层结构和不同淀积速率的金属氮化物膜的方法，包括以下步骤(a)以第一淀积速率在所述衬底上淀积ALD TiN膜；(b)通过以第二淀积速率在所述ALDTiN膜上淀积CVD TiN膜以形成下层TiN膜；以及(c)以第三淀积速率在所述下层TiN膜上淀积具有高的氮(N)含量的上层TiN膜，以提高与暴露至空气/湿气相关的稳定性，其中，具有多层结构的金属氮化物膜的淀积速率满足这样的关系，即，所述第二淀积速率≥所述第一淀积速率≥所述第三淀积速率。根据本专利技术的又一个方面，一种在衬底上淀积具有多层结构和不同淀积速率的金属氮化物膜的方法，包括以下步骤(a)以第一淀积速率在所述衬底上淀积第一ALD TiN膜；(b)通过以第二淀积速率在所述第一ALD TiN膜上淀积第二ALD TiN膜来形成下层TiN膜；以及(c)以第三淀积速率在所述下层TiN膜上淀积具有高的氮(N)含量的上层TiN膜，以提高与暴露至空气/湿气相关的稳定性，其中，具有多层结构的金属氮化物膜的淀积速率满足这样的关系，即，所述第二淀积速率≥所述第一淀积速率≥所述第三淀积速率。根据本专利技术的再一个方面，一种在衬底上淀积具有多层结构和不同淀积速率的金属氮化物膜的方法，包括以下步骤(a)以第一淀积速率在所述衬底上淀积第一CVD TiN膜；(b)通过以第二淀积速率在所述第一CVD TiN膜上淀积第二CVD TiN膜以形成下层TiN膜；以及(c)以第三淀积速率在所述下层TiN膜上淀积具有高的氮(N)含量的上层TiN膜，以提高与暴露至空气/湿气相关的稳定性，其中，具有多层结构的金属氮化物膜的淀积速率满足这样的关系，即，所述第二淀积速率≥所述第一淀积速率≥所述第三淀积速率。附图说明图1的流程图用于说明根据本专利技术的淀积具有多层结构的金属氮化物膜的方法的原理；图2的流程图用于说明根据本专利技术的一个实施方案的淀积具有多层结构的金属氮化物膜的方法；图3的流程图用于说明根据本专利技术的另一个实施方案的淀积具有多层结构的金属氮化物膜的方法；图4的流程图用于说明根据本专利技术的又一个实施方案的淀积具有多层结构的金属氮化物膜的方法；图5是显示了被提供用以说明根据本专利技术的淀积TiN膜的方法的反应室的视图；图6是显示了被提供用以说明根据本专利技术的淀积TiN膜的方法的组合系统的视图；图7是显示了根据本专利技术的淀积具有多层结构的金属氮化物膜的方法的一个实施例的视图，该实施例为应用于电容器电极的实施例；图8是显示了根据本专利技术的淀积具有多层结构的金属氮化物膜的方法的另一个实施例的视图，该实施例为应用于接触阻隔金属的实施例；具体实施方式图1至图4中描述了根据本专利技术的实施方案的淀积金属氮化物膜的方法。在此描述了一种核心薄膜(core thin film)淀积方法。图5和图6中显示了用于淀积薄膜以实现本专利技术的装置的原理。另外，图7和图8中描述了本专利技术应用于半导体器件的实施例。图1的流程图用于说明根据本专利技术的淀积具有多层结构的金属氮化物膜的方法的原理。在淀积半导体器件的金属氮化物膜的工艺中，本专利技术被建议作为多种方法中的一种，以用来当在低温下被淀积到具有窄的深宽比的图案上时，使阶梯覆盖以及暴露至空气/湿气时的稳定性最大化，并同时不会使其性能劣化。本专利技术的基本原理是通过三个步骤来实现金属氮化物膜的淀积。在第一步中，以第一淀积速率在衬底上形成第一下层金属氮化物(TiN)膜(S101)。在第二步中，以第二淀积速率在形成于衬底上的第一下层金属氮化物膜上形成第二下层金属氮化物膜(S102)。在第三步中，以第三淀积速率在由第一下层金属氮化物膜和第二下层金属氮化物膜形成的下层金属氮化物膜上形成上层金属氮化物膜(S103)，该上层金属氮化物膜具有高的氮(N)含量用以提高与暴露至空气/湿气相关的稳定性。在第一步到第三步中，金属氮化物膜的淀积速率是这样的，即，第二淀积速率≥第一淀积速率≥第三淀积速率。第一步S101和第二步S102中的薄膜被定义为下层金属氮化物膜，而第三步S103中的薄膜被定义为上层金属氮化物膜。虽然上层金属氮化物膜在三层薄膜中具有最薄的厚度并且具有慢的淀积速率，但是由于其为高富含氮的膜，因此其可以起到阻隔作用并且可以保护整个膜以使其不被暴露在空气/湿气中。图7和图8描述了根据本专利技术的淀积具有多层结构的金属氮化物膜的方法的实施例。图7显示了应用于电容电极的实施例，图8显示了应用于接触阻隔金属(contact barrier metal)的实施例。第一下层金属氮化物膜1的淀积速率是第二低的并且第一下层金属氮化物膜1是第二薄的，但是其纯度高于将在其后被淀积的第二下层金属氮化物膜2。由此，第一下层金属氮化物膜1与其下面的层产生稳定的整体接触，并且起到了与第二下层金属氮化物膜2相关的粘合层(glue layer)的作用。以下将首先描述第一下层金属氮化物膜1和上层金属氮化物膜3的功能，然后描述第二下层TiN膜2的功能。典型地，金属氮化物膜的功能在于其阻隔性能。在图7中，金属氮化物膜被淀积在电介质层和上电极II之间，用以通过降低电容器的漏电流来提高电容。在图8中，金属氮化物膜具有防止上部中的金属与下部中的硅发生反应的作用。作为一个例子，当氧化铝被用作电极之间的电介质材料时，虽然设计规范被进一步限制，但是保证器件的工作可靠性的一个简单的方法是在氧化铝上淀积例如TiN的金属氮化物膜。参照第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在衬底上淀积具有多层结构和不同淀积速率的金属氮化物膜的方法，所述方法包括以下步骤：（ａ）以第一淀积速率在所述衬底上形成第一下层金属氮化物膜；（ｂ）以第二淀积速率在所述第一下层金属氮化物膜上形成第二下层金属氮化物膜；以及　 　（ｃ）以第三淀积速率在由所述步骤（ａ）和（ｂ）形成的下层ＴｉＮ膜上形成具有高的氮含量的上层金属氮化物膜，以提高与暴露至空气／湿气相关的稳定性，其中，所述具有多层结构的金属氮化物膜的所述淀积速率满足这样的关系，即，所述第二淀积速 率≥所述第一淀积速率≥所述第三淀积速率。

【技术特征摘要】
KR 2004-8-19 10-2004-00653001.一种在衬底上淀积具有多层结构和不同淀积速率的金属氮化物膜的方法，所述方法包括以下步骤(a)以第一淀积速率在所述衬底上形成第一下层金属氮化物膜；(b)以第二淀积速率在所述第一下层金属氮化物膜上形成第二下层金属氮化物膜；以及(c)以第三淀积速率在由所述步骤(a)和(b)形成的下层TiN膜上形成具有高的氮含量的上层金属氮化物膜，以提高与暴露至空气/湿气相关的稳定性，其中，所述具有多层结构的金属氮化物膜的所述淀积速率满足这样的关系，即，所述第二淀积速率≥所述第一淀积速率≥所述第三淀积速率。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用于淀积具有多层结构的金属氧化物膜的含有金属元素的第一反应气体与含有N元素的第二反应气体的比Kn，其中n＝1、2、3，满足K2≥K1≥K3的关系。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过同时地或者交替地注入包括Ti元素的第一反应气体和包括N元素的第二反应气体，并通过用不与这两种处理气体连接的喷射头将第一处理气体Ar和第二处理气体Ar连续地注入到衬底上，从而实现金属氮化物膜的淀积。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一下层金属氮化物膜使交界面稳定并且起到粘合层的作用，并且包括少于第二下层金属氮化物膜的杂质，并且被以较薄的厚度淀积。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在形成多层淀积膜时，所述第二下层金属氮化物膜具有最大的厚度，其起到阻隔膜的作用，在较低的温度下呈现出良好的阶梯覆盖，并且比其它淀积膜更快地淀积。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多层淀积膜在同一个腔室中形成淀积结构。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多层淀积膜在连接至传输腔室的另外一个腔室中形成淀积结构。8.一种在衬底上淀积具有多层结构和不同淀积速率的金属氮化物膜的方法，所述方法包括以下步骤(a)以第一淀积速率在所述衬底上淀积ALD TiN膜；(b)通过以第二淀积速率在所述ALD TiN膜上淀积CVD TiN膜以形成下层TiN膜；以及(c)以第三淀积速率在所述下层TiN膜上淀积具有高的氮含量的上层TiN膜，以提高与暴露至空气/湿气相关的稳定性，其中，具有多层结构的金属氮化物膜的淀积速率满足这样的关系，即，所述第二淀积速率≥所述第一淀积速率≥所述第三淀积速率。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，当从喷射头的底部到加热器的表面之间的距离被定义为处理间隔时，在保持第一处理间隔的情况下淀积所述ALD TiN膜，并且在保持第二处理间隔的情况下淀积所述CVD TiN膜，所述第二处理间隔不小于所述第一处理间隔。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在同一个反应室中淀积所述ALD TiN膜和所述CVD TiN膜。11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述衬底被容纳于晶片台上之后形成所述ALD TiN膜，所述晶片台位于连接至传输腔室的第一反应室中并且被保持为第一温度；以及在所述衬底被容纳于晶片台上之后形成所述CVD TiN膜，所述晶片台位于连接至所述传输腔室的第二反应室中并且被保持为高于所述第一温度的第二温度。12.一种在衬底上淀积具有多层结构和不同淀积速率的金属氮化物膜的方法，所述方法包括以下步骤(a)以第一淀积速率在所述衬底上淀积第一ALD TiN膜；(b)通过以第二淀积速率在所述第一ALD TiN膜上淀积第二ALDTiN膜来形成下层TiN膜；以及(c)以第三淀积速率在所述下层TiN膜上淀积具有高的氮含量的上层TiN膜，以提高与暴露至空气/湿气...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴永熏，李相奎，徐泰旭，
申请(专利权)人：集成工艺系统株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]