在接触孔中形成金属-氮化物层的方法和如此形成的层技术

通过在凹槽中形成金属－氮化物层可以在集成电路中形成金属层，包括在凹槽底部的金属－氮化物层中的第一氮浓度，第一氮浓度小于紧邻凹槽开口的金属－氮化物层中的第二氮浓度。在凹槽中包括的金属－氮化物层上可以形成金属层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于形成半导体集成电路的方法，更具体涉及在半导体集成电路中形成金属布线层的方法和如此形成的层。
技术介绍
众所周知在半导体制造工艺中使用溅射工艺(有时称为物理汽相淀积)形成较薄的层。例如，溅射有时用来形成较薄的金属扩散阻挡层和/或抗反射层，以覆盖半导体结构。图1中示出了常规溅射设备100的示意图。具体，溅射设备100表示的是通常称为中空阴极磁控管(HCM)溅射设备。参考图1，HCM溅射设备100包括被电磁线圈106A-106H围绕的“杯形”靶102。屏蔽件114从杯形靶102延伸到保持衬底108的表面112，在衬底108上可以通过溅射工艺淀积较薄的金属层。应当理解由于内部区域116由靶102的“杯形”形状限定，因此HCM溅射设备100有时称为“中空的”。在工作中，在杯形靶102和衬底108之间的内部区域116中建立真空。氩气被允许进入区域116，氩气被在其处提供的磁场和电场电离。电离的氩气朝杯形靶102加速，导致组成杯形靶102的部分材料向外喷射。通过由电磁线圈106A-H产生的场(电/磁)，靶的喷射部分朝向衬底108。由此，从杯形靶102喷射的材料淀积在衬底108上。例如，在Lu等人的、名称为Pasting Method for Eliminating FlakingDuring Nitrite Sputtering的美国专利号6,589,398中进一步论述了常规HCM溅射设备，在此将其内容全部引入作为参考。众所周知使用上述的常规类型的HCM设备，使用杯形钛(Ti)靶、使用氩气(Ar)和氮气(N2)，在内部区域116中的衬底上形成氮化钛(TiN)层。施加的磁场/电场用于使氩气(Ar)朝向钛靶102加速，由此促使部分钛靶喷射和朝向衬底108加速。喷射的钛与N2结合，以形成TiN材料淀积在衬底108上。众所周知为了减小导电材料(在接触孔中随后形成的)的扩散，在衬底108中的接触孔底部淀积这种TiN材料，以形成TiN阻挡层。具体，众所周知为了形成TiN层，以两种模式的一种操作常规的HCM溅射设备100，金属的TiN模式或中毒的(poisoned)TiN模式。在金属的TiN模式中，在TiN层中Ti的数量一般超过氮(N)的数量，Ar流量(flow rate)远远大于N2的流量。例如，众所周知溅射Ti使用常规的HCM溅射设备100，使用约135sccm的Ar流量和28sccm的N2流量。相反，在中毒的TiN模式(poisoned TiN mode)(有时称为氮化的TiN)中，在TiN层中Ti量约等于氮(N)量，以及Ar流量小于N2流量。例如，众所周知，在中毒的模式中溅射TiN，使用常规的HCM溅射设备100，使用约30sccm的Ar流量和约70sccm的N2流量(亦即使用小于N2流量的Ar流量)。众所周知，与金属的TiN模式溅射相比，中毒的TiN模式溅射可以显示出优越的扩散阻挡层性能和产生较少的颗粒。即使使用根据图1上述的常规类型的HCM溅射设备100，众所周知利用该方法可以出现几种问题。图2-4说明与在较高密度的集成电路衬底中形成的接触孔相关的一些公共问题。高密度的接触孔可以具有较高的高宽比，以致与接触孔的宽度相比接触孔的深度较深。众所周知，在高的高宽比接触孔中完全形成导电材料可能是困难的。例如，图2说明衬底200上的绝缘层205，绝缘层205具有在其中形成的杂质掺杂区203，杂质掺杂区203被接触孔露出。在接触孔中和杂质掺杂区203的露出表面上形成扩散阻挡层207(如TiN扩散阻挡层)。在接触孔中包括的扩散阻挡层207上形成导电层209。根据图2，因为接触孔高的高宽比，在接触孔中可能形成空隙211，因为悬垂部分215的形成可能阻挡在接触孔中进一步淀积导电层209。例如，在Lee等人的、名称为Method of Selectively Depositing a MetalLayer in an Opening in a Dielectric Layer by Forming a Metal-Deposition-Prevention Layer Around the Opening of the Dielectric Layer的美国专利号6,432,820中也论述了在接触孔中形成金属层，在此将其内容全部引入作为参考。图3示出了使用HCM溅射在高的高宽比接触孔中淀积导电层的过程中可以导致的另一类缺陷。在衬底300的露出杂质区303上的绝缘层305中的接触孔上可以完全形成导电层309，由此形成空隙311。由此，图2和3中所示的缺陷类型是使用常规的HCM溅射可能发生的同一类问题的变型。图4说明在衬底400上的介质层405中形成的接触孔402，露出其中的掺杂杂质区407。具体，接触孔402最初形成在台阶区域416中，台阶区域416具有比随后形成的接触孔402更宽的开口。台阶区域416的形成有时可以形成作为一种措施，以减轻图2和3所示的问题。但是，台阶区域416的使用可能导致“遮蔽”效果，在接触孔402中可以产生悬垂部分415，这可以导致在接触孔中的导电层中形成空隙。具体，如图4所示，接触孔402的侧壁部分404可能被露出，以致由于悬垂部分415，在其上没有淀积导电层409。
技术实现思路
根据专利技术的实施例可以提供在接触孔中形成金属-氮化物层的方法及如此形成的层。依据这些实施例，在集成电路中形成金属层的方法可以包括在凹槽中形成金属-氮化物层，包括在凹槽底部的金属-氮化物层中的第一氮浓度，第一氮浓度小于紧邻凹槽开口的金属-氮化物层中的第二氮浓度。在凹槽中包括的金属-氮化物层上形成金属层。在根据专利技术的某些实施例中，为了形成金属-氮化物层，可以使用W、Ti和/或Ta。在根据本专利技术的某些实施例中，形成金属-氮化物层包括以约3.0秒至约10.0秒的时间间隔溅射钛靶。在根据本专利技术的某些实施例中，形成金属-氮化物层包括使用金属模式中的中空阴极磁控管以约4.0秒至约6.0秒溅射钛靶。在根据本专利技术的某些实施例中，形成金属-氮化物层包括形成具有锥形厚度的金属-氮化物层，锥形厚度包括在底部的第一厚度，第一厚度约为紧邻开口的第二厚度的百分之十或更小。在根据本专利技术的某些实施例中，形成具有锥形厚度的金属-氮化物层包括形成金属-氮化物层，以提供约50埃以下的第二厚度和约5.0埃以下的第一厚度。在根据本专利技术的某些实施例中，形成金属-氮化物层包括形成具有锥形厚度的金属-氮化物层，锥形厚度包括在底部的第一厚度和紧邻开口、大于第一厚度的第二厚度。在根据本专利技术的某些实施例中，金属-氮化物层的锥形厚度具有随金属-氮化物层从底部向开口延伸而逐渐增加的厚度。在根据本专利技术的某些实施例中，形成金属-氮化物层包括使用金属模式中空-阴极-磁控管(HCM)溅射在凹槽中形成富Ti-TiN层。在根据本专利技术的某些实施例中，使用金属模式在凹槽中形成富Ti-TiN层还包括在HCM溅射过程中以不同的流量引入Ar和N2。在根据本专利技术的某些实施例中，使用金属模式在凹槽中形成富Ti-TiN层还包括在溅射过程中以大于N2气流量的流量引入Ar气。在根据本专利技术的某些实施例中，在溅射过程中以大于N2气流量的流量引入Ar气包括以约135sccm的流量引入Ar和以约28sccm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在集成电路中形成金属层的方法，包括：在凹槽中形成金属－氮化物层，包括在凹槽底部的金属－氮化物层中的第一氮浓度，第一氮浓度小于紧邻凹槽开口的金属－氮化物层中的第二氮浓度；以及在凹槽中包括的金属－氮化物层上形成金属层。

【技术特征摘要】
KR 2004-5-25 10-2004-0037328;US 2005-3-18 11/084,51.一种在集成电路中形成金属层的方法，包括在凹槽中形成金属-氮化物层，包括在凹槽底部的金属-氮化物层中的第一氮浓度，第一氮浓度小于紧邻凹槽开口的金属-氮化物层中的第二氮浓度；以及在凹槽中包括的金属-氮化物层上形成金属层。2.根据权利要求1的方法，其中形成金属-氮化物层包括，使用W、Ti和/或Ta形成金属-氮化物层。3.根据权利要求1的方法，其中形成金属-氮化物层包括，以约3.0秒至约10.0秒的时间间隔溅射钛靶。4.根据权利要求1的方法，其中形成金属-氮化物层包括，使用金属模式中的中空阴极磁控管以约4.0秒至约6.0秒的时间间隔溅射钛靶。5.根据权利要求1的方法，其中形成金属-氮化物层包括，形成具有锥形厚度的金属-氮化物层，包括在底部的第一厚度和紧邻开口的第二厚度，第一厚度约为第二厚度的百分之十或更小。6.根据权利要求5的方法，其中形成具有锥形厚度的金属-氮化物层包括形成金属-氮化物层，以提供约50埃以下的第二厚度和约5.0埃以下的第一厚度。7.根据权利要求1的方法，其中形成金属-氮化物层包括形成具有锥形厚度的金属-氮化物层，锥形厚度包括在底部的第一厚度和紧邻开口、大于第一厚度的第二厚度。8.根据权利要求7的方法，其中金属氮化层的锥形厚度包括随金属-氮化物层从底部朝着开口延伸而逐渐增加的厚度。9.根据权利要求1的方法，其中形成金属-氮化物层包括，使用金属模式中空-阴极-磁控管(HCM)溅射在凹槽中形成富Ti-TiN层。10.根据权利要求9的方法，其中使用金属模式在凹槽中形成富Ti-TiN层还包括在HCM溅射过程中以不同的流量引入Ar和N2。11.根据权利要求9的方法，其中使用金属模式在凹槽中形成富Ti-TiN层还包括在溅射过程中以大于N2气流量的流量引入Ar气。12.根据权利要求11的方法，其中在溅射过程中以大于N2气流量的流量引入Ar气包括，以约135sccm的速率引入Ar和约28sccm的速率引入N2。13.根据权利要求9的方法，其中使用金属模式中空-阴极-磁控管(HCM)溅射在凹槽中形成富Ti-TiN层还包括，使与Ti靶相关的阴极保持约20千瓦至约40千瓦的功率。14.根据权利要求1的方法，其中形成金属-氮化物层还包括使HCM的内部区域中保持约150℃和约350℃的温度。15.根据权利要求1的方法，其中形成金属层包括，在相对于形成金属-氮化物层没有真空破坏的条件下形成CVD-Al层。16.根据权利要求1的方法，其中形成金属层包括，在约120℃至约130℃的温度下和在约5.0乇至约10.0乇的压力下和以约300sccm至约500sccm的流量提供Ar气，形成CVD-Al层。17.根据权利要求1的方法，其中形成金属-氮化物层包括以约4和10秒之间的时间间隔，与N2相比使用更大流量的Ar，在包括凹槽的衬底上溅射Ti靶；以及在时间间隔流逝之后，停止溅射Ti靶。18.一种在集成电路中形成金属层的方法，包括在衬底的凹槽中形成TiN湿润层，包括在凹槽底部的湿润层中的第一N2浓度，第一N2浓度小于紧邻凹槽开口的湿润层中的第二N2浓度；以及使用化学气相淀积在TiN湿润...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩成镐，崔吉铉，李相遇，金洛焕，崔庆寅，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]