在半导体基底上形成氮化钛层的方法技术

本发明专利技术公开了一种在半导体基底上形成氮化钛层的方法，包括以下步骤：提供一半导体基底；对所述半导体基底进行预加热；将所述半导体基底移入反应腔，在所述半导体基底上淀积氮化钛层。该方法在没有增加制造成本和制程难度的前提下，利用反应腔对半导体基底进行预加热，从而使淀积到半导体基底上的氮化钛层具有良好稳定的低电阻，并且适用于工业上的批量生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，特别涉及一种在半导体基底上形成氮化钛层 的方法。
技术介绍
氮化钛(TiN)薄膜是目前工业研究和应用最为广泛的薄膜材料之一，它熔 点高，热稳定和抗蚀性好,并以其较高的硬度和低的电阻率，受到人们日益广泛 的关注。早期的氮化钛薄膜研究工作主要集中在外观色泽、硬度和耐高温、耐腐蚀 特性等方面。但最近，氮化钛膜作为金属层Cu或Al的扩散阻挡层在半导体器 件中的应用受到重视。根据阻挡层的定义，阻挡层要求在一定高温下能有效阻 止金属层金属的扩散，与金属层及介质有良好的结合，以及较小的接触电阻， 且在保持与金属层金属的热稳定的同时，阻挡层要尽可能薄。根据2000年更新 的半导体国际技术路线(ITRS)，从2005年起，阻挡层厚度达到10nm,到2014 年将达到4nm;阻挡层要有良好的台阶覆盖性、低应力、无针孔；扩散阻挡层 表面粗糙度越低越好。但由于在半导体制备工艺中薄膜厚度已和电子平均自由 程相当或更小，TiN薄膜的电阻率的实际值与体电阻率有较大差距。请参见图1,其所示为TiN薄膜层的方块电阻与半导体基底温度的关系图。 可以看出，半导体基底温度从40 。C上升到500 。C的过程中，TiN薄膜的电阻率 明显下降，曲线表明TiN薄膜电阻率随着半导体基底温度的升高而显著下降。这是因为在较低的半导体基底温度下，TiN薄膜的结晶情况较差，缺陷密度 较大，从而增加了载流子的散射，因此薄膜电阻率较高，导电性能差。随着半 导体基底温度的升高，被溅射出来的靶材Ti原子在基底吸附后仍有较大的动能， 原子表面扩散能力增加，薄膜容易有序结晶化和晶粒取向一致化，缺陷密度降 低，这导致载流子浓度的增大和迁移率的提高，从而使薄膜的导电能力大大的增力口。并且，当半导体基底温度较低时，Ti原子与N原子反应不完全，因此薄膜 中N/Ti原子比〈1，所以薄膜成分主要为Ti2N,还有部分Ti原子与半导体基底 Si反应生成TiSi2，导致薄膜电阻较大。而当半导体基底温度的升高时，有助于 溅射出来的Ti原子与N原子在半导体基底更好的反应，提高了 TiN薄膜中的 N/Ti原子比，从而提高了 TiN薄膜的导电性，薄膜的电阻随着P争低。然而，在现有技术中，请参见图2，在半导体基底上淀积TiN层，是直接将 半导体基底100放入到反应腔210溅射淀积TiN薄膜层，反应气体无法将热传 导到半导体基底上，此时的半导体基底处于较低的温度，因此，在半导体基底 上淀积形成的TiN薄膜层电阻较高，导电性能差。而要实现TiN薄膜层良好而 .稳定的低电阻，需要用新的机台进行制造，这就大大提高了制造成本，且增加 了制程工艺的难度。此外，在量产的过程中，由于每个半导体基底的温度不同， 因而所制造出来的TiN薄膜层的电阻也不同，大大影响了制造出的硅片的品质。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有技术中，由于在半导体基底上淀积的氮化钛(TiN)层 的电阻高，导电性能差，且生产出的各硅片的TiN层电阻不一致，因而不能满 足产品的要求等技术问题。有鉴于此，本专利技术提供一种在半导体基底上形成氮化钬层的方法，包括以 .下步骤提供一半导体基底；对所述半导体基底进行预加热；将所述半导体基底移入反应腔，在所述半导体基底上淀积氮化钛层。 进一步的，对所述半导体基底进行预加热是将所述半导体基底放入另 一反 应腔内进4亍预加热；进一步的，所述预加热的温度为100。C至500。C。 进一步的，在所述半导体基底上淀积氮化钛层的具体步骤 将所述反应腔抽真空； 向所述反应腔内通入氩气和氮气；通过溅射在所述半导体基底上形成氮化钛层。进一步的，所述反应腔抽真空，其压强为2.0x 10-4Pa至5.0x l(T4Pa。 进一步的，所述氩气的流量为15sccm至60sccm。 进一步的，所述氮气的流量为50sccm至150sccm。综上所述，本专利技术提供的，在没有增 加制造成本和制程难度的前提下，利用反应腔对半导体基底进行预加热，从而 使淀积到半导体基底上的氮化钛层具有良好稳定的低电阻，并且适用于工业上 的批量生产。附图说明图1所示为TiN薄膜层的方块电阻与半导体基底温度的关系图； 图2所示为现有技术中在半导体基底上形成TiN薄膜层的制程示意图； 图3A所示为本专利技术 一 实施例所提供的在半导体基底上形成TiN薄膜层的方 法流程图3B所示为本专利技术 一实施例所提供的在半导体基底上形成TiN薄膜层的制 程示意图4所示为利用现有技术和本专利技术实施例提供的方法生产的硅片上TiN薄 膜层的方块电阻的对比图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、特征更明显易懂，给出较佳实施例并结合附图，对本 专利技术作进一步说明。请参见图3A,其所示为为本专利技术一实施例所提供的在半导体基底上形成 TiN薄膜层的方法流程图。请结合参见图3B，该方法包括以下步骤S310提供一半导体基底100，在本实施例中半导体基底100为一硅片。 S320对所述半导体基底100进行预加热。在本实施例中，将所述半导体基底100放入与溅射淀积TiN层反应腔210 相邻的另一反应腔220内进行预加热，预加热的温度为10(TC至500。C。5随着半导体基底100温度的升高，在后续的溅射淀积TiN层的工艺中，被 溅射出来的靶材原子在基底吸附后仍有较大的动能，原子表面扩散能力增加， 薄膜容易有序结晶化和晶粒取向一致化，缺陷密度降低，这导致载流子浓度的 增大和迁移率的提高，从而使薄膜的导电能力大大的增加。并且当半导体基底温度的升高时，有助于溅射出来的Ti原子与N原子在半 导体基底更好的反应，提高了 TiN薄膜中的N/Ti原子比，从而提高了TiN薄膜 的导电性，薄膜的电阻随之降低。S330将所述半导体基底100移入反应腔210,在所述半导体基底200上淀 积氮化钛层。在本实施例中，将已经预加热到一定温度的半导体基底100,转移到反应腔 210中，需精确^没定转移的时间，防止半导体基底100在转移过程中，因转移时 间过长热量散失，而导致半导体基底100不能保持在精确的预热温度。当半导体基底100移入反应腔210时，将所述反应腔210抽真空，其压强 为2.0 x 10"Pa至5.0x 1()4pa左右；向所述反应腔内通入氩气和氮气，氩气和氮 气的流量分别为15至60sccm和50至150sccm;通过钛(Ti)原子濺射在所述 半导体基底上形成氮化钛层。由于此时，进行賊射的半导体基底100是经过预热的，因此，在所述半导 体基底200上淀积氮化钛层具有良好而稳定的低电阻。其原理请参见上文。请参见图4,其所示为利用现有技术和本专利技术实施例提供的方法生产的硅片 上TiN薄膜层的方块电阻的对比图。可以从图中看出，利用现有技术在多片硅片上淀积的TiN层，由于没有给 硅片进行预加热，导致TiN的方块电阻会因不同的硅片而差别很大，而利用本 专利技术实施例提供的，由于对多个硅片都进 行了预加热具有相同的温度，所生产出来的硅片的TiN的方块电阻较小且相对 稳定， 一直保持在120hms/sq,其电阻不会随不同的硅片而有很大差别，从而保 证了产品品质的一致性，提高了产品的良率。综上所述，本专利技术实施例所提供的， 在没有增加制造成本和制程难度的前提下，利用反应腔对半导体基底进行预加 热，从而使淀积到半导体基底本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在半导体基底上形成氮化钛层的方法，其特征在于，包括以下步骤：　提供一半导体基底；　对所述半导体基底进行预加热；　将所述半导体基底移入反应腔，在所述半导体基底上淀积氮化钛层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孔令芬，李春雷，
申请(专利权)人：上海宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]