通孔的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種通孔的制作方法，包括如下步驟：步驟1.深通孔刻蝕；步驟2.第一層阻擋層的形成；具體的為包括Ti層和TiN層，其中Ti層采用金屬物理濺射成膜方式形成，在Ti層的形成過(guò)程中，在襯底上施加一個(gè)變化的偏壓，所述偏壓由大到小逐步降壓直至Ti層完成；步驟3.退火處理；步驟4.通孔鎢填充；步驟5.鎢和第一層阻擋層刻蝕；步驟6.第二層阻擋層的形成。本發(fā)明能減少在濺射過(guò)程中高速鈦金屬離子對(duì)鈦層損傷，增加金屬鈦層和襯底的結(jié)合強(qiáng)度，達(dá)到提高阻擋層與襯底的粘結(jié)性。
【專利說(shuō)明】通孔的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路制造工藝方法，特別是涉及一種通孔的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]20世紀(jì)60年代以來(lái)，隨著半導(dǎo)體工業(yè)的迅速崛起，濺射技術(shù)獲得廣泛應(yīng)用，這種技術(shù)在集成電路生產(chǎn)工藝中，用于沉積集成電路中晶體管的金屬電極層。Ti/TiN復(fù)合膜由于具有優(yōu)質(zhì)的電學(xué)和力學(xué)性能，經(jīng)常作為半導(dǎo)體工藝中的阻擋層使用。
[0003]如圖1所示，通過(guò)正交試驗(yàn)得出，隨著襯底負(fù)偏壓的增加基膜的結(jié)合力明顯增加，這是因?yàn)殡S著負(fù)偏壓的增大，增加了沉積離子的能量和數(shù)量，使基體表面轟擊作用加強(qiáng)，提高偽擴(kuò)散層的形成和寬化，在高偏壓下，隨著膜厚的增加基膜結(jié)合力有下降的趨勢(shì)，主要原因就是負(fù)偏壓越高，等離子獲得的能量就越高，從而對(duì)襯底表面產(chǎn)生更深的偽擴(kuò)散層，增加膜結(jié)合力和硬度，但是高能量離子在轟擊薄膜表面時(shí)，會(huì)把能量傳遞給襯底，造成襯底溫度升高，造成襯底退火，從而影響襯底硬度下降，導(dǎo)致膜層硬度下降；同時(shí)由于轟擊離子能量較高，在轟擊薄膜表面時(shí)會(huì)將成膜Ti層造成缺陷，從而降低Ti層與襯底的結(jié)合力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種通孔的制作方法，能減少高速鈦金屬離子對(duì)鈦層損傷，增加金屬鈦層和襯底的結(jié)合強(qiáng)度，達(dá)到提高阻擋層與襯底的粘結(jié)性。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的一種通孔的制作方法，包括如下步驟:
[0006]步驟1、深通孔刻蝕；
[0007]步驟2、第一層阻擋層的形成；具體的為包括Ti層和TiN層，其中Ti層采用金屬物理濺射成膜方式形成，在Ti層的形成過(guò)程中，在襯底上施加一個(gè)變化的偏壓，所述偏壓由大到小逐步降壓直至Ti層完成；
[0008]步驟3、退火處理；
[0009]步驟4、通孔鶴填充；
[0010]步驟5、鎢和第一層阻擋層刻蝕；
[0011]步驟6、第二層阻擋層的形成。
[0012]進(jìn)一步的，步驟2中所述的偏壓，其最大偏壓值為100-500V，持續(xù)時(shí)間為5-60S，最小偏壓值為40-100V，持續(xù)時(shí)間為5-60S。
[0013]進(jìn)一步的，步驟2中所述的偏壓為直流、交流或者脈沖電壓中的一種或幾種。
[0014]進(jìn)一步的，步驟2中所述的降壓，其降壓方式為電阻降壓或程序降壓。
[0015]進(jìn)一步的，步驟2中所述TiN層采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積工藝形成，沉積溫度為200-600°C，壓力為1-10托；所述金屬物理濺射成膜方式，濺射溫度為100-500°C，壓力在1-10 托。
[0016]進(jìn)一步的，步驟2中所述Ti層的厚度為500-1000nm ;所述TiN層的厚度為10_200nm。
[0017]進(jìn)一步的，步驟3中所述退火處理，具體為采用快速熱處理工藝，熱處理溫度為500-800°C，壓力為500-1000托，處理時(shí)間為10-60S。
[0018]進(jìn)一步的，步驟4中所述通孔鎢填充，具體為采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積工藝進(jìn)行鎢填充，沉積溫度200-500°C，壓力為20-200托。
[0019]進(jìn)一步的，步驟5中所述鎢和第一層阻擋層刻蝕，具體為采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝除去層間介質(zhì)膜表面鎢及其層間介質(zhì)膜表面第一層阻擋層即停止刻蝕。
[0020]進(jìn)一步的，步驟6中所述第二層阻擋層的形成，具體為包括Ti層及TiN層，其中所述Ti層采用金屬物理濺射成膜工藝形成，所述Ti層厚度為10-200nm，濺射溫度為100-500°C，壓力在1-10托；其中所述TiN層的厚度為10_200nm，采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積工藝，沉積溫度為200-600°C，壓力為1-10托。
[0021]本發(fā)明通孔的制作方法通過(guò)對(duì)襯底偏壓的改造，減少在濺射過(guò)程中高速鈦金屬離子對(duì)鈦層損傷，增加金屬鈦層和襯底的結(jié)合強(qiáng)度，達(dá)到提高阻擋層與襯底的粘結(jié)性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明:
[0023]圖1是公知的Ti層與襯底結(jié)合力正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖；
[0024]圖2是本發(fā)明通孔的制作方法流程示意圖；
[0025]圖3a_3f是本發(fā)明通孔的制作方法每一個(gè)步驟后的結(jié)構(gòu)示意圖；
`[0026]圖4是利用本發(fā)明通孔的制作方法制作的通孔Ti層與襯底結(jié)合力正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖；
[0027]圖5a_5c是公知的方法與本發(fā)明方法制作的通孔Ti層與襯底結(jié)合效果圖。
[0028]主要附圖標(biāo)記說(shuō)明:
[0029]襯底31層間介質(zhì)膜32
[0030]Ti 層 33TiN 層 34
[0031]鎢35Ti 層 36
[0032]TiN 層 37
【具體實(shí)施方式】
[0033]為使貴審查員對(duì)本發(fā)明的目的、特征及功效能夠有更進(jìn)一步的了解與認(rèn)識(shí)，以下配合附圖詳述如后。
[0034]本發(fā)明提供一種通孔的制作方法，其具體的流程如圖2、圖3a_3f所示，包括如下步驟:
[0035]步驟1、深通孔刻蝕，該步驟按本領(lǐng)域常規(guī)工藝，首先在襯底31上沉積層間介質(zhì)膜32，然后采用刻蝕工藝刻蝕部分層間介質(zhì)膜32和襯底31形成深通孔，如圖3a所示。
[0036]步驟2、第一層阻擋層的形成；具體的為采用Ti層33加TiN層34形成，其中Ti層33的厚度為500-1000mm，采用金屬物理濺射成膜方式形成，濺射溫度為100-500°C，壓力在1-10托(torr)，在Ti層33的形成過(guò)程中，在襯底31上施加一個(gè)變化的偏壓，偏壓由大到小逐步降壓直至Ti層33工藝完成，其中最大偏壓值為100-500V，持續(xù)時(shí)間為5-60S，最小偏壓值為40-100V，持續(xù)時(shí)間為5-60S，所述偏壓可以為直流、交流或者脈沖電壓中的一種或幾種，其降壓方法包括但不限于電阻降壓及程序降壓等手段，如圖3b所示；其中TiN層34的厚度為10_200nm，采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積工藝，沉積溫度為200-600°C，壓力為1_10托(torr)，如圖3c所示。
[0037]步驟3、退火處理；具體為采用快速熱處理工藝，熱處理溫度為500-800°C，壓力為500-1000 托(torr)，處理時(shí)間為 10-60S。
[0038]步驟4、通孔鎢填充；具體為采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積工藝進(jìn)行鎢35填充，沉積溫度200-500 °C，壓力為20-200托(torr)，如圖3d所示。
[0039]步驟5、鎢和第一層阻擋層刻蝕；具體為采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝除去層間介質(zhì)膜32表面鎢及層間介質(zhì)膜32表面第一層阻擋層即停止刻蝕，如圖3e所示。
[0040]步驟6、第二層阻擋層的形成，具體為采用Ti層36加TiN層37形成，其中Ti層36采用金屬物理濺射成膜工藝形成，Ti層36厚度為10-200nm，濺射溫度為100-500°C，壓力在1-1Otorr ;其中TiN層37的厚度為10_200nm，采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積工藝，沉積溫度為200-600°C，壓力為Ι-lOtorr，如圖3f。
[0041]如圖4所示，為利用本發(fā)明通孔的制作方法制作的通孔Ti層與襯底結(jié)合力正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖；其中，實(shí)驗(yàn)I為對(duì)襯底施加偏壓300V維持10s，然后減小為IOOv維持20s ?’實(shí)驗(yàn)2為對(duì)襯底施加偏壓400v維持10s，然后減小為IOOv維持20s ;可以看出其中Ti層與襯底的結(jié)合力相對(duì)于圖1中的數(shù)據(jù)有了較大的增加，達(dá)到了提高第一層阻擋層與襯底的粘結(jié)性的目的。此處所述的Ti層為第一層阻擋層中的Ti層。
[0042]如圖5a_5c所不,分別表不對(duì)襯底施加低偏壓、高偏壓時(shí)Ti層與襯底的結(jié)合不意圖及本發(fā)明Ti層與襯底的結(jié)合示意圖。對(duì)比圖5a_5c可以看出，利用本發(fā)明方法形成的通孔，其Ti層與襯底的結(jié)合效果較好。此處所述的Ti層為第一層阻擋層中的Ti層。
[0043]以上通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但這些并非構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種通孔的制作方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1、深通孔刻蝕； 步驟2、第一層阻擋層的形成；具體的為包括Ti層和TiN層，其中Ti層采用金屬物理濺射成膜方式形成，在Ti層的形成過(guò)程中，在襯底上施加一個(gè)變化的偏壓，所述偏壓由大到小逐步降壓直至Ti層完成； 步驟3、退火處理； 步驟4、通孔鎢填充； 步驟5、鎢和第一層阻擋層刻蝕； 步驟6、第二層阻擋層的形成。
2.如權(quán)利要求1所述的通孔的制作方法，其特征在于，步驟2中所述的偏壓，其最大偏壓值為100-500V，持續(xù)時(shí)間為5-60S，最小偏壓值為40-100V，持續(xù)時(shí)間為5-60S。
3.如權(quán)利要求1所述的通孔的制作方法，其特征在于，步驟2中所述的偏壓為直流、交流或者脈沖電壓中的一種或幾種。
4.如權(quán)利要求1所述的通孔的制作方法，其特征在于，步驟2中所述的降壓，其降壓方式為電阻降壓或程序降壓。
5.如權(quán)利要求1所述的通孔的制作方法，其特征在于，步驟2中所述TiN層采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積工藝形成，沉積溫度為200-600°C，壓力為1-10托；所述金屬物理濺射成膜方式，濺射溫度為100-500°C，壓力在1-10托。
6.如權(quán)利要求1所述的通孔的制作方法，其特征在于，步驟2中所述Ti層的厚度為500-1000nm ;所述 TiN 層的厚度為 10_200nm。
7.如權(quán)利要去I所述的通孔的制作方法，其特征在于，步驟3中所述退火處理，具體為采用快速熱處理工藝，熱處理溫度為500-800°C，壓力為500-1000托，處理時(shí)間為10-60S。
8.如權(quán)利要去I所述的通孔的制作方法，其特征在于，步驟4中所述通孔鎢填充，具體為采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積工藝進(jìn)行鎢填充，沉積溫度200-500°C，壓力為20-200托。
9.如權(quán)利要去I所述的通孔的制作方法，其特征在于，步驟5中所述鎢和第一層阻擋層刻蝕，具體為采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝除去層間介質(zhì)膜表面鎢及其層間介質(zhì)膜表面第一層阻擋層即停止刻蝕。
10.如權(quán)利要去I所述的通孔的制作方法，其特征在于，步驟6中所述第二層阻擋層的形成，具體為包括Ti層及TiN層，其中所述Ti層采用金屬物理濺射成膜工藝形成，所述Ti層厚度為10-200nm，濺射溫度為100-500°C，壓力在1_10托；其中所述TiN層的厚度為10-200nm，采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積工藝，沉積溫度為200-600°C，壓力為1_10托。
【文檔編號(hào)】C23C28/00GK103811411SQ201210453955
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月13日
【發(fā)明者】劉善善, 費(fèi)強(qiáng), 李曉遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司