扩大Ti/TiN应力窗口的工艺方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体器件制造领域，特别涉及一种扩大Ti/TiN应力窗口的工艺方 法。
【背景技术】
[0002] Ti/TiN膜，其具有高熔点、优异的抗氧化性、良好的电热传导性、与基底优良的结 合力等特点。在BCD工艺中，Ti/TiN常用于作为阻挡层金属，或者由于接触孔一般填充金属 钨，但钨与硅衬底之间的黏附性不强，需要中间黏附层来增强金属物与硅衬底之间的附着 性能，而Ti/TiN也是较佳的黏附层金属。Ti/TiN还具有减少电迀移的功能，在半导体制造工 艺中大量的使用。
[0003] Ti/TiN膜层较多地通过磁控溅射工艺形成。磁控溅射，是利用高能粒子溅射Ti靶， 使得Ti靶上的微观粒子被激发而逃逸出靶材表面，逃逸出的中性粒子在靶材附近被磁场所 束缚的电子离化形成Ti离子，Ti离子在阴极偏压的作用下定向向基体位置偏转同时与真空 腔室中被离化的氮离子一起沉积在娃基体上。磁控派射工艺的优点是:高能粒子沉积在基 体上呈颗粒状生长，保证了较好的膜基结合力，膜层致密度、均匀性的控制，有效提高了其 硬度等性能。但该技术也存在缺点：1、膜层生长过程中应力较大、缺陷较多容易造成膜层的 失效，对于厚膜的制备这种不足更容易凸显。2、高能粒子向基体材料的溅射和生长容易造 成基体的变形。Ti/TiN溅射完成以后，在热处理的时，如果温度控制出现稍微异常，极有可 能发生Ti/TiN剥离或鼓包，再经过CMP(Chemical Mechanical Polishing)处理时就会造成 钨剥离，进而造成晶圆报废。其形成的工艺流程大致包含:接触孔沟槽的刻蚀、淀积Ti/TiN 膜层、进行快速热处理。一般通过提高溅射时加热头的温度，可以适当改善因后续因应力变 化造成的剥离，但加热头的能力有限，且每次维护后温度都会出现波动（spec: 300~400 °C)，管控困难，且在收紧规格后亦出现了金属剥离的现象。如图1所示，图中右边为形貌正 常、贴附良好的膜层，而左边的是有缺陷的，图中圈注处与右边对比能明显看出表面附着的 钨出现了翘曲剥离现象，这会导致器件电性连接异常，导致器件失效。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种Ti/TiN成膜工艺方法，解决硅片翘曲导致 Ti/TiN膜层与硅之间剥离的问题。
[0005] 为解决上述问题，本发明所述的Ti/TiN成膜工艺方法，包含：
[0006] 第1步，形成器件之后，淀积介质膜层，进行接触孔沟槽的刻蚀；
[0007] 第2步，进行第一次快速热处理；
[0008] 第3步，淀积Ti/TiN膜层；
[0009]第4步，进行第二次快速热处理。
[0010]进一步地，所示第1步，介质膜层包含氧化娃层及硼磷娃玻璃;氧化娃厚度1000~ 1600A，硼磷硅玻璃厚度10Θ00~15Q_A;CMP完成后剩余介质膜层总厚度8000~12000A。
[0011]进一步地，所示第2步，第一次快速热处理的温度为650~690°C，工艺气体为氮气， 处理时间为20~50S。
[0012 ]进一步地，所示第3步，淀积T i / T i N膜层的厚度为T i厚度m()~3伽A，T i N厚度 500~1000A。
[0013]进一步地，所示第4步，第二次快速热处理的温度为650~690°C，工艺气体为氮气， 处理时间为20~50S。
[0014]本发明所述的Ti/TiN成膜工艺方法，在Ti/TiN膜形成之前，加入特殊的热处理，改 善晶圆表面环境，扩大了避免膜层剥离的工艺窗口。
【附图说明】
[0015] 图1是传统工艺中出现钨剥离的示意图。
[0016] 图2是本发明工艺与对比文件工艺效果对比图。
[0017]图3是本发明工艺流程示意图。
【具体实施方式】
[0018] 本发明所述的Ti/TiN成膜工艺方法，包含如下的工艺步骤：
[0019] 第1步，在器件的主体结构完成之后，淀积介质膜层。所述介质膜层包含氧化硅层 及硼磷硅玻璃;氧化硅厚度1000~1600A，硼磷硅玻璃厚度10000~15000Α β然后进行接触孔 沟槽的刻蚀，CMP完成后剩余介质膜层总厚度8000~12000Α。
[0020] 第2步，进行第一次快速热处理，处理的温度为650~690°C，工艺气体为氮气，处理 时间为20~50S。
[0021] 第3步，进行Ti/TiN的溅射工艺，淀积Ti/TiN膜层。淀积Ti/TiN膜层的厚度为Ti厚 度 100 ~30〇A，TiN 厚度 500 ~1000A。
[0022] 第4步，进行第二次快速热处理。处理的温度为650~690°C，工艺气体为氮气，处理 时间为20~50S。
[0023] 本发明所述的Ti/TiN成膜工艺方法，在Ti/TiN膜形成之前，加入一次特殊的热处 理，改善成膜前的晶圆的表面环境，通过增加 RTP工艺，如图2所示，可以把温度下限降低到 280°C也没有出现膜层剥落现象，扩大了避免膜层剥离的工艺窗口。本发明在形成埋层金属 之前优化硅片表面环境，较单一控制溅射温度更简洁有效。
[0024] 以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来 说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同 替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种扩大Ti/TiN应力窗口的工艺方法，其特征在于:包含如下的工艺步骤： 第1步，形成器件之后，淀积介质膜层，进行接触孔沟槽的刻蚀； 第2步，进行第一次快速热处理； 第3步，淀积Ti/TiN膜层； 第4步，进行第二次快速热处理。2. 如权利要求1所述的扩大Ti/TiN应力窗口的工艺方法，其特征在于:所示第1步，介质 膜层包含氧化娃层及棚憐娃玻璃；氧化娃厚度IQOO~1如化，棚憐娃玻璃厚度 10000~巧OOOA; CMP完成后剩余介质膜层总厚度800日~口000A。3. 如权利要求1所述的扩大Ti/TiN应力窗口的工艺方法，其特征在于:所示第2步，第一 次快速热处理的溫度为650~690°C，工艺气体为氮气，处理时间为20~50S。4. 如权利要求1所述的扩大Ti/TiN应力窗口的工艺方法，其特征在于:所示第3步，淀积 Ti/TiN膜层的厚度为Ti厚度100~300A，TiN厚度日腑~10舶A。5. 如权利要求1所述的扩大Ti/TiN应力窗口的工艺方法，其特征在于:所示第4步，第二 次快速热处理的溫度为650~690°C，工艺气体为氮气，处理时间为20~50S。
【专利摘要】本发明公开了一种扩大Ti/TiN应力窗口的工艺方法，包含：第1步，形成器件之后，进行接触孔沟槽的刻蚀；第2步，进行第一次快速热处理；第3步，淀积Ti/TiN膜层；第4步，进行第二次快速热处理。本发明工艺在Ti/TiN膜形成之前，加入特殊的热处理，扩大了避免膜层剥离的工艺窗口，减小Ti/TiN膜层出现与硅基底剥离的概率。
【IPC分类】H01L21/768
【公开号】CN105514028
【申请号】CN201511026574
【发明人】卓红标, 李亮
【申请人】上海华虹宏力半导体制造有限公司
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月31日