[發明專利]氮化鈦薄膜濺射方法以及半導體器件制造方法

無效

• 申請號: 201110379532.7
• 申請日: 2011-11-24
• 公開（公告）號: CN102394218A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 韓曉剛;陳建維
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/203
• 分類號: H01L21/203;H01L21/02
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 陸花

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，更具體地說，本發明涉及一種氮化鈦薄膜濺射方法、以及采用了該氮化鈦薄膜濺射方法的半導體器件制造方法。

背景技術

物理氣相沉積(phisical?vapor?deposition，簡稱PVD)是半導體制造過程中常見的一種工藝。具體地說，物理氣相沉積技術指的是在真空條件下，采用物理方法，將材料源(固體或液體)表面氣化成氣態原子、分子或部分電離成離子，并通過低壓氣體(或等離子體)過程，在基體表面沉積具有某種特殊功能的薄膜的技術。物理氣相沉積的主要方法有，真空蒸鍍、濺射鍍膜、電弧等離子體鍍、離子鍍膜，及分子束外延等。

但是，在65nm及以下的工藝流程中，物理氣相沉積法沉積的氮化鈦(TiN)金屬薄膜被廣泛應用為金屬硬掩模工藝，通過在10kw-19k的功率、5sccm-10sccm的氬氣流量、2mtorr-4mtorr的壓力下制備傳統的氮化鈦金屬膜，由此形成的氮化鈦薄膜具有很高的應力(具體地，應力一般為-1Gpa--2Gpa)，由此會造成掩模金屬線條彎曲等問題。

具體地，如圖1所示，其中示出了根據現有的氮化鈦薄膜制造方法造成的掩模金屬線條彎曲的示圖。其中，標號A示出了掩模金屬線條彎曲比較嚴重的部分。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在上述缺陷，提供一種能夠減少所制成的氮化鈦的應力的氮化鈦薄膜濺射方法、以及采用了該氮化鈦薄膜濺射方法的半導體器件制造方法。

根據本發明的第一方面，提供了一種氮化鈦薄膜濺射方法，其包括：在充氬氣和氮氣的真空條件下，使氬氣進行輝光放電，這時使氬原子電離成氬離子；利用氮氣將鈦靶材表面氮化；使氬離子在電場力的作用下，加速轟擊鈦靶材的表面，其中由于鈦靶材表面被氮氣氮化成氮化鈦，因此，濺射下來的原子為氮化鈦原子；濺射下來的氮化鈦原子在電磁場的作用下落在晶圓上，形成氮化鈦薄膜。

優選地，所述氮化鈦薄膜濺射的工藝條件為：4-8kw的濺射功率，60sccm?80sccm的氬氣流量，9mt?34mt的壓力。

利用根據本發明的第一方面的氮化鈦薄膜濺射方法，通過調整物理沉積過程中氬氣流量、氮氣流量、壓力、濺射功率等工藝參數，降低了氮化鈦薄膜的應力，達到較高的工藝的需求。

根據本發明的第二方面，提供了一種采用了根據本發明第一方面所述的氮化鈦薄膜濺射方法的半導體器件制造方法。

由于采用了根據本發明第一方面所述的氮化鈦薄膜濺射方法，因此，本領域技術人員可以理解的是，根據本發明第二方面的半導體器件制造方法同樣能夠實現根據本發明的第一方面的氮化鈦薄膜濺射方法所能實現的有益技術效果。即，通過調整物理沉積過程中氬氣流量、氮氣流量、壓力、濺射功率等工藝參數，降低了氮化鈦薄膜的應力，達到較高的工藝的需求。

附圖說明

結合附圖，并通過參考下面的詳細描述，將會更容易地對本發明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優點和特征，其中：

圖1示意性地示出了根據現有的氮化鈦薄膜制造方法造成的掩模金屬線條彎曲的示圖。

圖2示意性地示出了根據本發明實施例的氮化鈦薄膜濺射方法的示意圖。

圖3示意性地示出了相同功率條件下、以不同的氬氣/氮氣比例實驗得到的氮化鈦薄膜應力。

圖4示意性地示出了相同氣體流量、相同壓力條件下以不同濺射功率實驗得到的氮化鈦薄膜應力。

需要說明的是，附圖用于說明本發明，而非限制本發明。注意，表示結構的附圖可能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類似的元件標有相同或者類似的標號。

具體實施方式

為了使本發明的內容更加清楚和易懂，下面結合具體實施例和附圖對本發明的內容進行詳細描述。

本發明實施例提供了一種通過調整物理沉積過程中氬氣、氮氣、濺射功率等工藝參數來降低氮化鈦薄膜的應力以達到較高工藝需求的氮化鈦薄膜濺射方法。

具體地，可采用與物理氣相沉積金屬鈦相同的設備的反應腔體來完成金屬氮化鈦的濺射。

金屬鈦濺射通過氬氣等離子化，氬離子撞擊鈦靶表面，鈦原子在電磁場作用下沉積在硅片表面。具體地，濺射鍍膜基本原理是：在充氬(Ar)氣的真空條件下，使氬氣進行輝光放電，這時氬(Ar)原子電離成氬離子(Ar+)，氬離子在電場力的作用下，加速轟擊以鍍料制作的陰極靶材，靶材會被濺射出來而沉積到工件表面。