[發明專利]芯片的阻擋層及其制備方法

有效

• 申請號: 201510801891.5
• 申請日: 2015-11-19
• 公開（公告）號: CN106783800B
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 榮延棟;鄭金果;侯玨;盧平元;夏威;王厚工;丁培軍
• 申請（專利權）人: 北京北方華創微電子裝備有限公司
• 主分類號: H01L23/532
• 分類號: H01L23/532;H01L21/768
• 代理公司: 北京薈英捷創知識產權代理事務所(普通合伙) 11726
• 代理人: 左文;段志慧

本發明提供了一種芯片的阻擋層及其制備方法，涉及半導體技術領域，用于提高阻擋層的阻擋作用，并且不會增加甚至可以減少濺射鍍膜機臺的維護次數。其中所述基片上的阻擋層為單層金屬薄膜結構或者多層金屬薄膜層疊的結構，且所述阻擋層中至少一層金屬薄膜具有非晶結構。前述芯片的阻擋層設置于導電層與基片之間，用于防止導電層與基片之間的擴散。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種芯片的阻擋層及其制備方法。

背景技術

在集成電路芯片制造技術中，應用物理或化學的方法在基片上沉積導電金屬薄膜的過程稱為金屬化，通過金屬化能夠形成互連的金屬線和對集成電路的孔填充塞。通常進行金屬化需要在基片上層疊兩種金屬膜層：阻擋層和導電層，其中阻擋層位于導電層與基片之間，阻擋層的主要作用為防止導電層與基片之間的擴散，導電層主要起導電作用。

常見的，用于形成阻擋層的金屬薄膜為TiW(鈦鎢，10％鈦和90％鎢的合金)薄膜，制備TiW薄膜的過程大致為：將基片置于濺射鍍膜機臺的腔室內的下方，腔室內的上方設置有TiW合金靶材，向腔室內通入Ar(氬)氣作為濺射氣體，Ar氣在腔室內形成Ar等離子體，Ar等離子體對TiW合金靶材產生轟擊作用，使TiW合金靶材中的原子脫離靶材表面，進而沉積到基片上形成TiW薄膜。

由于TiW合金為一種柱狀晶體，因此在形成TiW薄膜的時候，會導致結構類似“樹林”的柱狀晶體的TiW薄膜中存在縫隙，如圖1所示，從而造成阻擋層2的阻擋作用減弱。為了提高阻擋層2的阻擋作用，往往需要制備厚度D比較厚的TiW薄膜，例如厚度D在300nm以上。

但是，請再次參見圖1，圖1中TiW薄膜的厚度D為545nm，隨著TiW薄膜厚度D的增加，TiW薄膜的柱狀晶體結構也越來越明顯，阻擋作用并沒有得到本質上的改善。另一方面，當制備的TiW薄膜的厚度D較厚時，會在腔室內壁上留下較厚的TiW合金材料，由于TiW合金是一種應力比較大金屬，因此腔室內壁上留下的TiW合金材料極易開裂并剝落，從而在所制備的TiW薄膜上形成顆粒。為了避免顆粒的形成，只有增加濺射鍍膜機臺的維護次數，以及時去除腔室內壁上留下的TiW合金材料，這不僅造成人力成本的增加，而且維護次數的增加意味著利用靶材進行暖機的次數增加，導致相當一部分靶材浪費在暖機工序上，降低了靶材的利用率，導致生產成本的增加。

發明內容

為克服上述現有技術中的缺陷，本發明提出一種芯片的阻擋層及其制備方法，不僅能夠提高阻擋層的阻擋作用，而且不會增加甚至可以減少濺射鍍膜機臺的維護次數。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明的第一方面提供了一種芯片的阻擋層，所述阻擋層為單層金屬薄膜結構或者多層金屬薄膜層疊的結構，且所述阻擋層中至少一層金屬薄膜具有非晶結構。

本發明所提供的阻擋層中包括具有非晶結構的金屬薄膜，這種金屬薄膜具有無定形的結構特征，在薄膜的生長過程中，晶體的生長并不是沿著特殊的方向生長，而是無序生長，因此具有非晶結構的金屬薄膜內部不會產生像TiW薄膜的柱狀晶體結構所產生的縫隙，阻擋層中包括具有非晶結構的金屬薄膜能夠有效的減少縫隙，從而提高阻擋作用，進而也就無需通過增大阻擋層的厚度來提高阻擋作用，避免了由此引起的濺射鍍膜機臺維護次數增多的問題。

基于上述芯片的阻擋層，可選的，當所述阻擋層的結構為多層金屬薄膜層疊的結構時，所述阻擋層中至少一層金屬薄膜可具有晶體結構，具有晶體結構的金屬薄膜與具有非晶結構的金屬薄膜可交替設置。

進一步的，具有晶體結構的金屬薄膜可為TiW薄膜、Ti(鈦)薄膜、W(鎢)薄膜、Ta(鉭)薄膜、Mo(鉬)薄膜、Co(鈷)薄膜或Pt(鉑)薄膜。

進一步的，具有非晶結構的金屬薄膜可為TiWN(鈦鎢氮)薄膜。