專利名稱：粘合層及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硅半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及粘合層及其形成方法。

背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件制作工藝中，隨著半導(dǎo)體器件的高密度化和高集成化，采用多層 金屬內(nèi)連線工藝已成為許多集成電路所必須采用的方式。因此，實(shí)現(xiàn)硅襯底有源區(qū)與第 一層金屬層的電連接的接觸孔和實(shí)現(xiàn)各金屬層之間的電連接的通孔等用于層之間的電連 接的埋入技術(shù)變得越來(lái)越重要。在接觸孔的制作過(guò)程中，一般先在位于層之間的介電層上刻蝕出過(guò)孔并填充 Al、W、Cu等金屬以實(shí)現(xiàn)插塞(plug)。但是由于Al、W、Cu等金屬與介電層的粘附性 較差，且易與硅襯底發(fā)生反應(yīng)，因此在沉積Al、W、Cu等金屬之前通常在過(guò)孔的內(nèi)側(cè)沉 積成分為T(mén)i/TiN的粘合層(gluelayer)。Ti層粘附性較好，可以增強(qiáng)Al、W、Cu等金屬 與介電層間的粘附性，且Ti層與硅襯底反應(yīng)形成低電阻率的TiSi2可作為接觸層，而作為 阻擋層的TiN層可以阻擋上下層材料的交互擴(kuò)散。圖1為現(xiàn)有技術(shù)的形成有粘合層的接觸孔的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中，在硅襯底 (Si-sub) 11上形成有層間介電層12，且層間介電層12中形成有接觸孔13。在接觸孔13 中形成有粘合層。所述粘合層包括Ti膜14和TiN膜16。在硅襯底11與Ti膜14的界面 處，Si與Ti反應(yīng)形成低電阻率的TiSi2層15。Ti膜14通過(guò)使用Ti化合物氣體(如TiCl4) 和含H氣體(如H2)的化學(xué)氣相沉積(chemical vapor deposition, CVD)工藝形成。在Ti膜 14上，TiN膜16通過(guò)使用TiCl4等Ti化合物氣體以及NH3等含N和H的氣體的CVD工藝 形成。其中，TiCl4氣體與NH3氣體的化學(xué)反應(yīng)式為6TiCl4+8NH3 — 6TiN+24HCl+N2。 當(dāng)TiCl4氣體與NH3氣體的反應(yīng)比例小于6 8時(shí)，將得到富含N的TiN膜，而當(dāng)TiCl4 氣體與NH3氣體的反應(yīng)比例大于6 8時(shí)，將得到富含Ti的TiN膜。然而，在現(xiàn)有技術(shù) 中，通常使用較高的反應(yīng)比例的TiCl4氣體與NH3氣體，從而沉積得到富含Ti的TiN膜 16。此時(shí)，過(guò)量的TiCl4氣體將會(huì)侵蝕Ti膜14從而形成TiClx(χ為1 3)。由于TiClx 的作用，在硅襯底11與Ti膜14的界面處Ti將與更多的Si反應(yīng)形成過(guò)量的TiSi2,從而使 TiSi2 B 15的厚度過(guò)大，這將導(dǎo)致結(jié)漏電(junctionelectrical leakage)現(xiàn)象的產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種粘合層及其形成方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中在硅襯底 與粘合層的Ti膜的界面處生成過(guò)量TiSi2導(dǎo)致產(chǎn)生結(jié)漏電現(xiàn)象的問(wèn)題。本發(fā)明提供一種粘合層，包括Ti膜，形成于所述Ti膜上的富含N的第一 TiN 膜，以及形成于所述第一 TiN膜上的富含Ti的第二 TiN膜。本發(fā)明還提供了形成所述粘合層的方法，包括提供硅襯底；在所述硅襯底上 形成Ti膜；在所述Ti膜上形成富含N的第一 TiN膜；在所述第一 TiN膜上形成富含Ti 的第二 TiN膜。
進(jìn)一步的，使用Ti化合物氣體以及含N和H的氣體通過(guò)化學(xué)氣相沉積工藝形成 所述第一 TiN膜和所述第二 TiN膜。進(jìn)一步的，所述T i化合物氣體以及含N和H的氣體以第一反應(yīng)比例形成所述第 一TiN膜，而以第二反應(yīng)比例形成所述第二TiN膜，所述第一反應(yīng)比例小于所述第二反應(yīng) 比例。進(jìn)一步的，所述Ti化合物氣體為T(mén)iCl4。進(jìn)一步的，所述N化合物氣體為NH3。進(jìn)一步的，所述第一 TiN膜的厚度小于等于所述第二 TiN膜的厚度。進(jìn)一步的，所述第一 TiN膜的厚度不超過(guò)100埃。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的粘合層及其形成方法，通過(guò)在Ti膜上先形成富 含N的第一 TiN膜，再在所述第一 TiN膜上形成富含Ti的第二 TiN膜，有效地減少了在 硅襯底與Ti膜的界面處形成的TiSi2層的厚度，從而降低了結(jié)漏電現(xiàn)象的發(fā)生率。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的形成有粘合層的接觸孔的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為形成有根據(jù)本發(fā)明的粘合層的接觸孔的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、特征更明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的說(shuō)明。在背景技術(shù)中已經(jīng)提及，現(xiàn)有技術(shù)中在硅襯底與粘合層的Ti膜的界面處生成過(guò) 量TiSi2,導(dǎo)致結(jié)漏電現(xiàn)象的產(chǎn)生。本發(fā)明的核心思想在于，通過(guò)在Ti膜上先形成富含N的第一 TiN膜，再在所述 第一 TiN膜上形成富含Ti的第二 TiN膜，從而減少在硅襯底與Ti膜的界面處形成的TiSi2
層的厚度。圖2為形成有根據(jù)本發(fā)明的粘合層的接觸孔的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2中，在硅襯底 (Si-sub) 21上形成有層間介電層22，且層間介電層22中形成有接觸孔23。在接觸孔23 中形成有粘合層。所述粘合層包括Ti膜24，形成于所述Ti膜24上的富含N的第一 TiN 膜26，以及形成于所述第一 TiN膜26上的富含Ti的第二 TiN膜27。其中，在硅襯底21 與Ti膜24的界面處形成有TiSi2層25。下面描述形成如圖2所示的粘合層的方法，包括提供硅襯底(Si_sub)21 ；在 所述硅襯底21上形成Ti膜24 ；在所述Ti膜24上形成富含N的第一 TiN膜26 ；在所述 第一 TiN膜26上形成富含Ti的第二 TiN膜27。進(jìn)一步的，使用Ti化合物氣體以及含N和H的氣體通過(guò)CVD工藝形成所述第 一 TiN膜26和所述第二 TiN膜27。具體的，通過(guò)分別控制所述Ti化合物氣體以及含N 和H的氣體的流量，使之以第一反應(yīng)比例形成所述第一 TiN膜26，而以第二反應(yīng)比例形 成所述第二 TiN膜27，所述第一反應(yīng)比例小于所述第二反應(yīng)比例。在本實(shí)施例中，所 述Ti化合物氣體采用TiCl4,所述N化合物氣體采用NH3。此時(shí)，所述第一反應(yīng)比例為 15 500 6 8，所述第二反應(yīng)比例為6 8 170 100。
由于所述第一 TiN膜26的生成速度較慢，且非均勻度(non-uniformity，NU)較 高，因此，優(yōu)選的，所述第一 TiN膜26的厚度小于等于所述第二 TiN膜27的厚度。具 體的，所述第一 TiN膜26的厚度不超過(guò)100埃。表 權(quán)利要求
1.一種粘合層，其特征在于，包括Ti膜，形成于所述Ti膜上的富含N的第一 TiN 膜，以及形成于所述第一 TiN膜上的富含Ti的第二 TiN膜。
2.—種形成如權(quán)利要求1所述的粘合層的方法，其特征在于，包括 提供硅襯底；在所述硅襯底上形成Ti膜；在所述Ti膜上形成富含N的第一 TiN膜；在所述第一 TiN膜上形成富含Ti的第二 TiN膜。
3.如權(quán)利要求2所述的形成如權(quán)利要求1所述的粘合層的方法，其特征在于，使用Ti 化合物氣體和N化合物氣體通過(guò)化學(xué)氣相沉積工藝形成所述第一 TiN膜和所述第二 TiN膜。
4.如權(quán)利要求3所述的形成如權(quán)利要求1所述的粘合層的方法，其特征在于，所述Ti 化合物氣體和N化合物氣體以第一反應(yīng)比例形成所述第一 TiN膜，而以第二反應(yīng)比例形 成所述第二 TiN膜，所述第一反應(yīng)比例小于所述第二反應(yīng)比例。
5.如權(quán)利要求3所述的形成如權(quán)利要求1所述的粘合層的方法，其特征在于，所述Ti 化合物氣體為T(mén)iCl4。
6.如權(quán)利要求3所述的形成如權(quán)利要求1所述的粘合層的方法，其特征在于，所述N 化合物氣體為NH3。
7.如權(quán)利要求2所述的形成如權(quán)利要求1所述的粘合層的方法，其特征在于，所述第 一 TiN膜的厚度小于等于所述第二 TiN膜的厚度。
8.如權(quán)利要求2所述的形成如權(quán)利要求1所述的粘合層的方法，其特征在于，所述第 一 TiN膜的厚度不超過(guò)100埃。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種粘合層及其形成方法，通過(guò)在Ti膜上先形成富含N的第一TiN膜，再在所述第一TiN膜上形成富含Ti的第二TiN膜，有效地減少了在硅襯底與Ti膜的界面處形成的TiSi2層的厚度，從而降低了結(jié)漏電現(xiàn)象的發(fā)生率。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102024789SQ200910195839
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2009年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月17日
發(fā)明者宋興華, 李志超, 林保璋, 林藝輝, 陳亮 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司