本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種芯片的阻擋層及其制備方法。

背景技術(shù)：

在集成電路芯片制造技術(shù)中，應(yīng)用物理或化學(xué)的方法在基片上沉積導(dǎo)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(duì)集成電路的孔填充塞。通常進(jìn)行金屬化需要在基片上層疊兩種金屬膜層：阻擋層和導(dǎo)電層，其中阻擋層位于導(dǎo)電層與基片之間，阻擋層的主要作用為防止導(dǎo)電層與基片之間的擴(kuò)散，導(dǎo)電層主要起導(dǎo)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(jī)臺(tái)的腔室內(nèi)的下方，腔室內(nèi)的上方設(shè)置有TiW合金靶材，向腔室內(nèi)通入Ar(氬)氣作為濺射氣體，Ar氣在腔室內(nèi)形成Ar等離子體，Ar等離子體對(duì)TiW合金靶材產(chǎn)生轟擊作用，使TiW合金靶材中的原子脫離靶材表面，進(jìn)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(shí)候，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)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(qǐng)?jiān)俅螀⒁妶D1，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(jié)構(gòu)也越來越明顯，阻擋作用并沒有得到本質(zhì)上的改善。另一方面，當(dāng)制備的TiW薄膜的厚度D較厚時(shí)，會(huì)在腔室內(nèi)壁上留下較厚的TiW合金材料，由于TiW合金是一種應(yīng)力比較大金屬，因此腔室內(nèi)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(jī)臺(tái)的維護(hù)次數(shù)，以及時(shí)去 除腔室內(nèi)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(hù)次數(shù)的增加意味著利用靶材進(jìn)行暖機(jī)的次數(shù)增加，導(dǎo)致相當(dāng)一部分靶材浪費(fèi)在暖機(jī)工序上，降低了靶材的利用率，導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)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(huì)增加甚至可以減少濺射鍍膜機(jī)臺(tái)的維護(hù)次數(shù)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)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(jié)構(gòu)或者多層金屬薄膜層疊的結(jié)構(gòu)，且所述阻擋層中至少一層金屬薄膜具有非晶結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明所提供的阻擋層中包括具有非晶結(jié)構(gòu)的金屬薄膜，這種金屬薄膜具有無定形的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的金屬薄膜內(nèi)部不會(huì)產(chǎn)生像TiW薄膜的柱狀晶體結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的縫隙，阻擋層中包括具有非晶結(jié)構(gòu)的金屬薄膜能夠有效的減少縫隙，從而提高阻擋作用，進(jìn)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(jī)臺(tái)維護(hù)次數(shù)增多的問題。

基于上述芯片的阻擋層，可選的，當(dāng)所述阻擋層的結(jié)構(gòu)為多層金屬薄膜層疊的結(jié)構(gòu)時(shí)，所述阻擋層中至少一層金屬薄膜可具有晶體結(jié)構(gòu)，具有晶體結(jié)構(gòu)的金屬薄膜與具有非晶結(jié)構(gòu)的金屬薄膜可交替設(shè)置。

進(jìn)一步的，具有晶體結(jié)構(gòu)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(jìn)一步的，具有非晶結(jié)構(gòu)的金屬薄膜可為TiWN(鈦鎢氮)薄膜。

優(yōu)選的，所述阻擋層可包括一層具有非晶結(jié)構(gòu)的金屬薄膜和兩層具有晶體結(jié)構(gòu)的金屬薄膜，該具有非晶結(jié)構(gòu)的金屬薄膜設(shè)置于兩層具有晶體結(jié)構(gòu)的金屬薄膜之間。

在此基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述具有非晶結(jié)構(gòu)的金屬薄膜可為TiWN薄膜，所述具有晶體結(jié)構(gòu)的金屬薄膜可為TiW薄膜。

本發(fā)明的第二方面提供了一種芯片的阻擋層的制備方法，所述制備方法包括：采用濺射工藝制備TiW薄膜，制備時(shí)采用TiW合金作為靶材并加載直流功率，采用Ar氣作為濺射氣體；采用濺射工藝制備TiWN薄膜，制備時(shí)采用TiW合金作為靶材并加載直流功率，采用Ar氣和氮?dú)庾鳛闉R射氣體；其中，制備TiW薄膜的步驟和制備TiWN薄膜的步驟交替進(jìn)行。

采用本發(fā)明所提供的芯片的阻擋層的制備方法所制備的阻擋層包括交替層疊的TiW薄膜和TiWN薄膜，其中TiWN薄膜具有非晶結(jié)構(gòu)，在該薄膜生長的過程中，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TiWN薄膜內(nèi)部不會(huì)形成縫隙。由于TiWN薄膜與TiW薄膜交替設(shè)置，單層TiW薄膜的厚度不至于太厚，因此這種薄膜設(shè)置方式能夠有效地減小TiW薄膜內(nèi)部所形成的縫隙的大小，并減少縫隙的數(shù)量，從而提高阻擋層的阻擋作用，并且由于所制備的單層TiW薄膜的厚度減小，因此也就不會(huì)造成濺射鍍膜機(jī)臺(tái)維護(hù)次數(shù)的增加，甚至可以減少濺射鍍膜機(jī)臺(tái)的維護(hù)次數(shù)。此外，本發(fā)明所提供的制備方法制備TiW薄膜與制備TiWN薄膜所采用的靶材均為TiW合金，所采用的濺射氣體均包括Ar氣，在制備TiWN薄膜時(shí)僅需比制備TiW薄膜時(shí)多通入一路氮?dú)?，即可?shí)現(xiàn)TiW薄膜與TiWN薄膜的原位濺射鍍膜，制備方法簡單易行。

基于上述芯片的阻擋層的制備方法，可選的，制備鈦鎢薄膜時(shí)，氬氣的流量為5sccm～200sccm，直流功率為0～60kW，所制備的鈦鎢薄膜的厚度為5nm～300nm。

在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步的，制備鈦鎢薄膜時(shí)，氬氣的流量為20sccm，直流功率為5kW，所制備的鈦鎢薄膜的厚度為20nm。

可選的，制備鈦鎢氮薄膜時(shí)，氬氣的流量為5sccm～200sccm，氮?dú)獾牧髁繛?sccm～200sccm，直流功率為0～60kW，所制備的鈦鎢氮薄膜的厚度為5nm～300nm。

在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步的，制備鈦鎢氮薄膜時(shí)，氬氣的流量為20sccm，氮?dú)獾牧髁繛?0sccm，直流功率為5kW，所制備的鈦鎢氮薄膜厚度為10nm。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中采用TiW薄膜形成的阻擋層的掃描電鏡圖；

圖2為采用本發(fā)明實(shí)施例所提供的制備方法制備的阻擋層的掃描電鏡圖；

圖3為制備阻擋層的濺射鍍膜機(jī)臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖。

附圖標(biāo)記說明：

1-基片； 2-阻擋層；

D-厚度； 3-腔室；

4-磁鐵； 5-進(jìn)氣口；

6-直流電源； 7-基座；

8-TiW合金靶材； 9-偏置射頻電源；

10-抽氣口。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，均屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例一

本實(shí)施例提供了一種芯片的阻擋層，該阻擋層的結(jié)構(gòu)為單層金屬薄膜結(jié)構(gòu)或者多層金屬薄膜層疊的結(jié)構(gòu)，且該阻擋層所包括的金屬薄膜中至少一層為具有非晶結(jié)構(gòu)的金屬薄膜。也就是說，阻擋層的結(jié)構(gòu)可以為單層金屬薄膜結(jié)構(gòu)， 此時(shí)用于形成阻擋層的金屬薄膜為具有非晶結(jié)構(gòu)的金屬薄膜；阻擋層的結(jié)構(gòu)也可以為多層金屬薄膜層疊的結(jié)構(gòu)，此時(shí)用于形成阻擋層的多層金屬薄膜中至少有一層金屬薄膜具有非晶結(jié)構(gòu)。

具有非晶結(jié)構(gòu)的金屬薄膜具有結(jié)構(gòu)無定形的特點(diǎn)，在具有非晶結(jié)構(gòu)的金屬薄膜的生長過程中，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(jié)構(gòu)的金屬薄膜內(nèi)部不會(huì)產(chǎn)生像TiW薄膜的柱狀晶體結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的縫隙，從而具有非晶結(jié)構(gòu)的金屬薄膜的阻擋導(dǎo)電層與基片之間擴(kuò)散的作用較強(qiáng)。對(duì)于由單層具有非晶結(jié)構(gòu)的金屬薄膜形成的阻擋層而言，相當(dāng)于整個(gè)阻擋層全部具有非晶結(jié)構(gòu)，因此該阻擋層的阻擋作用相比現(xiàn)有技術(shù)由TiW薄膜形成的阻擋層有較大的提高；對(duì)于包括至少一層具有非晶結(jié)構(gòu)的金屬薄膜的阻擋層而言，阻擋層的至少一部分具有非晶結(jié)構(gòu)，因此也有利于提高其阻擋作用。由于本實(shí)施例中的阻擋層的阻擋作用提高，因此也就不必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(jī)臺(tái)維護(hù)次數(shù)增多的問題，有利于降低人力成本，且有利于提高靶材利用率，從而降低生產(chǎn)成本。

當(dāng)阻擋層由單層具有非晶結(jié)構(gòu)的金屬薄膜形成時(shí)，該具有非晶結(jié)構(gòu)的金屬薄膜優(yōu)選的可為TiWN薄膜，TiWN薄膜既能夠作為歐姆接觸材料與基片和導(dǎo)電層形成良好的歐姆接觸，又能夠阻擋基片與導(dǎo)電層之間的擴(kuò)散作用。

當(dāng)阻擋層的結(jié)構(gòu)為多層金屬薄膜層疊的結(jié)構(gòu)時(shí)，阻擋層所包括的金屬薄膜中除具有非晶結(jié)構(gòu)的金屬薄膜外，其余金屬薄膜可為具有晶體結(jié)構(gòu)的金屬薄膜，即阻擋層可由具有非晶結(jié)構(gòu)的金屬薄膜和具有晶體結(jié)構(gòu)的金屬薄膜層疊而成，此時(shí)由于具有晶體結(jié)構(gòu)的金屬薄膜內(nèi)部會(huì)形成縫隙，因此為了盡量改善具有晶體結(jié)構(gòu)的金屬薄膜內(nèi)部形成縫隙的問題，優(yōu)選的可使具有晶體結(jié)構(gòu)的金屬薄膜與具有非晶結(jié)構(gòu)的金屬薄膜交替設(shè)置。本實(shí)施例中，具有非晶結(jié)構(gòu)的金屬薄膜優(yōu)選的可為TiWN薄膜，具有晶體結(jié)構(gòu)的金屬薄膜優(yōu)選的可為TiW薄膜、Ti薄膜、W薄膜、Ta薄膜、Mo薄膜、Co薄膜或Pt薄膜等。

示例性地給出一種具體的阻擋層結(jié)構(gòu)，該阻擋層可包括一層具有非晶結(jié)構(gòu)的金屬薄膜和兩層具有晶體結(jié)構(gòu)的金屬薄膜，該具有非晶結(jié)構(gòu)的金屬薄膜夾設(shè)于兩層具有晶體結(jié)構(gòu)的金屬薄膜之間，從而使該阻擋層形成“三明治”結(jié)構(gòu)。 兩層具有晶體結(jié)構(gòu)的金屬薄膜之間夾設(shè)有一層具有非晶結(jié)構(gòu)的金屬薄膜，從而從一定程度上減薄了單層具有晶體結(jié)構(gòu)的金屬薄膜的厚度，減少具有晶體結(jié)構(gòu)的金屬薄膜中出現(xiàn)縫隙的數(shù)量，并減小縫隙的大小，提高了阻擋層的阻擋能力。較為優(yōu)選的是，該“三明治”結(jié)構(gòu)的阻擋層中，具有非晶結(jié)構(gòu)的金屬薄膜可為TiWN薄膜，具有晶體結(jié)構(gòu)的金屬薄膜可為TiW薄膜。

需要說明的是，通常情況下，芯片可包括：基片、阻擋層和導(dǎo)電層，其中阻擋層設(shè)置于基片上，導(dǎo)電層設(shè)置于阻擋層上。之所以在基片與導(dǎo)電層之間設(shè)置阻擋層，是因?yàn)閷?dǎo)電層中通常含有金屬Al(鋁)，如導(dǎo)電層由純Al或AlCu合金(鋁銅合金)形成，基片的材料為Si(硅)，導(dǎo)電層中的Al與基片中的Si之間極易發(fā)生擴(kuò)散作用，造成芯片的電性能下降，因此需要在導(dǎo)電層與基片之間設(shè)置一阻擋層，以防止導(dǎo)電層與基片之間的擴(kuò)散。由于本實(shí)施例中芯片的阻擋層為具有阻擋能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，能夠更好地防止導(dǎo)電層與基片之間的擴(kuò)散，因此芯片的電性能相比現(xiàn)有技術(shù)更優(yōu)，并且能夠用較薄的阻擋層實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的阻擋能力，降低了單片芯片的成本。

實(shí)施例二

本實(shí)施例提供了一種芯片的阻擋層的制備方法，該制備方法包括制備TiW薄膜的步驟和制備TiWN薄膜的步驟，兩個(gè)步驟交替進(jìn)行，且兩個(gè)步驟均采用濺射工藝，優(yōu)選的可采用PVD(Physical Vapor Deposition，磁控濺射物理氣相沉積)工藝。制備TiW薄膜時(shí)，采用TiW合金作為靶材并加載直流功率，采用Ar氣作為濺射氣體；制備TiWN薄膜時(shí)，無需更換靶材，同樣采用TiW合金作為靶材并加載直流功率，并在通入Ar氣作為濺射氣體的同時(shí)，再通入一路氮?dú)猓葾r氣和氮?dú)馑纬傻牡入x子體轟擊TiW合金靶材，TiW原子被轟擊出來沉積在基片上的同時(shí)，氮原子也沉積在基片上，形成TiWN薄膜。

上述制備方法實(shí)現(xiàn)了TiW薄膜與TiWN薄膜的原位濺射鍍膜，即無需更換靶材，無需更換濺射氣體，也無需在制備好一種薄膜后制備另一種薄膜前中斷濺射鍍膜工藝，制備方法十分簡單易行。

采用上述制備方法所制備的阻擋層包括交替層疊的TiW薄膜和TiWN薄膜，其中TiWN薄膜具有非晶結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部不會(huì)形成縫隙，由于TiWN薄膜與TiW 薄膜交替設(shè)置，因此單層TiW薄膜的厚度不至于太厚，有效地減小了TiW薄膜內(nèi)部所形成的縫隙的大小，并減少縫隙的數(shù)量，從而提高了阻擋層的阻擋作用，并且所制備的單層TiW薄膜的厚度減小，不會(huì)造成濺射鍍膜機(jī)臺(tái)維護(hù)次數(shù)的增加，甚至可以減少濺射鍍膜機(jī)臺(tái)的維護(hù)次數(shù)，避免了由此引起的人力成本和生產(chǎn)成本的增加。如圖2所示，為采用上述制備方法制備的阻擋層2的掃描電鏡圖，從圖中能夠看出：與圖1中的阻擋層2相比，圖2中阻擋層內(nèi)部的縫隙數(shù)量明顯減少，大小明顯減小。

需要說明的是，本實(shí)施例中對(duì)TiW薄膜與TiWN薄膜制備的先后順序并不限定，可以先在基片上制備TiW薄膜，再在TiW薄膜上制備TiWN薄膜，之后交替進(jìn)行兩種薄膜的制備；也可以先在基片上制備TiWN薄膜，再在TiWN薄膜上制備TiW薄膜，之后交替進(jìn)行兩種薄膜的制備。

下面結(jié)合具體的設(shè)備對(duì)本實(shí)施例所提供的芯片的阻擋層的制備方法進(jìn)行示例性的說明。

如圖3所示，將基片1置于濺射鍍膜機(jī)臺(tái)的腔室3內(nèi)，通過抽氣口10對(duì)腔室3進(jìn)行抽真空，通過進(jìn)氣口5向腔室3內(nèi)通入濺射氣體：Ar氣，直流電源6向腔室3施加直流電壓，偏置射頻電源7向腔室3施加偏置射頻電壓，位于腔室3外部兩側(cè)的磁鐵4產(chǎn)生磁場。所通入的Ar氣在電磁場的作用下形成等離子體，高速轟擊TiW合金靶材8，TiW合金靶材8中的原子受到轟擊脫離靶材，沉積到基片1上，形成TiW薄膜。

在完成一層設(shè)定厚度的TiW薄膜的制備后，通過進(jìn)氣口5向腔室3內(nèi)通入濺射氣體：Ar氣和氮?dú)?，所通入的Ar氣和氮?dú)庠陔姶艌龅淖饔孟滦纬傻入x子體，其中Ar等離子體起主要的轟擊作用，將TiW合金靶材8中的原子轟擊出來，氮?dú)馄鸹瘜W(xué)反應(yīng)的作用，與被轟擊出來的TiW原子結(jié)合，并沉積到TiW薄膜上，形成TiWN薄膜。

若一層TiW薄膜和一層TiWN薄膜所構(gòu)成的阻擋層的厚度沒有達(dá)到所需要的厚度，則可在完成設(shè)定厚度的TiWN薄膜的制備后，交替進(jìn)行TiW薄膜的制備和TiWN薄膜的制備，直至TiW薄膜和TiWN薄膜層疊而成的阻擋層的厚度達(dá)到所需要的厚度。

在上述過程中，制備TiW薄膜時(shí)，所通入的Ar氣的氣體流量可為5sccm～200sccm，優(yōu)選20sccm；直流電壓的功率(即直流功率)可為0～60kw，優(yōu)選5kw；所制備的TiW薄膜的厚度可為5nm～300nm，優(yōu)選20nm。制備TiWN薄膜時(shí)，所通入的Ar氣的氣體流量可為5sccm～200sccm，優(yōu)選20sccm；所通入的氮?dú)獾臍怏w流量可為5sccm～200sccm，優(yōu)選20sccm；直流電壓的功率可為0～60kw，優(yōu)選5kw；所制備的TiWN薄膜的厚度可為5nm～300nm，優(yōu)選10nm。

以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。