[发明专利]氮化钛层的制造方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及氮化钛层的制造方法及其装置，特别涉及可形成一保护层的氮化钛层的制造方法及其装置。

背景技术

在半导体的金属化工艺中，由于集成度不断提高，故需形成多重金属内联结结构，其中各金属间是通过绝缘层加以隔离，之后再通过导电插塞连接不同的金属层。导电插塞的材料以金属钨最为常见，钨插塞是由化学气相沉积将金属钨选择性填入接触开口中，其所使用的反应气体为WF₆与H₂。为了增强沉积的金属钨与开口两侧的绝缘层和底下金属层之间的附着能力，通常会在沉积之前先制作一层氮化钛(TiN)所形成的黏着层(adhesion layer)，接着把金属钨沉积上去，氮化钛(TiN)层除了让金属钨更容易地附着外，还能保护底下的组件区域，以免其电性及可靠度因WF₆的化学攻击而破坏。

图1至2为现有技术中制造氮化钛层的剖面流程图。如图1所示，在半导体基底100掺入N/P型离子的源极/漏极，或是用来当作内连线的金属图案，形成导电区域120；接下来，全面性沉积一绝缘层140，此绝缘层140不限于二氧化硅材料，也可是其他低介电常数或无机介电材料构成；然后，以显影、蚀刻制程选择性蚀刻上述绝缘层140，以形成上述导电区域120的接触孔150，然后利用解离金属电浆物理气相沉积法(IMP PVD)形成钛金属层160，其主要原理为在物理气相沉积反应腔中，利用氩气在电场作用下轰击钛靶材进而在绝缘层140表面上形成钛金属层160。

图3为现有技术中的氮化钛层的制造装置结构示意图。如图3所示，其中，氮化钛层的制造装置为一解离金属电浆物理气相沉积装置，它包括一解离金属电浆物理气相沉积反应腔210，用于反应气体与金属之间反应沉积；一气体过滤器230，用于过滤气体中的杂质；一位于沉积反应腔210与气体过滤器230之间的气动阀230，关闭时可防止其它气体进入沉积反应腔210，使沉积反应腔210保持真空；还有两气动阀240、260与气体过滤器230连接，可以同时动作且更好地切断反应气流；一气体流量控制器250位于该两气动阀240、260之间，用于控制反应气体的流量；一气体存储器270，存储需参加反应的惰性气体，如氩气。如图2所示，接下来，在钛金属层160形成之后进入下个反应沉积腔-化学气相沉积反应腔，利用常压化学气相沉积法(AP CVD)以四氯化钛(TiCl4)和氨气(NH3)作为反应物于钛金属层160上沉积氮化钛(TiN)层180。

但是，在钛金属层160转出到下个反应沉积腔-化学气相沉积腔过程中，如果由于某些原因，使钛金属层160停留在反应沉积腔外面太久，这样钛金属层160容易被氧化造成电阻偏高，从而影响整个晶圆的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氮化钛层的制造方法及其装置，通过该装置可防止钛金属层被氧化而造成电阻偏高。

为了达到所述的目的，本发明提供了一种制造氮化钛层的装置，包括物理气相沉积反应腔和物理气相沉积反应腔连接的气体过滤器，其中，该气体过滤器还与一氮气供应装置连接。

在上述制造氮化钛层的装置中，所述的氮气供应装置由两个气动阀、该两个气动阀之间的气体流量控制器和一存储氮气的存储器组成。

在上述制造氮化钛层的装置中，该制造氮化钛层的装置还包括一惰性气体供应装置。

在上述制造氮化钛层的装置中，所述的惰性气体供应装置由两个气动阀、该两个气动阀之间的气体流量控制器和一存储惰性气体的存储器组成。

在上述制造氮化钛层的装置中，所述的惰性气体为氩气或氦气。

在上述制造氮化钛层的装置中，所述的物理气相沉积反应腔和气体过滤器之间还包括一气动阀，该气动阀关闭时防止气体进入物理气相沉积反应腔。

在上述制造氮化钛层的装置中，所述的物理气相沉积反应腔为解离金属电浆物理气相沉积反应腔。

本发明的另一方案是提供一种制造氮化钛层的方法，其实质性特点在于，包括下列步骤：

(1)在物理气相沉积反应腔中形成钛金属层；

(2)在所述钛金属层表面形成保护层；

(3)保护层在化学气相沉积反应腔中形成氮化钛层。

在上述制造氮化钛层的方法中，所述的钛金属利用惰性气体和氮气通过物理气相沉积法形成保护层。

在上述制造氮化钛层的方法中，所述的惰性气体为氩气或氦气。

在上述制造氮化钛层的方法中，所述的保护层为厚度为5纳米的氮化钛层。