发明名称 用于半导体之障蔽层结构及具有〈111〉结晶定向之含铝层的制造方法
摘要 本发明系关于一种特别的Ti/TiN/TiNx障蔽层/湿润层结构,其能使高纵横比通道进行温铝填充,而得到展现高度铝<lll>结晶定向的铝充填。倾发现,使用IMP技术沉积之经改良的TiTiN/TiNx障蔽层可以藉由增加第一层Ti或TiNx的厚度至大于100埃到大约500埃的范围(特性几何形系控制着上层厚度限度);藉由减小TiN层的厚度至大于100埃到小于800埃(较佳小于大约600埃)的范围;及,藉由控制第三层TiNx的涂覆以使Ti含量为大约50原以子百分比钛(化学计量)到大约100原子百分比钛而得。较佳的是,第三层TiNx系在第二层TiN沉积后形成并展现开始时为化学计量之Ti含量而最后则为大约100原子百分比之Ti含量的 Ti含量梯度。第三层TiNx的厚度较佳为大约15埃到大约500埃。经改良的Ti/TiN/TiNx障蔽层能使铝展现高<lll>结晶定向的铝内连通或铝通道充填沉积。此外,所得的铝层在436毫微米展现150百分比或更大的反射率。具有该结构,用来突显特性的Ti/TiN/TiNx障蔽层能使特性完全填充溅射铝,其中特性的大小为大约0.25微米而纵横比如大约6:1一样高。
申请公布号 TW460597 申请公布日期 2001.10.21
申请号 TW087104491 申请日期 1998.03.25
申请人 应用材料股份有限公司 发明人 肯尼K.T.南;赛沙吉拉玛斯瓦密
分类号 C23C14/06;C23C14/34 主分类号 C23C14/06
代理机构 代理人 恽轶群 台北巿南京东路三段二四八号七楼;陈文郎 台北巿南京东路三段二四八号七楼
主权项 1.一种用于半导体之障蔽层结构(200),其具有包括 下列的特别结构: a)第一层Ti或TiNx层(212),其厚度为大于100埃到500埃; b)第二层TiNx层(214),其厚度为大于100埃到小于800埃; 及 c)第三层TiNx层(216),其厚度为15埃到500埃;2.根据申 请专利范围第1项之障蔽层结构,其中该第一层TiNx 层的Ti含量为至少40原子百分比。3.根据申请专利 范围第1项之障蔽层结构,其中该第二层TiN层的厚 度为小于约500埃。4.根据申请专利范围第3项之障 蔽层,其中该第三层TiNx层的厚度为小于约400埃。5. 根据申请专利范围第1项之障蔽层结构,其中该第 三层TiNx层的Ti含量为50原子百分比到100原子百分 比,而且是该第三层的第一部分为该50原子百分比 而该第三层的最后部分为该100原子百分比的梯度 。6.根据申请专利范围第5项之障蔽层结构,其中该 100原子百分比Ti组份的厚度为15埃到300埃。7.一种 用于半导体之结构,其包括根据申请专利范围第1 项之障蔽层结构并且有置于该第三层TiNx层表面上 的含铝导电层。8.一种用于半导体之结构,其包括 根据申请专利范围第5项之障蔽层结构并具有置于 该第三层TiNx层表面上的含铝导电层。9.根据申请 专利范围第7项之结构,其中该含铝层包含至少90原 子百分比的铝。10.根据申请专利范围第8项之结构 ,其中该含铝层包含至少90原子百分比的铝。11.根 据申请专利范围第9项之结构,其中该含铝层显示 几乎没有<200>晶相含量。12.根据申请专利范围第10 项之结构,其中该含铝层显示几乎没有<200>晶相含 量。13.根据申请专利范围第11项之结构,其中该含 铝层显示反射率超过150%。14.根据申请专利范围第 12项之结构,其中该含铝层显示反射率超过150%。15. 一种具有本质上为<111>结晶定向之含铝层的制造 方法,系藉着将含铝层沉积于一可在该含铝层内诱 发出<111>结晶定向的Ti/TiN/TiNx底层结构之表面上, 其中该Ti/TiN/TiNx底层结构系由下述所形成: a)使用IMP技术溅射沉积,以敷置一具有100埃到500埃 之厚度的第一层Ti或TiNx层,其中高密度、诱发性偶 合RF电浆(116)系位于溅射阴极(112)与基体载持电极( 120)之间; (b)使用反应性IMP技术,敷置一具有100埃到小于800埃 之厚度的第二层TiN层;及 c)使用反应性IMP技术,敷置一具有15埃到500埃之厚 度的第三层TiNx层。16.根据申请专利范围第15项之 方法,其中该第三层TiNx层之反应性IMP沉积系在氮 存在下经由溅射Ti而完成,其中该氮存在量系被控 制于在该TiNx层表面上产生100原子百分比Ti组份。 17.根据申请专利范围第16项之方法,其中该100原子 百分比Ti组份之厚度为15埃到小于300埃。18.根据申 请专利范围第15项之方法,其中该Ti/TiN/TiNx底层结 构系在低于约400℃的基体温度下被沉积。19.根据 申请专利范围第18项之方法,其中该Ti/TiN/TiNx底层 结构系在约200℃或更低的基体温度下被沉积。20. 根据申请专利范围第18项之方法,其中在该第三层 TiNx层系在5mT到30mT的程序室压力下敷置。21.根据 申请专利范围第20项之方法,其中该压力为约10mT或 更低。图式简单说明: 第一图系显示能以离子金属等离子体增强物理蒸 汽沉积之程序室的元件的概视图。 第二图系显示使用本发明所述之方法及装置在高 纵横比通道213里面所形成之导电性触点218的概视 图。 第三图A系显示Xu等人美国专利申请案第08/511,825号 所述沉积于Ti/TiN/TiNx障蔽层上之铝薄膜的X射线衍 射(XRD)曲线。该铝薄膜展现较所需更低的<111>结晶 定向含量并显示反射率小于大约50%(以Si作为参考 利用毫微米显微镜测得)。 第三图B系显示使用在此所述第一较佳具体实施例 所得,沉积在Ti/TiN/TiNx障蔽层上之铝薄膜的XRD曲线 。 第三图C系显示使用用来得到如第三图B所示之障 蔽层的较佳具体实施例方法—不同的是沉积障蔽 层期间的基体温度明显较高—,沉积在Ti/TiN/TiNx障 蔽层上之铝薄膜的XRD曲线。该铝薄膜展现较所需 更低的<111>结晶定向含量并显示反射率小于大约50 %(以Si作为参考利用毫微米显微镜测得)。 第三图D系显示使用在此所述第二较佳具体实施例 所得,沉积在Ti/TiN/TiNx障蔽层上之铝薄膜的XRD曲线 。该铝薄膜展现高<111>结晶定向含量并显示反射 率小于大约210%(以Si作为参考利用毫微米显微镜测 得)的。 第四图系为显示沉积在Ti/TiN/TiNx障蔽层上具有在 此所述结构及使用第一及第二较佳具体实施例方 法制得之铝薄膜,在与沉积于Ti/TiN/TiNx障蔽层上具 有先前技术结构及使用先前技术方法制得之铝薄 膜的反射率比较下的相对反射率的条状图。 第五图A系显示沉积在Ti/TiN/TiNx障蔽层上,具有在此 所述结构及使用第三较佳具体实施例方法制得之 铝薄膜的XRD曲线。该铝薄膜展现AFM粗糙度大约78 埃。 第五图B系显示沉积在Ti/TiN/TiNx障蔽层上,具有在此 所述结构及使用第四较佳具体实施例方法制得之 铝薄膜的XRD曲线。该铝薄膜展现AFM粗糙度大约47 埃。 第六图A系显示具有截面厚度分布100埃Ti/250埃TiN/ 100埃TiNx之Ti/TiN/TiNx障蔽层的原子组成物分布图( frofile)。 第六图B系显示具有截面厚度分布200埃Ti/500埃TiN/ 100埃TiNx之Ti/TiN/TiNx障蔽层的原子组成物分布图( frofile)。 第六图C系显示具有截面厚度分布200埃Ti/250埃TiN/ 250埃TiNx之Ti/TiN/TiNx障蔽层的原子组成物分布图( frofile)。
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