MOCVD TiN薄膜厚度漂移对于W填充能力的影响

发布时间:2008/6/5 0:00:00 访问次数:734

孙志国，许志，利定东

（应用材料中国有限公司, 上海 201203）

摘要：在大规模集成电路的制造过程中，mocvd tin因为其优良的覆盖性能和一致性而被广泛用作w和al材料的扩散阻挡层和连接层材料。本文介绍了mocvd tin 厚度对于w 填充能力的影响。

关键词： mocvd tin ; 厚度 ; w ; 填充能力

中图分类号：tn304.055 文献标识码： a 文章编号：1003-353x(2003)11-0029-03

1引言

在dram，logic等的制造过程中，tin经常被广泛用作w和al plug 的扩散阻挡层和连接层材料（见图1）。一般而言，tin薄膜的制造途径有pvd （物理气相沉积）和cvd（化学气相沉积）两种。对于ar(aspect ratio)在1∶4以下的结构，pvd工艺比较适合；而对于ar在1∶4以上的结构，pvd由于overhang的影响，step coverage将达不到工艺要求，通常采用cvd工艺。

mocvd tin工艺主要包含两个步骤：热反应沉积和等离子处理。cvd tin薄膜是溶解在氦气中的tdmat分解而成, 热化学分解反应是在加热的硅片上面进行的，反应方程式为

ti[n(ch3)2] 4 =tin(c,h) + hn(ch3)2 + other hydrocarbons.

tdmat的分子结构式是

热化学分解反应的结果是在硅片上面沉积了一层主要成分是tin(c,h)的薄膜，里面还包含有很多含h和c的杂质，所以tin的纯度受到影响，薄膜阻值很高。等离子处理一方面可以去除这些杂质，同时还可以使薄膜的密度增加，晶粒长大。处理的气体主要是一定配比的氢气和氮气。等离子处理的机理很复杂，处理是通过等离子对薄膜表面的轰击来完成的；化学反应包括等离子中的氮元素代替上述沉积薄膜中的氮元素和氢元素，等离子中的氢元素和薄膜中的碳元素杂质反应而产生有一定挥发性的碳氢化合物，从而能够比较容易地从硅片表面脱附。由此看来，等离子中包含的氮元素和氢元素对于热反应直接分解沉积而成的薄膜转化成低阻值的tin薄膜以及工艺的稳定性和重复性至关重要。总地来说，等离子处理的效果决定于处理前薄膜的厚度和等离子强度和处理的时间。当等离子强度和处理时间一定时，薄膜厚度越薄处理越有效。当薄膜厚度一定时，可以通过提高等离子强度和延长处理的时间来达到更好的处理效果。

2实验方案

选择一种dram结构作为测试结构，在pvd 系统中在不同的沉积条件下沉积薄膜，使薄膜的厚度产生一定的漂移，然后到w cvd系统中在相同的沉积条件下填充w。通过实验比较ｗ的填充能力差异。

利用mocvd tin工艺过程对压力的敏感性，实验中设计对压力表的零点进行漂移。在压力表的零点进行负漂移后，系统通过反馈装置将控制tdmat的气体流量增大，从而使系统内的压力增大，tdmat流量稍有增大，导致mocvd tin厚度增加。然后将上述情况下沉积的薄膜和在正常情况下沉积的薄膜在相同的w cvd系统内填充w。

图2是正常情况下和压力表的零点漂移后工艺过程中的压力变化曲线。

3实验结果与讨论

实验结果见图3。通过图片可以看出，在颈部比较明亮的部分是mocvd tin，经过零点漂移后明显厚度增加，而图(a)的w填充良好，在整个结构里面看不出有任何孔洞迹象，而在图(b)中则形成巨大的孔洞，即w void。

通过分析，mocvd tin有一定的时效作用。即在薄膜在真空中沉积以后，被从系统中取出到大气环境下，即通常所说的“破真空”。当mocvd tin薄膜暴露在大气环境下的时候，由于在等离子处理的时候等离子的运动方向一般与表面垂直，侧壁的薄膜就很难被完全处理，所以一般不太可能将侧壁薄膜内所富含的杂质碳元素和氮元素完全处理，因此这样的薄膜在大气环境下很容易吸收大气环境下的氧气和水汽，导致阻值增加。尤其是 mocvd tin 厚度增加的时候将吸收更多的水汽。当沉积这样薄膜的硅片进入w系统中填充时，由