[发明专利]芯片的阻挡层及其制备方法

说明书

本发明提供了一种芯片的阻挡层及其制备方法，涉及半导体技术领域，用于提高阻挡层的阻挡作用，并且不会增加甚至可以减少溅射镀膜机台的维护次数。其中所述基片上的阻挡层为单层金属薄膜结构或者多层金属薄膜层叠的结构，且所述阻挡层中至少一层金属薄膜具有非晶结构。前述芯片的阻挡层设置于导电层与基片之间，用于防止导电层与基片之间的扩散。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种芯片的阻挡层及其制备方法。

背景技术

在集成电路芯片制造技术中，应用物理或化学的方法在基片上沉积导电金属薄膜的过程称为金属化，通过金属化能够形成互连的金属线和对集成电路的孔填充塞。通常进行金属化需要在基片上层叠两种金属膜层：阻挡层和导电层，其中阻挡层位于导电层与基片之间，阻挡层的主要作用为防止导电层与基片之间的扩散，导电层主要起导电作用。

常见的，用于形成阻挡层的金属薄膜为TiW(钛钨，10％钛和90％钨的合金)薄膜，制备TiW薄膜的过程大致为：将基片置于溅射镀膜机台的腔室内的下方，腔室内的上方设置有TiW合金靶材，向腔室内通入Ar(氩)气作为溅射气体，Ar气在腔室内形成Ar等离子体，Ar等离子体对TiW合金靶材产生轰击作用，使TiW合金靶材中的原子脱离靶材表面，进而沉积到基片上形成TiW薄膜。

由于TiW合金为一种柱状晶体，因此在形成TiW薄膜的时候，会导致结构类似“树林”的柱状晶体的TiW薄膜中存在缝隙，如图1所示，从而造成阻挡层2的阻挡作用减弱。为了提高阻挡层2的阻挡作用，往往需要制备厚度D比较厚的TiW薄膜，例如厚度D在300nm以上。

但是，请再次参见图1，图1中TiW薄膜的厚度D为545nm，随着TiW薄膜厚度D的增加，TiW薄膜的柱状晶体结构也越来越明显，阻挡作用并没有得到本质上的改善。另一方面，当制备的TiW薄膜的厚度D较厚时，会在腔室内壁上留下较厚的TiW合金材料，由于TiW合金是一种应力比较大金属，因此腔室内壁上留下的TiW合金材料极易开裂并剥落，从而在所制备的TiW薄膜上形成颗粒。为了避免颗粒的形成，只有增加溅射镀膜机台的维护次数，以及时去除腔室内壁上留下的TiW合金材料，这不仅造成人力成本的增加，而且维护次数的增加意味着利用靶材进行暖机的次数增加，导致相当一部分靶材浪费在暖机工序上，降低了靶材的利用率，导致生产成本的增加。

发明内容

为克服上述现有技术中的缺陷，本发明提出一种芯片的阻挡层及其制备方法，不仅能够提高阻挡层的阻挡作用，而且不会增加甚至可以减少溅射镀膜机台的维护次数。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面提供了一种芯片的阻挡层，所述阻挡层为单层金属薄膜结构或者多层金属薄膜层叠的结构，且所述阻挡层中至少一层金属薄膜具有非晶结构。

本发明所提供的阻挡层中包括具有非晶结构的金属薄膜，这种金属薄膜具有无定形的结构特征，在薄膜的生长过程中，晶体的生长并不是沿着特殊的方向生长，而是无序生长，因此具有非晶结构的金属薄膜内部不会产生像TiW薄膜的柱状晶体结构所产生的缝隙，阻挡层中包括具有非晶结构的金属薄膜能够有效的减少缝隙，从而提高阻挡作用，进而也就无需通过增大阻挡层的厚度来提高阻挡作用，避免了由此引起的溅射镀膜机台维护次数增多的问题。

基于上述芯片的阻挡层，可选的，当所述阻挡层的结构为多层金属薄膜层叠的结构时，所述阻挡层中至少一层金属薄膜可具有晶体结构，具有晶体结构的金属薄膜与具有非晶结构的金属薄膜可交替设置。

进一步的，具有晶体结构的金属薄膜可为TiW薄膜、Ti(钛)薄膜、W(钨)薄膜、Ta(钽)薄膜、Mo(钼)薄膜、Co(钴)薄膜或Pt(铂)薄膜。

进一步的，具有非晶结构的金属薄膜可为TiWN(钛钨氮)薄膜。