氮化鈦薄膜製備方法及系統的製作方法

2023-05-15 16:51:31

氮化鈦薄膜製備方法及系統的製作方法
【專利摘要】一種氮化鈦薄膜製備方法，包括以下步驟：將襯底加熱；通過物理氣相沉積法在所述襯底上沉積製得氮化鈦薄膜；其中，將所述襯底加熱到的溫度高於沉積時的反應溫度。上述氮化鈦薄膜製備方法中，先對襯底進行高溫加熱，使襯底被加熱至較高溫度，提高了襯底的溫度，再對襯底在進行沉積得到的氮化鈦薄膜由於其在較高溫度的襯底上沉積生成，其晶核較大，阻值較低。同時，還提供了一種氮化鈦薄膜製備系統。
【專利說明】氮化鈦薄膜製備方法及系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體技術，特別是涉及一種氮化鈦薄膜製備方法及系統。
【背景技術】
[0002]氮化鈦具有高熔點、高硬度、高溫化學穩定性及優良的導熱性能、導電性能，其薄膜被廣泛用於半導體領域的生產中。氮化鈦薄膜通過物理氣相沉積的方式，在一定氬氣流及一定能產生所需等離子的直流電壓下，在襯底上生長製備所得。在傳統的氮化鈦薄膜製備過程中，其反應腔體中的反應溫度有限，通常在200°C左右，形成的氮化鈦薄膜，用於製作金屬導線時，其電阻值較高，影響了其應用範圍。

【發明內容】

[0003]基於此，有必要提供一種電阻值低的氮化鈦薄膜製備方法。
[0004]一種氮化鈦薄膜製備方法，包括以下步驟:
[0005]將襯底加熱；
[0006]通過物理氣相沉積法在所述襯底上沉積製得氮化鈦薄膜；
[0007]其中，將所述襯底加熱到的溫度高於沉積時的反應溫度。
[0008]在其中一個實施例中，所述將襯底加熱的步驟之前還包括以下步驟:
[0009]對所述襯底進行乾燥。
[0010]在其中一個實施例中，所述將襯底加熱的步驟中，將襯底加熱至300°C ；
[0011]所述通過物理氣相沉積法在所述襯底上沉積製得氮化鈦薄膜的步驟具體為:在溫度為200°C，壓力為530Pa的環境下，通入惰性氣體，採用磁控濺射法，在所述襯底上沉積制
得氮化鈦薄膜。
[0012]在其中一個實施例中，所述惰性氣體為氬氣。
[0013]在其中一個實施例中，通入所述氬氣的流量為每分鐘40毫升。
[0014]此外，還有必要提供一種氮化鈦薄膜製備系統。
[0015]一種氮化鈦薄膜製備系統，包括:
[0016]高溫腔，用於將襯底加熱；及
[0017]沉積腔，用於通過物理氣相沉積法在所述襯底上沉積製得氮化鈦薄膜；
[0018]其中，所述高溫腔將所述襯底加熱到的溫度高於所述沉積腔內沉積時的反應溫度。
[0019]在其中一個實施例中，還包括乾燥腔，用於對所述襯底進行乾燥。
[0020]在其中一個實施例中，還包括第一機械臂，所述第一機械臂用於將襯底從所述高溫腔傳送至所述沉積腔。
[0021]在其中一個實施例中，所述高溫腔將襯底加熱至300°C ；
[0022]在溫度為200°C，壓力為530Pa的所述沉積腔中，通入惰性氣體，並採用磁控濺射法，在所述襯底上沉積製得氮化鈦薄膜。[0023]在其中一個實施例中，所述惰性氣體為氬氣，所述氬氣的流量為每分鐘40毫升。
[0024]上述氮化鈦薄膜製備方法及系統中，先對襯底進行高溫加熱，使襯底被加熱至較高溫度，提高了襯底的溫度，再對襯底在進行沉積得到的氮化鈦薄膜由於其在較高溫度的襯底上沉積生成，其晶核較大，阻值較低。【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為一實施例的氮化鈦薄膜製備方法的流程圖；
[0026]圖2為圖1所示的氮化鈦薄膜製備方法的具體流程圖；
[0027]圖3為一實施例的氮化鈦薄膜製備系統的結構圖。
【具體實施方式】
[0028]為了便於理解本發明，下面將參照相關附圖對本發明進行更全面的描述。附圖中給出了本發明的較佳實施方式。但是，本發明可以以許多不同的形式來實現，並不限於本文所描述的實施方式。相反地，提供這些實施方式的目的是使對本發明的公開內容理解的更加透徹全面。
[0029]需要說明的是，當元件被稱為「固定於」另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是「連接」另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術語「垂直的」、「水平的」、「左」、「右」以及類似的表述只是為了說明的目的，並不表示是唯一的實施方式。
[0030]除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬於本發明的【技術領域】的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在於限制本發明。本文所使用的術語「及/或」包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。
[0031]請參閱圖1，本實施例的氮化鈦薄膜製備方法，包括以下步驟:
[0032]步驟S110，將襯底加熱。在本實施例中，氮化鈦薄膜將在矽片表面沉積製得，以在後續的加工工藝中製作成矽片的金屬導線。需要注意的是，若只需為了單獨製備氮化鈦薄膜，則襯底的選材不限於矽片，也可以為藍寶石等其它襯底常用材質。
[0033]步驟S120，通過物理氣相沉積法在襯底上沉積製得氮化鈦薄膜。採用物理氣相沉積法，在加熱後的襯底上沉積製得氮化鈦薄膜。其中，步驟SllO中襯底加熱到的溫度高於步驟S120中在襯底上沉積時的反應溫度。
[0034]具體在本實施例中，步驟SllO中，襯底被加熱至300°C。同時，步驟S120具體為:在溫度為200°C，壓力為530Pa的環境下，通入惰性氣體，採用磁控濺射法，在襯底上沉積製得氮化鈦薄膜。磁控濺射法為物理氣相沉積法中的一種。磁控濺射法是指惰性氣體在一定電流下發生電離，產生正離子轟擊靶材表面，使靶材濺射出並最終到襯底上形成薄膜。具體在本實施例中，惰性氣體為氬氣，其流量為每分鐘40毫升。
[0035]在物理氣相沉積過程中，溫度越高，沉積所得的氮化鈦薄膜中，形成的晶核尺寸就越大，晶核尺寸越大，氮化鈦薄膜電阻值就越小。而一般用於製備氮化鈦薄膜的物理氣相沉積設備其最大加熱能力有限，如常用的AlOl型號的物理氣相沉積腔，其最大加熱溫度為200°C。而上述氮化鈦薄膜製備方法中，先對襯底進行高溫加熱，使襯底被加熱至30(TC，提高了襯底的溫度。另外一方面，傳統的利用磁控濺射沉積氮化鈦薄膜時，通入的氬氣的流量約為每分鐘65毫升，而在本實施例中，氬氣的流量為每分鐘40毫升，通過降低氬氣的流量減少由於氬氣的通過造成的反應腔體內的熱損失。因此在反應時，對襯底在進行沉積得到的氮化鈦薄膜由於其在較高溫度的襯底上沉積生成，其晶核較大，阻值較低，本實施所得的氮化鈦薄膜，其方塊電阻僅為11歐姆左右。
[0036]請參閱圖2，主要指出的是，步驟SllO前還包括:步驟S210，對襯底進行乾燥。一般採用預熱的方式對襯底進行乾燥，在真空度為1*10_4，溫度為100至200°C的環境下對襯底持續加熱I分鐘，以除去水汽，防止襯底上的水汽對後續的物理氣相沉積工藝產生影響。可以理解，當系統有能力在預熱去水汽時就能將襯底預熱至超過200°C時，則步驟SllO可以省去。此時由於溫度足夠，原步驟SllO中對襯底在沉積前進行的高溫加熱可與出除去水汽的操作一併進行。
[0037]同時，當只需單獨製作氮化鈦薄膜時，在襯底上形成氮化鈦薄膜後，可將氮化鈦薄膜從襯底上單獨剝離出來。
[0038] 請參閱圖3，還提供了一種氮化鈦薄膜製備系統300，包括高溫腔310、沉積腔320、乾燥腔330、第一機械臂340及第二機械臂350。高溫腔310、沉積腔320及乾燥腔330均為密閉腔體。
[0039]高溫腔310用於將襯底(圖未標)加熱，對襯底加熱完畢後，第一機械臂340將加熱後的襯底抓取並放入沉積腔320中，沉積腔320用於通過物理氣相沉積法在襯底上沉積製得氮化鈦薄膜。沉積結束後，沉積腔320中的沉積有氮化鈦薄膜的襯底可被第一機械臂340抓取放置於第一存放處360。
[0040]具體的，高溫腔310用於將襯底加熱至300°C。隨後，在溫度為200°C，壓力為530Pa的高溫腔310中，通入惰性氣體，採用磁控濺射法，在襯底上沉積製得氮化鈦薄膜。磁控濺射法為物理氣相沉積法中的一種。磁控濺射法是指惰性氣體在一定電流下發生電離，產生正離子轟擊靶材表面，使靶材濺射出並最終到襯底上形成薄膜。惰性氣體可以為氬氣，其通入高溫腔310的流量為每分鐘40毫升。
[0041]上述氮化鈦薄膜製備系統中，通過高溫腔310先對襯底進行高溫加熱，使襯底被加熱至較高溫度，提高了襯底的溫度。另一方面，傳統的利用磁控濺射沉積氮化鈦薄膜時，通入的氬氣的流量約為每分鐘65毫升，而在本實施例中，氬氣的流量為每分鐘40毫升，通過降低氬氣的流量減少由於氬氣的通過造成的熱損失。最終，通過沉積腔320對襯底在進行沉積得到的氮化鈦薄膜由於其在較高溫度的襯底上沉積生成，其晶核較大，阻值較低。
[0042]乾燥腔330用於在襯底進入高溫腔310前採用預熱的方式對襯底進行乾燥，在真空度為1*10_4，溫度為100至200°C的環境下對襯底持續加熱I分鐘，以除去水汽，防止襯底上的水汽對後續的物理氣相沉積工藝產生影響。乾燥後的襯底可由第二機械臂350抓取後放置於第二存放處370，再由第一機械臂340抓取放置於高溫腔310中進行高溫加熱。
[0043]可以理解，當系統有能力在預熱去水汽時就能將襯底預熱至超過200°C時，則高溫腔310與乾燥腔330可以合併。此時由於溫度足夠，可由乾燥腔330 —並完成對襯底在沉積前進行的高溫加熱可與出除去水汽的操作。
[0044]以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利 的保護範圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種氮化鈦薄膜製備方法，其特徵在於，包括以下步驟: 將襯底加熱； 通過物理氣相沉積法在所述襯底上沉積製得氮化鈦薄膜； 其中，將所述襯底加熱到的溫度高於沉積時的反應溫度。
2.根據權利要求1所述的氮化鈦薄膜製備方法，其特徵在於，所述將襯底加熱的步驟之前還包括以下步驟: 對所述襯底進行乾燥。
3.根據權利要求1所述的氮化鈦薄膜製備方法，其特徵在於，所述將襯底加熱的步驟中，將襯底加熱至300°C ； 所述通過物理氣相沉積法在所述襯底上沉積製得氮化鈦薄膜的步驟具體為:在溫度為200°C，壓力為530Pa的環境下，通入惰性氣體，採用磁控濺射法，在所述襯底上沉積製得氮化鈦薄膜。
4.根據權利要求3所述的氮化鈦薄膜製備方法，其特徵在於，所述惰性氣體為氬氣。
5.根據權利要求4所述的氮化鈦薄膜製備方法，其特徵在於，通入所述氬氣的流量為每分鐘40毫升。
6.一種氮化鈦薄膜製備系統，其特徵在於，包括: 高溫腔，用於將襯底加熱· '及 沉積腔，用於通過物理氣相沉積法在所述襯底上沉積製得氮化鈦薄膜； 其中，所述高溫腔將所述襯底加熱到的溫度高於所述沉積腔內沉積時的反應溫度。
7.根據權利要求6所述的氮化鈦薄膜製備系統，其特徵在於，還包括乾燥腔，用於對所述襯底進行乾燥。
8.根據權利要求6所述的氮化鈦薄膜製備系統，其特徵在於，還包括第一機械臂，所述第一機械臂用於將襯底從所述高溫腔傳送至所述沉積腔。
9.根據權利要求6所述的氮化鈦薄膜製備系統，其特徵在於，所述高溫腔將襯底加熱至 300。。； 在溫度為200°C，壓力為530Pa的所述沉積腔中，通入惰性氣體，並採用磁控濺射法，在所述襯底上沉積製得氮化鈦薄膜。
10.根據權利要求9所述的氮化鈦薄膜製備系統，其特徵在於，所述惰性氣體為氬氣，所述IS氣的流量為每分鐘40毫升。
【文檔編號】C23C14/06GK103540894SQ201210247468
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年7月17日 優先權日:2012年7月17日
【發明者】趙強, 魏學宏, 劉長安 申請人:無錫華潤上華科技有限公司