等离子体增强化学汽相淀积装置和进行所述淀积的方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供等离子体增强化学汽相淀积装置，包括反应室，处理气体引入其中，排放气体从其中排出；基座，具有放置半导体衬底于其上的第一区域、和第一区域以外的第二区域；电极，它面对基座，与其共同作用以在它们之间产生等离子体，从而在置于第一区域的半导体衬底上形成薄膜，其特征是在基座的第二区域与等离子体之间设置陶瓷绝缘体。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用来在制备半导体器件的工艺中形成薄膜的等离子体增强化学汽相淀积装置，具体涉及能均匀形成有高阻挡特性的金属膜的等离子体增强化学汽相淀积装置。最近，随着LSI制备的小型化和高集成化，半导体器件的设计规则从半微米提高到四分之一微米水平。另外，形成多层布线结构和平面化器件表面的技术使用来连接上下布线层的接触孔的高宽比越来越大。为了形成包括这些大高宽比接触孔的高可靠性多层布线结构，已采用了各种方法。例如，其中一个方法包括这些步骤形成起阻挡金属作用的氮化钛层，它和布线层图形共形，以防止构成布线层的材料的扩散；形成铝膜，然后将铝薄膜热处理成流体，使流体铝流进接触孔。另一方法包括用构成上布线层的材料填充接触孔的步骤、或用选择化学汽相淀积或用钨遮盖化学汽相淀积形成接触塞的步骤。通常用溅射或反应溅射来形成钛层和氮化钛层，其中钛作为靶材料。对这些方法都作了改进，以满足形成大高宽比接触孔的需要。即，已提出了改进的溅射，如通过增强溅射得到的颗粒运动的垂直分量的准直溅射，及通过将靶和衬底隔开来得到颗粒运动的垂直分量的长程溅射。但是，由于接触孔的高宽比越来越大，即使用上面任何一种方法，也很难在接触孔的底部形成足够的薄膜。另外，按上述任何一种方法，膜淀积在凸肩形的接触孔的开口处，这对以后的布线层形成步骤有害，降低了形成于这种接触孔上的布线层的可靠性。而且，上述任何一种溅射方法有很低的膜淀积速率，降低了要形成于半导体衬底上薄膜的生产率。为了解决上述溅射中台阶覆盖的问题，例如J.T.Hillman等在1994年《VLSI多层互连会议文集》的365-367页的“钛化学汽相淀积”一文，已经建议用等离子体增强化学汽相淀积方法，在半导体衬底被加热情况下，在半导体衬底上生长薄膜。按建议的等离子体增强化学汽相淀积，用四氯化钛气体作为处理气体，在平行板型等离子体增强化学汽相淀积装置中用氢气还原来形成钛层。用减压化学汽相淀积形成和半导体衬底共形的氮化钛薄膜。附图说明图1表示用于等离子体增强化学汽相淀积的典型常规装置。示意的装置包括反应室11，该室有一个将处理气体引入反应室11的入口11a、和一对将排放气体排出的出口11b；由金属构成的基座12，用来将如硅衬底等半导体衬底13置于其上；面对基座12的电极14，它和基座12共同作用在其间产生等离子体，以在基座12上的半导体衬底13上形成薄膜；用来给电极14提供AC电压以在基座12和电极14之间产生等离子体15的AC电压源16。但是，在图1所示的常规等离子体增强化学汽相淀积装置中，由于在等离子体15产生时出现气体分布的膨胀，没有被半导体衬底13覆盖的部分基座12暴露于等离子体15中，所以很难或不可能控制基座12的温度。因此，基座12的不同部分有不同的温度，这导致了用等离子体增强化学汽相淀积在半导体衬底13上形成的薄膜金属有很差的均匀性，也导致了所形成的薄膜有不同的电特性。而且，由于氮化钛有包含柱状晶体的多晶结构，用图1所示的常规等离子体增强化学汽相淀积装置形成的作为阻挡金属的氮化钛薄膜中会包括很多晶粒，所以阻挡特性降低。另一个例子是日本未审查特许公开59-92520公开的化学汽相淀积装置，该装置包括圆筒状内钟罩，其内部形状与电极的外部形状类似，电极置于反应室中。钟罩设计为能够相对电极轴向运动。还一个例子是日本未审查特许公开7-226378公开的等离子体增强化学汽相淀积装置，它包括由氮化硅构成且置于半导体衬底上的钟罩。用TiCl4和H2的混合气体及TiCl4、H2和N2的混合气体在该装置中先后形成钛/氮化钛薄膜。上述公开的化学汽相淀积装置都有与上述相同的问题。即基座不同部分有不同温度，导致薄金属均匀性很差，使薄膜有不同的电特性。而且，用上述化学汽相淀积装置形成的氮化钛薄膜有很多晶粒，造成阻挡特性降低。因此本专利技术的目的是提供一种等离子体增强化学汽相淀积装置，它能提高形成在半导体衬底上薄膜的均匀性，改进要用作阻挡薄膜的薄膜的电特性。本专利技术的再一目的是提供一种实现上述等离子体增强化学汽相淀积的方法，同样能实现上述效果。按本专利技术的一个方面，提供的等离子体增强化学汽相淀积装置包括(a)反应室，处理气体引入其中，且排放气体从其中排出；(b)基座，具有放置半导体衬底于其上的第一区域以及和第一区域以外的第二区域；(c)电极，它面对基座，与基座共同作用以在它们之间产生等离子体，从而在置于基座第一区域的半导体衬底上形成薄膜，其特征是在基座的第二区域与等离子体之间放置陶瓷绝缘体。例如，陶瓷绝缘体可以形成在基座的第二区域上，以覆盖基座。该等离子体增强化学汽相淀积装置最好还包括由陶瓷绝缘材料构成的隔离部件，以将反应室内壁和等离子体隔开，此时该隔离部件最好和陶瓷绝缘体形成一体。该隔离部件最好还在电极的端部和反应室的内壁之间延伸，以将它们彼此隔开，此时该隔离部件最好和陶瓷绝缘体形成一体。最好是基座罩和隔离部件由相同材料构成。本专利技术还提供等离子体增强化学汽相淀积装置，包括(a)反应室，处理气体引入其中，排放气体从其中排出；(b)基座，具有放置半导体衬底于其上的第一区域以及第一区域以外的第二区域；(c)电极，它面对基座，与基座共同作用以在它们之间产生等离子体，从而在置于基座第一区域之上的半导体衬底上形成薄膜，其特征是钟罩形基座罩由陶瓷绝缘材料构成，其底端朝电极开口，并在反应室的内壁和等离子体之间延伸，以将它们彼此隔开，其顶端覆盖基座的第二区域并有一开口，该开口和基座第一区域共同延伸。钟罩形基座罩的底端最好在电极的端部和反应室的内壁延伸。钟罩形基座罩最好有和电极类似的剖面。陶瓷绝缘体、隔离部件、陶瓷绝缘材料最好由氮化硅、石英、或含氧材料构成。按本专利技术的另一个方面，提供实现等离子体增强化学汽相淀积的方法，包括下面步骤(a)将处理气体引入反应室，(b)在基座和电极之间产生等离子体，基座有其上放置半导体衬底的第一区域和第一区域以外的第二区域，电极面对基座，(c)从反应室中放出排放气体，其特征是按下面方式在步骤(b)产生等离子体即基座的第二区域与等离子体隔开。最好按这样的方式在步骤(b)产生等离子体，即反应室的内壁也与等离子体隔开。还最好按这样的方式在步骤(b)产生等离子体，即电极的端部与反应室的内壁隔开。在步骤(b)形成于半导体衬底上的薄膜最好包含金属，其中金属最好是钛或氮化钛。根据本专利技术，基座的第二区域用陶瓷绝缘材料覆盖。这样，可以避免基座的第二区域直接暴露于等离子体，以便能稳定控制基座的温度。因此基座的温度不发生分散，即基座上各部分有相同的温度。由此形成在半导体衬底上的薄膜有足够的均匀性，增强了器件性能，提高了生产成品率。通过使用与基座罩形成一体的内钟罩，在等离子体产生时可以防止气体的扩散，这增加了形成在半导体衬底上薄膜的均匀性。当要在半导体衬底上形成氮化钛薄膜时，使用石英作为陶瓷绝缘材料。由于氮化钛薄膜生长时轻微吸收石英中的氧，所以可以防止晶粒的生成，确保晶粒显著减少。因此形成的氮化钛薄膜作为阻挡层有显著改善的特性。图1是说明常规等离子体增强化学汽相淀积装置的剖面图。图2是本专利技术第一实施例的等离子体增强化学汽相淀积装置的剖面图。图3A到3H是半导体器件的剖面图，分别表示用本专利技术的等离子体增强化学汽相淀积装置制备半本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体增强化学汽相淀积装置，包括： （ａ）反应室（２１，３１），处理气体引入其中，排放气体从其中排出； （ｂ）基座（２２，３２），具有置半导体衬底（２３，３３）于其上的第一区域（２２ａ，３２ａ）以及第一区域（２２ａ，３２ａ）以外的第二区域（２２ｂ，３２ｂ）； （ｃ）电极（２４，３４），它面对基座（２２，３２），与基座（２２，３２）共同作用以在它们之间产生等离子体（２５，３５），从而在置于基座（２２，３２）第一区域（２２ａ，３２ａ）之上的半导体衬底（２３，３３）上形成薄膜； 其特征是，在基座（２２，３２）的第二区域（２２ｂ，３２ｂ）与等离子体（２５，３５）之间设置陶瓷绝缘体（２８，３８ａ）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：田桑哲也，
申请(专利权)人：日本电气株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]