【技术实现步骤摘要】
本申请涉及半导体器件加工，具体涉及一种金属互连层及其制备方法、半导体芯片。
技术介绍
1、金属连线工艺是半导体芯片后段制程中的重要工艺之一，金属连线工艺采用金属导电层将晶圆上数以亿计的晶体管连接起来。
2、目前，bcd/sgt(shielded gate transistor，屏蔽栅极沟槽)产品铝互连金属导线主要为ti/tin-al(0.5％cu)-ti/tin“三明治”或者其它变种结构，形成上述“三明治”式金属互连导线的传统工艺方法为：在高真空的钛腔室内，用物理气相沉积中的磁控溅射法在衬底上先沉积一层钛黏附层和氮化钛阻挡层，再进入铝腔室内，沉积的铝金属层，最后进入另一钛腔室，沉积顶层钛和氮化钛金属。由于沉积的铝金属晶粒取向受底部钛晶体结构的影响，导致沉积的铝金属层上表面凹凸不平，平整度较差，影响金属导线抗电迁移特性的同时，还会对后续刻蚀工艺产生较大影响，产生一些埋线短路缺陷。
3、对于上述问题，现有的解决方案为：
4、用传统工艺沉积钛和氮化钛后，沉积铝层的工艺温度从270℃降低为250℃或200℃或150℃；或
5、用传统工艺沉积钛和氮化钛后，在溅射功率5～12kw条件下沉积铝铜薄膜；或者
6、用传统工艺沉积钛和氮化钛后，在钛和氮化钛上再沉积一层薄的钛膜，从而改善铝铜薄膜表面粗糙度。
7、然而，上述解决方案也存在一些不足及缺陷：
8、1、沉积铝时的工艺温度降为150℃～250℃，会导致沉积的铝薄膜产生铜析出，不仅降低铝金属导线的电迁徙寿命，而且
9、2、沉积铝时的溅射功率为5kw-7kw，会增加沉积的制程时间，降低每小时的晶圆处理数量(wph)。
10、3、在钛和氮化钛上再沉积一层薄的钛膜虽然能较好地改善铝的平整度，但会影响后续的蚀刻过程，引入新的缺陷，例如底层的金属线无法被完全覆盖，甚至会在晶圆中产生电弧。这些问题又需要同时调整刻蚀过程等来解决，增加了制程的复杂性及制程成本。
技术实现思路
1、为了解决金属互连层的上述问题及缺陷，本申请提供一种金属互连层及其制备方法、半导体芯片，以解决上述一个或多个问题。
2、为了达到上述目的，本申请的一个方面提供一种金属互连层制备方法，其包括以下步骤：
3、在第一沉积腔室中在基底上沉积第一钛层；
4、在所述第一钛层上方沉积氮化钛渐变层，所述氮化钛渐变层包含多层不同氮浓度的氮化钛层；
5、在第二沉积腔室中在所述氮化钛渐变层上方沉积铝层；
6、在第三沉积腔室中在所述铝层上方沉积第二钛层及氮化钛阻挡层；
7、在所述第一钛层至所述铝层的方向上，所述氮化钛渐变层的氮浓度逐渐减小。
8、可选地，在所述第一钛层上方沉积氮化钛渐变层包括以下步骤：
9、设定所述第一沉积腔室的溅射功率为10kw～15kw，氩气流量为20sccm～30sccm；
10、设定氮气流量为75sccm～85sccm，沉积的氮化钛底层；
11、设定氮气流量以15sccm～25sccm的梯度递减，在所述氮化钛底层上方沉积至少一层氮化钛渐变层，所述氮化钛渐变层的厚度介于
12、可选地，所述设定氮气流量以15sccm～25sccm的梯度递减，在所述氮化钛底层上方沉积至少一层氮化钛渐变层还包括以下步骤：
13、设定氮气流量为55sccm～65sccm，沉积的第一氮化钛渐变层；
14、设定氮气流量为35sccm～45sccm，沉积的第二氮化钛渐变层；
15、设定氮气流量为15sccm～25sccm，沉积的第三氮化钛渐变层；
16、设定氮气流量为5sccm～15sccm，沉积的第四氮化钛渐变层；
17、其中，所述第一氮化钛渐变层、第二氮化钛渐变层、第三氮化钛渐变层及第四氮化钛渐变层的厚度全部相同，或者至少一层氮化钛渐变层与其余氮化钛渐变层的厚度不同。
18、可选地，在所述第一钛层上方沉积氮化钛渐变层之后，还包括对所述第一腔室进行清洁，以清除所述第一腔室中靶材上沉积的氮化钛。
19、可选地，在第二沉积腔室中在所述氮化钛渐变层上方沉积铝层包括以下步骤：设定所述第二腔室的温度为200℃～300℃，溅射功率为20kw～50kw，氩气流量为20sccm～150sccm，沉积含铜铝层，其中铜的原子百分比为0.1％～1％。
20、可选地，在第三沉积腔室中在所述铝层上方沉积第二钛层及氮化钛阻挡层还包括以下步骤：
21、设定所述第三腔室的溅射功率为1kw～5kw，氩气流量为20sccm～50sccm，沉积所述第二钛层；
22、设定所述第三腔室的溅射功率为10kw～20kw，氩气流量为20sccm～50sccm，氮气流量为50sccm～100sccm，沉积氮化钛阻挡层。
23、本申请的另一方面，提供一种金属互连层，其包括：
24、第一钛层；
25、位于所述第一钛层上方的氮化钛渐变层，所述氮化钛渐变层包含多层不同氮浓度的氮化钛层；
26、位于所述氮化钛渐变层上方的铝层；
27、位于所述铝层上方的第二钛层及氮化钛阻挡层。
28、可选地，氮化钛渐变层包括：
29、氮化钛底层，所述氮化钛底层的厚度为
30、位于所述氮化钛底层上方的至少一层氮化钛渐变层，所述氮化钛渐变层的厚度介于
31、可选地，所述氮化钛渐变层包括：
32、位于所述氮化钛底层上方的第一氮化钛渐变层，所述第一氮化钛渐变层的厚度为
33、位于所述第一氮化钛渐变层上方的第二氮化钛渐变层，所述第二氮化钛渐变层的厚度为
34、位于所述第二氮化钛渐变层上方的第三氮化钛渐变层，所述第三氮化钛渐变层的厚度为
35、位于所述第三氮化钛渐变层上方的第四氮化钛渐变层，所述第四氮化钛渐变层的厚度为
36、本申请的又一方面提供一种在半导体芯片，其包括：
37、晶圆，所述晶圆上形成有若干晶体管；
38、形成在所述晶圆上方的金属互连层，所述金属互连层电连接若干所述晶体管，其中，所述金属互连层经本申请提供的金属互连层制备方法形成。
39、如上所述，本申请的金属互连层及其制备方法、半导体芯片，具有以下有益效果：
40、本申请的金属互连层形成为ti/tin(渐变层)-al-ti/tin式结构，在形成第一钛层之后，通过逐渐改变氮气的浓度、分步沉积的方式形成包含多层不同氮浓度的氮化钛层的氮化钛渐变层。逐渐改变氮气的浓度的过程实现了氮化钛晶向的改变，使得氮化钛的晶粒取向过度为111晶向，从而使得后续沉积的铝层也有着一致的111晶向，由此获得表面更加平整的铝层，进而也提高了其抗本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种金属互连层制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的金属互连层制备方法，其特征在于，在所述第一钛层上方沉积氮化钛渐变层包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的金属互连层制备方法，其特征在于，所述设定氮气流量以15
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的金属互连层制备方法，其特征在于，在所述第一钛层上方沉积氮化钛渐变层之后，还包括对所述第一腔室进行清洁，以清除所述第一腔室中靶材上沉积的氮化钛。
5.根据权利要求1所述的金属互连层制备方法，其特征在于，在第二沉积腔室中在所述氮化钛渐变层上方沉积铝层包括以下步骤：设定所述第二腔室的温度为200℃～300℃，溅射功率为20kW～50kW，氩气流量为20sccm～150sccm，沉积的含铜铝层，其中铜的原子百分比为0.1％～1％。
6.根据权利要求1所述的金属互连层制备方法，其特征在于，在第三沉积腔室中在所述铝层上方沉积第二钛层及氮化钛阻挡层还包括以下步骤：
7.一种金属互连层，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的金属互连
9.根据权利要求8所述的金属互连层，其特征在于，所述氮化钛渐变层包括：
10.一种在半导体芯片，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种金属互连层制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的金属互连层制备方法，其特征在于，在所述第一钛层上方沉积氮化钛渐变层包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的金属互连层制备方法，其特征在于，所述设定氮气流量以15
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的金属互连层制备方法，其特征在于，在所述第一钛层上方沉积氮化钛渐变层之后，还包括对所述第一腔室进行清洁，以清除所述第一腔室中靶材上沉积的氮化钛。
5.根据权利要求1所述的金属互连层制备方法，其特征在于，在第二沉积腔室中在所述氮化钛渐变层上方沉积铝层包括以下步...
【专利技术属性】
技术研发人员：张国勋，
申请(专利权)人：杭州富芯半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：
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