專利名稱：形成氮化鎢膜的方法
技術領域：
本發明涉及一種用以在半導體制造中通過金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)形成氮化鎢膜的方法。
背景技術：
隨著最近緊密、高速度及高一體化半導體裝置的發展，已在金屬布線技術中使用銅的金屬布線，其中銅的電阻較低及具有比傳統鋁布線材料好的電子遷移率特性。
為了最大化地抑制在銅布線技術中退火期間可能發生的內層分離及電子遷移率，必須使用能有效阻止銅擴散及對銅具有良好的附著力的材料以形成防止擴散膜。
最近，氮化鎢和氮化鉭(TaN)及氮化鈦(TiN)已一起受到注視。
目前使用六氟化鎢(WF6)及氨(NH3)作為用以形成氮化鎢膜的主要原料。特別地，如下列方程式1所述，使用WF6及NH3分別作為鎢前體(tungstenprecursor)及氮源，以形成氮化鎢。
方程式1
如方程式1所示，NH3是單獨用作氮源，以形成該氮化鎢膜。在另一情況中，對包含有氮源的鎢前體實施退火處理，以形成薄膜。
因為作為氮源的氨氣具有435KJ/mol的高N-H鍵結強度(D.W.Robinson，J.W.Rogers Jr.，應用表面科學152(1999)，85-98)，所以它顯示具有低解離效率(dissociation efficiency)。因為這個原因，使用氨形成氮化鎢會有薄膜成長溫度高及氨量增加的問題。
因此，迫切需要一種可解決由于使用氮源所造成的各種問題的形成氮化鎢的方法。
發明內容
因此，有鑒于上述問題而提出本發明，本發明的一目的在于提供一種通過使用新材料以取代傳統氮源而形成氮化鎢膜的方法。
為了達成本發明的上述目的，提供一種通過將特定比率的鎢前體及氮源引入反應室且隨后通過金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)在給定溫度下沉積于半導體基板上以形成氮化鎢膜的方法，其中該氮源是聯氨衍生物(hydrazine drivative)。
優選技術方案現在將詳細描述本發明。
本發明提供一通過將特定比率的鎢前體及氮源引入反應室且隨后通過金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)在給定溫度下沉積于半導體基板上以形成氮化鎢膜的方法，其中該氮源是聯氨衍生物。
可使用任何只要能與鎢反應成為氮化鎢膜的聯氨衍生物作為該氮源。最好使用二烷基聯氨。特別地，因為二甲基聯氨[NH2N(CH3)2]在室溫下對于高蒸氣壓力(150托)而言是穩定液體，所以二甲基聯氨是最佳的。
二甲基聯氨具有約264KJ/mol的N-N鍵結強度(D.W.Robinson，J.W.Rogers Jr.，應用表面科學(152(1999)，85-98)，因而甚至在低溫下也可形成氮化鎢膜。因此，在本發明方法中使用二甲基聯氨能有效地形成氮化鎢膜。此外，相較于傳統沉積方法，本發明的方法需要相對小量氮源形成具有足夠厚度的氮化鎢膜。
對于在本發明方法中所使用的鎢前體并無特別限制，可在此提及的有，優選是六氟化鎢(WF6)或六羰基鎢(W(CO)6)。
在本發明方法中，當該鎢前體為六氟化鎢時，引入至該反應室中的鎢前體對氮源的比例最好為1∶1，以及當該鎢前體為六羰基鎢時，該比例最好在1∶1至1∶2之間。
用以形成氮化鎢膜的沉積溫度最好在200℃至500℃范圍內，最佳是在250℃至350℃范圍內。
在本發明方法中，通過下面方程式2來表示六氟化鎢(WF6)(作為該鎢前體)與二甲基聯氨[NH2N(CH3)2](作為該氮源)的反應方程式2
在使用六氟化鎢作為該鎢前體的情況中，可接連地使兩個隨后鎢沉積制程與硅甲烷(SiH4)及氫氣(H2)一起反應室起作用，其如下面方程式3及4所述方程式3
方程式4
因此，本發明具有可減少總沉積時間及改善最后產品得率的優點。
在本發明方法中，通過下面方程式5來表示六羰基鎢(W(CO)6)(作為該鎢前體)與二甲基聯氨[NH2N(CH3)2](作為該氮源)的反應方程式5
該反應的優點在于可避免在沉積期間形成氫氟酸(HF)副產物及防止腐蝕沉積設備，由此可以穩定方式形成氮化鎢膜。
只要是通過MOCVD形成該氮化鎢膜，則可將本發明方法應用至任何地方。例如本領域普通技術人員可將本發明方法應用至金屬布線制程(例如鎢插塞的附著、防止擴散膜的形成制程、鑲嵌制程等)而不會有任何限制。
如根據上述可清楚理解，相較于傳統沉積方法，依據本發明的方法，即使在相對低溫下使用小量聯氨衍生物(特別是二甲基聯氨[NH2N(CH3)2])作為該氮源亦能夠形成具有足夠厚度的氮化鎢膜。
因此，本發明的方法所制造的半導體裝置具有改善的可靠度及得率。
此外，在本發明使用六氟化鎢作為該鎢前體的情況中，可通過就地沉積形成氮化鎢膜及鎢膜。
再者，當本發明中使用六羰基鎢(W(CO)6)作為該鎢前體時，可防止因形成氫氟酸副產物而造成沉積設備的腐蝕。
雖然基于說明目的已揭露本發明的較佳實施例，但是本領域普通技術人員會了解可在不脫離權利要求范圍所揭露的本發明的范圍及精神內進行各種潤飾、加入及取代。
權利要求
1.形成氮化鎢膜的方法，其是通過引入特定比率的鎢前體及氮源至反應室中，且隨后通過金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)在給定溫度下沉積于半導體基板上而進行的，其中該氮源是聯氨衍生物。
2.如權利要求1所述的方法，其中該聯氨衍生物是二烷基聯氨。
3.如權利要求2所述的方法，其中該二烷基聯氨是二甲基聯氨[NH2N(CH3)2]。
4.如權利要求1所述的方法，其中該鎢前體是六羰基鎢(W(CO)6)。
5.如權利要求4所述的方法，其中引入至該反應室中的六羰基鎢對氮源的比例在1∶1至1∶2之間。
6.如權利要求1所述的方法，其中該鎢前體是六氟化鎢(WF6)。
7.如權利要求6所述的方法，其中引入至該反應室中的六氟化鎢對氮源的比例是1∶1。
8.如權利要求1所述的方法，其中用以形成氮化鎢膜的沉積溫度是在200℃至500℃范圍內。
9.如權利要求8所述的方法，其中該沉積溫度是在250℃至350℃范圍內。
全文摘要
本發明揭露了一種通過引入特定比率的鎢前體及氮源至反應室中及隨后通過金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)在給定溫度下沉積于半導體基板上以形成氮化鎢膜的方法，其中該氮源是聯氨衍生物。依據該方法，即使在低溫下使用小量的氮源亦能夠形成具有足夠厚度的氮化鎢膜。
文檔編號C23C16/34GK1743500SQ200510072678
公開日2006年3月8日 申請日期2005年5月16日 優先權日2004年8月31日
發明者林成沅 申請人:海力士半導體有限公司