氮化钛作为一种常见的阻挡层和粘合层材料在集成电路中广泛应用。在0.18微米及以下的逻辑集成电路电路制造中，MOCVD（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）技术沉积氮化汰用做钨填充的粘合层和阻挡层是不可或缺的。随着超大规模集成电路向65纳米或者更高端发展以及铜制程在高端逻辑芯片制造的普及，钨填充技术在金属连线上的应用逐渐淡出，但是在逻辑电路硅化物接触层的应用上，MOCVD 沉积氮化钛加上钨填充仍然是不可替代的技术。

　　MOCVD沉积氮化钛应用和工艺概述

　　MOCVD技术作为化合物半导体材料研究和生产的手段，它的高质量、稳定性、重复性及规模化为业界所看重。在超大规模集成电路的制造中，它主要用来沉积氮化钛，用做钨填充拴的阻挡层和粘合层，如图1所示，随着PVD(Physical Vapor Deposition)沉积的氮化钛已经不能满足低线宽的阶梯覆盖率的要求，线宽在0.18mm及以下Logic和Memory产品上，MOCVD 沉积氮化钛作为钨栓的阻挡层和粘合层，得到了广泛的应用。因为钛薄膜本身能吸附一些杂志形成钛合物从而降低接触电

阻，所以业内普遍都将MOCVD 沉积氮化钛和PVD沉积钛作为一个整体工艺来应用，工艺顺序如图2所示。

　　MOCVD 工艺相对比较成熟， 它是利用金属耦合有机物作为先驱反应物，在一定的温度下热分解，形成所需要的化合物和一些有机的附产品，而这些附产品比较易于被排出去。该反应最重要的参数是反应物，温度和流量，它们会影响薄膜的沉积率，阶梯覆盖率和薄膜本身的性能。表1所示的是两种不同的金属有机物来沉积氮化钛的参数比较，不难看出，反应物为TDMAT的工艺一相对工艺二而言，有着很大的优势，也是业内应用最主流的工艺。    

                 
　　MOCVD 沉积氮化钛工艺的浅释

　　相对于单一先驱反应物的TDMAT，TDEAT+NH₃本身有着致命的缺陷，双反应物会导致不容易控制二者的比例，而双反应物的气相反应成核会导致微尘和电阻率的不稳定。

　　TDMAT主导的MOCVD 沉积氮化钛一般会有两步，单独的热反应生成的氮化钛是无定形结构的，同时含有大量的碳和氢元素，电阻高达3000uohm-cm, 这样的薄膜必须经过H₂-N₂的等离子体处理来排除杂志，把无定形转变成非晶状，从而降低电阻，具体反应如下所述：

　　1. 沉积(Film Deposition):
　　TDMAT经化学反应生成Ti(C)N+(CH3)2 NH+Hydrocarbons，其中Ti(C)N和(CH3)2NH会沉积在晶圆表面，而Hydrocarbons会被泵抽出反应腔。
 　　Ti[N(CH₃)₂]₄ ->TiN(C,H)+HN(CH₃)+ 有机附产品

　　2. 沉积层的净化处理(N₂/H₂ Plasma Treatment)

　　在这步工艺过程中,氢气和氮气(H₂&N₂)会进入反应腔；同时400KHz变频电源会输入反应腔。在此条件下，H₂→H₂+, N₂→N₂+, H₂+和沉积膜发生化学反应把碳(C)和氮(N)从沉积膜反应出来，而N₂+则把膜中的N₂用N替换出来并最终形成氮化钛(TiN)。该步骤中生成的附属产品C_xH_y+HNR₂ 会被泵抽走。在工艺步骤2中，原工艺步骤1沉积膜厚度会减少30~50%。经过等离子体反应的薄膜应该是小的氮化钛的单晶包在无定形的氮化钛当中，放在空气中不会有时效效应。

　　同时，H₂-N₂等离子体的穿透性限于100A左右，按产品需要的氮化钛（TiN）的厚度,可重复进行沉积和沉积层的净化处理，在高端上常用的工艺应用有1X50，即一次沉积加一次净化处理，最后厚度为50A，2X25，即两次沉积加两次净化处理，最后厚度为100仭?业内通常沉积氮化钛的方法有PVD，LPCVD TiCl相对于别的工艺沉积氮化钛， MOCVD沉积的氮化钛有以下的特点：

　　1． 相对于LPCVD TiCl工艺而言， MOCVD的沉积温度低，热预算低，这对于高端制程的整合非常重要。另外，MOCVD整个工艺都没有卤素，这对杂质的控制很关键。
　　2． 随着关键尺寸的进一步缩小，传统的PVD工艺在阶梯覆盖率上有着明显的缺陷，而MOCVD可以很好的满足阶梯覆盖率的需要。
　　3． MOCVD沉积的氮化钛薄膜的电阻相对较高，薄膜比较疏松，另外阶梯覆盖率在更高端制程上也面临新的挑战，改进工艺也是势在必行。
MOCVD沉积氮化钛的应用总结和展望

　　随着逻辑器件功能扩大、容量扩大和关键尺寸的逐渐减小，MOCVD 沉积氮化钛在接替覆盖率以及工艺整合问题上面临着很大的挑战，而通过控制表面扩散来实现的低温MOCVD制程工艺则可在一定程度上改善这一问题。目前而言，它主要集中在逻辑和闪存的应用上；而在DRAM应用中制备氮化钛的主流技术是TiCl，但是这一技术在热预算和成本控制上不足之处很明显，经过改进的MOCVD沉积氮化钛有望成为这一应用的有力竞争者。

 

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