[發明專利]半導體器件上的鎢塞制造方法

無效

• 申請號: 200910197666.X
• 申請日: 2009-10-23
• 公開（公告）號: CN102044484A
• 公開（公告）日: 2011-05-04
• 發明（設計）人: 楊瑞鵬;聶佳相;孔祥濤
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 牛崢;王麗琴

技術領域

本發明涉及半導體制造技術，特別涉及一種半導體器件上的鎢塞制造方法。

背景技術

目前，在半導體器件的制程后段工藝中，也就是在半導體器件層形成之后，需要在半導體器件之上形成金屬互連層，每層金屬互連層包括金屬互連線和層間介質層(ILD)，這就需要對上述層間介質層制造通孔，然后在通孔中沉積金屬，沉積的金屬即為金屬互連線。通常，鎢被用來作為沉積通孔填充薄膜及在第一金屬互連層和半導體器件上的硅化物接觸之間作為填充物使用。

當采用鎢填充層間介質層中的通孔，實現上下層金屬互連層之間的電連通時，為了防止鎢擴散進入絕緣層，更好地限制在通孔內，一般采用鈦(Ti)和氮化鈦(TiN)的疊層結構，作為鎢和層間介質層之間的阻擋膜。其中，Ti和層間介質層具有很好的粘附性，而TiN在進行鎢沉積時具有很好的阻擋性，防止鎢沉積時擴散到層間介質層上。

圖1a～圖1e為現有技術中鎢塞制作方法過程的剖面結構圖，參考這個鎢塞制作方法過程的剖面結構圖，對鎢塞制作方法進行詳細說明。

步驟一，如圖1a所示，在層間介質層100上光刻得到通孔101。

在本步驟中，層間介質層100為硅的氧化物，如二氧化硅，一般在半導體器件上采用化學氣相沉積工藝及拋光工藝得到；然后，在層間介質層100上涂覆光刻膠層，通過曝光顯影將通孔圖形圖案化到光刻膠層后，以圖案化的光刻膠層為掩膜刻蝕層間介質層100，得到通孔101。

在本步驟中，層間介質層下方為下層的金屬互連層或半導體器件的器件層(在圖中未畫出)。

步驟二，如圖1b所示，在通孔101上沉積第一鈦層102。

在本步驟中，采用的是金屬物理氣相沉積工藝沉積第一鈦層102，使得第一鈦層102襯墊于通孔101的底部及側壁上，作為后續沉積到通孔101中的鎢限制在通孔101當中的粘合劑。也就是說，將圖1a所示的結構放入第一機臺的第一氣相沉積腔(物理反應，在物理氣相沉積腔)中，進行第一鈦層102的沉積。

在本步驟中，一般沉積的第一鈦層102厚度為100埃～200埃之間。

步驟三，如圖1c所示，在第一鈦層102上表面沉積一薄層氮化鈦103。

在本步驟中，沉積一薄層氮化鈦103采用金屬有機物(MOCVD)工藝進行，充當了后續沉積到通孔101中的鎢的擴散阻擋層。在第一機臺的第二氣相沉積腔(化學反應，在化學氣相沉積腔)中，進行氮化鈦103的沉積。

在本步驟中，一般沉積的氮化鈦層103的厚度為5埃～10埃。

步驟四，如圖1d所示，在薄層氮化鈦103上表面沉積鎢，鎢填滿通孔101后，形成鎢塞104。

在本步驟中，沉積鎢采用的方法為：將圖1c所示的結構從第一機臺的第二氣相沉積腔中取出，放入第二機臺的第三氣相沉積腔中(化學氣相沉積腔)，然后在第二氣相沉積腔中通入四氫化硅氣體(SiH₄)和氟化鎢(WF₆)，這兩種氣體在該第二機臺的第三氣相沉積腔中反應后得到鎢沉積到薄層氮化鈦103上表面，反應得到的氟化硅(SiF₄)以及氟化氫(HF)被排出該第二機臺的第三氣相沉積腔。

步驟五，如圖1e所示，對形成的鎢塞進行拋光，直到層間介質層100的上表面。

在進行上述過程中，分別使用了兩個機臺三個氣相沉積腔，這是因為，一個機臺一般只能完成兩種不同氣相沉積類型的沉積工藝，所以當要進行第三種不同氣相沉積類型的沉積工藝時，就需要兩個機臺，半制成的半導體器件需要在這兩個機臺之間進行轉移，增加了制成鎢塞的步驟且增加了成本。

上述這個過程雖然可以得到鎢塞，但是得到的鎢塞卻存在縫隙。這是因為，在步驟二和步驟三進行了兩次氣相沉積過程，依次在通孔101中沉積第一鈦層102和薄層氮化鈦103，由于通孔101的特征尺寸(CD)比較小，所以就會出現臺階覆蓋問題，即在通孔101的中間靠上部位出現臺階，如圖1c所示的結構；在進行后續沉積鎢的過程中，由于通孔101的臺階覆蓋，就會在通孔101的中間靠下部位出現縫隙，如圖1d所示的結構。

具有縫隙的鎢塞在作為金屬互連線進行電連通時，就會增大接觸電阻，并且在步驟五的拋光過程中造成研磨漿對鎢塞的侵蝕，嚴重影響半導體器件的性能。隨著半導體技術的發展，半導體器件的CD越來越小，通孔101的CD也越來越小，那么得到的具有縫隙的鎢塞對半導體器件的性能影響也就越大。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種半導體器件上的鎢塞制造方法，該方法能夠解決所制造的鎢塞具有縫隙的問題。