[發(fā)明專利]半導(dǎo)體器件及其鎢塞填充方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110348659.2
• 申請日: 2011-11-07
• 公開（公告）號: CN103094202A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周君
• 申請（專利權(quán)）人: 無錫華潤上華科技有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L23/522
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 常亮;李辰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)，更具體地說，涉及一種半導(dǎo)體器件及其鎢塞填充方法。

背景技術(shù)

鎢塞是半導(dǎo)體器件中很重要的結(jié)構(gòu)，金屬層與有源區(qū)(又稱活性區(qū))間的電性連接，以及金屬層之間的電性連接均是通過鎢塞來導(dǎo)通的，隨著集成電路的大規(guī)模化和工藝的復(fù)雜化，鎢塞填充工藝的發(fā)展，勢必會影響集成電路的性能以及制造工藝的發(fā)展。

現(xiàn)有技術(shù)中金屬層與有源區(qū)間的連接鎢塞(簡稱CTW)，以及金屬層之間的互連鎢塞(簡稱VIAW)的填充過程通常采用低壓化學(xué)氣相淀積(簡稱LPCVD)工藝。由于LPCVD對鎢塞的填充能力十分有限，特別是對深寬比(即孔洞的深度/孔洞的寬度)較大的孔洞的填充過程，經(jīng)常會出現(xiàn)鑰匙孔(即void)缺陷，所述鑰匙孔缺陷是指在填充物的孔洞入口處產(chǎn)生夾斷現(xiàn)象，導(dǎo)致在孔洞填充無的中間出現(xiàn)空洞，在鎢塞填充過程中，鑰匙孔缺陷體現(xiàn)為填充的金屬鎢還未填滿孔洞，但洞口已經(jīng)被封住，從而導(dǎo)致鎢塞連接的上下層之間不能很好的導(dǎo)通，甚至產(chǎn)生斷路。

本專利發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中采用LPCVD工藝進(jìn)行鎢塞的填充過程，即鑰匙孔缺陷的產(chǎn)生過程如圖1-圖4所示，具體的，圖1為金屬鎢淀積之前的孔洞101的形貌，圖2為淀積開始階段的孔洞101的形貌，此時孔洞開口102的棱角103處金屬鎢沉積速度相對較快，開口102處被沉積的鎢所阻擋，之后進(jìn)入鎢的大量沉積階段，如圖3所示，孔洞開口102處累積鎢的速度明顯加快，隨著淀積過程的進(jìn)行，如圖4所示，導(dǎo)致開口迅速被封死，使后續(xù)淀積的鎢不能再填充到孔洞內(nèi)，從而在孔洞內(nèi)形成沒有被鎢填充到的空洞。

在鎢沉積完成后，通過掃描電子顯微鏡(SEM)等分析儀器可以很清楚的看到，在需要被填滿的孔洞內(nèi)部出現(xiàn)一個沒有被鎢填充到的空洞，即出現(xiàn)鑰匙孔缺陷，如圖4所示。

金屬鎢淀積完成后，再對鎢進(jìn)行磨拋，得到鎢塞的形貌如圖5所示，從圖5中可以看出，金屬鎢并沒有填滿整個鎢塞，而是在鎢塞中間存在很大的空洞，由于該鑰匙孔缺陷的存在，會導(dǎo)致通過鎢塞連接的上下層之間的連接電阻變大，甚至出現(xiàn)斷路情況，從而使器件的反應(yīng)時間變長或器件失靈。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實施例提供一種半導(dǎo)體器件及其鎢塞填充方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的問題，減小了鎢塞填充過程中產(chǎn)生的空洞的大小，減輕了鑰匙孔缺陷，提高了器件的性能。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供了如下技術(shù)方案：

一種鎢塞填充方法，包括：

提供基底，所述基底包括需填充金屬鎢的若干孔洞；

在所述孔洞內(nèi)形成鎢種子層，所述鎢種子層在孔洞開口的棱角處的沉積速率大于孔洞內(nèi)部的沉積速率；

在所述鎢種子層上形成鎢膜層，所述鎢膜層將所述孔洞內(nèi)部填充，其中，在所述鎢膜層的沉積過程中，采用腐蝕性物質(zhì)去除孔洞開口處的金屬鎢，以避免在所述孔洞開口處累積金屬鎢。

優(yōu)選的，所述腐蝕性物質(zhì)具體為氟離子。

優(yōu)選的，所述鎢膜層的過程具體為：

在高密度等離子體化學(xué)氣相淀積HDP反應(yīng)腔體內(nèi)，通入腐蝕性氣體，通過射頻的解離作用得到所述腐蝕性物質(zhì)；

在進(jìn)行鎢膜層沉積過程的同時，采用腐蝕性物質(zhì)去除所述孔洞開口出的鎢膜層材料，直至完成鎢膜層的沉積。

優(yōu)選的，所述腐蝕性氣體為CF₄氣體或NF₃氣體。

優(yōu)選的，還包括，在向所述HDP反應(yīng)腔體內(nèi)通入所述腐蝕性氣體的同時，通入適量的惰性氣體，以平衡反應(yīng)腔體內(nèi)的壓力。

優(yōu)選的，形成所述鎢種子層的過程具體為：

采用低壓化學(xué)氣相淀積LPCVD工藝在所述孔洞內(nèi)形成鎢種子層。

優(yōu)選的，所述鎢種子層的形成過程和所述鎢膜層的形成過程在同一HDP反應(yīng)腔體內(nèi)進(jìn)行。

優(yōu)選的，形成所述鎢膜層后還包括：

平坦化所述鎢膜層表面，使所述鎢膜層表面與所述基底表面齊平，得到鎢塞。

優(yōu)選的，所述鎢塞內(nèi)部填充良好，鎢塞內(nèi)部的鑰匙孔缺陷不明顯或消失。

本發(fā)明實施例還公開了一種采用以上所述的鎢塞填充方法制造的半導(dǎo)體器件。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案具有以下優(yōu)點：