[發明專利]金屬填充溝槽的方法

有效

• 申請號: 201310036612.1
• 申請日: 2013-01-30
• 公開（公告）號: CN103972149A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 周鳴
• 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;H01L21/28
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術領域

本發明涉及半導體制造技術，特別涉及半導體中金屬填充溝槽的方法。

背景技術

隨著半導體技術不斷發展，半導體器件的尺寸在不斷地縮小，而且，芯片上器件尺寸相應縮小是按比例進行的，僅減小芯片上一個特征尺寸是不可接受的。半導體器件尺寸的不斷縮小，傳統的低深寬比溝槽逐漸演變為高深寬比的溝槽，要無間隙的填充這些溝槽變得越來越困難。

以沉積鋁為例，現有技術中以濺射的方法沉積鋁來形成鋁柵極和鋁插塞被廣泛采用，由于濺射工藝屬于物理氣相沉積（PVD）方法，其階梯覆蓋能力通常比化學氣相沉積（CVD）方法差。在填充高深寬比的溝槽時，PVD方法即使使用回流工藝也難以達到無間隙填充。如圖1所示，沉積鋁層2時，會在溝槽1頂部的拐角處形成凸點3，該凸點3隨著沉積的進行逐漸變大，并最終相互接觸使溝槽1被封住。如圖2所示，當凸點3相互接觸后，鋁無法再沉積進入溝槽1中，溝槽1內形成孔洞4。

發明內容

本發明解決的問題是現有技術中使用金屬沉積技術填充高深寬比的溝槽時，會在溝槽內形成孔洞，不能實現無間隙填充。

為解決上述問題，本發明提供了一種金屬填充溝槽的方法，包括：提供溝槽，在所述溝槽底部和側壁形成潤濕金屬層；形成所述潤濕金屬層后，在所述溝槽內填充犧牲材料層，所述犧牲材料層將所述溝槽完全填充；刻蝕所述犧牲材料層，直至暴露出部分溝槽側壁的潤濕金屬層；使暴露的所述潤濕金屬層反應形成絕緣層或在暴露的所述潤濕金屬層上形成絕緣層；形成所述絕緣層后，清除剩余的所述犧牲材料層；采用第一沉積法沉積金屬層，所述金屬層高度不大于刻蝕中未暴露的潤濕金屬層高度；采用第二沉積法繼續沉積金屬層，直至完全填充所述溝槽。

可選地，所述金屬層的材料為鋁。

可選地，所述第一沉積法為化學氣相沉積，所述第二沉積法為物理氣相沉積或化學氣相沉積。

可選地，所述潤濕金屬層的形成方法為化學氣相沉積或物理氣相沉積。

可選地，所述潤濕金屬層的材料為Ti或Co。

可選地，所述犧牲材料層的形成方法為化學氣相沉積或物理氣相沉積

可選地，所述犧牲材料層為SiON、SiOC、SiOCH或SiN。

可選地，所述溝槽為用于形成金屬柵極的柵極溝槽或用于形成金屬插塞的通孔。

可選地，所述柵極溝槽底部和側壁形成所述潤濕金屬層之前，在所述柵極溝槽底部和側壁形成柵介質層，在所述介質層上形成功函數層層，在所述功函數層金屬層上形成阻擋層，在所述阻擋層上形成所述濕潤金屬層。

可選地，所述阻擋層為單層結構或疊層結構。

可選地，刻蝕所述犧牲材料層的方法為使用稀釋的HF進行濕法刻蝕。

可選地，清除剩余的所述犧牲材料層的方法為使用稀釋的HF進行濕法刻蝕。

可選地，所述刻蝕暴露出的潤濕金屬層高度為

可選地，使暴露的所述潤濕金屬層反應形成絕緣層的方法為使用O₂等離子體或N₂等離子體與暴露的所述潤濕金屬層反應以生成對應金屬氧化物或金屬氮化物絕緣層。

可選地，在暴露的所述潤濕金屬層上形成絕緣層的方法為使用化學氣相沉積或物理氣相沉積在暴露的所述潤濕金屬層上形成絕緣層。

可選地，所述第二沉積后對金屬層進行回流處理。

與現有技術相比，本發明的技術方案具有以下優點：

位于溝槽側壁暴露的潤濕金屬層經反應形成絕緣層或在暴露的所述潤濕金屬層上形成絕緣層，第一沉積法進行沉積金屬時，沉積的金屬層具有依附選擇性，即沉積的金屬粒子容易依附在潤濕金屬層上，而不易沉積在所述絕緣層上，因此使用第一沉積法沉積金屬層時，金屬沉積進入溝槽底部，防止了金屬在溝槽頂部拐角處形成凸點，進而可以實現無間隙填充。利用第一沉積法沉積金屬后，再采用第二沉積法沉積金屬繼續填充所述溝槽，所述第二沉積法產生的金屬層可以沉積在所述絕緣層上。經第一沉積法沉積金屬層后，溝槽已經基本得到填充，原本高深寬比的溝槽已經轉變為低深寬比的溝槽，再采用第二沉積法沉積金屬層，很容易實現溝槽的完全填充而不產生孔洞。在溝槽底部和側壁形成潤濕金屬層，所述潤濕金屬層可以作為金屬的濕潤層以提高沉積金屬的粘附性，并增加金屬層的致密度。

在具體實施例中，所述第二沉積法沉積金屬層后對金屬層進行回流處理，可以進一步提高溝槽的填充性能。

在具體實施例中，可以利用金屬填充溝槽形成插塞，當金屬為鋁時，形成鋁插塞。相對于鎢插塞，本發明的鋁插塞工藝步驟簡單，成本較低，而且鋁的導電性為鎢的三倍，提高了晶體管的性能。

附圖說明