[發明專利]鋁金屬工藝接觸孔的填充方法

有效

• 申請號: 201410157968.5
• 申請日: 2014-04-18
• 公開（公告）號: CN104253087B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 劉善善
• 申請（專利權）人: 上海華虹宏力半導體制造有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 高月紅

本發明公開了一種鋁金屬工藝接觸孔的填充方法，包括步驟：1)在硅基板上，進行接觸孔的刻蝕；2）第一層阻擋層的填充；3）在第一層阻擋層表面上，進行第一金屬鋁層填充；4）在接觸孔內，進行第二金屬鋁層填充；5）在第一金屬鋁層和第二金屬鋁層表面上，進行第三金屬鋁層填充；6）在第三金屬鋁層上，形成第二層阻擋層；7）金屬鋁線圖形刻蝕。本發明的方法能有效地進行金屬鋁填充，避免空洞的產生。

技術領域

本發明涉及一種半導體領域中的接觸孔的填充方法，特別是涉及一種鋁金屬工藝接觸孔的填充方法。

背景技術

金屬鋁填孔工藝對半導體器件的特性有著至關重要的影響，尤其是器件的導電電阻。由于半導體工藝集成化趨勢，半導體芯片的性能也越來越豐富，伴隨而來的就是半導體芯片的集成化度導致的電路集中，集成工藝越來越復雜，對填孔工藝要求越來越嚴格。

然而，在填孔工藝過程中，冷鋁由于流動性差，在填孔時一般作為前期粘附，而熱鋁流動性高，能夠有效的填充至接觸孔內，同時熱鋁成膜速度較快，很容易在鋁沒有填充完全的情況下產生空洞（如圖1-2所示），嚴重影響了器件的性能。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種鋁金屬工藝接觸孔的填充方法。通過本發明的方法能有效地進行金屬鋁填充，避免空洞的產生。

為解決上述技術問題，本發明的鋁金屬工藝接觸孔的填充方法，包括步驟：

1)在硅基板上，進行接觸孔的刻蝕；

2）第一層阻擋層的填充；

3）在第一層阻擋層表面上，采用低溫高功率（濺射溫度10～300℃、濺射功率10～15kw）的濺射方法進行第一金屬鋁層填充；

4）在接觸孔內，采用高溫低功率（濺射溫度350～450℃、濺射功率0.5～2kw）的濺射方法進行第二金屬鋁層填充；

5）在第一金屬鋁層和第二金屬鋁層表面上，采用高溫高功率（濺射溫度350～450℃、濺射功率10～15kw）的濺射方法進行第三金屬鋁層填充；

6）在第三金屬鋁層上，形成第二層阻擋層；

7）金屬鋁線圖形刻蝕。

所述步驟2）中，第一層阻擋層的材質包括：TiN；第一層阻擋層的厚度優選為15～80nm；第一層阻擋層的填充方法包括：采用物理濺射成膜的方法，其中，濺射溫度優選為10～500℃，壓力優選為1～10torr。

所述步驟3）中，第一金屬鋁層的材質為銅含量0.01～5%（質量百分比）的鋁層；第一金屬鋁層的厚度優選為10～400埃；濺射方法是物理濺射成膜的方法，其中，濺射方法中的壓力優選為1～10torr。

所述步驟4）中，第二金屬鋁層的材質為銅含量0.01～5%（質量百分比）的鋁層；第二金屬鋁層的厚度為100～600埃；濺射方法是物理濺射成膜的方法，其中，濺射方法中的壓力優選為1～10torr。

所述步驟5）中，第三金屬鋁層的材質為銅含量0.01～5%（質量百分比）的鋁層；第三金屬鋁層的厚度為100～600埃；濺射方法是物理濺射成膜的方法，其中，濺射方法中的壓力優選為1～10torr。

所述步驟6）中，第二層阻擋層的材質包括：Ti層與TiN層的復合層（其中，TiN層在Ti層的上方）；第二層阻擋層的形成方法包括：

I、采用物理濺射成膜的方法，在第三金屬鋁層上形成Ti層；

其中，濺射溫度優選為10～500℃，壓力優選為1～10torr；Ti層的厚度優選為10～30nm；

II、采用物理濺射成膜的方法，在Ti層上形成TiN層；