[發明專利]鎢填充凹槽結構的方法

在審

• 申請號: 201711178368.7
• 申請日: 2017-11-23
• 公開（公告）號: CN108091609A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 鮑宇;陳廣
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 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: 郭四華

本發明公開了一種鎢填充凹槽結構的方法，包括步驟：步驟一、形成凹槽結構；步驟二、形成氮化鈦層；步驟三、采用WF6作為鎢源形成鎢成核層；步驟四、進行氟去除處理；步驟五、進行采用WF6作為鎢源的CVD工藝淀積鎢主體層；步驟六、進行鎢的化學機械性研磨工藝，形成僅由填充于凹槽結構中的氮化鈦層、鎢成核層和鎢主體層組成的鎢金屬結構。本發明能降低鎢成核層中的氟殘留，減少氮化鈦層的厚度，從而能降低整個鎢金屬結構的電阻并提升器件的性能。

技術領域

本發明涉及一種半導體集成電路的制造方法，特別是涉及一種鎢填充凹槽結構的方法。

背景技術

在大多數先進半導體器件中廣泛采用了金屬鎢的填充工藝，這是由于金屬鎢具有較低的電阻，在進行大塊高深寬比的溝槽填充時具有較好的保形性以及能填充窄溝槽的特性。例如，金屬鎢已經應用在邏輯接觸、局域金屬互聯(local interconnect，LIC)和金屬柵(metal gate，MG)的填充工藝中。現有技術中，鎢填充溝槽時通常采用如下步驟：

首先、形成氮化鈦層(TiN)，氮化鈦層的厚度為30埃～50埃，氮化鈦層即作為粘附在介質層上的粘附層，又作為一個阻擋層阻擋金屬鎢的CVD淀積工藝中的氟擴散。

接著、采用WF6作為鎢源再加上硅烷(SiH4)或硼烷(B2H6)進行原子層淀積(ALD)工藝形成鎢成核層(nucleation)。

最后、進行采用WF6作為鎢源的CVD工藝在所述鎢成核層的表面淀積鎢主體層。

到目前為止，TiN是目前已知的最好的CVD淀積的鎢的粘附層以及F擴散的阻擋層，但是在CVD工藝淀積的鎢主體層之前還是需要形成鎢成核層，如果能夠實現不含氟的鎢(Flourine-free W，FFW)的淀積，則能夠降低TiN所需要的厚度甚至可以不需要采用TiN。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種鎢填充凹槽結構的方法，能降低鎢成核層中的氟殘留，提高器件的性能。

為解決上述技術問題，本發明提供的鎢填充凹槽結構的方法包括如下步驟：

步驟一、形成凹槽結構。

步驟二、形成氮化鈦層，氮化鈦層作為后續鎢填充的粘附層和氟擴散阻擋層；所述氮化鈦層形成于所述凹槽結構的內側表面并延伸到所述凹槽結構外的表面；所述氮化鈦層的厚度根據后續形成的鎢金屬結構中的氟殘留量進行設置，所述鎢金屬結構中的氟殘留量越低，所述氮化鈦層的厚度越薄，所述鎢金屬結構電阻越低。

步驟三、采用WF6作為鎢源在所述氮化鈦層表面形成鎢成核層。

步驟四、進行去除所述鎢成核層中的氟殘留的氟去除處理。

步驟五、進行采用WF6作為鎢源的CVD工藝在所述鎢成核層的表面淀積鎢主體層并將所述凹槽結構完全填充。

步驟六、進行鎢的化學機械性研磨工藝將所述凹槽結構外的所述鎢主體層、所述鎢成核層、所述氮化鈦層都去除，形成僅由填充于所述凹槽結構中的所述氮化鈦層、所述鎢成核層和所述鎢主體層組成的鎢金屬結構。

進一步的改進是，步驟一中所述凹槽結構形成于第一介質層中并穿過所述第一介質層，所述第一介質層位于半導體襯底表面且所述凹槽結構將所述第一介質層底部的所述半導體襯底表面露出。

進一步的改進是，所述鎢金屬結構為金屬柵，被所述鎢金屬結構所覆蓋的所述半導體襯底中形成有溝道區。

進一步的改進是，所述鎢金屬結構為接觸孔，被所述鎢金屬結構所覆蓋的所述半導體襯底中形成有需要被引出的摻雜區。

進一步的改進是，在所述半導體襯底中形成的需要被引出的摻雜區包括N+區或P+區。

進一步的改進是，所述鎢金屬結構為通孔，所述凹槽結構穿過位于兩層金屬層之間的層間膜。