[發明專利]對溝槽和孔進行銅填充工藝的指導研究方法

有效

• 申請號: 201711208496.1
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN107993980B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 李遠;潘杰;馬亮;呂術亮;章星;萬先進
• 申請（專利權）人: 長江存儲科技有限責任公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司 11619
• 代理人: 佟林松

本發明涉及對溝槽和孔進行銅填充工藝的指導研究方法，包括：在特定沉積條件下，建立沉積偏壓與金屬銅的消減比之間的對應關系；保持特定沉積條件不變，建立沉積偏壓與金屬銅在溝槽或孔內的沉積刻蝕形貌的對應關系；通過對比偏壓與金屬銅的消減比之間的對應關系以及沉積偏壓與金屬銅在溝槽或孔內的沉積刻蝕形貌的對應關系，建立在特定沉積條件下消減比與金屬銅在溝槽或孔內的沉積刻蝕形貌的對應關系；選擇不同的消減比對溝槽或者孔進行銅填充。本發明提供的銅填充工藝，將填充結果與偏壓進行準確關聯，能有效地提高銅薄膜的臺階覆蓋率。

技術領域

本發明涉及半導體的制造工藝領域，特別涉及一種對溝槽和孔進行銅填充工藝的指導研究方法。

背景技術

隨著半導體技術的不斷發展，目前存儲器制造技術已經逐步從簡單的平面結構過渡到較為復雜的三維結構，三維存儲器的技術研發是國際研發的主流之一。

在半導體存儲器中，用于連線的銅層沉積結構通常采用化學氣相沉積(CVD)和物理氣相沉積(PVD)結合電化學電鍍(ECP)工藝實現。其中物理氣相沉積工藝為，在真空條件下，采用物理方法，將材料源表面氣化成氣態原子、分子或部分電離成離子，并通過低壓氣體(或等離子體)過程，在基體表面沉積具有某種特殊功能的薄膜的技術。此項技術通過物理氣相沉積機臺(PVD機臺)實現。

伴隨半導體工藝尺寸的不斷降低，用于連線的銅層填充結構也越來越復雜。在溝槽或孔結構的填充中，特別是線寬20nm～30nm的溝槽或孔狀結構，對PVD工藝的研發造成的挑戰也越來越大。

在這種小線寬高深寬比的銅薄膜沉積工藝中，往往采用臺階覆蓋率來評估種子層沉積質量。如何提高覆蓋率是我們當前需要解決的重要課題。調節銅離子的沉積刻蝕條件，是一種有效提高臺階覆蓋率的方法。

PVD機臺中，銅離子的沉積受到偏壓的影響，偏壓越小，沉積效果越明顯，對結構頂部，底部，平面區域的沉積效果越好，越有利于沉積厚膜，以便電鍍工藝。偏壓越大，轟擊效應越明顯，對溝槽或孔深處側壁或底部的濺鍍效果越好，越利于溝槽或孔深處側壁或底部的填充，這是由銅的高自離化率特性產生的效果。

此外，溝槽或孔結構形貌的改變還直接影響金屬薄膜的沉積刻蝕能力。實際研究中我們發現在沉積銅薄膜時，利用銅的自離化特性，改變PVD機臺的加載偏壓可以極大影響溝槽或孔結構不同區域的銅薄膜臺階覆蓋率。

因此，調節銅離子的沉積刻蝕條件，是一種有效提高臺階覆蓋率的方法。然而實際操作中，并沒有一種研究方法去控制指導填充工藝，以讓機臺對溝槽或孔進行精確、穩定的填充。

發明內容

本發明的目的是為解決以上問題的至少一個，本發明提供一種主要應用于20～30nm線寬的對溝槽和孔進行銅填充工藝的指導研究方法。

一種溝槽或孔的銅填充工藝，包括以下步驟：

設定沉積條件，使用物理氣相沉積機臺對不同的基片進行銅沉積，分別算出不同沉積偏壓P₁～P_n下銅的消減比，建立沉積偏壓與銅的消減比之間的對應關系(n為大于1的自然數)；

保持沉積條件不變，使用物理氣相沉積機臺對溝槽或孔進行銅沉積，分別測量不同沉積偏壓P₁～P_n下，溝槽或孔的頂端、側壁和底部的沉積的銅薄膜的厚度，分別計算其臺階覆蓋率，建立沉積偏壓與金屬銅在溝槽或孔內的沉積刻蝕形貌的對應關系；

通過對比偏壓與金屬銅的消減比之間的對應關系以及沉積偏壓與金屬銅在溝槽或孔內的沉積刻蝕形貌的對應關系，建立在所述特定沉積條件下消減比與金屬銅在溝槽或孔內的沉積刻蝕形貌的對應關系；

選擇不同的消減比，使用物理氣相沉積機臺一步或分步對溝槽或者孔進行銅填充。

其中，建立沉積偏壓與金屬銅的消減比之間的對應關系的步驟包括：