[發明專利]鎢填充凹槽結構中形成不含氟鎢金屬層的方法

有效

• 申請號: 201810768408.1
• 申請日: 2018-07-13
• 公開（公告）號: CN109065495B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 鮑宇;張艷燕
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762;C23C16/455;C23C16/14
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 欒美潔

本發明公開了一種鎢填充凹槽結構中形成不含氟鎢金屬層的方法，包括：第一步，形成凹槽結構；第二步，形成氮化鈦層；第三步，采用WF₆作為鎢源在氮化鈦層表面形成鎢成核層；第四步，采用WF₆作為鎢源進行CVD工藝淀積鎢主體層；第五步，進行鎢的第一次化學機械研磨工藝；第六步，對第一次化學機械研磨后鎢表面中的氟殘留進行氟去除處理，第七步，進行鎢的第二次化學機械研磨工藝，將凹槽結構外的所述不含氟的鎢金屬層和所述氮化鈦層去除，形成由填充于所述凹槽結構中的氮化鈦層、鎢成核層、鎢主體層和不含氟的鎢金屬層組成的鎢金屬結構。本發明可以去除第一次CMP后鎢表面層中殘留的氟，阻擋鎢內部的氟向介電層中擴散，有利于工藝穩定性的管控。

技術領域

本發明涉及半導體集成電路的制造方法，具體涉及一種鎢填充凹槽結構中頂部形成不含氟鎢金屬層的方法。

背景技術

在大多數先進半導體器件的制造過程中廣泛采用金屬鎢的填充工藝，這是因為金屬鎢具有較低的電阻率，在進行大塊高深寬比(high aspect ratio)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，金屬鎢已經應用于邏輯接觸、局域金屬互聯(local interconnect，簡稱LIC)和金屬柵(metal gate，簡稱MG)的填充工藝中。

現有技術中，鎢填充溝槽通常采用如下步驟：

1)形成氮化鈦層(TiN)，該氮化鈦層的厚度為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；

2)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(W nucleation layer)；

3)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。

到現在為止，氮化鈦是目前已知的最好的CVD淀積的鎢的粘附層以及氟擴散的阻擋層，但是需要在CVD工藝淀積鎢主體層之前先形成鎢成核層。如果能夠實現不含氟的鎢(Fluorine-free W，簡稱FFW)的淀積，那么就可以降低TiN所需要的厚度，甚至可以完全不采用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中形成不含氟鎢金屬層的方法，可以降低凹槽中鎢金屬結構表面的殘留氟含量，阻擋氟擴散。

為解決上述技術問題，本發明提供的鎢填充凹槽結構中形成不含氟鎢金屬層的方法，包括如下步驟：

第一步，形成凹槽結構；

第二步，形成氮化鈦層，其作為后續鎢填充的粘附層和氟擴散阻擋層；

第三步，采用WF₆作為鎢源在所述氮化鈦層表面形成鎢成核層；

第四步，采用WF₆作為鎢源進行CVD工藝，在所述鎢成核層表面淀積鎢主體層，并將所述凹槽結構完全填充；

第五步，進行鎢的第一次化學機械研磨工藝；

第六步，對第一次化學機械研磨后鎢表面中的氟殘留進行氟去除處理，

第七步，進行鎢的第二次化學機械研磨工藝，將所述凹槽結構外的所述不含氟的鎢金屬層和所述氮化鈦層去除，凹槽結構內的頂部保留一薄層的不含氟的鎢金屬層，形成由填充于所述凹槽結構中的所述氮化鈦層、所述鎢成核層、所述鎢主體層和所述不含氟的鎢金屬層組成的鎢金屬結構。

進一步的，第一步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，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于溝道區。