[發明專利]鎢填充凹槽結構的方法

有效

• 申請號: 201811476989.8
• 申請日: 2018-12-05
• 公開（公告）號: CN109545741B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 鮑宇;李一斌;王曉芳;張書強
• 申請（專利權）人: 上海華力集成電路制造有限公司
• 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: 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、在第一介質層中形成第一凹槽。步驟二、形成第一阻擋層。步驟三、進行第一次鎢沉積加化學機械研磨工藝形成第一鎢層。步驟四、形成第二介質層。步驟五、形成疊加在第一凹槽的正上方的第二凹槽。步驟六、形成第二阻擋層。步驟七、將第二凹槽的底部表面和第二凹槽的外部表面的所述第二阻擋層去除。步驟八、進行從底部向頂部沉積的第二次鎢沉積形成第二鎢層。本發明能實現鎢的無縫隙填充，提高鎢填充凹槽結構的質量。

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

在半導體集成電路中，接觸孔和通孔通常都需要采用鎢栓塞實現，這種鎢栓塞是通過鎢填充凹槽形成的鎢金屬結構。在現有工藝中，鎢填充凹槽結構的方法都是先在對應的介質層中一次性形成對應的凹槽，凹槽的深度和所需要的接觸孔或通孔的深度一致；之后，再在凹槽的內側表面形成阻擋層，之后再在凹槽中進行鎢沉積實現對凹槽的填充。但是，現有方法中，鎢沉積是一種會從凹槽的側面和底部表面都生長的敷形沉積生長(conformal growth)，也就沉積會沿著凹槽的表面形狀進行，由于在凹槽的側面也會進行鎢生長，這會對填充凹槽非常不利，因為從側面生長的鎢很容易在凹槽的頂部先封閉，從而在凹槽內部形成縫隙。這種縫隙在后續鎢的化學機械研磨(CMP)的過程中容易暴露出來形成空洞，這最后會影響的鎢金屬結構的性能。特別是隨著工藝的進步，工藝節點越來越低，接觸孔或通孔的尺寸會越來越小，深寬比越來越低，最后會更加容易在凹槽中產生縫隙。在半導體集成電路中，特別是在存儲器區域中，實現無縫隙的凹槽填充變得很重要。

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，能實現鎢的無縫隙填充，提高鎢填充凹槽結構的質量。

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、在第一介質層中形成第一凹槽。

步驟二、形成第一阻擋層，所述第一阻擋層形成于所述第一凹槽的底部表面和側面并延伸到所述第一凹槽外的表面。

步驟三、進行第一次鎢沉積加化學機械研磨工藝形成第一鎢層，所述第一鎢層將所述第一凹槽完全填充并和所述第一凹槽的表面相平。

步驟四、在形成有所述第一鎢層的所述第一介質層表面形成第二介質層。

步驟五、在所述第二介質層中形成穿過所述第二介質層的第二凹槽，所述第二凹槽的底部寬度小于所述第一凹槽的頂部寬度，且所述第二凹槽疊加在所述第一凹槽的正上方，所述第二凹槽的底部表面將所述第一鎢層的表面露出。

步驟六、形成第二阻擋層，所述第二阻擋層形成在所述第二凹槽的側面和底部表面以及所述第二凹槽外。

步驟七、將所述第二凹槽的底部表面和所述第二凹槽的外部表面的所述第二阻擋層去除，所述第二凹槽側面的所述第二阻擋層保留，僅將位于所述第二凹槽的底部表面的所述第一鎢層的表面露出。

步驟八、進行第二次鎢沉積形成第二鎢層，由所述第一鎢層和所述第二鎢層疊加形成鎢金屬結構；利用所述第一鎢層僅在所述第二凹槽的底部表面露出的特點使所述第二次鎢沉積的沉積模式為從底部向頂部沉積，利用從底部向頂部沉積來提升所述第二次鎢沉積的填充溝槽的能力，消除填充產生的空隙，提升所述第二凹槽的深寬比。

進一步的改進是，所述第一阻擋層為Ti和TiN的疊加層。

進一步的改進是，所述第二阻擋層為Ti和TiN的疊加層；或者，所述第二阻擋層為TiN單層。

進一步的改進是，所述第一次鎢沉積的沉積模式采用從所述第一凹槽的底部表面和側面同時生長的敷形沉積。

進一步的改進是，所述第一凹槽的深度小于所述第二凹槽的深度的1/3。