專利名稱：接觸孔的填充方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及半導(dǎo)體制造工藝過程中接觸孔的填充方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路的制作朝向超大規(guī)模集成電路發(fā)展，其內(nèi)部電路的密度越來越大， 元件數(shù)量不斷增加，器件尺寸不斷縮小，當(dāng)器件尺寸縮小至次微米量級時(shí)，相應(yīng)地會產(chǎn)生許 多新的問題，如器件、接觸孔阻值增大，RC延遲加長等，這些都對半導(dǎo)體制作工藝提出了更 多新的挑戰(zhàn)。其中，為了實(shí)現(xiàn)多層結(jié)構(gòu)間電連接的接觸孔的性能優(yōu)劣對電路的整體性能有
著重要的影響。一個(gè)典型的例子是在進(jìn)入1. 0微米以下工藝后，采用現(xiàn)有的填充方法制作的接觸 孔會出現(xiàn)一些新的問題。圖1至圖3為說明現(xiàn)有的接觸孔填充方法的器件結(jié)構(gòu)剖面示意圖， 下面結(jié)合圖1至圖3對現(xiàn)有的接觸孔的填充方法及其出現(xiàn)的問題進(jìn)行說明。首先，如圖1所示，提供半導(dǎo)體襯底。所述半導(dǎo)體襯底可以為部分處理的基片10， 形成有隔離結(jié)構(gòu)12、位于隔離結(jié)構(gòu)12之間的器件結(jié)構(gòu)和覆蓋所述器件結(jié)構(gòu)的介質(zhì)層14。其 中，所述隔離結(jié)構(gòu)12可以是局部氧化隔離(LOCOS)或淺溝槽隔離(STI)；所述器件結(jié)構(gòu)為 MOS晶體管Ml、M2 (例如為N型MOS管或P型MOS管)，包括柵極110和位于柵極110相對 二側(cè)的源極120和漏極130。接著，如圖2所示，采用光刻、刻蝕的方法在介電層14上與硅 襯底中電極(例如為柵極110和源極120)相對應(yīng)的位置處形成接觸孔開口(對應(yīng)柵極110 的接觸孔標(biāo)記為150，對應(yīng)源極120的接觸孔標(biāo)記為160)。如圖3所示，形成接觸孔150、 160后，再在接觸孔150、160的周壁以及介電層14的表面形成保護(hù)層17，并在保護(hù)層17上 形成導(dǎo)電金屬18，所述導(dǎo)電金屬18將接觸孔150、160的對應(yīng)區(qū)域填充滿，這樣就可以制成 實(shí)現(xiàn)層間電連接的接觸孔。所述填充的導(dǎo)電金屬18可以是鋁硅銅，所用的方法是物理濺射 沉積方法。當(dāng)然，在填充導(dǎo)電金屬之前，一般還需要先形成一層阻擋層，在此不再贅述。易知，所需填充的接觸孔的深寬比(A/R)、接觸孔的形貌和導(dǎo)電金屬的流動性決定 了接觸孔填充是否良好。在上述填充方法中，由于在填充過程中的工作溫度大致在300°C 至400°C，導(dǎo)電金屬的流動性較弱，影響填充效果，不能100%填充滿接觸孔，可能會出現(xiàn)影 響導(dǎo)電性能的死角、空穴等。例如，如圖4所示的電鏡圖片，特別地，對于與源極120對應(yīng)的 接觸孔160而言，前層的臺階差和介質(zhì)的流動性使其具有的深寬比要比位于相對二側(cè)的與 柵極110對應(yīng)的接觸孔150具有的深寬比來得更大，增加了填充的難度。為了提升接觸孔的填充效果，可以增大接觸孔的孔徑尺寸、降低深寬比的方法，但 這樣會直接增加器件的面積，不符合微型化的趨勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種接觸孔的填充方法，解決具有較大深寬比的接觸孔 出現(xiàn)的填充不良的問題。
為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種接觸孔的填充方法，包括提供帶有接觸孔的 半導(dǎo)體襯底；第一填充階段，采用濺射工藝，將導(dǎo)電介質(zhì)部分填充所述接觸孔，使得在所述 接觸孔的底部和側(cè)壁濺射有導(dǎo)電介質(zhì)，所述第一填充階段中的濺射溫度大于400°C ；第二填 充階段，采用濺射工藝，將導(dǎo)電介質(zhì)填充滿所述接觸孔，所述第二填充階段中的濺射溫度大 于 400°C?？蛇x地，所述接觸孔的形成方法包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底形成有器 件結(jié)構(gòu)和覆蓋所述器件結(jié)構(gòu)的介質(zhì)層；在所述介質(zhì)層上形成光刻膠圖形；以所述光刻膠圖 形為掩膜，刻蝕所述介質(zhì)層直至暴露出所述半導(dǎo)體襯底，形成接觸孔?？蛇x地，所述刻蝕所述介質(zhì)層直至暴露出所述半導(dǎo)體襯底，形成接觸孔的方法包 括結(jié)合各向同性刻蝕和各向異性刻蝕所述介質(zhì)層形成接觸孔，所述接觸孔的上端尺寸要相 對大于其下端尺寸。 可選地，所述各向同性刻蝕為微波刻蝕?？蛇x地，所述各向異性刻蝕為等離子體刻蝕。可選地，在第一填充階段之前，還包括在所述接觸孔的底部和側(cè)壁形成保護(hù)層的步驟。可選地，在形成保護(hù)層之前，還包括采用物理反濺以修整圓化所述接觸孔的步驟?？蛇x地，所述物理反濺的工藝參數(shù)包括反濺量為200埃至500埃，反濺功率為 100瓦至200瓦，Ar流量為5SCCM至15SCCM，反濺時(shí)間為20秒至50秒?？蛇x地，所述第一填充階段中濺射工藝的參數(shù)包括濺射溫度為450°C至500°C， 濺射功率為4千瓦至7千瓦，濺射量為500埃至1500埃?？蛇x地，所述第二填充階段中濺射工藝的參數(shù)包括濺射溫度為450°C至500°C， 濺射功率為0. 4千瓦至0. 7千瓦，濺射量為4000埃至6000埃。可選地，所述接觸孔的深寬比至少大于0. 5。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過在執(zhí)行接觸孔的填充過程中，分為二個(gè)填充階段依 序?qū)佑|孔進(jìn)行填充，且在填充時(shí)將溫度控制在400°C以上，將功率控制在較低水平上，提 高了導(dǎo)電介質(zhì)的流動性，使得導(dǎo)電介質(zhì)充分填滿整個(gè)接觸孔，提高接觸孔的導(dǎo)電性能。


圖1至圖3為現(xiàn)有技術(shù)中接觸孔的填充方法的過程示意圖；圖4為現(xiàn)有技術(shù)的填充方法填充接觸孔后的電鏡圖片；圖5為本發(fā)明實(shí)施方式中接觸孔的填充方法的流程示意圖；圖6為圖5中步驟SlO的詳細(xì)流程示意圖；圖7至圖10為本發(fā)明實(shí)施方式中接觸孔的填充方法的過程示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，利用傳統(tǒng)的接觸孔填充方法填充連接孔時(shí)，由于用于填充 接觸孔的導(dǎo)電金屬的流動性較弱等因素使得導(dǎo)電金屬很難達(dá)到完全填充而可能出現(xiàn)空穴， 特別是對于具有大深寬比的接觸孔，所述填充缺陷愈發(fā)明顯。因此，為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種接觸孔的填充方法，該方法基于導(dǎo)電介質(zhì)(例如為鋁硅銅)在高溫下具有較好的流動性的特點(diǎn)，在高溫狀況下，分為二個(gè)填充階段 依序?qū)佑|孔進(jìn)行填充。這種填充方法能提高用于填充的導(dǎo)電介質(zhì)的流動性，使得所述接 觸孔被導(dǎo)電介質(zhì)填充滿，基本杜絕了空穴的產(chǎn)生。參考圖5，本發(fā)明在一實(shí)施方式中提供一種接觸孔的填充方法，包括步驟步驟S10，提供帶有接觸孔的半導(dǎo)體襯底；步驟S12，采用物理反濺以修整圓化所述接觸孔；步驟S14，在所述接觸孔的底部和側(cè)壁形成保護(hù)層； 步驟S16，第一填充階段，采用濺射工藝，將導(dǎo)電介質(zhì)部分填充所述接觸孔，使得在 所述接觸孔的底部和側(cè)壁濺射有導(dǎo)電介質(zhì)，所述第一填充階段中的濺射溫度大于400°C ；步驟S18，第二填充階段，采用濺射工藝，將導(dǎo)電介質(zhì)填充滿所述接觸孔，所述第二 填充階段中的濺射溫度大于400°C。下面結(jié)合附圖對于上述實(shí)例過程進(jìn)行詳細(xì)說明。結(jié)合圖5和圖7所示，上述制作接觸孔的過程首先為步驟SlO所述，提供帶接觸孔 26的半導(dǎo)體襯底。所述半導(dǎo)體襯底可以為部分處理的基片20，包括在基片20上形成的隔 離結(jié)構(gòu)22、位于隔離結(jié)構(gòu)22之間的器件結(jié)構(gòu)和覆蓋所述器件結(jié)構(gòu)的介質(zhì)層M。其中，所述 隔離結(jié)構(gòu)22可以是局部氧化隔離(LOCOS)或淺溝槽隔離(STI)；所述器件結(jié)構(gòu)為N型MOS 管或P型MOS管，包括柵極210和位于柵極210相對二側(cè)的源極220和漏極230，柵極210 與基片20之間還可以包括為氧化硅或氮氧化硅的柵極介電層(未在圖式中標(biāo)示)；所述介 質(zhì)層M可以為具有絕緣作用的氧化硅。在本實(shí)施例中，為敘述方便，是以與所述器件結(jié)構(gòu)的源極220對應(yīng)的接觸孔進(jìn)行 填充作業(yè)為例進(jìn)行說明的，但并不以此為限，例如，在其他實(shí)施例中，也可以選取與所述器 件結(jié)構(gòu)的柵極210和/或漏極230對應(yīng)的接觸孔或者其他類型的接觸孔作為說明對象，在 此不再贅述。另外，所述對應(yīng)源極220的接觸孔沈，如圖6所示，可以通過如下步驟形成(a-Ι)，提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底形成有器件結(jié)構(gòu)和覆蓋所述器件結(jié)構(gòu)的 介質(zhì)層。(a_2)，在所述介質(zhì)層上形成光刻膠圖形。具體過程包括通過例如旋轉(zhuǎn)涂布等方式 在所述介質(zhì)層上形成光刻膠，通過曝光將接觸孔掩膜圖形從掩膜版上轉(zhuǎn)移到光刻膠上，并 利用顯影液將相應(yīng)部位的光刻膠去除以形成與接觸孔掩膜圖形一致的光刻膠圖形。(a-3)，以所述光刻膠圖形為掩膜，在刻蝕設(shè)備的腔室內(nèi)采用各向同性刻蝕和各向 異性刻蝕相結(jié)合的方式刻蝕介質(zhì)層直至暴露出基片，形成接觸孔。所述各向同性刻蝕和各 向異性刻蝕相結(jié)合的方式可以是先進(jìn)行各向同性刻蝕后進(jìn)行各向異性刻蝕。所述各向異性 刻蝕能保證精確地在被刻蝕的介質(zhì)層上復(fù)制出與所述光刻膠圖像完全一致的接觸孔，保證 了對芯片面積的最大節(jié)省；所述各向同性刻蝕能增加接觸孔上端尺寸，使得其上端尺寸要 相對大于下端尺寸，有利于后續(xù)導(dǎo)電介質(zhì)的填充。所述各向同性刻蝕可以為在微波刻蝕設(shè)備中進(jìn)行的微波刻蝕，所述各向異性刻蝕 可以為在等離子體型刻蝕設(shè)備中進(jìn)行的等離子刻蝕。接著，采用物理反濺以修整圓化接觸孔26。在本實(shí)施例中，所述物理反濺工藝就 是利用等離子體去轟擊接觸孔26各部位，去除掉一部分多余或殘留的介電層M材料。參數(shù)具體包括反濺量為200埃至500埃，反濺功率為100瓦至200瓦，Ar流量為5SCCM至 15SCCM，反濺時(shí)間為20秒至50秒。所述物理反濺工藝作為后續(xù)填充工藝的一個(gè)預(yù)置工藝， 能使得接觸孔表面圓滑，無明顯的凸點(diǎn)或凹陷等，特別是，對于接觸孔26的開口處以及底 部與側(cè)壁交接處得到很好地圓化。結(jié)合圖5和圖8，在接觸孔沈的底部和側(cè)壁以及介電層M的表面形成保護(hù)層27。 在填充導(dǎo)電介質(zhì)之前一般還需先形成保護(hù)層，是在于如果直接將導(dǎo)電介質(zhì)填充至接觸孔 內(nèi)，則導(dǎo)電介質(zhì)或其反應(yīng)物會與接觸孔底部的半導(dǎo)體襯底(包括柵極、源極或漏極)中的元 素(例如硅)發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致對硅的消耗以及對硅襯底的側(cè)向侵蝕，影響器件性能。在本實(shí) 施例中，所述保護(hù)層27的材料選自鈦或者氮化鈦，所述保護(hù)層27可以為單層結(jié)構(gòu)或多層疊 加結(jié)構(gòu)，形成的保護(hù)層27用于阻止后續(xù)填充的金屬介質(zhì)向周邊的擴(kuò)散，從而提高接觸孔沈 的形成質(zhì)量。形成保護(hù)層27的工藝可以為公知的沉積工藝，例如物理濺射沉積工藝或者化 學(xué)氣相沉積工藝。結(jié)合圖5和圖9，執(zhí)行第一填充階段，采用濺射工藝，在接觸孔沈的底部和側(cè)壁以 及介電層M的表面施加導(dǎo)電介質(zhì)^a，在接觸孔沈的對應(yīng)區(qū)域，導(dǎo)電介質(zhì)28a將接觸孔沈 部分填充。所述導(dǎo)電介質(zhì)28a可以是鋁、銅、鋁硅銅、鎳、鈦、鎢以及含有鋁、銅、鋁硅銅、鎳、 鈦、鎢的合金中的任一種。在本實(shí)施例中，選取的導(dǎo)電物質(zhì)為鋁硅銅，其工藝參數(shù)具體包括 濺射溫度為450°C至500°C，濺射功率為4千瓦至7千瓦，濺射量為500埃至1500埃。本 發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，所述第一填充階段實(shí)質(zhì)為成核階段，在所述階段中，通過將濺射溫度提 高(大于400°C)，可以明顯提高導(dǎo)電介質(zhì)熔融后的流動性；且，加上功率較低(小于10千 瓦)，能形成細(xì)密的成核結(jié)晶，提高導(dǎo)電介質(zhì)的填充效果。結(jié)合圖5和圖10，執(zhí)行第二填充階段，采用濺射工藝，在所述導(dǎo)電介質(zhì)28a上施加 導(dǎo)電介質(zhì)^b，以在接觸孔沈的對應(yīng)區(qū)域，導(dǎo)電介質(zhì)28b將接觸孔沈填充滿。所述導(dǎo)電介 質(zhì)^b與所述第一填充階段中的導(dǎo)電介質(zhì)28a相一致。仍以導(dǎo)電介質(zhì)為鋁硅銅為例，在本 實(shí)施例中，第二填充階段的工藝參數(shù)具體包括濺射溫度為450°C至500°C，濺射功率為0. 4 千瓦至0. 7千瓦，濺射量為4000埃至6000埃。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，所述第一填充階段為 主題沉積階段，在所述階段中，通過將濺射溫度提高(大于400°C )，可以明顯提高導(dǎo)電介質(zhì) 熔融后的流動性；且，加上功率較低(小于1千瓦)，能形成細(xì)小的濺射晶粒，提高導(dǎo)電介質(zhì) 的填充能力，基本上甚至實(shí)質(zhì)上實(shí)現(xiàn)接觸孔100%的填充效果，提高了接觸孔填充后的導(dǎo)電 性能。綜上所述，本發(fā)明的接觸孔填充方法通過在執(zhí)行接觸孔的填充過程中，將填充工 藝分為包括成核階段和沉積階段的二個(gè)填充階段來實(shí)現(xiàn)，且在每一個(gè)填充階段中，相對于 現(xiàn)有技術(shù)，通過將溫度控制在較高的水平上，提升了導(dǎo)電介質(zhì)的流動性，使得導(dǎo)電介質(zhì)充分 填滿整個(gè)接觸孔，提高接觸孔的導(dǎo)電性能。另外，在第一填充階段和第二填充階段的濺射工藝中，將功率控制在較低水平上， 提升了導(dǎo)電介質(zhì)的晶粒的細(xì)密度，提高接觸孔的填充效果。再者，本發(fā)明的接觸孔填充方法，在將導(dǎo)電介質(zhì)填充至接觸孔之前，還預(yù)先對接觸 孔進(jìn)行了物理反濺工藝，對所述接觸孔進(jìn)行修整圓化，使得接觸孔各表面更加圓潤光滑，去 除填充死角，利于后續(xù)導(dǎo)電介質(zhì)的填充，相應(yīng)提高接觸孔的填充效果。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng) 當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種接觸孔的填充方法，其特征在于，包括提供帶有接觸孔的半導(dǎo)體襯底；第一填充階段，采用濺射工藝，將導(dǎo)電介質(zhì)部分填充所述接觸孔，使得在所述接觸孔的 底部和側(cè)壁濺射有導(dǎo)電介質(zhì)，所述第一填充階段中的濺射溫度大于400°c ；第二填充階段，采用濺射工藝，將導(dǎo)電介質(zhì)填充滿所述接觸孔，所述第二填充階段中的 濺射溫度大于400°C。
2.如權(quán)利要求1所述的接觸孔的填充方法，其特征在于，所述接觸孔的形成方法包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底形成有器件結(jié)構(gòu)和覆蓋所述器件結(jié)構(gòu)的介質(zhì)層；在所述介質(zhì)層上形成光刻膠圖形；以所述光刻膠圖形為掩膜，刻蝕所述介質(zhì)層直至暴露出所述半導(dǎo)體襯底，形成接觸孔。
3.如權(quán)利要求2所述的接觸孔的填充方法，其特征在于，所述刻蝕所述介質(zhì)層直至暴 露出所述半導(dǎo)體襯底，形成接觸孔的方法包括結(jié)合各向同性刻蝕和各向異性刻蝕刻蝕所述 介質(zhì)層形成接觸孔，所述接觸孔的上端尺寸要相對大于其下端尺寸。
4.如權(quán)利要求3所述的接觸孔的填充方法，其特征在于，所述各向同性刻蝕為微波刻蝕。
5.如權(quán)利要求3所述的接觸孔的填充方法，其特征在于，所述各向異性刻蝕為等離子 體刻蝕。
6.如權(quán)利要求1所述的接觸孔的填充方法，其特征在于，在第一填充階段之前，還包括 在所述接觸孔的底部和側(cè)壁形成保護(hù)層的步驟。
7.如權(quán)利要求6所述的接觸孔的填充方法，其特征在于，在形成保護(hù)層之前，還包括采 用物理反濺以修整圓化所述接觸孔的步驟。
8.如權(quán)利要求7所述的接觸孔的填充方法，其特征在于，所述物理反濺的工藝參數(shù)包 括反濺量為200埃至500埃，反濺功率為100瓦至200瓦，Ar流量為5SCCM至15SCCM，反 濺時(shí)間為20秒至50秒。
9.如權(quán)利要求1所述的接觸孔的填充方法，其特征在于，所述第一填充階段中濺射工 藝的參數(shù)包括濺射溫度為450°C至500°C，濺射功率為4千瓦至7千瓦，濺射量為500埃至 1500 埃。
10.如權(quán)利要求1所述的接觸孔的填充方法，其特征在于，所述第二填充階段中濺射工 藝的工藝參數(shù)包括濺射溫度為450°C至500°C，濺射功率為0. 4千瓦至0. 7千瓦，濺射量為 4000埃至6000埃。
11.如權(quán)利要求1所述的接觸孔的填充方法，其特征在于，所述接觸孔的深寬比至少大 于 0. 5。
全文摘要
一種接觸孔的填充方法，包括提供帶有接觸孔的半導(dǎo)體襯底；第一填充階段，采用濺射工藝，將導(dǎo)電介質(zhì)部分填充所述接觸孔，所述第一填充階段中的濺射溫度大于400℃；第二填充階段，采用濺射工藝，將導(dǎo)電介質(zhì)填充滿所述接觸孔，所述第二填充階段中的濺射溫度大于400℃。本發(fā)明能在高溫下對接觸孔進(jìn)行填充，提高導(dǎo)電介質(zhì)的流動性，實(shí)現(xiàn)完全填滿整個(gè)接觸孔。
文檔編號H01L21/768GK102087994SQ200910252940
公開日2011年6月8日 申請日期2009年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者章舒 申請人:無錫華潤上華半導(dǎo)體有限公司, 無錫華潤上華科技有限公司