买专利,只认龙图腾
首页 专利交易 科技果 科技人才 科技服务 商标交易 会员权益 IP管家助手 需求市场 关于龙图腾
 /  免费注册
到顶部 到底部
清空 搜索

【发明授权】通孔的制造方法_上海华虹宏力半导体制造有限公司_201710991216.2 

申请/专利权人:上海华虹宏力半导体制造有限公司

申请日:2017-10-23

公开(公告)日:2020-11-24

公开(公告)号:CN107644842B

主分类号:H01L21/768(20060101)

分类号:H01L21/768(20060101)

优先权:

专利状态码:有效-授权

法律状态:2020.11.24#授权;2018.02.27#实质审查的生效;2018.01.30#公开

摘要:本发明公开了一种通孔的制造方法,包括步骤:步骤一、在衬底上形成通孔的开口。步骤二、采用SIP工艺形成由Ti层和第一TiN层叠加的第一层阻挡层。步骤三、形成由第二TiN层组成的第二层阻挡层。步骤四、进行金属钨沉积将通孔的开口完全填充。本发明能改善阻挡层的成膜质量,防止钨残留,提高产品结构的完整性。

主权项:1.一种通孔的制造方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤一、在衬底上形成通孔的开口;步骤二、形成第一层阻挡层,所述第一层阻挡层包括依次叠加的Ti层和第一TiN层,第一层阻挡层形成于所述通孔的开口的内侧表面并延伸到所述通孔的开口外侧;所述Ti层和所述第一TiN层都采用自离子化等离子体工艺形成,以提高所述第一层阻挡层对所述通孔的开口的台阶覆盖率;所述第一层阻挡层的所述Ti层采用具有自离子化等离子体工艺的金属物理溅射成膜工艺形成;所述Ti层对应的金属物理溅射成膜工艺的压力在1torr~10torr;步骤三、形成第二层阻挡层,所述第二层阻挡层形成于所述第一层阻挡层的表面;所述第二层阻挡层由第二TiN层组成,所述第二层阻挡层的形成工艺为不包括自离子化等离子体工艺的金属有机化学气相沉积工艺,所述第二层阻挡层的形成工艺使所述第二层阻挡层具有完整的晶格结构并防止所述第一TiN层和后续金属钨直接接触时发生固化反应;所述第二TiN层对应的金属有机化学气相沉积工艺的压力在1torr~10torr;步骤二至步骤三之间不具有退火步骤;步骤四、进行金属钨沉积将所述通孔的开口完全填充。

全文数据:通孔的制造方法技术领域[0001]本发明涉及一种半导体集成电路制造方法,特别是涉及一种通孔的制造方法。背景技术[0002]在半导体器件中,金属钨一般作为填充层来连接上下两层金属层,也即在连接上下两层金属层的通孔中,通常采用金属钨作为填充层填充在通孔的开口中,也即采用金属钨作为通孔。而在上下两层金属层之间通常形成有层间膜进行隔离,层间膜通常为氧化膜即二氧化硅膜,也即通孔的侧面会之间接触到二氧化硅;为防止金属钨与下地即底部的二氧化硅反应,通常情况会在沉积金属钨之前先沉积一层阻挡层防止金属钨与下地二氧化硅直接接触;然后进行金属钨的回刻去除多余的金属钨,金属钨的回刻一般采用千法刻蚀或者化学机械研磨工艺,回刻后将通孔之外的金属钨都去除。[0003]由于在金属钨下地沉积了一层阻挡层,通常该阻挡层采用Ti和TiN的叠层结构,而由于阻挡层的形成工艺方法有很多种如:物理气相沉积PVD、化学气相沉积CVD和离子注入HIP等,每一种工艺方法形成的阻挡层的晶体结构种类及比例会大不相同,从而会影响薄膜的化学及物理性质,最后会影响金属钨的成膜,使得金属钨在回刻后容易产生钨残留。发明内容[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种通孔的制造方法,能改善阻挡层的成膜质量,防止钨残留,提高产品结构的完整性。[0005]为解决上述技术问题,本发明提供的通孔的制造方法包括如下步骤:[0006]步骤一、在衬底上形成通孔的开口。[0007]步骤二、形成第一层阻挡层,所述第一层阻挡层包括依次叠加的Ti层和第一TiN层,第一层阻挡层形成于所述通孔的开口的内侧表面并延伸到所述通孔的开口外侧;所述Ti层和所述第一TiN层都采用自离子化等离子体工艺(Self-IonizingPlasma,SIP形成,以提高所述第一层阻挡层对所述通孔的开口的台阶覆盖率。[0008]步骤三、形成第二层阻挡层,所述第二层阻挡层形成于所述第一层阻挡层的表面;所述第二层阻挡层由第二TiN层组成,所述第二层阻挡层的形成工艺为不包括自离子化等离子体工艺的金属化学气相沉积工艺。[0009]步骤四、进行金属钨沉积将所述通孔的开口完全填充。[0010]进一步的改进是,步骤一中的所述衬底上形成有底部金属层,在所述底部金属层上形成有层间膜;所述通孔的开口穿过所述层间膜。[0011]进一步的改进是,所述衬底为硅衬底,所述层间膜为氧化硅。[0012]进一步的改进是,步骤四中还包括对所述金属钨进行回刻的工艺,回刻后所述金属钨仅填充于所述通孔的开口中并组成所述通孔。[0013]进一步的改进是,步骤四之后还包括在所述层间膜表面形成顶部金属层并对所述顶部金属层进行图形化的步骤,所述通孔的底部连接对应的所述底部金属层,所述通孔的顶部连接对应的所述顶部金属层。[0014]进一步的改进是,步骤二中所述第一层阻挡层的所述Ti层采用具有自离子化等离子体工艺的金属物理鹏射成膜工艺形成。[0015]进一步的改进是,所述Ti层的厚度为500nm〜lOOOnm,所述Ti层对应的金属物理派射成膜工艺的溉射温度为100°C〜500°C,压力在1torr〜10torr。[0016]进一步的改进是,步骤二中所述第一层阻挡层的所述第一TiN层采用具有自离子化等离子体工艺的金属有机化学气相沉积工艺沉积。[0017]进一步的改进是,所述第一TiN层的厚度为lOnm〜200nm,所述第一TiN层对应的金属有机化学气相沉积工艺的沉积温度为200°C〜600°C,压力在ltorr〜lOtorr。[0018]进一步的改进是,步骤三中所述第二层阻挡层的所述第二TiN层采用金属化学气相沉积工艺沉积。[0019]进一步的改进是,所述第二TiN层的厚度为10nm〜200nm,所述第一TiN层对应的金属有机化学气相沉积工艺的沉积温度为20TC〜600°C,压力在ltorr〜lOtorr。[0020]进一步的改进是,步骤四中对所述金属钨的回刻工艺包括干法刻蚀和化学机械研磨工艺。[0021]本发明对阻挡层的形成工艺做了特别的设计,将阻挡层的形成工艺分成了采用SIP工艺形成的第一层阻挡层和采用不包括自离子化等离子体工艺的金属化学气相沉积工艺即常规金属化学气相沉积工艺形成的第二层阻挡层,第一层阻挡层采用SIP工艺有利于使整个阻挡层对通孔的开口形成良好的台阶覆盖,使第一层阻挡层能均匀分布在通孔的开口的底部表面、侧面以及开口外的表面;而第二层阻挡层采用常规金属化学气相沉积工艺形成则能使阻挡层和后续金属钨形成良好的接触,使阻挡层的质量满足要求;最后由第一层阻挡层和第二层阻挡层叠加形成的阻挡层即能够实现对通孔的开口的良好的台阶覆盖,又能够形成和金属钨形成良好的接触的结构,所以最后本发明能改善阻挡层的成膜质量;由于阻挡层具有良好的台阶覆盖能力和质量,能够保证在回刻过程中对金属钨进行很好的去除,防止钨残留,最后能提高产品结构的完整性。[0022]也即,本发明采用SIP结合常规金属化学气相沉积工艺的工艺方法形成的阻挡层和现有技术中仅采用常规金属化学气相沉积工艺形成阻挡层相比,本发明的SIP形成得到第一层阻挡层能形成很好的台阶覆盖,而现有采用常规金属化学气相沉积工艺则无法实现良好的台阶覆盖,而现有工艺在台阶覆盖不良区域容易使得后续的金属钨和衬底上的二氧化硅直接接触并反应,影响通孔的质量。[0023]而,本发明采用SIP结合常规金属化学气相沉积工艺的工艺方法形成的阻挡层和现有技术中仅采用SIP工艺形成阻挡层相比,本发明实施例实现了采用常规金属化学气相沉积工艺形成的第二层阻挡层和后续的金属钨接触,能避免SIp工艺形成的阻挡层和金属钨直接接触时发生的固化反应;也即本发明第二层阻挡层的晶格完整,性质稳定,能避免TiN和金属钨的固化反应,从而也能避免由于固化反应而导致金属钨发生变化并影响后续研磨工艺,从而能有效防止金属钨的研磨后残留的发生。附图说明[0024]下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明:[0025]图1是本发明实施例通孔的制造方法的流程图;[0026]图2A-图2C是本发明实施例方法的各步骤中的器件结构示意图。具体实施方式[0027]如图1所示,是本发明实施例通孔的制造方法的流程图,如图2A至图2C所示,是本发明实施例方法的各步骤中的器件结构示意图,本发明实施例通孔的制造方法包括如下步骤:[0028]步骤一、如图2A所示,在衬底1上形成通孔的开口3。[0029]本发明实施例中,步骤一中的所述衬底1上形成有底部金属层,在所述底部金属层上形成有层间膜2;所述通孔的开口3穿过所述层间膜2。图2A中仅简单表示了所述层间膜2,所述衬底1和所述开口3的结构,并没有显示底部金属层。实际应用中,底部金属层位于开口3的底部且开口3的底部会将底部金属层暴露除了从而实现通孔和底部金属层的接触。[0030]较佳为,所述衬底1为硅衬底1,所述层间膜2为氧化硅。[0031]步骤二、如图2B所示,形成第一层阻挡层4a,所述第一层阻挡层4a包括依次叠加的Ti层和第一TiN层,第一层阻挡层4a形成于所述通孔的开口3的内侧表面并延伸到所述通孔的开口3外侧;所述Ti层和所述第一TiN层都采用自离子化等离子体工艺形成,以提高所述第一层阻挡层4a对所述通孔的开口3的台阶覆盖率。[0032]本发明实施例中,所述第一层阻挡层4a的所述Ti层采用具有自离子化等离子体工艺的金属物理派射成膜工艺形成。较佳为,所述Ti层的厚度为500nm〜lOOOnm,所述Ti层对应的金属物理派射成膜工艺的滅射温度为l〇〇°C〜500°C,压力在ltorr〜lOtorr。[0033]所述第一层阻挡层4a的所述第一TiN层采用具有自离子化等离子体工艺的金属有机化学气相沉积工艺沉积。较佳为,所述第一TiN层的厚度为10nm〜200nm,所述第一TiN层对应的金属有机化学气相沉积工艺的沉积温度为2〇〇°C〜600°C,压力在ltorr〜lOtorr。[0034]步骤三、如图2C所示,形成第二层阻挡层4b,所述第二层阻挡层4b形成于所述第一层阻挡层4a的表面;所述第二层阻挡层4b由第二TiN层组成,所述第二层阻挡层4b的形成工艺为不包括自离子化等离子体工艺的金属化学气相沉积工艺。由所述第一层阻挡层4a和所述第二层阻挡层4b叠加形成阻挡层4。[0035]本发明实施例中,所述第二层阻挡层4b的所述第二TiN层采用金属化学气相沉积工艺沉积。较佳为,所述第二TiN层的厚度为10nm〜200nm,所述第一TiN层对应的金属有机化学气相沉积工艺的沉积温度为200°C〜600°C,压力在ltorr〜lOtorr。[0036]步骤四、进行金属钨沉积将所述通孔的开口3完全填充。[0037]本发明实施例中,步骤四中还包括对所述金属钨进行回刻的工艺,回刻后所述金属钨仅填充于所述通孔的开口3中并组成所述通孔。较佳为,所述金属钨的回刻工艺包括干法刻蚀和化学机械研磨工艺。[0038]步骤四之后还包括在所述层间膜2表面形成顶部金属层并对所述顶部金属层进行图形化的步骤,所述通孔的底部连接对应的所述底部金属层,所述通孔的顶部连接对应的所述顶部金属层。[0039]本发明实施例对阻挡层4的形成工艺做了特别的设计,将阻挡层4的形成工艺分成了采用SIP工艺形成的第一层阻挡层4a和采用不包括自离子化等离子体工艺的金属化学气相沉积工艺即常规金属化学气相沉积工艺形成的第二层阻挡层4b,第一层阻挡层4a采用SIP工艺有利于使整个阻挡层4对通孔的开口3形成良好的台阶覆盖,使第一层阻挡层4a能均匀分布在通孔的开口3的底部表面、侧面以及开口3外的表面,本发明实施例的SIP工艺形成的第一层阻挡层4a能够消除现有技术中单独采用常规金属化学气相沉积工艺形成阻挡层时台阶覆盖不良的缺陷,进而能消除由于阻挡层台阶覆盖不良而容易产生金属钨和底部的衬底上的二氧化硅之间接触并反应的缺陷;而第二层阻挡层4b采用常规金属化学气相沉积工艺形成则能使阻挡层4和后续金属钨形成良好的接触,使阻挡层4的质量满足要求,能防止阻挡层4和金属钨之间发生固化反应,所以能解决现有技术中单独采用SIP工艺形成的阻挡层所带来的阻挡层会和金属钨发生固化反应并进而使得后续钨回刻完成后产生钨残留的缺陷;最后由第一层阻挡层4a和第二层阻挡层4b叠加形成的阻挡层4即能够实现对通孔的开口3的良好的台阶覆盖,又能够形成和金属钨形成良好的接触的结构,所以最后本发明实施例能改善阻挡层的成膜质量;由于阻挡层4具有良好的台阶覆盖能力和质量,能够保证在回刻过程中对金属钨进行很好的去除,防止钨残留,最后能提高产品结构的完整性。[0040]以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明,但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下,本领域的技术人员还可做出许多变形和改进,这些也应视为本发明的保护范围。

权利要求:1.一种通孔的制造方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤一、在衬底上形成通孔的开口;步骤二、形成第一层阻挡层,所述第一层阻挡层包括依次叠加的Ti层和第一TiN层,第一层阻挡层形成于所述通孔的开口的内侧表面并延伸到所述通孔的开口外侧;所述Ti层和所述第一TiN层都采用自离子化等离子体工艺形成,以提高所述第一层阻挡层对所述通孔的开口的台阶覆盖率;步骤三、形成第二层阻挡层,所述第二层阻挡层形成于所述第一层阻挡层的表面;所述第二层阻挡层由第二TiN层组成,所述第二层阻挡层的形成工艺为不包括自离子化等离子体工艺的金属化学气相沉积工艺;步骤四、进行金属钨沉积将所述通孔的开口完全填充。2.如权利要求1所述的通孔的制造方法,其特征在于:步骤一中的所述衬底上形成有底部金属层,在所述底部金属层上形成有层间膜;所述通孔的开口穿过所述层间膜。3.如权利要求2所述的通孔的制造方法,其特征在于:所述衬底为硅衬底,所述层间膜为氧化娃。4.如权利要求2所述的通孔的制造方法,其特征在于:步骤四中还包括对所述金属钨进行回刻的工艺,回刻后所述金属钨仅填充于所述通孔的开口中并组成所述通孔。5.如权利要求4所述的通孔的制造方法,其特征在于:步骤四之后还包括在所述层间膜表面形成顶部金属层并对所述顶部金属层进行图形化的步骤,所述通孔的底部连接对应的所述底部金属层,所述通孔的顶部连接对应的所述顶部金属层。6.如权利要求1所述的通孔的制造方法,其特征在于:步骤二中所述第一层阻挡层的所述Ti层采用具有自离子化等离子体工艺的金属物理溅射成膜工艺形成。7.如权利要求6所述的通孔的制造方法,其特征在于:所述Ti层的厚度为500nm〜lOOOnm,所述Ti层对应的金属物理溅射成膜工艺的溅射温度为10TC〜500°C,压力在ltorr〜10torr〇8.如权利要求1所述的通孔的制造方法,其特征在于:步骤二中所述第一层阻挡层的所述第一HN层采用具有自离子化等离子体工艺的金属有机化学气相沉积工艺沉积。9.如权利要求8所述的通孔的制造方法,其特征在于:所述第一TiN层的厚度为10nm〜200nm,所述第一TiN层对应的金属有机化学气相沉积工艺的沉积温度为2〇0°C〜6〇0°C,压力在ltorr〜lOtorr。10.如权利要求1所述的通孔的制造方法,其特征在于:步骤三中所述第二层阻挡层的所述第二TiN层采用金属化学气相沉积工艺沉积。11.如权利要求10所述的通孔的制造方法,其特征在于:所述第二TiN层的厚度为10nm〜200nm,所述第一TiN层对应的金属有机化学气相沉积工艺的沉积温度为200°C〜600°C,压力在ltorr〜lOtorr。12.如权利要求4所述的通孔的制造方法,其特征在于:步骤四中对所述金属钨的回刻工艺包括干法刻蚀和化学机械研磨工艺。

百度查询: 上海华虹宏力半导体制造有限公司 通孔的制造方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息,力求客观、公正,但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解,仅供参考使用,不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

相关技术
相关技术
相关技术
相关技术