專利名稱：晶圓制備過程中的介質層通孔填充方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造技術領域，尤指一種晶圓制備過程中的介質層通孔填充方法。
背景技術：
在半導體晶圓制備過程中，其后段工藝中實現(xiàn)連接兩層金屬層，一般是通過在兩 個金屬層之間的介質層上刻蝕通孔并進行鋁填充實現(xiàn)的。在介質層上刻蝕通孔后，采用傳 統(tǒng)的濺射工藝，將金屬鋁淀積到通孔中，實現(xiàn)對通孔的填充，并通過通孔中淀積的金屬鋁連 接上下兩層金屬層，使兩層金屬層能夠實現(xiàn)電導通。傳統(tǒng)的濺射金屬鋁實現(xiàn)孔填充的工藝，其孔填充的步驟可以和上層金屬層的制備 同時進行。由于層間介質(即介質層)的厚度較大，使得用于連接上下金屬層的金屬線的 通孔比較較深，采用傳統(tǒng)的金屬濺射淀積金屬鋁的方式填充通孔，由于鋁的填充性能不好， 容易出現(xiàn)臺階覆蓋不良的問題，在填充后容易形成斷裂、氣孔、空洞等嚴重的工藝缺陷；傳 統(tǒng)的通孔填充方法在刻蝕通孔后，加以圓滑臺階的角度，擴大金屬淀積入口，隨后淀積一次 金屬，同時完成金屬間的連接，因此，需要刻蝕出具有較大孔徑尺寸的通孔，再進行填充，可 能形成碗口通孔尺寸過大，可填充性差。因此采用傳統(tǒng)的通孔填充方式會導致晶圓產品的 工藝可靠性低，不適合用于較高集成度的大規(guī)模集成電路的生產過程中。圖1即為使用傳統(tǒng)的濺射工藝填充瞳孔后形成空洞缺陷的示意圖。具體為5KV電 壓、2. 5萬倍率下的介質層通孔填充后的效果圖，圖中圈起的部分即采用鋁填充的方式填充 通孔后形成的空洞。

發(fā)明內容
本發(fā)明實施例提供一種晶圓制備過程中的介質層通孔填充方法，用以解決現(xiàn)有技 術中采用鋁實現(xiàn)通孔填充存在的工藝可靠性低、填充后容易出現(xiàn)工藝缺陷的問題。一種晶圓制備過程中的介質層通孔填充方法，包括在制備好的介質層上刻蝕設定直徑的通孔；刻蝕通孔后在所述介質層上表面、所述通孔的側壁及所述通孔底部的金屬層上表 面鍍上包含鈦和氮化鈦的粘附層；在淀積粘附層后的通孔中沉積金屬鎢至高出所述介質層上表面；將高出所述介質層上表面的金屬鎢刻蝕掉。本發(fā)明的上述方法，采用干法刻蝕和濕法刻蝕相結合的方式刻蝕設定直徑的通 孔。本發(fā)明的上述方法，所述通孔的直徑為0. 55 μ m 0. 7 μ m。本發(fā)明的上述方法，采用化學氣相沉淀的方式鍍上包含鈦和氮化鈦的粘附層。本發(fā)明的上述方法，所述粘附層的厚度為200A 600A。本發(fā)明的上述方法，采用化學氣相沉淀的方式沉積金屬鎢。
根據(jù)本發(fā)明的上述方法，所述將高出所述介質層上表面的金屬鎢刻蝕掉，具體包 括采用干法刻蝕的方式，以所述介質層上表面的所述粘附層為參照，將高出所述粘 附層的金屬鎢刻蝕掉。本發(fā)明實施例提供的晶圓制備過程中的介質層通孔填充方法，通過在制備好的介 質層上刻蝕設定直徑的通孔；刻蝕通孔后在所述介質層上表面、所述通孔的側壁及所述通 孔底部的金屬層上表面鍍上包含鈦和氮化鈦的粘附層；在淀積粘附層后的通孔中沉積金屬 鎢至高出所述介質層上表面；將高出所述介質層上表面的金屬鎢刻蝕掉。由于鎢的填充覆 蓋性能比較好，因此，刻蝕的通孔的直徑可以比較小，不會形成大的通孔尺寸，且由于鎢的 臺階填充性能比較好，一般不會出現(xiàn)斷裂或空洞等嚴重的工藝缺陷，能夠獲得較好的通孔 填充效果，提高了晶圓產品的工藝可靠性，適用于具有較高集成度的大規(guī)模集成電路的生 產。


圖1為現(xiàn)有技術中通孔填充效果示意圖；圖2為本發(fā)明實施例中晶圓制備過程中的介質層通孔填充的流程圖；圖3為本發(fā)明實施例中在介質層刻蝕出通孔的示意圖；圖4為本發(fā)明實施例中通孔填充效果示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明實施例提供的晶圓制備過程中的介質層通孔填充方法，采用鎢塞回刻的方 式實現(xiàn)晶圓制備過程中的介質層通孔填充，其流程圖如圖1所示，執(zhí)行步驟如下步驟SlOl 在制備好的介質層上刻蝕設定直徑的通孔。由于金屬鎢的填充性比較好，所以刻蝕的通孔的直徑與采用鋁填充時相比，可以 比較小，一般刻蝕的通孔的直徑為0. 55 μ m 0. 7 μ m。通孔的深度就是介質層的厚度，該通 孔填充后，填充的金屬用于連接上下兩層的金屬線，實現(xiàn)電導通。例如圖3所示，即為在介質層刻蝕的通孔示意圖，圖3具體為5KV電壓、7萬倍率下 的介質層刻蝕通孔后的效果圖，其中，刻蝕的通孔直徑為0. 6 μ m，孔口直徑為0. 8 μ m。該通 孔直徑相對于圖1中所示的1.7μπι小了很多?？梢圆捎酶煞涛g和濕法刻蝕相結合的方式刻蝕設定直徑的通孔。其中，干法刻 蝕是一種各項異性的刻蝕方法，通過調整壓力，功率和化學氣體的配比來達到所需要的形 貌。濕法腐蝕是一種各項同性的刻蝕方法，通過化學液體的不同配比，對不同材料選擇不同 的刻蝕速度。通過控制介質層的非等向性蝕刻，獲取理想的介電層刻蝕后的通孔側壁輪廓 (Side Wall Profile)，使接下來的化學氣相淀積時沉積金屬鎢得以順利的進行。步驟S102 鍍上一層包含鈦和氮化鈦的粘附層。介質層的材料一般是二氧化硅，由于二氧化硅和金屬鎢之間的粘著性很差，因此， 本申請中在蝕刻出的通孔中淀積金屬鎢之前，在通孔中淀積一層鈦和氮化鈦作為粘附層， 用以提高淀積的金屬鎢與二氧化硅的粘著性，防止鎢的剝離現(xiàn)象。
一般采用化學氣相沉淀的方式淀積鈦和氮化鈦作為粘附層。在晶圓的整個上表面 上淀積粘附層的，具體包括介質層上沒有刻蝕通孔處的上表面、所刻蝕的通孔的側壁、以 及所刻蝕的通孔底部的金屬層上表面。淀積的包含鈦和氮化鈦的粘附層的厚度為200A 600A。其中，A表示10的負十
次方，即埃。步驟S103 在淀積粘附層后的通孔中沉積金屬鎢至高出介質層上表面。采用化學氣相沉淀的方式沉積金屬鎢，即鎢塞(W plug)。淀積的金屬鎢具有優(yōu)異 的階梯覆蓋率，因此比較適合小孔的填充。在通孔中沉積金屬鎢的高度一般需要高出介質層沒有刻蝕通孔處鍍上的粘附層 的上表面的高度。即沉積鎢以沉積滿整個通孔，并留有一定的回刻余量為宜，使得填充后的 金屬鎢可以直接和上面的金屬層實現(xiàn)連接。步驟S104 將高出介質層上表面的金屬鎢刻蝕掉，即回刻(Etch Back)。具體包 括采用干法刻蝕的方式，以介質層上表面的粘附層為參照，將高出粘附層的金屬鎢 刻蝕掉。即以鍍上的包含鈦和氮化鈦的粘附層作為終點進行刻蝕。把高出粘附層的金屬鎢 刻蝕干凈，僅留下介質層通孔內的金屬鎢，實現(xiàn)上、下兩層金屬連通作用。例如圖4所示，即為完成通孔填充之后的效果圖，圖4具體為5KV電壓、4. 5萬倍 率下的介質層刻蝕通孔后的效果圖，其中，刻蝕的通孔經鎢塞回刻后將上下兩層連通。本發(fā)明實施例提供的晶圓制備過程中的介質層通孔填充方法，通過采用鎢塞填充 介質層上刻蝕的通孔，實現(xiàn)連通上、下兩層的目的，由于鎢的可填充性比較好，從而減小了 刻蝕通孔的直徑，且用化學氣相沉積法制作的鎢的階梯覆蓋能力強，有效地避免了填充過 程中出現(xiàn)斷裂或空洞等嚴重的工藝缺陷，能夠獲得較好的通孔填充效果，提高了晶圓產品 的工藝可靠性，適用于具有較高集成度的大規(guī)模集成電路的生產。通過回刻的方式，去除沉淀的多余金屬鎢，獲取較好的接觸表面，由于鎢的熔點 高，而且相對其他高熔點金屬具有更好的導電性，因此，鎢塞填充也有效的降低了電阻，提 高了導電的效率。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化、替換或 應用到其他類似的裝置，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應該 以權利要求書的保護范圍為準。
權利要求
1.一種晶圓制備過程中的介質層通孔填充方法，其特征在于，包括 在制備好的介質層上刻蝕設定直徑的通孔；刻蝕通孔后在所述介質層上表面、所述通孔的側壁及所述通孔底部的金屬層上表面鍍 上包含鈦和氮化鈦的粘附層；在淀積粘附層后的通孔中沉積金屬鎢至高出所述介質層上表面； 將高出所述介質層上表面的金屬鎢刻蝕掉。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，采用干法刻蝕和濕法刻蝕相結合的方式刻 蝕設定直徑的通孔。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述通孔的直徑為0.55 μ m 0. 7 μ m。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，采用化學氣相沉淀的方式鍍上包含鈦和氮 化鈦的粘附層。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘附層的厚度為200A 600A。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，采用化學氣相沉淀的方式沉積金屬鎢。
7.如權利要求1-6任一所述的方法，其特征在于，所述將高出所述介質層上表面的金 屬鎢刻蝕掉，具體包括采用干法刻蝕的方式，以所述介質層上表面的所述粘附層為參照，將高出所述粘附層 的金屬鎢刻蝕掉。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種晶圓制備過程中的介質層通孔填充方法，包括在制備好的介質層上刻蝕設定直徑的通孔；刻蝕通孔后在所述介質層上表面、所述通孔的側壁及所述通孔底部的金屬層上表面鍍上包含鈦和氮化鈦的粘附層；在淀積粘附層后的通孔中沉積金屬鎢至高出所述介質層上表面；將高出所述介質層上表面的金屬鎢刻蝕掉。該方法能夠獲得較好的通孔填充效果，有效的避免了通孔填充過程中出現(xiàn)斷裂或空洞等工藝缺陷。
文檔編號H01L21/768GK102148193SQ201019114028
公開日2011年8月10日 申請日期2010年2月4日 優(yōu)先權日2010年2月4日
發(fā)明者席華萍, 陳建國 申請人:北大方正集團有限公司, 深圳方正微電子有限公司