接触孔及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种接触孔，包括：形成于硅衬底表面的层间膜；在层间膜中形成有接触孔的开口；在开口的侧面和底部表面形成有阻挡层；在开口中完全填充有金属填充层组成接触孔；金属填充层中包括金属铝；阻挡层由多层叠加层单元叠加而成，叠加层单元由一层Ti层和一层TiN层叠加而成；在叠加层单元中，Ti层和TiN层的界面处形成Ti2N晶相结构；通过多层叠加层单元的叠加增加Ti2N晶相结构的数量，通过Ti2N晶相结构使阻挡层的晶粒形成纤维状结构，通过纤维状结构防止硅扩散到金属填充层中从而防止形成铝穿刺。本发明专利技术还公开了一种接触孔的制造方法。本发明专利技术能防止铝穿刺，从而能提高接触孔的质量。

Contact Hole and Its Manufacturing Method

The invention discloses a contact hole, which comprises: an interlayer film formed on the surface of silicon substrate; an opening with a contact hole formed in the interlayer film; a barrier layer formed on the side and bottom surface of the opening; a contact hole formed by fully filling a metal filling layer in the opening; a metal aluminum included in the metal filling layer; a barrier layer is superimposed by a multilayer superimposed layer unit, and a superimposed layer unit consists of one. Ti layer and TiN layer are superimposed; Ti2N crystal structure is formed at the interface of Ti layer and TiN layer in the superimposed layer unit; the number of Ti2N crystal structure is increased by the superimposition of multi-layer superimposed layer unit; the grain of the barrier layer is formed into fibrous structure through Ti2N crystal structure, and silicon is prevented from diffusing into the metal filling layer through the fibrous structure to prevent the formation of Al puncture. The invention also discloses a manufacturing method of a contact hole. The invention can prevent aluminium puncture, thereby improving the quality of the contact hole.

【技术实现步骤摘要】
接触孔及其制造方法
本专利技术涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种接触孔。本专利技术还涉及一种接触孔的制造方法。
技术介绍
随着半导体器件向深亚微米尺寸发展，器件的密集程度和复杂程度都不断增加，同时对工艺制程的要求也越来越苛刻。通孔作为多层金属层互联以及器件与外界电路之间连接的通道，在器件构成中起着非常重要的作用。其中，第一层金属层底部的通孔会和形成于硅衬底上的掺杂区或多晶硅栅接触，故称为接触孔。接触孔中通常采用金属铝填充。在硅铝接触工艺过程中，硅在铝中的溶解度比铝在硅中的溶解度要大，从而导致硅在铝中溶解，从而形成铝尖楔(Al-Spike)。一般采用TiN膜作为阻挡层来防止发生铝尖楔，铝尖楔通常也称为铝穿刺。如图1所示，是现有方法形成的接触孔的照片；图1中同时显示了接触孔101的俯视面结构和剖面结构，接触孔101的底部为硅衬底102，在硅衬底102上形成有需要通过接触孔101引出的掺杂区或多晶硅栅。现有方法中，在接触孔101中填充有金属铝；在填充金属铝之前也通常会在接触孔101的开口的内侧表面上形成阻挡层，阻挡层由一层Ti层和一层TiN层叠加而成。但是，实际上，接触孔101内部还是会形成铝穿刺，如虚线圈103所示。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种接触孔，能防止铝穿刺，从而能提高接触孔的质量。为此，本专利技术还提供一种接触孔的制造方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供的接触孔包括：形成于硅衬底表面的层间膜。在所述层间膜中形成有接触孔的开口。在所述开口的侧面和底部表面形成有阻挡层。在形成有所述阻挡层的所述开口中形成有将所述开口完全填充的金属填充层，由填充于所述开口中的所述阻挡层和所述金属填充层组成所述接触孔。所述金属填充层中包括金属铝。所述阻挡层由多层叠加层单元叠加而成，所述叠加层单元由一层Ti层和一层TiN层叠加而成。在所述叠加层单元中，所述Ti层和所述TiN层的界面处形成Ti2N晶相结构；通过多层所述叠加层单元的叠加增加所述Ti2N晶相结构的数量，通过所述Ti2N晶相结构使所述阻挡层的晶粒形成纤维状结构，通过所述纤维状结构防止硅扩散到所述金属填充层中从而防止形成铝穿刺。进一步的改进是，所述阻挡层中所包括的所述叠加层单元的数量为3层～6层。进一步的改进是，所述叠加层单元中的所述Ti层的厚度为所述TiN层的厚度为进一步的改进是，所述叠加层单元中的所述Ti层采用物理气相沉积方法形成，工艺温度为10℃～500℃，压强为1torr～10torr。所述TiN层采用物理气相沉积方法形成，工艺温度为10℃～500℃，压强为1torr～10torr。进一步的改进是，所述金属填充层中还包括金属钨，所述金属钨形成于所述阻挡层和所述金属铝之间。进一步的改进是，所述金属钨采用金属有机化学气相沉积工艺形成，工艺温度为200℃～500℃，压强为20torr～200torr，所述金属钨的成膜厚度为进一步的改进是，所述金属铝采用物理溅射成膜工艺形成，工艺温度为350℃～450℃，压强为1torr～10torr，溅射功率为10kw～15kw，所述金属铝的成膜厚度为进一步的改进是，所述金属铝还延伸到所述开口外的所述层间膜的表面，所述金属钨仅位于所述开口内，所述阻挡层也延伸到所述开口外并位于所述金属铝的底部。为解决上述技术问题，本专利技术提供的接触孔的制造方法包括如下步骤：步骤一、提供一表面形成有层间膜的硅衬底，采用光刻刻蚀工艺形成接触孔的开口，所述开口穿过所述层间膜。步骤二、在所述开口的侧面和底部表面形成有阻挡层，包括如下分步骤：依次形成一层Ti层和一层TiN层，由一层Ti层和一层TiN层叠加形成叠加层单元。重复多次形成所述叠加层单元的步骤形成由多层叠加层单元叠加而成所述阻挡层。在所述叠加层单元中，所述Ti层和所述TiN层的界面处形成Ti2N晶相结构；通过多层所述叠加层单元的叠加增加所述Ti2N晶相结构的数量，通过所述Ti2N晶相结构使所述阻挡层的晶粒形成纤维状结构，通过所述纤维状结构防止硅扩散到后续的金属填充层中从而防止形成铝穿刺。步骤三、形成所述金属填充层将所述开口完全填充，所述金属填充层中包括金属铝；由填充于所述开口中的所述阻挡层和所述金属填充层组成所述接触孔。进一步的改进是，所述阻挡层中所包括的所述叠加层单元的数量为3层～6层。进一步的改进是，所述叠加层单元中的所述Ti层的厚度为所述TiN层的厚度为进一步的改进是，所述叠加层单元中的所述Ti层采用物理气相沉积方法形成，工艺温度为10℃～500℃，压强为1torr～10torr。所述TiN层采用物理气相沉积方法形成，工艺温度为10℃～500℃，压强为1torr～10torr。进一步的改进是，所述金属填充层中还包括金属钨，所述金属钨形成于所述阻挡层和所述金属铝之间；步骤三包括如下分步骤：步骤31、采用金属有机化学气相沉积工艺进行所述金属钨的成膜。步骤32、进行钨回刻，所述钨回刻以所述阻挡层为停止层，所述钨回刻将所述开口外的所述金属钨都去除。步骤33、进行所述金属铝的填充，所述金属铝将所述开口完全填充并延伸到所述开口外，所述阻挡层也延伸到所述开口外并位于所述金属铝的底部。进一步的改进是，所述金属钨采的金属有机化学气相沉积工艺的工艺温度为200℃～500℃，压强为20torr～200torr，所述金属钨的成膜厚度为进一步的改进是，所述金属铝采用物理溅射成膜工艺形成，工艺温度为350℃～450℃，压强为1torr～10torr，溅射功率为10kw～15kw，所述金属铝的成膜厚度为本专利技术对的阻挡层的结构做了特别的设计，将阻挡层设计为由多层叠加层单元叠加而成，叠加层单元由一层Ti层和一层TiN层叠加而成，在叠加层单元中Ti层和所述TiN层的界面处会形成Ti2N晶相结构，通过多层叠加层单元的叠加增加Ti2N晶相结构的数量，通过Ti2N晶相结构使阻挡层的晶粒形成纤维状结构，通过纤维状结构来防止硅扩散到金属填充层中从而防止形成铝穿刺，从而能提高接触孔的质量，防止铝穿刺带了的短路和漏电等缺陷。本专利技术还能在金属填充层中增加金属钨，金属钨置于金属铝和阻挡层之间，金属钨具有良好的台阶覆盖能力，从而能加强在接触孔的开口的底部角落处对金属铝和硅之间的隔离，进一步减少硅扩散到金属填充层的金属铝中，并进一步减少铝穿刺的形成。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明：图1是现有方法形成的接触孔的照片；图2是本专利技术实施例接触孔的结构示意图；图3是本专利技术实施例阻挡层中晶相结构的测量曲线图；图4是本专利技术实施例方法形成的接触孔的照片。具体实施方式如图2所示，是本专利技术实施例接触孔的结构示意图；本专利技术实施例接触孔包括：形成于硅衬底1表面的层间膜2。在所述层间膜2中形成有接触孔的开口3。在所述开口3的侧面和底部表面形成有阻挡层4。在形成有所述阻挡层4的所述开口3中形成有将所述开口3完全填充的金属填充层，由填充于所述开口3中的所述阻挡层4和所述金属填充层组成所述接触孔。所述金属填充层中包括金属铝6。所述阻挡层4由多层叠加层单元叠加而成，所述叠加层单元由一层Ti层和一层TiN层叠加而成。在所述叠加层单元中，所述Ti层和所述TiN层的界面处形成Ti2N晶相结构；通过多层所述叠加层单元的叠加增加所述Ti2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种接触孔，其特征在于，包括：形成于硅衬底表面的层间膜；在所述层间膜中形成有接触孔的开口；在所述开口的侧面和底部表面形成有阻挡层；在形成有所述阻挡层的所述开口中形成有将所述开口完全填充的金属填充层，由填充于所述开口中的所述阻挡层和所述金属填充层组成所述接触孔；所述金属填充层中包括金属铝；所述阻挡层由多层叠加层单元叠加而成，所述叠加层单元由一层Ti层和一层TiN层叠加而成；在所述叠加层单元中，所述Ti层和所述TiN层的界面处形成Ti2N晶相结构；通过多层所述叠加层单元的叠加增加所述Ti2N晶相结构的数量，通过所述Ti2N晶相结构使所述阻挡层的晶粒形成纤维状结构，通过所述纤维状结构防止硅扩散到所述金属填充层中从而防止形成铝穿刺。

【技术特征摘要】
1.一种接触孔，其特征在于，包括：形成于硅衬底表面的层间膜；在所述层间膜中形成有接触孔的开口；在所述开口的侧面和底部表面形成有阻挡层；在形成有所述阻挡层的所述开口中形成有将所述开口完全填充的金属填充层，由填充于所述开口中的所述阻挡层和所述金属填充层组成所述接触孔；所述金属填充层中包括金属铝；所述阻挡层由多层叠加层单元叠加而成，所述叠加层单元由一层Ti层和一层TiN层叠加而成；在所述叠加层单元中，所述Ti层和所述TiN层的界面处形成Ti2N晶相结构；通过多层所述叠加层单元的叠加增加所述Ti2N晶相结构的数量，通过所述Ti2N晶相结构使所述阻挡层的晶粒形成纤维状结构，通过所述纤维状结构防止硅扩散到所述金属填充层中从而防止形成铝穿刺。2.如权利要求1所述的接触孔，其特征在于：所述阻挡层中所包括的所述叠加层单元的数量为3层～6层。3.如权利要求1或2所述的接触孔，其特征在于：所述叠加层单元中的所述Ti层的厚度为所述TiN层的厚度为4.如权利要求3所述的接触孔，其特征在于：所述叠加层单元中的所述Ti层采用物理气相沉积方法形成，工艺温度为10℃～500℃，压强为1torr～10torr；所述TiN层采用物理气相沉积方法形成，工艺温度为10℃～500℃，压强为1torr～10torr。5.如权利要求1所述的接触孔，其特征在于：所述金属填充层中还包括金属钨，所述金属钨形成于所述阻挡层和所述金属铝之间。6.如权利要求5所述的接触孔，其特征在于：所述金属钨采用金属有机化学气相沉积工艺形成，工艺温度为200℃～500℃，压强为20torr～200torr，所述金属钨的成膜厚度为7.如权利要求5所述的接触孔，其特征在于：所述金属铝采用物理溅射成膜工艺形成，工艺温度为350℃～450℃，压强为1torr～10torr，溅射功率为10kw～15kw，所述金属铝的成膜厚度为8.如权利要求5所述的接触孔，其特征在于：所述金属铝还延伸到所述开口外的所述层间膜的表面，所述金属钨仅位于所述开口内，所述阻挡层也延伸到所述开口外并位于所述金属铝的底部。9.一种接触孔的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、提供一表面形成有层间膜的硅衬底，采用光刻刻蚀工艺形成接触孔的开口，所述开口穿过所述层间膜；步骤二、在所述开口的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘庆华，施向东，刘善善，
申请(专利权)人：上海华虹宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31