半导体器件及其钨塞填充方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种钨塞填充方法，包括：提供基底，基底包括需填充金属钨的若干孔洞；在孔洞内形成钨种子层，钨种子层在孔洞开口的棱角处的沉积速率大于孔洞内部的沉积速率；在钨种子层上形成钨膜层，填充孔洞内部，在钨膜层的沉积过程中，采用腐蚀性物质去除孔洞开口处的金属钨，以避免在所述孔洞开口处累积钨。本发明专利技术通过在钨膜层的形成过程中采用腐蚀性物质出去孔洞开口出的金属钨，保证了在钨膜层的沉积过程中孔洞开口处不会过多的累积金属钨，进而可使钨膜层的沉积过程中孔洞开口处有足够的宽度，使金属钨能够填满孔洞，从而减小了钨塞填充过程中产生的空洞的大小，减轻了钥匙孔缺陷，提高了器件的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造技术，更具体地说，涉及一种。
技术介绍
钨塞是半导体器件中很重要的结构，金属层与有源区(又称活性区)间的电性连接，以及金属层之间的电性连接均是通过钨塞来导通的，随着集成电路的大规模化和工艺的复杂化，鹤塞填充工艺的发展，势必会影响集成电路的性能以及制造工艺的发展。现有技术中金属层与有源区间的连接钨塞(简称CTW)，以及金属层之间的互连钨塞(简称VIAW)的填充过程通常采用低压化学气相淀积(简称LPCVD)工艺。由于LPCVD对钨塞的填充能力十分有限，特别是对深宽比(即孔洞的深度/孔洞的宽度)较大的孔洞的填充过程，经常会出现钥匙孔(即void)缺陷，所述钥匙孔缺陷是指在填充物的孔洞入口处产生夹断现象，导致在孔洞填充无的中间出现空洞，在钨塞填充过程中，钥匙孔缺陷体现为填充的金属钨还未填满孔洞，但洞口已经被封住，从而导致钨塞连接的上下层之间不能很好的导通，甚至产生断路。本专利专利技术人发现，现有技术中采用LPCVD工艺进行钨塞的填充过程，即钥匙孔缺陷的产生过程如图1-图4所示，具体的，图1为金属钨淀积之前的孔洞101的形貌，图2为淀积开始阶段的孔洞101的形貌，此时孔洞开口 102的棱角103处金属钨沉积速度相对较快，开口 102处被沉积的钨所阻挡，之后进入钨的大量沉积阶段，如图3所示，孔洞开口102处累积钨的速度明显加快，随着淀积过程的进行，如图4所示，导致开口迅速被封死，使后续淀积的钨不能再填充到孔洞内，从而在孔洞内形成没有被钨填充到的空洞。在钨沉积完成后，通过扫描电子显微镜(SEM)等分析仪器可以很清楚的看到，在需要被填满的孔洞内部出现一个没有被钨填充到的空洞，即出现钥匙孔缺陷，如图4所示。金属钨淀积完成后，再对钨进行磨抛，得到钨塞的形貌如图5所示，从图5中可以看出，金属钨并没有填满整个钨塞，而是在钨塞中间存在很大的空洞，由于该钥匙孔缺陷的存在，会导致通过钨塞连接的上下层之间的连接电阻变大，甚至出现断路情况，从而使器件的反应时间变长或器件失灵。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种，解决了现有技术中的问题，减小了钨塞填充过程中产生的空洞的大小，减轻了钥匙孔缺陷，提高了器件的性能。为实现上述目的，本专利技术实施例提供了如下技术方案:一种钨塞填充方法，包括:提供基底，所述基底包括需填充金属钨的若干孔洞；在所述孔洞内形成钨种子层，所述钨种子层在孔洞开口的棱角处的沉积速率大于孔洞内部的沉积速率；在所述钨种子层上形成钨膜层，所述钨膜层将所述孔洞内部填充，其中，在所述钨膜层的沉积过程中，采用腐蚀性物质去除孔洞开口处的金属钨，以避免在所述孔洞开口处累积金属钨。优选的，所述腐蚀性物质具体为氟离子。优选的，所述钨膜层的过程具体为:在高密度等离子体化学气相淀积HDP反应腔体内，通入腐蚀性气体，通过射频的解离作用得到所述腐蚀性物质；在进行钨膜层沉积过程的同时，采用腐蚀性物质去除所述孔洞开口出的钨膜层材料，直至完成钨膜层的沉积。优选的，所述腐蚀性气体为CF4气体或NF3气体。优选的，还包括，在向所述HDP反应腔体内通入所述腐蚀性气体的同时，通入适量的惰性气体，以平衡反应腔体内的压力。优选的，形成所述钨种子层的过程具体为:采用低压化学气相淀积LPCVD工艺在所述孔洞内形成钨种子层。优选的，所述钨种子层的形成过程和所述钨膜层的形成过程在同一 HDP反应腔体内进行。优选的，形成所述钨膜层后还包括:平坦化所述钨膜层表面，使所述钨膜层表面与所述基底表面齐平，得到钨塞。优选的，所述钨塞内部填充良好，钨塞内部的钥匙孔缺陷不明显或消失。本专利技术实施例还公开了一种采用以上所述的钨塞填充方法制造的半导体器件。与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点:本专利技术实施例的，通过在钨膜层的形成过程中采用腐蚀性物质出去孔洞开口出的金属钨，保证了在钨膜层的沉积过程中孔洞开口处不会过多的累积金属钨，从而避免了在钨膜层的沉积过程中，由于孔洞开口的棱角处的沉积速率过快而导致的孔洞开口被封死的现象，进而可使钨膜层的沉积过程中孔洞开口处有足够的宽度，使金属钨能够填满孔洞，从而减小了钨塞填充过程中产生的空洞的大小，减轻了钥匙孔缺陷，提高了器件的性能。附图说明通过附图所示，本专利技术的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本专利技术的主旨。图1-图4为现有技术中钨塞填充过程的孔洞形貌示意图；图5为现有技术中钨塞填充完成并进行磨抛后的钨塞形貌示意图；图6为本专利技术实施例公开的钨塞填充方法的流程图；图7-图10为采用本专利技术实施例公开的钨塞填充方法填充钨塞过程中的孔洞形貌示意图；图11为本专利技术实施例中的钨塞填充完成并进行磨抛后的钨塞形貌示意图。具体实施例方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。其次，本专利技术结合示意图进行详细描述，在详述本专利技术实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本专利技术保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。正如
技术介绍
部分所述，采用现有技术中LPCVD工艺填充钨塞会出现钥匙孔缺陷，即在钨塞中间会出现金属钨填充不到的空洞，从而导致被钨塞连接的上下层之间的连接电阻变大，甚至出现断路的情况，进而引起器件的反应时间变长或器件失灵。专利技术人研究发现，出现上述问题的原因在于，对于深宽比较大的钨塞填充过程，现有技术中LPCVD技术由于工艺本身的原因，无法避免孔洞填充过程中孔洞开口棱角处的沉积速率大于孔洞内部沉积速率的缺陷。基于以上原因，本专利技术实施例提供了一种钨塞填充方法，如图6-图10所示，图6为该方法的流程图，图7-图10为各步骤的孔洞形貌的示意图。具体的，该方法包括以下步骤:步骤Sll:提供基底，所述基底包括需填充金属钨的若干孔洞；需要说明的是，本实施例中的基底可以包括半导体元素，例如单晶、多晶或非晶结构的硅或硅锗(SiGe)，也可以包括混合的半导体结构，例如碳化硅、锑化铟、碲化铅、砷化铟、磷化铟、砷化镓或锑化镓、合金半导体或其组合；也可以是绝缘体上硅(SOI)。此外，半导体基底还可以包括其它的材料，例如外延层或掩埋层的多层结构。虽然在此描述了可以形成基底的材料的几个示例，但是可以作为半导体基底的任何材料均落入本专利技术的精神和范围。本领域技术人员可以理解，在半导体器件制备过程中，钨塞主要形成与金属层与有源区的电性连接过程以及金属层之间的电性连接过程，因此当制备金属层与有源区间的钨塞时，本实施例中的基底可以包括有源区、位于有源区上的金属前介质层，以及位于金属前介质层表面内的通孔(孔洞)；而当制备金属层之间的的钨塞时，本实施例中的基底可以包括有源区、位于有源区上的金属层，位于金属层表面上的层间介质层，以及位于所述层间介质层表面内的通孔(孔洞)。也就是说，钨塞的作用不同，基底的结构也会发生相应的变化，本实施例中不限定基底的具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钨塞填充方法，其特征在于，包括：提供基底，所述基底包括需填充金属钨的若干孔洞；在所述孔洞内形成钨种子层，所述钨种子层在孔洞开口的棱角处的沉积速率大于孔洞内部的沉积速率；在所述钨种子层上形成钨膜层，所述钨膜层将所述孔洞内部填充，其中，在所述钨膜层的沉积过程中，采用腐蚀性物质去除孔洞开口处的金属钨，以避免在所述孔洞开口处累积金属钨。

【技术特征摘要】
1.一种钨塞填充方法，其特征在于，包括: 提供基底，所述基底包括需填充金属钨的若干孔洞； 在所述孔洞内形成钨种子层，所述钨种子层在孔洞开口的棱角处的沉积速率大于孔洞内部的沉积速率； 在所述钨种子层上形成钨膜层，所述钨膜层将所述孔洞内部填充，其中，在所述钨膜层的沉积过程中，采用腐蚀性物质去除孔洞开口处的金属钨，以避免在所述孔洞开口处累积金属鹤。2.根据权利要求1所述的钨塞填充方法，其特征在于，所述腐蚀性物质具体为氟离子。3.根据权利要求2所述的钨塞填充方法，其特征在于，所述钨膜层的过程具体为: 在高密度等离子体化学气相淀积HDP反应腔体内，通入腐蚀性气体，通过射频的解离作用得到所述腐蚀性物质； 在进行钨膜层沉积过程的同时，采用腐蚀性物质去除所述孔洞开口出的钨膜层材料，直至完成钨膜层的沉积。4.根据权利要求3所述的钨塞填充方法，其特征在于，所述腐蚀性气...

【专利技术属性】
技术研发人员：周君，
申请(专利权)人：无锡华润上华科技有限公司，
类型：发明
国别省市：