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1、10申请公布号CN102005405A43申请公布日20110406CN102005405ACN102005405A21申请号200910194781122申请日20090828H01L21/76820060171申请人中芯国际集成电路制造上海有限公司地址201203上海市浦东新区张江路18号72发明人杨瑞鹏聂佳相何伟业74专利代理机构北京集佳知识产权代理有限公司11227代理人李丽54发明名称钨栓塞的制造方法57摘要一种钨栓塞的制造方法，包括提供衬底，所述衬底表面具有介质层，介质层上有开口，所述开口暴露出衬底；在所述衬底上形成粘附层；氮化所述粘附层，使部分粘附层形成阻挡层；在所述开口内填充金。
2、属钨；去除多余的金属钨和部分阻挡层，形成钨栓塞。本发明消除或减少了钨栓塞制造过程中形成的内部空洞，降低了钨栓塞的互连电阻，防止了化学机械抛光过程中抛光液浸入和腐蚀钨栓塞，提高了产品的可靠性。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图7页CN102005418A1/1页21一种钨栓塞的制造方法，其特征在于，包括提供衬底，所述衬底表面具有介质层，介质层中有开口，所述开口暴露出衬底；在所述衬底上形成粘附层，所述粘附层覆盖所述开口底部和侧壁；氮化所述粘附层，使部分粘附层形成阻挡层；在所述阻挡层上形成金属钨，所述金属钨填满开口；去除多余的金属钨和部分阻挡层。
3、，形成钨栓塞。2根据权利要求1所述钨栓塞的制造方法，其特征在于，所述氮化过程使用含氮元素的气体作为反应气体。3根据权利要求2所述钨栓塞的制造方法，其特征在于，所述含氮的气体为氮气。4根据权利要求1至3中任一项所述钨栓塞的制造方法，其特征在于，所述氮化过程与粘附层的形成过程是在同一个反应腔内进行的。5根据权利要求1所述钨栓塞的制造方法，其特征在于，所述氮化过程的反应腔内的压强为10MTORR至20MTORR；所述氮化过程的温度为100摄氏度至300摄氏度；所述通入氮气的流量为20SCCM至80SCCM；所述氮化过程的时间为5秒至60秒。6根据权利要求1所述钨栓塞的制造方法，其特征在于，所述粘附层。
4、的材料为钛。7根据权利要求1所述钨栓塞的制造方法，其特征在于，所述粘附层的厚度为80埃至200埃。8根据权利要求1所述钨栓塞的制造方法，其特征在于，所述阻挡层的材料为氮化钛。9根据权利要求8所述钨栓塞的制造方法，其特征在于，所述氮化钛的厚度为5埃至10埃。10根据权利要求1所述钨栓塞的制造方法，其特征在于，在形成所述粘附层之后，还包括对所述衬底进行快速热退火处理步骤。权利要求书CN102005405ACN102005418A1/4页3钨栓塞的制造方法技术领域0001本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种钨栓塞的制造方法。背景技术0002随着半导体技术的发展，甚大规模集成电路芯片的集成度已经。
5、高达几亿乃至几十亿个器件的规模，两层以上的多层金属互连技术广泛实用。目前，两个不同金属层之间的电连接，是通过在两个金属层之间的介质层形成通孔并填充导电材料、形成栓塞PLUG结构而实现的。栓塞的形成质量对器件的性能影响很大，如果栓塞形成质量较差，会使得互连电阻增大，影响器件的性能。金属钨由于其优良的台阶覆盖率STEPCOVERAGE和填充性，成为栓塞的优选材料。0003随着工艺尺寸的不断减小，铜互连工艺得到广泛应用，但是铜的扩散会造成器件的“中毒效应”，因此，源、漏和栅区域的接触孔中填充的金属仍然选用钨。0004在申请号为2006100308094的中国专利中公开了一种接触孔的填充方法，先是在接。
6、触孔中形成粘附层和阻挡层；再对所述接触孔底部的阻挡层进行减薄处理；最后在所述接触孔中形成钨栓塞。图1至图3给出了该技术方案中钨栓塞制造过程的剖面结构示意图。0005如图1所示，所述衬底100表面具有介质层101，所述介质层101上具有接触孔110，所述接触孔110暴露出所述衬底100。0006如图2所示，在所述接触孔110中填充金属钛TI，形成粘附层102。钛和常用的介质材料以及用作阻挡层的材料TIN的粘附性都很好，可以有效提高阻挡层的台阶覆盖率。另外，粘附层中的钛会在淀积的同时与接触孔110底部衬底100中的硅材料发生反应，形成低阻的TISIX，提高所述接触孔110的电特性。0007如图3所。
7、示，在所述粘附层102上形成氮化钛TIN，形成阻挡层103。淀积方法可以是金属有机化学气相淀积MOCVD。阻挡层TIN的作用一方面可以增加金属钨与接触孔之间的粘附性，提高钨栓塞的填充质量，另一方面也可以阻止淀积金属钨时所用的反应物WF6与所述接触孔110底部所述衬底100中的硅材料发生反应，形成高阻的WSIX而导致接触电阻增大。0008为了降低所述阻挡层103对栓塞电阻的影响，现有技术对所述阻挡层103进行了减薄处理，减薄之后再填充金属钨形成钨栓塞。0009在实际工艺中，淀积TI和TIN的过程中，在接触孔110的开口两边拐角处都会形成“凸起”OVERHANG110A，如图4所示。随着工艺水平的。
8、不断提高，特别是进入65NM以及更高的工艺水平以后，所述凸起110A会影响钨的填充效果，如图5所示，使得填充的金属钨104中会形成空洞SEAM，VOID104A，所述空洞104A会增加钨栓塞的互连电阻。另外，在进行化学机械抛光CMP，CHEMICALMECHANICALPOLISH去除多余的金属钨以及阻挡层时，抛光液会通过空洞104A浸入钨栓塞内部，如图6所示，抛光液一般都呈酸性或者碱性，含有多种化学成分，会腐蚀金属钨，降低器件的可靠性。说明书CN102005405ACN102005418A2/4页4发明内容0010本发明提供了一种钨栓塞的制造方法，消除或减少了钨栓塞制造过程中形成的内部空洞。。
9、0011本发明提供了一种钨栓塞的制造方法，包括如下步骤0012提供衬底，所述衬底表面具有介质层，介质层中有开口，所述开口暴露出衬底；0013在所述衬底上形成粘附层；0014氮化所述粘附层，使部分粘附层形成阻挡层；0015在所述开口内填充金属钨；0016去除多余的金属钨和部分阻挡层，形成钨栓塞。0017所述氮化过程使用含氮的气体作为反应气体，如氮气。0018所述氮化过程中通入氮气的流量为20SCCM毫升/分钟至80SCCM。0019所述氮化过程与所述粘附层的形成过程是在同一个反应腔CHAMBER中进行的。0020所述氮化过程的温度为100摄氏度至300摄氏度。0021所述氮化过程的时间为5秒至6。
10、0秒。0022所述氮化过程反应腔内的压强为10MTORR毫托至20MTORR。0023所述粘附层的材料为钛TI。0024所述粘附层的厚度为80埃至200埃。0025所述阻挡层的材料为氮化钛TIN，所述阻挡层厚度为5埃至10埃。0026与现有技术相比，上述公开的技术方案有如下优点0027上述公开的钨栓塞的制造方法中，先形成粘附层，然后氮化所述粘附层，使部分粘附层形成阻挡层，防止了由于淀积层数过多导致接触孔开口两边拐角处形成“凸起”现象，从而消除或减少了钨栓塞制造过程中形成的内部空洞，防止了化学机械抛光过程中抛光液浸入和腐蚀钨栓塞，提高了产品的可靠性。附图说明0028图1至图3是现有技术钨栓塞形成。
11、方法的剖面结构示意图；0029图4是现有技术粘附层和阻挡层淀积后“凸起”现象的示意图；0030图5是现有技术淀积钨金属后钨栓塞中“空洞”现象的示意图；0031图6是现有技术钨栓塞经过化学机械抛光后的示意图；0032图7是本发明钨栓塞形成方法的流程示意图；0033图8至图12是本发明钨栓塞形成方法的剖面结构示意图。具体实施方式0034本发明提供了一种钨栓塞的制造方法，改进了阻挡层的形成过程，先形成粘附层，然后将所述粘附层氮化，使部分粘附层形成阻挡层，防止了由于淀积层数过多导致接触孔开口两边拐角处形成“凸起”现象，从而消除或减少了钨栓塞制造过程中形成的内部空洞，防止了化学机械抛光过程中抛光液浸入和。
12、腐蚀钨栓塞，提高了产品的可靠性。0035为使本发明的方法、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具说明书CN102005405ACN102005418A3/4页5体实施方式做详细的说明。0036图7给出了本发明的一个实施例的流程图。0037如图7所示，执行步骤S1，提供衬底，所述衬底表面具有介质层，介质层中有开口，所述开口暴露出衬底；执行步骤S2，在所述衬底上形成粘附层；执行步骤S3，氮化所述粘附层，使部分粘附层形成阻挡层；执行步骤S4，在所述开口内填充金属钨；执行步骤S5，去除多余的金属钨和部分阻挡层，形成钨栓塞。0038图8至图12为本发明的一个实施例的形成钨栓塞方法的剖面结构。
13、示意图。0039如图8所示，提供衬底200，所述衬底200表面具有介质层201，所述介质层201中有开口210，所述开口210暴露出衬底200。0040所述衬底200的材质可以是单晶硅、多晶硅、非晶硅中的一种，所述衬底200的材质也可以是硅锗化合物，所述衬底200还可以是绝缘体上硅SOI，SILICONONINSULATOR结构或硅上外延层结构。在所述衬底200中形成有半导体器件未示出，例如具有栅极、源极和漏极的金属氧化物晶体管。0041所述介质层201可以是氧化硅、硼硅玻璃、磷硅玻璃、硼磷硅玻璃等，本实施例中所述介质层201的材料优选为氧化硅SIO2。0042所述开口210的形成方法具体包括。
14、在介质层201表面旋涂光刻胶，并图案化；之后使用干法刻蚀形成所述开口210；干法刻蚀之后，去除残留的光刻胶，所述去除光刻胶的方法可以是氧气等离子体灰化法。0043如图9所示，在所述衬底200上，包括开口210的底部和侧壁以及介质层201的表面上形成粘附层202。0044所述粘附层202在本实施例中的材料是钛TI，形成方法是物理气相淀积PVD。具体过程包括将所述衬底清洗后，放入溅射反应腔内，用氩AR离子溅射，淀积形成TI层。所述粘附层202的厚度为80埃至200埃，与现有技术相比，所述粘附层202的厚度较厚，一方面作为粘附层，另一方面在后续过程中将部分粘附层202氮化形成阻挡层，本实施例中优选的。
15、粘附层厚度为80埃至120埃。0045所述粘附层202的形成过程中，在所述开口210处不可避免的仍会有“凸起”现象，但是与现有技术分两步淀积来形成粘附层和阻挡层相比，只淀积一次钛层，造成的“凸起”现象减轻了很多，在之后的金属钨的淀积过程中基本上不会形成空洞。0046所述粘附层202有两方面的作用，一方面因为阻挡层中的材料氮化钛和介质层201的材料之间粘附性很差，直接在所述介质层201上淀积氮化钛会造成台阶覆盖率低的问题，而所述粘附层202改善了氮化钛在所述开口210内的台阶覆盖率；另一方面利用金属钛和所述开口210底部衬底200中的硅材料发生反应，形成低阻的TISIX，降低了接触电阻。0047。
16、为了更好地形成低阻的硅化物，作为本发明的一个优化的实施例，可以在形成所述粘附层202之后，对所述衬底200进行快速热退火处理，使得在所述开口210的底部，金属钛与所述衬底200接触的部位，可以形成足够厚的TISIX接触层，降低接触电阻。0048如图10所示，氮化所述粘附层202，使部分粘附层202形成阻挡层203。0049本实施例氮化过程中优选的反应气体为氮气。氮气流过所述粘附层202的表面，与所述粘附层202中的钛发生反应形成氮化钛，构成了阻挡层203。0050所述氮化过程与所述粘附层202的形成过程是在同一个反应腔CHAMBER中原位说明书CN102005405ACN102005418A4。
17、/4页6进行的，具体包括在物理气相淀积反应腔中淀积形成所述粘附层202，之后在该反应腔中再通入氮气N2将所述粘附层202的表面氮化。与现有技术相比，省去了所述阻挡层203形成时用到的MOCVD工艺过程，减少了在工艺流程的开销，降低了制造成本。0051所述氮化过程的温度为100摄氏度至300摄氏度，反应时间为5秒至60秒，通入氮气的流量为20SCCM毫升/分钟至80SCCM，反应腔内的压强为10MTORR毫托至20MTORR，氮化生成的阻挡层203的厚度为5埃至10埃。本实施例中氮化过程中优选的反应温度为180摄氏度至230摄氏度，反应时间为30秒，通入氮气的流量为40SCCM，反应压强为10M。
18、TORR，生成的阻挡层203的厚度为8埃。0052所述阻挡层203的形成是通过氮化所述粘附层202的表面而实现的，除了省去了一步淀积过程，相对现有技术，还减轻了所述开口210处的“凸起”现象，为之后的钨淀积过程预留了更多的淀积空间，避免或者减少了钨栓塞内部空洞的形成。0053所述阻挡层203有两方面作用，一方面所述阻挡层203的材料氮化钛与金属钨之间具有良好的粘附性，确保了随后金属钨的填充效果；另一方面所述阻挡层203也可以防止在淀积钨的过程中反应物WF6与所述开口210底部衬底200中的硅材料发生反应形成WSIX，WSIX电阻率很高，会使得接触电阻增大，导致器件性能降低。0054如图11所示。
19、，在所述衬底200上形成金属钨W层204。0055所述金属钨层204的形成方法为化学气相淀积CVD，本实施例中所用的主要反应物为WF6和SIH4。将所述衬底转移至真空反应腔中，将惰性气体氩AR气引入到反应腔中作为化学气相淀积的反应气氛；使用氢气H2作为运载气体将硅烷SIH4气体引入反应腔中；接下来通入氟化钨WF6气体进行反应过程。主要反应过程包括SIH4热分解后生成SI和H2，WF6被H2还原形成钨，钨首先在开口侧壁和底部淀积形成钨籽晶层，之后大量淀积形成钨金属层。由于之前已经形成了所述阻挡层203，因此在反应过程中WF6不会和所述衬底200中的硅材料发生反应，避免了对所述衬底200中硅材料的。
20、消耗和侵蚀，也防止了反应形成高电阻率的WSIX而导致钨栓塞的互连电阻增大。0056如图12所示，去除所述衬底表面多余的金属钨层204以及部分阻挡层203，形成钨栓塞204A。去除金属钨的方法可以是化学机械抛光或者回刻ETCHBACK，本实施例中优选的方法是化学机械抛光。化学机械抛光一方面可以研磨去除多余的金属钨，另一方面可以使得抛光后的表面具有良好的平整度，便于进行接下来的工艺制程。0057化学机械抛光之后，对所述衬底200的表面进行清洗，完成整个钨栓塞的制造过程。0058综上，本发明提供了一种钨栓塞的制造方法。与现有技术相比，本发明改进了阻挡层的形成方法，先形成粘附层，然后氮化所述粘附层，使。
21、部分粘附层形成阻挡层，消除或减少了钨栓塞制造过程中形成的内部空洞，减小了钨栓塞的互连电阻，防止了化学机械抛光过程中抛光液浸入和腐蚀钨栓塞，提高了产品的可靠性。0059虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权力要求所限定的范围为准。说明书CN102005405ACN102005418A1/7页7图1图2说明书附图CN102005405ACN102005418A2/7页8图3图4说明书附图CN102005405ACN102005418A3/7页9图5图6说明书附图CN102005405ACN102005418A4/7页10图7说明书附图CN102005405ACN102005418A5/7页11图8图9说明书附图CN102005405ACN102005418A6/7页12图10图11说明书附图CN102005405ACN102005418A7/7页13图12说明书附图CN102005405A。