钨沉积的方法技术

本发明专利技术公开了一种钨沉积的方法，包括：1）在硅片上，淀积一层介质膜；2）由光刻工艺对介质膜进行图形定义，并在定义好图形的介质膜表面、定义的图形的侧壁和底部沉积一层金属黏附层，然后，在金属黏附层表面沉积一层金属阻挡层；3）将硅片传输到反应腔体A中，在金属阻挡层表面上沉积金属钨，并使金属钨达到指定厚度；4）将硅片传输到刻蚀腔体B中，进行刻蚀工艺；5）再将硅片传输到反应腔体A中，进行进一步金属钨沉积。本发明专利技术避免了由于过度的沉积金属钨厚度而带来的一系列工艺问题，在简化流程、节约成本的同时，保证了器件的性能。

【技术实现步骤摘要】
钨沉积的方法
本专利技术涉及一种半导体集成电路中的金属沉积方法，特别是涉及一种钨沉积的方法。
技术介绍
在半导体集成电路制造中，多层金属化技术产生了数以十亿计的金属通孔，这些电通孔通常以金属作为联接，以便在两层金属之间形成电通路；另一方面，接触电通孔的技术还被广泛应用于硅器件和第一层金属之间的联接。金属钨由于其良好的热稳定性、抗电迁移性和沉积工艺的简便性而作为通孔联接的不二材料。常规的钨生长技术是一种化学气相沉积法技术。半导体产业制造中，钨金属的生长衬底一般为所谓的金属阻挡层（barrierlayer），通常为氮化钛或氮化钽（TiN或TaN），由于六氟化钨（WF6）具有很强的腐蚀性，在引入WF6之前，通常会通入一定量的硅烷（SiH4），对衬底的TiN或TaN加以保护；继而再在WF6和SiH4气体流量为2：1的情况下，形成一层150埃左右的种子层（nucleationlayer），反应方程式如下所示。3SiH4+4WF6→4W+3SiF4+12HF技术上要求该种子层的外观形貌是均匀分布的，以期得到质量好的钨金属层；种子层生长完后，再用WF6为钨的源材料，在热辅助的条件下，通入氢气（H2），通过H2和WF6的还原反应，生成钨金属层，如下方程式所示。WF6+3H2→W+6HF由于金属钨的作用是作为金属之间的联接或硅器件和第一层金属之间的联接，这就要求金属钨沉积的制程具有良好的台阶覆盖性，以防止在金属钨内部形成空洞（Void）或细缝（seam）。理论上讲，金属钨的沉积厚度通常是由金属层之间联接通孔（VIAhole）或金属和硅器件之间联接的通孔（contacthole）的直径决定的，越大的通孔直径就需要越厚的金属钨沉积，以满足金属钨填充的需求。对于常规的金属通孔联接，金属钨的厚度一般不超过8000埃，而且随着器件特征尺寸的缩小，这个厚度也会随着进一步降低。由于金属钨沉积的厚度是较小，对下底的硅片的正应力在可控的范围之内，因此，在传统的金属钨沉积中，不会碰到由于应力过大导致的工艺问题。然而，对于一些特色工艺，如用金属钨做硅通孔（ThroughSiliconVIA）的应用中，由于下底形貌的通孔的特征直径很大（达到微米级别），要求沉积很厚的金属钨以完成通孔的填充，如果一次性沉积金属钨以完成通孔填充的话，很有可能由于过度的金属钨沉积带来很大的拉应力（tensilestress），从而导致硅片严重变形，严重时甚至导致碎片。因此，人们通常的做法是选择部分沉积/刻蚀/再沉积的方式或这种方式的循环使用以完成深通孔的填充。然而，这种方法流程过于复杂，机台占用时间过于冗长，成本上太过昂贵。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种钨沉积的方法。本专利技术能满足特殊应用中金属钨沉积的需求，而且操作简单，成本低。为解决上述技术问题，本专利技术的钨沉积的方法，包括步骤：（1）在硅片上，淀积一层介质膜；（2）由光刻工艺对介质膜进行图形定义，并在定义好图形的介质膜表面、定义的图形的侧壁和底部沉积一层金属黏附层，然后，在金属黏附层表面沉积一层金属阻挡层；（3）将沉积好金属黏附层和金属阻挡层的硅片传输到反应腔体A中，在金属阻挡层表面上沉积金属钨，并使金属钨达到指定厚度；（4）将沉积了金属钨的硅片传输到刻蚀腔体B中，进行刻蚀工艺；（5）再将经步骤（4）刻蚀后的硅片传输到反应腔体A中，对步骤（2）定义的图形进行进一步的金属钨沉积。所述步骤（1）中，淀积的方法包括：亚大气压化学气相沉积法、等离子增强化学气相沉积法、高密度等离子化学气相沉积法或类似的方法。介质膜的材质包括：二氧化硅、掺杂的二氧化硅或由二氧化硅与掺杂的二氧化硅构成的组合材质。其中，掺杂的二氧化硅中，掺杂元素包括：磷、硼、氟、碳或它们的组合。由二氧化硅与掺杂的二氧化硅构成的组合材质，可由以下方法制备得到：在不掺杂的二氧化硅上沉积掺杂的二氧化硅，或在掺杂的二氧化硅上沉积不掺杂的二氧化硅，或它们的重复循环沉积组合所形成的组合材质。所述步骤（2）中，图形是任何能进行金属钨填充的图形，包括：通孔或沟槽等；金属黏附层的材质包括：钛或钽；金属黏附层的厚度为100～2000埃；金属阻挡层的材质包括：氮化钛或氮化钽；金属阻挡层的厚度为100～1000埃；金属黏附层和金属阻挡层的沉积方法均为物理气相沉积法。所述步骤（3）中，沉积的方法包括：化学气相沉积法；反应腔体A中的反应步骤包括：1）在反应腔体A中，引入硅烷（SiH4）气体，对金属阻挡层进行表面处理；2）利用六氟化钨（WF6）和硅烷的热分解反应，在经过硅烷处理的金属阻挡层表面沉积金属钨，从而完成金属钨种子层的沉积；3）利用六氟化钨和氢气的还原反应，在金属钨种子层表面上沉积第二金属钨层。其中，步骤1）中，硅烷的流量为5～50毫升/分钟，反应腔体A的压力为500豪托～5托；表面处理的时间为3～20秒。步骤2）中，硅烷和六氟化钨的流量体积比为0.3：1～2：1，热分解反应中的反应腔体A的压力为500豪托～5托，沉积的时间为5～20秒；金属钨种子层的厚度为100～500埃。步骤3）中，六氟化钨和氢气的流量体积比1:3～1:15，还原反应中的反应腔体A的压力为5～12托。步骤1）～3）中，反应腔体A的温度为300～475摄氏度。所述步骤（3）的第二金属钨达到指定厚度中，指定厚度至少大于步骤（2）定义的图形的特征尺寸的一半（如通孔半径）。所述步骤（4）中，刻蚀工艺包括：对金属钨、金属阻挡层和金属黏附层进行刻蚀，且刻蚀结束后，必须要将介质膜的表面裸露出来。其中，刻蚀工艺中的条件为：刻蚀气体为SF6/O2的体积比为1：1.5～1：3.5，还可掺入一定量的惰性气体【包括：氩气（Argon）或氦气（helium）】，惰性气体的流量为300～2000毫升/分钟，刻蚀腔体B的压力为5～20豪托，偏置射频功率（biasRF）为10～50瓦特。优选地，将金属钨、金属阻挡层和金属黏附层经一步刻蚀去除。所述步骤（5）中，进一步金属钨的沉积的步骤可按照上述步骤（3）进行。本专利技术的钨沉积的方法，还可将步骤（3）～（5）进行循环，以完成步骤（2）中所定义的图形中的钨填充，循环的次数可为1～10次。本专利技术公示了一种金属钨的生长方法，满足了特殊应用中金属钨填充的需求，对于微米级通孔等特殊图形的填充有一定的指导意义。该方法避免了由于过度的沉积金属钨厚度而带来的一系列工艺问题，在简化流程、节约成本的同时，保证了器件的性能。附图说明下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明：图1是沉积金属黏附层和金属阻挡层后的示意图；图2是对金属阻挡层表面进行硅烷处理的示意图；图3是金属钨种子层沉积后的示意图；图4是第二金属钨层沉积后的示意图；图5是金属钨刻蚀后的示意图；图6是金属钨第二次沉积的示意图；图7是本专利技术的金属钨沉积的流程图。图中附图标记说明如下：1为硅片，2为介质膜，21为定义的图形，3为金属黏附层，4为金属阻挡层，5为金属钨种子层，6为第二金属钨层，7为空洞，8为填充好图形的钨层，A为通孔直径或任何待填充图形的特征尺寸。具体实施方式本专利技术的钨沉积的方法，包括步骤：（1）在硅片1上，采用亚大气压化学气相沉积法、等离子增强化学气相沉积法、高密度等离子化学气相沉积法或类似的方法淀积一层介质膜2；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钨沉积的方法，其特征在于，包括步骤：（1）在硅片上，淀积一层介质膜；（2）由光刻工艺对介质膜进行图形定义，并在定义好图形的介质膜表面、定义的图形的侧壁和底部沉积一层金属黏附层，然后，在金属黏附层表面沉积一层金属阻挡层；（3）将沉积好金属黏附层和金属阻挡层的硅片传输到反应腔体A中，在金属阻挡层表面上沉积金属钨，并使金属钨达到指定厚度；（4）将沉积了金属钨的硅片传输到刻蚀腔体B中，进行刻蚀工艺；（5）再将经步骤（4）刻蚀后的硅片传输到反应腔体A中，对步骤（2）定义的图形进行进一步的金属钨沉积。

【技术特征摘要】
1.一种钨沉积的方法，其特征在于，包括步骤：(1)在硅片上，淀积一层介质膜；(2)由光刻工艺对介质膜进行图形定义，并在定义好图形的介质膜表面、定义的图形的侧壁和底部沉积一层金属黏附层，然后，在金属黏附层表面沉积一层金属阻挡层；(3)将沉积好金属黏附层和金属阻挡层的硅片传输到反应腔体A中，在金属阻挡层表面上沉积金属钨，并使金属钨达到指定厚度；(4)将沉积了金属钨的硅片传输到刻蚀腔体B中，进行刻蚀工艺；刻蚀工艺包括：对金属钨、金属阻挡层和金属黏附层进行刻蚀，且刻蚀结束后，必须要将介质膜的表面裸露出来；(5)再将经步骤(4)刻蚀后的硅片传输到反应腔体A中，对步骤(2)定义的图形进行进一步的金属钨沉积。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，淀积的方法包括：亚大气压化学气相沉积法、等离子增强化学气相沉积法或高密度等离子化学气相沉积法；介质膜的材质包括：二氧化硅、掺杂的二氧化硅或由二氧化硅与掺杂的二氧化硅构成的组合材质；其中，掺杂的二氧化硅中，掺杂元素包括：磷、硼、氟、碳或它们的组合；由二氧化硅与掺杂的二氧化硅构成的组合材质，由以下方法制备得到：在不掺杂的二氧化硅上沉积掺杂的二氧化硅，或在掺杂的二氧化硅上沉积不掺杂的二氧化硅，或它们的重复循环沉积组合所形成的组合材质。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，图形是能进行金属钨填充的图形，包括：通孔或沟槽；金属黏附层的材质包括：钛或钽；金属黏附层的厚度为100～2000埃；金属阻挡层的材质包括：氮化钛或氮化钽；金属阻挡层的厚度为100～1000埃；金属黏附层和金属阻挡层的沉积方法均为物理气相沉积法。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，沉积的方法包括：化学气相沉积法；反应腔体A中的反应步...

【专利技术属性】
技术研发人员：成鑫华，
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