金属插塞以及金属插塞的形成方法技术

本发明专利技术公开了一种金属插塞以及金属插塞的形成方法，包括：在半导体衬底上形成第一层间介质层，并在第一层间介质层中形成多个栅极；除去部分第一层间介质层，以在相邻栅极之间的第一层间介质层中形成第一插塞孔；向第一插塞孔内填充金属，以形成第一子金属插塞；形成与第一层间介质层相邻的第二层间介质层，第二层间介质层覆盖第一子金属插塞；去除部分第二层间介质层，以在与第一子金属插塞对应位置的上方形成暴露第一子金属插塞的第二插塞孔；和向第二插塞孔内填充金属，以形成第二子金属插塞。一个金属插塞分成多段形成，避免金属插塞内部出现孔洞，提高金属插塞的性能。

Metal Plug and Formation Method of Metal Plug

【技术实现步骤摘要】
金属插塞以及金属插塞的形成方法
本专利技术涉及半导体制造领域，特别涉及一种金属插塞以及金属插塞的形成方法。
技术介绍
在半导体器件的工艺制造过程中，通常通过金属连接结构实现电流的导通，进而实现半导体器件的特定功能。一般的，在不同半导体器件之间连接有金属插塞，分别与栅极和源/漏区相连接。现有工艺形成的金属插塞在使用过程中，金属插塞的电阻比较大，在相同的电压下，通过的电流比较小，严重影响半导体器件的性能。因此，亟需一种能够降低金属插塞电阻的金属插塞的形成方法。
技术实现思路
本专利技术实施例公开的金属插塞的形成方法中，一个金属插塞经过多次形成，最终使得金属插塞电阻降低，提高其导电性能。本专利技术公开的金属插塞的形成方法，包括：在半导体衬底上形成第一层间介质层，并在第一层间介质层中形成多个栅极；除去部分第一层间介质层，以在相邻栅极之间的第一层间介质层中形成第一插塞孔；向第一插塞孔内填充金属，以形成第一子金属插塞；形成与第一层间介质层相邻的第二层间介质层，第二层间介质层覆盖第一子金属插塞；去除部分第二层间介质层，以在与第一子金属插塞对应位置的上方形成暴露第一子金属插塞的第二插塞孔；和向第二插塞孔内填充金属，以形成第二子金属插塞。根据本专利技术的一个方面，第一子金属插塞与第二子金属插塞相连接，形成介质层金属插塞。根据本专利技术的一个方面，第二子金属插塞的宽度与第一子金属插塞的宽度相等。根据本专利技术的一个方面，向第一插塞孔和/或第二插塞孔内填充的金属材料包括W、Al或Cu。根据本专利技术的一个方面，在形成第一插塞孔后，形成第一子金属插塞之前，还包括：在第一插塞孔底部形成硅化物。根据本专利技术的一个方面，硅化物的材料包括：WSi2、TiSi2、TaSi2中的一种或多种。根据本专利技术的一个方面，分别向第一插塞孔和第二插塞孔内填充金属之前，还包括：分别形成覆盖第一插塞孔和第二插塞孔内壁的阻挡层。根据本专利技术的一个方面，形成阻挡层后，还包括：形成覆盖阻挡层表面的种子层。根据本专利技术的一个方面，形成第二插塞孔的同时，还包括：除去栅极上方的部分第二层间介质层，以形成暴露栅极的第一栅极插塞孔；和向第一栅极插塞孔内填充金属，形成第一子栅极金属插塞。根据本专利技术的一个方面，形成第二子金属插塞与第一子栅极金属插塞后，还包括：形成与第二层间介质层相邻的第三层间介质层，第三层间介质层覆盖第二子金属插塞与第一子栅极金属插塞；除去部分第三层间介质层，以分别在第二子金属插塞和第一子栅极金属插塞对应位置的上方形成第三插塞孔和第二栅极插塞孔，暴露第二子金属插塞与第一子栅极金属插塞；和向第三插塞孔和第二栅极插塞孔内填充金属，以形成第三子金属插塞和第二子栅极金属插塞。根据本专利技术的一个方面，第三子金属插塞与第二子金属插塞相连接，介质层金属插塞包括第一子金属插塞、第二子金属插塞和第三子金属插塞。根据本专利技术的一个方面，第一子栅极金属插塞与第二子栅极金属插塞相连接，组成栅极金属插塞。根据本专利技术的一个方面，金属插塞包括介质层金属插塞和栅极金属插塞。根据本专利技术的一个方面，第二介质层和/或第三介质层的厚度小于或等于25nm。根据本专利技术的一个方面，形成第一子金属插塞后，还包括：采用机械平坦化工艺研磨，使栅极的顶部与第一子金属插塞的顶部平齐。根据本专利技术的一个方面，在形成第三层间介质层之前。还包括：采用机械平坦化工艺研磨，使第二子金属插塞的顶部与第一子栅极金属插塞的顶部平齐。根据本专利技术的一个方面，形成层间介质层的层数多于三层，且形成的介质层金属插塞包括多于三个的子金属插塞，栅极金属插塞包括多于两个的子栅极金属插塞。根据本专利技术的一个方面，介质层金属插塞包括多个子金属插塞，栅极金属插塞包括多个子栅极金属插塞。根据本专利技术的一个方面，多个子金属插塞与多个栅极金属插塞的高宽比为γ，γ≤4。根据本专利技术的一个方面，多层层间介质层的厚度小于或等于25nm。相应的，本专利技术还提供一种金属插塞，包括：半导体衬底、第一层间介质层和多个栅极，第一层间介质层相邻设置于半导体衬底上方，多个栅极间隔分布于第一层间介质层中；第一子金属插塞，第一子金属插塞形成于相邻栅极之间的第一层间介质层中；第二层间介质层，第二层间介质层相邻设置于第一层间介质层的上方；和第二子金属插塞，第二子金属插塞形成于第二层间介质层中，第二子金属插塞的位置与第一子金属插塞的位置相对应，且第二子金属插塞与第一子金属插塞相连接。根据本专利技术的一个方面，第二子金属插塞与第一子金属插塞组成介质层金属插塞。根据本专利技术的一个方面，还包括：第一子栅极金属插塞，第一子栅极金属插塞形成于栅极上方的第二层间介质层中。根据本专利技术的一个方面，还包括：第三层间介质层，第三层间介质层相邻设置于第二层间介质层的上方；第三子金属插塞，第三子金属插塞形成于第三层间介质层中，第三子金属插塞的位置与第二子金属插塞的位置相对应，且第三子金属插塞与第二子金属插塞相连接；和第二子栅极金属插塞，第二子栅极金属插塞形成与第三层间介质层中，第二子栅极金属插塞与第一子栅极金属插塞的位置相对应，且第二子栅极金属插塞与第一子栅极金属插塞相连接。根据本专利技术的一个方面，第一子栅极金属插塞与第二子栅极金属插塞组成栅极金属插塞，介质层金属插塞包括第一子金属插塞、第二子金属插塞和第三子金属插塞。根据本专利技术的一个方面，金属插塞包括介质层金属插塞和栅极金属插塞。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有如下优点：在本专利技术技术方案中，去除部分第二层间介质层，以在与第一子金属插塞对应位置的上方形成暴露第一子金属插塞的第二插塞孔；和向第二插塞孔内填充金属，以形成第二子金属插塞。形成第二子金属插塞为了使金属插塞由多个子金属插塞组成，这样形成的子金属插塞高度与宽度比较接近，保证最终形成的金属插塞内无孔洞，提高金属插塞的导电能力。进一步的，形成覆盖阻挡层表面的种子层。形成种子层后，向插塞孔中填充金属后，界面处不出现缺陷。进一步的，多个子金属插塞与多个栅极金属插塞的高宽比为γ，γ≤4。当子金属插塞与金属插塞的高度与宽度接近时，形成的金属插塞结构更规整，内部不出现孔洞，且形成的金属插塞结构更加致密，导电性能更优。附图说明图1-图5是根据本专利技术一个实施例金属插塞形成过程的剖面结构示意图。具体实施方式如前所述，现有的金属插塞在使用过程中存在电阻较大的问题。经研究发现，造成上述问题的原因为：一次性形成一层很厚的介质层，并通过一次刻蚀形成插塞孔，然后向插塞孔内填充金属，以形成金属插塞。在这种工艺下，插塞孔填充不充分，金属插塞内部容易产生孔洞，进而减小了金属插塞的有效导通面积，增大金属插塞的工作电阻。在达到相同的功能时，需要更大的电压，增加半导体器件的负荷，缩小半导体器件的使用范围。为了解决该问题，本专利技术提供了一种金属插塞的形成方法，将一个金属插塞分成多段形成，每一段的子金属插塞的高度与宽度比较接近，易形成内部无孔洞的子金属插塞，最终使得整个金属插塞的内部不出现孔洞，提高了金属插塞的导通性能。现在将参照附图来详细描述本专利技术的各种示例性实施例。应理解，除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不应被理解为对本专利技术范围的限制。此外，应当理解，为了便于描述，附图中所示出的各个部件的尺寸并不必然按照实际的比例关系绘制，例如某些层的厚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属插塞的形成方法，其特征在于，包括：在半导体衬底上形成第一层间介质层，并在所述第一层间介质层中形成多个栅极；除去部分所述第一层间介质层，以在相邻所述栅极之间的所述第一层间介质层中形成第一插塞孔；向所述第一插塞孔内填充金属，以形成第一子金属插塞；形成与所述第一层间介质层相邻的第二层间介质层，所述第二层间介质层覆盖所述第一子金属插塞；去除部分所述第二层间介质层，以在与所述第一子金属插塞对应位置的上方形成暴露所述第一子金属插塞的第二插塞孔；和向所述第二插塞孔内填充金属，以形成第二子金属插塞。

【技术特征摘要】
1.一种金属插塞的形成方法，其特征在于，包括：在半导体衬底上形成第一层间介质层，并在所述第一层间介质层中形成多个栅极；除去部分所述第一层间介质层，以在相邻所述栅极之间的所述第一层间介质层中形成第一插塞孔；向所述第一插塞孔内填充金属，以形成第一子金属插塞；形成与所述第一层间介质层相邻的第二层间介质层，所述第二层间介质层覆盖所述第一子金属插塞；去除部分所述第二层间介质层，以在与所述第一子金属插塞对应位置的上方形成暴露所述第一子金属插塞的第二插塞孔；和向所述第二插塞孔内填充金属，以形成第二子金属插塞。2.根据权利要求1所述的金属插塞的形成方法，其特征在于，所述第一子金属插塞与所述第二子金属插塞相连接，形成介质层金属插塞。3.根据权利要求1所述的金属插塞的形成方法，其特征在于，所述第二子金属插塞的宽度与所述第一子金属插塞的宽度相等。4.根据权利要求1所述的金属插塞的形成方法，其特征在于，向所述第一插塞孔和/或所述第二插塞孔内填充的金属材料包括W、Al或Cu。5.根据权利要求1所述的金属插塞的形成方法，其特征在于，在形成所述第一插塞孔后，形成所述第一子金属插塞之前，还包括：在所述第一插塞孔底部形成硅化物。6.根据权利要求5所述的金属插塞的形成方法，其特征在于，所述硅化物的材料包括：WSi2、TiSi2、TaSi2中的一种或多种。7.根据权利要求1所述的金属插塞的形成方法，其特征在于，分别向所述第一插塞孔和所述第二插塞孔内填充金属之前，还包括：分别形成覆盖所述第一插塞孔和所述第二插塞孔内壁的阻挡层。8.根据权利要求7所述的金属插塞的形成方法，其特征在于，形成所述阻挡层后，还包括：形成覆盖所述阻挡层的种子层。9.根据权利要求2所述的金属插塞的形成方法，其特征在于，形成所述第二插塞孔的同时，还包括：除去所述栅极上方的部分所述第二层间介质层，以形成暴露所述栅极的第一栅极插塞孔；和向所述第一栅极插塞孔内填充金属，形成第一子栅极金属插塞。10.根据权利要求9所述的金属插塞的形成方法，其特征在于，形成所述第二子金属插塞与所述第一子栅极金属插塞后，还包括：形成与所述第二层间介质层相邻的第三层间介质层，所述第三层间介质层覆盖所述第二子金属插塞与所述第一子栅极金属插塞；除去部分所述第三层间介质层，以分别在所述第二子金属插塞和所述第一子栅极金属插塞对应位置的上方形成第三插塞孔和第二栅极插塞孔，暴露所述第二子金属插塞与所述第一子栅极金属插塞；和向所述第三插塞孔和第二栅极插塞孔内填充金属，以形成第三子金属插塞和第二子栅极金属插塞。11.根据权利要求10所述的金属插塞的形成方法，其特征在于，所述第三子金属插塞与所述第二子金属插塞相连接，所述介质层金属插塞包括所述第一子金属插塞、所述第二子金属插塞和所述第三子金属插塞。12.根据权利要求11所述的金属插塞的形成方法，其特征在于，所述第一子栅极金属插塞与所述第二子栅极金属插塞相连接，组成栅极金属插塞。13.根据权利要求12所述的金属插塞的形成方法，其特征在于，所述金属插塞包括所述介质层金属插塞和所述栅极...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海洋，蒋鑫，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31