钨塞及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种钨塞及其制备方法，包括，提供一衬底，于衬底中形成自所述衬底表面凹进所述衬底内的接触窗；于接触窗的内壁及底部形成钛薄膜；对钛薄膜的表面进行原位氮化处理，以形成氮化钛阻挡层；以六氟化钨作为钨源于具有氮化钛阻挡层的接触窗中填充钨层；去除位于衬底上表面的钛薄膜、氮化钛阻挡层及钨层，以形成钨塞于接触窗中。本发明专利技术采用原位氮化法在钛薄膜的表面形成一层氮化钛阻挡层，不仅可以避免填充钨层时六氟化钨与钛反应形成三氟化钛而造成的“火山”缺陷以及钨扩散至衬底中造成的钨污染，提高产品良品率，降低生产成本，而且原位氮化生成的氮化钛阻挡层和钛薄膜的结合强度高，接触电阻低，可大大提高产品性能。

Tungsten plug and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
钨塞及其制备方法
本专利技术涉及一种半导体存储器领域，特别是涉及一种钨塞及其制备方法。
技术介绍
两层以上的多层金属互连技术被广泛应用在集成电路中。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接触窗并填充导电材料、形成塞结构而实现的。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”，金属钨具有很好的半导体兼容性，容易制造，粘和性好以及其优良的台阶覆盖率和填充性，成为塞结构的优选材料。在集成电路中，如图1所示，所述衬底1’采用表面生长有氧化层12’的硅基底11’,硅基底11’表面的氧化层12’中形成有复数个接触窗，通常在接触窗的内壁和底部先沉积钛薄膜2’，所述钛薄膜2’主要有两方面的作用，一是为了提高后续形成钨塞时钨与接触窗内壁和底部的粘附力，二是降低填充的钨塞与所述硅基底11’的接触电阻。在现有技术中，形成钨塞的钨源一般选择六氟化钨；如图2所示，六氟化钨会与钛反应形成三氟化钛TiF3，三氟化钛TiF3在所述钛薄膜2’中形成喷发部位5’；如图3所示，受到温度或者压力的变化三氟化钛TiF3喷发而形成火山(Volcano)缺陷6’以及钨污染部位7’，钨通过所述钨污染部位7’扩散至所述硅基底11’中形成钨污染；图4是火山(Volcano)缺陷的扫描电镜照片，图中可见，薄膜表面存在大量类似火山喷发后形成的缺陷；火山(Volcano)缺陷以及衬底的钨污染严重影响了产品的良品率，增加了生产成本。因此，如何避免钨塞形成过程中六氟化钨与钛薄膜的反应形成火山(Volcano)缺陷以及衬底的钨污染成为本领域技术人员亟需解决的一个重要技术问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种钨塞及其制备方法，用于解决现有技术钨塞制备过程中火山缺陷以及衬底钨污染的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种钨塞的制备方法，所述钨塞的制备方法至少包括：1)提供一衬底，于所述衬底中形成自所述衬底表面凹进所述衬底内的接触窗；2)在沉积室中于所述接触窗的内壁及底部形成钛薄膜，降低衬底与步骤4)中钨塞的接触电阻；3)在所述沉积室中对所述钛薄膜的表面进行原位氮化处理，以形成氮化钛阻挡层，在同一沉积室先进行钛沉积后进行钛原位氮化处理可提高制程效率并确保所述钛薄膜在原位氮化处理前的表面清洁度；4)以六氟化钨作为钨源于具有所述氮化钛阻挡层所述接触窗中填充钨层；步骤3)中形成的氮化钛阻挡层可以避免填充钨层时六氟化钨与钛反应形成三氟化钛而造成“火山”缺陷以及让钨扩散至衬底中造成钨污染；5)去除位于衬底上表面的所述钛薄膜、所述氮化钛阻挡层及所述钨层，以形成钨塞于接触窗中。优选地，步骤1)中所述衬底包括表面生长有绝缘层的半导体基底，在所述半导体基底表面的绝缘层中形成复数个接触窗，所述接触窗的底部显露所述半导体基底。优选地，所述钛薄膜的形成方法包括等离子体增强化学气相沉积，相比物理气相沉积，等离子体增强化学气相沉积能更好的保证所述钛薄膜能完全覆盖所述接触窗的侧壁和底面。优选地，所述钛薄膜的沉积气氛包括四氯化钛和氢气，所述四氯化钛的气体流量介于10sccm～20sccm之间，所述氢气的气体流量介于2000sccm～6000sccm之间，沉积温度介于550℃～650℃之间，射频功率介于500W～1200W之间，腔室压力介于2torr～10torr之间。优选地，所述钛薄膜的厚度介于5nm～15nm之间。优选地，所述钨的填充方法包括化学气相沉积。优选地，所述钛薄膜表面的原位氮化气氛包括氨气和氢气。优选地，所述原位氮化处理中，所述氨气的气体流量介于1000sccm～2000sccm之间，所述氢气的气体流量介于2000sccm～6000sccm之间，沉积温度介于550℃～650℃之间，射频功率500W～1200W之间，腔室压力介于2torr～10torr之间。优选地，步骤3)形成的所述氮化钛阻挡层厚度不小于步骤2)中形成的所述钛薄膜厚度的十分之一，保证氮化钛阻挡层的具有足够的厚度，能起到阻隔六氟化钨和钛接触反应的作用，有效防止火山缺陷的程度。优选地，由步骤2)所述钛薄膜的沉积气氛包括的氢气至步骤3)所述钛薄膜表面的原位氮化气氛包括的氢气为连续的稳定气体流供应，用以稳定氢气的气氛环境并消除前制程的残留气体。优选地，步骤3)所述原位氮化处理的射频功率和步骤2)所述钛薄膜的沉积射频功率之间为非连续，用以分隔钛沉积和钛原位氮化，以避免不同工艺在所述钛薄膜表面的杂质干扰。优选地，步骤3)中所述原位氮化处理的时间大于步骤2)中形成所述钛薄膜的形成时间。优选地，步骤5)去除位于衬底上表面的所述钛薄膜、所述氮化钛阻挡层及所述钨层的方法包括化学机械研磨。本专利技术还提供一种钨塞，所述钨塞包括：衬底，所述衬底中形成有自所述衬底表面凹进所述衬底内的接触窗；钛薄膜，采用等离子体增强化学气相沉积工艺形成于所述接触窗的内壁及底部；氮化钛阻挡层，采用钛表面原位氮化工艺形成于所述钛薄膜表面，所述氮化钛阻挡层的厚度大于等于所述钛薄膜的厚度的九分之一；及钨层，填充于具有所述氮化钛阻挡层的所述接触窗中；位于所述衬底上表面的所述钛薄膜、所述氮化钛阻挡层及所述钨层皆被去除，以形成钨塞于所述接触窗中。优选地，所述衬底包括半导体基底及在所述半导体基底上的绝缘层，所述绝缘层具有用于构成所述接触窗的开孔。优选地，所述半导体基底包括硅基底；所述绝缘层包括氧化层。优选地，所述钛薄膜的厚度介于4.5nm～14.5nm之间。优选地，所述氮化钛阻挡层的厚度大于或等于0.5nm。如上所述，本专利技术的钨塞的制备方法，具有以下有益效果：本专利技术利用原位氮化法在衬底的接触窗内壁和底部形成的钛薄膜的表面形成一层氮化钛阻挡层，不仅可以避免填充钨层时六氟化钨与钛反应形成三氟化钛而造成“火山”缺陷以及让钨扩散至衬底中造成钨污染，提高产品良品率，降低生产成本，而且原位氮化生成的氮化钛阻挡层和钛薄膜的结合强度高，接触电阻低，提高产品性能。附图说明图1显示为现有技术中在接触窗的内壁和底部形成钛薄膜的示意图。图2显示为现有技术中接触窗填充钨塞形成三氟化钛喷发部位的示意图。图3显示为现有技术中三氟化钛喷发形成火山缺陷和钨污染部位的示意图。图4显示为现有技术中火山缺陷的扫描电镜照片。图5显示为本专利技术实施例一中的钨塞的制备方法流程示意图。图6显示为本专利技术实施例一中在衬底表面形成氧化层的示意图。图7显示为本专利技术实施例一中的氧化层中形成接触窗的示意图。图8显示为本专利技术实施例一中在接触窗的内壁和底部形成钛薄膜的示意图。图9显示为本专利技术实施例一中于钛薄膜表面原位氮化的示意图。图10显示为本专利技术实施例一中于钛薄膜表面原位氮化形成氮化钛阻挡层的示意图。图11显示为本专利技术实施例一中于具有所述氮化钛阻挡层的所述接触窗中填充钨层的过程示意图。图12显示为本专利技术实施例一中于具有所述氮化钛阻挡层的所述接触窗中形成钨层的示意图。图13显示为本专利技术实施例一中钨塞的示意图。图14显示为本专利技术实施例二中的于钛薄膜表面沉积形成氮化钛阻挡层的示意图。元件标号说明1，1’衬底11，11’硅基底，半导体基底12，12’氧化层，绝缘层2，2’钛薄膜30，30’钨层3钨塞4接触窗5’喷发部位6’火山缺陷7’钨污染本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钨塞的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：1)提供一衬底，于所述衬底中形成自所述衬底表面凹进所述衬底内的接触窗；2)在沉积室中采用等离子体增强化学气相沉积工艺于所述接触窗的内壁及底部形成钛薄膜；3)在所述沉积室中对所述钛薄膜的表面进行原位氮化处理，以形成氮化钛阻挡层，所述氮化钛阻挡层的厚度大于等于步骤2)中所述钛薄膜的沉积厚度的十分之一；4)以六氟化钨作为钨源，于具有所述氮化钛阻挡层的所述接触窗中填充钨层；5)去除位于所述衬底上表面的所述钛薄膜、所述氮化钛阻挡层及所述钨层，以形成钨塞于所述接触窗中。

【技术特征摘要】
1.一种钨塞的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：1)提供一衬底，于所述衬底中形成自所述衬底表面凹进所述衬底内的接触窗；2)在沉积室中采用等离子体增强化学气相沉积工艺于所述接触窗的内壁及底部形成钛薄膜；3)在所述沉积室中对所述钛薄膜的表面进行原位氮化处理，以形成氮化钛阻挡层，所述氮化钛阻挡层的厚度大于等于步骤2)中所述钛薄膜的沉积厚度的十分之一；4)以六氟化钨作为钨源，于具有所述氮化钛阻挡层的所述接触窗中填充钨层；5)去除位于所述衬底上表面的所述钛薄膜、所述氮化钛阻挡层及所述钨层，以形成钨塞于所述接触窗中。2.根据权利要求1所述的钨塞的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述衬底包括表面生长有绝缘层的半导体基底，在所述半导体基底表面的绝缘层中形成复数个接触窗，所述接触窗的底部显露所述半导体基底。3.根据权利要求1所述的钨塞的制备方法，其特征在于：所述钛薄膜的沉积气氛包括四氯化钛和氢气，所述四氯化钛的气体流量介于10sccm～20sccm之间，所述氢气的气体流量介于2000sccm～6000sccm之间，沉积温度介于550℃～650℃之间，射频功率介于500W～1200W之间，腔室压力介于2torr～10torr之间。4.根据权利要求3所述的钨塞的制备方法，其特征在于：所述钛薄膜的厚度介于5nm～15nm之间。5.根据权利要求1所述的钨塞的制备方法，其特征在于：所述钨层的填充方法包括化学气相沉积。6.根据权利要求3～5任意一项所述的钨塞的制备方法，其特征在于：所述钛薄膜表面的原位氮化气氛包括氨气和氢气。7.根据权利要求6所述的钨塞的制备方法，其特征在于：所述原位氮化处理中，所述氨气的气体流量介于1000sccm～2000sccm之间，所述氢气的气体流量介于2000sccm～6000sccm之间，沉...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：长鑫存储技术有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34