[发明专利]钨填充凹槽结构的方法

说明书

本发明公开了一种钨填充凹槽结构的方法,包括步骤：步骤一、在第一介质层中形成第一凹槽。步骤二、形成第一阻挡层。步骤三、进行第一次钨沉积加化学机械研磨工艺形成第一钨层。步骤四、形成第二介质层。步骤五、形成叠加在第一凹槽的正上方的第二凹槽。步骤六、形成第二阻挡层。步骤七、将第二凹槽的底部表面和第二凹槽的外部表面的所述第二阻挡层去除。步骤八、进行从底部向顶部沉积的第二次钨沉积形成第二钨层。本发明能实现钨的无缝隙填充，提高钨填充凹槽结构的质量。

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路的制造方法，特别是涉及一种钨填充凹槽结构的方法。

背景技术

在半导体集成电路中，接触孔和通孔通常都需要采用钨栓塞实现，这种钨栓塞是通过钨填充凹槽形成的钨金属结构。在现有工艺中，钨填充凹槽结构的方法都是先在对应的介质层中一次性形成对应的凹槽，凹槽的深度和所需要的接触孔或通孔的深度一致；之后，再在凹槽的内侧表面形成阻挡层，之后再在凹槽中进行钨沉积实现对凹槽的填充。但是，现有方法中，钨沉积是一种会从凹槽的侧面和底部表面都生长的敷形沉积生长(conformal growth)，也就沉积会沿着凹槽的表面形状进行，由于在凹槽的侧面也会进行钨生长，这会对填充凹槽非常不利，因为从侧面生长的钨很容易在凹槽的顶部先封闭，从而在凹槽内部形成缝隙。这种缝隙在后续钨的化学机械研磨(CMP)的过程中容易暴露出来形成空洞，这最后会影响的钨金属结构的性能。特别是随着工艺的进步，工艺节点越来越低，接触孔或通孔的尺寸会越来越小，深宽比越来越低，最后会更加容易在凹槽中产生缝隙。在半导体集成电路中，特别是在存储器区域中，实现无缝隙的凹槽填充变得很重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种钨填充凹槽结构的方法，能实现钨的无缝隙填充，提高钨填充凹槽结构的质量。

为解决上述技术问题，本发明提供的钨填充凹槽结构的方法包括如下步骤：

步骤一、在第一介质层中形成第一凹槽。

步骤二、形成第一阻挡层，所述第一阻挡层形成于所述第一凹槽的底部表面和侧面并延伸到所述第一凹槽外的表面。

步骤三、进行第一次钨沉积加化学机械研磨工艺形成第一钨层，所述第一钨层将所述第一凹槽完全填充并和所述第一凹槽的表面相平。

步骤四、在形成有所述第一钨层的所述第一介质层表面形成第二介质层。

步骤五、在所述第二介质层中形成穿过所述第二介质层的第二凹槽，所述第二凹槽的底部宽度小于所述第一凹槽的顶部宽度，且所述第二凹槽叠加在所述第一凹槽的正上方，所述第二凹槽的底部表面将所述第一钨层的表面露出。

步骤六、形成第二阻挡层，所述第二阻挡层形成在所述第二凹槽的侧面和底部表面以及所述第二凹槽外。

步骤七、将所述第二凹槽的底部表面和所述第二凹槽的外部表面的所述第二阻挡层去除，所述第二凹槽侧面的所述第二阻挡层保留，仅将位于所述第二凹槽的底部表面的所述第一钨层的表面露出。

步骤八、进行第二次钨沉积形成第二钨层，由所述第一钨层和所述第二钨层叠加形成钨金属结构；利用所述第一钨层仅在所述第二凹槽的底部表面露出的特点使所述第二次钨沉积的沉积模式为从底部向顶部沉积，利用从底部向顶部沉积来提升所述第二次钨沉积的填充沟槽的能力，消除填充产生的空隙，提升所述第二凹槽的深宽比。

进一步的改进是，所述第一阻挡层为Ti和TiN的叠加层。

进一步的改进是，所述第二阻挡层为Ti和TiN的叠加层；或者，所述第二阻挡层为TiN单层。

进一步的改进是，所述第一次钨沉积的沉积模式采用从所述第一凹槽的底部表面和侧面同时生长的敷形沉积。

进一步的改进是，所述第一凹槽的深度小于所述第二凹槽的深度的1/3。