[发明专利]形成半导体器件中芯柱的方法

说明书

本发明涉及一种在半导体器件中形成芯柱的方法，特别涉及一种形成能改善金属台阶覆盖的半导体器件中芯柱的方法。

通常，形成于硅衬底中的结、金属布线或下层金属布线和上层金属布线通过接触孔或通孔互连。由于半导体器件集成度更高，而减小接触孔的尺寸，相应地接触孔中金属的台阶覆盖变差。为了解决该问题，在接触孔中埋置如钨(W)等金属，以形成芯柱，然后再进行形成金属层的工艺。

下面结合图1A-1C说明形成芯柱的常规方法。

图1A-1C是说明形成半导体器件中芯柱的常规方法的器件剖面图。

参见图1A，在硅衬底1上形成绝缘层3，硅衬底1中形成有结2。腐蚀部分绝缘层3，形成接触孔6，于是暴露出结2。在包括接触孔6的整个结构上形成阻挡金属层4。阻挡金属层4是通过依次淀积钛(Ti)和氮化钛(TiN)形成的。

在图1B中，通过钨淀积工艺，直到完全掩埋接触孔6为止，从而在阻挡金属层4上形成钨层5。

图2是图1B中的接触孔6的放大示图，如该图所示，钨层5垂直于阻挡金属层4的表面生长。即，形成于接触孔6底表面的钨层5向上生长，而形成于接触孔6侧壁的钨层横向生长。因此，接触孔6中心的钨层5较不致密。

参见图1C，完全腐蚀钨层5，直到形成于绝缘层3上的阻挡金属层4暴露出为止，从而在接触孔6内形成钨芯柱5A。由于对应于接触孔6中心的钨层5的密度如上所述最低，所以接触孔6内钨层5的中心部分在腐蚀钨层5期间被过腐蚀，因此，在随后的金属化工艺期间，金属的台阶覆盖变差。所以，产生了器件电特性和可靠性退化的问题。

因此，本发明的目的在于提供一种形成半导体器件中芯柱的方法。

按本发明，使用性质彼此不同的金属，以使金属在接触孔中沿固定方向生长。在接触孔内生长的金属层的密度变均匀，由此防止由因为金属层生长方向导致的密度不同而造成的过腐蚀。

为了实现上述目的，本发明的方法1包括以下步骤：在形成了绝缘层的硅衬底上形成接触孔；在包括所述接触孔的整个结构上形成阻挡金属层，所述阻挡金属层是通过依次淀积钛(Ti)和氮化钛(TiN)形成的；在所述阻挡金属层上形成第一金属层，所述第一金属层由铝(Al)、铜(Cu)、钨(W)组成的集合形成；在所述第一金属层上形成第二金属层，所述第二金属层由氮化钛(TiN)、钌(Ru)、氧化钌(RuO2)、氮化钨(WN2)组成的集合形成；腐蚀所述第二金属层的一部分，以在所述接触孔侧壁的所述第一金属层上形成第二金属层隔离层；在包括所述第二金属层隔离层的所述第一金属层上形成第三金属层，直到所述接触孔被完全掩埋为止，并且第一和第三金属层由相同的材料形成；以及腐蚀所述第三和第一金属层，以暴露形成于所述绝缘层上的所述阻挡金属层，从而在所述接触孔内形成金属芯柱。

通过阅读结合附图对实施例的详细说明，可以理解本发明的其它目的和优点，附图中：

图1A-1C是说明形成半导体器件中芯柱的常规方法的器件剖面图；

图2是图1B中接触孔的放大图；

图3A-3E是说明根据本发明形成半导体器件中芯柱的方法的器件剖面图；

图4是图3D中接触孔的放大图。

下面将结合附图详细说明本发明的一个实施例。

3A-3E是说明根据本发明形成半导体器件中芯柱的方法的器件剖面图。

参见图3A，在硅衬底11上形成绝缘层13，硅衬底上形成有结12。腐蚀部分绝缘层13，形成接触孔19，由此暴露结12。在包括接触孔19的整个结构上形成阻挡金属层14。阻挡金属层14是通过依次淀积钛(Ti)和氮化钛(TiN)形成的。

在图3B中，在阻挡金属层14上形成第一金属层15，在第一金属层15上形成第二金属层16。第一金属层15由铝(Al)、铜(Cu)、钨(W)组成的集合形成。第二金属层16由氮化钛(TiN)、钉(Ru)、氧化钌(RuO₂)、氮化钨(WN₂)组成的集合形成。第一和第二层金属15和16是利用化学汽相淀积法或物理汽相淀积法形成的。

参见图3C和3D，充分腐蚀第二金属层16，在形成于接触孔19侧壁的第一金属层15上形成第二金属层隔离层16A。进行淀积工艺，直到接触孔19被完全掩埋为止，在第一金属层15和第二金属隔离层16A上形成用于构成芯柱的第三金属层17。第三金属层17由与构成第一金属层15的铝(Al)、铜(Cu)、钨(W)组成的集合形成。