CN104253087A - 铝金属工艺接触孔的填充方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝金属工艺接触孔的填充方法，包括步骤：1)在硅基板上，进行接触孔的刻蚀；2）第一层阻挡层的填充；3）在第一层阻挡层表面上，进行第一金属铝层填充；4）在接触孔内，进行第二金属铝层填充；5）在第一金属铝层和第二金属铝层表面上，进行第三金属铝层填充；6）在第三金属铝层上，形成第二层阻挡层；7）金属铝线图形刻蚀。本发明的方法能有效地进行金属铝填充，避免空洞的产生。

Description

铝金属工艺接触孔的填充方法
技术领域
本发明涉及一种半导体领域中的接触孔的填充方法，特别是涉及一种铝金属工艺接触孔的填充方法。
背景技术
金属铝填孔工艺对半导体器件的特性有着至关重要的影响，尤其是器件的导电电阻。由于半导体工艺集成化趋势，半导体芯片的性能也越来越丰富，伴随而来的就是半导体芯片的集成化度导致的电路集中，集成工艺越来越复杂，对填孔工艺要求越来越严格。
然而，在填孔工艺过程中，冷铝由于流动性差，在填孔时一般作为前期粘附，而热铝流动性高，能够有效的填充至接触孔内，同时热铝成膜速度较快，很容易在铝没有填充完全的情况下产生空洞（如图1-2所示），严重影响了器件的性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种铝金属工艺接触孔的填充方法。通过本发明的方法能有效地进行金属铝填充，避免空洞的产生。
为解决上述技术问题，本发明的铝金属工艺接触孔的填充方法，包括步骤：
1)在硅基板上，进行接触孔的刻蚀；
2）第一层阻挡层的填充；
3）在第一层阻挡层表面上，采用低温高功率（溅射温度10～300℃、溅射功率10～15kw）的溅射方法进行第一金属铝层填充；
4）在接触孔内，采用高温低功率（溅射温度350～450℃、溅射功率0.5～2kw）的溅射方法进行第二金属铝层填充；
5）在第一金属铝层和第二金属铝层表面上，采用高温高功率（溅射温度350～450℃、溅射功率10～15kw）的溅射方法进行第三金属铝层填充；
6）在第三金属铝层上，形成第二层阻挡层；
7）金属铝线图形刻蚀。
所述步骤2）中，第一层阻挡层的材质包括：TiN；第一层阻挡层的厚度优选为15～80nm；第一层阻挡层的填充方法包括：采用物理溅射成膜的方法，其中，溅射温度优选为10～500℃，压力优选为1～10torr。
所述步骤3）中，第一金属铝层的材质为铜含量0.01～5%（质量百分比）的铝层；第一金属铝层的厚度优选为10～400埃；溅射方法是物理溅射成膜的方法，其中，溅射方法中的压力优选为1～10torr。
所述步骤4）中，第二金属铝层的材质为铜含量0.01～5%（质量百分比）的铝层；第二金属铝层的厚度为100～600埃；溅射方法是物理溅射成膜的方法，其中，溅射方法中的压力优选为1～10torr。
所述步骤5）中，第三金属铝层的材质为铜含量0.01～5%（质量百分比）的铝层；第三金属铝层的厚度为100～600埃；溅射方法是物理溅射成膜的方法，其中，溅射方法中的压力优选为1～10torr。
所述步骤6）中，第二层阻挡层的材质包括：Ti层与TiN层的复合层（其中，TiN层在Ti层的上方）；第二层阻挡层的形成方法包括：
I、采用物理溅射成膜的方法，在第三金属铝层上形成Ti层；
其中，溅射温度优选为10～500℃，压力优选为1～10torr；Ti层的厚度优选为10～30nm；
II、采用物理溅射成膜的方法，在Ti层上形成TiN层；
其中，溅射温度优选为10～500℃，压力优选为1～10torr；TiN层的厚度优选为15～80nm。
本发明通过整合Al成膜工艺填充半导体器件接触孔，能够有效提高接触孔填充的阶梯覆盖率，并能够充分填满整个接触孔，尤其在小于130nm级工艺制程中，能够有效的填充金属铝。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是填孔过程中，热铝生长过快形成的空洞的示意图；
图2是典型的热铝过快成膜产生的空洞的SEM（扫描电镜）图；其中，图2-A是填孔刻蚀后的俯视SEM图，图2-B是填孔后的断面SEM图；
图3是本发明的工艺流程图；
图4是接触孔刻蚀的示意图；
图5是第一层阻挡层填充的示意图；
图6是第一金属铝层填充的示意图；
图7是第二金属铝层填充的示意图；
图8是第三金属铝层填充的示意图；
图9是形成第二层阻挡层的示意图；
图10是采用本发明的方法填充的接触孔的SEM图。其中，图10-A是填孔刻蚀后的俯视SEM图,B是填孔断面的SEM图。
其中，附图标记说明如下：
1为硅基板，2为接触孔，3为第一层阻挡层，4为第一金属铝层，5为第二金属铝层，6为第三金属铝层，7为Ti层，8为TiN层，9为第二层阻挡层。
具体实施方式
本发明的铝金属工艺接触孔的填充方法，其流程图如图3所示，包括以下步骤：
1)按照常规方法，在硅基板1上，进行接触孔2的刻蚀（如图4所示）；
2）采用物理溅射成膜（溅射温度10～500℃、溅射压力1～10torr）的方法，进行第一层阻挡层3的填充（如图5所示）；
其中，第一层阻挡层3的材质可为TiN；第一层阻挡层3的厚度可为15～80nm；
3）在第一层阻挡层3表面上，采用低温高功率（溅射温度10～300℃、溅射功率10～15kw）的物理溅射成膜的方法（溅射压力可为1～10torr）进行第一金属铝层4的填充（如图6所示）；
其中，第一金属铝层4的材质可为铜含量0.01～5%（质量百分比）的铝层，第一金属铝层4的厚度可为10～400埃；
4）在接触孔2内，采用高温低功率（溅射温度350～450℃、溅射功率0.5～2kw）的物理溅射成膜的方法（溅射压力可为1～10torr）进行第二金属铝层5的填充（如图7所示）；
其中，第二金属铝层5的材质可铜含量0.01～5%（质量百分比）的铝层，第二金属铝层5的厚度可为100～600埃；
5）在第一金属铝层4和第二金属铝层5表面上，采用高温高功率（溅射温度350～450℃、溅射功率10～15kw）的物理溅射成膜的方法（溅射压力可为1～10torr）进行第三金属铝层6的填充（如图8所示），即进行第三金属铝层6的封顶；
其中，第三金属铝层6的材质可为铜含量0.01～5%（质量百分比）的铝层，第三金属铝层6的厚度可为100～600埃；
6）在第三金属铝层6上，形成第二层阻挡层9（如图9所示）；
其中，第二层阻挡层9的材质可为Ti层与TiN层的复合层（其中，TiN层在Ti层的上方），并且第二层阻挡层9的形成方法可如下：
I、采用物理溅射成膜的方法，在第三金属铝层6上形成Ti层7；
其中，溅射温度为10～500℃，压力为1～10torr；Ti层的厚度可为10～30nm；
II、采用物理溅射成膜的方法，在Ti层7上形成TiN层8；
其中，溅射温度为10～500℃，压力为1～10torr；TiN层的厚度可为15～80nm。
7）按照常规方法，进行金属铝线图形刻蚀。
按照上述方法操作，能有效控制热铝成膜速度并满足了热铝流动性，能够充分填满整个接触孔（如图10所示），而且即使在小于130nm级工艺制程中，也能够有效的填充金属铝。

Claims (7)

1.一种铝金属工艺接触孔的填充方法，其特征在于，包括步骤：
1)在硅基板上，进行接触孔的刻蚀；
2）第一层阻挡层的填充；
3）在第一层阻挡层表面上，采用溅射温度10～300℃、溅射功率10～15kw的溅射方法进行第一金属铝层填充；
4）在接触孔内，采用溅射温度350～450℃、溅射功率0.5～2kw的溅射方法进行第二金属铝层填充；
5）在第一金属铝层和第二金属铝层表面上，采用溅射温度350～450℃、溅射功率10～15kw的溅射方法进行第三金属铝层填充；
6）在第三金属铝层上，形成第二层阻挡层；
7）金属铝线图形刻蚀。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2）中，第一层阻挡层的材质包括：TiN；
第一层阻挡层的厚度为15～80nm；
第一层阻挡层的填充方法包括：采用物理溅射成膜的方法，其中，溅射温度为10～500℃，压力为1～10torr。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤3）中，第一金属铝层的材质为铜含量0.01～5%的铝层；
第一金属铝层的厚度为10～400埃；
溅射方法是物理溅射成膜的方法，其中，溅射方法中的压力为1～10torr。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤4）中，第二金属铝层的材质为铜含量0.01～5%的铝层；
第二金属铝层的厚度为100～600埃；
溅射方法是物理溅射成膜的方法，其中，溅射方法中的压力为1～10torr。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤5）中，第三金属铝层的材质为铜含量0.01～5%的铝层；
第三金属铝层的厚度为100～600埃；
溅射方法是物理溅射成膜的方法，其中，溅射方法中的压力为1～10torr。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤6）中，第二层阻挡层的材质包括：Ti层与TiN层的复合层，其中，TiN层在Ti层的上方。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述第二层阻挡层的形成方法包括：
I、采用物理溅射成膜的方法，在第三金属铝层上形成Ti层；其中，溅射温度为10～500℃，压力为1～10torr；Ti层的厚度为10～30nm；
II、采用物理溅射成膜的方法，在Ti层上形成TiN层；其中，溅射温度为10～500℃，压力为1～10torr；TiN层的厚度为15～80nm。
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