專利名稱：插塞結(jié)構(gòu)的制作方法和插塞結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種插塞結(jié)構(gòu)的制作方法和插塞結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在集成電路制造過程中，為了將底層的CMOS等半導(dǎo)體器件與上層的金屬互連層連接，一般需要在第一層金屬互連層與CMOS層之間的金屬前介質(zhì)層中刻蝕通孔，然后在所述通孔中形成低電阻的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，例如由金屬鎢構(gòu)成的插塞結(jié)構(gòu)。 通常上述插塞結(jié)構(gòu)經(jīng)過以下過程形成首先，采用化學(xué)氣相淀積技術(shù)(ChemicalV即or D印osition， CVD)在所述通孔中淀積鎢膜層，而后進(jìn)行退火處理以降低通孔中鎢膜層的電阻，最后采用化學(xué)機(jī)械研磨技術(shù)(ChemicalMechanical Planarization， CMP)將表面平坦化并去除多余的金屬鎢，形成低電阻的插塞結(jié)構(gòu)。 隨著對(duì)超大規(guī)模集成電路高集成度和高性能的需求逐漸增加，半導(dǎo)體技術(shù)向著65nm甚至更小特征尺寸的技術(shù)節(jié)點(diǎn)發(fā)展，此時(shí)，由于后續(xù)工藝對(duì)熱預(yù)算的限制提高，導(dǎo)致在插塞結(jié)構(gòu)的形成過程中不能再使用加熱溫度較高(約50(TC)的退火工藝來降低鎢膜層的電阻，因此，如何降低插塞結(jié)構(gòu)的電阻是65nm及其以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)面臨的重要問題。
例如，申請(qǐng)?zhí)枮镴P2006-282100的日本專利申請(qǐng)公開了一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，該方法形成鎢插塞結(jié)構(gòu)的工藝中，首先以WF6氣體和SiH4氣體(或B2He氣體)為反應(yīng)氣體，采用CVD法在通孔內(nèi)的阻擋層(通常為TiN)上淀積鎢核膜，該淀積過程中，重復(fù)多次(例如7 8次)向反應(yīng)腔室中交替輸入兩種反應(yīng)氣體，從而形成多層結(jié)構(gòu)的鎢種子膜，而后以WFe氣體及H2氣體的CVD法，在40(TC以下溫度(例如390°C )于所述鎢種子膜上形成掩蓋式鎢膜，掩蓋式鎢膜在鎢種子膜的誘導(dǎo)下形成。多層結(jié)構(gòu)的鎢種子膜能夠阻止CVD反應(yīng)過程中WF6氣體里的氟原子對(duì)下層的侵蝕。 然而問題在于，這種多層結(jié)構(gòu)的鎢種子膜上形成的掩蓋式鎢膜具有較大的電阻，導(dǎo)致形成的整個(gè)插塞結(jié)構(gòu)的電阻增大，而由于后續(xù)工藝中對(duì)加熱溫度的限制，也不能通過退火的方法來降低插塞結(jié)構(gòu)的電阻，這對(duì)集成電路的響應(yīng)速度等性能將產(chǎn)生不利影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種插塞結(jié)構(gòu)的制作方法，無須后續(xù)的退火工藝便能夠形成具有較低電阻的鎢插塞，提高集成電路的性能。 本發(fā)明解決的另一問題是提供一種插塞結(jié)構(gòu)，包括具有較低電阻的鎢插塞，能夠提高集成電路的性能。 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種插塞結(jié)構(gòu)的制作方法，包括 提供襯底，所述襯底上具有半導(dǎo)體器件層和半導(dǎo)體器件層上的具有通孔的金屬前介質(zhì)層； 在包括通孔內(nèi)部的金屬前介質(zhì)層的表面上形成鎢種子層；
在所述鎢種子層上形成鎢誘導(dǎo)層，所述鎢誘導(dǎo)層的晶粒尺寸大于所述鎢種子層；
在所述鎢誘導(dǎo)層上形成鎢膜層，該鎢膜層將通孔內(nèi)部填充；
平坦化所述通孔外的金屬前介質(zhì)層的表面，形成插塞結(jié)構(gòu)。
所述在鎢種子層上形成鎢誘導(dǎo)層采用化學(xué)氣相淀積法，包括 以脈沖的方式向反應(yīng)腔室中輸入還原氣體，以使所述還原氣體在所述鎢種子層上吸附； 所述還原氣體在所述鎢種子層上吸附飽和后，一次性的向反應(yīng)腔室中輸入鎢前驅(qū)體，與吸附在鎢種子層上的還原氣體反應(yīng)形成鎢誘導(dǎo)層。 可選的，所述以脈沖的方式向反應(yīng)腔室中輸入還原氣體的脈沖次數(shù)可以為2至7次。 可選的，所述以脈沖的方式向反應(yīng)腔室中輸入還原氣體的脈沖周期可以為1秒至3秒。 可選的，所述以脈沖的方式向反應(yīng)腔室中輸入還原氣體每次脈沖的流量可以為200sccm至350sccm。 可選的，所述一次性的向反應(yīng)腔室中輸入鎢前驅(qū)體的時(shí)間可以為1秒至10秒。
可選的，所述一次性的向反應(yīng)腔室中輸入鎢前驅(qū)體的流量為100sccm至200sccm。
可選的，所述在鎢種子層上形成鎢誘導(dǎo)層過程中襯底的溫度為35(TC至410°C。
在包括所述通孔內(nèi)部的金屬前介質(zhì)層的表面上形成鎢種子層采用化學(xué)氣相淀積法，以脈沖的方式向反應(yīng)腔室中輸入還原氣體和鎢前驅(qū)體的混合氣。 在所述鎢誘導(dǎo)層上形成鎢膜層采用化學(xué)氣相淀積法，淀積過程中襯底的溫度為350。C至410°C。 可選的，所述鎢前驅(qū)體為WF6氣體。 可選的，所述還原氣體為B2H6氣體、SiH4氣體或H2氣體或它們中至少兩種氣體的組合。 相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種插塞結(jié)構(gòu)，位于具有半導(dǎo)體器件層的襯底上，所述半導(dǎo)體器件層上還包括具有通孔的金屬前介質(zhì)層，所述插塞結(jié)構(gòu)包括
所述金屬前介質(zhì)層的通孔內(nèi)部表面上的鎢種子層； 所述鎢種子層上的鎢誘導(dǎo)層，所述鎢誘導(dǎo)層的晶粒尺寸大于所述鎢種子層；
所述鎢誘導(dǎo)層上的鎢膜層。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn) 所述插塞結(jié)構(gòu)的制作方法，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，形成鎢膜層之前，先在鎢種子層之上形成具有相對(duì)于鎢種子層較大晶粒尺寸的鎢誘導(dǎo)層，而后再在鎢誘導(dǎo)層上形成的鎢膜層也具有較大的晶粒尺寸，因而晶界較少，對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的散射減少，能夠提高電子遷移率，降低電阻率，無須后續(xù)的退火工藝便能夠形成具有較低電阻的鎢插塞。 相應(yīng)的，采用上述方法獲得的插塞結(jié)構(gòu)中，鎢膜層具有較大的晶粒尺寸，因而晶界較少，對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的散射減少，夠提高電子遷移率，因而具有較低的電阻率。


通過附圖所示，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示 出本發(fā)明的主旨。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例中插塞結(jié)構(gòu)的制作方法的流程圖；
圖2至圖6為本發(fā)明實(shí)施例中插塞結(jié)構(gòu)的制作方法的示意圖；
圖7為圖6的局部放大圖； 圖8為不同的插塞結(jié)構(gòu)的制作方法獲得芯片的電學(xué)性能測試圖；
圖9為本發(fā)明實(shí)施例中鎢誘導(dǎo)層和傳統(tǒng)技術(shù)中鎢膜的電子顯微照片。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明 的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。 在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以 采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的 情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。 其次，本發(fā)明結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說明，表 示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng) 限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。
現(xiàn)有技術(shù)形成鎢插塞結(jié)構(gòu)的工藝中，首先以WF6氣體和SiH4氣體(或B2H6氣體) 為反應(yīng)氣體，采用CVD法在通孔內(nèi)的阻擋層(通常為TiN)上淀積鎢核膜，該淀積過程中，重 復(fù)多次(例如7 8次)向反應(yīng)腔室中交替輸入兩種反應(yīng)氣體，從而形成多層結(jié)構(gòu)的鎢種 子膜，而后以WF6氣體及H2氣體的CVD法，在400°C以下溫度(例如390°C )于所述鎢種子 膜上形成掩蓋式鎢膜，掩蓋式鎢膜在鎢種子膜的誘導(dǎo)下形成。多層結(jié)構(gòu)的鎢種子膜能夠阻 止CVD反應(yīng)過程中WF6氣體里的氟原子對(duì)下層的侵蝕。 這種多層結(jié)構(gòu)的鎢種子膜上形成的掩蓋式鎢膜因其晶界較多而具有較大的電阻， 導(dǎo)致形成的整個(gè)插塞結(jié)構(gòu)的電阻增大，而由于后續(xù)工藝中對(duì)加熱溫度的限制，不能通過退 火的方法來降低插塞結(jié)構(gòu)的電阻，對(duì)集成電路的響應(yīng)速度等性能將產(chǎn)生不利影響。
基于此，本發(fā)明提供了一種插塞結(jié)構(gòu)的制作方法，包括 提供襯底，所述襯底上具有半導(dǎo)體器件層和半導(dǎo)體器件層上的具有通孔的金屬前 介質(zhì)層； 在包括通孔內(nèi)部的金屬前介質(zhì)層的表面上形成鎢種子層； 在所述鎢種子層上形成鎢誘導(dǎo)層，所述鎢誘導(dǎo)層的晶粒尺寸大于所述鎢種子層； 在所述鎢誘導(dǎo)層上形成鎢膜層，該鎢膜層將通孔內(nèi)部填充； 平坦化所述通孔外的金屬前介質(zhì)層的表面，形成插塞結(jié)構(gòu)。 優(yōu)選的，所述在鎢種子層上形成鎢誘導(dǎo)層采用化學(xué)氣相淀積法，包括 以脈沖的方式向反應(yīng)腔室中輸入還原氣體，以使所述還原氣體在所述鎢種子層上
吸附； 所述還原氣體在所述鎢種子層上吸附飽和后，一次性的向反應(yīng)腔室中輸入鎢前驅(qū) 體，與吸附在鎢種子層上的還原氣體反應(yīng)形成鎢誘導(dǎo)層。 可選的，所述以脈沖的方式向反應(yīng)腔室中輸入還原氣體的脈沖次數(shù)可以為2至7次。 可選的，所述以脈沖的方式向反應(yīng)腔室中輸入還原氣體的脈沖周期可以為1秒至3秒。 可選的，所述以脈沖的方式向反應(yīng)腔室中輸入還原氣體每次脈沖的流量可以為200sccm至350sccm。 可選的，所述一次性的向反應(yīng)腔室中輸入鎢前驅(qū)體的時(shí)間可以為1秒至10秒。
可選的，所述一次性的向反應(yīng)腔室中輸入鎢前驅(qū)體的流量為100sccm至200sccm。
可選的，所述在鎢種子層上形成鎢誘導(dǎo)層過程中襯底的溫度為35(TC至410°C。
在包括所述通孔內(nèi)部的襯底表面上形成鎢種子層采用化學(xué)氣相淀積法，以脈沖的方式向反應(yīng)腔室中輸入還原氣體和鎢前驅(qū)體的混合氣。 在所述鎢誘導(dǎo)層上形成鎢膜層采用化學(xué)氣相淀積法，淀積過程中襯底的溫度為350。C至410°C。 可選的，所述鎢前驅(qū)體為WF6氣體。 可選的，所述還原氣體為B2H6氣體、SiH4氣體或H2氣體或它們中至少兩種氣體的組合。 相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種插塞結(jié)構(gòu)，位于具有半導(dǎo)體器件層的襯底上，所述半導(dǎo)體器件層上還包括具有通孔的金屬前介質(zhì)層，所述插塞結(jié)構(gòu)包括
所述金屬前介質(zhì)層的通孔內(nèi)部表面上的鎢種子層； 所述鎢種子層上的鎢誘導(dǎo)層，所述鎢誘導(dǎo)層的晶粒尺寸大于所述鎢種子層；
所述鎢誘導(dǎo)層上的鎢膜層。 下面以互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary Metal OxideSemiconductor，CMOS)器件為例，詳細(xì)介紹所述的插塞結(jié)構(gòu)的制作方法。 圖1為本實(shí)施例中插塞結(jié)構(gòu)的制作方法的流程圖，圖2至圖6所述插塞結(jié)構(gòu)的制作方法的示意圖。 如圖所示，首先，參照步驟S1，提供襯底IOO，該襯底IOO上具有半導(dǎo)體器件層，所述半導(dǎo)體器件層上還包括具有通孔125的金屬前介質(zhì)層120。 具體地，所述半導(dǎo)體器件層包括所述襯底100中的阱區(qū)IIO，將不同CMOS器件的阱區(qū)110隔離絕緣的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)115，所述阱區(qū)IIO之上的柵極介質(zhì)層111和柵極介質(zhì)層111之上的柵極112，柵極112側(cè)壁外的側(cè)墻113，阱區(qū)110中位于柵極112兩側(cè)的源/漏極114，以及，源/漏極114和柵極112表面的金屬接觸層116。 所述金屬接觸層116用以在插塞結(jié)構(gòu)和柵/源/漏極114之間形成歐姆接觸，其采用自對(duì)準(zhǔn)硅化物技術(shù)(SALISIDES)制作，厚度約為十幾納米，包括低電阻率的硅化鎳、硅化鉑、硅化鈷或其合金。 在已具有柵極112和柵極112的側(cè)墻113的襯底上形成覆蓋層(圖中未示出)，該覆蓋層將襯底100上的源/漏極114和柵極112表面保護(hù)起來，使之與隨后形成的金屬前介質(zhì)層120隔離，同時(shí)也可作為后續(xù)工藝刻蝕通孔125時(shí)的刻蝕停止層。所述覆蓋層優(yōu)選的材料為氮化硅(Si3N4)，利用化學(xué)氣相淀積法制作。 所述金屬前介質(zhì)層120覆蓋于整個(gè)襯底IOO表面，位于覆蓋層(圖中未示出)上。金屬前介質(zhì)層120包括第一介質(zhì)層和第一介質(zhì)層之上的第二介質(zhì)層(圖中未示出)，采用疊層的結(jié)構(gòu)是為了獲得優(yōu)良縫隙填充能力和適當(dāng)?shù)哪討?yīng)力。 所述第一介質(zhì)層采用填縫能力較強(qiáng)的PECVD工藝形成，所述第一介質(zhì)層的材料包括但不限于無摻雜玻璃(USG)，由硅前驅(qū)物及含氧氣體反應(yīng)形成，所述硅前驅(qū)物包括但不限于硅烷(SiH4)或正硅酸乙酯(TEOS)中的一種，所述含氧氣體包括但不限于氧氣(02)或臭氧(03)中的一種。所述第二介質(zhì)層的形成方法包括但不限于HDPCVD、PECVD或傳統(tǒng)的SACVD工藝。所述第二介質(zhì)層的材料包括但不限于未摻雜的二氧化硅(USG)、磷硅玻璃(PSG)、硼硅玻璃(BSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)、氟硅玻璃(FSG)或具有低介電常數(shù)材料中的一種或其組合。 金屬前介質(zhì)層120中的通孔125位于所述源/漏極114的上方，截止與所述金屬接觸層116表面，該通孔125用于形成連接源/漏極114和金屬互連層(圖中未示出)的插塞結(jié)構(gòu)。該通孔125的直徑小于0. 1微米，例如為0. 08微米。 接著在上述襯底上形成插塞結(jié)構(gòu)，目前被用于填充通孔形成插塞結(jié)構(gòu)的最普遍的金屬為鎢，金屬鎢是難熔材料，熔點(diǎn)為3417t:，在常溫下的體電阻率為52. 8 ii Qcm，還能抗電遷徙，因此可以阻擋上層金屬互連層與半導(dǎo)體器件層之間的擴(kuò)散和反應(yīng)。另外，當(dāng)采用化學(xué)氣相沉積方法淀積薄膜時(shí)，鎢膜具有均勻填充高深寬比通孔的能力，可以充分填充高深寬比的通孔，保證導(dǎo)電連接的可靠性。 本實(shí)施例中的插塞結(jié)構(gòu)包括三部分，即鎢種子層、鎢誘導(dǎo)層和鎢膜層，其中鎢種子層和鎢誘導(dǎo)層相對(duì)于鎢膜層來說很薄，僅是為形成鎢膜層所做的鋪墊，而鎢膜層才構(gòu)成插塞結(jié)構(gòu)的主體(見圖7)。 如圖3所示，參照步驟S2，在包括所述通孔125內(nèi)部的金屬前介質(zhì)層120上形成鎢種子層131。 具體地，在形成鎢種子層131之前，先在通孔125的內(nèi)表面形成一較薄的阻擋層132。該阻擋層132通常由難熔金屬及其合金組成，例如，采用鈦膜和鈦膜之上的氮化鈦膜組成層疊的阻擋層132，鈦膜對(duì)氧具有一定的溶解能力，因此與其下層的金屬接觸層116直接接觸，可以還原金屬接觸層的表面，減小接觸電阻；而氮化鈦膜則可抑制或阻止后續(xù)工藝填入通孔內(nèi)的金屬鎢向金屬前介質(zhì)層120中擴(kuò)散。該阻擋層132的厚度約為10nm，可以采用普通的物理氣相沉積工藝，也可以采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積工藝。
所述鎢種子層131厚度僅幾納米，一方面可以增強(qiáng)插塞結(jié)構(gòu)與阻擋層132的粘附力，另一方面可以為形成鎢誘導(dǎo)層提供形核基礎(chǔ)。 形成鎢種子層131采用PNL化學(xué)氣相沉積工藝。例如，向反應(yīng)腔室中以特定的流量交替通入鎢前驅(qū)體例如WF6氣體和還原氣體例如SiH4氣體，并重復(fù)至少兩次這樣的過程，使氣體分子吸附在襯底表面上，發(fā)生如式(1)所示的反應(yīng)，形成例如約6nm左右的鎢種子層。反應(yīng)腔室中的壓力例如為1000Pa，襯底100的溫度例如為300°C。
(WF6+SiH4)n —W+SiF4個(gè)+HF個(gè) (1) 繼而，如圖4所示，參照步驟S3，在所述鎢種子層131上形成鎢誘導(dǎo)層133，所述鎢誘導(dǎo)層133的晶粒尺寸大于所述鎢種子層131。該鎢誘導(dǎo)層133作為其上層鎢膜層(也即鎢插塞)的形核誘導(dǎo)層，以使鎢膜層具有較大的晶粒尺寸和較少的晶界。
具體的，所述在鎢種子層131上形成鎢誘導(dǎo)層133采用化學(xué)氣相淀積法，包括
步驟S31，以脈沖的方式向反應(yīng)腔室中輸入還原氣體，以使所述還原氣體在所述襯底100表面吸附。 步驟S32，所述還原氣體在所述襯底100表面吸附飽和后，一次性的向反應(yīng)腔室中 輸入鎢前驅(qū)體，與吸附在襯底表面的還原氣體反應(yīng)形成鎢誘導(dǎo)層133。
上述過程中襯底的溫度為35(TC至410°C。 所述以脈沖的方式向反應(yīng)腔室中輸入還原氣體的脈沖次數(shù)為2至7次。所述以脈 沖的方式向反應(yīng)腔室中輸入還原氣體的脈沖周期為l秒至3秒。所述以脈沖的方式向反應(yīng) 腔室中輸入還原氣體每次脈沖的流量為200sccm至350sccm。所述一次性的向反應(yīng)腔室中 輸入鎢前驅(qū)體的時(shí)間為1秒至10秒。所述一次性的向反應(yīng)腔室中輸入鎢前驅(qū)體的流量為 100sccm至200sccm。 所述鎢前驅(qū)體為WF6氣體，所述還原氣體為B2H6氣體、SiH4氣體或H2氣體或它們 中至少兩種氣體的組合。 例如，襯底溫度保證在40(TC左右，向反應(yīng)腔室中周期性輸入還原氣體例如B2H6氣 體，流量為300sccm，反應(yīng)腔室的氣壓例如為1000Pa，重復(fù)5次這樣的輸氣過程，每次持續(xù)約 3秒，然后，向反應(yīng)腔室中輸入鎢前驅(qū)體例如為WFe氣體，流量為150sccm，持續(xù)時(shí)間約為8 秒，WF6氣體和B2H6氣體發(fā)生如式(2)的反應(yīng)，形成鎢誘導(dǎo)層133，厚度約為13nm。
WF6+(B2H6)nW+BF3個(gè)+HF個(gè) (2) 發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，上述脈沖式輸入還原氣體而后一次性輸入鎢前驅(qū)體的CVD方法 形成的鎢誘導(dǎo)層133中，相對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù)中直接在鎢種子層上淀積形成的鎢膜，金屬鎢的 晶粒尺寸更大，如圖9所示，右圖為傳統(tǒng)技術(shù)中鎢膜的電子顯微照片，左圖為本實(shí)施例中鎢 誘導(dǎo)層的電子顯微照片，顯然本實(shí)施例中的鎢誘導(dǎo)層具有較大的晶粒尺寸，約0.2微米。原 因在于，第一次向反應(yīng)腔室中輸入還原氣體，由于吸附和脫附的平衡作用，還原氣體的分子 并不能怪充分在襯底表面吸附，而以脈沖方式單獨(dú)輸入的還原氣體，最終使還原氣體在襯 底表面達(dá)到吸附飽和，從而形成一均勻、致密的吸附分子層，而后再通入的鎢前驅(qū)體直接與 所述吸附分子層吸附、反應(yīng)，更容易形成較大的晶粒尺寸。 然后，如圖5所示，參照步驟S4，在所述鎢誘導(dǎo)層133上形成鎢膜層135。
鎢膜層135為插塞結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電主體，厚度約為300nm，以還原氣體(B2H6氣體、SiH4 氣體或4或它們的組合)和鎢前驅(qū)體(WFe氣體)為反應(yīng)物，采用化學(xué)氣相沉積法形成，反 應(yīng)過程中襯底溫度為35(TC至41(TC。具體的，可以同時(shí)向反應(yīng)腔室中輸入還原氣體和鎢前 驅(qū)體，也可以交替的輸入還原氣體和鎢前驅(qū)體。 例如，向反應(yīng)腔室中以特定的流量交替通入鎢前驅(qū)體例如WF6氣體和還原氣體例 如H2氣體，并重復(fù)至少多次，直到形成例如約300nm左右的鎢膜層135。反應(yīng)腔室中的壓力 例如為1000Pa，襯底100的溫度例如為400°C。 淀積所述鎢膜層135時(shí)，以鎢誘導(dǎo)層133的晶粒為形核點(diǎn)，形成的金屬鎢的晶粒尺 寸也較大，相應(yīng)的晶界較少。上述形成鎢誘導(dǎo)層133和鎢膜層135的過程中，襯底溫度相對(duì) 于與形成鎢種子層131時(shí)更高，可以促進(jìn)晶粒的長大。 最后，如圖6所示，參照步驟S5，平坦化所述通孔125外的襯底表面，形成插塞結(jié)構(gòu) 150。例如，采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝(Chemical MechenicalPloshing， CMP)襯底100表面， 去除金屬前介質(zhì)層120上多余的阻擋層、鎢種子層、鎢誘導(dǎo)層和鎢膜層，僅留下通孔125內(nèi) 的金屬。
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另外，所述還原氣體可以為B2H6氣體、SiH4氣體或H2氣體或它們中至少兩種氣體 的組合，根據(jù)實(shí)際需要選擇，例如，淀積較薄的鎢種子層或鎢誘導(dǎo)層時(shí)，優(yōu)選的還原氣體為 化學(xué)活性更好的B2H6氣體和/或SiH4氣體，淀積較厚的鎢膜層時(shí)，優(yōu)選的還原氣體為成本 更低的^氣體。 所述插塞結(jié)構(gòu)的制作方法，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，形成鎢膜層之前，先在鎢種子層之上 形成具有較大晶粒尺寸的鎢誘導(dǎo)層，而后再在鎢誘導(dǎo)層上形成的鎢膜層也具有較大的晶粒 尺寸，因而晶界較少，對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的散射減少，能夠提高電子遷移率，降低電阻率，無須后續(xù) 的退火工藝便能夠形成具有較低電阻的鎢插塞。 圖8為不同插塞結(jié)構(gòu)的制作方法獲得芯片的電學(xué)性能測試圖，其中縱坐標(biāo)表示電 阻值，橫坐標(biāo)A表本實(shí)施例所述方法獲得的芯片，橫坐標(biāo)B和C均為使用傳統(tǒng)制造方法獲得 的芯片，可見，采用本實(shí)施例所述的插塞結(jié)構(gòu)的制作方法能夠使插塞結(jié)構(gòu)的電阻明顯降低。
圖7為圖6中圓圈內(nèi)的局部放大圖，如圖6和圖7所示，本發(fā)明的實(shí)施例還提供一 種插塞結(jié)構(gòu)，位于具有半導(dǎo)體器件層的襯底100上，所述半導(dǎo)體器件層上還包括具有通孔 125的金屬前介質(zhì)層120，所述插塞結(jié)構(gòu)采用以上實(shí)施例提供的方法形成，包括
金屬前介質(zhì)層120的通孔125內(nèi)部表面上的鎢種子層131 ; 所述鎢種子層131上的鎢誘導(dǎo)層133，所述鎢誘導(dǎo)層133的晶粒尺寸大于所述鎢種 子層131 ; 所述鎢誘導(dǎo)層133上的鎢膜層135。 由于鎢膜層135生長在較大晶粒尺寸的鎢誘導(dǎo)層133上，因此其晶粒尺寸也較大、
晶界較少，具有較低的電阻率，能夠降低插塞結(jié)構(gòu)的電阻，提高集成電路的性能。 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。 雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)
域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)
容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，
凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡單
修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種插塞結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，包括提供襯底，所述襯底上具有半導(dǎo)體器件層和半導(dǎo)體器件層上的具有通孔的金屬前介質(zhì)層；在包括通孔內(nèi)部的金屬前介質(zhì)層的表面上形成鎢種子層；在所述鎢種子層上形成鎢誘導(dǎo)層，所述鎢誘導(dǎo)層的晶粒尺寸大于所述鎢種子層；在所述鎢誘導(dǎo)層上形成鎢膜層，該鎢膜層將通孔內(nèi)部填充；平坦化所述通孔外的金屬前介質(zhì)層的表面，形成插塞結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的插塞結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述在鎢種子層上形成鎢誘導(dǎo)層采用化學(xué)氣相淀積法，包括以脈沖的方式向反應(yīng)腔室中輸入還原氣體，以使所述還原氣體在所述鎢種子層上吸附；所述還原氣體在所述鎢種子層上吸附飽和后，一次性的向反應(yīng)腔室中輸入鎢前驅(qū)體，與吸附在鎢種子層上的還原氣體反應(yīng)形成鎢誘導(dǎo)層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的插塞結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述以脈沖的方式向反應(yīng)腔室中輸入還原氣體的脈沖次數(shù)為2至7次。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的插塞結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述以脈沖的方式向反應(yīng)腔室中輸入還原氣體的脈沖周期為1秒至3秒。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的插塞結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述以脈沖的方式向反應(yīng)腔室中輸入還原氣體每次脈沖的流量為200sccm至350sccm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的插塞結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述一次性的向反應(yīng)腔室中輸入鎢前驅(qū)體的時(shí)間為1秒至10秒。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的插塞結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述一次性的向反應(yīng)腔室中輸入鎢前驅(qū)體的流量為100sccm至200sccm。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的插塞結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述在鎢種子層上形成鎢誘導(dǎo)層過程中襯底的溫度為35(TC至410°C。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的插塞結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，在包括所述通孔內(nèi)部的金屬前介質(zhì)層的表面上形成鎢種子層采用化學(xué)氣相淀積法，以脈沖的方式向反應(yīng)腔室中輸入還原氣體和鎢前驅(qū)體的混合氣。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的插塞結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，在所述鎢誘導(dǎo)層上形成鎢膜層采用化學(xué)氣相淀積法，淀積過程中襯底的溫度為35(TC至410°C。
11. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的插塞結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述鎢前驅(qū)體為WF6氣體。
12. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的插塞結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述還原氣體為B2H6氣體、SiH4氣體或H2氣體或它們中至少兩種氣體的組合。
13. —種插塞結(jié)構(gòu)，位于具有半導(dǎo)體器件層的襯底上，所述半導(dǎo)體器件層上還包括具有通孔的金屬前介質(zhì)層，其特征在于，所述插塞結(jié)構(gòu)包括所述金屬前介質(zhì)層的通孔內(nèi)部表面上的鎢種子層；所述鎢種子層上的鎢誘導(dǎo)層，所述鎢誘導(dǎo)層的晶粒尺寸大于所述鎢種子層；所述鎢誘導(dǎo)層上的鎢膜層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種插塞結(jié)構(gòu)的制作方法和插塞結(jié)構(gòu)，所述方法包括提供襯底，所述襯底上具有半導(dǎo)體器件層和半導(dǎo)體器件層上的具有通孔的金屬前介質(zhì)層；在包括通孔內(nèi)部的金屬前介質(zhì)層的表面上形成鎢種子層；在所述鎢種子層上形成鎢誘導(dǎo)層，所述鎢誘導(dǎo)層的晶粒尺寸大于所述鎢種子層；在所述鎢誘導(dǎo)層上形成鎢膜層，該鎢膜層將通孔內(nèi)部填充；平坦化通孔外的金屬前介質(zhì)層的表面，形成插塞結(jié)構(gòu)。所述方法形成鎢膜層之前，先在鎢種子層之上形成具有較大晶粒尺寸的鎢誘導(dǎo)層，而后再在鎢誘導(dǎo)層上形成的鎢膜層也具有較大的晶粒尺寸，因而晶界較少，對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的散射減少，能夠提高電子遷移率，降低電阻率，無須后續(xù)的退火工藝便能夠形成具有較低電阻的鎢插塞。
文檔編號(hào)H01L21/768GK101752299SQ20081020455
公開日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2008年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月9日
發(fā)明者保羅, 楊瑞鵬, 胡宇慧, 蘇娜 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司