[发明专利]半导体器件及其钨塞填充方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术，更具体地说，涉及一种半导体器件及其钨塞填充方法。

背景技术

钨塞是半导体器件中很重要的结构，金属层与有源区(又称活性区)间的电性连接，以及金属层之间的电性连接均是通过钨塞来导通的，随着集成电路的大规模化和工艺的复杂化，钨塞填充工艺的发展，势必会影响集成电路的性能以及制造工艺的发展。

现有技术中金属层与有源区间的连接钨塞(简称CTW)，以及金属层之间的互连钨塞(简称VIAW)的填充过程通常采用低压化学气相淀积(简称LPCVD)工艺。由于LPCVD对钨塞的填充能力十分有限，特别是对深宽比(即孔洞的深度/孔洞的宽度)较大的孔洞的填充过程，经常会出现钥匙孔(即void)缺陷，所述钥匙孔缺陷是指在填充物的孔洞入口处产生夹断现象，导致在孔洞填充无的中间出现空洞，在钨塞填充过程中，钥匙孔缺陷体现为填充的金属钨还未填满孔洞，但洞口已经被封住，从而导致钨塞连接的上下层之间不能很好的导通，甚至产生断路。

本专利发明人发现，现有技术中采用LPCVD工艺进行钨塞的填充过程，即钥匙孔缺陷的产生过程如图1-图4所示，具体的，图1为金属钨淀积之前的孔洞101的形貌，图2为淀积开始阶段的孔洞101的形貌，此时孔洞开口102的棱角103处金属钨沉积速度相对较快，开口102处被沉积的钨所阻挡，之后进入钨的大量沉积阶段，如图3所示，孔洞开口102处累积钨的速度明显加快，随着淀积过程的进行，如图4所示，导致开口迅速被封死，使后续淀积的钨不能再填充到孔洞内，从而在孔洞内形成没有被钨填充到的空洞。

在钨沉积完成后，通过扫描电子显微镜(SEM)等分析仪器可以很清楚的看到，在需要被填满的孔洞内部出现一个没有被钨填充到的空洞，即出现钥匙孔缺陷，如图4所示。

金属钨淀积完成后，再对钨进行磨抛，得到钨塞的形貌如图5所示，从图5中可以看出，金属钨并没有填满整个钨塞，而是在钨塞中间存在很大的空洞，由于该钥匙孔缺陷的存在，会导致通过钨塞连接的上下层之间的连接电阻变大，甚至出现断路情况，从而使器件的反应时间变长或器件失灵。

发明内容

本发明实施例提供一种半导体器件及其钨塞填充方法，解决了现有技术中的问题，减小了钨塞填充过程中产生的空洞的大小，减轻了钥匙孔缺陷，提高了器件的性能。

为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种钨塞填充方法，包括：

提供基底，所述基底包括需填充金属钨的若干孔洞；

在所述孔洞内形成钨种子层，所述钨种子层在孔洞开口的棱角处的沉积速率大于孔洞内部的沉积速率；

在所述钨种子层上形成钨膜层，所述钨膜层将所述孔洞内部填充，其中，在所述钨膜层的沉积过程中，采用腐蚀性物质去除孔洞开口处的金属钨，以避免在所述孔洞开口处累积金属钨。

优选的，所述腐蚀性物质具体为氟离子。

优选的，所述钨膜层的过程具体为：

在高密度等离子体化学气相淀积HDP反应腔体内，通入腐蚀性气体，通过射频的解离作用得到所述腐蚀性物质；

在进行钨膜层沉积过程的同时，采用腐蚀性物质去除所述孔洞开口出的钨膜层材料，直至完成钨膜层的沉积。

优选的，所述腐蚀性气体为CF₄气体或NF₃气体。

优选的，还包括，在向所述HDP反应腔体内通入所述腐蚀性气体的同时，通入适量的惰性气体，以平衡反应腔体内的压力。

优选的，形成所述钨种子层的过程具体为：

采用低压化学气相淀积LPCVD工艺在所述孔洞内形成钨种子层。

优选的，所述钨种子层的形成过程和所述钨膜层的形成过程在同一HDP反应腔体内进行。

优选的，形成所述钨膜层后还包括：

平坦化所述钨膜层表面，使所述钨膜层表面与所述基底表面齐平，得到钨塞。

优选的，所述钨塞内部填充良好，钨塞内部的钥匙孔缺陷不明显或消失。

本发明实施例还公开了一种采用以上所述的钨塞填充方法制造的半导体器件。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：