[发明专利]填充金属的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种填充金属的方法。

背景技术

随着半导体工艺的不断发展，集成电路已经从制造在单个芯片上的少数互连器件发展到数百万个器件。当前的集成电路所提供的性能和复杂度已远远超过了当初的想象。为了提高集成电路的复杂度和电路密度（即，能够被安装到给定芯片面积上的器件的数量），集成电路中最小器件的线宽变得越来越小。

不断增大的电路密度不仅提高了集成电路的复杂度和性能，而且，也为客户提供了更低成本的部件。集成电路或芯片制造设备常常可能花费成百上千万，甚至几十亿美元。每一套制造设备具有一定的晶片生产量，每片晶片上将会有一定数量的集成电路。因此，通过制造越来越小的个体集成电路器件，在每个晶片上可以制造更多的器件，这样可以增加制造设备的产量。要使器件更小总是很有挑战性的，因为每一种用于集成电路制造的工艺都存在限制。也就是说，一种给定的工艺通常只能加工到某一特定的线宽尺寸，于是，需要对工艺或器件布局做进一步改变。

例如，随着集成电路芯片中器件特征尺寸的不断缩小，金属连线中的电流密度不断增大，响应时间不断缩短，传统的铝金属互连线已达到工艺极限。当工艺尺寸小于130nm以后，传统的铝互连线技术已逐渐被铜互连线技术所取代。与铝金属相比，用铜工艺制作金属互连线可以降低互连线的RC延迟、改善电迁移等引起的可靠性问题。但是，由于铜的扩散速度较快以及刻蚀困难的特性，现有工艺通过物理气象沉积工艺形成铜互连线，但通过上述工艺形成的铜互连线致密性较差，铜离子易发生迁移，导致所形成铜互连线的电学性能较差。

另外，随着集成电路中器件特征尺寸的减小，需要对形成器件的工艺做进一步调整，导致器件制造成本的提高。以制造半导体器件中的MOS器件为例，在形成MOS器件中金属栅极的过程中，需要先通过化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺沉积栅极材料，再通过刻蚀工艺对所述栅极材料进行刻蚀，形成金属栅极。由于MOS器件特征尺寸的减小，栅极的特征尺寸也相应减小，导致形成金属栅极的工艺更复杂，成本更高。

因此，提供一种填充金属的方法，以在提高包含所形成金属互连线或金属栅极的半导体器件的性能的同时降低工艺成本，成为目前亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种填充金属的方法，改善包含金属互连线或金属栅极半导体器件的性能，降低工艺成本。

为解决上述问题，本发明提供了一种填充金属的方法，包括：提供衬底，所述衬底上形成有层间介质层、以及位于所述层间介质层内的第一凹槽；在所述第一凹槽的底部和侧壁依次沉积阻挡层和覆盖所述阻挡层的籽晶层，形成第二凹槽；通过离子液体电沉积工艺在所述第二凹槽内沉积金属材料，至填满第二凹槽，形成金属层。

可选的，所述离子液体电沉积工艺中离子液体电沉积液包括有机阳离子、有机阴离子和无机离子。

可选的，所述籽晶层的材质为铜。

可选的，在铜籽晶层上形成金属层的工艺包括：将醋酸1-乙基-3-甲基咪唑、醋酸铜和氯化铜按77~93:5~15:2~8的摩尔比混合，配制成第一离子液体电沉积液；将包含有第二凹槽的衬底浸没于第一离子液体电沉积液，进行电沉积，于第二凹槽的籽晶层上形成金属层。

可选的，进行电沉积时的电流密度在0.1~10A/cm²范围内。

可选的，所述第一离子液体电沉积液中醋酸根离子与1-乙基-3-甲基咪唑离子的离子个数比在0.5~2:1范围内。

可选的，所述第一离子液体电沉积液的温度在0~100℃范围内。

可选的，所述籽晶层的材质为铝。

可选的，在铝籽晶层上形成金属层的工艺包括：将溴化N-丁基吡啶、烷基铝按85~95:5~15的摩尔比混合，配制成第二离子液体电沉积液；将包含有第二凹槽的衬底浸没于第二离子液体电沉积液，进行电沉积，于第二凹槽的籽晶层上形成金属层。

可选的，进行电沉积时的电流密度在0.1~10A/cm²范围内。

可选的，所述第二离子液体电沉积液中溴离子与N-丁基吡啶离子的离子个数比在0.5~2:1范围内。

可选的，所述第二离子液体电沉积液的温度在0~100℃范围内。

可选的，在铝籽晶层上形成金属层的工艺包括：将氯化1-乙基-3-甲基咪唑、烷基铝按85~95:5~15的摩尔比混合，配制成第三离子液体电沉积液；将包含有第二凹槽的衬底浸没于第三离子液体电沉积液，进行电沉积，于第二凹槽的籽晶层上形成金属层。