[发明专利]金属铝填孔的方法

说明书

本发明公开了一种金属铝填孔的方法，包括步骤：提供形成有层间膜的半导体衬底，在层间膜中形成有通孔；采用溅射工艺并按照形成铝籽晶的工艺条件形成第一金属铝籽晶层；采用溅射工艺并在第二工艺条件下形成第二金属铝层并将通孔进行无空洞填充；第二工艺条件的温度大于形成铝籽晶的工艺的温度，第二工艺条件的射频功率小于形成铝籽晶的工艺的射频功率；对半导体衬底进行冷却；采用溅射工艺并在第三工艺条件下形成第三金属铝层并叠加形成所需厚度的总金属铝层；第三工艺条件的温度等于第二工艺条件的工艺的温度，第三工艺条件的射频功率大于第二工艺条件的射频功率。本发明能提高金属铝的台阶覆盖率，提高金属铝的电学性能和可靠性。

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路的制造方法，特别是涉及一种金属铝填孔的方法。

背景技术

在功率分立器件和功率集成电路中，通常功率器件需要通过大电流，所以需要厚铝工艺，金属铝填孔工艺被广泛使用。

用物理气相沉积(PVD)法淀积的金属铝与钨塞相比，电阻率低，电路的RC延迟小，而且金属铝的集成工序简单，成本低，金属铝可将金属接触与金属互连一次完成，不需要类似钨塞工艺的回刻或化学机械研磨(CMP)工艺，节省了设备和资源。也即采用钨塞工艺时，需要在金属接触对应的通孔中形成金属钨，之后采用回刻或CMP工艺将通孔外的金属钨去除；之后在形成金属铝层，金属铝层图形化形成对应的金属层的金属互连结构。而采用金属铝填孔工艺时，金属接触对应的通孔将不需要单独采用钨填充，而是直接采用铝填充，后续的金属互连对应的金属层也采用铝，故能将金属接触与金属互连一次完成。

但是，金属铝填孔的主要困难在于台阶覆盖率不高，当金属铝薄膜跨越衬底表面的台阶时，会偏离理想情况，膜偏薄或出现裂缝和空洞，台阶覆盖率直接影响金属布线的导电性，决定电路是否高效工作。顶层的金属层电流负载大，导线散热量也大，如果台阶覆盖率低，那么通过导线的电流密度就高，导线就容易熔断；同时，台阶覆盖率低，接触电阻会变大，电路的延迟和功耗也会相应增大。不仅如此，台阶上金属覆盖厚度不均，易出现电迁移产生的空洞。

如图1所示，是现有金属铝填孔的方法形成的通孔的第一种形貌照片；层间膜101形成于半导体衬底如硅衬底表面，在层间膜101中形成由穿过层间膜101的通孔102，之后采用PVD一次性沉积金属铝103，PVD通常采用溅射工艺完成金属铝的沉积。所述通孔102的剖面结构分成上下两部分，下部分的侧面为垂直结构且所述下部分的开口直径不变，上部分的侧面呈弧形且所述上部分的开口直径逐渐变大。图1中标出了通孔102的尺寸，通孔102底部的宽度为高度为通孔102的上部分的高度为通孔102的最顶端的宽度为金属铝103沉积时，在通孔102的底部表面、侧面和通孔102的外部的层间膜101的表面的生长速率不同，其中在通孔102的侧面的生长速率最低，使得台阶覆盖率低；图1中显示了，在通孔102的底部表面上形成的金属铝103的厚度为在通孔102的底部表面上形成的金属铝103的厚度为在通孔102的外部的层间膜101的表面上形成的金属铝103的厚度为台阶覆盖率约为37％。

如果图1中的金属铝103继续生长，则会在通孔102的顶部形成金属铝103合拢后的空洞。如图2所示，是现有金属铝填孔的方法形成的通孔的第二种形貌照片；图2中显示了空洞104，这也是由台阶覆盖率低造成的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种金属铝填孔的方法，能提高金属铝的台阶覆盖率，提高金属铝的电学性能和可靠性。

为解决上述技术问题，本发明的金属铝填孔的方法包括如下步骤：

步骤一、提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有层间膜，在所述层间膜中形成有穿过所述层间膜的通孔。

步骤二、采用溅射工艺并按照形成铝籽晶的工艺条件形成第一金属铝籽晶层，所述第一金属铝籽晶层直接和所述通孔的底部表面和侧面以及所述通孔外的所述层间膜的表面接触。