[发明专利]一种制造钨插塞过程中消除钨穿刺的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体制造工艺，特别是涉及一种多层金属互连的钨插塞制造工艺。

背景技术

在现代甚大规模集成电路(ULSI)的制造过程中，需要使用多层金属连线结构来减小因寄生电阻与寄生电容引起的信号延迟。其中金属钨(W)由于良好的台阶覆盖、间隙填充和抗电迁移(eletro migration)特性成为目前普遍应用的金属化材料。

为了避免钨插塞在较高深宽比中可能出现的空洞，业界通常采用图1所示的方法制造钨插塞，该方法包括如下步骤：

首先，在MOS器件和硅衬底1上有金属层2，金属层2通常为铝或铝合金，如图2(a)所示。

接着，在晶片上淀积一层阻挡层3，阻挡层3通常用金属钛(Ti)和/或氮化钛，阻挡层3作为金属钨下方的阻挡层，如图2(b)所示。

接着，在晶片上淀积金属钨4，如图2(c)所示。

接着，在晶片上刻蚀金属钨4，仅保留钨插塞的部分，如图2(d)所示。

接着，在晶片上淀积阻挡层5，阻挡层5通常用氮化硅，阻挡层5作为钨插塞4侧面的阻挡层，如图2(e)所示。

接着，在晶片上刻蚀阻挡层5，仅保留钨插塞4侧面的阻挡层5，如图2(f)所示。

接着，在晶片上淀积介电层6，介电层6通常为二氧化硅或旋涂玻璃(SOG)，如图2(g)所示。

最后，在晶片上淀积金属层7，至此完成连接金属层2和金属层7的钨插塞5的制作，如图2(h)所示。

上述方法中淀积氮化硅(阻挡层5)的具体步骤请参阅图3：

首先将前一步骤所制造的晶片放置于晶舟，再将晶舟放置于炉管内，并控制晶舟沿炉管上升直至到达反应腔。

然后测试反应腔是否处于真空状态，这一步通常称为测漏。

测漏通过后，提升反应腔的温度，直至到达反应温度。

当反应腔的温度稳定于反应温度时，开始通入硅源反应气体，淀积氮化硅。

在上述淀积氮化硅的过程中，由于常规的减压化学气相淀积(CVD)工艺淀积氮化硅需要在高温环境进行，而金属钨在高温环境下很容易氧化出现穿刺(whisker)现象。金属钨的表面在淀积氮化硅的过程中由于氧化而形成穿刺，穿刺会穿透氮化硅阻挡层而导致电性能失效，这样制造的钨插塞是不能正常使用的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种制造钨插塞过程中消除钨穿刺的方法。

为解决上述技术问题，本发明制造钨插塞过程中消除钨穿刺的方法，是在晶片淀积氮化硅的过程中先通入氨气，氨气去除钨表面的氧化物并在钨表面形成一层氮化物，然后再淀积氮化硅。

本发明对现有的制造钨插塞的方法进行改进，在淀积氮化硅的过程中通入氨气，一方面可以去除钨表面的氧化物，另一方面在钨表面形成氮化膜，防止金属钨在后续工艺中由于氧化而形成穿刺。由此本发明可以提升制造钨插塞的良品率，且对原有工艺变化不大。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：

图1是现有的制造钨插塞的一种方法的流程图；

图2(a)至(h)是图1所示方法的各步骤示意图；

图3是现有的制造钨插塞的过程中淀积氮化硅的方法的流程图；

图4是本发明制造钨插塞的过程中消除钨穿刺的方法的流程图；

图中附图标记为：1—MOS器件与硅衬底；2—金属层；3—阻挡层；4—钨；5—阻挡层；6—介电层；7—金属层。

具体实施方式

请参阅图4，本发明制造钨插塞过程中消除钨穿刺的方法包括如下步骤：

首先将前一步骤所制造的晶片放置于晶舟，再将晶舟放置于炉管内，并控制晶舟沿炉管上升直至到达反应腔。升舟速度控制在每分钟20至100厘米，其中升舟速度为每分钟50厘米是优选。升舟速度过慢，金属钨暴露在空气中的时间比较长，因此金属钨表面会生成较多的氧化层，这对于后续步骤去除金属钨表面的氧化层是不利的。升舟速度过快，晶片可能因受热不均匀而翘曲，晶舟也有可能由于惯性和炉管发生碰撞。只有适宜的升舟速度才可以在没有其他危害的情况下减少氧气进入炉管中。

然后测试反应腔是否处于真空状态，这一步通常称为测漏。

测漏通过后，开始通入氨气。氨气的通入流量控制在每分钟10至1000毫升，其中氨气的通入流量为500毫升是优选。

接着，提升反应腔的温度，直至到达反应温度。