[发明专利]半导体结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体制备工艺技术领域，特别是涉及一种半导体结构及其制备方法。

背景技术

在现有半导体工艺中，使用物理气相沉积工艺(PVD)沉积铝膜等金属层是很多半导体工艺中必须的步骤。在现有的工艺中，一般是通过将晶圆置于真空反应室内加热至一定温度，采用物理气相沉积工艺沉积的一步工艺。

然而，随着器件小型化的不断深入，半导体结构的尺寸越来越小，尤其是当半导体产品的关键尺寸缩小到30nm以下时，致使填充沟槽及通孔的难度越来越大。在使用现有的沉积工艺进行高深宽比的沟槽10(譬如接触孔)进行金属层11(譬如铝层)填充时，很容易使得所述金属层11不能填满所述沟槽10(如图1所示，所述沟槽10内的所述金属层11内侧有间隙12)或在所述沟槽10内填充的所述金属层11中形成孔洞12，而如果所述金属层11不能填满所述沟槽10或填充于所述沟槽10内的所述金属层11中有所述孔洞12存在，必然会导致半导体器件性能的下降，甚至导致半导体器件的失效。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种半导体结构及其制备方法，用于解决现有技术中采用现有沉积工艺对沟槽进行金属填充时会在填充的金属层内形成孔洞，从而导致半导体器件性能下降，甚至导致半导体器件失效的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种半导体结构制备方法，所述半导体结构的制备方法包括如下步骤：

1)提供一半导体衬底，所述半导体衬底内形成有沟槽；

2)采用化学气相沉积工艺于所述沟槽内及所述半导体衬底上表面沉积第一层金属层；及，

3)采用物理气相沉积工艺于所述第一层金属层上表面沉积第二层金属层，由所述第二层金属层填满所述沟槽，且所述第二层金属层的材料与所述第一层金属层的材料相同。

作为本发明的一种优选方案，步骤1)与步骤2)之间还包括步骤：将所述半导体衬底进行加热，以去除所述半导体衬底表面水汽。

作为本发明的一种优选方案，步骤1)与步骤2)之间还包括步骤：于所述半导体衬底的上表面、所述沟槽的底部及侧壁形成浸润层，步骤2)中，所述第一层金属层沉积于所述浸润层的外表面。

作为本发明的一种优选方案，所述浸润层采用溅射工艺于所述半导体衬底的上表面、所述沟槽的底部及侧壁沉积形成，所述浸润层的材质包括钛或氮化钛，其中，溅射工艺中的温度小于100℃。

作为本发明的一种优选方案，步骤2)及步骤3)中形成的所述第一层金属层及所述第二层金属层的材质均包括铝。

作为本发明的一种优选方案，步骤1)中，所述半导体衬底内所述沟槽的数量为多个，多个所述沟槽于所述半导体衬底内间隔排布。

作为本发明的一种优选方案，步骤1)中，所述沟槽的深宽比大于2。

作为本发明的一种优选方案，骤2)中，将所述半导体衬底置于真空度大于10^-8Pa的真空反应腔室内，于小于150℃的温度条件下采用化学气相沉积工艺沉积所述第一层金属层于所述沟槽内及所述半导体衬底上表面。

作为本发明的一种优选方案，所述第一层金属层的沉积温度介于25℃～150℃。

作为本发明的一种优选方案，所述第一层金属层的沉积厚度介于100埃～300埃，沉积时间为2分钟～5分钟。

作为本发明的一种优选方案，步骤3)之后还包括如下步骤：

4)将沉积有所述第一层金属层及所述第二层金属层的所述半导体衬底冷却至室温；及，

5)去除位于所述半导体衬底上表面的所述第一层金属层及所述第二层金属层。

作为本发明的一种优选方案，步骤3)中，将表面形成有所述第一层金属层的所述半导体衬底置于真空度大于10^-8Pa的真空反应腔室内，于小于100℃的温度条件下采用物理气相沉积工艺沉积所述第二金属层于所述第一层金属层的外表面。

作为本发明的一种优选方案，所述第二层金属层的厚度介于为5700埃～5900埃，沉积时间小于3分钟。

本发明还提供一种半导体结构，所述半导体结构包括：

半导体衬底，所述半导体衬底内形成有沟槽；

第一层金属层，覆盖于所述沟槽的底部及侧壁；及，

第二层金属层，位于所述第一层金属层的外表面，且填满所述沟槽；所述第二层金属层的材料与所述第一层金属层的材料相同。

作为本发明的一种优选方案，所述沟槽的深宽比大于2。