[发明专利]导通孔的铜填充工艺

说明书

本发明涉及导通孔的铜填充工艺，包括以下步骤：分多步对导通孔的内部进行铜的结构区域物理气相沉积，形成铜种子层，每步使用的沉积偏压不同，其中首次物理气相沉积的偏压范围为200W以下，沉积厚度为2～5nm。本发明采用物理气相沉积铜填充工艺替代化学气相沉积钨填充工艺。在不降低孔结构填充能力的情况下，能够提高铜薄膜质量以及降低电阻率，开创性地将电镀(ECP)技术应用到小口径且深宽比为5以上的导通孔填充工艺中，简化了工艺制程，降低了工艺生产成本。

技术领域

本发明涉及半导体的制造工艺领域，特别涉及一种导通孔的铜填充工艺。

背景技术

随着半导体技术的不断发展，目前存储器制造技术已经逐步从简单的平面结构过渡到较为复杂的三维结构，三维存储器的技术研发是国际研发的主流之一

在半导体的版图中，有源区、多晶硅和金属层之间的连接都需要通过接触孔/导通孔实现。有源区、多晶硅和金属层之间的连接称为接触孔。不同金属层之间的连接称为导通孔。

在三维存储器的制造工艺中，目前对于导通孔的填充多使用金属钨的化学气相沉积法，通过含有钨元素的气态反应剂在导通孔内发生化学反应生成金属钨薄膜进行填充。这种铜填充工艺具有均匀性、重复性好，台阶覆盖形优良等特点。

目前的金属钨的铜填充工艺已发展比较成熟并且薄膜性能也比较稳定，不易产生空洞和缺陷，但是由于钨的金属特性，也存在一些难以克服的缺陷。一方面钨的应力和电阻率较大，电性较差，另一方面，钨的填充成本也较高。

与此相对的是，铜是一种电性良好且工艺成本低的金属，物理气相沉积铜填充(PVD铜填充)是一种用于集成电路半导体金属互联的重要工艺，它是一种通过等离子体对靶材的轰击产生离化的铜离子，铜离子在偏压的作用下发生溅射，生长成种子层的工艺。但是由于目前发展有限，该工艺仅主要应用于沟槽结构的填充中。对于孔状结构而言，物理气相沉积铜填充生成的种子层的台阶覆盖率很难满足工艺要求。如果能有新的改进工艺，提高铜在孔状结构中的填充能力，将可以在导通孔的铜填充工艺中用金属铜来取代金属钨，从而解决现有的缺陷。

发明内容

本发明的目的是为解决以上问题的至少一个，本发明提供应用于口径大于等于100nm小于等于120nm，且深宽比大于等于5的导通孔的铜填充工艺。

一种导通孔的铜填充工艺，包括以下步骤：

分多步对导通孔的内部进行铜的结构区域物理气相沉积，形成铜种子层，每步使用的沉积偏压不同，其中首次物理气相沉积的偏压范围为200W以下，沉积的铜种子层的厚度为2～5nm。

其中，形成铜种子层的步骤还包括首次沉积步骤后的继续沉积形成初步种子层的步骤，继续沉积的偏压为600～800W。

其中，形成铜种子层的步骤还包括继续沉积步骤后的再次沉积步骤，再次沉积步骤的沉积偏压为800～1000W。

其中，铜填充工艺还包括位于形成铜种子层步骤之后的对导通孔所在的载体层表面进行铜的非结构区域物理气相沉积步骤，沉积的偏压为200W以下。

其中，导通孔的口径大于等于100nm小于等于120nm，导通孔的深宽比大于等于5。

本发明采用物理气相沉积铜填充工艺替代化学气相沉积钨填充工艺，在不降低孔结构填充能力的情况下，能够提高铜薄膜质量以及降低电阻率，开创性地将电镀(ECP)技术应用到小口径且深宽比为5以上的导通孔填充工艺中，简化了工艺制程，降低了工艺生产成本。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：