[发明专利]金属填充沟槽的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术，特别涉及半导体中金属填充沟槽的方法。

背景技术

随着半导体技术不断发展，半导体器件的尺寸在不断地缩小，而且，芯片上器件尺寸相应缩小是按比例进行的，仅减小芯片上一个特征尺寸是不可接受的。半导体器件尺寸的不断缩小，传统的低深宽比沟槽逐渐演变为高深宽比的沟槽，要无间隙的填充这些沟槽变得越来越困难。

以沉积铝为例，现有技术中以溅射的方法沉积铝来形成铝栅极和铝插塞被广泛采用，由于溅射工艺属于物理气相沉积（PVD）方法，其阶梯覆盖能力通常比化学气相沉积（CVD）方法差。在填充高深宽比的沟槽时，PVD方法即使使用回流工艺也难以达到无间隙填充。如图1所示，沉积铝层2时，会在沟槽1顶部的拐角处形成凸点3，该凸点3随着沉积的进行逐渐变大，并最终相互接触使沟槽1被封住。如图2所示，当凸点3相互接触后，铝无法再沉积进入沟槽1中，沟槽1内形成孔洞4。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术中使用金属沉积技术填充高深宽比的沟槽时，会在沟槽内形成孔洞，不能实现无间隙填充。

为解决上述问题，本发明提供了一种金属填充沟槽的方法，包括：提供沟槽，在所述沟槽底部和侧壁形成润湿金属层；形成所述润湿金属层后，在所述沟槽内填充牺牲材料层，所述牺牲材料层将所述沟槽完全填充；刻蚀所述牺牲材料层，直至暴露出部分沟槽侧壁的润湿金属层；使暴露的所述润湿金属层反应形成绝缘层或在暴露的所述润湿金属层上形成绝缘层；形成所述绝缘层后，清除剩余的所述牺牲材料层；采用第一沉积法沉积金属层，所述金属层高度不大于刻蚀中未暴露的润湿金属层高度；采用第二沉积法继续沉积金属层，直至完全填充所述沟槽。

可选地，所述金属层的材料为铝。

可选地，所述第一沉积法为化学气相沉积，所述第二沉积法为物理气相沉积或化学气相沉积。

可选地，所述润湿金属层的形成方法为化学气相沉积或物理气相沉积。

可选地，所述润湿金属层的材料为Ti或Co。

可选地，所述牺牲材料层的形成方法为化学气相沉积或物理气相沉积

可选地，所述牺牲材料层为SiON、SiOC、SiOCH或SiN。

可选地，所述沟槽为用于形成金属栅极的栅极沟槽或用于形成金属插塞的通孔。

可选地，所述栅极沟槽底部和侧壁形成所述润湿金属层之前，在所述栅极沟槽底部和侧壁形成栅介质层，在所述介质层上形成功函数层层，在所述功函数层金属层上形成阻挡层，在所述阻挡层上形成所述湿润金属层。

可选地，所述阻挡层为单层结构或叠层结构。

可选地，刻蚀所述牺牲材料层的方法为使用稀释的HF进行湿法刻蚀。

可选地，清除剩余的所述牺牲材料层的方法为使用稀释的HF进行湿法刻蚀。

可选地，所述刻蚀暴露出的润湿金属层高度为

可选地，使暴露的所述润湿金属层反应形成绝缘层的方法为使用O₂等离子体或N₂等离子体与暴露的所述润湿金属层反应以生成对应金属氧化物或金属氮化物绝缘层。

可选地，在暴露的所述润湿金属层上形成绝缘层的方法为使用化学气相沉积或物理气相沉积在暴露的所述润湿金属层上形成绝缘层。

可选地，所述第二沉积后对金属层进行回流处理。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

位于沟槽侧壁暴露的润湿金属层经反应形成绝缘层或在暴露的所述润湿金属层上形成绝缘层，第一沉积法进行沉积金属时，沉积的金属层具有依附选择性，即沉积的金属粒子容易依附在润湿金属层上，而不易沉积在所述绝缘层上，因此使用第一沉积法沉积金属层时，金属沉积进入沟槽底部，防止了金属在沟槽顶部拐角处形成凸点，进而可以实现无间隙填充。利用第一沉积法沉积金属后，再采用第二沉积法沉积金属继续填充所述沟槽，所述第二沉积法产生的金属层可以沉积在所述绝缘层上。经第一沉积法沉积金属层后，沟槽已经基本得到填充，原本高深宽比的沟槽已经转变为低深宽比的沟槽，再采用第二沉积法沉积金属层，很容易实现沟槽的完全填充而不产生孔洞。在沟槽底部和侧壁形成润湿金属层，所述润湿金属层可以作为金属的湿润层以提高沉积金属的粘附性，并增加金属层的致密度。

在具体实施例中，所述第二沉积法沉积金属层后对金属层进行回流处理，可以进一步提高沟槽的填充性能。

在具体实施例中，可以利用金属填充沟槽形成插塞，当金属为铝时，形成铝插塞。相对于钨插塞，本发明的铝插塞工艺步骤简单，成本较低，而且铝的导电性为钨的三倍，提高了晶体管的性能。

附图说明