钨化学气相淀积方法与流程

本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别是涉及一种钨化学气相淀积(wcvd)方法。

背景技术：

1、化学气相淀积(chemical vapor deposition)是通过气体混合的化学反应在硅片表面淀积一层固体膜的工艺。cvd技术可以在不同的基底上制备各种组成的薄膜，并且具有膜层均匀性好，淀积速率高，延展性强等优点广泛应用于半导体集成电路生产制造。

2、金属钨(tungsten，w)cvd薄膜具有极好的台阶覆盖和间隙填充能力以及良好的抗电迁徙特性，成为集成电路制造中填充金属层之间的通孔的理想工艺选择。

3、如图1所示，现有钨化学气相淀积方法的流程图；现有钨化学气相淀积工艺主要有三个步骤，分别为：

4、步骤s101、硅烷浸泡(sih4 soak)；图1中硅烷浸泡也采用sih4 soak表示。

5、步骤s102、成核(nucleation)，图1中成核也采用nucleation表示。

6、步骤s103、体淀积(bulk deposition)。图1中体淀积也采用bulk deposition表示。

7、现有wcvd工艺的成核过程是采用sih4和wf6在一定温度和压力下进行反应生成一薄层钨即钨籽晶层作为后续体淀积的生长点。在成核过程中sih4和wf6的流量比例必须严格控制，否则容易发生异常成核导致硅片废弃。

8、在成核过程中sih4和wf6的流量比例受到严格控制并且尽量保证二者同时到达硅片表面。由于wf6的分子量更大因此需要稍微提前通入反应腔体，也即，和sih4相比，wf6从通入到反应腔的通入口到达成核表面所需要的时间会大于sih4从通入口到达成核表面所需要的时间，故为了使wf6和sih4同时达到成核表面，wf6需要稍微提前通入，以补偿二者从通入口到达成核表面所需要的时间差。如图2所示，是现有钨化学气相淀积方法的成核过程中工艺气体的通入曲线；根据对工艺气体的通入的控制，图1中将步骤s102分成如下两个分步骤：

9、步骤s1021、提前通入wf6气体(wf6 first)，图1中步骤s1021也采用wf6 first。图2中曲线101为wf6的通入曲线，可以看出，wf6从时间t0开始通入。

10、步骤s1022、实现wf6、h2和sih4一起通入，图1中步骤s1022也采用wf6+h2+sih4表示。图2中曲线102为h2的通入曲线，曲线103为sih4的通入曲线，可以看出，h2和sih4都是从t1开始通入。

11、实际作业过程中，机台端偶尔会发生设定作业条件切换延迟的情况，即sih4进入反应腔体的时间远晚于wf6，使反应腔体为富氟状态，氟离子容易穿过tin阻挡层跟下层ti发生反应，腐蚀下层结构，导致成核不良，严重时造成硅片低良率废弃。wf6和ti层反应的化学方程式为：

12、2wf6+3ti→2w(s)+3tif4(g)；

13、如图3所示，是现有钨化学气相淀积方法形成的产品良率图；在产品良率图104中存在很多的缺陷105，最后会使得产品良率降低。进行失效分析(fa)可知，这些缺陷105都和ti层的腐蚀相关。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种钨化学气相淀积方法，能防止发生异常成核并从而避免由异常成核导致产品报废，最后能提高产品良率。

2、为解决上述技术问题，本发明提供的钨化学气相淀积方法包括如下步骤：

3、步骤一、提供表面形成有第一粘附层和第二阻挡层的底层结构。

4、步骤二、进行钨化学气相淀积在所述第二阻挡层的表面形成钨层。

5、所述钨层由钨籽晶层和钨主体层叠加而成。

6、所述钨籽晶层的淀积过程中，工艺气体采用如下分步骤通入到反应腔中：

7、步骤21、进行含钨前体的通入。

8、在进行所述含钨前体通入的同时通入第一还原剂气体。

9、步骤22、在延迟第一时间后通入第二还原剂气体，利用所述含钨前体和所述第二还原剂气体进行成核反应形成所述钨籽晶层。

10、所述含钨前体的分子量大于所述第二还原剂气体的分子量，所述含钨前体到达所述第二阻挡层的表面的速率小于所述第二还原剂气体到达所述第二阻挡层的表面的速率，所述第一时间设置为在所述第二还原剂气体无切换作业故障时使所述含钨前体和所述第二还原剂气体同时到达所述第二阻挡层的表面上。

11、所述第一还原剂气体的活性小于所述第二还原剂的活性，所述第一还原剂气体用于在所述第二还原剂气体出现切换作业故障从而使所述第二还原剂气体晚于所述含前体到达所述第二阻挡层的表面上时和所述含钨前体的离子反应从而防止所述含钨前体的离子穿过所述第二阻挡层并对所述第一粘附层产生腐蚀，从而消除成核异常。

12、在一些实施例中，步骤一中，所述第一粘附层的材料包括ti。

13、在一些实施例中，所述第二阻挡层的材料包括tin。

14、在一些实施例中，步骤二中，所述含钨前体包括wf6。

15、在一些实施例中，步骤二中，所述第一还原剂气体包括氢气。

16、步骤二中，当所述第二还原剂气体晚于所述含前体到达所述第二阻挡层的表面上时，所述氢气和所述含钨前体的氟离子反应形成氟化氢副产物并排除，从而防止氟离子对所述第一粘附层产生腐蚀。

17、在一些实施例中，步骤二中，所述第二还原剂气体包括硅烷。

18、在一些实施例中，所述钨层用于作为钨连线、接触孔或通孔。

19、在一些实施例中，当所述钨层作为所述钨连线时，步骤一中，所述底层结构包括半导体衬底以及形成于所述半导体衬底上的底部金属互联结构，所述底部金属互联结构位于所述钨层和所述半导体衬底之间。

20、在一些实施例中，当所述钨层作为所述接触孔时，步骤一中，所述底层结构包括半导体衬底以及形成于所述半导体衬底上金属前层间膜，在所述金属前层间膜中形成有接触孔的开口，所述接触孔的开口将形成于所述半导体衬底上需要引出的掺杂区表面暴露；步骤二中，所述钨层将所述接触孔的开口完全填充。

21、在一些实施例中，当所述钨层作为所述通孔时，步骤一中，所述底层结构包括半导体衬底以及形成于所述半导体衬底上的底部金属互联结构和当前层层间膜；所述底部金属互联结构位于所述当前层层间膜和所述半导体衬底之间，在所述当前层层间膜中形成有所述通孔的开口，所述通孔的开口底部的金属层表面暴露；步骤二中，所述钨层将所述通孔的开口完全填充。

22、在一些实施例中，步骤二中，在进行所述钨籽晶层的淀积之前，还包括：进行硅烷浸泡。

23、在一些实施例中，步骤二中，在形成所述钨籽晶层后，还包括：进行体淀积形成所述钨主体层。

24、在一些实施例中，所述半导体衬底包括硅衬底。

25、本发明在钨籽晶层的形成步骤中对工艺气体的通入步骤做了特别的设置，在保持将还原性将强的第二还原剂气体延迟第一时间通入从而使得正常情况下第二还原剂气体和含钨前体能同时到达第二阻挡层的表面，本发明同时采用还原性较弱的第一还原剂气体和含钨前体同时通入，这样在第二还原剂气体出现切换故障而晚于含钨前体到达第二阻挡层的表面时，第一还原剂气体能和含钨前体的离子进行反应并从而能防止含钨前体的离子穿过第二阻挡层和第一粘附层产生反应，从能避免第一粘附层腐蚀所带来的成核异常，最后能避免由异常成核导致产品报废，最后能提高产品良率。

26、由于第一还原剂气体的活性小于第二还原剂气体的活性，故当第二还原剂气体到达第二阻挡层的表面后，含钨前体主要是和第二还原剂气体反应进行钨成核，所以，第一还原剂气体的流入本身不会对钨成核产生不利影响。