CN103066009A - 穿透硅的通孔填充钨塞的工艺方法 - Google Patents

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陈帆
陈雄斌
薛凯
周克然
潘嘉
李�浩
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Abstract

本发明公开了一种穿透硅的通孔填充钨塞的工艺方法，包括步骤：在形成有绝缘层的硅衬底上形成接触孔和穿透硅的通孔；淀积第一衬垫层；淀积第一层钨并将接触孔完全填充；进行第一次回刻并停留在第一衬垫层上；淀积第二衬垫层；淀积第二层钨，进行第二次回刻并停留在第二衬垫层上；重复步骤六直至穿透硅的通孔被钨完全填满；采用化学机械研磨工艺将绝缘层表面的钨、第一衬垫层和第二衬垫层全部去除。本发明方法能实现穿透硅的通孔和接触孔的一并填充，不需要为常规的接触孔多进行一次钨的填充，从而能使工艺简化并降低工艺成本。

Description

穿透硅的通孔填充钨塞的工艺方法
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路制造工艺方法，特别是涉及一种穿透硅的通孔填充钨塞的工艺方法。
背景技术
在一些半导体器件工艺中会需要使用到穿透硅的通孔(ThroughSiliconVias，TSV)的工艺。常规的TSV做法为：首先把TSV图形刻蚀到所需要的深度，通常在100微米以上。由于所需要刻蚀的深度很大，因此TSV通孔的尺寸都比较大，通常是微米量级的，比如说在2微米左右。但是由于TSV的深宽比还是很高，因此TSV的填充还是需要采用金属钨化学气相沉积的方式来进行。但是，TSV与常规半导体器件设计的接触孔尺寸相差很大，现有接触孔可能是深亚微米的尺寸，比如0.2微米～0.3微米，这么小的接触孔是无法和TSV一起进行填充的。
现有工艺中集成TSV和接触孔的做法是，首先把TSV刻蚀出来，然后进行TSV的钨填充。TSV的钨填充采用回刻的办法。由于每次钨填充厚度有限，通常厚度小于1微米，防止钨的应力对硅片造成损伤。因此对于大尺寸的TSV来说，需要多次填充，每次钨填充后做一次钨的回刻，停留在钨的衬垫层氮化钛上。等最后TSV中填满钨以后，通过钨的化学机械研磨把表面残余的钨和衬垫层去除。然后对接触孔进行光刻和刻蚀形成图形，并淀积钨的衬垫层和钨，然后进行钨的化学机械研磨把硅片表面多余的钨都去除。如图1至图8所示，为现有穿透硅的通孔填充钨塞的工艺方法的各步骤中的示意图，现有工艺方法包括如下步骤：
如图1所示，首先，提供一表面形成有绝缘层2的硅衬底1，采用光刻刻蚀工艺对所述绝缘层2和所述硅衬底1进行刻蚀形成穿透硅的通孔3，所述穿透硅的通孔3穿透所述绝缘层2并进入到所述硅衬底1中。
如图2所示，淀积钨的衬垫层4，该衬垫层4一般为氮化钛。
如图3所示，在所述衬垫层4上淀积钨层5。该钨层5的厚度通常小于1微米，防止钨的应力对硅衬底1造成损伤。
如图4所示，对所述钨层5进行回刻并停留在所述衬垫层4上。
如图5所示，重复进行钨淀积使形成的所述钨层5将所述穿透硅的通孔3填满。
如图6所示，采用化学机械研磨工艺将所述绝缘层表面的钨和所述衬垫层4全部去除。最后，填充于所述穿透硅的通孔3的钨的表面与所述绝缘层表面相平。
如图7所示，采用光刻刻蚀工艺对所述绝缘层2刻蚀形成接触孔6，所述接触孔6位于所述绝缘层2中并和所述硅衬底1表面接触。
如图8所示，并淀积钨的衬垫层和钨对所述接触孔6进行填充，采用化学机械研磨工艺将所述绝缘层表面的多余的钨和钨的衬垫层去除。
由于现有工艺中接触孔和TSV需要分别进行填充，导致工艺复杂度增加，成本也高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种穿透硅的通孔填充钨塞的工艺方法，能实现穿透硅的通孔和接触孔的一并填充，从而能使工艺简化并降低工艺成本。
为解决上述技术问题，本发明提供的穿透硅的通孔填充钨塞的工艺方法包括如下步骤：
步骤一、提供一表面形成有绝缘层的硅衬底，采用光刻刻蚀工艺对所述绝缘层刻蚀形成接触孔，所述接触孔位于所述绝缘层中并和所述硅衬底表面接触；然后，采用光刻刻蚀工艺对所述绝缘层和所述硅衬底进行刻蚀形成穿透硅的通孔，所述穿透硅的通孔穿透所述绝缘层并进入到所述硅衬底中。
步骤二、淀积第一衬垫层，所述第一衬垫层位于所述接触孔和所述穿透硅的通孔的侧壁和底部表面、以及其它区域的绝缘层表面。
步骤三、在所述第一衬垫层上淀积第一层钨，所述第一层钨将所述接触孔完全填充。
步骤四、对所述第一层钨进行第一次回刻，所述第一次回刻停留在所述第一衬垫层上。
步骤五、在所述第一次回刻后形成的表面上淀积第二衬垫层。
步骤六、在所述第二衬垫层上淀积第二层钨；对所述第二层钨进行第二次回刻，所述第二次回刻停留在所述第二衬垫层上。
步骤七、重复步骤六直至所述穿透硅的通孔被钨完全填满。
步骤八、采用化学机械研磨工艺将所述硅衬底上的所述绝缘层表面的钨、所述第一衬垫层和所述第二衬垫层全部去除。
进一步的改进是，步骤二中淀积的所述第一衬垫层由依次淀积的钛和氮化钛组成，所述第一衬垫层的钛的厚度为所述第一衬垫层的氮化钛的厚度为
Figure BDA0000099734190000042
进一步的改进是，步骤三中所述第一层钨的厚度为
Figure BDA0000099734190000043
进一步的改进是，步骤五中所述第二衬垫层为氮化钛，所述第二衬垫层的厚度为
Figure BDA0000099734190000044
进一步的改进是，步骤六中所述第二层钨的厚度为
Figure BDA0000099734190000045
本发明方法能实现穿透硅的通孔和接触孔的一并填充，不需要为常规的接触孔多进行一次钨的填充，从而能使工艺简化并降低工艺成本。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1至图8是现有穿透硅的通孔填充钨塞的工艺方法的各步骤中的示意图；
图9是本发明实施例方法流程图；
图10-图17是本发明实施例方法的各步骤中的示意图。
具体实施方式
如图9所示，是本发明实施例方法流程图；如图10至图17所示，是本发明实施例方法的各步骤中的示意图。
本发明实施例穿透硅的通孔104填充钨塞的工艺方法包括如下步骤：
步骤一、如图10所示，提供一表面形成有绝缘层102的硅衬底101，采用光刻刻蚀工艺对所述绝缘层102刻蚀形成接触孔103，所述接触孔103位于所述绝缘层102中并和所述硅衬底101表面接触；然后，采用光刻刻蚀工艺对所述绝缘层102和所述硅衬底101进行刻蚀形成穿透硅的通孔104，所述穿透硅的通孔104穿透所述绝缘层102并进入到所述硅衬底101中。
步骤二、淀积第一衬垫层105，所述第一衬垫层105位于所述接触孔103和所述穿透硅的通孔104的侧壁和底部表面、以及其它区域的绝缘层102表面。所述第一衬垫层105由依次淀积的钛和氮化钛组成，所述第一衬垫层105的钛的厚度为所述第一衬垫层105的氮化钛的厚度为
Figure BDA0000099734190000052
步骤三、在所述第一衬垫层105上淀积第一层钨106，所述第一层钨106将所述接触孔103完全填充。所述第一层钨106的厚度为
Figure BDA0000099734190000053
Figure BDA0000099734190000054
步骤四、对所述第一层钨106进行第一次回刻，所述第一次回刻停留在所述第一衬垫层105上。
步骤五、在所述第一次回刻后形成的表面上淀积第二衬垫层107。所述第二衬垫层107为氮化钛，所述第二衬垫层107的厚度为
Figure BDA0000099734190000055
步骤六、在所述第二衬垫层107上淀积第二层钨108；对所述第二层钨108进行第二次回刻，所述第二次回刻停留在所述第二衬垫层107上。所述第二层钨108的厚度为
Figure BDA0000099734190000056
步骤七、重复步骤六直至所述穿透硅的通孔104被钨完全填满。所述钨即为所述第一层钨106和多次淀积的所述第二层钨108。
步骤八、采用化学机械研磨工艺将所述硅衬底101上的所述绝缘层102表面的钨、所述第一衬垫层105和所述第二衬垫层107全部去除。化学机械研磨后，填充于所述接触孔103和所述穿透硅的通孔104的钨的表面和所述绝缘层102表面相平。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种穿透硅的通孔填充钨塞的工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、提供一表面形成有绝缘层的硅衬底，采用光刻刻蚀工艺对所述绝缘层刻蚀形成接触孔，所述接触孔位于所述绝缘层中并和所述硅衬底表面接触；然后，采用光刻刻蚀工艺对所述绝缘层和所述硅衬底进行刻蚀形成穿透硅的通孔，所述穿透硅的通孔穿透所述绝缘层并进入到所述硅衬底中；
步骤二、淀积第一衬垫层，所述第一衬垫层位于所述接触孔和所述穿透硅的通孔的侧壁和底部表面、以及其它区域的绝缘层表面；
步骤三、在所述第一衬垫层上淀积第一层钨，所述第一层钨将所述接触孔完全填充；
步骤四、对所述第一层钨进行第一次回刻，所述第一次回刻停留在所述第一衬垫层上；
步骤五、在所述第一次回刻后形成的表面上淀积第二衬垫层；
步骤六、在所述第二衬垫层上淀积第二层钨；对所述第二层钨进行第二次回刻，所述第二次回刻停留在所述第二衬垫层上；
步骤七、重复步骤六直至所述穿透硅的通孔被钨完全填满；
步骤八、采用化学机械研磨工艺将所述硅衬底上的所述绝缘层表面的钨、所述第一衬垫层和所述第二衬垫层全部去除。
2.如权利要求1所述穿透硅的通孔填充钨塞的工艺方法，其特征在于：步骤二中淀积的所述第一衬垫层由依次淀积的钛和氮化钛组成，所述第一衬垫层的钛的厚度为
Figure FDA0000099734180000021
所述第一衬垫层的氮化钛的厚度为
3.如权利要求1所述穿透硅的通孔填充钨塞的工艺方法，其特征在于：步骤三中所述第一层钨的厚度为
Figure FDA0000099734180000023
4.如权利要求1所述穿透硅的通孔填充钨塞的工艺方法，其特征在于：步骤五中所述第二衬垫层为氮化钛，所述第二衬垫层的厚度为
Figure FDA0000099734180000024
Figure FDA0000099734180000025
5.如权利要求1所述穿透硅的通孔填充钨塞的工艺方法，其特征在于：步骤六中所述第二层钨的厚度为
Figure FDA0000099734180000026
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