本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种在沟槽内填充金属的方法和一种沟槽结构。
背景技术：
随着半导体元器件尺寸不断缩小到次微米级，在高效率、高密度集成电路中的晶体管数量上升到几千万个。这些数量庞大的有源元件的信号集成需要多层高密度金属连线，然而这些金属连线带来的电阻和寄生电容已经成为限制这种高效集成电路速度的主要因素。基于这个因素的推动，半导体工业从原来的金属铝连线工艺发展成金属铜连线。金属铜减少了金属连线层间的电阻，同时增强了电路稳定性。随着微电子技术的不断发展及特征尺寸不断缩小，在线宽14nm以上的连线制备工艺中，随着金属线宽变窄，使得填充无法继续进行沟槽金属填充变得更加困难，金属连线中空缺陷加剧。
技术实现要素：
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在沟槽内填充金属的方法和一种沟槽结构，用于解决半导体领域金属连线填充时容易造成中空缺陷的问题。
为实现上述目的及其它相关目的，本发明的第一个方面是提供一种在沟槽内填充金属的方法，所述方法包括以下步骤：
在待填充沟槽内表面淀积籽晶层，形成一籽晶层沟槽；
去除所述籽晶层沟槽豁口处的籽晶层悬垂凸起结构；
在所述籽晶层表面淀积金属，以填充所述籽晶层沟槽。
作为本发明的一个可选方案，所述待填充沟槽的表面覆盖有阻挡层。
作为本发明的一个可选方案，所述阻挡层为ta或tan。
作为本发明的一个可选方案，所述阻挡层采用化学气相淀积工艺淀积而成。
作为本发明的一个可选方案，所述方法还包括去除所述沟槽豁口处阻挡层悬垂凸起结构的过程。
作为本发明的一个可选方案，所述悬垂凸起结构通过刻蚀工艺去除。
作为本发明的一个可选方案，所述刻蚀工艺在250～350v的负偏压下进行。
作为本发明的一个可选方案，所述刻蚀工艺采用ar 离子或he 进行刻蚀。
作为本发明的一个可选方案，淀积所述金属之前还设置有对所述阻挡层和所述籽晶层刻蚀损伤的修复过程。
作为本发明的一个可选方案，所述修复过程包括采用200～250w的射频功率淀积籽晶层。
作为本发明的一个可选方案，在所述阻挡层淀积之前还设置有预清洗的过程。
作为本发明的一个可选方案，在所述预清洗的过程之前还设置有除气的过程。
作为本发明的一个可选方案，所述金属为铜。
作为本发明的一个可选方案，所述铜采用电化学镀膜的工艺淀积填充在所述籽晶层沟槽内。
作为本发明的一个可选方案，采用650～750w的射频功率淀积所述籽晶层。
作为本发明的第二个方面是提供一种沟槽结构，所述沟槽内填充金属，所述金属采用上述任一项所述的方法填充而成。
如上所述，本发明提供了一种在沟槽内填充金属的方法和一种沟槽结构，通过去除沟槽豁口处的悬垂凸起结构使后续淀积金属的过程能够顺利进行，增大沟槽内的金属填充率，减少了连线内空心缺陷的发生。
附图说明
图1显示为本发明方法实施例一中衬底及待填充沟槽的结构示意图；
图2显示为本发明方法实施例一中在待填充沟槽内淀积籽晶层后的结构示意图；
图3显示为本发明方法实施例一中采用ar 离子刻蚀沟槽豁口处以去除籽晶层悬垂凸起结构的示意图；
图4显示为本发明方法实施例一中去除籽晶层悬垂凸起结构后的结构示意图；
图5显示为本发明方法实施例一中在籽晶层沟槽内填充金属后的结构示意图；
图6显示为本发明方法实施例一中待填充沟槽未形成阻挡层之前的结构示意图；
图7显示为本发明方法实施例一中在待填充沟槽内淀积阻挡层后的结构示意图；
图8显示为本发明方法实施例一中采用ar 离子刻蚀沟槽豁口处以去除阻挡层悬垂凸起结构的示意图；
图9显示为本发明方法实施例一的流程示意图；
图10显示为本发明方法实施例二中衬底及待填充沟槽的结构示意图；
图11显示为本发明方法实施例二中在待填充沟槽内淀积籽晶层后的结构示意图；
图12显示为本发明方法实施例二中采用ar 离子刻蚀籽晶层沟槽豁口处以去除籽晶层悬垂凸起结构的示意图；
图13显示为本发明方法实施例二中去除籽晶层悬垂凸起结构后的结构示意图；
图14显示为本发明方法实施例二中在籽晶层沟槽内填充金属后的结构示意图；
图15显示为本发明方法实施例二的流程图。
元件标号说明
10衬底
101待填充沟槽
102豁口
20阻挡层
201阻挡层悬垂凸起结构
30籽晶层
301籽晶层悬垂凸起结构
302籽晶层沟槽豁口
303a/303b籽晶层沟槽
40金属
具体实施方式
请参阅图1至图15，以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
实施例一
请参阅图1至图9，本发明提供一种在沟槽内填充金属的方法，如图1所示，待填充沟槽101设置在衬底10上，且表面覆盖有阻挡层20，待填充沟槽101上部设置有豁口102，所述方法包括以下过程：
在图1所示待填充沟槽101的阻挡层20表面淀积籽晶层30，形成一如图2所示的籽晶层沟槽303a；
如图3所示，去除所述籽晶层沟槽豁口302处的籽晶层悬垂凸起结构301，形成如图4所示的籽晶层沟槽303b；
参考图5，在所述籽晶层30表面淀积金属40，以填充所述籽晶层沟槽303b。
本发明方法通过去除籽晶层沟槽豁口302处的籽晶层悬垂凸起结构301使后续淀积金属的过程能够顺利进行，增大了沟槽101内的金属填充率，降低了连线内空心缺陷的发生。
本发明中阻挡层20可以为tin、ta或tan等行业内常用阻挡层材质，作为本发明一实施方案，本实施例中所述阻挡层20为tan。阻挡层20的制作过程原则上不受限定，其可以采用淀积、涂覆等现有阻挡层制作工艺，作为本发明一示例，如图6至图7所示，本实施例中所述阻挡层20通过淀积工艺淀积在待填充沟槽101的表面。
考虑到在阻挡层20淀积的过程中在豁口102处形成有如图7所示的阻挡层悬垂凸起结构201，为了提供更好的填充性能，较佳地，本实施例所述方法中还包括如图8所示的去除豁口101处阻挡层悬垂凸起结构201的过程，去除阻挡层悬垂凸起结构201后，形成如图1所示的沟槽结构。
本发明中沟槽豁口处籽晶层悬垂凸起结构301和阻挡层悬垂凸起结构201的去除过程可以不受限定，作为本发明一示例，本实施例中均通过刻蚀工艺去除。
所述籽晶层悬垂凸起结构301和所述阻挡层悬垂凸起结构201的去除工艺可以为现有常规刻蚀工艺，较佳地，本实施例中在250～350v的负偏压下采用ar 离子刻蚀沟槽豁口102处，以去除所述阻挡层悬垂凸起结构201形成如图1所示的待填充沟槽101。在本发明的另外一些实施例中也可在250～350v的负偏压下采用he 离子刻蚀沟槽豁口102处，以去除所述阻挡层悬垂凸起结构201。
本实施例中籽晶层30的形成过程在阻挡层悬垂凸起结构201去除之后进行，如图1至图2所示，在去除阻挡层悬垂凸起结构201后的待填充沟槽101中淀积籽晶层30，形成籽晶层沟槽303a，如图3所示，再在250～350v的负偏压下采用ar 离子刻蚀籽晶层沟槽豁口302处，以消除籽晶层沟槽豁口302处的籽晶层悬垂凸起结构301，形成如图4所示的籽晶层沟槽303b。
为了修复刻蚀过程中对阻挡层20和籽晶层30的损伤，作为本发明一实施方案，本实施例中在在籽晶层沟槽303b内淀积金属之前，还设置有对阻挡层20和籽晶层30的修复过程。所述修复过程包括采用200～250w的射频功率继续淀积籽晶层30以对刻蚀过程所造成的籽晶层30和阻挡层20损伤进行修复。
为了增加阻挡层20的阻挡效果，防止污染物引起的阻挡层20失效，本实施例中在所述阻挡层20淀积之前还设置有预清洗的过程，预清洗可以有效去除污染物。
为了增加金属层的可靠性，较佳地，本实施例中在所述预清洗的过程之前还设置有除气的过程，除气过程为现有常用工艺，其可以去除前道工艺及大气传输过程中残留的可挥发性气体杂质，以保证金属层的电学性能。需要说明的是预清洗和除气过程可以为现有淀积工艺中阻挡层淀积前的工艺准备过程，具体过程不再详述。
本发明方法中的金属可以为作为连线连接常用的金属材质，如铝或铜等，作为本发明一实施方案本实施例中所述金属为铜。
铜的籽晶层30可以采用现有籽晶层常用的淀积工艺来淀积，较佳地，作为本发明一实施方案，本实施例中采用650～750w的射频功率淀积所述铜的籽晶层30，这样金属离子的运动速率较高有利于修饰籽晶层30表面。
本发明中铜在籽晶层沟槽303b内的淀积，可以通过多种淀积工艺来实现，如溅射、化学气相淀积(cvd)等。较佳地，本实施例中所述铜在所述籽晶层沟槽303b内的淀积采用电化学镀膜(ecp)工艺完成。
为了增加铜的填充能力，较佳地，本实施例中所述沟槽203和所述籽晶层沟槽303的豁口宽度均大于槽低宽度。
实施例二
如图10至图15所示，本实施例提供一种在沟槽内填充金属的方法，其与实施例一的不同之处在于，本实施例中的衬底10为绝缘衬底，衬底10上的待填充沟槽101表面未覆盖阻挡层，所述方法包括以下过程：
在图10所示待填充沟槽101表面淀积籽晶层30，形成一如图11所示的籽晶层沟槽303a；
如图12所示，去除所述籽晶层沟槽豁口302处的籽晶层悬垂凸起结构301，形成如图13所示的籽晶层沟槽303b；
参考图14，在所述籽晶层30表面淀积金属40，以填充所述籽晶层沟槽303b。
本实施例中籽晶层的形成过程、籽晶层悬垂凸起结构的去除过程及其它未描述细节均与实施例一相同。
实施例三
如图5所示，本实施例提供一种沟槽结构，包括衬底10上的沟槽、覆盖在所述沟槽表面的阻挡层20、覆盖在所述阻挡层20表面的籽晶层30、以及填充在籽晶层沟槽内的金属40，所述沟槽结构采用实施例一中的方法制成。
实施例四
如图14所示，本实施例提供一种沟槽结构，包括设置在衬底10上的沟槽和覆盖在所述沟槽表面的籽晶层30，以及填充在籽晶层沟槽内的金属40，所述沟槽结构采用实施例二中的方法制成。
综上所述，本发明一种在沟槽内填充金属的方法和沟槽结构其用650～750w的射频功率淀积铜的籽晶层，并形成籽晶层沟槽，形成籽晶层沟槽后采用ar 或he 离子刻蚀籽晶层沟槽豁口消除籽晶层悬垂凸起结构，接着采用200～250w的射频功率继续淀积籽晶层以修复刻蚀过程对所述籽晶层和所述阻挡层所造成损伤，最后采用电化学镀膜的工艺在籽晶层沟槽内淀积金属，以此方法制作出的金属连线电通性能良好，无中空缺陷。所以，本发明有效克服了现有技术中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
1.一种在沟槽内填充金属的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
在待填充沟槽内表面淀积籽晶层，形成一籽晶层沟槽；
去除所述籽晶层沟槽豁口处的籽晶层悬垂凸起结构；
在所述籽晶层表面淀积金属，以填充所述籽晶层沟槽。
2.根据权利要求1所述的在沟槽内填充金属的方法，其特征在于：所述待填充沟槽的表面覆盖有阻挡层。
3.根据权利要求2所述的在沟槽内填充金属的方法，其特征在于：所述阻挡层为ta或tan。
4.根据权利要求2所述的在沟槽内填充金属的方法，其特征在于：所述阻挡层采用化学气相淀积工艺淀积而成。
5.根据权利要求4所述的在沟槽内填充金属的方法，其特征在于：所述方法还包括去除所述待填充沟槽豁口处阻挡层悬垂凸起结构的过程。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的在沟槽内填充金属的方法，其特征在于：所述悬垂凸起结构通过刻蚀工艺去除。
7.根据权利要求6所述的在沟槽内填充金属的方法，其特征在于：所述刻蚀工艺在250～350v的负偏压下进行。
8.根据权利要求6所述的在沟槽内填充金属的方法，其特征在于：所述刻蚀工艺采用ar 或he 离子进行刻蚀。
9.根据权利要求6所述的在沟槽内填充金属的方法，其特征在于：淀积所述金属之前还设置有对所述阻挡层和所述籽晶层刻蚀损伤的修复过程。
10.根据权利要求9所述的在沟槽内填充金属的方法，其特征在于：所述修复过程包括采用200～250w的射频功率淀积籽晶层。
11.根据权利要求4所述的在沟槽内填充金属的方法，其特征在于：在所述阻挡层淀积之前还设置有预清洗的过程。
12.根据权利要求11所述的在沟槽内填充金属的方法，其特征在于：在所述预清洗的过程之前还设置有除气的过程。
13.根据权利要求1所述的在沟槽内填充金属的方法，其特征在于：所述金属为铜。
14.根据权利要求13所述的在沟槽内填充金属的方法，其特征在于：所述铜采用电化学镀膜的工艺淀积填充在所述籽晶层沟槽内。
15.根据权利要求1所述的在沟槽内填充金属的方法，其特征在于：采用650～750w的射频功率淀积所述籽晶层。
16.一种沟槽结构，所述沟槽内填充有金属，其特征在于，所述金属采用权利要求1至15中任一项所述的方法填充。
技术总结