Mos電容及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種MOS電容及其制作方法,涉及金屬-絕緣體-半導(dǎo)體的電子器件【技術(shù)領(lǐng)域】。所述MOS電容包括硅襯底,還包括位于硅襯底上表面的金屬與硅的合金層,所述金屬與硅的合金層的上表面設(shè)有面積小于合金層的絕緣介質(zhì)層,在絕緣介質(zhì)層和絕緣介質(zhì)層以外的部分合金層的上表面設(shè)有多層金屬化種子層,絕緣介質(zhì)層上表面的多層金屬化種子層的上表面設(shè)有上金屬電極,絕緣介質(zhì)層以外的多層金屬化種子層的上表面設(shè)有下電極金屬引出電極。所述MOS電容提高了MOS電容電極的導(dǎo)電能力,降低了MOS電容的損耗,進一步擴大了MOS電容的應(yīng)用范圍。
【專利說明】MOS電容及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬-絕緣體-半導(dǎo)體的電子器件【技術(shù)領(lǐng)域】,尤其涉及一種MOS電容及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微波大功率晶體管由于工作頻率高,管芯面積大,管芯的輸入、輸出阻抗比較低,寄生參量對晶體管的性能影響嚴重,若直接應(yīng)用于特性阻抗為50歐姆的微波系統(tǒng)連接,由于阻抗嚴重不匹配,會導(dǎo)致晶體管無法實現(xiàn)大功率輸出,使得晶體管的性能無法充分發(fā)揮。為此,采用內(nèi)匹配網(wǎng)絡(luò)來對管芯的輸入、輸出阻抗進行提升(變換)并減少寄生參量的影響,是實現(xiàn)微波功率晶體管大功率、高增益輸出的一種有效途徑。而常用的內(nèi)匹配網(wǎng)絡(luò)是由電感-電容(LC)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成,電感可通過內(nèi)部鍵合引線獲得,電容則要通過單獨制作電容來實現(xiàn),常用的內(nèi)匹配電容有MOM (金屬-氧化層-金屬)電容和MOS (金屬-氧化層-半導(dǎo)體)電容。
[0003]為避免加入內(nèi)匹配網(wǎng)絡(luò)后引起較大的微波損耗,對要求頻率性能較高的內(nèi)匹配晶體管常采用MOM電容,但MOM電容用純金量大、成本高,而且工藝上對氧化和硅片的腐蝕要求也比較嚴格,否則會影響MOM電容的成品率。隨著半導(dǎo)體工藝的不斷進步,有一部份內(nèi)匹配電容采用了 MOS結(jié)構(gòu),MOS電容的絕緣層一般采用對半導(dǎo)體硅氧化形成的二氧化硅或通過淀積二氧化硅或氮化硅或氮氧化硅等介質(zhì)形成,由于電容的上下電極分別由金屬和半導(dǎo)體材料來承擔,半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能明顯不如金屬的導(dǎo)電能力強,故其損耗要比MOM大,從而限制了 MOS電容的應(yīng)用范圍。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種MOS電容及其制造方法,通過所述方法制造的MOS電容提高了 MOS電容電極的導(dǎo)電能力,降低了 MOS電容的損耗,進一步擴大了 MOS電容的應(yīng)用范圍。
[0005]為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種MOS電容,包括硅襯底,其特征在于:還包括位于硅襯底上表面的金屬與硅的合金層,所述金屬與硅的合金層的上表面設(shè)有面積小于合金層的絕緣介質(zhì)層,在絕緣介質(zhì)層和絕緣介質(zhì)層以外的部分合金層的上表面設(shè)有多層金屬化種子層,絕緣介質(zhì)層上表面的多層金屬化種子層的上表面設(shè)有上金屬電極,絕緣介質(zhì)層以外的多層金屬化種子層的上表面設(shè)有下電極金屬引出電極。
[0006]一種MOS電容的制作方法,其特征在于包括以下步驟:
1)在娃襯底的上表面形成一層金屬;
2)使硅襯底上表面的金屬與其合金形成金屬與硅的合金并除去合金層表面剩余的金
屬;
3)在金屬與娃的合金層的上表面形成一層絕緣介質(zhì)層;
4)腐蝕掉金屬上電極以外的絕緣介質(zhì)層; 5)在經(jīng)過上述處理后器件的上表面形成多層金屬化種子層;
6)在多層金屬化種子層的上表面形成上金屬電極和下電極的金屬引出電極圖形;
7)腐蝕掉上金屬電極和下電極的金屬引出電極以外的多層金屬化種子層,形成若干個MOS電容。
[0007]優(yōu)選的,在進行步驟I)之前首先需要對硅襯底進行清洗。
[0008]優(yōu)選的,在步驟I)中采用金屬濺射或蒸發(fā)的形式形成一層金屬,金屬的厚度控制
在iooA-5ooA,金屬為鉬、鈦、鈷或鎳。
[0009]優(yōu)選的,步驟2)在合金爐中氮氣保護或真空條件下進行,合金溫度控制在5400C _600°C或700°C _900°C,合金時間控制在5分鐘-15分鐘;然后將合金后的晶圓片在王水中煮10分鐘-20分鐘,去除合金表面多余的金屬。
[0010]優(yōu)選的,在步驟3)中采用PECVD或HDPCVD方法淀積絕緣介質(zhì)層,所述絕緣介質(zhì)層為二氧化硅、氮氧化硅和/或氮化硅,絕緣介質(zhì)層的厚度在2000A-L2 μ m之間,形成溫度為 350 0C -530 0C O
[0011]優(yōu)選的,在步驟4)中采用光刻膠作為腐蝕掩膜,腐蝕掉上金屬電極以外的絕緣介質(zhì)層,然后去除光刻膠,并將上述晶圓片表面處理干凈。
[0012]優(yōu)選的,在步驟5)中通過金屬濺射的方法,在晶圓片的上表面形成多層金屬化種子層,多層金屬化種子層為T1-Pt-Au或T1-W-Pt-Au或TiW-Pt-Au或Cr-W-Pt-Au。
[0013]優(yōu)選的,在步驟6)中通過光刻的方法,在器件的表面形成MOS電容的上金屬電極和下電極的金屬引出電極,上述電極的厚度控制在I μ m-6 μ m之間。
[0014]優(yōu)選的,在步驟7)中,以上金屬電極和下電極的金屬引出電極為掩蔽層,腐蝕掉電極以外的種子層,形成MOS電容的金屬上電極和下電極的金屬引出電極。
[0015]優(yōu)選的,所述方法還包括步驟8)將連接在一個晶圓片上的MOS電容分割成一個個分立的MOS電容,備后續(xù)的微波內(nèi)匹配功率晶體管裝配使用。
[0016]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:本發(fā)明提出了一種新的MOS電容制造方法,在原MOS電容結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,將MOS下電極的半導(dǎo)體材料娃,變?yōu)榻饘倥c娃的合金層作為金屬MOS電容的下電極,提高了 MOS電容下電極的導(dǎo)電能力,而此時的半導(dǎo)體材料實際只是充當了 MOS電容的襯底托,此時的MOS電容嚴格意義上講并不再是MOS結(jié)構(gòu),而是MOAS(金屬-氧化層-合金層-半導(dǎo)體)結(jié)構(gòu),由于金屬與硅的合金層的導(dǎo)電能力要優(yōu)于一般的半導(dǎo)體材料,故提高了傳統(tǒng)MOS電容的下電極的導(dǎo)電能力,降低了傳統(tǒng)MOS電容的損耗,擴大了 MOS電容的應(yīng)用范圍,可在一定程度上替代MOM電容,降低了內(nèi)匹配電容的制造成本。
[0017]由于采用了金屬與硅的合金,則MOS電容絕緣介質(zhì)層需采用PECVD(等離子增強化學(xué)汽相淀積)或HDPCVD (高密度等離子化學(xué)汽相淀積)等工藝淀積二氧化硅、氮氧化硅和/或氮化硅來實現(xiàn),在一定程度上回避了高溫氧化工藝,減小了 MOS電容制造的熱預(yù)算,降低了 MOS電容的制造成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0019]圖1是本發(fā)明的工藝流程圖; 圖2是晶圓片經(jīng)過步驟I)處理后的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3是步驟I)中的晶圓片經(jīng)過步驟2)處理后的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖4是步驟2)中的晶圓片經(jīng)過步驟3)處理后的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖5是步驟3)中的晶圓片經(jīng)過步驟4)處理后的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖6是步驟4)中的晶圓片經(jīng)過步驟5)處理后的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖7是步驟5)中的晶圓片經(jīng)過步驟6)處理后的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖8是步驟6)中的晶圓片經(jīng)過步驟7)處理后的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖9是現(xiàn)有技術(shù)MOS電容的結(jié)構(gòu)示意圖;
其中:1、硅襯底2、金屬3、金屬與硅的合金層4、絕緣介質(zhì)層5、絕緣介質(zhì)光刻時的表面光刻膠6、多層金屬化種子層7、光刻膠掩蔽層8、上金屬電極9、下電極金屬引出電極。
【具體實施方式】
[0020]基于【背景技術(shù)】所述,下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖,對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例,而不是全部的實施例?;诒景l(fā)明中的實施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0021]在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明,但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣,因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。
[0022]下面通過具體實施例進行說明。
[0023]實施例一
一種MOS電容,包括硅襯底1,當然襯底還可以根據(jù)目標器件的不同使用其他材料的襯底。所述MOS電容還包括位于娃襯底I上表面的金屬與娃的合金層3,所述金屬與娃的合金層中的金屬優(yōu)選使用鉬、鈦、鈷或鎳,更優(yōu)選的使用鉬。所述金屬與硅的合金層3的上表面設(shè)有面積小于合金層的絕緣介質(zhì)層4,所述絕緣介質(zhì)層主要為二氧化硅、氮氧化硅和/或氮化硅。在絕緣介質(zhì)層4和絕緣介質(zhì)層4以外的部分合金層3的上表面設(shè)有多層金屬化種子層6,絕緣介質(zhì)層4上表面的多層金屬化種子層6的上表面設(shè)有上金屬電極8,絕緣介質(zhì)層4以外的多層金屬化種子層6的上表面設(shè)有下電極金屬引出電極9,多層金屬化種子層6可選用 T1-Pt-Au、T1-W-Pt-Au, Tiff-Pt-Au 和 / 或 Cr_W-Pt_Au。
[0024]本發(fā)明的MOS電容,在原MOS電容結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,將MOS下電極的半導(dǎo)體材料硅,變?yōu)榻饘倥c娃的合金層作為金屬MOS電容的下電極,提高了 MOS電容下電極的導(dǎo)電能力,而此時的半導(dǎo)體材料實際只是充當了 MOS電容的襯底托,此時的MOS電容嚴格意義上講并不再是MOS結(jié)構(gòu),而是MOAS (金屬-氧化層-合金層-半導(dǎo)體)結(jié)構(gòu),由于金屬與硅的合金層的導(dǎo)電能力要優(yōu)于一般的半導(dǎo)體材料,故提高了傳統(tǒng)MOS電容的下電極的導(dǎo)電能力,降低了傳統(tǒng)MOS電容的損耗,擴大了 MOS電容的應(yīng)用范圍,可在一定程度上替代MOM電容,降低了內(nèi)匹配電容的制造成本。
[0025]實施例二
一種MOS電容的制作方法,如圖1所示,包括以下步驟:
I)對硅晶圓片進行清洗:首先要將本發(fā)明所采用襯底材料硅晶圓片清洗干凈,目的是保證隨后的金屬與襯底材料保持良好的粘附。
[0026]2)金屬鉬的濺射或蒸發(fā):將干凈的硅晶圓片表面通過濺射或蒸發(fā)形成一層金屬
鉬,厚度控制在100Α-500Α (如圖2所示),目的是要保證鉬與硅合金時能提供充足的鉬與
硅進行表面合金,此厚度也不能太厚,否則會導(dǎo)致鉬與半導(dǎo)體襯底材料硅表面在未合金時出現(xiàn)分離,無法實現(xiàn)良好的鉬與硅的合金層;也不能太薄,否則鉬與硅合金時若鉬的含量不夠,會導(dǎo)致本發(fā)明的MOS電容的鉬與硅的合金下電極的電阻偏高,達不到降低損耗的目的。
[0027]3)進行鉬與硅的合金:將表面附有金屬鉬的晶圓片在合金爐中氮氣保護或真空條件下進行合金,合金溫度控制在540°C -600°C,合金時間控制在5分鐘-15分鐘,然后將合金后的晶圓片在王水中煮10分鐘-20分鐘,去除多余的鉬(如圖3所示),避免隨后的介質(zhì)層與合金層表面粘附不好。
[0028]4)采用PECVD或HDPCVD等方法淀積電容所需要的絕緣介質(zhì)層:在經(jīng)過上述處理的晶圓片表面淀積一層二氧化硅、氮氧化硅和/或氮化硅合(如圖4所示),介質(zhì)層的厚度根
據(jù)電容值和電容的面積來計算得到,但不宜低于200d\ ,否則可能會導(dǎo)致電容出現(xiàn)穿通或
電容的耐壓過低,也不宜過厚,否則容易導(dǎo)致介質(zhì)與襯底上面的鉬硅合金層粘附不牢,影響電容的成品率和可靠性。為保證MOS電容的成品率和可靠性,介質(zhì)層的厚度一般最好控制
在2000..VL2 P m之間,由于已經(jīng)形成了鉬硅合金層,故淀積介質(zhì)層的溫度一般不要超過530。。。
[0029]5)刻蝕掉上金屬電極以外的絕緣介質(zhì)層:通過光刻的方法,采用光刻膠作為腐蝕掩膜,腐蝕掉MOS電容上金屬電極以外的介質(zhì)層(如圖5所示),目的是保護MOS電容所需要的介質(zhì)不被腐蝕,而腐蝕掉不需要的介質(zhì)層,然后去除光刻膠,將晶圓片表面處理干凈。
[0030]6)濺射多層金屬:通過金屬濺射的方法,在經(jīng)過上述步驟處理的晶圓片表面,形成多層金屬化種子層作為電鍍金屬電極的種子層(如圖6所示)。多層金屬化種子層可選用T1-Pt-Au>T1-ff-Pt-Au>TiW-Pt-Au和/或Cr-W-Pt-Au等,金屬鈦或鉻能保證與介質(zhì)層和鉬硅合金層有很好的粘附性,金屬鉬能保證其上的金與金屬鈦或鉻、鎢實現(xiàn)較好的應(yīng)力匹配,并能阻擋金與下層金屬或半導(dǎo)體反應(yīng)生成不穩(wěn)定的合金,影響電容的穩(wěn)定性和可靠性。此處采用金屬濺射而不是金屬蒸發(fā),主要是保證金屬種子層的完整性和粘附性,保證后續(xù)電鍍電極的質(zhì)量。
[0031]其目的是起電鍍加厚MOS電容的上金屬電極及下電極金屬引出電極的種子層作用,同時又避免金與硅反應(yīng)生成高阻的合金,對MOS電容的電性能和可靠性產(chǎn)生不利的影響。
[0032]7)光刻MOS電容的金屬電極:通過光刻的方法,在經(jīng)過上述工藝處理的晶圓片表面形成MOS電容的上金屬電極和下電極的金屬引出電極,即有金屬電極的地方?jīng)]有光刻膠掩蔽,暴露出濺射的種子層,而無電極的區(qū)域,采用光刻膠進行掩蔽,避免電鍍時鍍上金屬,如圖7所示,目的是避免金屬電極以外的圖形被電鍍上金屬。
[0033]8)金屬電極電鍍:采用帶膠鍍金的方法,在金屬電極的區(qū)域形成MOS電容的上金屬電極和下電極的金屬引出電極,電極厚度控制在1μπι-6μπι之間。
[0034]9)去除光刻膠:電鍍后,檢查金鍍層滿足要求后,去除光刻膠。[0035]10)腐蝕金屬電極以外的種子層:將去膠干凈的晶圓片以電鍍的電極為掩蔽層,腐蝕掉金屬電極以外的種子層,形成MOS電容的金屬上電極和下電極的金屬引出電極(如圖8所示),將來內(nèi)匹配器件的內(nèi)匹配引線可在此兩處金屬電極上根據(jù)設(shè)計需要進行金屬引線的鍵合。
[0036]11)劃片:將連接在一個晶圓片上的MOS電容分割成一個個分立的MOS電容,即從圖8的兩個電容的中間部分將兩個MOS電容分割開來,備后續(xù)的微波內(nèi)匹配功率晶體管裝配使用。
[0037]至此,本發(fā)明的MOS電容完成制作,為能更清楚的看出本發(fā)明的MOS電容與傳統(tǒng)的MOS電容的區(qū)別,圖9給出了傳統(tǒng)的MOS電容結(jié)構(gòu)的示意圖??梢钥闯?,本發(fā)明并未增加工藝,傳統(tǒng)的MOS電容若要避免劃片時介質(zhì)出現(xiàn)崩裂,還要再增加一步將劃片道處的介質(zhì)層刻蝕掉的工藝,而本發(fā)明卻無需此步工藝,這對提高MOS電容的成品率降低制造成本有推動作用。
[0038]本發(fā)明提出了一種新的MOS電容制造方法,在原MOS電容結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,將MOS下電極的半導(dǎo)體材料娃,變?yōu)榻饘倥c娃的合金層作為金屬MOS電容的下電極,提高了 MOS電容下電極的導(dǎo)電能力,而此時的半導(dǎo)體材料實際只是充當了 MOS電容的襯底托,此時的MOS電容嚴格意義上講并不再是MOS結(jié)構(gòu),而是MOAS (金屬-氧化層-合金層-半導(dǎo)體)結(jié)構(gòu),由于金屬與硅的合金層的導(dǎo)電能力要優(yōu)于一般的半導(dǎo)體材料,故提高了傳統(tǒng)MOS電容的下電極的導(dǎo)電能力,降低了傳統(tǒng)MOS電容的損耗,擴大了 MOS電容的應(yīng)用范圍,可在一定程度上替代MOM電容,降低了內(nèi)匹配電容的制造成本。
[0039]由于采用了金屬與硅的合金,則MOS電容絕緣介質(zhì)層需采用PECVD(等離子增強化學(xué)汽相淀積)或HDPCVD (高密度等離子化學(xué)汽相淀積)等工藝淀積二氧化硅、氮氧化硅和/或氮化硅來實現(xiàn),在一定程度上回避了高溫氧化工藝,減小了 MOS電容制造的熱預(yù)算,降低了 MOS電容的制造成本。
[0040]以上實施例的說明只是用來幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當指出,對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明原理的前提下還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾,這些改進和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種MOS電容,包括娃襯底(I),其特征在于:還包括位于娃襯底(I)上表面的金屬與硅的合金層(3),所述金屬與硅的合金層(3)的上表面設(shè)有面積小于合金層的絕緣介質(zhì)層(4),在絕緣介質(zhì)層(4)和絕緣介質(zhì)層(4)以外的部分合金層(3)的上表面設(shè)有多層金屬化種子層(6),絕緣介質(zhì)層(4)上表面的多層金屬化種子層(6)的上表面設(shè)有上金屬電極(8),絕緣介質(zhì)層(4)以外的多層金屬化種子層(6)的上表面設(shè)有下電極金屬引出電極(9)。
2.—種MOS電容的制作方法,其特征在于包括以下步驟: 1)在娃襯底(I)的上表面形成一層金屬(2); 2)使硅襯底上表面的金屬(2)與其合金形成金屬與硅的合金并除去合金層表面剩余的金屬(2); 3)在金屬與娃的合金層(3)的上表面形成一層絕緣介質(zhì)層(4); 4)腐蝕掉金屬上電極(8)以外的絕緣介質(zhì)層(4); 5)在經(jīng)過上述處理后器件的上表面形成多層金屬化種子層(6);6)在多層金屬化種子層(6)的上表面形成上金屬電極(8)和下電極的金屬引出電極(9); 7)腐蝕掉上金屬電極(8)和下電極的金屬引出電極(9)以外的多層金屬化種子層(6),形成若干個MOS電容 。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MOS電容的制作方法,其特征在于:在進行步驟I)之前首先需要對硅襯底(I)進行清洗。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MOS電容的制作方法,其特征在于:在步驟O中采用金屬濺射或蒸發(fā)的形式形成一層金屬(2),金屬(2)的厚度控制在I mk-5 ooA ,金屬為鉬、鈦、鈷或鎳。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MOS電容的制作方法,其特征在于:步驟2)在合金爐中氮氣保護或真空條件下進行,合金溫度控制在540°C _600°C或700°C _900°C,合金時間控制在5分鐘-15分鐘;然后將合金后的晶圓片在王水中煮10分鐘-20分鐘,去除合金表面多余的金屬(2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MOS電容的制作方法,其特征在于:在步驟3)中采用PECVD或HDPCVD方法淀積絕緣介質(zhì)層(4),所述絕緣介質(zhì)層(4)為二氧化硅、氮氧化硅和/或氮化硅,絕緣介質(zhì)層(4)的厚度在2000A-1.2 )i m之間,形成溫度為350°C -530°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MOS電容的制作方法,其特征在于:在步驟4)中采用光刻膠作為腐蝕掩膜,腐蝕掉上金屬電極(8)以外的絕緣介質(zhì)層(4),然后去除光刻膠,并將上述晶圓片表面處理干凈。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MOS電容的制作方法,其特征在于:在步驟5)中通過金屬濺射的方法,在晶圓片的上表面形成多層金屬化種子層(6),多層金屬化種子層(6)為T1-Pt-Au 或 T1-W-Pt-Au 或 TiW-Pt-Au 或 Cr-W-Pt-Au。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MOS電容的制作方法,其特征在于:在步驟6)中通過光刻的方法,在器件的表面形成MOS電容的上金屬電極(8)和下電極的金屬引出電極(9),上述電極的厚度控制在I μ m-6 μ m之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MOS電容的制作方法,其特征在于:在步驟7)中,以上金屬電極(8)和下電極的金屬引出電極(9)為掩蔽層,腐蝕掉電極以外的種子層,形成MOS電容的金屬上電極(8)和下 電極的金屬引出電極(9)。
【文檔編號】H01L21/02GK103904137SQ201410107155
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月21日
【發(fā)明者】潘宏菽, 馬杰 申請人:中國電子科技集團公司第十三研究所