一種用于功率mosfet低歐姆接觸金屬結(jié)構(gòu)的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種互連金屬結(jié)構(gòu)的制造方法，特別涉及一種用于功率MOSFElMgK姆接觸金屬結(jié)構(gòu)的制造方法，屬于半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在功率MOSFET器件制造領(lǐng)域，大量使用鈦(Ti) /氮化鈦(TiN) /鋁復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)作為MOSFET器件的金屬電極，其中Ti與半導(dǎo)體硅或多晶硅接觸，通過一定的高溫退火形成歐姆接觸；TiN用于鋁與絕緣介質(zhì)層(二氧化硅、氮化硅等)的粘附層，保證鋁與絕緣介質(zhì)層的良好粘附；鋁用于制作功率MOSFET的互連金屬，其中鋁可以是鋁硅銅(AlSiCu)、硅鋁(AlSi)、鋁銅(AlCu)等，最多地使用AlSiCu。在Ti/TiN/AlSiCu復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)的制造工藝中，目前均采用如圖1所示的制造步驟，其工藝特點(diǎn)是:(l)Ti/TiN在磁控濺射設(shè)備的同一腔室濺射形成；(2)通過一定溫度退火使Ti與硅形成鈦硅化物(TiSi) ;(3)光刻刻蝕時(shí)，使用同一刻蝕工藝菜單完成Ti/TiN/AlSiCu復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)刻蝕；(4)在絕緣介質(zhì)層上的互連金屬結(jié)構(gòu)為Ti/TiN/AlSiCu。在半導(dǎo)體工藝制造領(lǐng)域，國外有相關(guān)專利技術(shù)要求了一種價(jià)格低廉的接觸金屬結(jié)構(gòu)，該金屬薄膜層結(jié)構(gòu)為Ti/TiN/Ti，在同一濺射腔室中濺射完成，不僅形成良好的歐姆接觸，還可以減少工藝時(shí)間，降低成本。類似的，也有專利技術(shù)要求了一種Ti/TiN的形成方法，在Ti濺射完成后，在同一腔室中TiN采用一邊濺射T1、一邊通氮?dú)?N2)的方式原位淀積形成，該工藝可以改善Al的晶粒。
[0003]盡管如此，【背景技術(shù)】存在如下問題:復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)存在TiN應(yīng)力與互連金屬鋁的應(yīng)力失配，應(yīng)力失配會(huì)引起圓片細(xì)微變形，圓片細(xì)微變形會(huì)造成套刻精度差，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成光刻機(jī)吸片系統(tǒng)無法吸片，從而造成圓片報(bào)廢。特別地，對(duì)于采用Ti/TiN/鋁復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)的硅柵非自對(duì)準(zhǔn)功率M0SFET，互連金屬鋁采用厚鋁(彡2 μπι)保證大功率轉(zhuǎn)換、采用I線投影光刻機(jī)光刻保證套刻精度、采用多項(xiàng)目芯片共版降低產(chǎn)品開發(fā)成本，在金屬互連(Ml)光刻時(shí)，由于厚鋁應(yīng)力與TiN應(yīng)力的疊加，加大了圓片的翹曲，造成I線光刻機(jī)無法吸片，增加了圓片報(bào)廢率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述【背景技術(shù)】在功率MOSFET中應(yīng)用出現(xiàn)的圓片翹曲、I線投影光刻機(jī)無法吸片的問題，本發(fā)明提供了一種用于功率MOSFET低歐姆接觸金屬結(jié)構(gòu)的制造方法，實(shí)現(xiàn)了減小復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)力、降低圓片翹曲、I線光刻機(jī)正常吸片的目的。
[0005]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種用于功率MOSFET低歐姆接觸金屬結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于:
[0006]按照功率MOSFET的常規(guī)方法完成body區(qū)、源區(qū)、柵介質(zhì)層、多晶娃、介質(zhì)層從下往上地依次覆蓋而成準(zhǔn)備待加工器件，所述的待加工器件由襯底、外延層、柵介質(zhì)層、介質(zhì)層和多晶硅從下往上地依次覆蓋而成。所述柵介質(zhì)層的中間和多晶硅的中間形成孔洞I。
[0007]外延層內(nèi)部形成body區(qū)，body區(qū)的內(nèi)部形成源區(qū)。body區(qū)的上端露出外延層的上表面。源區(qū)的上端露出body區(qū)的上表面。形成的body區(qū)表面包括外圍上表面及被源區(qū)圍繞在中心的body區(qū)上表面。柵介質(zhì)層和多晶硅的下表面完全覆蓋外延層的上表面及body區(qū)的外圍上表面，覆蓋源區(qū)的部分上表面。源區(qū)的未被覆蓋的上表面及被源區(qū)圍繞在中心的body區(qū)上表面裸露，形成孔洞I的底部。
[0008]所述介質(zhì)層完全覆蓋多晶硅的表面、源區(qū)裸露的上表面和被源區(qū)圍繞在中心的body區(qū)上表面，介質(zhì)層從而在孔洞I的位置凹陷形成孔洞II。
[0009]—種用于功率MOSFET低歐姆接觸金屬結(jié)構(gòu)的制造方法，包括以下步驟:
[0010]I)待加工器件后，在介質(zhì)層孔洞II部位經(jīng)過完全刻蝕形成接觸孔。接觸孔形狀為口大底小，類似于碗狀，接觸孔中央部位為body區(qū)，body區(qū)周圍被源區(qū)的上表面圍繞。經(jīng)過刻蝕后，介質(zhì)層表面包括形成接觸孔的圓周表面以及介質(zhì)層上表面。
[0011]2)待加工器件完成步驟I后，進(jìn)行濺射工藝。使用磁控濺射臺(tái)在同一腔室中射頻對(duì)待加工器件先濺射Ti，接觸孔底部和介質(zhì)層表面都覆蓋一層Ti層，Ti層厚度為27nm?33nm。然后對(duì)待加工器件再濺射TiN，接觸孔底部和介質(zhì)層表面的Ti層上再覆蓋一層TiN層，TiN層厚度為81nm?99nm。完成濺射工藝后，待加工器件的介質(zhì)層的表面覆蓋Ti層和TiN 層。
[0012]3)待加工器件完成步驟2后，進(jìn)行退火工藝。采用RTP設(shè)備對(duì)待加工器件快速退火。待加工器件接觸孔底部的Ti/TiN層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)變成TiSi層。介質(zhì)層表面的Ti層和TiN層沒有變化。
[0013]4)待加工器件完成步驟3后，進(jìn)行剝離和漂洗工藝。采用NH4OH = H2O2 = H2O溶液體積配比為4:5:20，對(duì)Ti層和TiN層進(jìn)行剝離，剝離時(shí)間為35min?50min。然后再采用H2SO4 = H2O2溶液體積配比為4:1進(jìn)行漂洗，漂洗時(shí)間為5min?15min。經(jīng)過該剝離和漂洗過程后，介質(zhì)層表面的Ti層和TiN層被剝離，接觸孔底部的TiSi層牢固黏附在接觸孔底部。
[0014]5)待加工器件完成步驟4后，進(jìn)行互連金屬鋁濺射工藝，最后在接觸孔底部的TiSi層表面和介質(zhì)層表面形成互連金屬鋁薄膜。至此形成了功率MOSFET的低歐姆接觸金屬結(jié)構(gòu)。
[0015]進(jìn)一步的，一種用于功率MOSFET低歐姆接觸金屬結(jié)構(gòu)的制造方法，剝離Ti層和TiN層的過程工藝是在Ti/TiN退火工藝過程之后，互連金屬鋁薄膜濺射過程工藝之前。
[0016]進(jìn)一步的，一種用于功率MOSFET低歐姆接觸金屬結(jié)構(gòu)的制造方法，在Ti/TiN進(jìn)行退火工藝中，采用RTP設(shè)備快速退火，退火的條件包括，退火溫度在700°C?730°C、退火時(shí)間在15s?45s、退火氮?dú)饬髁吭?.7L/min?3.3L/min。
[0017]進(jìn)一步的，一種用于功率MOSFET低歐姆接觸金屬結(jié)構(gòu)的制造方法，進(jìn)行金屬派射工藝中，互連金屬鋁濺射工藝包括濺射互連金屬鋁薄膜、光刻并刻蝕互連金屬鋁薄膜和合金三個(gè)過程。濺射互連金屬鋁薄膜材料可以為AlSiCu、AlSi或AlCu，互連金屬鋁薄膜厚度控制在3.6μπι?4.4μπι范圍。光刻為正膠投影光刻，刻蝕方式包括等離子刻蝕或濕法腐蝕。合金溫度380 °C?440 °C，合金時(shí)間30min?60min，氣氛為氮?dú)狻?br>[0018]本發(fā)明的技術(shù)效果是毋庸置疑的，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0019]I)本發(fā)明濺射Ti厚度為27nm?33nm，通過退火溫度為700°C?730°C、退火時(shí)間為15s?45s、退火氮?dú)饬髁繛?.7L?3.3L的快速退火，使Ti與硅形成歐姆接觸，可有效降低功率MOSFET器件的導(dǎo)通電阻；以面積為6mmX 5.5mm的一顆N溝道200V功率MOSFET為例，導(dǎo)通電阻由50ηιΩ降低為26ηιΩ ；
[0020]2)本發(fā)明在Ti/TiN退火完成后，將未形成TiSi的Ti和TiN剝離掉，釋放了應(yīng)力，減小了圓片翹曲，有效解決了因圓片翹曲而I線投影光刻機(jī)無法吸片的問題。
【附圖說明】
[0021]圖1是常規(guī)Ti/TiN/AlSiCu復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)的制造工藝示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明提供的低歐姆接觸金屬結(jié)構(gòu)的制造工藝示意圖；
[0023]圖3是完成body區(qū)、源區(qū)、柵氧、多晶硅柵和介質(zhì)工藝后的功率MOSFET器件剖面示意圖；
[0024]圖4是完成Ti濺射后的功率MOSFET器件剖面示意圖；
[0025]圖5是完成TiN濺射后的功率MOSFET器件剖面示意圖；
[0026]圖6是完成Ti/TiN退火、剝離后的功率MOSFET器件剖面示意圖；
[0027]圖7是完成互連金屬鋁薄膜濺射、光刻、刻蝕及合金后的功率MOSFET器件剖面示意圖；
[0028]圖中:1為功率MOSFET襯底的襯底材料、2為外延層、3為body區(qū)、4為源區(qū)、5為柵介質(zhì)層、6為多晶硅、7為介質(zhì)層、8為接觸孔、9為T1、10為TiN、ll為TiS1、12為互連金屬鋁薄膜。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)該理解為本發(fā)明上述主題范圍僅限于下述實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0030]本發(fā)明結(jié)合示意圖進(jìn)行描述，在描述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為了便于說明，示意圖中的尺度比例跟具體實(shí)施中存在差別，并且所述示意圖只是示例，不應(yīng)該限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。在實(shí)際設(shè)計(jì)和制造過程中應(yīng)包含長度、寬度及深度等三維空間尺寸。
[0031]實(shí)施例1
[0032]本實(shí)施例的具體制造方法包括:
[0033]按照功率MOSFET的常規(guī)方法完成body區(qū)3、源區(qū)4、柵介質(zhì)層5、多