CN102024747A

CN102024747A - 功率器件的铝插塞制作方法

Info

Publication number: CN102024747A
Application number: CN2009101955818A
Authority: CN
Inventors: 敖良科; 邢进; 刘晓丽; 陈泰江
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Chengdu Cension Semiconductor Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Chengdu Cension Semiconductor Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2009-09-11
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2029-09-11
Also published as: CN102024747B

Abstract

本发明提出一种功率器件的铝插塞制作方法，包括下列步骤：提供一半导体衬底；在所述半导体衬底上沉积绝缘层；在所述绝缘层上沉积钝化层；分别对钝化层、绝缘层和半导体衬底进行蚀刻形成杯型接触孔；在所述杯型接触孔内及钝化层表面上沉积扩散阻挡层；在接触孔内填充金属铝以形成铝插塞，其中所述杯型接触孔的顶部宽度大于底部宽度。本发明提出的功率器件的铝插塞制作方法，其能够有效降低生产成本，并且具有良好的电阻特性。

Description

功率器件的铝插塞制作方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，且特别涉及一种功率器件的铝插塞制作方法。

背景技术

随着半导体制造技术的持续发展，使得半导体功率器件具有较细微的图案和较高的集成度(integration)。在半导体装置内的各种图案之间，通常使用接触结构以提供电路装置或内连接层之间的电接触。传统的接触结构可包括形成一接触孔(contact hole)于层间介电层内，随后再填入一导电材料于此接触孔中。

近年来，由于半导体器件日益高度集成化，接触孔的尺寸趋于缩小。随着接触孔的尺寸缩小，使得在金属接触处理过程中，之前使用的金属不能良好地填充在接触孔内，由此产生了接触电阻增大的问题。因此，具有高电导率的铝被用作金属接触处理中的金属。

但是，由于金属铝台阶覆盖特性差，所以不能令人满意地填充于小尺寸的接触孔内。作为解决此问题的办法，首先用台阶覆盖特性优异的金属来填充接触孔内部，然后通过铝沉积和蚀刻工艺形成金属导线。因为钨具有优异的台阶覆盖特性，符合填充接触孔金属的性能要求，所以成为填充接触孔的主要材料。钨一般被用作插塞，即形成钨插塞后，再在钨的上部蒸镀铝，形成双重构造的金属互连线。

请参考图1～图4，现有技术的接触孔插塞制作方法具体包括以下步骤：在已制备有栅极、源极和漏极的半导体衬底10上沉积一绝缘层11，且对其进行光刻并蚀刻出接触孔12；在接触孔12内及绝缘层11表面上沉积扩散阻挡层13；通过化学气相沉积(CVD)工艺在接触孔12内填充金属钨14以形成钨插塞；通过化学机械抛光使钨插塞表面与绝缘层11等高，从而完成接触孔插塞制作。之后再进行接触孔12上第一层金属，例如铝金属层的制作(图中未示)。

上述接触孔插塞的制作工艺较为复杂，增加了生产成本，同时，由于使用钨插塞接触孔连接铝金属和半导体衬底会形成两个接触电阻，而钨本身的电阻率(约6μΩ·cm至12μΩ·cm)又很大，其电阻率约高至铝的6倍至7倍左右，因而使得采用钨和铝制作的接触孔插塞的电阻比直接使用铝制作的插塞接触孔的电阻要大，导致器件的响应周期变长，即器件的操作速度降低。

发明内容

本发明提出一种功率器件的铝插塞制作方法，其能够有效降低生产成本，并且具有良好的电阻特性。

为了达到上述目的，本发明提出一种功率器件的铝插塞制作方法，包括下列步骤：

提供一半导体衬底；

在所述半导体衬底上沉积绝缘层；

在所述绝缘层上沉积钝化层；

分别对钝化层、绝缘层和半导体衬底进行蚀刻形成杯型接触孔；

在所述杯型接触孔内及钝化层表面上沉积扩散阻挡层；

在接触孔内填充金属铝以形成铝插塞，

其中所述杯型接触孔的顶部宽度大于底部宽度。

可选的，所述绝缘层的材料为二氧化硅。

可选的，所述绝缘层的厚度为1900埃～2100埃。

可选的，所述钝化层的材料为硼磷硅玻璃。

可选的，所述钝化层的厚度为4500埃～5500埃。

可选的，所述对钝化层、绝缘层和半导体衬底进行蚀刻形成杯型接触孔的步骤包括：

对钝化层进行干法蚀刻，直到露出绝缘层，形成上宽下窄的开口，从而定义杯型接触孔的顶部宽度；

对暴露出的绝缘层表面进行湿法蚀刻，定义杯型接触孔的顶部深度；

继续对绝缘层进行干法蚀刻直到露出半导体衬底，并定义杯型接触孔的底部宽度；

对暴露出的半导体衬底进行蚀刻，从而定义杯型接触孔的底部深度。

可选的，所述杯型接触孔的顶部宽度为4500埃～5500埃。

可选的，所述杯型接触孔的顶部深度为7000埃～9000埃。

可选的，所述杯型接触孔的底部宽度为3400埃～3600埃。

可选的，所述杯型接触孔的底部深度为3000埃～3600埃。

可选的，形成杯型接触孔后对所述结构进行湿法蚀刻处理，以去除缺陷并使得其表面平整。

可选的，所述扩散阻挡层包括底部钛金属层、氮化钛层和顶部钛金属层。

可选的，所述底部钛金属层、氮化钛层和顶部钛金属层的厚度依次为250埃～350埃、150埃～250埃和150埃～250埃。

可选的，所述在接触孔内的扩散阻挡层上化学气相沉积金属铝形成铝插塞的步骤包括：

在接触孔内的扩散阻挡层上化学气相沉积冷金属铝；

在冷金属铝上化学气相沉积热金属铝。

可选的，所述冷金属铝的温度为40摄氏度～80摄氏度。

可选的，所述冷金属铝的厚度为1000埃～1500埃。

可选的，所述热金属铝的温度为大于400摄氏度。

可选的，所述热金属铝的厚度为8000埃～10000埃。

本发明提出一种功率器件的铝插塞制作方法，采用了杯型的接触孔，其顶部开口较大便于铝金属注入接触孔，底部开口尺寸虽小，但采用了冷铝金属作为种子层，使得后续的热铝金属通过表面的张力和重力流入下端，顺着种子层顺利的流入下端填满整个接触孔，其降低了工艺复杂度，所使用的热铝插塞制程的消耗成本仅仅是现有技术所使用的钨插塞制程的80％，同时使用热铝插塞制程可以比使用钨插塞制程得到更好的电阻特性，采用热铝插塞使得其上的铝金属层和硅衬底之间只有一个接触电阻，总体降低了整个功率器件的导通电阻，使器件反应更加灵敏，功率消耗更有效率，同时产品的生产周期变短，更利于占领市场。

附图说明

图1～图4所示为现有技术接触孔插塞制作方法结构示意图。

图5～图11所示为本发明较佳实施例的铝插塞制作方法构示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图说明如下。

本发明提出一种功率器件的铝插塞制作方法，包括下列步骤：

提供一半导体衬底；

在所述半导体衬底上沉积绝缘层；

在所述绝缘层上沉积钝化层；

在所述杯型接触孔内及钝化层表面上沉积扩散阻挡层；

在接触孔内填充金属铝以形成铝插塞，

其中所述杯型接触孔的顶部宽度大于底部宽度。

其中所述杯型接触孔靠近半导体衬底的一侧为其底部，另一侧为顶部。

请参考图5～图11，图5～图11所示为本发明较佳实施例的铝插塞制作方法构示意图。首先请参考图5，本发明较佳实施例提供一半导体衬底100，其可为多晶硅衬底，半导体衬底100内可形成多个功率器件，接着在其上依次沉积绝缘层110和钝化层120，其中绝缘层110的材料可为二氧化硅，绝缘层110的厚度为1900埃～2100埃，钝化层120的材料为硼磷硅玻璃，钝化层120的厚度为4500埃～5500埃，由于钝化层120的硼磷硅玻璃材料中具有硼和磷离子，会扩散到半导体衬底100中，因此使用绝缘层110作为隔离。

再请参考图6～图8，对钝化层120、绝缘层110和半导体衬底100进行蚀刻形成杯型接触孔130的步骤包括：

对钝化层120进行干法蚀刻，直到露出绝缘层110，从而定义杯型接触孔130的顶部宽度W1，所述杯型接触孔130的顶部宽度W1为4500埃～5500埃(参见图6)；

接着，对绝缘层110进行湿法蚀刻定义杯型接触孔130的顶部深度H1，所述杯型接触孔130的顶部深度H1为7000埃～9000埃，所述杯型接触孔130的顶部位于钝化层120和绝缘层110。利用具有硼磷硅玻璃的钝化层120和具有二氧化硅的绝缘层110的湿法蚀刻的蚀刻速率不同，在杯型接触孔130内形成曲线轮廓；

对剩余绝缘层110进行干法蚀刻直到露出半导体衬底100，并定义杯型接触孔130的底部宽度W2，所述杯型接触孔130的底部宽度W2为3400埃～3600埃(参见图7)；

对未被绝缘层遮蔽的杯型接触孔130内的半导体衬底100进行光刻蚀刻，定义杯型接触孔130的底部深度H2，所述杯型接触孔130的底部深度H2为3000埃～3600埃，所述杯型接触孔130的底部位于半导体衬底100。

其中，形成杯型接触孔130后对所述结构表面进行湿法蚀刻处理，以去除缺陷并使得其表面平整，同时扩展杯型接触孔130的特征尺寸，并实现杯型接触孔130内部曲线轮廓的平滑过渡，从而衔接起整个杯型接触孔130顶部和底部。(参见图8)

再请参考图9，在所述杯型接触孔130内以及钝化层120表面上沉积扩散阻挡层140，所述扩散阻挡层140包括底部钛金属层、氮化钛层和顶部钛金属层的三层结构。其中，所述底部钛金属层、氮化钛层和顶部钛金属层的厚度依次为250埃～350埃、150埃～250埃和150埃～250埃。该扩散阻挡层140是用于阻止后续沉积的金属层中的铝离子和上述结构中的硅离子的相互渗透扩散。

再请参考图10～图11，所述在接触孔130内的扩散阻挡层140上化学气相沉积金属铝形成铝插塞的步骤包括：

在接触孔130内的扩散阻挡层140上化学气相沉积冷金属铝150；

在冷金属铝150上化学气相沉积热金属铝160。

其中，所述冷金属铝150的温度为40摄氏度～80摄氏度，所述冷金属铝150的厚度为1000埃～1500埃，所述热金属铝160的温度为大于400摄氏度，所述热金属铝160的厚度为8000埃～10000埃。

杯型接触孔130的顶部开口较大便于铝金属注入接触孔130，虽然杯型接触孔130的底部开口尺寸较小，但采用了冷铝金属150作为种子层，使得后续的热金属铝160可通过表面的张力和重力流入下端，并顺着种子层顺利的流入下端填满，形成接触孔。

综上所述，本发明提出一种功率器件的铝插塞制作方法，其所使用的热铝插塞制程的消耗成本仅仅是现有技术所使用的钨插塞制程的80％，同时使用热铝插塞制程可以比使用钨插塞制程得到更好的电阻特性，采用热铝插塞使得其上的铝金属层和硅衬底之间只有一个接触电阻，并且由于铝的电阻率本身就小于钨的电阻率，因而从总体上降低了整个功率器件的导通电阻，使器件反应更加灵敏，功率消耗更有效率，同时产品的生产周期变短，更利于占领市场。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种功率器件的铝插塞制作方法，包括下列步骤：

提供一半导体衬底；

在所述半导体衬底上沉积绝缘层；

在所述绝缘层上沉积钝化层；

在所述杯型接触孔内及钝化层表面上沉积扩散阻挡层；

在接触孔内填充金属铝以形成铝插塞，

其中所述杯型接触孔的顶部宽度大于底部宽度。

2.根据权利要求1所述的铝插塞制作方法，其特征在于，所述绝缘层的材料为二氧化硅。

3.根据权利要求1所述的铝插塞制作方法，其特征在于，所述绝缘层的厚度为1900埃～2100埃。

4.根据权利要求1所述的铝插塞制作方法，其特征在于，所述钝化层的材料为硼磷硅玻璃。

5.根据权利要求1所述的铝插塞制作方法，其特征在于，所述钝化层的厚度为4500埃～5500埃。

6.根据权利要求1所述的铝插塞制作方法，其特征在于，所述对钝化层、绝缘层和半导体衬底进行蚀刻形成杯型接触孔的步骤包括：

7.根据权利要求6所述的铝插塞制作方法，其特征在于，所述杯型接触孔的顶部宽度为4500埃～5500埃。

8.根据权利要求6所述的铝插塞制作方法，其特征在于，所述杯型接触孔的顶部深度为7000埃～9000埃。

9.根据权利要求6所述的铝插塞制作方法，其特征在于，所述杯型接触孔的底部宽度为3400埃～3600埃。

10.根据权利要求6所述的铝插塞制作方法，其特征在于，所述杯型接触孔的底部深度为3000埃～3600埃。

11.根据权利要求6所述的铝插塞制作方法，其特征在于，形成杯型接触孔后对所述结构进行湿法蚀刻处理，以去除缺陷并使得其表面平整。

12.根据权利要求1所述的铝插塞制作方法，其特征在于，所述扩散阻挡层包括底部钛金属层、氮化钛层和顶部钛金属层。

13.根据权利要求12所述的铝插塞制作方法，其特征在于，所述底部钛金属层、氮化钛层和顶部钛金属层的厚度依次为250埃～350埃、150埃～250埃和150埃～250埃。

14.根据权利要求1所述的铝插塞制作方法，其特征在于，所述在接触孔内的扩散阻挡层上化学气相沉积金属铝形成铝插塞的步骤包括：

在接触孔内的扩散阻挡层上化学气相沉积冷金属铝；

在冷金属铝上化学气相沉积热金属铝。

15.根据权利要求14所述的铝插塞制作方法，其特征在于，所述冷金属铝的温度为40摄氏度～80摄氏度。

16.根据权利要求14所述的铝插塞制作方法，其特征在于，所述冷金属铝的厚度为1000埃～1500埃。

17.根据权利要求14所述的铝插塞制作方法，其特征在于，所述热金属铝的温度为大于400摄氏度。

18.根据权利要求14所述的铝插塞制作方法，其特征在于，所述热金属铝的厚度为8000埃～10000埃。