肖特基通孔的制作工藝方法
【專利摘要】本發明公開了一種肖特基通孔的制作工藝方法，包括步驟：1）肖特基通孔的刻蝕；2）在肖特基通孔的兩側、內壁以及底部形成第一層阻擋層；3）在第一層阻擋層之上形成金屬層；4）在金屬層之上，形成第二層阻擋層；5）金屬鎢填充肖特基通孔；6）回刻金屬鎢。本發明通過采用化學氣相沉積代替等離子濺射成膜，有效地提高了通孔的臺階覆蓋率，同時采用金屬層鋁硅酮和第二層阻擋層的形成，能夠有效提高大功率器件特性，減小漏電電流，延長器件使用壽命，降低器件使用功率。
【專利說明】肖特基通孔的制作工藝方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種半導體領域中通孔的制作方法，特別是涉及一種肖特基通孔的制作工藝方法。
【背景技術】
[0002]肖特基結是一種簡單的金屬與半導體的交界面，它與PN結相似，具有非線性阻抗特性。1938年德國的W.H.肖特基提出理論模型，其基本原理是由于半導體的逸出功小于金屬，故當金屬與半導體接觸時，電子就從半導體流入金屬，在半導體表面層形成一個由帶電不可移動的雜質離子組成的空間電荷區，阻止半導體中的電子繼續流入金屬。鈦和氮化鈦作為阻擋層，也可以有效的提供這種阻止電子的流失。
[0003]由于在大功率器件中，鈦和氮化鈦達不到完全阻止電子移動的能力，因此，需提供一種功函數相反的金屬，以完全阻止這種移動，減小漏電電流，提高器件的特性以及降低能源功耗。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是提供一種肖特基通孔的制作工藝方法。通過該方法，能夠有效提高大功率器件(例如Power MOS產品電源產品)特性，減小漏電電流，延長器件使用壽命，降低器件使用功率。
[0005]為解決上述技術問題，本發明的肖特基通孔的制作工藝方法，包括步驟:
[0006](I)肖特基通孔的刻蝕；
[0007](2)在肖特基通孔的兩側、內壁以及底部形成第一層阻擋層；
[0008](3)在第一層阻擋層之上形成金屬層；
[0009](4)在金屬層之上，形成第二層阻擋層；
[0010](5)金屬鎢填充肖特基通孔；
[0011](6)回刻金屬鎢。
[0012]所述步驟(I)中，刻蝕的方法，包括:干法刻蝕或濕法刻蝕。
[0013]所述步驟(2)中，第一層阻擋層的材質包括:由鈦層和位于鈦層上方的氮化鈦層所形成的第一層阻擋層；其中，鈦層經采用物理濺射成膜工藝形成，鈦層(成膜)的厚度為10?800埃，濺射溫度為10?500°C，壓力為I?IOtorr ;氮化鈦層，經采用金屬有機化學氣相沉積工藝形成，氮化鈦層(成膜)的厚度10?500埃，濺射溫度為10?500°C，壓力為I ?IOtorr0
[0014]所述步驟(3)中，金屬層包括:鋁硅銅所形成的金屬層；其中，鋁硅銅中，硅含量0.01?5%，銅含量0.01?5% ;該金屬層經采用物理濺射成膜工藝形成，金屬層(成膜)的厚度為10?2000埃，濺射溫度為10?500°C，壓力為I?lOtorr。
[0015]所述步驟(4)中，第二層阻擋層的材質包括:由鈦層和位于鈦層上方的氮化鈦層所形成的第二層阻擋層，或僅由氮化鈦層所形成的第二層阻擋層；其中，鈦層經采用物理濺射成膜工藝形成，鈦層(成膜)的厚度為10?800埃，濺射溫度為10?500°C，壓力為I?IOtorr ;氮化鈦層經采用物理濺射成膜工藝形成，氮化鈦層(成膜)的厚度為10?800埃，濺射溫度為10?500°C，壓力為I?lOtorr。
[0016]所述步驟(5)中，填充的方法為:采用金屬有機化學氣相沉積工藝，沉積溫度200 ?50(TC，壓力為 20 ?200torr。
[0017]所述步驟(6)中，采用干法刻蝕工藝去除表面金屬鎢，刻蝕至第二阻擋層時，停止刻蝕。
[0018]本發明通過采用化學氣相沉積代替等離子濺射成膜，有效地提高了通孔的臺階覆蓋率，同時采用金屬層鋁硅酮和第二層阻擋層的形成，能夠有效提高大功率器件(例如Power MOS產品電源產品)特性，減小漏電電流，延長器件使用壽命，降低器件使用功率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]下面結合附圖與【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明:
[0020]圖1是本發明的工藝步驟流程圖；
[0021]圖2是肖特基通孔刻蝕后的不意圖；
[0022]圖3是第一層阻擋層形成后的示意圖；
[0023]圖4是金屬層形成后的示意圖；
[0024]圖5是第二層阻擋層形成后的示意圖；
[0025]圖6是金屬鎢填充后的示意圖；
[0026]圖7是金屬鎢回刻后的示意圖；
[0027]圖8是本發明的肖特基切面的SEM (掃描電子顯微鏡)圖片；
[0028]圖9是本發明與現有工藝的漏電電流對比圖，其中，A表示現有工藝，B表示金屬層的厚度為1000埃，C表示金屬層的厚度為800埃。
[0029]圖中附圖標記說明如下:
[0030]I為第一層阻擋層，2為金屬層，3為第二層阻擋層，4為金屬鎢。
【具體實施方式】
[0031]本發明的肖特基通孔的制作工藝方法，如圖1所示，包括步驟:
[0032](I)采用常規的干法刻蝕或濕法刻蝕中的一種或2種，進行肖特基通孔的刻蝕，如圖2所示；
[0033](2)在肖特基通孔的兩側、內壁以及底部形成第一層阻擋層1，如圖3所示；
[0034]其中，第一層阻擋層的材質包括:由作為底層的鈦層和位于鈦層上方的氮化鈦層所形成的第一層阻擋層I ;鈦層經采用物理濺射成膜工藝形成，鈦層的厚度為10?800埃，派射溫度為10?500°C,壓力為I?IOtorr ;氮化鈦層經采用金屬有機化學氣相沉積工藝形成，氮化鈦層的厚度10?500埃，濺射溫度為10?500°C，壓力為I?lOtorr。
[0035](3)在第一層阻擋層I之上，形成金屬層2，如圖4所示；
[0036]其中，該金屬層2包括:鋁硅銅所形成的金屬層2 ;該鋁硅銅(硅的重量含量
0.01?5%，銅的重量含量0.01?5%)的金屬層經采用物理濺射成膜工藝形成，金屬層的厚度為10?2000埃，濺射溫度為10?500°C，壓力為I?lOtorr。[0037](4)在金屬層2之上，形成第二層阻擋層3，如圖5所示；
[0038]其中，該第二層阻擋層3的材質包括:由鈦層和位于鈦層上方的氮化鈦層所形成的第二層阻擋層3，或僅由單個氮化鈦層所形成的第二層阻擋層3 ;其中，鈦層經采用物理濺射成膜工藝形成，鈦層的厚度為10?800埃，濺射溫度為10?500°C，壓力為I?IOtorr ;氮化鈦層經采用物理濺射成膜工藝形成，氮化鈦的厚度為10?800埃，濺射溫度為10 ?500°C，壓力為 I ?lOtorr。
[0039](5)采用金屬有機化學氣相沉積工藝，進行金屬鎢4填充肖特基通孔，如圖6所示，其中，沉積溫度200?500°C，壓力為20?200torr。
[0040](6)采用干法刻蝕工藝，進行回刻金屬鎢4，以去除表面金屬鎢4，當刻蝕至第二阻擋層3時，停止刻蝕，如圖7所示。
[0041]按照上述操作步驟，可進行肖特基通孔的制作，所形成的一種肖特基切面的SEM圖片如圖8所示，其中，一些具體的制作條件可限定為如下:
[0042]肖特基通孔的高寬之比為3:1?4:1;第一層阻擋層I由作為底層的厚度為200±50埃的Ti層和Ti層之上的厚度為200±50埃的TiN層所組成；中間生長的金屬層2由一層金屬鋁硅銅所形成，其中，金屬層2的厚度為1000±200埃，Cu含量0.5±0.07%, Si含量1±0.1% ;第二層阻擋層3由Ti層和Ti層之上的TiN層所組成。
[0043]根據上述限定條件，可進行肖特基通孔的制作，其中，更為具體的限定條件如下:
[0044]實施例1
[0045]采用干法刻蝕，刻蝕出高寬比為3.7:1的肖特基通孔，通過物理氣相沉積方法在肖特基通孔的兩側、內壁以及底部生長一層由200埃的Ti層和在Ti層上形成的200埃的TiN層所組成的第一層阻擋層I。在該第一層阻擋層I上，通過物理氣相沉積方法，生長一層鋁硅銅作為金屬層2 (金屬層2的厚度為1000埃，Cu含量0.5±0.07%, Si含量1±0.1%)。然后，在金屬層2上，通過物理氣相沉積方法生長一層由350埃的Ti層和在Ti層上形成的400埃的TiN層所組成的第二層阻擋層3后，采用金屬有機化學氣相沉積方法進行金屬鎢4填充肖特基通孔，形成填充后的通孔后，采用干法刻蝕進行金屬鎢4回刻，刻蝕至第二層阻擋層即止。
[0046]對于形成的肖特基通孔，采用通孔加反偏電壓方法，進行檢測，結果顯示，該肖特基的漏電電流有明顯減小(如圖9中的B所示)。
[0047]實施例2
[0048]采用干法刻蝕，刻蝕出高寬比為3.7:1的肖特基通孔，通過物理氣相沉積方法在肖特基通孔的兩側、內壁以及底部生長一層由200埃的Ti層和在Ti層上形成的200埃的TiN層所組成的第一層阻擋層I。在該第一層阻擋層I上，通過物理氣相沉積方法，生長一層鋁硅銅作為金屬層2(金屬層2的厚度為800埃，Cu含量0.5±0.07%, Si含量1±0.1%)。然后，在金屬層2上通過物理氣相沉積方法生長一層由350埃的Ti層和在Ti層上形成的400埃的TiN層所組成的第二層阻擋層3后，采用金屬有機化學氣相沉積方法進行金屬鎢4填充肖特基通孔，形成填充后的通孔后，采用干法刻蝕進行金屬鎢4回刻，刻蝕至第二層阻擋層即止。
[0049]對于形成的肖特基通孔，采用通孔加反偏電壓方法，進行檢測，結果顯示，該肖特基的漏電電流減小(如圖9中的C所示)。
【權利要求】
1.一種肖特基通孔的制作工藝方法，其特征在于，包括步驟: (I)肖特基通孔的刻蝕； (2 )在肖特基通孔的兩側、內壁以及底部形成第一層阻擋層； (3)在第一層阻擋層之上形成金屬層； (4)在金屬層之上，形成第二層阻擋層； (5)金屬鎢填充肖特基通孔； (6)回刻金屬鶴。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟(I)中，刻蝕的方法，包括:干法刻蝕或濕法刻蝕；肖特基通孔的高寬之比為3:1?4:1。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟(2)中，第一層阻擋層的材質包括:由鈦層和位于鈦層上方的氮化鈦層所形成的第一層阻擋層。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于:所述鈦層，經采用物理濺射成膜工藝形成，鈦層的厚度為10?800埃，濺射溫度為10?500°C，壓力為I?IOtorr ； 所述氮化鈦層，經采用金屬有機化學氣相沉積工藝形成，氮化鈦層的厚度10?500埃，濺射溫度為10?500°C，壓力為I?IOtorr。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟(3)中，金屬層包括:鋁硅銅所形成的金屬層。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于:所述鋁硅銅中，硅含量0.01?5%、銅含量0.01 ?5% ； 所述金屬層，經采用物理濺射成膜工藝形成，金屬層的厚度為10?2000埃，濺射溫度為10?500°C，壓力為I?lOtorr。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟(4)中，第二層阻擋層的材質包括:由鈦層和位于鈦層上方的氮化鈦層所形成的第二層阻擋層，或僅由氮化鈦層所形成的第二層阻擋層。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于:所述鈦層，經采用物理濺射成膜工藝形成，鈦層的厚度為10?800埃，濺射溫度為10?500°C，壓力為I?IOtorr ； 所述氮化鈦層，經采用物理濺射成膜工藝形成，氮化鈦層的厚度為10?800埃，濺射溫度為10?500°C，壓力為I?lOtorr。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟(5)中，填充的方法為:采用金屬有機化學氣相沉積工藝，沉積溫度200?500°C，壓力為20?200torr。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟(6)中，采用干法刻蝕工藝去除表面金屬鎢，刻蝕至第二阻擋層時，停止刻蝕。
【文檔編號】H01L21/768GK103579090SQ201210283244
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年8月10日 優先權日:2012年8月10日
【發明者】費強, 劉善善, 徐俊杰 申請人:上海華虹Nec電子有限公司