Mos電容的製造方法

2023-09-16 14:43:10 1

Mos電容的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種MOS電容的製造方法，涉及半導體器件的製作方法【技術領域】。所述方法包括以下步驟：在矽晶圓片的上表面形成氧化層；在氧化層的上表形成金屬引出電極的窗口；在金屬引出電極的窗口處形成倒梯形的光刻膠形貌；蒸發一層金屬鉑；去除光刻膠的同時也將光刻膠上的金屬鉑一起去除；進行合金處理，使金屬鉑與矽形成良好的歐姆接觸；在金屬電極以外的區域形成光刻膠；上表面蒸發多層金屬；剝離去除金屬上電極和金屬引出電極以外的步驟中蒸發的金屬，形成MOS電容。所述方法簡化了工藝流程，使用安全、環保。
【專利說明】MOS電容的製造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體器件的製作方法【技術領域】，尤其涉及一種安全、環保的MOS電容的製造方法。
【背景技術】
[0002]微波大功率電晶體由於工作頻率高，管芯面積大，寄生參量對電晶體的性能影響嚴重，管芯的輸入、輸出阻抗又比較低，若直接與特性阻抗為50歐姆的微波系統連接，由於阻抗嚴重不匹配，將導致電晶體無法實現大功率輸出，使得電晶體的性能無法充分發揮。為此，採用內匹配網絡來對管芯的輸入、輸出阻抗進行提升(變換)並減少寄生參量的影響，是實現微波功率電晶體大功率輸出的一種有效途徑。而內匹配網絡一般採用LC結構，採用內部鍵合弓丨線充當電感L，採用內匹配電容充當電容C，為降低製造成本，常採用MOS(金屬-氧化物-半導體)電容結構。
[0003]隨著器件和電子設備微小型化發展的需要，對晶片電容的要求也不斷提高，MOS電容在晶片電容裡佔有較大的比重。可見本發明涉及微波功率電晶體的內匹配電容及晶片電容，對電子器件及裝備性能的充分發揮和實現微小型化都有較大的影響。
[0004]為避免加入內匹配網絡後引起較大的微波損耗，必須保證內匹配電容的損耗要小，從MOS電容結構看，其一個電極是由半導體材料來充當，由於半導體的導電能力比金屬要差，會產生一定的損耗。所以，一般通過金屬電極來與半導體接觸，儘量減少半導體的損耗，但金屬和半導體的接觸若不能形成良好的歐姆接觸，則會產生更大的損耗，對微波器件和電路性能的發揮不利。
[0005]以往的MOS電容的製作工藝一般是在矽襯底上熱氧化形成一層高質量的氧化層，然後再在氧化層上形成金屬電極，這就形成了簡單的MOS電容結構，為減小損耗，往往在矽晶圓片氧化後，在氧化層上形成電容上電極，同時將半導體下電極從上表面引出(即半導體形成的MOS電容下電極也從上表面引出)。為此，要在氧化層上開出下電極的進出窗口，並保證金屬與半導體形成良好的歐姆接觸，隨後再在晶圓片表面的氧化層上形成金屬上電極，同時形成金屬下電極的。至此，晶圓片級的MOS電容製備完成，隨後通過劃片，將一整片上的MOS電容分割成一個個分立的MOS電容，備內匹配電晶體和電子設備裝配使用。
[0006]在加工工藝中為保證下電極與矽能形成良好的歐姆接觸，矽晶圓片氧化後要通過光刻，腐蝕出半導體下電極從上表面引出的窗口，然後濺射一層金屬鉬，隨後進行鉬矽合金，然後採用王水將多餘的鉬煮乾淨，再通過濺射以金為主體的多層金屬化(如鈦-鉬-金)形成金金屬電極的電鍍種子層，再通過光刻、電鍍、腐蝕等工藝同時形成MOS電容的上下金屬電極。
[0007]可以看出，製作MOS電容除用到了貴重金屬還用到了強酸和許多化學藥品，還要用到電鍍，並要配製金電鍍液等，工藝操作繁雜，控制比較困難，且貴重金屬不易回收。

【發明內容】
[0008]本發明所要解決的技術問題是提供一種MOS電容的製造方法，所述方法簡化了工藝流程，使用安全、環保。
[0009]為解決上述技術問題，本發明所採取的技術方案是:一種MOS電容的製造方法，其特徵在於包括以下步驟:
1)在矽晶圓片的上表面形成氧化層；
2)採用光刻的方法，利用光刻膠在氧化層的上表形成金屬引出電極的窗口；
3)通過光刻的方法在金屬引出電極的窗口處形成倒梯形的光刻膠形貌；
4)在經過步驟3)處理後的矽晶圓片的表面蒸發一層金屬鉬；
5)將蒸發金屬鉬後的矽晶圓片，放入剝離液中浸泡，去除光刻膠的同時也將光刻膠上的金屬鉬一起去除，而無光刻膠處的金屬鉬則與矽晶圓片粘附良好；
6)將上述步驟5)處理後的矽晶圓片放入到充有保護氣體的合金爐內進行合金處理，使金屬鉬與矽形成良好的歐姆接觸；
7)將鉬矽合金後的矽晶圓片進行光刻處理，在金屬電極以外的區域形成光刻膠；
8)在經過步驟7)處理後的矽晶圓片的上表面蒸發多層金屬；
9)剝離去除金屬上電極和金屬引出電極以外的步驟8)中蒸發的金屬，形成MOS電容。 [0010]進一步有優選的技術方案在於:所述製造方法還包括步驟10):對經過步驟9)處理後的矽晶圓片在保護氣體的保護下進行烘焙處理。
[0011]進一步有優選的技術方案在於:所述製造方法還包括步驟11):對經過步驟9)或步驟10)處理後的矽晶圓片進行劃片處理，形成一個個分立的MOS電容晶片。
[0012]進一步有優選的技術方案在於:步驟I)中氧化溫度為1100°C -1200°C，氧化層的
厚度為 1000 A -1.2μL?。
[0013]進一步有優選的技術方案在於:步驟4)中金屬鉬的厚度為50 A -300 Λ。
[0014]進一步有優選的技術方案在於:步驟6)中合金溫度為500°C _600°C，保護氣體為
氮氣或IS氣。
[0015]進一步有優選的技術方案在於:步驟8)中形成的多層金屬為:鈦-鉬-金系統各層控制的厚度為金屬鈦300 A -1500 A，金屬鉬的厚度在300 Λ -1500為，金屬金的厚度(6:1 μ m-2 μ m。
[0016]進一步有優選的技術方案在於:步驟8)中形成的多層金屬為:鈦-鎢-鉬-金系統，由於鎢對金的阻擋能力較強，則金屬鈦300 A -1000 A，金屬鎢控制在100 A -1000 A
，金屬鉬控制在100 Λ -1000 Λ ,金屬金的厚度在I μ m-2 μ m。
[0017]進一步有優選的技術方案在於:步驟10)中:烘焙溫度為250°C _350°C，烘焙時間為12小時-24小時，保護氣體為氮氣。
[0018]採用上述技術方案所產生的有益效果在於:本發明採用金屬蒸發和金屬剝離工藝，避免了採用王水煮金屬鉬工藝，可避免強酸對人和環境的危害，剝離下來的金屬可直接回收，避免貴重金屬的浪費。由於採用剝離工藝，只採用剝離液，避免了以往方法需要採用化學方法腐蝕金，物理方法腐蝕鉬、化學方法腐蝕鈦的繁瑣操作和需用較多腐蝕藥液的弊端，減少了工藝操作，並提高了安全性。[0019]採用蒸發工藝看起來似乎浪費貴重金屬會更嚴重，但其回收相對容易、簡單，不像原來工藝要通過金屬濺射-光刻-帶膠電鍍-去膠-腐蝕(溼法與幹法)等多工序才能形成金屬電極，本發明只需經過光刻-金屬蒸發-剝離就可形成金屬電極，避免了電鍍液的配製和電鍍時的嚴格控制。既簡化了工藝流程，又避免了過多的化學試劑和工藝裝備的使用，還對安全生產及環境保護起到了一定的促進作用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明。
[0021]圖1是本發明的矽晶圓片經過步驟I)處理後的結構示意圖；
圖2-3是矽晶圓片經過步驟2)處理後的結構示意圖；
圖4是矽晶圓片經過步驟3)處理後的結構示意圖；
圖5是矽晶圓片經過步驟4)處理後的結構示意圖；
圖6是矽晶圓片經過步驟5)處理後的結構示意圖；
圖7是矽晶圓片經過步驟6)處理後的結構示意圖；
圖8是矽晶圓片經過步驟7)處理後的結構示意圖；
圖9是矽晶圓片經過步驟8)處理後的結構示意圖；
圖10是矽晶圓片經過步驟9)處理後的結構示意圖；
其中:1、矽晶圓片2、氧化層3、第一次形成的光刻膠4、第二次形成的光刻膠5、金屬鉬
6、鉬娃合金7、第三次形成的光刻膠8、多層金屬。
【具體實施方式】
[0022]下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0023]在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，但是本發明還可以採用其他不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。
[0024]本發明公開了一種MOS電容的製造方法，具體步驟如下:
1、首先將矽晶圓片清洗乾淨，然後在1100°C -1200°C的高溫氧化爐內氧化，形成厚度
1000 Λ -1.2μπι的氧化層，如圖1所示。該氧化層的具體厚度需要根據MOS電容上電極的
金屬面積和電容值的大小共同來決定，氧化層太薄，對MOS電容的耐擊穿電壓能力和電容成品率不利，太厚則浪費工時，不經濟。若必須採用厚氧化層，可考慮採用氧化介質或氮化矽介質澱積來解決。
[0025]2、在氧化層的表面塗光刻膠，如圖2所示，通過前烘-曝光-顯影-堅膜-腐蝕-去膠的光刻方法，在氧化層的上表面形成MOS電容半導體電極(即MOS電容的下電極)的金屬引出電極的窗口，如圖3所示。
[0026]3、通過光刻的方法在金屬引出電極的窗處形成倒梯形的光刻膠形貌，如圖4所示，目的是保證隨後蒸發的金屬在光刻膠的側壁不連續，在蒸發後的剝離時，能容易地被剝尚掉。
[0027]4、進行金屬鉬的蒸發，將經過步驟3處理後的帶膠矽晶圓片放入金屬蒸發臺內進行金屬鉬的蒸發，如圖5所示，要求厚度在50 Λ -300 Α，目的是為鉬矽合金提供充足的鉬源。
[0028]5、將蒸發鉬後的矽晶圓片放入剝離液或丙酮溶液中浸泡，去除光刻膠的同時也將光刻膠上的鉬層一起去除，而無光刻膠處的金屬鉬則與矽晶圓片粘附良好，如圖6所示。
[0029]6、將去除光刻膠乾淨的矽晶圓片，放入500°C _600°C氮氣或氬氣保護的合金爐內進行合金，目的是使鉬與矽形成良好的歐姆接觸，如圖7所示。
[0030]7、將鉬矽合金後的晶圓片進行光刻，其目的與步驟3是相同的，如圖8所示。
[0031]8、進行以金為主體的多層金屬(如鈦-鉬-金)的蒸發，如圖9所示之所以採用多層金屬，是為避免金與矽形成導電性及可靠性都不好的金矽合金，而且金與氧化層或半導體材料粘附不好，採用金屬鈦的目的是要保證金屬電極與氧化層和鉬矽合金及鉬都有很好的粘附性能，採用鉬的目的是阻止金與半導體材料形成合金，採用金的目的是形成金屬電極，保證金屬電極的導電能力和穩定性，總的蒸發厚度不應大於光刻膠的厚度。若採
用鈦-鉬-金系統各層控制的厚度為金屬鈦300 A -1500 Λ，金屬鉬的厚度在300 A-1500 A ,金屬金的厚度在I μ m-2 μ m。若採用鈦-鎢-鉬-金系統，由於鎢對金的阻擋能力較強，則金屬鈦300 A -1000 A，金屬鎢控制在100 Λ -1000 A，金屬鉬控制在100 Λ
-1000 Λ,金屬金的厚度在I μ m-2 μ m。還可選用其它類型的多層金屬化系統。由於本發明
是採用金屬蒸發與剝離的工藝，故不採用合金金屬如鈦鎢作為蒸發源，而是採用單獨的鈦和單獨的鎢作為蒸發源。
[0032]9、剝離去除多餘的金屬，形成MOS電容的金屬電極，如圖10所示，剝離掉的多層金屬進行回收。
[0033]10、烘焙矽晶圓片。為保證金屬化層的穩定性，對經過上述處理的MOS電容晶圓片在250°C _350°C的氮氣保護的烘箱內烘焙12小時-24小時。
[0034]11、劃片，將處在晶圓片上的MOS電容分割成一個個分立的MOS電容晶片，供內匹配電晶體和電子設備裝配使用。
[0035]本發明採用金屬蒸發和金屬剝離工藝，避免了採用王水煮金屬鉬工藝，可避免強酸對人和環境的危害，剝離下來的金屬可直接回收，避免貴重金屬的浪費。由於採用剝離工藝，只採用剝離液，避免了以往方法需要採用化學方法腐蝕金，物理方法腐蝕鉬、化學方法腐蝕鈦的繁瑣操作和需用較多腐蝕藥液的弊端，減少了工藝操作，並提高了安全性。
[0036]採用蒸發工藝看起來似乎浪費貴重金屬會更嚴重，但其回收相對容易、簡單，不像原來工藝要通過金屬濺射-光刻-帶膠電鍍-去膠-腐蝕(溼法與幹法)等多工序才能形成金屬電極，本發明只需經過光刻-金屬蒸發-剝離就可形成金屬電極，避免了電鍍液的配製和電鍍時的嚴格控制。既簡化了工藝流程，又避免了過多的化學試劑和工藝裝備的使用，還對安全生產及環境保護起到了一定的促進作用。
【權利要求】
1.一種MOS電容的製造方法，其特徵在於包括以下步驟: 1)在矽晶圓片(I)的上表面形成氧化層(2); 2)採用光刻的方法，利用光刻膠在氧化層(2)的上表形成金屬引出電極的窗口； 3)通過光刻的方法在金屬引出電極的窗口處形成倒梯形的光刻膠形貌； 4)在經過步驟3)處理後的矽晶圓片的表面蒸發一層金屬鉬(5)； 5)將蒸發金屬鉬(5)後的矽晶圓片放入剝離液中浸泡，去除光刻膠的同時也將光刻膠上的金屬鉬(5) —起去除，而無光刻膠處的金屬鉬(5)則與矽晶圓片粘附良好； 6)將上述步驟5)處理後的矽晶圓片放入到充有保護氣體的合金爐內進行合金處理，使金屬鉬與矽形成良好的歐姆接觸； 7)將鉬矽合金後的矽晶圓片進行光刻處理，在金屬電極以外的區域形成光刻膠； 8)在經過步驟7)處理後的矽晶圓片的上表面蒸發多層金屬(8)； 9)剝離去除金屬上電極和金屬引出電極以外的步驟8)中蒸發的金屬，形成MOS電容。
2.根據權利要求1所述的MOS電容的製造方法，其特徵在於所述製造方法還包括步驟10):對經過步驟9)處理後的矽晶圓片在保護氣體的保護下進行烘焙處理。
3.根據權利要求1或2所述的MOS電容的製造方法，其特徵在於所述製造方法還包括步驟11):對經過步驟9)或步驟10)處理後的矽晶圓片進行劃片處理，形成一個個分立的MOS電容晶片。
4.根據權利要求1所述的MOS電容的製造方法，其特徵在於:步驟I)中氧化溫度為1100°C-1200°C，氧化層的厚度為 1000 義-1.2μπι。
5.根據權利要求1所述的MOS電容的製造方法，其特徵在於:步驟4)中金屬鉬的厚度為 50 A -300 A。
6.根據權利要求1所述的MOS電容的製造方法，其特徵在於:步驟6)中合金溫度為5000C _600°C，保護氣體為氮氣或氬氣。
7.根據權利要求1所述的MOS電容的製造方法，其特徵在於步驟8)中形成的多層金屬為:鈦-鉬-金系統各層控制的厚度為金屬鈦300 A -1500 A，金屬鉬的厚度在300 A-1500 A ,金屬金的厚度在I μ m-2 μ m。
8.根據權利要求1所述的MOS電容的製造方法，其特徵在於步驟8)中形成的多層金屬為:鈦-鎢-鉬-金系統，由於鎢對金的阻擋能力較強，則金屬鈦3OO A -1000 A，金屬鎢控制在100 A -1000 A，金屬鉬控制在100 A -1000 A，金屬金的厚度在I μ m-2 μ m。
9.根據權利要求2所述的MOS電容的製造方法，其特徵在於步驟10)中:烘焙溫度為2500C _350°C，烘焙時間為12小時-24小時，保護氣體為氮氣。
【文檔編號】H01L21/02GK104037062SQ201410256975
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月11日 優先權日:2014年6月11日
【發明者】霍彩紅, 張宏寶, 潘宏菽, 付興昌 申請人:中國電子科技集團公司第十三研究所