電力電子器件的壓點的金屬連線結構的製作方法
2023-06-29 22:33:36
專利名稱：電力電子器件的壓點的金屬連線結構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電力電子器件，尤其涉及電力電子器件的壓點的金屬連線結構。
背景技術：
電力電子器件的工作電流比較大、功率比較大、耐壓比較高，電力電子器件的壓點的區域往往是整個器件中發熱量最大的部位，壓點的位置的電流密度也是整個器件中最大的，出現電遷移的概率最高，電遷移是半導體器件製造工藝中最重要的一個失效機制。由於電力電子器件的壓點區域的電流密度較大，因此，電力電子器件的壓點區域 的金屬連線厚度也比較大(通常在2. 5 5微米)。然而，器件的其他區域金屬連線厚度通常只需0. 4 I. 5微米，其他區域金屬連線的線條寬度也通常只有0. 5 I. 5微米。這樣，對電力電子器件的壓點區域的金屬連線的刻蝕的時候，往往很容易引起其他區域金屬線條的侵蝕，特別是對其他區域細線條的侵害特別大、可能引起其他區域細線條的斷路。此外，由於電力電子器件的壓點區域的金屬連線的面積比較大、厚度也較大，因此，電力電子器件的壓點區域的金屬連線的應力也相對較大，應力問題也是半導體器件失效的重要因素。可見，在半導體器件製造工藝中，對於細線條的厚金屬層的反刻工藝是比較難以控制，電力電子器件的壓點區域的金屬連線結構及其製造工藝是影響該類器件性能的最重要因素，電力電子器件的壓點區域的金屬連線的問題，就可能造成整個器件金屬連線的質量問題，影響器件的穩定性、可靠性、有效性、使用壽命。如何改善金屬層工藝的侵蝕現象，如何提高金屬層刻蝕工藝質量，如何提高金屬連線工藝質量，已成為工程技術人員重要研究課題。
發明內容鑑於現有技術的不足，本實用新型的目的在於提供一種電力電子器件的壓點的金屬連線結構，該結構有效地消除產品失效機制、提高產品的性能、尤其是提高產品的壽命。為了實現上述目的，本實用新型的技術方案是一種電力電子器件的壓點的金屬連線結構，包括設有襯底區的電力電子器件，所述襯底區設有體區和壓點區，其特徵在於所述體區上設有第一介質薄膜層，所述第一介質薄膜層中部設有溝槽和接觸孔，所述第一介質薄膜層的溝槽和接觸孔的深度穿透第一介質薄膜層至壓點區；所述第一介質薄膜層的溝槽和接觸孔內由下往上依次設有鈦鎢過渡層和第一層壓點連線金屬層；所述第一介質薄膜層上設有第二介質薄膜層，所述第二介質薄膜層中部設有溝槽和接觸孔，所述第二介質薄膜層的溝槽和接觸孔的深度穿透第二介質薄膜層至第一介質薄膜層；所述第二介質薄膜層的溝槽內設有第二層壓點連線金屬層；所述第二介質薄膜層上設有表面鈍化保護層，所述表面鈍化保護層的中部設有壓點凹槽，所述壓點凹槽的深度穿透表面鈍化保護層至第二介質薄膜層。[0008]進一步地，所述第一介質薄膜層為單層介質薄膜層或多層複合介質薄膜層。進一步地，所述第一介質薄膜層為二氧化矽、氮化矽、多晶矽、硼矽玻璃、磷矽玻璃、硼磷矽玻璃、無摻雜矽玻璃、旋塗矽玻璃或正矽酸四乙脂的介質薄膜層。進一步地，所述鈦鎢過渡層的厚度為0. 03、. 05微米，優先選用0. 04微米。進一步地，所述第一層壓點連線金屬層和第二層壓點連線金屬層均為鋁矽銅合金層，其厚度均為I. 5^2. 5微米，優先選用2. 0微米。進一步地，所述第二介質薄膜層的接觸孔為多孔狀介質結構。進一步地，所述第二介質薄膜層為二氧化矽或氮化矽的介質薄膜層。進一步地，所述表面鈍化保護層為氮化矽或磷矽玻璃的保護層。 與現有技術相比較，本實用新型具有以下優點。(I)本實用新型改變了傳統的壓點金屬連線結構將傳統的單層厚金屬結構，改變為雙層薄金屬結構、兩金屬層中間夾著一層薄的多孔狀介質層，以便將兩個薄金屬層連通。這樣的改變，會引起三個變化①、可以極大改善壓點區域的應力結構、減少壓點應力報廢、提高成品率；②、可以較好地改善金屬層反刻工藝的侵蝕現象，提高刻蝕工藝質量，提高金屬連線工藝質量，使得厚金屬層的細線條工藝變得更加容易控制；③、整個過程工藝變動較少金屬布線掩膜版使用兩次，每次澱積金屬層厚度變為原來得二分之一；增加一個壓點孔狀介質層，該層掩膜版圖只須將壓點版圖作輕微變更。(2)本實用新型增加一層很薄的鈦鎢過渡層，該過渡層有三種作用①、增強內連線金屬層與有源區(包括壓點區)的附著力、增強歐姆接觸的效果、減小歐姆接觸的電阻、降低器件的發熱量；②、阻擋壓點連線金屬原子向有源區的擴散，以避免PN結、絕緣層、介質層的漏電、發揮光刻抗反射層作用，極大減弱壓點連線金屬層的光刻反射強度，以利於壓點連線金屬層的光刻對準工藝。(3)本實用新型採用特定配比的鋁矽銅合金中，取代純鋁或純銅，有三個好處①、這樣配比的鋁矽銅合金，比純鋁的抗電遷移能力提高了近兩個數量級，大大地降低了器件的失效機率、提高了器件的穩定性、延長了器件的使用壽命、這樣配比的鋁矽銅合金，比純鋁的功耗要小，減少RC信號延遲，增加器件晶片的速度；③、這樣配比的鋁矽銅合金，t匕純銅的硬度要小很多，易於刻蝕，生產工藝簡單且易於控制，減少金屬連線的侵蝕現象。
圖I為本實用新型實施例完成步驟I後的壓點區域結構示意圖。圖2為本實用新型實施例完成步驟2後的壓點區域結構示意圖。圖3為本實用新型實施例完成步驟3後的壓點區域結構示意圖。圖4為本實用新型實施例完成步驟4後的壓點區域結構示意圖。圖5為本實用新型實施例完成步驟5後的壓點區域結構示意圖。圖6為本實用新型實施例完成步驟6後的壓點區域結構示意圖。圖7為本實用新型實施例完成步驟7後的壓點區域結構示意圖。圖8為本實用新型實施例完成步驟8後的壓點區域結構示意圖。圖9為本實用新型實施例完成步驟9後的壓點區域結構示意圖。圖10為本實用新型實施例完成步驟10後的壓點區域結構示意圖。[0029]圖11為本實用新型實施例完成步驟11後的壓點區域結構示意圖。圖12為本實用新型實施例完成步驟12後的壓點區域剖視結構示意圖。圖13為本實用新型實施例完成步驟12後的壓點區域俯視結構示意圖。圖中1_體區，2-壓點區，3-第一介質薄膜層，4-鈦鎢過渡層，5-第一層壓點連線金屬層，6-第二介質薄膜層，7-第二層壓點連線金屬層，8-表面鈍化保護層，9-壓點凹槽。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型做進一步的闡述。為了方便說明，在以下的實施例中，相同的結構層次以相同的編號表示，所附圖樣、材料、層厚度、尺寸及其他細節，均是用於舉例說明之用，並非對本實用新型加以限制。參考圖12 13，一種電力電子器件的壓點的金屬連線結構，包括設有襯底區的電力 電子器件，所述襯底區設有體區I和壓點區2，其特徵在於所述體區I上設有第一介質薄膜層3，所述第一介質薄膜層3中部設有溝槽和接觸孔，所述第一介質薄膜層3的溝槽和接觸孔的深度穿透第一介質薄膜層3至壓點區2 ;所述第一介質薄膜層3的溝槽和接觸孔內由下往上依次設有鈦鎢過渡層4和第一層壓點連線金屬層5 ;所述第一介質薄膜層3上設有第二介質薄膜層6，所述第二介質薄膜層6中部設有溝槽和接觸孔，所述第二介質薄膜層6的溝槽和接觸孔的深度穿透第二介質薄膜層6至第一介質薄膜層3 ;所述第二介質薄膜層6的溝槽內設有第二層壓點連線金屬層7 ;所述第二介質薄膜層6上設有表面鈍化保護層8，所述表面鈍化保護層8的中部設有壓點凹槽9，所述壓點凹槽9的深度穿透表面鈍化保護層8至第二介質薄膜層6。在本實施例中，所述第一介質薄膜層3為單層介質薄膜層或多層複合介質薄膜層，所述第一介質薄膜層3為二氧化娃、氮化娃、多晶娃、硼娃玻璃、磷娃玻璃、硼磷娃玻璃、無摻雜矽玻璃、旋塗矽玻璃或正矽酸四乙脂的一種或多種介質薄膜層。在本實施例中，所述鈦鎢過渡層4的厚度為O. 03、. 05微米，優先選用O. 04微米。在本實施例中，所述第一層壓點連線金屬層5和第二層壓點連線金屬層7均為鋁矽銅合金層，其厚度均為I. 5^2. 5微米，優先選用2. O微米。在本實施例中，所述第二介質薄膜層6的接觸孔為多孔狀介質結構，所述第二介質薄膜層6為二氧化矽或氮化矽的介質薄膜層。在本實施例中，所述表面鈍化保護層8為氮化矽或磷矽玻璃的保護層。下面提供一種電力電子器件的壓點的金屬連線結構的製作方法，包括如下步驟。步驟1，如圖I所示，在矽片上完成了電力電子器件的襯底區、有源區(包括體區I和壓點區2)等前道工序的製作。步驟2，如圖2所示，在矽片上澱積單層介質薄膜層或多層複合介質薄膜層，如二氧化矽、氮化矽、多晶矽、硼矽玻璃、磷矽玻璃、硼磷矽玻璃、無摻雜矽玻璃)、旋塗矽玻璃或正矽酸四乙脂等第一介質薄膜層3。步驟3，如圖3所示，使用光刻和刻蝕的方法，在第一介質薄膜層3中，形成溝槽和接觸孔結構，接觸孔的深度要穿透第一介質薄膜層3，到達矽片襯底的有源區(包括壓點區2)。步驟4，如圖4所示，在矽片上澱積一層很薄的鈦鎢過渡層4，大約O. 04微米左右，該鈦鎢過渡層4有三種作用(I)、增強內連線金屬層與有源區(包括壓點區2)的附著力、增強歐姆接觸的效果、減小歐姆接觸的電阻、降低器件的發熱量；(2)、阻擋壓點連線金屬原子向有源區的擴散，以避免PN結、絕緣層、介質層的漏電；(3)、發揮光刻抗反射層作用，極大減弱壓點連線金屬層的光刻反射強度，以利於壓點連線金屬層的光刻對準工藝。步驟5，如圖5所示，在矽片上澱積第一層壓點連線金屬層5——招矽銅合金層，大約I. 5 2. 5微米左右。在鋁矽銅合金中，銅的含量O. 5% 4%，矽的含量O. 3% O. 5%。以這樣配比的鋁矽銅合金取代純鋁或純銅，有三個好處(1)、這樣配比的鋁矽銅合金，比純鋁的抗電遷移能力提高了近兩個數量級，大大地降低了電力電子器件的失效機率、提高了電力電子器件的穩定性、延長了電力電子器件的使用壽命；(2)、這樣配比的鋁矽銅合金，比純鋁的功耗要小，減少RC信號延遲，增加半導體器件晶片速度；(3)、這樣配比的鋁矽銅合金，比純銅的硬度要小很多，易於刻蝕，生產工藝簡單且易於控制，減少金屬連線的侵蝕現象。 步驟6，如圖6所示，使用金屬反刻方法，磨掉矽片表面的鋁矽銅合金，留下溝槽和壓點接觸孔中的鋁矽銅合金，構成第一層壓點連線金屬層5與矽片襯底有源區(壓點區域)的互連接觸，即完成了第一層壓點連線金屬層5與矽片襯底有源區(壓點區2)的金屬連線結構。步驟7，如圖7所示，在矽片上澱積第二介質薄膜層6，如二氧化矽(Si02)、或氮化娃(Si3N4)等介質薄膜層。步驟8，如圖8所示，使用光刻和刻蝕的方法，在第二介質薄膜層6中，形成溝槽和壓點接觸孔結構，在壓點區域要作成多孔狀的介質結構，溝槽和接觸孔的深度要穿透第二介質薄膜層6，到達矽片的第一層連線金屬層5 ;壓點區域的第二介質薄膜層6為介質薄膜孔狀結構。步驟9，如圖9所示，在矽片上澱積第二層壓點連線金屬層7—招矽銅合金層，大約I. 5 2. 5微米左右，鋁矽銅合金的配比與步驟5相同。步驟10，如圖10所示，使用金屬反刻方法，磨掉矽片表面的鋁矽銅合金，留下溝槽中和壓點接觸孔的鋁矽銅合金，構成第二層壓點連線金屬層7與第一層壓點連線金屬層5互連接觸，即完成了第二層壓點連線金屬層7與第一層壓點連線金屬層5的連線結構。步驟11，如圖11所示，在矽片上澱積一表面鈍化保護層8，如氮化矽、或磷矽玻璃等保護層。步驟12，如圖12 13所示，使用光刻和刻蝕的方法，在表面鈍化保護層8中，形成壓點凹槽9，最終形成了壓點區域金屬連線結構；其中，圖12為電力電子器件的壓點區域縱向剖面結構圖，圖13為電力電子器件的壓點區域俯視結構圖。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，凡依本實用新型申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本實用新型的涵蓋範圍。
權利要求1.一種電力電子器件的壓點的金屬連線結構，包括設有體區和壓點區的電力電子器件，其特徵在於所述體區上設有第一介質薄膜層，所述第一介質薄膜層中部設有溝槽和接觸孔，所述第一介質薄膜層的溝槽和接觸孔的深度穿透第一介質薄膜層至壓點區；所述第一介質薄膜層的溝槽和接觸孔內由下往上依次設有鈦鎢過渡層和第一層壓點連線金屬層；所述第一介質薄膜層上設有第二介質薄膜層，所述第二介質薄膜層中部設有溝槽和接觸孔，所述第二介質薄膜層的溝槽和接觸孔的深度穿透第二介質薄膜層至第一介質薄膜層；所述第二介質薄膜層的溝槽內設有第二層壓點連線金屬層；所述第二介質薄膜層上設有表面鈍化保護層，所述表面鈍化保護層的中部設有壓點凹槽，所述壓點凹槽的深度穿透表面鈍化保護層至第二介質薄膜層。
2.根據權利要求I所述的電力電子器件的壓點的金屬連線結構，其特徵在於所述第一介質薄膜層為單層介質薄膜層或多層複合介質薄膜層。
3.根據權利要求I或2所述的電力電子器件的壓點的金屬連線結構，其特徵在於所述第一介質薄膜層為二氧化娃、氮化娃、多晶娃、硼娃玻璃、磷娃玻璃、硼磷娃玻璃、無摻雜矽玻璃、旋塗矽玻璃或正矽酸四乙脂的介質薄膜層。
4.根據權利要求I所述的電力電子器件的壓點的金屬連線結構，其特徵在於所述鈦鎢過渡層的厚度為O. 03、. 05微米。
5.根據權利要求4所述的電力電子器件的壓點的金屬連線結構，其特徵在於所述鈦鎢過渡層的厚度為O. 04微米。
6.根據權利要求I所述的電力電子器件的壓點的金屬連線結構，其特徵在於所述第一層壓點連線金屬層和第二層壓點連線金屬層均為鋁矽銅合金層，其厚度均為I. 5^2. 5微米。
7.根據權利要求I所述的電力電子器件的壓點的金屬連線結構，其特徵在於所述第一層壓點連線金屬層和第二層壓點連線金屬層的厚度均為2. O微米。
8.根據權利要求I所述的電力電子器件的壓點的金屬連線結構，其特徵在於所述第二介質薄膜層的接觸孔為多孔狀介質結構。
9.根據權利要求I所述的電力電子器件的壓點的金屬連線結構，其特徵在於所述第二介質薄膜層為二氧化矽或氮化矽的介質薄膜層。
10.根據權利要求I所述的電力電子器件的壓點的金屬連線結構，其特徵在於所述表面鈍化保護層為氮化矽或磷矽玻璃的保護層。
專利摘要本實用新型涉及一種電力電子器件的壓點的金屬連線結構，包括設有體區和壓點區的電力電子器件，所述體區上設有第一介質薄膜層，所述第一介質薄膜層中部設有深度穿透第一介質薄膜層至壓點區的溝槽和接觸孔；所述第一介質薄膜層的溝槽和接觸孔內由下往上依次設有鈦鎢過渡層和第一層壓點連線金屬層；所述第一介質薄膜層上設有第二介質薄膜層，所述第二介質薄膜層中部設有深度穿透第二介質薄膜層至第一介質薄膜層的溝槽和接觸孔；所述第二介質薄膜層的溝槽內設有第二層壓點連線金屬層；所述第二介質薄膜層上設有表面鈍化保護層，所述表面鈍化保護層的中部設有深度穿透表面鈍化保護層至第二介質薄膜層的壓點凹槽。該結構有效地消除產品失效機制、提高產品的性能。
文檔編號H01L23/49GK202434502SQ20112057041
公開日2012年9月12日 申請日期2011年12月31日 優先權日2011年12月31日
發明者林善彪, 林立桂, 梅海軍, 江桂欽, 熊愛華, 石建武 申請人:福建福順微電子有限公司