一種形成薄和厚金屬層的方法
2023-08-05 05:22:16
專利名稱：一種形成薄和厚金屬層的方法
技術領域：
本發明涉及半導體器件的製造，特別涉及所謂的「智能功率」器件的製造，此種器件包括通常是垂直MOS電晶體的功率元件和在同一矽片的控制邏輯部分。
為生產這種器件，必須結合應用功率和邏輯線路的技術，尤其牽涉到由金屬化層形成的各種連接尺寸的巨大差別。事實上，器件邏輯部分的金屬化層密度必須很高。技術上，這就要求金屬化層特別薄，其原則是金屬化層的厚度比之半寬要小。由於邏輯線路傳導較小的相應於邏輯信號的電流，其金屬化層不會因此而造成大的損傷。而元件功率部分的金屬化層傳導電流高，相應地，它必須較邏輯部分的寬且厚。
現有技術中，提出了各種技術用以形成「薄」和「厚」金屬化層，並儘可能減少形成步驟。應注意到即使提到「厚」金屬化層，本發明還是涉及到薄層技術，即「厚」金屬化層的厚度在1-4μm範圍，通常為2-3μm，而所謂的薄金屬化層具有小於1μm的厚度。
圖1A-1D示意說明在現有技術中形成金屬化層的連續步驟的方法，它們為剖面圖。
圖1A表示基片1，通常是矽基片，在其內形成了理想的擴散結構，並且局部覆蓋有絕緣層、門區等，在基片1中沉積了由導電金屬材料形成的第一金屬層2。第一金屬層2的厚度是由形成器件的邏輯部分的電連接來設計的。在第一金屬層2上沉積了由感光材料製成的層3，它是用來光刻的，以下稱為保護層。第一金屬層3僅形成於基本對應於在後續步驟要形成希望的薄和厚的連接的位置。
如圖1B所示，光刻步驟形成對應於器件邏輯部分連接的第一金屬區M1-1和M1-2，和對應於功率部分連接的第二金屬區M1-10。然後，在第一金屬區M1-1和M1-2外覆蓋一層保護層5。保護層5具有一個開口6，它對應於第二金屬區M1-10。層5中的開口6是通過形成的抗蝕沉積和光刻來形成的。
圖1C中，第二金屬層7和第二保護層8沉積於基片1上，第二保護層8形成於基本對應第二金屬區M1-10的位置。
圖1D示出蝕刻第二金屬層7後的結構情形。可以看到第二金屬層M2-10仍處於對應第一金屬層M1-10的位置之上。
以上表明，這種方法包括包含三次光刻，第一次光刻針對第一金屬層2，第二次光刻針對保護層5，第三次光刻針對第二金屬層7。眾所周知，光刻是相當困難和耗時間的;還有一缺點就是，如果要求保留保護層材料到最後步驟，則它必須是絕緣材料，故圖1D中層5的材料只能從有限幾種材料中選擇，圖示方法的另一缺點是，由於屏蔽位置不準確，第二金屬化層不能正好覆蓋住第一金屬化層。圖1D還可看出，保護層5還會稍為蓋住M1-10附近第一金屬化層的周邊。另一方面，如果要除掉保護層5還會有別的問題，因為金屬區M1-10和M2-10的周邊將會遭到側面的再蝕刻。
為減少光刻操作的次數，現有技術中亦提出通過蝕刻和除底層而去層的，但這些步驟工業控制很困難，還帶來汙染。
本發明的目的是解決以上問題。
本發明的第一個目的是提供一個製備薄和厚金屬化層的方法，此方法並不使原有過程複雜化，但卻減少了光刻次數。
另一個目標是提供一種使第二層金屬化層非常好地迭合到第一層上並互相一致形成厚區的方法。
為達到這兩個目的，本發明提供一種在基片上形成具有第一種厚度的第一金屬區，和具有第二種厚度的第二金屬區，且第二厚度比第一厚度大的方法。該方法包含以下步驟在基片上沉積第一種厚度的第一金屬層;選用相對於第一金屬層選擇性可蝕刻的材料沉積形成一屏蔽層;按確定第一金屬區的輪廓光刻屏蔽層;沉積第二金屬層;沿確定第二金屬區的輪廓生成一保護層;光刻第一和第二金屬層;這樣，具有第一種厚度的第一金屬區通過用一屏蔽層覆蓋第一金屬層而形成，而具有第二種厚度的第二金屬區是由保護層覆蓋第一、二層金屬的迭合形成的。
按本發明的一個實施方案，蝕刻步驟採用了活性離子蝕刻。
按本發明的一個實施方案，選用SiO2或鎢作為屏蔽材料。
按本發明的一個實施方案，沉積第一、二金屬層的步驟包括從由Al，Al-Ti，Al-Cu，Al-Si，Al-Ti-Si，以及Al-Cu-Si組成的材料組中選擇每層的組份。
按本發明的一個實施方案，沉積第二金屬層的步驟包含生成第二種厚度比第一金屬層的第一種厚度厚的第二金屬層。
按本發明的一個實施方案，第一金屬層製成厚度約小於1μm，而第二金屬層製成具有約2～3μm的第二種厚度。
結合附圖和本發明的下面詳細描述，可清楚看出本發明的上述和其它目的、特性、優點等各方面。
圖中相同的參考代碼代表相同的元件圖1A-1D表示按現有技術方法的連續步驟的結構的剖視圖。
圖2A-2D表示按本發明的一個實施方案的方法連續步驟的結構的剖視圖。
據圖2A中所示的本發明的方法，第一金屬層2沉積於基片1上，由相對於金屬可選擇性蝕刻的材料製成的屏蔽層11沉積於基片1和第一金屬層2上。其後再沉積第一保護層13，對第一保護層13屏蔽和蝕刻，以便只在需要形成金屬化層的第一區的上方留有保護區。
如圖2B所示，進行蝕刻操作到在屏蔽層11上剩下預定的屏蔽區11-1和11-2。屏蔽區11-1和11-2處於要求有金屬化層的區域之上，這一步刻蝕不影響第一金屬層2。
圖2C所示，第二金屬層7(與第一金屬層相容但不必要完全一樣)沉積於基片1上。保護層14沉積於第二金屬層7中要求形成厚金屬化層的第二區。然後作一次蝕刻，使用在不影響屏蔽層11上的屏蔽區11-1和11-2的前提下蝕刻第一、二金屬層的方法。
圖2D的結構是通過蝕刻保護層14後得到的，蝕刻過程同時產生薄金屬區M1-1和M1-2，以及由對應於第一、二金屬沉積區迭加產生的厚金屬區M1-10和M2-10。
這種方法的優點是比蝕刻三次的現有技術中少蝕刻一次。
本發明的另一個優點是兩金屬層相互一致的迭合形成一厚金屬化層，而沒有在其界面區的周圍產生絕緣層5(參見圖1D)。
屏蔽層11的材料必須是相對於金屬層2和7的可選擇性蝕刻的。一般講，用於半導體金屬化層的金屬層可以包括鋁，如需要的話，可用鋁與銅或鈦等的金屬合金，也可是以上金屬與矽的合金。這樣，這些金屬化層可由Al，Al-Ti，Al-Cu，Al-Si，Al-Cu-Si，Al-Ti-Si等組成。而且，為獲得垂直開口，可用傳統的活性離子蝕刻(RIE)或等離子體增強活性離子蝕刻(PERIE)方法。在這些方法中，上面提到的材料在氯等離子體存在下受到刻蝕(比如氯或氯化硼)。因此屏蔽層11的材料須從能被溼性蝕刻(wetetching)或離子活性蝕刻的材料中挑選，但在含氟等離子體，如CF4或SF6等離子體時，應考慮到這些含氟等離子體不適合於蝕刻以上普通金屬層。
屏蔽層11的材料可以是絕緣材料如氧化矽或高熔點材料如鎢。由於金屬化層M1-1和M1-2在最後一步被這種材料的屏蔽區11-1和11-2覆蓋，絕緣材料和導電材料的選擇，決定於元件製造的後續步驟。
習慣上，屏蔽層11厚度約0.1～0.3μm，第一金屬層2厚度小於1μm，第二金屬層7厚度在約2～3μm的範圍內。
第一、二金屬層2和7可用同一材料，也可用不同的材料製成。第一金屬層2的材料須選擇與底層粘接良好並與將建立接觸的基片的單晶矽或多晶矽有良好的歐姆接觸。
應當注意，本發明的方法提供的連續步驟，特別是最後的蝕刻步驟、與檢測蝕刻結束的傳統方法相容。更一般地說，對於本領域熟練技術人員都很清楚，在不背離本發明範圍和精神的前提下可對上述公開的優選實施方案進行各種改變。更具體地說，這些改變涉及層的尺寸和所用的材料，以及蝕刻的模式。
在描述了本發明的一個特定實施方案以後，對本領域的熟練技術人員來說，可以很容易想出各種替換、改變和改進。這些替換，改變和改進都確定為本公開的一部分，並確定在本發明的精神和範圍內。因此，上面描述僅僅是示範性的，並不確定為限制本發明。本發明限制在下面主權項和從屬權項確定的範圍內。
權利要求
1.一種方法，它在基片上形成第一種厚度的第一金屬區(M1-1，M1-2)及比第一種厚度厚的第二種厚度的第二金屬區(M1-10，M2-10)，包括以下步驟沉積第一種厚度的第一金屬層(2)；沉積相對於第一種金屬層可選擇性蝕刻的材料的一層(11)；沿第一區輪廓光刻上述的材料；沉積第二金屬層(7)；沿第二區輪廓形成屏蔽層(14)；以及蝕刻所述第一和第二金屬層。因此，在用上述材料覆蓋的位置保留了第一種厚度的第一層，和在第二金屬層和第一金屬層的迭合處中對應於用所述屏蔽層覆蓋的位置保留了第二種厚度的第二層。
2.一種如權利要求1的方法，其中的金屬通過活性離子蝕刻法而蝕刻。
3.一種如權利要求1的方法，其中所述材料是SiO2。
4.一種如權利要求1的方法，其中所述材料是鎢。
5.一種如權利要求1的方法，其中各金屬層的組份選自由Al，Al-Ti，Al-Cu，Al-Si，Al-Ti-Si和Al-Cu-Si組成的材料組。
6.一種如權利要求1的方法，其中第二金屬層(7)厚於第一層(2)。
7.一種如權利要求6的要求其中第一金屬層的厚度小於1μm。
8.一種如權利要求6的方法，其中第二金屬層厚度約2～3μm。
全文摘要
本方法在基片上形成第一種厚度的第一金屬區和第二種厚度的第二金屬區，其中第二種厚度大於第一種厚度。該方法包括下面步驟沉積第一種厚度的第一金屬層；沉積相對於第一金屬層可選擇性蝕刻的材料的屏蔽層，沿確定第一金屬區輪廓光刻屏蔽層；沉積第二金屬層；沿確定第二金屬區的輪廓形成一層保護層；蝕刻第一和第二金屬層。
文檔編號H01L21/768GK1108003SQ94119100
公開日1995年9月6日 申請日期1994年12月1日 優先權日1993年12月3日
發明者J·希門尼斯 申請人:Sgs-湯姆森微電子公司