一种SiCMOSFET铜基正面金属互连结构及其制造方法与流程

本发明涉及半导体碳化硅功率器件领域，具体地，涉及一种sic mosfet铜基正面金属互连结构。

背景技术：

1、目前，业界主流sic mosfet正面金属化体系普遍采用ti/tin双层薄膜作为al-0.5%cu合金与下方器件层之间的粘附层与阻挡层。在该结构中，ti层主要用于提供对sio2、sic欧姆合金层和多晶硅（poly-si）界面的粘附力，而tin层则作为主要的物理阻隔层，以防止al原子在工艺及工作过程中向下渗透。

2、但是，在物理气相沉积（pvd）过程中，tin薄膜普遍呈现典型的柱状晶生长模式。在晶粒与晶粒之间，存在大量贯穿薄膜厚度的纵向晶界，这些晶界区域原子排列疏松、密度较低，为al原子提供了低激活能的扩散通道。与此同时，薄膜内部不可避免存在的微缺陷（如针孔、位错管道）以及ti/tin、tin/alcu之间的异质界面，亦成为al原子沿水平与垂直方向迁移的寄生路径。

3、而且，高温与动态热应力环境会显著加速al原子的渗透动力学过程。 当sic功率器件在典型的175℃~200℃高温存储工况下长期工作时，al原子的热运动能量剧增，其沿上述晶界与缺陷的扩散速率呈指数级上升。尤其是在器件实际工作过程中，冷热功率循环引发的交变热应力会不断诱导ti/tin阻挡层内部萌生微裂纹，导致阻挡层的完整性与致密性在长时服役过程中持续退化。

4、最终后果表现为栅极区域电学性能的持续不可逆劣化。通过渗透穿过阻挡层的al原子将最终抵达多晶硅栅极区域。由于al属于浅能级受主杂质或具有复合中心效应，其在多晶硅晶界处的偏析与富集会引发栅极串联电阻漂移抬升、开关速度衰减、动态阈值电压稳定性下降等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种sic mosfet铜基正面金属互连结构，该sic mosfet铜基正面金属互连结构能够彻底解决alcu体系无法根除的al高温扩散劣化问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种sic mosfet铜基正面金属互连结构，sicmosfet铜基正面金属互连结构设置于sic mosfet器件的正面有源区上，自下而上依次包括：

3、复合阻挡层，其叠设于源级通孔区域功能接触层之上、栅极通孔区域栅poly之上和介质层之上，复合阻挡层由底层的粘附缓冲层和上层的阻隔层组成，第一阻隔层和第二阻隔层交替堆叠形成阻隔层；

4、主互连层，其叠设于复合阻挡层之上。

5、优选地，阻隔层的氮含量沿厚度方向自下而上呈梯度递增。

6、优选地，粘附缓冲层21为能够与基板形成的稳定粘附的金属。

7、优选地，粘附缓冲层的厚度为5~500nm。

8、优选地，复合阻挡层的厚度为30~800nm。

9、优选地，主互连层设置为纯铜。

10、优选地，纯铜的主互连层厚度为2~5μm。

11、本发明还提供一种sic mosfet铜基正面金属互连结构的制造方法，包括：

12、s1、完成sic mos源漏注入结构、终端保护环结构、栅极等工艺，沉积ild介质并刻蚀得到源级接触窗口；

13、s2、在源极接触窗口内沉积功能接触层并进行退火处理，得到功能接触层；

14、s3、在晶圆表面进行栅极开孔，然后制造复合阻挡层；

15、s4、在s3得到的晶圆表面制造主互连层；

16、s5、去除未被主互连层覆盖的复合阻挡层得到sic mosfet铜基正面金属互连结构。

17、优选地，步骤s4中包括：

18、s4.1、在晶圆表面溅射铜种子层；

19、s4.2、在s4.1得到的晶圆表面涂覆光刻胶并图案化得到有开口位置的掩膜层；

20、s4.3、在s4.2得到的晶圆表面电镀制造厚纯铜主互连层；

21、s4.4、采用剥离工艺，去除有光刻胶，保留掩膜层开口位置的厚铜；

22、s4.5、采用湿法腐蚀的方式，去除无厚cu位置的种子层及复合阻挡层。

23、优选地，在s4.5得到的晶圆表面，通过湿法腐蚀的方式，去除未被主互连层覆盖的复合阻挡层。

24、优选地，沉积sin钝化介质、光刻开窗，采用含铜离子螯合剂的专用清洗液，去除晶圆表面游离cu离子，控制表面cu残留≤1×10¹0atoms/cm²。

25、根据上述技术方案，本发明的功能接触层设置于所述sic mosfet的源极区域，用于将半导体sic与上方的金属互连层连接起来，形成一个稳定且电阻极低的欧姆接触，功能接触层的材料会与sic在高温下发生反应，生成一层新的化合物。这层化合物相当于一个过渡区，使电流可以轻松、线性地通过，形成理想的欧姆接触。功能接触层可以使用钴 (co)、钛 (ti)、镍铝 (nial) 合金、镍（ni）或者一些难熔金属及其硅化物。

26、一种实施方式中，在sic mosfet源极区域，功能接触层选择镍（ni）形成ni(40~80nm)欧姆接触层，经950~1050℃高温rta退火形成稳定低阻ni-sic欧姆合金界面。在mos栅极通孔区域，重掺多晶硅栅极直接接触底层的粘附缓冲层，依托重掺硅极高载流子浓度的隧穿效应，形成低阻稳定类欧姆接触，接触电阻远优于传统ti/poly接触结构，无高温硅化、无界面劣化。

27、复合阻挡层由底层的粘附缓冲层和上层的阻隔层组成，其中上层的阻隔层由第一阻隔层和第二阻隔层交替堆叠形成，堆叠形成的阻隔层具有更好的结构致密性。

28、一种实施方式中，ta是底层粘附层，tan和tin分别为第一阻隔层和第二阻隔层。在制造阻隔层时，溅射的tin薄膜具有柱状晶结构，晶粒之间天然存在贯穿薄膜厚度的纵向晶界通道，上层的金属原子恰好可以沿着这些垂直晶界进行快速扩散，因此，单层tin挡不住高温下金属原子的渗透。

29、本发明的阻隔层将tan和tin进行纳米级交替堆叠，每沉积一层tan都会打断下层薄膜的柱状晶生长，强制晶粒重新成核。这就形成了多层弯曲、错位、不连通的晶界网络。上层金属原子要穿过这层阻挡层，就必须在无数个横向界面处反复绕行，扩散路径被指数级延长。

30、该复合阻挡层还能够阻挡同时阻隔下层ti/ni金属向上互扩散。ta（钽）替代传统方式的ti作为粘附缓冲层。ta与ni的互扩散系数极低，且ta在500℃以下几乎不与ni发生化学反应。使用过程中，即使下层有少量ni或ti原子凭借高温动能挣脱晶格束缚，进入了粘附缓冲层，这些原子也会被上述阻隔层阻挡。

31、阻隔层内交替堆叠的结构能打断柱状晶，形成类似迷宫的晶界网络，该晶界网络对于自下而上往上逃逸的ni或ti原子，同样有效。每一层tan/tin界面都迫使原子必须横向绕行、重新形核，垂直向上的直达路径被彻底切断。

32、因此，该sic mosfet铜基正面金属互连结构通过设置复合阻挡层，能够彻底解决alcu体系无法根除的al高温扩散劣化问题，而且还能够有效阻止下方的ni或ti原子扩散。

33、本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。