一种高温SOI器件中金属互联的制作方法与流程

一种高温soi器件中金属互联的制作方法
技术领域
1.本发明涉及半导体工艺技术领域，特别涉及一种高温soi器件中金属互联的制作方法。


背景技术：

2.航空航天、油气勘探、汽车电子及核工业等领域对传感器、信号处理器和专用集成电路等电子元器件耐受高温环境的能力提出日益紧迫的需求。
3.随着温度升高，金属原子与载流子碰撞发生动量交换、扩散机率增大，金属层形成空洞或小丘的现象剧增，导致高温下金属互联结构电迁移失效越来越严重，器件产生短路或者开路，导致整体电路失效。
4.由于金属铝电阻小、加工简单，传统金属互联结构通常采用金属铝作为金属互联层的材料。但是金属铝的抗电迁移能力弱，在高温下电迁移失效严重，温度应用范围受限，器件在250℃以上的高温下使用寿命短，无法长期使用。
5.目前，高温电子元器件受制于高温下金属电迁移失效严重等可靠性问题，缺少高温下可靠稳定的电子元器件。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种高温soi器件中金属互联的制作方法，以解决当前电子器件在高温下应用的电迁移可靠性的不足的问题。
7.为解决上述技术问题，本发明提供了一种高温soi器件中金属互联的制作方法，包括：
8.在待加工器件的表面依次生长刻蚀停止层和金属间介质层；
9.涂覆光刻胶层，刻蚀形成金属开孔区；
10.在表面淀积金属互联层，所述金属互联层由阻挡层和钨金属层组成；
11.研磨金属互联层至露出金属间介质层，在表面淀积钝化层；
12.在所述钝化层上方涂覆光刻胶层，刻蚀制作引线区。
13.在一种实施方式中，所述阻挡层为ti/tin阻挡层，由厚度为的ti和厚度为的tin构成，所述钨金属层的厚度为
14.所述ti/tin阻挡层的淀积工艺条件为：靶材为纯度99.99％的ti和tin，功率为300～500w，气压为0.5～1pa；
15.钨金属层的淀积工艺条件为：反应气体为sih4、wf6和h2，衬底温度为400～600℃，反应腔室压力为500～1000mthorr，功率为400～600w。
16.在一种实施方式中，所述刻蚀停止层的材料为sion，厚度为通过化学气相沉积cvd工艺生长形成，工艺条件如下：反应气体为sih4和n2o，衬底温度为350～650℃，反应腔室压力为500～1000mthorr，射频功率为80～150w。
17.在一种实施方式中，所述金属间介质层为掺杂氟的硅玻璃fsg，其厚度为通过化学气相沉积cvd工艺生长形成，工艺条件如下：反应气体为sih4、sif4和o2，衬底温度为300～500℃，反应腔室压力500～1000mthorr，射频功率为80～150w。
18.在一种实施方式中，所述金属开孔区为倒梯形，贯穿金属间介质层和刻蚀停止层，露出待加工器件的表面；所述金属开孔区半高处的尺寸为0.26um。
19.在一种实施方式中，所述钝化层的材料为sio2，厚度为通过化学气相沉积cvd工艺淀积形成，工艺条件如下：反应气体为sih4和n2o，衬底温度350～650℃，反应腔室压力500～1000mthorr，射频功率为80～150w。
20.在本发明提供的一种高温soi器件中金属互联的制作方法中，在待加工器件的表面依次生长刻蚀停止层和金属间介质层；涂覆光刻胶层，刻蚀形成金属开孔区；在表面淀积金属互联层，所述金属互联层由阻挡层和钨金属层组成；研磨金属互联层至露出金属间介质层，在表面淀积钝化层；在所述钝化层上方涂覆光刻胶层，刻蚀制作引线区。本发明针对性开发了高温钨金属互联工艺，使得基于本发明的标准电迁移测试结构在高温下的电迁移寿命为目前传统铝工艺的金属可靠性寿命的数倍，提升了器件可靠性与使用寿命；另外针对性开发的金属互联结构与工艺，通过刻蚀金属间介质层、淀积金属实现倒梯形金属互联结构，能够与0.15um高温soi cmos前端工艺技术兼容，不需要更改前端器件工艺设计，降低了工艺开发成本。
附图说明
21.图1是通过常规手段制备出的高温soi器件的结构示意图。
22.图2是在待加工器件上生长sion停止层的示意图。
23.图3是在sion停止层上淀积金属间介质层imd的示意图。
24.图4是刻蚀形成金属开孔区的示意图。
25.图5是淀积金属互联层的示意图。
26.图6是采用化学机械抛光cmp工艺磨掉多余金属互联层的示意图。
27.图7是淀积钝化层的示意图。
28.图8是刻蚀出引线区的示意图。
29.图9是本发明金属互联结构的实际tem解剖图。
30.图10是基于本发明的标准电迁移测试结构在高温下的电迁移寿命示意图。
具体实施方式
31.以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种高温soi器件中金属互联的制作方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
32.本发明提供一种制作高温soi器件的金属互联结构的方法，其具体的实施步骤如下：
33.本领域技术人员理解，通过常规手段制备出已完成前端工艺，做好源、漏、栅电极
并且引出接触孔的待加工器件，该待加工器件如图1，为高温soi器件。
34.如图2，在所述高温soi器件上，利用化学气相沉积cvd工艺生长sion停止层；所述sion停止层的厚度为形成所述sion停止层的淀积工艺条件如下：反应气体为sih4和n2o，衬底温度为350～650℃，反应腔室压力为500～1000mthorr，射频功率为80～150w；
35.如图3，在所述sion停止层上利用化学气相沉积cvd工艺淀积一层掺杂氟的硅玻璃fsg(fluorinated silica glass，氟化硅玻璃)，作为金属间介质层imd；所述金属间介质层imd的厚度为所述金属间介质层imd的淀积工艺条件如下：反应气体为sih4、sif4和o2，衬底温度为300～500℃，反应腔室压力500～1000mthorr，射频功率为80～150w；
36.如图4，在所述金属间介质层imd的上方涂胶形成光刻胶层，光刻出金属开孔区，并利用腐蚀工艺刻蚀掉开孔区的金属间介质层imd和sion停止层，去除光刻胶后清洗；其中所述金属开孔区半高处的尺寸d为0.26um；
37.如图5，在形成金属开孔区的金属间介质层imd上采用物理气相沉积pvd工艺淀积金属互联层；所述金属互联层由ti/tin阻挡层、以及w金属层组成；其中所述ti/tin阻挡层由厚度为的ti、厚度为的tin组成，w金属层的厚度为ti/tin阻挡层的淀积工艺条件为：靶材为纯度99.99％的ti和tin，功率为300～500w，气压为0.5～1pa；w金属层的淀积工艺条件为：反应气体为sih4、wf6和h2，衬底温度为400～600℃，反应腔室压力为500～1000mthorr，功率为400～600w；
38.如图6，采用化学机械抛光cmp工艺磨掉多余的金属互联层，并清洗吹干；
39.如图7，在w金属上方利用化学气相沉积cvd淀积钝化层；所述钝化层的材料为sio2，厚度为形成钝化层的加工工艺条件如下：反应气体为sih4和n2o，衬底温度350～650℃，反应腔室压力500～1000mthorr，射频功率为80～150w；
40.如图8，在所述钝化层上方涂胶形成光刻胶层，光刻出引线区，利用腐蚀工艺刻蚀，完成引线区的制作。
41.如图9所示，为通过上述方法制备出结构的实际tem(透射电子显微镜)图；基于本发明的标准电迁移测试结构在高温下的电迁移寿命为目前传统铝工艺的金属可靠性寿命的数倍，如图10所示，本发明的方法提升了器件可靠性与使用寿命。
42.上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。