Bipolar电路的一种引线孔结构及制造方法

文档序号:6996223
专利名称:Bipolar电路的一种引线孔结构及制造方法
技术领域
本发明涉及集成电路制造工艺技术领域,尤其涉及临近亚微米小规则Bipolar电路的引线孔制造工艺及其制造方法。
背景技术
Bipolar电路中引线孔大小由工艺平台的最小线宽决定,引线孔的铝台阶覆盖率是影响集成电路对称性及可靠性的重要指标。3. Oum及以上工艺平台上制造的Bipolar电路,各光刻层次包引线孔规则相对大, 允许横向侵蚀余量相对大,同时引线孔纵宽比相对小,通常采用纯湿法腐蚀工艺,刻蚀后引线孔台阶为大的碗口状(见图1),溅铝后台阶覆盖良好。1. 5um与2. Oum工艺平台上制造的Bipolar电路,各光刻层次包引线孔规则相对缩小,横向侵蚀余量少,引线孔纵宽比会变大,通常采用干法加湿法腐蚀工艺,刻蚀后引线孔台阶比较陡(见图幻,溅铝后台阶覆盖减少,但铝台阶覆盖可保证在25 %以上,同时可通过电迁移可靠性试验在环境温度200°C,试验电流密度1. 0e6A/cm2条件下,Bipolar电路的寿命仍大于100年。1.5um及以上工艺平台上制造的Bipolar电路的引线孔工艺,腐蚀后引线孔台阶最边上为一个尖角,不利于金属覆盖,为此一般在溅铝前清洗,如采用MERCURY MP自动清洗机FSI,利用氢氟酸把尖角腐蚀掉(只能稍微腐掉),改善金属覆盖。0. 8um工艺平台上制造的Bipolar电路,各光刻层次包引线孔规则更小,基本不允许横向侵蚀,引线孔纵宽比会相对大,通常采用两步干法或湿法加干法腐蚀工艺,刻蚀后引线孔台阶上半部分为碗口状,下半部分为基本垂直到底(见图3),为此虽然引线孔纵宽比会很大,但由于有碗口缓冲作用,溅铝后台阶覆盖良好。由1.5um工艺平台跨越到0. Sum工艺平台,需要更新替代更昂贵的光刻设备组 (如 NSR1755i7A、NSR 1755 7Β)和刻蚀设备(如 LAM4520、Gasonics AE2001)组;对于引线孔工艺,0. Sum工艺平台设备组有相应的干刻设备来加工碗口工艺,也有相应的干刻设备 (如P5000)来加工干刻到硅的软刻蚀工艺。1. 0 1. 2um工艺平台是在1. 5um工艺平台设备组基础上开发,各光刻层次引线孔规则相对1.5um工艺进一步缩小,底部要求横向侵蚀余量更小,随着引线孔缩小及孔介质厚度增加(满足部分小规则产品高压工艺需求,提高寄生MOS耐压),引线孔纵宽比会相对变大,采用干法加湿法腐蚀工艺做出来的引线孔,溅铝后台阶覆盖变差,需要改善;但采用 0. Sum工艺平台设备组加工碗口工艺,成本又相对高,不利于制造成本的降低。

发明内容
本发明提供一种Bipolar电路的引线孔结构,及Bipolar电路的引线孔的制造方法。Bipolar电路的引线孔结构依次包括设有极区的硅基底、在所述硅基底上的底层氧化硅薄膜层、在所述底层氧化硅薄膜层上的顶层氧化硅薄膜层、所述顶层氧化硅薄膜层上的氮化硅层及引线孔,所述引线孔贯穿底层氧化硅薄膜层、顶层氧化硅薄膜层,引线孔顶部周围由氮化硅层形成保护环。进一步,所述的顶层氧化硅薄膜层为增密的顶层氧化硅薄膜层。

进一步,所述的底层氧化硅薄膜层为底层热生长氧化硅薄膜层。进一步,所述Bipolar电路的引线孔靠近所述底层氧化硅薄膜层的部分成底部斜孔、靠近顶层氧化硅薄膜层的部分呈顶部斜孔,底部斜孔与顶部斜孔之间部分为中间斜孔。所述顶部斜孔的水平角度θ 1在40 60度之间,中间斜孔的垂直角度θ 2在 10度之间,底部斜孔的水平角度θ 3在30 45度之间。所述底层热生长氧化硅薄膜的厚度在800 1000Α之间。所述顶层氧化硅薄膜的厚度在3500 8000Α之间。根据不同产品耐压需求制定, 如Bipolar电路工作电压为3 8V时,顶层氧化硅薄膜的厚度为3500A; Bipolar电路工作电压为10 20V时,顶层氧化硅薄膜的厚度为5000A; Bipolar电路工作电压为30 40V 时,顶层氧化硅薄膜的厚度为8000A。所述氮化硅薄膜的厚度在300 800A之间。Bipolar电路的引线孔结构制造方法,包括如下步骤(1)在设有极区的硅基底上形成底层氧化硅薄膜层;(2)在步骤(1)所述底层氧化硅薄膜层上淀积形成顶层氧化硅薄膜层;(3)在所述顶层氧化硅薄膜层上淀积氮化硅薄膜层;(4)对步骤(3)所述氮化硅薄膜的部分区域进行光刻、刻蚀,所述部分区域为后续引线孔光刻窗口及引线孔光刻窗口向外延伸的部分区域,即引线孔的预刻蚀区域;引线孔的预刻蚀区域以外的氮化硅薄膜保留,形成引线孔周围的氮化硅保护环;(5)对步骤(4)所述的引线孔的预刻蚀区域进行光刻、刻蚀,形成引线孔。进一步,在步骤(2)完成之后对所述顶层氧化硅薄膜层进行退火增密,然后再进行步骤⑶;利用如上制造方法最终形成的所述底层氧化硅薄膜的厚度在800 1000A之间。利用如上制造方法最终形成的所述顶层氧化硅薄膜的厚度在3500 8000A之间。根据不同产品耐压需求制定,如Bipolar电路工作电压为3 8V时,顶层氧化硅薄膜的厚度为3500A; Bipolar电路工作电压为10 20V时,顶层氧化硅薄膜的厚度为5000A; Bipolar电路工作电压为30 40V时,顶层氧化硅薄膜的厚度为8000A。利用如上制造方法最终形成的所述氮化硅薄膜的厚度在300 800A之间。步骤(1)所述底层氧化硅薄膜使用常规炉管热氧化生长形成。步骤(2)所述顶层氧化硅薄膜采用等离子增强化学气相淀积的方式淀积形成。步骤(4)所述的对氮化硅薄膜进行光刻方法为常规光刻工艺,刻蚀的方法为常规干法刻蚀工艺。所述的氮化硅保护环可以为步骤(5)的过程中起到增加表面黏附性的作用,避免大区域光刻胶脱落。所述顶层氧化硅薄膜层进行增密通过低温氢氧工艺退火实现,所述增密条件决定顶层氧化硅薄膜层在步骤(5)的刻蚀工艺中的湿法腐蚀速率,一般控制顶层氧化硅薄膜湿法腐蚀速率是底层氧化硅薄膜的2 3倍。步骤( 所述光刻工艺为经过勻胶、曝光、显影、显影后烘烤,其中,所述勻胶的厚度在0. 8 1. Oum之间;步骤(5)所述刻蚀工艺为(51)第一步打胶;(52)干法刻蚀;(53)第二部打胶;(54)湿法刻蚀;(55)湿法去胶。进一步,步骤(51)和步骤(5 所述打胶,为刻蚀前清除浮渣(descum)的工序;其中步骤(51)所述的第一步打胶作用为去除显影后残留的光刻胶底膜,改善干刻均勻性。步骤(5 所述的干法刻蚀,控制引线孔底部氧化硅薄膜留膜厚度500 1000A,控制目标值为 800A,剩余底部氧化硅薄膜留膜在步骤(54)的湿法刻蚀过程中去除;步骤(53)所述的第二步打胶作用为除去干刻过程中残留在引线孔内的聚合物, 并控制引线孔光刻胶剩余厚度。步骤(54)所述的湿法刻蚀的对底层氧化硅薄膜层的腐蚀速率为700-800A/分钟之间,刻蚀时间为1. 5 2. 5分钟,其腐蚀时间,按顶层氧化硅薄膜层不同的增密效果及不同产品引线孔底部尺寸需求选择配比;如顶层氧化硅薄膜湿法腐蚀速率为底层氧化硅薄膜的3倍,产品对孔底部尺寸要求精确转移光刻掩摸版大小,腐蚀时间选1. 5分钟;经过步骤(51)所述的第一步打胶和步骤(5 所述的干法刻蚀后,引线孔光刻胶厚剩余0. 6 0. 7um ;经过步骤(63)所述的第二部打胶后,所述的引线孔光刻胶剩余厚度在0. 5 0. 6um ;通过对所述的引线孔光刻胶剩余厚度的控制,起到稳定保证顶层氧化硅薄膜引线孔区域表面与光刻胶黏附性降低的作用。步骤(54)所述的湿法腐蚀过程,对干法刻蚀剩余的底层氧化硅薄膜腐蚀,通过腐蚀时间控制,形成底部斜孔结构,并精确转移引线孔光刻掩膜版图形;对顶层氧化硅薄膜侧向腐蚀的同时,由于顶层氧化硅薄膜增密的控制、引线孔的预刻蚀区域的形成、湿法前引线孔光刻胶剩余厚度控制三方面稳定保证顶层氧化硅薄膜引线孔区域表面与光刻胶黏附性降低的作用,表面侧向腐蚀形成引线孔上半部分斜孔结构。本发明在1.5um工艺平台设备组基础上,制造出满足1. 0 1.2um工艺平台的 Bipolar电路的引线孔结构,有效解决临近亚微米级工艺平台引线孔台阶金属覆盖问题,提高集成电路弓I线孔之间一致性和电迁移及大电流可靠性,同时可实现精确转移引线孔光刻掩膜版图形,稳定引线孔底部大小,改善小规则产品有源区包孔规则临界导致的参数问题, 提高大电流可靠性(改善铝硅互溶导致的结串通失效),并避免高参杂有源区上单一氧化层腐蚀容易引起引线孔侧壁空洞问题,解决了马达电路通道失调问题,提高了产品有效管芯数、成品率及性能,满足日益激烈市场竞中对降低成本和提高性能的要求。


图1为3. Oum及以上工艺平台上制造的Bipolar电路的引线孔结构;图2为1. 5um或2. Oum工艺平台上制造的Bipolar电路的引线孔结构;
图3为0. 8um工艺平台上制造的Bipolar电路的引线孔结构图4为本发明提出的Bipolar电路的引线孔结构;图5为图4所示Bipolar电路的引线孔结构侧面放大图;图6-9为本发明提出的Bipolar电路的引线孔制造的过程具体实施例方式以下结合附图对本发明内容进一步说明。以1. 2um 15V工艺平台制造的马达驱动专用集成电路为实施例,Bipolar电路的引线孔结构制造方法,包括如下步骤(1)在设有极区的硅基底上1形成底层热生长氧化硅薄膜层2,所述底层热生长氧化硅薄膜层形成方式为以下两种中的一种(A)在硅基底层上通过带胶注入工艺形成 Bipolar电路中的P型参杂区和N型的参杂区,并保留注入掩蔽热氧化层800A作为底层热生长氧化硅薄膜层(B);在硅基底层上通过扩散工艺形成Bipolar电路中的P型参杂区和N 型的参杂区后,新生成800A底层热生长氧化硅薄膜层。(2)在步骤(1)所述底层热生长氧化硅薄膜层2上采用等离子增强化学气相淀积的方式生成顶层氧化硅薄膜层3,其厚度为5000A;(3)通过炉管低温850度10分钟氢氧工艺退火对步骤(2)所述顶层氧化硅薄膜层 3进行增密;(4)采用低压化学气相淀积的方式步骤(3)所述顶层氧化硅薄膜层3淀积氮化硅薄膜层4 ;(5)对步骤(4)所述氮化硅薄膜进行光刻、刻蚀,刻蚀区域包括后续引线孔光刻窗口及引线孔光刻窗口向外延伸2um的区域,为引线孔的预刻蚀区域,剖面见图6 ;(6)对步骤(5)所述引线孔的预刻蚀区域进行光刻、刻蚀,形成引线孔。步骤(6)所述引线孔的预刻蚀区域进行光刻的工艺勻0. Sum正胶(控制胶厚 0.8士0. 05um),曝光、显影、显影后烘烤;步骤(6)所述引线孔的预刻蚀区域进行刻蚀的工艺步骤为(61)第一步打胶;(62)干法刻蚀;(63)第二部打胶;(64)湿法刻蚀;(65)湿法去胶。其中,步骤(62)所述的干法刻蚀,采用LAM8110设备干刻,控制引线孔底部氧化硅薄膜留膜厚度500 1000A,控制中心值为800A,剩余厚度在步骤(64)的湿法刻蚀过程中去除,剖面见图7;步骤(62)所述的干法刻蚀后,测试顶层氧化硅薄膜层3上非引线孔区域的光刻胶厚度,约为0. 5um,经过步骤(63)的第二部打胶后,安排步骤(64)湿法腐蚀1. 5分钟(腐蚀速率为700A /分钟左右),再安排步骤(65)湿法去胶,形成引线孔,剖面见图8、或图4、图 5 ;通过溅射、光刻、铝刻蚀等工序,完成第一层金属铝布线;铝刻蚀的干法刻蚀过刻过程中会把铝以外的氮化硅去掉,起到减少引线孔介质膜、铝间介质膜、钝化膜等不同介质膜之间应力的作用,剖面见图9。 应该理解到的是,上述实施例只是对本发明的说明,而不是对本发明的限制,任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造,均落入本发明保护范围之内。
权利要求
1.Bipolar电路的引线孔结构,其特征在于,依次包括设有极区的硅基底、在所述硅基底上的底层氧化硅薄膜层、在所述底层氧化硅薄膜层上的顶层氧化硅薄膜层、所述顶层氧化硅薄膜层上的氮化硅层及引线孔,所述引线孔贯穿底层氧化硅薄膜层、顶层氧化硅薄膜层,引线孔顶部周围为氮化硅层保护环。
2.如权利要求1所述Bipolar电路的引线孔结构,其特征在于所述的顶层氧化硅薄膜层为增密的顶层氧化硅薄膜层。
3.如权利要求1所述Bipolar电路的引线孔结构,其特征在于所述底层氧化硅薄膜层为底层热生长氧化硅薄膜层。
4.如权利要求1或2或3所述Bipolar电路的引线孔结构,其特征在于靠近所述底层氧化硅薄膜层的部分成底部斜孔、靠近所述顶层氧化硅薄膜层的部分呈顶部斜孔,底部斜孔与顶部斜孔之间部分为中间斜孔。
5.如权利要求5所述Bipolar电路的引线孔结构,其特征在于所述顶部斜孔的水平角度θ 1在40 60度之间,中间斜孔的垂直角度θ 2在O 10度之间,底部斜孔的水平角度θ 3在30 45度之间。
6.如权利要求1或2或3所述Bipolar电路的引线孔结构,其特征在于所述底层氧化硅薄膜的厚度在800 1000A之间。
7.如权利要求1或2或3所述Bipolar电路的引线孔结构,其特征在于所述顶层氧化硅薄膜的厚度在3500 8000A之间。
8.如权利要求1或2或3所述Bipolar电路的引线孔结构,其特征在于所述氮化硅薄膜的厚度在300 800A之间。
9.Bipolar电路的引线孔结构制造方法,其特征在于包括如下步骤(1)在设有极区的硅基底上形成底层氧化硅薄膜层;(2)在步骤(1)所述底层氧化硅薄膜层上淀积形成顶层氧化硅薄膜层;(3)在所述顶层氧化硅薄膜层上淀积氮化硅薄膜层;(4)对步骤C3)所述氮化硅薄膜的部分区域进行光刻、刻蚀,所述部分区域为后续引线孔光刻窗口及引线孔光刻窗口向外延伸的部分区域,即引线孔的预刻蚀区域;引线孔的预刻蚀区域以外的氮化硅薄膜保留,形成引线孔周围的氮化硅保护环;(5)对步骤(4)所述的引线孔的预刻蚀区域进行光刻、刻蚀,形成引线孔。
10.如权利要求9所述制造方法,其特征在于在步骤( 完成之后对所述顶层氧化硅薄膜层进行退火增密,然后再进行步骤(3)。
11.如权利要求9或10所述制造方法,其特征在于所述底层氧化硅薄膜的厚度在 800 1000A之间。
12.如权利要求9或10所述制造方法,其特征在于所述顶层氧化硅薄膜的厚度在 3500 8000A之间。
13.如权利要求9或10所述制造方法,其特征在于所述氮化硅薄膜的厚度在300 800A之间。
14.如权利要求9或10所述制造方法,其特征在于步骤(1)所述底层氧化硅薄膜使用常规炉管热氧化生长形成。
15.如权利要求9或10所述制造方法,其特征在于步骤( 所述顶层氧化硅薄膜采用等离子增强化学气相淀积的方式淀积形成。
16.如权利要求9或10所述制造方法,其特征在于步骤(4)所述的对氮化硅薄膜进行光刻方法为常规光刻工艺,刻蚀的方法为常规干法刻蚀工艺。
17.如权利要求10所述制造方法,其特征在于所述顶层氧化硅薄膜层进行增密通过低温氢氧工艺退火实现。
18.如权利要求17所述制造方法,其特征在于顶层氧化硅薄膜湿法腐蚀速率是底层氧化硅薄膜的2 3倍。
19.如权利要求9或10所述制造方法,其特征在于步骤(5)所述光刻工艺为经过勻胶、曝光、显影、显影后烘烤,其中,所述勻胶的厚度在0.8 l.Oum之间。
20.如权利要求9或10所述制造方法,其特征在于步骤(5)所述刻蚀工艺为(51)第一步打胶,以去除步骤(5)光刻工艺中的显影后残留的光刻胶底膜;(52)干法刻蚀;(53)第二部打胶,以除去步骤(52)的干刻过程中残留在引线孔内的聚合物;(54)湿法刻蚀;(55)湿法去胶。
全文摘要
Bipolar电路的引线孔结构制造方法为(1)在设有极区的硅基底上形成底层氧化硅薄膜层;(2)在底层氧化硅薄膜层上淀积形成顶层氧化硅薄膜层;(3)在顶层氧化硅薄膜层上淀积氮化硅薄膜层;(4)对氮化硅薄膜的预刻蚀区域进行光刻、刻蚀;(5)所述预刻蚀区域进行光刻、刻蚀,形成引线孔。本发明在1.5um工艺平台设备组基础上,制造出满足1.0~1.2um工艺平台的Bipolar电路的引线孔结构,且有效解决临近亚微米级工艺平台引线孔台阶金属覆盖问题。
文档编号H01L23/00GK102169862SQ20111005259
公开日2011年8月31日 申请日期2011年3月2日 优先权日2011年3月2日
发明者张佼佼, 李小锋, 杨彦涛, 陈元金 申请人:杭州士兰集成电路有限公司
再多了解一些
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1