改善聚合物残留的方法及半导体结构与流程

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其是涉及一种改善聚合物残留的方法及对应的半导体结构。

背景技术：

随着超大规模集成电路和系统集成化以及元器件片式化、印制电路板(PCB)表面器件安装高密度化的进展，市场对高功率微型化的元器件提出了迫切需求，要求在更小的基片上集成更多的元器件。研制小型化、薄膜化的元器件，以减小系统的整体体积和重量，无疑是适应这一要求的一条实际可行的途径。因此，对在电子设备中占据较大体积和重量的磁性器件，如电感器、变压器的小型化、高频化也相应提出了很高的要求。

在这种背景下，国际上对于采用磁性薄膜做成的微磁器件的研究以及与半导体器件成为一体的磁性集成电路(IC)的研究十分活跃。这些器件主要用于便携式信息通信设备，如移动电话等。在这些设备中，为保证其工作稳定性及经济性，电源部分的小型化和高效率化是很重要的。所以薄膜化的磁性器件最早是从各种电感器、滤波器、DC/DC变换器中的变压器等开始的。

以往用于磁性器件的NiFe合金、铁氧体等，不论是饱和磁通密度，还是磁导率的频率特性，远不能满足日益发展的新型电子设备的要求。例如为了防止滤波器、变压器的磁饱和，以及在信息存储中为使高密度记录用的高矫顽力介质充分磁化，要求材料的饱和磁通密度在1.5T以上。另外，很多通信机用环形天线、电感器等，要求能在数百MHz到数GHz的频率范围工作。这些要求都是目前常用的磁性材料无法满足的。磁性材料的薄膜化为满足上述要求提供了可能。因此，磁性材料的薄膜化是微磁器件的基础，也是将来实现磁性IC的前提之一。

微磁器件，多将磁性薄膜集成到CMOS、BiCMOS、TFT和其他集成电路晶圆上。而现有微磁器件的磁性材料(复合薄膜)在干法刻蚀过程中会产生不易挥发的副产物，干法刻蚀后的光阻清洗很难把晶圆表面沉积的聚合物清洗干净，影响产品的性能与良率；同时此副产物会造成刻蚀腔体射频时间减少，增加了刻蚀腔体的维护次数。

因此，如何避免微磁器件的磁性材料在刻蚀过程中生成不易清洗的聚合物是目前亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种方法或结构，以避免微磁器件中的磁性复合材料在刻蚀特别是干法刻蚀时产生的不易挥发聚合物的残留现象，提高产品的性能与良率。

为了达到上述目的，本发明提供了一种改善聚合物残留的方法，包括步骤：

提供一衬底；

在所述衬底上形成磁性复合层；

在所述磁性复合层上形成导电层；

在所述导电层上形成阻挡层；

刻蚀所述阻挡层形成开口，所述开口暴露出所述导电层；以及

在所述开口中形成金属层，所述金属层通过所述导电层与所述磁性复合层欧姆接触。

可选的，在所述衬底上形成磁性复合层之前，先形成一层隔离层。

可选的，所述在所述衬底上形成磁性复合层的步骤包括：

先后淀积磁性材料和过渡材料，得到磁性复合层；

对所述磁性复合层进行退火处理；

对所述磁性复合层进行图形化处理。

可选的，所述磁性材料为铁镍合金，所述过渡材料为氮化钽。

可选的，所述磁性复合层由物理溅射方式制备而成。

可选的，采用内部设有磁场的高温炉管进行所述磁性复合层的退火处理。

可选的，所述在所述磁性复合层上形成导电层的步骤包括：

淀积导电材料，得到导电层；

对所述导电层进行图形化处理。

可选的，所述导电材料为氮化钛。

可选的，所述导电层由磁控溅射制备而成。

可选的，所述在所述开口中形成金属层的步骤包括：

在所述形成有开口的阻挡层上形成金属层，所述金属层与所述开口暴露出的导电层接触；

对所述金属层进行图形化处理。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种半导体结构，包括：

一衬底；

位于所述衬底上的磁性复合层；

位于所述磁性复合层上的导电层；

位于所述导电层上的阻挡层；

位于所述阻挡层中的开口，所述开口暴露出所述导电层；以及

位于所述开口中的金属层，所述金属层通过所述导电层与所述磁性复合层欧姆接触。

可选的，所述半导体结构还包括一位于所述衬底与所述磁性复合层之间的隔离层。

可选的，所述磁性复合层包括铁镍合金层和位于所述铁镍合金层上的氮化钽层。

可选的，所述导电层为氮化钛层。

与现有技术相比，本发明提供的改善聚合物残留的方法或半导体结构，通过在磁性复合层上形成导电层，以导电层作为磁性复合层与阻挡层的缓冲隔离层，在刻蚀阻挡层形成后续进行金属层电连接的开口时，阻挡层被刻穿之后发生过刻蚀，继续刻蚀的是导电层，不再是磁性复合层，能保护磁性复合层的形貌。

进一步的，用含钛材料做导电层，导电层刻蚀后的反应物是易挥发的物质，残留物易清洗，刻蚀所得表面比较干净，提高了产品的性能与良率；此外，含钛材料刻蚀后得到的易挥发反应物对刻蚀腔体的环境污染较小，刻蚀腔体维护周期长，又易挥发的反应物易于清洗，刻蚀完清洗时间短，提高了生产效率并降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明一实施例的改善聚合物残留方法的步骤示意图；

图2-5为本发明一实施例改善聚合物残留方法制造微磁器件的结构变化示意图；

图中，1-衬底，2-隔离层，3-磁性复合层，31-铁镍合金层，32-氮化钽层，4-导电层，5-阻挡层，6-金属层。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，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。

发明人研究发现，现有微磁器件的磁性材料复合薄膜在干法刻蚀过程中会产生不易挥发的副产物特别是氮化钽中钽的副产物不易挥发，干法刻蚀后的光阻清洗(光刻胶去除和灰化后，再湿法清洗)很难把晶圆表面沉积的不易挥发的聚合物清洗干净，使得微磁器件内部接触不良，严重影响产品的性能与良率。同时此副产物会造成刻蚀腔体射频时间的减少，增加刻蚀腔体的维护次数。

基于此，本发明实施例提出一种改善微磁器件中聚合物残留的方法，包括步骤：

S1、提供一衬底1；

S2、在衬底1上形成磁性复合层3；

S3、在磁性复合层3上形成导电层4；

S4、在导电层4上形成阻挡层5；

S5、刻蚀阻挡层5形成开口，所述开口暴露出导电层4；以及

S6、在所述开口中形成金属层6，金属层6通过导电层4与磁性复合层3欧姆接触。

下面将结合图2-图5，详细介绍本发明实施例改善聚合物残留的方法及其对应的微磁器件结构。

首先，参见图2，执行步骤S1，提供一衬底1，衬底1可以视制造要求而定，衬底1中有无逻辑电路结构均可。

可选的，在执行步骤S2之前，即在衬底1上形成磁性复合层3之前，参见图2，先在衬底1上形成一层隔离层2，以防止磁性复合层3的扩散而影响衬底1的性能。

其中，隔离层2可由光电性质、钝化性能和抗水汽渗透能力良好的氮化硅材料通过化学气相沉积法制备而成。

接着，执行步骤S2，在衬底1上形成磁性复合层3，包括步骤：

S21、先后淀积磁性材料和过渡材料，得到磁性复合层3；

S22、对磁性复合层3进行退火处理；

S23、对磁性复合层3进行图形化处理。

执行步骤S21，参见图2，在隔离层2上形成磁性复合层3。

可选的，磁性复合层3包括铁镍合金层31和位于铁镍合金层31上的氮化钽层32，即所述磁性材料为铁镍合金，所述过渡材料为氮化钽。氮化钽层32作为铁镍合金层31的过渡隔离层，可防止后续上层接触金属与铁镍合金层32之间的扩散，增强微磁器件的结构稳定性和电(磁)学性能。

其中，铁镍合金具有窄而陡的磁滞回线，在弱磁场中具有很大磁导率和很小的矫顽力；且它的电阻率不大；铁镍合金的加工性能好，可制成各种形状复杂、尺寸要求精确的元件，故磁性复合薄膜多采用铁镍合金。而氮化钽是一种稳定的电阻膜，具有良好的电学性能，如TaN和Ta2N具有较低的温度系数，电阻又相对较低，同时，TaN薄膜还是一种良好的扩散障碍膜，因而在半导体集成电路中以及在复合金属氧化物半导体中作为扩散障碍材料有着广泛的应用，氮化钽在薄膜工艺和多芯片组件的埋置无源元件中都有非常广泛的应用价值。

可选的，在步骤S21中，磁性复合层3(包括铁镍合金层31和氮化钽层32)由物理溅射方式制备而成。物理溅射制备得到的薄膜，附着性好，台阶覆盖能力好，厚度均匀。

接着，执行步骤S22，对磁性复合层3进行退火处理。在磁性薄膜的制备过程中一般需要对材料进行热处理以控制材料的相结构。而退火可分为常规退火和快速退火：常规退火(CTA)采用的是电阻炉加热，升温、降温时间长且对于器件的微结构有一定破坏。在磁性薄膜器件的生产过程中，高的退火温度对层的损伤更大；快速退火(RTA)在半导体工业中已经是一项成熟的技术，快速退火过程通常只需要很短的时间即可升至高温，且持续时间较短对层和器件的损害较小，因此可以充分发挥材料的性能，在某些情况下甚至可以获得额外的优良性能。

可选的，磁性复合层3的退火采用快速热退火处理。经过快速退火可释放磁性复合层3中的剩余应力，改善其结晶状态，增强其铁电性能。

可选的，采用内部设有磁场的高温炉管进行磁性复合层3的退火处理，在对磁性复合层3进行退火处理的同时，通过设置在高温炉管内部的强磁场来强化磁性复合层3的磁性。

接着，执行步骤S23，对磁性复合层3进行图形化处理，根据所要制造得到的器件结构的要求，对磁性复合层3进行图形化处理，可采取刻蚀或者剥离等手段对磁性复合层3进行图形化处理，得到所需形状、结构。

其中，由于干法刻蚀后，钽的副产物不易挥发，容易残留，故在对磁性复合层3进行图形化时可采用湿法刻蚀或剥离技术。

接着，执行步骤S3，参见图2，在磁性复合层3上形成导电层4，包括：

S31、淀积导电材料，得到导电层4；

S32、对导电层4进行图形化处理。

可选的，在步骤S31中，所述导电材料可采用氮化钛或其它金属材料。导电层4用作阻挡层5与磁性复合层3之间的金属阻挡层，可以有效阻止对磁性复合层3的刻蚀，从而避免了磁性复合层3刻蚀特别是干法刻蚀引起的不易挥发的聚合物的残留污染，且还可防止磁性复合层3中的金属离子扩散到阻挡层5中而影响器件的性能。

此外，从半导体结构的设计角度出发，导电层4设置在金属层6和磁性复合层3之间，金属层6上施加的电流会流经导电层4作用到磁性复合层3上，导电层4存在一定的电阻，会对总电流进行分流耗损，进而影响磁性复合层3的电磁响应的灵敏度。因此，导电层4的厚度需要适当减薄。

其中，氮化钛的造价比贵金属低，但其导电性能与许多贵金属(金、银)相当，且含钛材料干法刻蚀产物容易挥发，清除含钛材料的刻蚀残留物比较容易，所以本发明一实施例中的导电材料选用氮化钛。

可选的，在步骤S32中，导电层4由磁控溅射制备而成。磁控溅射制备导电层技术主要有直流磁控溅射和射频磁控溅射两种，最近又出现了非平衡磁控溅射和反应溅射。其中，非平衡磁控溅射方法也是一种国内外常用的溅射方法；此外，反应溅射方法因其独特的优点最早和最多地使用在氮化钛层制备上。磁控溅射制备氮化钛层具有溅射率高、基片温升低、膜基结合力好、装置性能稳定、操作控制方便等优点。

在步骤32中，对导电层4做图形化处理，做图形化处理时，导电层4应该覆盖磁性复合层3的图形，且要避免导电层4引起的短路。

其中，磁性复合层3与导电层4的图形化处理也可以在导电层4形成以后一起做，但是分开做图形化处理，分层依次刻蚀或剥离，图形精度更容易控制。此外，一些刻蚀所要得到的图形结构有差别的微磁器件很有必要分层刻蚀。

接着，执行步骤S4，在导电层4上形成阻挡层5。阻挡层5和隔离层2的作用一样，也是用来隔离阻挡，以维持器件结构的稳定性。阻挡层5可以采用和隔离层2一样的氮化硅材料，也可以采用其它隔离材料。

接着，执行步骤S5，参见图3，在刻蚀阻挡层5中形成开口A，开口A暴露出导电层4。开口A的尺寸根据器件所需确定，暴露开口A是为了后续进行电连接。

在步骤S5中，可以放心采用干法刻蚀来刻蚀阻挡层5已形成开口A，此时，由于在磁性复合层3与阻挡层5之间增加了一层导电层4，当过刻蚀阻挡层5之后，也不会刻蚀磁性复合层3中的氮化钽层32，而是刻蚀导电层4，从而可以避免直接刻蚀氮化钽层32引起的聚合物残留并保护好磁性复合层3的形貌。

接着，执行步骤S6，在开口A中形成金属层的步骤包括：

S61、在形成有开口A的阻挡层5上形成金属层6，金属层6与开口A暴露出的导电层4接触；

S62、对金属层6进行图形化处理。

如图4所示，执行步骤S61，在阻挡层5上淀积形成金属层6，金属层6通过开口A与导电层4接触，而导电性能良好的导电层4又与磁性复合层3接触，故金属层6与磁性复合层3形成良好的欧姆接触。

可选的，金属层6的淀积也可以由物理溅射方法完成。物理溅射制备的薄膜的附着性好，厚度均匀可控制，但是制备速度慢。此外，本发明实施例中的金属层6的淀积也可以利用制备速度快的真空蒸发方法得到，采用真空蒸发方法制备得到的金属层6的纯度较高。因此，金属层6的制备方法可以视工艺要求和条件而选择。

金属层6淀积完成之后，执行步骤S62，如图5所示，对与磁性复合层3形成良好的欧姆接触的金属层6进行刻蚀图形化，以形成金属电极，作为微磁器件的金属焊盘，便于和外接PCB板的封装或其他器件的集成封装。

综上所述，在本发明实施例提供的改善聚合物残留的方法中，通过在磁性复合层上形成导电层，采用导电层作为阻挡层与磁性复合层的缓冲隔离层，在刻蚀阻挡层形成后续进行金属层电连接的开口时，阻挡层被刻穿之后发生过刻蚀，继续刻蚀的是导电层，不再是磁性复合层，能有效保护磁性复合层的形貌和结构，提高了半导体结构的电磁性能；且采用氮化钛材料做导电层，干法刻蚀后导电层的钛反应物是易挥发的物质，残留物易清洗，刻蚀所得表面比较干净，不再存在影响电磁性能的残留聚合物，提高了产品的性能与良率；此外，氮化钛材料的导电层刻蚀后得到的易挥发反应物对刻蚀腔体的环境污染较小，刻蚀腔体维护周期长，又易挥发的反应物易于清洗，刻蚀完清洗时间短，有效地提高了生产效率并降低了生产成本。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。