专利名称：利于金属填充的sdmos接触孔形状的形成方法
技术领域：
本发明属于半导体集成电路制造领域，尤其涉及一种利于金属填充的SDMOS接触 孔形状的形成方法。
背景技术：
SDMOS (集成肖特基功率MOS晶体管)的肖特基二极管结构做在接触孔底部，则需 要用不同的离子注入分别在源区形成欧姆接触和在接触孔底部形成肖特基接触。具体方 法包括如下步骤(如图1所示)(1)在接触孔曝光后进行金属层间氧化物1的湿法刻蚀；进行金属层间氧化物1的干法刻蚀；(3)第一道接触孔刻蚀；(4)第一次接触孔离子注 入4 ； (5)第二道接触孔刻蚀；(6)第二次接触孔离子注入5 ； (7)金属6填充。在第一道接 触孔刻蚀后进行离子注入为后续与金属的连接形成欧姆接触，然后进行第二道刻蚀，再进 行接触孔底部的离子注入形成肖特基接触。但此过程中出现的问题是在第二道刻蚀的过 程中，注入区和非注入区的刻蚀速率不同，会使得最终的接触孔侧壁不够平滑，甚至出现上 窄下宽的情况，且不同介质层之间有明显台阶，导致金属很难完全填充到孔内，为后续可靠 性测试带来极大隐患。如图2所示，在该过程中有若干台阶，从上至下分别是a.为将接触孔开孔扩大的湿法刻蚀和后续干法刻蚀形成的台阶；b.金属层间氧化物和硅之间的台阶；c.有离子注入和没有离子注入的硅在刻蚀后形成的台阶。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种利于金属填充的SDMOS接触孔形状的形成 方法，该方法使金属填充效果良好，从而提高器件的可靠性。为解决上述技术问题，本发明提供一种利于金属填充的SDMOS接触孔形状的形成 方法，通过以下工艺步骤形成平滑的倒梯形结构的接触孔步骤1.在接触孔曝光后进行金属层间氧化物的干法刻蚀；步骤2.第一次接触孔刻蚀，为后续与金属的连接形成欧姆接触；步骤3.第一次接触孔离子注入；步骤4.第二次接触孔刻蚀，形成有轻微台阶的倒梯形结构；步骤5.湿法刻蚀回刻，将突出的金属层间氧化物的界面刻蚀回去，并略缩后于硅 的界面；步骤6.干法刻蚀倒角，将所有台阶磨平；步骤7.第二次接触孔离子注入，对接触孔底部的离子注入形成肖特基接触。步骤2中，所述第一次接触孔刻蚀采用干法刻蚀，刻蚀硅深度为2000 4000埃。步骤4中，所述第二次接触孔刻蚀采用干法刻蚀，该干法刻蚀采用气体CF4和HBr， 流量0. 04 0. 1升/分钟，功率60 100瓦，压强30 40毫托，刻蚀硅深度为2000 4000 埃。步骤5中，所述湿法刻蚀回刻具体为采用3 10 %的NH4HF2和30 40 %的NH4F 混合物作为药液，刻蚀时间为3 5分钟，刻蚀金属层间氧化物厚度为500 1000埃，使接 触孔开口较大，形成轻微台阶。步骤6中，所述干法刻蚀倒角具体为采用气体02和CF4，流量0. 02 0. 1升/分 钟，功率60 100瓦，压强500 800毫托，刻蚀硅100 500埃，将离子注入区内外的台 阶和以上的台阶全部磨平去除。和现有技术相比，本发明具有以下有益效果本发明克服了由离子注入而导致的 刻蚀速率的差异，最终得到了圆角倒梯形的侧壁光滑的接触孔形貌，使金属填充效果良好， 提高器件可靠性。
图1是现有的SDMOS接触孔的形成工艺流程图；其中，1是金属层间氧化物；2是沟 槽形栅；3是硅衬底；4是第一次接触孔注入；5是第二次接触孔注入；6是金属。图2是现有的工艺形成的具有若干台阶的接触孔的示意图；其中，a.为将接触 孔开孔扩大的湿法刻蚀和后续干法刻蚀形成的台阶；b.金属层间氧化物和硅之间的台阶； c.有离子注入和没有离子注入的硅在刻蚀后形成的台阶。图3是本发明的工艺流程图；其中，1是金属层间氧化物；2是沟槽形栅；3是硅衬 底；4是第一次接触孔注入；5是第二次接触孔注入；6是金属。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。功率MOS晶体管在接触孔底部集成肖特基二极管，受侧壁离子注入的影响，在刻 蚀接触孔时得到上小下大的结构，且不同介质层之间有明显台阶，不利于金属填充。为了使 金属填充效果良好，需要接触孔的开口直径比底部直径大，而接触孔的侧壁越光滑，越利于 金属的流动，即得到侧壁光滑的倒梯形结构的接触孔可以提高金属填充的效果。所以，本发 明针对图2中所示三个台阶的出现步骤进行改善1.现有的工艺流程中，在接触孔曝光后，先进行针对金属层间氧化物的湿法刻蚀， 目的是让接触孔的开口直径变大，利于后续金属的填充，但湿法刻蚀和之后的干法刻蚀之 间的界面形成了第一个台阶。为去掉该台阶，本发明将湿法刻蚀移到后面，即保证了接触孔有足够大的直径，又 可改善现有方法产生上小下大的接触孔结构，而金属层间氧化物采用一次刻蚀(干法刻 蚀)的方法，避免了第一个台阶的产生(步骤1.金属层间氧化物的干法刻蚀)。2.金属层间氧化物和硅之间的台阶的产生是由于金属层间氧化物在后续接触孔 硅的刻蚀过程中几乎没有损耗，而被注入的硅刻蚀速率快，而产生下面直径比上面大的形 貌。这种形貌会成为后续金属粘合层溅射的死角，在金属填充的过程中> 270度的拐角产 生的表面张力也将导致金属很难流到接触孔底部。为去掉该拐角，本发明在接触孔硅刻蚀完成后，加一步湿法刻蚀，该湿法刻蚀可将 突出的金属层间氧化物的界面刻蚀回去，并略缩后于硅的界面，在后续的干法刻蚀倒角的过程中，该台阶也会被去除(步骤5.湿法刻蚀回刻和步骤6.干法刻蚀倒角)。3.接触孔第一次离子注入和非注入区域的界限的产生源于被注入和未被注入的 硅的刻蚀速率的差异，而该差异在接触孔侧壁斜度不够时会更加明显。第二次接触孔刻蚀的形貌更加倾斜将减轻被注入和未被注入的硅的刻蚀速率的 差异，因此本发明选择了含氢元素的干法刻蚀程式(气体CF4和HBr)，其中的氢元素将有助 于产生具有侧壁保护作用的聚合物，能得到斜度较大的接触孔形貌，而该形貌中存在的台 阶可在后续干法刻蚀倒角步骤中得以改善(步骤4.第二次接触孔刻蚀和步骤6.干法刻蚀 倒角)。此外，可通过增加金属层间氧化物的厚度的方法来保证剩余金属层间氧化物的厚 度和与栅极的距离。如图3所示，本发明方法的具体步骤如下步骤1.在接触孔曝光后进行金属层间氧化物1的干法刻蚀，刻蚀至金属层间氧化 物1和硅衬底3的界面处；步骤2.第一次接触孔刻蚀，采用干法刻蚀，干法刻蚀采用本领域常规的工艺条 件，刻蚀硅衬底3的深度为2000 4000埃；步骤3.第一次接触孔离子注入4，为后续与金属的连接形成欧姆接触；步骤4.第二次接触孔刻蚀，采用干法刻蚀，采用气体CF4和HBr，流量0. 04 0. 1 升/分钟，功率60 100瓦，压强30 40毫托，形成有轻微台阶的倒梯形结构，刻蚀硅衬 底3的深度为2000 4000埃；步骤5.湿法刻蚀回刻，药液NH4HF2和NH4F，含量3 10%的NH4HF2，30 40% 的NH4F，刻蚀时间3 5分钟，刻蚀金属层间氧化物1的厚度为500 1000埃，将突出的金 属层间氧化物1的界面刻蚀回去，并略缩后于硅衬底3的界面，使接触孔开口较大，形成轻 微台阶；步骤6.干法刻蚀倒角，采用气体02和CF4，流量0. 02 0. 1升/分钟，功率60 100瓦，压强500 800毫托，刻蚀硅衬底3的厚度约100 500埃，将离子注入区内外的台 阶和以上的台阶全部磨平去除；步骤7.第二次接触孔离子注入5，对接触孔底部的离子注入形成肖特基接触；步骤8.金属6填充接触孔。现有的SDMOS产品存在金属填充不好的问题，对于后续可靠性造成隐患。本发明 通过调整接触孔形貌和金属淀积的程式，克服了由离子注入而导致的刻蚀速率差异，从而 得到了圆角倒梯形的侧壁光滑的接触孔形貌，最终得到了较好的金属填充结果，见表1。表 权利要求
1. 一种利于金属填充的SDMOS接触孔形状的形成方法，其特征在于，通过以下工艺步 骤形成平滑的倒梯形结构的接触孔步骤1.在接触孔曝光后进行金属层间氧化物的干法刻蚀； 步骤2.第一次接触孔刻蚀，为后续与金属的连接形成欧姆接触； 步骤3.第一次接触孔离子注入；步骤4.第二次接触孔刻蚀，形成有轻微台阶的倒梯形结构；步骤5.湿法刻蚀回刻，将突出的金属层间氧化物的界面刻蚀回去，并略缩后于硅的界步骤6.干法刻蚀倒角，将所有台阶磨平；步骤7.第二次接触孔离子注入，对接触孔底部的离子注入形成肖特基接触。
2.如权利要求1所述的利于金属填充的SDMOS接触孔形状的形成方法，其特征在于，步 骤2中，所述第一次接触孔刻蚀采用干法刻蚀，刻蚀硅深度为2000 4000埃。
3.如权利要求1所述的利于金属填充的SDMOS接触孔形状的形成方法，其特征在于， 步骤4中，所述第二次接触孔刻蚀采用干法刻蚀，该干法刻蚀采用气体CF4和HBr，流量 0. 04 0. 1升/分钟，功率60 100瓦，压强30 40毫托，刻蚀硅深度为2000 4000 埃。
4.如权利要求1所述的利于金属填充的SDMOS接触孔形状的形成方法，其特征在于，步 骤5中，所述湿法刻蚀回刻具体为采用3 10 %的NH4HF2和30 40 %的NH4F混合物作 为药液，刻蚀时间为3 5分钟，刻蚀金属层间氧化物厚度为500 1000埃，使接触孔开口 较大，形成轻微台阶。
5.如权利要求1所述的利于金属填充的SDMOS接触孔形状的形成方法，其特征在于， 步骤6中，所述干法刻蚀倒角具体为采用气体02和CF4，流量0. 02 0. 1升/分钟，功率 60 100瓦，压强500 800毫托，刻蚀硅100 500埃，将离子注入区内外的台阶和以上 的台阶全部磨平去除。
全文摘要
本发明公开了一种利于金属填充的SDMOS接触孔形状的形成方法，包括如下步骤步骤1.在接触孔曝光后进行金属层间氧化物的干法刻蚀；步骤2.第一次接触孔刻蚀，为后续与金属的连接形成欧姆接触；步骤3.第一次接触孔离子注入；步骤4.第二次接触孔刻蚀，形成有轻微台阶的倒梯形结构；步骤5.湿法刻蚀回刻，将突出的金属层间氧化物的界面刻蚀回去，并略缩后于硅的界面；步骤6.干法刻蚀倒角，将所有台阶磨平；步骤7.第二次接触孔离子注入，对接触孔底部的离子注入形成肖特基接触，形成利于金属填充的圆角倒梯形的侧壁光滑的接触孔形貌。该方法使金属填充效果良好，从而提高器件的可靠性。
文档编号H01L21/768GK102064130SQ200910201788
公开日2011年5月18日 申请日期2009年11月12日 优先权日2009年11月12日
发明者孙效中, 张朝阳, 房宝青, 李江华 申请人:上海华虹Nec电子有限公司