[其他]金属—氧化物—半导体后部工艺

说明书

本发明可以减少导电层在光刻、合金及钝化过程中形成的缺陷，在光刻以及温度高于２００℃的工艺之前，利用低温旋涂的方法在导电层上形成一个有色的玻璃层，通过在导电层上形成一个复合层的方法完成气密钝化，此复合层由两部分组成：下层为张力层，上层为压缩层，整个钝化层呈现净张力特性。

本发明涉及在半导体本体上形成合金导电层的改进方法及对导电层进行气密钝化的改进方法。

在半导体器件生产过程中，通常要利用一个导电层将集成电路的两个部分连接起来。一般来说，这一过程由下面几个步骤组成：首先，通过接触窗口（即在半导体器件绝缘层上开的孔）淀积一层铝硅合金的金属层。然后，利用生产集成电路的标准方法对此金属层进行刻图，以形成所要求的电路图形。最后，把这个刻好图的电路加热或合金，以改善金属与硅衬底的接触电阻。

一个与刻导电层图形相联系的问题是导电层钻蚀问题。这是由于从导电层反射回来的光线引起的。先有技术曾试图解决这个问题，其中包括使用聚酰亚胺层作为抗反光层。这种工艺的缺点是接触窗口窄小以及后续加工过程十分复杂。

第二个问题是与合金化相联系的。在合金时，金属层表面形成小丘而金属层内部形成空隙。表面的不平整使以后的掩模光刻变得困难，金属层内部的空隙给导电特性带来不良影响。

一个试图解决这个问题的办法是在金属层上使用钛钨氮（TiWN）膜来防止小丘的产生。参见“减少铝薄层上的小丘”《Semiconductor International》，April，1982。另一个方法是淀积一层二氧化硅玻璃。参见“真空淀积铝层上的小丘”，《The Journal of Vaccum Science and Technology》，Vol.9，No.1。但是，使用这个方法很难保证金属层及其上面玻璃层的完整性。在E.Philofsky等人所写的“铝金属化表面的再构造-一个新的潜在的失效机理”一文中指出，对铝进行玻璃化或者在铝中加入一些添加剂可以防止低温下金属表面的再构造（P.122）。于是由金属的表面再构造引起的电流密度增大和短路问题，可以由覆盖玻璃层或钼和其它元素的合金层来减小或避免（P.123）。但是，上述工艺在防止小丘和空隙形成上并不能令人满意。

导电层经过合金和刻图之后，通常要用气密钝化的方法进行密封。塑料封装要求用等离子体淀积的氮化硅进行气密钝化。在以前的工艺中使用一个压缩层（给下面导电层提供拉张应力的薄层）来保证表面的气密性。由此带来的问题是导电层中形成空隙和断裂。在半导体器件钝化后的冷却过程中，导电层的收缩比密封层快。在导电层遇冷收缩过程中，密封层被束缚在导电层上。这就使导电层要承受很大的应力。此应力足够大时会导致导电层断裂和金属颗粒向导电层表面迁移。于是导电层中的电流密度就要超过设计极限。对于某些器件，典型的电流密度上限值是5×10⁴安培/平方厘米。然而，由于导电层截面积减小，受损伤的导电层中电流密度可能增加十倍，高达5×10⁵安培/平方厘米。这会导致器件工作性能不稳定或失效。

本发明旨在减少半导体器件导电层中的缺陷。

在半导体器件生产过程中，本发明可以减少在刻图、合金、钝化这三步工序中形成的导电层缺陷。用旋涂法在铝硅金属层上淀积一层含有染料的低温玻璃层。此淀积应在刻图之前，并且应在温度超过200℃的工艺之前进行。然后再把整个器件加热到足够高的温度，使铝硅金属层和硅衬底烧结在一起。这层玻璃层可以在刻图过程中防止钻蚀，并可以防止在合金后的导电层表面形成小丘和空隙。应用在导电层上形成一个复合玻璃层的方法可以避免在随后的气密钝化过程中导电层的断裂。复合玻璃层具有这样的性质：下面的玻璃层具有拉张应力而上面一层具有压缩应力。适当选择这两个玻璃层的厚度，可以使整个复合玻璃层具有净拉张应力。这一复合玻璃层使导电层在钝化过程中不出现断裂及金属颗粒迁移。

图1是使用先有技术在表面加工了两层膜的半导体器件横剖面正视图，用以描述先有技术。

图2是烧结工艺完成后，对图1表层的放大图。

图3描述在图1所示半导体本体上，利用旋涂法淀积玻璃层后的情形。

图4是用先有技术进行钝化后，导电层中形成缺陷的横剖面正视放大图。