專利名稱：擴(kuò)散阻擋層及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種擴(kuò)散阻擋層及其制造方法，尤其涉及一種用于如用于含有鋁敷金屬層的噴墨打印頭的微電子流體噴射器件。
背景技術(shù)：
在含有晶體管器件的半導(dǎo)體芯片中，金屬層起到將器件的不同部件相互電性互連的作用。這樣的金屬層一般包括接觸和軌跡，其中接觸將金屬層連接至晶體管器件和其他的金屬層。由于鋁相對低廉且容易操作，其始終是形成金屬互連層的優(yōu)選材料。
不幸的是，如果在器件制造期間，器件處于超過400℃的溫度下，在由硅制成的半導(dǎo)體芯片中形成的器件的鋁互連層經(jīng)常產(chǎn)生問題。例如，當(dāng)在硅表面上淀積鋁時，在其界面處，兩種材料傾向于混合至某個程度。在鋁中硅的溶解度隨著敷金屬溫度的增加而增加，且在大約500℃處接近大約1重量百分比，如圖1中的鋁硅相位圖所示。在大約500℃處，為滿足其溶解度的需要，硅容易擴(kuò)散到鋁中。自襯底的硅流失在襯底中留下了凹陷。同樣地，在隨后的淀積或退火工藝中，鋁向硅襯底中反向移動。由于鋁在硅中的溶解數(shù)量很小，移動的鋁填充硅消耗的區(qū)域或凹陷，且形成鋁絲。鋁移動到硅中的狀態(tài)公知為“尖峰(spiking)”。當(dāng)移動的鋁經(jīng)由硅器件中的活性區(qū)域強(qiáng)化(spike)時，尖峰可產(chǎn)生器件中的短路。鋁強(qiáng)化(spike)可短路反偏壓結(jié)且引起器件短路或過多的漏電流。
為了降低或防止鋁結(jié)尖峰問題，應(yīng)該反過來最小化硅向鋁中的擴(kuò)散。擴(kuò)散阻擋層一般用于降低硅和鋁向彼此間的移動。然而，由于經(jīng)常需要多個步驟以圖案化和蝕刻擴(kuò)散阻擋層，所以提供擴(kuò)散阻擋層顯著地增長了微電子器件的制造成本。由于擴(kuò)散阻擋層經(jīng)常是高度導(dǎo)電的，所以必須在淀積電阻層(resistive layer)之前蝕刻擴(kuò)散阻擋層，以防止如淀積在半導(dǎo)體襯底上的電阻器的其它器件之間的短路。因此需要改進(jìn)的技術(shù)和工藝，以降低在半導(dǎo)體芯片制造工藝期間由鋁和硅之間的擴(kuò)散引起的尖峰，而不增加制造這樣的芯片需要的工藝步驟的數(shù)量。

發(fā)明內(nèi)容
關(guān)于上述的和其他目的及優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件，其包含在半導(dǎo)體襯底上的至少一個晶體管和鄰接于至少一個晶體管的加熱電阻器區(qū)域中的至少一個加熱電阻器。該器件包括含有用于與至少一個晶體管金屬接觸的接觸孔的硅襯底。阻擋層鄰接于接觸開口并提供擴(kuò)散阻擋層/加熱電阻器層(heater resistor layer)。阻擋層選自由TaN、Ta/TaAl、TaN/TaAl、TiWN、TaAlN、TiN、Ta(Nx，Oy)、WSi(Nx，Oy)、TaSi、TaSiN、WSiN和TaSi(Nx，Oy)構(gòu)成的組。導(dǎo)電層鄰接于阻擋層的至少一部分，用于提供電源和至少一個加熱電阻器和至少一個晶體管之間的連接。半導(dǎo)體器件在加熱電阻器區(qū)域中沒有圖案化且蝕刻的阻擋層。
在本發(fā)明的另一方面，提供一種用于降低在工藝處理步驟期間工藝溫度為超出大約400℃下的半導(dǎo)體器件中的尖峰，且在硅半導(dǎo)體襯底上含有至少一個晶體管和在鄰接于晶體管的加熱電阻器區(qū)域中的至少一個加熱電阻器。該方法包括提供鄰接于至少一個晶體管的用于與至少一個晶體管金屬接觸的接觸開口的步驟。在接觸開口和加熱電阻器區(qū)域中淀積擴(kuò)散阻擋層/電阻層。阻擋層/電阻層選自由TaN、Ta/TaAl、TaN/TaAl、TiWN、TaAlN、TiN、Ta(Nx，Oy)、WSi(Nx，Oy)、TaSi、TaSiN、WSiN和TaSi(Nx，Oy)構(gòu)成的組。在阻擋層/電阻層上淀積導(dǎo)電層以提供電源和至少一個加熱電阻器和所述至少一個晶體管之間的連接。根據(jù)該方法，避免了在淀積電阻層之前圖案化和蝕刻在加熱電阻器區(qū)域中的阻擋層的步驟。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，提供一種半導(dǎo)體器件，如含有一個或多個具有改善的防止結(jié)尖峰的晶體管和加熱電阻器的打印頭加熱器芯片，而不需要單獨(dú)的擴(kuò)散阻擋層和電阻層。例如，由于其太過導(dǎo)電，如TiW的傳統(tǒng)擴(kuò)散阻擋層不可用作電阻層。因此，如通過蝕刻步驟，優(yōu)選從噴墨加熱器芯片的加熱電阻器區(qū)域移除TiW層。在移除TiW層之后，在芯片的表面上淀積單獨(dú)的加熱電阻器層，其后是導(dǎo)電材料。由于擴(kuò)散阻擋層或復(fù)合的擴(kuò)散阻擋層選自或包括電阻層，因此，根據(jù)本發(fā)明，省略了在淀積加熱電阻器層之前在加熱電阻器區(qū)域中蝕刻擴(kuò)散阻擋層的單獨(dú)步驟。本發(fā)明尤其用于含有至少一個晶體管和且鄰接于加熱電阻器的半導(dǎo)體器件，其中該器件在用于制造半導(dǎo)體器件的處理步驟期間超過大約400℃范圍內(nèi)的溫度。


考慮到結(jié)合附圖，通過參考優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明，本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，其中貫穿以下幾個附圖，相同的參考符號表示相同或相似的部件圖1是在攝氏溫度的重量百分比中硅濃度的硅/鋁狀態(tài)圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明，含有阻擋層、至少一個晶體管和至少一個加熱電阻器的半導(dǎo)體器件的非按比例截面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，含有阻擋層、至少一個晶體管和至少一個加熱電阻器的半導(dǎo)體器件的非按比例截面圖；圖4A-4F是示出用于制造含有常規(guī)擴(kuò)散阻擋層的半導(dǎo)體器件的步驟的非按比例截面圖；和圖5A-5C是示出用于制造含有根據(jù)本發(fā)明的擴(kuò)散阻擋層的半導(dǎo)體器件的步驟的非按比例截面圖。
具體實(shí)施例方式
參考圖2和3，本發(fā)明提供一種具有至少一個晶體管14和鄰接于至少一個晶體管14的至少一個加熱電阻器18的半導(dǎo)體器件10、12。例如器件10的每個半導(dǎo)體器件優(yōu)選包括優(yōu)選為硅的襯底22。可在襯底22和用于器件10的器件層(device layer)之間提供外延硅層24。半導(dǎo)體器件10的區(qū)域26是N-型深摻雜阱。區(qū)域28和30是用于如晶體管14的晶體管器件的N-型摻雜和P-型摻雜的源區(qū)和漏區(qū)。區(qū)域29是用于晶體管14的輕摻雜漏區(qū)。選擇性地在每個接觸孔34中提供硅化物層32。
在圖2中，提供包括復(fù)合的阻擋層/電阻層38/40的阻擋層36。在圖3中，阻擋層42為單層材料。以下提供阻擋層36和42的細(xì)節(jié)。在電阻層40(圖2)或42(圖3)上淀積導(dǎo)電層44且蝕刻以在接觸孔34中提供金屬互連，并向加熱電阻器18提供功率和接地。接下來蝕刻阻擋層/電阻層38/40以在器件10上提供獨(dú)立的加熱電阻器。在備選方案中，可在淀積和蝕刻導(dǎo)電層44之前或蝕刻導(dǎo)電層44的同時蝕刻阻擋層/電阻層38/40，以提供獨(dú)立的加熱電阻器。然而，如不通過蝕刻從提供加熱電阻器18的加熱電阻器區(qū)域除去阻擋層/電阻層38/40。在半導(dǎo)體器件10、12中的其他層是如熱生長氧化層46、未摻雜硅氧化層48、摻雜硅氧化層50和磷摻雜旋涂玻璃層52的常規(guī)層。如以下將更詳細(xì)描述的，不需要分別淀積和光蝕刻的擴(kuò)散阻擋層。
參考圖4A-4F，描述了包括分別淀積和光蝕刻的擴(kuò)散阻擋層的工藝。該工藝的第一步驟中，在含有晶體管器件14的硅基半導(dǎo)體襯底54上蝕刻接觸孔34，以使用導(dǎo)電金屬提供用于晶體管器件14的源區(qū)和漏區(qū)的互連(圖4A)。一直到擴(kuò)散阻擋層的圖4A-4F中層的材料與以上關(guān)于圖2描述的相同。可選地，在接觸孔34中淀積薄金屬層并在高溫下燒結(jié)以在接觸區(qū)域34中形成金屬硅化物層32，其中高溫優(yōu)選在從大約600℃至大約700℃的范圍內(nèi)。薄金屬層可選自鈦或鉑(圖4B)。形成硅化物層32之后，如通過使用化學(xué)蝕刻劑從接觸孔34移除任何未反應(yīng)的金屬。
在襯底54整個表面上方淀積如鎢化鈦(TiW)合金的常規(guī)擴(kuò)散阻擋層材料56，如圖4C中所示。用于淀積擴(kuò)散阻擋層材料56的常規(guī)方法是磁控管濺射法。光致抗蝕劑材料58也淀積在襯底54的整個表面上方，且圖案化并顯影以提供圖4C中示出的光掩模結(jié)構(gòu)。在從襯底54的區(qū)域60和62中的部分圖案化和蝕刻阻擋層材料56之后，移除光致抗蝕劑材料58，如圖4D中所示。區(qū)域60和/或62提供鄰接于晶體管14的、用于加熱電阻器18的位置。
接下來在襯底54的表面上方淀積電阻材料，以提供電阻層64(圖4E)。優(yōu)選通過常規(guī)磁控管濺射技術(shù)淀積電阻材料。在淀積電阻層64之后，在襯底的表面上方淀積且蝕刻導(dǎo)電層66，以提供至電阻區(qū)域60中的至少一個加熱電阻器18的連接，如圖4F中所示。最后，蝕刻電阻層64以提供獨(dú)立的加熱電阻器18。如上所述，可在淀積和蝕刻導(dǎo)電層66之前或蝕刻導(dǎo)電層66同時蝕刻電阻層64，以提供獨(dú)立的加熱電阻器18。
參考圖5A-5C，現(xiàn)在將描述本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。如上參考圖4A和4B所述，提供含有至少一個晶體管器件14的半導(dǎo)體襯底68。晶體管器件14優(yōu)選為CMOS晶體管器件。如前所述，在襯底68中形成接觸孔34，且在接觸孔34中選擇性淀積薄金屬層并燒結(jié)以提供硅化物層32。如前所述，如通過使用化學(xué)蝕刻劑，從接觸孔34剝離或移除所有未反應(yīng)的金屬。用于形成可選的硅化物層32的優(yōu)選材料選自鈦和鉑。
接下來，優(yōu)選通過磁控管濺射法或反應(yīng)濺射法在襯底68的最上層52上淀積擴(kuò)散阻擋層70(圖5B)?？赏ㄟ^選自由TaN、TiWN、TaAlN、TiN、Ta(Nx，Oy)、WSi(Nx，Oy)、TaSi、TaSiN、WSiN和TaSi(Nx，Oy)構(gòu)成的組的單層提供擴(kuò)散阻擋層70。如果鉭(Ta)用作擴(kuò)散阻擋層70，那么在阻擋層70上方淀積優(yōu)選由TaAl制成的電阻層40(圖2)，以提供復(fù)合阻擋層/電阻層36(圖2)。緊接著優(yōu)選通過磁控管濺射法淀積復(fù)合阻擋層/電阻層Ta/TaAl。阻擋層70或復(fù)合阻擋層36優(yōu)選具有從大約800至大約1200埃范圍內(nèi)的厚度?？稍谠摬襟E中蝕刻阻擋層70或復(fù)合阻擋層36以提供獨(dú)立的加熱電阻器18，或可在蝕刻淀積在阻擋層70或復(fù)合阻擋層36上的導(dǎo)電層44期間或之后蝕刻。
最后，在阻擋層70或復(fù)合阻擋電阻層36上通過磁控管濺射法淀積導(dǎo)電層44(圖5C)。導(dǎo)電層44的厚度優(yōu)選從大約4000至大約6000埃的范圍內(nèi)。然后光蝕刻導(dǎo)電層44以通過暴露導(dǎo)體74和76之間的電阻層70或40(圖2)來提供到一個或多個加熱電阻器18的連接?？稍诘矸e導(dǎo)電層44之前、或蝕刻導(dǎo)電層44期間或之后蝕刻阻擋層70或復(fù)合層36，以提供獨(dú)立的加熱電阻器18。優(yōu)選地，在淀積或蝕刻導(dǎo)電層44之后蝕刻阻擋層70或復(fù)合層36，以提供獨(dú)立的加熱電阻器。
因此，本發(fā)明省略了在半導(dǎo)體芯片10或12上淀積電阻層64(圖4E)和導(dǎo)電層44(圖4F)之前淀積光致抗蝕劑層、顯影光致抗蝕劑層和蝕刻阻擋層的步驟。在加熱器芯片制造工藝期間省略至少一個掩模和蝕刻步驟，顯著地降低了制造成本、固定設(shè)備需求和用于制造這樣的含有毗鄰的晶體管和加熱電阻器的芯片的周期。
根據(jù)本發(fā)明制造的含有至少一個晶體管14和至少一個電阻器18的半導(dǎo)體器件10、12可用在廣泛的應(yīng)用中。這樣的器件10、12的首選應(yīng)用優(yōu)選為噴墨打印頭中的加熱芯片。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講，從上述描述和附圖可預(yù)期并顯而易見的是在本發(fā)明的實(shí)施例中可制作改變和變化。因此，清楚的確定前面的描述和附圖只是優(yōu)選實(shí)施例的說明，并不作限制，且本發(fā)明真正的精神和范圍將通過參考附加的權(quán)利要求得以確定。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，在半導(dǎo)體襯底上含有至少一個晶體管和在鄰接于所述至少一個晶體管的加熱電阻器區(qū)域內(nèi)的至少一個加熱電阻器，該器件包括硅襯底，含有用于與所述至少一個晶體管金屬接觸的接觸孔；阻擋層，在所述接觸孔和加熱電阻器區(qū)域中，提供擴(kuò)散阻擋層/加熱電阻器層，該阻擋層選自由TaN、Ta/TaAl、TaN/TaAl、TiWN、TaAlN、TiN、Ta(Nx，Oy)、WSi(Nx，Oy)、TaSi、TaSiN、WSiN和TaSi(Nx，Oy)構(gòu)成的組；和導(dǎo)電層，鄰接于所述阻擋層的至少一部分，用于提供電源和所述至少一個加熱電阻器和至少一個晶體管之間的連接，其中半導(dǎo)體器件在加熱電阻器區(qū)域中沒有圖案化且蝕刻的阻擋層。
2.權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中阻擋層包括TaN。
3.權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中導(dǎo)電層包括鋁。
4.權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中阻擋層包括Ta和TaAl的復(fù)合層。
5.權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其中導(dǎo)電層包括鋁。
6.權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，還包括在硅襯底和阻擋層之間的接觸孔中的硅化物層。
7.一種用于降低半導(dǎo)體器件中尖峰的方法，該器件在處理步驟期間工藝溫度超過大約400℃，且在硅半導(dǎo)體襯底上含有至少一個晶體管和在鄰接于該晶體管的加熱電阻器區(qū)域中的至少一個加熱電阻器，該方法包括步驟提供用于與所述至少一個晶體管金屬接觸的鄰接于所述至少一個晶體管的接觸孔；在所述接觸孔和加熱電阻器區(qū)域中淀積擴(kuò)散阻擋層/電阻層，該阻擋層/電阻層包括選自由TaN、Ta/TaAl、TaN/TaAl、TiWN、TaAlN、TiN、Ta(Nx，Oy)、WSi(Nx，Oy)、TaSi、TaSiN、WSiN和TaSi(Nx，Oy)構(gòu)成的組的層；和在所述阻擋層/電阻層上淀積導(dǎo)電層，以提供電源和所述至少一個加熱電阻器和至少一個晶體管之間的連接，其中避免了在淀積電阻層之前在加熱電阻器區(qū)域中圖案化和蝕刻阻擋層的步驟。
8.權(quán)利要求7所述的方法，其中阻擋層/電阻層包括TaN。
9.權(quán)利要求8所述的方法，其中導(dǎo)電層包括鋁。
10.權(quán)利要求7所述的方法，其中阻擋層/電阻層包括Ta和TaAl的復(fù)合層。
11.權(quán)利要求10所述的方法，其中導(dǎo)電層包括鋁。
12.權(quán)利要求7所述的方法還包括在接觸孔中淀積難熔金屬并燒結(jié)半導(dǎo)體器件，以在淀積所述擴(kuò)散阻擋層/電阻層之前在接觸孔中提供硅化物層。
13.一種噴墨打印頭加熱器芯片，通過權(quán)利要求7的方法制得。
14.一種打印頭加熱器芯片，含有在硅半導(dǎo)體襯底上的至少一個晶體管和在鄰接于所述至少一個晶體管的加熱電阻器區(qū)域中的至少一個加熱電阻器，該器件包括用于與所述至少一個晶體管金屬接觸的接觸孔；在所述接觸孔和加熱電阻器區(qū)域中的阻擋層，用于提供擴(kuò)散阻擋層/加熱電阻器層，該阻擋層選自由TaN、Ta/TaAl、TaN/TaAl、TiWN、TaAlN、TiN、Ta(Nx，Oy)、WSi(Nx，Oy)、TaSi、TaSiN、WSiN和TaSi(Nx，Oy)構(gòu)成的組；和導(dǎo)電層，鄰接于所述阻擋層的至少一部分，用于提供電源和所述至少一個加熱電阻器和至少一個晶體管之間的連接，其中避免了在淀積電阻層之前圖案化和蝕刻在加熱電阻器區(qū)域中的阻擋層的步驟。
15.權(quán)利要求14所述的打印頭加熱器芯片，其中阻擋層包括TaN。
16.權(quán)利要求15所述的打印頭加熱器芯片，其中導(dǎo)電層包括鋁。
17.權(quán)利要求14所述的打印頭加熱器芯片，其中阻擋層包括Ta和TaAl的復(fù)合層。
18.權(quán)利要求17所述的打印頭加熱器芯片，其中導(dǎo)電層包括鋁。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件，在半導(dǎo)體襯底(22)上含有至少一個晶體管(14)和在與至少一個晶體管鄰接的加熱電阻器區(qū)域中的至少一個加熱電阻器(18)。該器件包括含有用于與至少一個晶體管金屬接觸(34)的接觸孔的硅襯底(22)。阻擋層(42)在接觸孔和加熱電阻器區(qū)域中，且提供擴(kuò)散阻擋層/加熱電阻器層。阻擋層選自由TaN、Ta/TaAl、TaN/TaAl、TiWN、TaAlN、TiN、Ta(N
文檔編號H01L23/48GK1739193SQ200380109033
公開日2006年2月22日 申請日期2003年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月27日
發(fā)明者拜倫·V·貝爾, 關(guān)怡敏 申請人:萊克斯馬克國際公司