專利名稱：半導(dǎo)體器件中的金屬塞結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路領(lǐng)域，特別是涉及一種半導(dǎo)體器件中的金屬塞結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在有低濃度摻雜的外延層在上，高濃度摻雜的襯底在下的硅片中，把高濃度摻雜的襯底通過一種結(jié)構(gòu)與表面的電極或高濃度摻雜區(qū)域聯(lián)系在一起，通常有幾種做法一是在離子注入之后進行長時間的高溫推阱。它的缺點是橫向尺寸大(縱向深度推9微米，橫向?qū)挾却蠹s7微米)，寄生的電容大，整個深度的濃度不能做得很高(電阻大)； 并且由于高溫推阱可能引起高濃度摻雜的襯底中雜質(zhì)的重新擴散，影響外延層中的雜質(zhì)濃度分步，造成器件一致性差。二是利用多晶的工藝得到一種塞的結(jié)構(gòu)，它能夠解決上面所述的問題，但要制作一個高濃度P型硅，現(xiàn)在沒有成熟的工藝，不易實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。三是采用一種金屬塞工藝，例如鎢塞。它具有低電阻，小尺寸，無寄生電容等優(yōu)點， 但是需要解決金屬與襯底之間的集成問題。現(xiàn)有的金屬塞，特別是在一種射頻LDMOS (橫向擴散金屬氧化物半導(dǎo)體)器件中使用的金屬塞，由于器件結(jié)構(gòu)是長條形，其中金屬塞的形狀也必然是長條形。例如一個表面寬度1微米，長1000微米以上的器件結(jié)構(gòu)，這時金屬塞就是一個1微米X 1000微米X 10微米(假設(shè)低濃度外延的厚度是9微米，金屬塞深度比外延層厚度大1微米)，這樣一個大尺寸的金屬塞與襯底之間由于應(yīng)力的問題，其接觸電阻性能變得不穩(wěn)定，器件的可靠性成為問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種半導(dǎo)體器件中的金屬塞結(jié)構(gòu)，能夠釋放金屬塞與襯底之間的應(yīng)力。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中的金屬塞結(jié)構(gòu)，包括多個位于硅片中的金屬塞，相鄰兩個金屬塞之間被硅片隔斷，所述多個金屬塞形成長條形結(jié)構(gòu)，該長條形的長度大于等于寬度的20倍。本發(fā)明由于不采用單一的長條形金屬塞，而將原來的一個長條形金屬塞分成很多個被硅片隔斷的金屬塞，因此可以釋放金屬塞與襯底之間的應(yīng)力，實現(xiàn)良好的器件集成。
下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明圖1是一種射頻LDMOS器件結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是金屬鎢塞結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是一種射頻LDMOS器件中金屬塞結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)；圖4是金屬塞實施例一結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)；
圖5是金屬塞實施例二結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)；圖6是金屬塞實施例三結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)；圖7是金屬塞實施例四結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)；圖8是金屬塞實施例五結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)；圖9是金屬塞實施例六結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)；圖10是金屬塞實施例七結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)；圖11是金屬塞實施例八結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)；圖12是金屬塞實施例九結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)；圖13是金屬塞實施例十結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)；圖14是金屬塞實施例十一結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)；圖15是金屬塞實施例十二結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)；圖16是金屬塞實施例十三結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)。
具體實施例方式金屬塞的作用是把器件的襯底與表面高摻雜區(qū)或電極連接在一起，具有面積小的優(yōu)點，能消除普通離子注入和擴散工藝形成的擴散塞的寄生電容和高阻值電阻。但是現(xiàn)有的金屬塞結(jié)構(gòu)無法克服金屬塞與襯底之間的應(yīng)力，本發(fā)明提供了一種不同的金屬塞結(jié)構(gòu)， 用于解決現(xiàn)有的金屬塞結(jié)構(gòu)所存在的問題。圖1是一個射頻LDMOS器件的截面圖，其中金屬塞3穿過P-型外延層2的區(qū)域， 將位于P-型外延層2之下的高濃度摻雜的P+型襯底1區(qū)域與頂部的N+源漏區(qū)8連接在一起，實現(xiàn)器件上表面的金屬電極11和襯底背面金屬電極12的連接。圖1中，4為柵氧化膜，5為多晶硅層，6為P-BODY(P型阱)，7為N-漂移區(qū)，9_1、9_2為金屬硅化物，10為介質(zhì)層。圖2是金屬塞的一種結(jié)構(gòu)示意圖。其中，金屬Ti (鈦)直接與襯底相接觸，減小接觸的電阻并通過與硅形成金屬硅化物得到穩(wěn)定的附著。金屬Ti的上端覆蓋一層TiN(氮化鈦)，起到阻擋層的作用，阻斷其中的金屬鎢移動與硅發(fā)生反應(yīng)；TiN的上端是金屬鎢，即用金屬鎢將溝槽填滿。圖3是金屬鎢塞的一個俯視圖，在一個器件中，只有一條很長的長條形金屬塞，其寬度一般在1-2微米，長度一般大于100微米；或者在長條金屬塞的邊上加上一些小的金屬塞，釋放應(yīng)力。下面，通過具體實施例詳細說明本發(fā)明所述的半導(dǎo)體器件中的金屬塞結(jié)構(gòu)。實施例一，如圖4所示，所述金屬塞結(jié)構(gòu)由多個長度相等的長條形金屬塞組成，每個長條形金屬塞最大長度不大于20微米，所述多個長條形金屬塞等間距間隔設(shè)置成一列， 相鄰的兩個長條形金屬塞的間距大于0. 1微米小于5微米。該實施例相當于將圖3所示的原來一個長的長條形金屬塞等分成多個短的長條形金屬塞，這些短的長條形金屬塞等間距成一列位于硅片中。實施例二，如圖5所示，所述金屬塞結(jié)構(gòu)由長度不等的多個長條形金屬塞，等間距間隔設(shè)置成一列，相鄰的兩個金屬塞的間距大于0. 1微米小于5微米。所述長度不等的長條形金屬塞中，長度最大的不大于20微米。
實施例三，如圖6所示，所述金屬塞結(jié)構(gòu)為兩列，并列設(shè)置，長度相等。其中，一列為一個長條形的第一種類型金屬塞；另一列由多個長條形第二種類型金屬塞等間距間隔設(shè)置；第一種類型金屬塞的長度遠大于第二種類型金屬塞的長度。兩列金屬塞之間的橫向間隔大于0. 1微米小于10微米，第二種類型金屬塞的最大長度不大于20微米，相鄰的兩個第二種類型金屬塞的間距大于0. 1微米小于5微米。實施例四，如圖7所示，該實施例與圖6所示實施例三的不同之處在于，在第一種類型金屬塞構(gòu)成的一列金屬塞的兩側(cè)，各有一列由多個第二種類型金屬塞構(gòu)成的一列金屬塞，相鄰兩列金屬塞之間的橫向間隔相等，且大于0.1微米小于10微米。其余部分與實施例三完全相同。實施例五，如圖8所示，所述金屬塞結(jié)構(gòu)為兩列，并列設(shè)置，長度相等，兩列之間的橫向間隔大于0. 1微米小于10微米。其中，一列由多個長條形的第三種類型金屬塞等間距間隔設(shè)置，另一列由多個第二種類型金屬塞等間距間隔設(shè)置；第三種類型金屬塞的長度大于第二種類型金屬塞的長度，且遠小于第一種類型金屬塞；第三種類型金屬塞的最大長度不大于20微米，相鄰的兩個第三種類型金屬塞的間距大于0. 1微米小于5微米。第二種類型金屬塞最大長度不大于20微米，相鄰的兩個第二種類型金屬塞的間距大于0. 1微米小于 5微米。實施六，如圖9所示，該實施例與圖8所示實施例五的不同之處在于，在第三種類型金屬塞構(gòu)成的一列金屬塞的兩側(cè)，各有一列由多個第二種類型金屬塞構(gòu)成的一列金屬塞，為三列并列設(shè)置，長度相等。相鄰兩列金屬塞的橫向間隔相等，且距離大于0.1微米小于10微米。其余部分與實施例五完全相同。實施七，如圖10所示，所述金屬塞結(jié)構(gòu)為兩列，并列設(shè)置，長度相等；兩列之間的橫向間隔大于0. 1微米小于10微米。其中，一列由多個長條形的第四種類型金屬塞和多個第三種類型金屬塞等間距交替間隔設(shè)置，相鄰兩個金屬塞的間距大于0. 1微米小于5微米； 第四種類型金屬塞的長度大于第三種類型金屬塞的長度，小于第一種類型金屬塞的長度， 且其最大長度不大于20微米。另一列由多個第二種類型金屬塞等間距間隔設(shè)置；相鄰的兩個第二種類型金屬塞的間距大于0. 1微米。實施八，如圖11所示，所述金屬塞結(jié)構(gòu)為三列，并列設(shè)置，長度相等；列與列之間的橫向間隔相等，其距離大于0. 1微米小于10微米。該實施例與實施例七的區(qū)別在于，在由第四種類型金屬塞和第三種類型金屬塞等間距交替間隔設(shè)置的一列金屬塞的兩側(cè)，各設(shè)置一列由多個第二種類型金屬塞等間距間隔設(shè)置的一列金屬塞，其余與實施例七完全相同。實施九，如圖12所示，所述金屬塞結(jié)構(gòu)，包括一個第一種類型金屬塞，在第一種類型金屬塞的上端和下端的兩側(cè)，每側(cè)至少有一個第四種類型金屬塞。第一種類型金屬塞與第四種類型金屬塞的橫向間隔大于0.1微米小于10微米。實施例十，如圖13所示，所述金屬塞結(jié)構(gòu)，包括一個第一種類型金屬塞，在第一種類型金屬塞的上端和下端的一側(cè)至少有一個第四種類型金屬塞。第一種類型金屬塞與第四種類型金屬塞的橫向間隔大于0.1微米小于10微米。實施例十一，如圖14所示，所述金屬塞結(jié)構(gòu)由多個長度相等的長條形金屬塞等間距設(shè)置成一列，每個長條形金屬塞的最大長度不大于20微米，相鄰兩個長條形金屬塞的間距大于0. 1微米小于5微米；且至少有一個長條形金屬塞與其它長條形金屬塞不在同一條垂直線上。實施例十二，如圖15所示，所述金屬塞結(jié)構(gòu)由兩種不同長度的多個長條形金屬塞等間距間隔設(shè)置成一列，相鄰兩個長條形金屬塞的間距大于0. 1微米小于5微米，且至少有一個長條形金屬塞與其他長條形金屬塞不在同一條垂直線上。兩種不同長度的長條形金屬塞中單個最大長度不大于20微米。實施例十三，如圖16所示，至少有兩個長度相等的長條形金屬塞并列設(shè)置，相鄰兩個長條形金屬塞的間距相等，且距離大于0. 1微米小于10微米。在上面的實施例中，所述金屬塞中的金屬包含Ti (鈦)、TiN(氮化鈦)、Co(鈷)、 Ni (鎳)、Mo (鉬)、Mo (鉬)、AlCu (鋁銅)、Cu (銅)、AlSiCu (鋁硅銅)、Al (鋁)和金屬鎢中的一種或多種。所述金屬塞結(jié)構(gòu)的最小長度尺寸大于等于100微米，最小的單個金屬塞的長度大于等于0.1微米小于20微米。單個金屬塞的最小開口尺寸(寬度)大于等于0.1微米。所述金屬塞結(jié)構(gòu)的底部與一種高摻雜濃度的P型襯底相連。以上通過具體實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，但這些并非構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件中的金屬塞結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括多個位于硅片中的金屬塞，相鄰兩個金屬塞之間被硅片隔斷，所述多個金屬塞形成長條形結(jié)構(gòu)，該長條形的長度大于等于寬度的20倍。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬塞結(jié)構(gòu)，其特征在于所述金屬塞結(jié)構(gòu)由多個長度相等的長條形金屬塞組成，每個長條形金屬塞最大長度不大于20微米，所述多個長條形金屬塞等間距間隔設(shè)置成一列，相鄰的兩個長條形金屬塞的間距大于0. 1微米小于5微米。
3.如權(quán)利要求1所述的金屬塞結(jié)構(gòu)，其特征在于所述金屬塞結(jié)構(gòu)由長度不等的多個長條形金屬塞，等間距間隔設(shè)置成一列，相鄰的兩個金屬塞的間距大于0. 1微米小于5微米；所述長度不等的長條形金屬塞中，長度最大的不大于20微米。
4.如權(quán)利要求1所述的金屬塞結(jié)構(gòu)，其特征在于所述金屬塞結(jié)構(gòu)由多個長度相等的長條形金屬塞等間距設(shè)置成一列，每個長條形金屬塞的最大長度不大于20微米，相鄰兩個長條形金屬塞的間距大于0. 1微米小于5微米；且至少有一個長條形金屬塞與其它長條形金屬塞不在同一條垂直線上。
5.如權(quán)利要求1所述的金屬塞結(jié)構(gòu)，其特征在于所述金屬塞結(jié)構(gòu)由兩種不同長度的多個長條形金屬塞等間距間隔設(shè)置成一列，相鄰兩個長條形金屬塞的間距大于0.1微米小于5微米，且至少有一個長條形金屬塞與其他長條形金屬塞不在同一條垂直線上；兩種不同長度的長條形金屬塞中單個最大長度不大于20微米。
6.如權(quán)利要求1所述的金屬塞結(jié)構(gòu)，其特征在于所述金屬塞結(jié)構(gòu)至少有兩個長度相等的長條形金屬塞并列設(shè)置，相鄰兩個長條形金屬塞的間距相等，且距離大于0. 1微米小于10微米。
7.如權(quán)利要求1所述的金屬塞結(jié)構(gòu)，其特征在于所述金屬塞結(jié)構(gòu)包括第一種類型金屬塞、第二種類型金屬塞、第三種類型金屬塞和第四種類型金屬塞；各種類型金屬塞均為長條形；第一種類型金屬塞的長度遠大于第二種類型金屬塞的長度；第三種類型金屬塞的長度大于第二種類型金屬塞的長度，且遠小于第一種類型金屬塞；第四種類型金屬塞的長度大于第三種類型金屬塞的長度，小于第一種類型金屬塞的長度；第二種類型金屬塞、第三種類型金屬塞和第四種類型金屬塞的最大長度不大于20微米。
8.如權(quán)利要求7所述的金屬塞結(jié)構(gòu)，其特征在于所述金屬塞結(jié)構(gòu)為兩列，并列設(shè)置， 長度相等；其中，一列為一個第一種類型金屬塞；另一列由多個第二種類型金屬塞等間距間隔設(shè)置，相鄰的兩個第二種類型金屬塞的間距大于0. 1微米小于5微米；兩列金屬塞之間的橫向間隔大于0. 1微米小于10微米。
9.如權(quán)利要求7所述的金屬塞結(jié)構(gòu)，其特征在于所述金屬塞結(jié)構(gòu)為三列，并列設(shè)置， 長度相等；其中，一列為一個第一種類型金屬塞；在第一種類型金屬塞構(gòu)成的一列金屬塞的兩側(cè)，各有一列由多個第二種類型金屬塞構(gòu)成的一列金屬塞，相鄰的兩個第二種類型金屬塞的間距大于0. 1微米小于5微米；相鄰兩列金屬塞之間的橫向間隔相等，且大于0. 1微米小于10微米。
10.如權(quán)利要求7所述的金屬塞結(jié)構(gòu)，其特征在于所述金屬塞結(jié)構(gòu)為兩列，并列設(shè)置， 長度相等，兩列之間的橫向間隔大于0. 1微米小于10微米；其中，一列由多個第三種類型金屬塞等間距間隔設(shè)置，另一列由多個第二種類型金屬塞等間距間隔設(shè)置；相鄰的兩個第三種類型金屬塞的間距大于0. 1微米小于5微米；相鄰的兩個第二種類型金屬塞的間距大于·0. 1微米小于5微米。
11.如權(quán)利要求7所述的金屬塞結(jié)構(gòu)，其特征在于所述金屬塞結(jié)構(gòu)為三列，并列設(shè)置， 長度相等；其中，一列由多個第三種類型金屬塞等間距間隔設(shè)置，在第三種類型金屬塞構(gòu)成的一列金屬塞的兩側(cè)，各有一列由多個第二種類型金屬塞構(gòu)成的一列金屬塞；相鄰兩列金屬塞的橫向間隔相等，且距離大于0. 1微米小于10微米；相鄰的兩個第三種類型金屬塞的間距大于0. 1微米小于5微米；相鄰的兩個第二種類型金屬塞的間距大于0. 1微米小于5 微米。
12.如權(quán)利要求7所述的金屬塞結(jié)構(gòu)，其特征在于所述金屬塞結(jié)構(gòu)為兩列，并列設(shè)置， 長度相等；兩列之間的橫向間隔大于0. 1微米小于10微米；其中，一列由多個第四種類型金屬塞和多個第三種類型金屬塞等間距交替間隔設(shè)置，相鄰兩個金屬塞的間距大于0. 1微米小于5微米；另一列由多個第二種類型金屬塞等間距間隔設(shè)置；相鄰的兩個第二種類型金屬塞的間距大于0.1微米小于5微米。
13.如權(quán)利要求7所述的金屬塞結(jié)構(gòu)，其特征在于所述金屬塞結(jié)構(gòu)為三列，并列設(shè)置， 長度相等；列與列之間的橫向間隔相等，其距離大于0.1微米小于10微米；在由第四種類型金屬塞和第三種類型金屬塞等間距交替間隔設(shè)置的一列金屬塞的兩側(cè)，各設(shè)置一列由多個第二種類型金屬塞等間距間隔設(shè)置的一列金屬塞；相鄰的兩個金屬塞的間距大于0.1微米小于5微米。
14.如權(quán)利要求7所述的金屬塞結(jié)構(gòu)，其特征在于所述金屬塞結(jié)構(gòu)，包括一個第一種類型金屬塞，在第一種類型金屬塞的上端和下端的兩側(cè)，每側(cè)至少有一個第四種類型金屬塞；第一種類型金屬塞與第四種類型金屬塞的橫向間隔大于0. 1微米小于10微米。
15.如權(quán)利要求7所述的金屬塞結(jié)構(gòu)，其特征在于所述金屬塞結(jié)構(gòu)，包括一個第一種類型金屬塞，在第一種類型金屬塞的上端和下端的一側(cè)至少有一個第四種類型金屬塞；第一種類型金屬塞與第四種類型金屬塞的橫向間隔大于0. 1微米小于10微米。
16.如權(quán)利要求1-15任一所述的金屬塞結(jié)構(gòu)，其特征在于所述金屬塞中的金屬包含鈦Ti、氮化鈦TiN、鈷Co、鎳Ni、鉬Mo、鉬Mo、鋁銅AlCuJIf Cu、鋁硅銅AlSiCu、鋁Al和金屬鎢中的一種或多種。
17.如權(quán)利要求1-15任一所述的金屬塞結(jié)構(gòu)，其特征在于單個金屬塞的最小開口尺寸大于等于0.1微米。
18.如權(quán)利要求1-15任一所述的金屬塞結(jié)構(gòu)，其特征在于所述金屬塞結(jié)構(gòu)的最小長度尺寸大于等于100微米，最小的單個金屬塞的長度大于等于0. 1微米小于20微米。
19.如權(quán)利要求1-15任一所述的金屬塞結(jié)構(gòu)，其特征在于所述金屬塞結(jié)構(gòu)的底部與一種高摻雜濃度的P型襯底相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體器件中的金屬塞結(jié)構(gòu)，包括多個位于硅片中的金屬塞，相鄰兩個金屬塞之間被硅片隔斷，所述多個金屬塞形成長條形結(jié)構(gòu)，該長條形的長度大于等于寬度的20倍。本發(fā)明能夠釋放金屬塞與襯底之間的應(yīng)力。
文檔編號H01L23/522GK102412229SQ20111035561
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月11日
發(fā)明者肖勝安 申請人:上海華虹Nec電子有限公司