專利名稱：一種三層復合離子注入阻擋層及其制備、去除方法
技術領域：
本發(fā)明涉及離子注入阻擋層制備技術領域，具體涉及一種三層復合離子注入阻擋層及其制備、去除方法。
背景技術：
在半導體技術領域中，各種金屬被廣泛使用，而它們的作用又各不相同。Au、Al、Cu 等金屬經常被用作布線的導電層。為防止厚的導電金屬與半導體的黏附，Ti、M等金屬經常被用作金屬與半導體之間的粘附層。另外，一些金屬還被應用于刻蝕的阻擋層，注入的阻擋層等領域。對于離子注入阻擋層，經常使用的有光刻膠，和各種金屬。在注入硼或者磷的工藝中，由于不需要高溫注入，且通常注入能量不大，經常使用光刻膠作為注入掩模。在高溫注入領域(40(T500°C)，或者注入能量很高時，光刻膠已經無法起到很好的離子阻擋作用。此時，應使用金屬作為注入掩膜。在半導體襯底，特別是SiC材料的Al離子注入中。使用鎢金屬或鉬金屬，能對高能量注入阻擋起到很好的作用(見專利ZL 200610108343. 5野中賢一等離子注入掩模、碳化硅半導體器件及他們的制造方法)。但是，一方面鎢與鉬的熔點很高，對蒸發(fā)設備要求較為苛刻，另一方面，使用濺射設備，靶材較為昂貴，且鉬靶較難制作成形。最重要的一個缺點是鎢與鉬都是耐腐蝕金屬，對掩模層的去除非常困難。經過仿真，Ni金屬對Al的注入也具有很好的屏蔽作用。因此，目前常使用Ni作為離子注入阻擋層。離子注入結束后，需要去除此金屬掩蔽層，M阻擋層的去除采取濕法腐蝕的方法。高溫注入后，對于M金屬的有效去除非常困難。在M層去除過程中很容易殘留一層薄的M金屬膜(約30nm)。在超聲或晃動時，此薄膜容易發(fā)生翹曲，覆蓋，重疊的現(xiàn)象，一旦發(fā)生重疊，此薄膜將更難去除。采用RIE的O2等離子體轟擊與各種腐蝕液的腐蝕均無法去除。同樣的現(xiàn)象，在Ti金屬的去除中也同樣存在。這些金屬在半導體表面去除不干凈，導致金屬殘留，就極易導致器件的表面漏電，造成器件性能變差甚至失效。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠實現(xiàn)對半導體材料高溫注入Al工藝的阻擋要求，同時還能夠有效減少注入半導體表面損傷的三層復合離子注入阻擋層及其制備方法， 以及能解決去除金屬復合層后金屬殘留問題的三層復合離子注入阻擋層去除方法。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種三層復合離子注入阻擋層，包括 三層復合結構Si02/Ti/Ni ；
所述三層復合結構的最上層為Ni金屬層，所述Ni金屬層為離子注入阻擋層； 所述三層復合結構中層為Ti金屬層，用于增加Ni金屬層與下層的黏附性； 所述三層復合結構下層為SW2犧牲層，置于底層襯底之上，用于將Ti/Ni金屬層與襯底分隔開。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種制備所述三層復合離子注入阻擋層的方法，包括
先將半導體材料進行清洗；
將所述清洗后的半導體材料進行干燥；
在所述經過干燥處理后的半導體材料上生長SW2犧牲層；
將所述生長S^2犧牲層后半導體材料進行勻膠光刻；
將所述進行勻膠光刻后的半導體材料進行濺射Ti/m金屬；
將所述進行濺射Ti/m金屬后的半導體材料進行金屬剝離獲得所述三層復合結構。進一步，生長的SiA犧牲層的厚度為6(Tl00nm. 進一步，濺射Ti金屬層厚度為l(T50nm;
濺射Ni金屬層厚度為800 1000歷。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種去除所述三層復合離子注入阻擋層的方法， 包括
使用M腐蝕溶液對所述三層復合結構中的M金屬層進行腐蝕；
使用Ti與SiA腐蝕溶液對所述三層復合結構中的Ti金屬層和SiA犧牲層進行腐蝕。進一步，所述Ni腐蝕溶液配比為=H2SO4 =H2O2 :H20=3 1 :4。 進一步，對所述三層復合結構中的M金屬層進行腐蝕時，所述M腐蝕溶液需保持恒溫，溫度大于60°C，腐蝕時間應大于60秒。進一步，所述Ti與SiA腐蝕溶液其配比為=H2O =H2O2 :HF=20 1 0. 5，對所述三層復合結構中的Ti金屬和SiA犧牲層進行腐蝕時，其腐蝕時間大于120秒。進一步，所述三層復合結構中的三層都采用濕法腐蝕進行去除。進一步，所述三層復合結構的Ti金屬層與SiA犧牲層經過同一步腐蝕去除。本發(fā)明提供的一種三層復合離子注入阻擋層及其制備、去除方法。通過特殊的制備方法制備的三層復合離子注入阻擋層能夠實現(xiàn)對半導體材料高溫注入Al工藝的阻擋要求，同時，SiO2犧牲層還能夠有效減少注入半導體表面的損傷。通過有效的去除三層復合離子注入阻擋層的方法，對復合金屬層的去除簡單有效，解決了半導體襯底上Ti/Ni金屬去除中的金屬殘留問題，經顯微鏡鏡檢，未發(fā)現(xiàn)金屬薄膜的殘留，經過EDS元素成分分析，芯片上Ti/Ni的殘留均為零。本發(fā)明提供的Ti/Ni金屬的有效去除方法，也可以應用在除離子注入外的其他工藝領域。


圖1為本發(fā)明實施例提供的一種三層復合離子注入阻擋層結構示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實施例只用于解釋本發(fā)明， 并非用于限定本發(fā)明的范圍。如圖1所示，本發(fā)明提供的一種三層復合離子注入阻擋層包括三層復合結構 Si02/Ti/Ni。三層復合結構的最上層為Ni金屬層1，作為離子注入阻擋層，在SiC材料的高溫注入中用于對注入Al元素的阻擋。三層復合結構中間層為Ti金屬層2，用于增加Ni金屬層1與下層SW2犧牲層3的黏附性。三層復合結構下層為SW2犧牲層3，置于底層襯底4之上，在去除該三層復合結構時，下層SiA犧牲層3很容易被HF酸腐蝕干凈，在腐蝕Ti 的時候腐蝕溶液可以將其一并去掉，它能有效隔斷中上兩個金屬層中金屬Ti/Ni與底層襯底4的粘污，避免Ti/Ni金屬去不干凈的情況發(fā)生，且使得襯底4表面不會留有金屬殘留。 如果沒有這一犧牲層，Ti/Ni金屬層會去除不干凈。且這三層中，SiO2犧牲層3的作用非常關鍵。它的作用不在于防止注入損傷，而是為了掩模金屬的去除。因此，這一層需要在不對注入?yún)^(qū)的摻雜產生屏蔽的前提下盡可能的加厚。本發(fā)明提供的一種制備上述三層復合離子注入阻擋層的方法包括
步驟Sll 先將半導體材料進行清洗。具體是使用丙酮、乙醇、去離子水沖洗芯片表面， 并用N2吹干芯片。步驟S12 將清洗后的半導體材料進行干燥。具體是將半導體材料放入120°C的烘箱中，在隊氛圍下，10分鐘將其烘干。步驟S13 在經過干燥處理后的半導體材料上生長SW2犧牲層3。一般氧化硅薄膜的生長經常采用的方法有熱氧化和PECVD生長。熱氧化方式生長的薄膜致密，PECVD生長的則較為疏松。三層復合結構中下層SiO2犧牲層3應較為疏松，以利于更好的腐蝕去除。 所以更適合使用PECVD生長氧化硅層。生長的S^2犧牲層3的厚度為6(Tl00nm，其優(yōu)選值為60nmo步驟S14 將生長SW2犧牲層3后半導體材料進行勻膠光刻。具體是使用AZ5214E 光刻膠制作光刻膠剝離層。步驟S15 將進行勻膠光刻后的半導體材料進行濺射Ti/M金屬。具體是使用磁控濺射臺，濺射Ni金屬層1厚度為SOiTlOOOnm，其優(yōu)選值為1000nm。濺射Ti金屬層2厚度為l(T50nm，其有選值為30nm。步驟S16 將進行濺射Ti/M金屬后的半導體材料進行金屬剝離獲得帶有犧牲層的三層復合離子注入阻擋層。具體是使用丙酮和無水乙醇溶液，及去離子水將半導體材料分別在超聲清洗機中剝離清洗。最后吹干半導體材料，三層復合離子注入阻擋層制備完成。本發(fā)明提供的一種去除上述三層復合離子注入阻擋層的方法包括
步驟S21 使用Ni腐蝕溶液對所述三層復合結構中的Ni金屬層進行腐蝕。先按 H2O2 :H20=3 :1 4的比例配置Ni腐蝕溶液，然后對三層復合結構中的Ni金屬進行腐蝕。在對Ni金屬層1進行腐蝕時，Ni腐蝕溶液需保持恒溫，溫度應大于60°C，腐蝕時間應大于 60秒。步驟S22 使用Ti與SW2腐蝕溶液對所述三層復合結構中的Ti金屬層和SW2犧牲層3進行腐蝕。先按H2O =H2O2 :HF=20 1 0. 5的比例配制Ti與SiO2腐蝕溶液，然后對三層復合結構中的Ti金屬層2和SW2犧牲層進行腐蝕。對Ti金屬層2和SW2犧牲層3進行腐蝕時，其腐蝕時間應大于120秒。最后，經過標準清洗工藝，N2吹干芯片。三層復合結構的都采用濕法腐蝕進行去除。三層復合結構的Ti金屬層2與SW2犧牲層3經過同一步腐蝕去除。為了深入了解本發(fā)明，下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。實施例一
一種三層復合離子注入阻擋層(以下簡稱芯片)的制備方法，先用丙酮，乙醇，去離子水加超聲清洗芯片表面，之后用N2吹干芯片。將清洗完的半導體材料放入120°C的烘箱中，在N2氛圍下，用10分鐘將其烘干。使用PECVD在經過烘干的SiC材料上生長厚度為IOOnm的 SiO2犧牲層3。之后，使用AZ5214E光刻膠，制作膠厚約2. 2um的光刻膠剝離層。之后，濺射Ti/Ni金屬，形成厚度為30nm的Ti金屬層2和厚度為IOOOnm的Ni金屬層1。之后，將做完濺射的芯片浸沒在丙酮溶液中，浸泡20分鐘，然后在超聲容器內超聲3分鐘，將芯片取出馬上放入無水乙醇溶液中，超聲3分鐘，再用去離子水沖洗6遍。最后吹干芯片。一種三層復合離子注入阻擋層的去除方法，首先準備好需要腐蝕的芯片。然后配制Ni腐蝕溶液，配比為=H2O2 :H20=3 :1 :4，溶液溫度控制在60°C，將芯片放入腐蝕液中腐蝕Ni，時間120秒；將腐蝕后的芯片放入去離子水中沖洗6遍。之后，配制Ti與SW2腐蝕溶液，配比為H2O =H2O2 :HF=20 1 :0. 5，然后將芯片放入腐蝕液中腐蝕Si02/Ti，腐蝕時間 180秒，將腐蝕后的芯片放入去離子水中沖洗6遍，并用N2吹干芯片。實施例二
一種三層復合離子注入阻擋層(以下簡稱芯片)的制備方法，先用丙酮，乙醇，去離子水加超聲清洗芯片表面，之后用N2吹干芯片。將清洗完的半導體材料放入120°C的烘箱中，在 N2氛圍下，用10分鐘將其烘干。使用PECVD在經過烘干的SiC材料上生長厚度為SOnm的 SiO2犧牲層3。之后，使用AZ5214E光刻膠，制作膠厚約2. 2um的光刻膠剝離層。之后，濺射 Ti/Ni金屬，形成厚度為IOnm的Ti金屬層2和厚度為SOOnm的Ni金屬層1。之后，將做完濺射的芯片浸沒在丙酮溶液中，浸泡20分鐘，然后在超聲容器內超聲3分鐘，將芯片取出馬上放入無水乙醇溶液中，超聲3分鐘，再用去離子水沖洗6遍。最后吹干芯片。一種三層復合離子注入阻擋層的去除方法，首先準備好需要腐蝕的芯片。然后配制Ni腐蝕溶液，配比為H2SO4 =H2O2 :H20=3 1 :4，溶液溫度控制在80°C，將芯片放入腐蝕液中腐蝕附，時間60秒；將腐蝕后的芯片放入去離子水中沖洗6遍。之后，配制Ti與SW2腐蝕溶液，配比為H2O =H2O2 :HF=20 1 :0. 5，然后將芯片放入腐蝕液中腐蝕Si02/Ti，腐蝕時間150 秒，將腐蝕后的芯片放入去離子水中沖洗6遍，并用N2吹干芯片。實施例三
一種三層復合離子注入阻擋層(以下簡稱芯片)的制備方法，先用丙酮，乙醇，去離子水加超聲清洗芯片表面，之后用N2吹干芯片。將清洗完的半導體材料放入120°C的烘箱中，在 N2氛圍下，用10分鐘將其烘干。使用PECVD在經過烘干的SiC材料上生長厚度為60nm的 SiO2犧牲層3。之后，使用AZ5214E光刻膠，制作膠厚約2. 2um的光刻膠剝離層。之后，濺射 Ti/Ni金屬，形成厚度為50nm的Ti金屬層2和厚度為900nm的Ni金屬層1。之后，將做完濺射的芯片浸沒在丙酮溶液中，浸泡20分鐘，然后在超聲容器內超聲3分鐘，將芯片取出馬上放入無水乙醇溶液中，超聲3min，再用去離子水沖洗6遍。最后吹干芯片。一種三層復合離子注入阻擋層的去除方法，首先準備好需要腐蝕的芯片。然后配制Ni腐蝕溶液，配比為=H2O2 :H20=3 :1 :4，溶液溫度控制在70°C，將芯片放入腐蝕液中腐蝕附，時間90秒；將腐蝕后的芯片放入去離子水中沖洗6遍。之后，配制Ti與SW2腐蝕溶液，配比為H2O =H2O2 :HF=20 1 :0. 5，然后將芯片放入腐蝕液中腐蝕Si02/Ti，腐蝕時間MO 秒，將腐蝕后的芯片放入去離子水中沖洗6遍，并用N2吹干芯片。本發(fā)明提供的一種三層復合離子注入阻擋層及其制備、去除方法。通過特殊的制備方法制備的三層復合離子注入阻擋層能夠實現(xiàn)對半導體材料高溫注入Al工藝的阻擋要求，同時，SiO2犧牲層還能夠有效減少注入半導體表面的損傷。通過有效的去除三層復合離子注入阻擋層的方法，對復合金屬層的去除簡單有效，解決了半導體襯底上Ti/Ni金屬去除中的金屬殘留問題，經顯微鏡鏡檢，未發(fā)現(xiàn)金屬薄膜的殘留，經過EDS元素成分分析，芯片上Ti/Ni的殘留均為零。本發(fā)明提供的Ti/Ni金屬的有效去除方法，也可以應用在除離子注入外的其他工藝領域。 上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種三層復合離子注入阻擋層，其特征在于，包括 三層復合結構Si02/Ti/Ni ；所述三層復合結構的最上層為Ni金屬層，所述Ni金屬層為離子注入阻擋層； 所述三層復合結構中層為Ti金屬層，用于增加Ni金屬層與下層的黏附性； 所述三層復合結構下層為SW2犧牲層，置于底層襯底之上，用于將Ti/Ni金屬層與襯底分隔開。
2.制備一種如權利要求1所述的帶有犧牲層的三層復合離子注入阻擋層的方法，其特征在于，包括先將半導體材料進行清洗；將所述清洗后的半導體材料進行干燥；在所述經過干燥處理后的半導體材料上生長SW2犧牲層；將所述生長S^2犧牲層后半導體材料進行勻膠光刻；將所述進行勻膠光刻后的半導體材料進行濺射Ti/M金屬；將所述進行濺射Ti/M金屬后的半導體材料進行金屬剝離獲得所述三層復合結構。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于 生長的SW2犧牲層的厚度為6(Tl00nm。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于 濺射Ti金屬層厚度為l(T50nm ；濺射Ni金屬層厚度為800 1000歷。
5.一種去除如權利要求1所述的帶有犧牲層的三層復合離子注入阻擋層的方法，其特征在于，包括使用M腐蝕溶液對所述三層復合結構中的M金屬層進行腐蝕；使用Ti與SW2腐蝕溶液對所述三層復合結構中的Ti金屬層和SW2犧牲層進行腐蝕。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于所述Ni腐蝕溶液配比為=H2SO4 =H2O2 :H20=3 1 :4。
7.如權利要求5所述的方法，其特征在于對所述三層復合結構中的M金屬層進行腐蝕時，所述M腐蝕溶液需保持恒溫，溫度大于60°C，腐蝕時間應大于60秒。
8.如權利要求5所述的方法，其特征在于所述Ti與SiO2腐蝕溶液其配比為=H2O =H2O2 :HF=20 :1 :0. 5，對所述三層復合結構中的 Ti金屬層和SW2犧牲層進行腐蝕時，其腐蝕時間大于120秒。
9.如權利要求5-8任一項所述的方法，其特征在于 所述三層復合結構中的三層都采用濕法腐蝕進行去除。
10.如權利要求5-8任一項所述的方法，其特征在于所述三層復合結構的Ti金屬層與SW2犧牲層經過同一步腐蝕去除。
全文摘要
公開了一種三層復合離子注入阻擋層，包括三層復合結構SiO2/Ti/Ni；所述三層復合結構的最上層為Ni金屬層，所述Ni金屬層為離子注入阻擋層；所述三層復合結構中層為Ti金屬層，用于增加Ni金屬層與下層SiO2的黏附性；所述三層復合結構下層為SiO2犧牲層，置于底層襯底之上，用于將Ti/Ni金屬層與襯底分隔開。本發(fā)明還公開了一種制備、去除上述三層復合離子注入阻擋層的方法。通過本發(fā)明提供的制備方法制備的三層復合離子注入阻擋層不僅能夠實現(xiàn)對半導體材料高溫注入Al工藝的阻擋要求，同時，SiO2犧牲層還能夠有效減少注入半導體表面的損傷。去除上述三層復合離子注入阻擋層的方法簡單有效，解決了半導體襯底上Ti/Ni金屬去除中的金屬殘留問題。
文檔編號H01L21/02GK102496559SQ20111037970
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權日2011年11月25日
發(fā)明者劉新宇, 劉煥明, 周靜濤, 李博, 楊成樾, 湯益丹, 申華軍, 白云 申請人:中國科學院微電子研究所