絕緣體上硅器件及其金屬間介質(zhì)層結(jié)構(gòu)和制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體器件，特別是涉及一種絕緣體上硅器件的金屬間介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，一種具有該金屬間介質(zhì)層結(jié)構(gòu)的器件，還涉及一種絕緣體上硅器件的金屬間介質(zhì)層的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的0.18微米邏輯1.8V/3.3V絕緣體上硅(SOI)工藝，后段工藝通常采用0.18微米邏輯工藝。但發(fā)明人經(jīng)實驗研究發(fā)現(xiàn)，該后段工藝會產(chǎn)生大量可動離子，這些可動離子沿金屬引線、通孔(Via)、及金屬之間的薄膜傳導下去，聚集在S1-S12界面、多晶硅(Poly)邊緣等處，影響界面態(tài)。對于普通體硅工藝，這些可動離子可以從襯底泄放出去，因此該聚集的表現(xiàn)并不明顯。但對于SOI工藝，由于埋層氧化的存在，可動離子沒法泄放出去，因此對器件的影響較明顯，容易造成柵氧(GOX)、結(jié)(junct1n)或多晶娃邊緣(Poly edge)的缺陷。在柵氧化層完整性(GOI)評估中，出現(xiàn)GOI fail。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]基于此，為了解決器件在柵氧化層完整性評估中失效的問題，有必要提供一種新型的絕緣體上硅器件的金屬間介質(zhì)層結(jié)構(gòu)。
[0004]一種絕緣體上硅器件的金屬間介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，包括覆蓋金屬互連的富硅氧化物層、富硅氧化物層上的氟硅玻璃層、及氟硅玻璃層上的非摻雜硅酸鹽玻璃層，所述富硅氧化物層的厚度為700?！?0%。
[0005]在其中一個實施例中，所述富硅氧化物層為原位富硅氧化物層。
[0006]在其中一個實施例中，所述非摻雜硅酸鹽玻璃層的厚度為2000?！?0%。
[0007]在其中一個實施例中，還包括設(shè)于所述金屬互連和氟硅玻璃層之間的氮化硅層。
[0008]還有必要提供一種絕緣體上硅器件。
[0009]一種絕緣體上硅器件，包括襯底、襯底上的埋氧層、埋氧層上的阱區(qū)、阱區(qū)內(nèi)的源極和漏極結(jié)構(gòu)、阱區(qū)上的柵極和層間介質(zhì)層、層間介質(zhì)層上的第一金屬間介質(zhì)層以及器件表面的焊盤層，所述第一金屬間介質(zhì)層的結(jié)構(gòu)為權(quán)利要求1-4中任意一項所述的金屬間介質(zhì)層結(jié)構(gòu)。
[0010]在其中一個實施例中，所述層間介質(zhì)層包括一層氮化硅。
[0011]還有必要提供一種絕緣體上硅器件的金屬間介質(zhì)層的制造方法。
[0012]一種絕緣體上硅器件的金屬間介質(zhì)層的制造方法，包括下列步驟:形成金屬互連線；淀積富硅氧化物和氟硅玻璃，覆蓋所述金屬互連線；等離子增強型化學氣相淀積氟硅玻璃；進行化學機械拋光，去除多余的氟硅玻璃后形成富硅氧化物層和氟硅玻璃層，所述富硅氧化物層的厚度為700?！?0% ;采用等離子增強型化學氣相淀積在所述氟硅玻璃層上形成非摻雜娃酸鹽玻璃層。
[0013]在其中一個實施例中，所述富硅氧化物層為原位富硅氧化物層，所述淀積富硅氧化物和氟硅玻璃步驟是在同一淀積腔體中進行。
[0014]在其中一個實施例中，所述非摻雜硅酸鹽玻璃層的厚度為2000?！?0%。
[0015]在其中一個實施例中，所述形成金屬互連線步驟和淀積富硅氧化物和氟硅玻璃步驟之間，還包括淀積形成氮化硅層的步驟。
[0016]上述SOI器件，后段工藝中產(chǎn)生的可動離子在經(jīng)過富硅氧化物層向下方的結(jié)構(gòu)運動時，厚度較大的富硅氧化物層可以將可動離子俘獲在不飽和鍵上，使得可動離子難以穿過富硅氧化物層，實現(xiàn)了阻擋可動離子的目的。從而器件在柵氧化層完整性(GOI)評估中有良好的表現(xiàn)，避免了可動離子在界面處的聚集造成器件的損壞。
【附圖說明】
[0017]圖1是一實施例中絕緣體上硅器件的剖面示意圖；
[0018]圖2是一實施例中絕緣體上硅器件的金屬間介質(zhì)層的制造方法的流程圖；
[0019]圖3是可動離子被富硅氧化物層阻擋的示意圖。
【具體實施方式】
[0020]為使本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0021]圖1是一實施例中絕緣體上硅(SOI)器件的剖面示意圖，器件包括襯底10，襯底10上的埋氧層20，埋氧層20上的阱區(qū)32，阱區(qū)32內(nèi)的源極(漏極)結(jié)構(gòu)34，阱區(qū)32上的柵氧層(圖1中未不)、柵極42和層間介質(zhì)(ILD)層40,層間介質(zhì)層40上的第一金屬間介質(zhì)層50以及器件表面的焊盤(PAD)層70。在本實施例中，層間介質(zhì)層40中包括一層氮化石圭。第一金屬間介質(zhì)層50和焊盤層70之間還可以有一層或多層第二金屬間介質(zhì)層60。其中，第一金屬間介質(zhì)層50采用了新型的IMD結(jié)構(gòu)。
[0022]具體的,第一金屬間介質(zhì)層50包括覆蓋該層金屬互連52的富娃氧化物(siliconrich oxide，SR0)層54、富硅氧化物層54上的氟硅玻璃(FSG)層及氟硅玻璃層上的非摻雜硅酸鹽玻璃(USG)層，其中氟硅玻璃層和非摻雜硅酸鹽玻璃層在圖1中是繪制在一起的。富硅氧化物層54的作用是阻擋可動離子，為了達到該目的其應(yīng)該足夠厚，在本實施例中的厚度為700?！?0%，優(yōu)選為700埃。
[0023]發(fā)明人經(jīng)實驗研究發(fā)現(xiàn)，富硅氧化物層54本身富含硅不飽和鍵，在后段工藝中產(chǎn)生的可動離子在經(jīng)過富硅氧化物層54向下方的結(jié)構(gòu)運動時，厚度較大的富硅氧化物層54可以將可動離子俘獲在不飽和鍵上，使得可動離子難以穿過富硅氧化物層54，如圖3所示，實現(xiàn)了阻擋可動離子的目的。從而器件在柵氧化層完整性(GOI)評估中有良好的表現(xiàn)，避免了可動離子在界面處的聚集造成器件的損壞。
[0024]在本實施例中，富硅氧化物層54為原位(In-situ)富硅氧化物層，即淀積富硅氧化物和氟硅玻璃步驟是在同一淀積腔體中進行的。相比使用兩臺機臺分別淀積富硅氧化物和氟硅玻璃方案，可以省去兩次淀積中間的上下貨、產(chǎn)品傳送和在線等待的時間，提高生產(chǎn)效率。
[0025]在本實施例中，非摻雜硅酸鹽玻璃層的厚度為2000?！?0%，優(yōu)選為2000埃。
[0026]在其中一個實施例中，第一金屬間介質(zhì)層50還包括一層氮化硅，其形成于金屬互連52與氟硅玻璃層之間。該層氮化硅可以進一步增強對可動離子的阻斷效果。
[0027]本發(fā)明還提供一種絕緣體上硅器件的金屬間介質(zhì)層的制造方法，如圖2所示，包括下列步驟:
[0028]S210，形成金屬互連線。
[0029]可以用先淀積再刻蝕的方式在ILD上方形成金屬互連線。
[0030]S220,淀積富硅氧化物和氟硅玻璃，覆蓋金屬互連線。
[0031]在本實施例中，淀積富硅氧化物和氟硅玻璃步驟是在同一淀積腔體中進行的，從而形成原位(In-situ)富娃氧化物層。在本實施例中，本步驟淀積8000埃厚的氟娃玻璃。
[0032]S230,等離子增強型化學氣相淀積氟硅玻璃。
[0033]步驟S220完成后，再使用等離子增強型化學氣相淀積(PECVD)的工藝淀積一層氟硅玻璃。在本實施例中，本步驟淀積11500埃厚的氟硅玻璃。
[0034]S240，進行化學機械拋光。
[0035]通過CMP將步驟S220和S230中淀積的氟硅玻璃拋光以達到平坦化的效果，在本實施例中是拋光至剩余6500埃厚的氟硅玻璃。拋光完成后得到富硅氧化物層和氟硅玻璃層。
[0036]S250，采用等離子增強型化學氣相淀積在氟硅玻璃層上形成非摻雜硅酸鹽玻璃層。
[0037]在本實施例中，淀積的非摻雜硅酸鹽玻璃(USG)層厚度為2000埃。
[0038]本發(fā)明在保證高壓/低壓區(qū)域，場區(qū)邊緣(Field edge)的測試結(jié)構(gòu)GOI表現(xiàn)良好的情況下，對多晶硅邊緣(Poly edge)的GOI有明顯改善，特別是對P型多晶硅邊緣(P Polyedge)0
[0039]在其中一個實施例中，步驟S210和S220之間還包括淀積氮化硅薄膜的步驟。該層氮化硅可以進一步增強對可動離子的阻斷效果。
[0040]以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。
【主權(quán)項】
1.一種絕緣體上硅器件的金屬間介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括覆蓋金屬互連的富硅氧化物層、富硅氧化物層上的氟硅玻璃層、及氟硅玻璃層上的非摻雜硅酸鹽玻璃層，所述富硅氧化物層的厚度為700?！?10%。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣體上硅器件的金屬間介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述富硅氧化物層為原位富硅氧化物層。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣體上硅器件的金屬間介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述非摻雜硅酸鹽玻璃層的厚度為2000?！?0%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣體上硅器件的金屬間介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括設(shè)于所述金屬互連和氟硅玻璃層之間的氮化硅層。5.一種絕緣體上硅器件，包括襯底、襯底上的埋氧層、埋氧層上的阱區(qū)、阱區(qū)內(nèi)的源極和漏極結(jié)構(gòu)、阱區(qū)上的柵極和層間介質(zhì)層、層間介質(zhì)層上的第一金屬間介質(zhì)層以及器件表面的焊盤層，其特征在于，所述第一金屬間介質(zhì)層的結(jié)構(gòu)為權(quán)利要求1-4中任意一項所述的金屬間介質(zhì)層結(jié)構(gòu)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的絕緣體上硅器件，其特征在于，所述層間介質(zhì)層包括一層氮化石圭。7.—種絕緣體上硅器件的金屬間介質(zhì)層的制造方法，包括下列步驟: 形成金屬互連線； 淀積富硅氧化物和氟硅玻璃，覆蓋所述金屬互連線； 等離子增強型化學氣相淀積氟硅玻璃； 進行化學機械拋光，去除多余的氟硅玻璃后形成富硅氧化物層和氟硅玻璃層，所述富硅氧化物層的厚度為700?！?0% ； 采用等離子增強型化學氣相淀積在所述氟硅玻璃層上形成非摻雜硅酸鹽玻璃層。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的絕緣體上硅器件的金屬間介質(zhì)層的制造方法，其特征在于，所述富硅氧化物層為原位富硅氧化物層，所述淀積富硅氧化物和氟硅玻璃步驟是在同一淀積腔體中進行。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的絕緣體上硅器件的金屬間介質(zhì)層的制造方法，其特征在于，所述非摻雜硅酸鹽玻璃層的厚度為2000?！?0%。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的絕緣體上硅器件的金屬間介質(zhì)層的制造方法，其特征在于，所述形成金屬互連線步驟和淀積富硅氧化物和氟硅玻璃步驟之間，還包括淀積形成氮化硅層的步驟。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種絕緣體上硅器件的金屬間介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，包括覆蓋金屬互連的富硅氧化物層、富硅氧化物層上的氟硅玻璃層、及氟硅玻璃層上的非摻雜硅酸鹽玻璃層，所述富硅氧化物層的厚度為700?！?0％。本發(fā)明還涉及一種絕緣體上硅器件，以及一種絕緣體上硅器件的金屬間介質(zhì)層的制造方法。本發(fā)明厚度較大的富硅氧化物層可以將可動離子俘獲在不飽和鍵上，使得可動離子難以穿過富硅氧化物層，實現(xiàn)了阻擋可動離子的目的。在柵氧化層完整性評估中有良好的表現(xiàn)，避免了可動離子在界面處的聚集造成器件的損壞。
【IPC分類】H01L21/768, H01L23/532
【公開號】CN105097776
【申請?zhí)枴緾N201410178535
【發(fā)明人】王智勇, 王德進, 馬晶晶
【申請人】無錫華潤上華半導體有限公司
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2014年4月29日
【公告號】WO2015165411A1