CN102815663B - 半导体器件的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半导体器件的制作方法，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底中形成有CMOS器件，在所述半导体衬底的上表面形成有氟硅玻璃层；在所述氟硅玻璃层上形成富硅材料层；以及在所述富硅材料层上形成MEMS器件。本发明通过在CMOS器件制作完成后，MEMS器件制作之前形成富硅材料层可以有效地解决在工艺温度超过400oC，并且保温时间较长的热处理过程中，氟聚集形成气泡而导致结构空洞和表面粗糙不平的问题，进而有效地避免了给后续工艺以及器件的性能带来的影响。

Description

半导体器件的制作方法
技术领域
本发明涉及半导体制造工艺，尤其涉及一种半导体器件的制作方法。
背景技术
微机电系统（Microelectromechanical systems, MEMS）技术在工业控制领域的应用十分广泛，其制备的MEMS器件按特性可分为传感器和执行器，传感器将压力、加速度、温度等物理量转换为电信号；而执行器将电能转换为某种形式的受控机械运动。此外，MEMS技术其它领域，例如LED封装等，也有重要应用。
与已经非常成熟的CMOS工艺相比，MEMS工艺起步较晚，且不成熟，为了实现MEMS器件的产业化生产，采用CMOS工艺来制造MEMS器件，将CMOS器件与MEMS器件集成是目前研究的焦点。但是，将MEMS器件与CMOS器件集成必然会带来一些新问题。举例来说，对于0.18                                                以下的CMOS工艺来说，通常采用氟硅玻璃（FSG）作为后段工艺（BEOL）的介电材料。但是如果工艺温度超过400oC，并且需要在该温度下保温较长时间（例如，超过60分钟）的话，氟就很容易引起气泡，而导致在衬底内形成结构空洞并使衬底表面粗糙不平，进而给后续工艺以及器件的性能带来很大影响。但是在制作MEMS器件的过程中经常使用温度高于400oC的热处理工艺，并且热处理工艺的保温时间甚至达到几小时。
因此，需要一种半导体器件的制作方法，以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种半导体器件的制作方法，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底中形成有CMOS器件，在所述半导体衬底的上表面形成有氟硅玻璃层；在所述氟硅玻璃层上形成富硅材料层；以及在所述富硅材料层上形成MEMS器件。
优选地，所述氟硅玻璃层为用于形成金属互连结构的层间介电层。
优选地，所述富硅材料层的材料为富硅的氧化物。
优选地，所述富硅的氧化物为含有游离态的硅的氧化硅。
优选地，所述富硅材料层的厚度大于或等于200nm。
优选地，所述富硅材料层的厚度为200-1000nm。
优选地，所述富硅材料层的厚度为300nm。
优选地，采用化学气相沉积的方法在所述氟硅玻璃层上形成所述富硅材料层。
本发明通过在CMOS器件制作完成后，MEMS器件制作之前形成富硅材料层可以有效地解决在工艺温度超过400oC，并且保温时间较长的热处理过程中，氟聚集形成气泡而导致结构空洞和表面粗糙不平的问题，进而有效地避免了给后续工艺以及器件的性能带来的影响。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，
图1A-1C为根据本发明一个实施方式制作半导体器件的工艺流程中各步骤所获得的器件的剖视图。
具体实施方式
接下来，将结合附图更加完整地描述本发明，附图中示出了本发明的实施例。但是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、 第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
图1A-1C为根据本发明一个实施方式制作半导体器件的工艺流程中各步骤所获得的器件的剖视图。下面将结合图1A-1C来详细说明本发明的制作方法。
如图1A所示，提供半导体衬底101，在该半导体衬底101中形成有CMOS器件，该半导体衬底101的上表面形成有氟硅玻璃层102。
半导体衬底101可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅（SOI）、绝缘体上层叠硅（SSOI）、绝缘体上层叠锗化硅（S-SiGeOI）、绝缘体上锗化硅（SiGeOI）以及绝缘体上锗（GeOI）等。半导体衬底101中形成有CMOS器件，CMOS器件例如是晶体管（例如，NMOS和/或PMOS）等。在半导体衬底101中还可以形成隔离结构，所述隔离结构为浅沟槽隔离（STI）结构或者局部氧化硅（LOCOS）隔离结构。为了简化，此处仅以一空白来表示半导体衬底。
在半导体衬底101的上表面形成有氟硅玻璃层102。后段工艺中通常选用低介电常数的氟硅玻璃层102作为形成金属互连结构103的层间介电层，其中，金属互连结构103为用于与CMOS等器件相连的电路。
如图1B所示，在氟硅玻璃层102上形成富硅材料层104。
富硅材料层104的材料可以为富硅的氧化物。富硅的氧化物可以为含有游离态的硅的氧化硅。富硅材料层104的厚度大于或等于200nm。优选地，富硅材料层104的厚度为200-1000nm。更优选地，富硅材料层104的厚度为300nm。作为示例，可以采用化学气相沉积等方法形成富硅材料层104，以通过控制硅源气体的流量来调节富硅材料层104中硅的含量。
在CMOS器件制作完成后，MEMS器件制作之前形成富硅材料层可以有效地解决氟在后续制作MEMS器件的热处理过程中聚集形成气泡而导致结构空洞和表面粗糙不平的问题。经分析认为：在工艺温度超过400oC且保温时间较长的情况下，氟在氟硅玻璃层102中的溶解度下降，因此随着热处理过程的进行氟不断地向氟硅玻璃层102的表面扩散，并在表面处聚集形成氟气泡向外溢出。当在氟硅玻璃层102上形成富硅材料层104后，扩散至氟硅玻璃层102表面的氟会分散在富硅材料层104中，与富硅材料层104中的硅化合，进而防止氟以气体的形式溢出。
如图1C所示，在富硅材料层104上形成后续的MEMS器件105。根据需要可以将各种MEMS器件105形成在富硅材料层104上，以达到将CMOS器件与MEMS器件105集成在一起的目的。
本发明通过在CMOS器件制作完成后，MEMS器件制作之前形成富硅材料层可以有效地解决在工艺温度超过400oC，并且保温时间较长的热处理过程中，氟聚集形成气泡而导致结构空洞和表面粗糙不平的问题，进而有效地避免了给后续工艺以及器件的性能带来的影响。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (8)

1.一种半导体器件的制作方法，包括：
提供半导体衬底，在所述半导体衬底中形成有CMOS器件，在所述半导体衬底的上表面形成有氟硅玻璃层；
在所述氟硅玻璃层上形成富硅材料层以避免所述氟硅玻璃层中的氟在后续制作MEMS器件的热处理过程中聚集形成气泡而导致结构空洞和表面粗糙不平；以及
在所述富硅材料层上形成MEMS器件。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氟硅玻璃层为用于形成金属互连结构的层间介电层。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述富硅材料层的材料为富硅的氧化物。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述富硅的氧化物为含有游离态的硅的氧化硅。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述富硅材料层的厚度大于或等于200nm。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述富硅材料层的厚度为200-1000nm。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述富硅材料层的厚度为300nm。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用化学气相沉积的方法在所述氟硅玻璃层上形成所述富硅材料层。
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