CN105633009B - 一种半导体器件及其制造方法、电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体器件及其制造方法、电子装置，所述方法包括：提供半导体衬底，在其上形成多层金属布线；依次沉积第一材料层和第二材料层，覆盖多层金属布线中的最上层的金属布线；对第一材料层和第二材料层的裸露表面实施疏水处理，使其具有疏水性；依次沉积第三材料层和第四材料层，覆盖第二材料层，自下而上层叠的第一材料层、第二材料层、第三材料层和第四材料层构成金属间绝缘层；沉积扩散阻挡层，覆盖第四材料层；形成电连接多层金属布线中的最上层的金属布线的顶层金属布线；沉积钝化层，覆盖顶层金属布线和露出的扩散阻挡层。根据本发明，可以阻止所述金属间绝缘层中的氟的扩散以及氟与外界水汽的接触，避免上述现象造成的器件缺陷。

Description

一种半导体器件及其制造方法、电子装置

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，具体而言涉及一种半导体器件及其制造方法、电子装置。

背景技术

半导体器件的制程分为前段和后段，实施前段制程之后，如图1所示，在半导体衬底100上形成有前端器件，为了简化，图例中未予示出。所述前端器件是指实施半导体器件的后段制程之前形成的器件，在此并不对前端器件的具体结构进行限定。所述前端器件包括栅极结构，作为一个示例，栅极结构包括自下而上依次层叠的栅极介电层和栅极材料层；在栅极结构的两侧形成有侧壁结构，在侧壁结构两侧的半导体衬底100中形成有源/漏区，在源/漏区之间是沟道区；在栅极结构的顶部以及源/漏区上形成有自对准硅化物；形成层间绝缘层，并在层间绝缘层中形成接触孔以露出自对准硅化物；在接触孔中形成接触塞；形成底部连接接触塞的第一层金属布线；形成金属间绝缘层，以覆盖第一层金属布线。实施后段制程之后，如图1所示，在半导体衬底100上形成有多层金属布线，为了简化，图例中仅示出顶层金属布线107和最接近顶层金属布线107的另一金属布线105，为防止顶层金属布线107和另一金属布线105中的金属的扩散，在顶层金属布线107和另一金属布线105的底部和顶部分别形成有第一阻挡层108和第二阻挡层106；另一金属布线105形成于另一金属间绝缘层中，在另一金属间绝缘层中还形成于电连接顶层金属布线107和另一金属布线105的金属互连线109，为防止金属互连线109中的金属的扩散，在金属互连线109的底部和侧壁形成有第三阻挡层110；在另一金属间绝缘层上形成有钝化层111，覆盖顶层金属布线107。

如图1所示，另一金属间绝缘层包括自下而上层叠的第一材料层101、第二材料层102、第三材料层103和第四材料层104，其中，第一材料层101的材料为采用高密度等离子体沉积工艺形成的掺氟硅玻璃，第二材料层102的材料为采用等离子体增强沉积工艺形成的掺氟硅玻璃，第三材料层103的材料为氧化物，第四材料层104的材料为氮氧化硅。在二氧化硅中掺氟形成掺氟硅玻璃就是通过降低材料自身的极性来降低材料的介电常数，并且氟含量越大，掺氟硅玻璃的间隙填充和阶梯覆盖的能力越强。但是，氟的引入容易造成两种缺陷：一是氟与进入掺氟硅玻璃的水汽接触发生反应形成氢氟酸，对另一金属布线105和顶层金属布线107中的金属材料造成腐蚀；二是掺氟硅玻璃中的自由氟很容易通过第三材料层103和第四材料层104进入钝化层111中，在钝化层111中没有物质可以与氟发生化学反应，多余的氟会聚集在一起形成圆状气泡缺陷。上述两种缺陷均会造成半导体器件的失效。

因此，需要提出一种方法，以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种半导体器件的制造方法，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成多层金属布线；依次沉积第一材料层和第二材料层，覆盖所述多层金属布线中的最上层的金属布线；对所述第一材料层和所述第二材料层的裸露表面实施疏水处理，使所述表面具有疏水性；依次沉积第三材料层和第四材料层，覆盖所述第二材料层；沉积扩散阻挡层，覆盖所述第四材料层。

在一个示例中，实施所述疏水处理的工艺步骤包括：将所述半导体衬底浸入有机溶剂中，所述有机溶剂选用六甲基二硅氧烷；在氮气氛围下对经过所述有机溶剂浸泡的半导体衬底进行加热处理，使残留的所述有机溶剂充分挥发。

在一个示例中，所述扩散阻挡层的材料为氮化硅，沉积所述氮化硅的源气体为二氯硅烷和氨气。

在一个示例中，采用高密度等离子体沉积工艺沉积所述第一材料层，采用等离子体增强沉积工艺沉积所述第二材料层，所述第一材料层和所述第二材料层的材料为掺氟硅玻璃，所述第三材料层的材料为氧化物，所述第四材料层的材料为氮氧化硅。

在一个示例中，自下而上层叠的所述第一材料层、所述第二材料层、所述第三材料层和所述第四材料层构成金属间绝缘层。

在一个示例中，沉积所述扩散阻挡层之后，还包括：形成穿透所述金属间绝缘层和所述扩散阻挡层的电连接所述多层金属布线中的最上层的金属布线的金属互连线；形成电连接所述金属互连线的顶层金属布线；沉积钝化层，覆盖所述顶层金属布线和露出的所述扩散阻挡层。

在一个实施例中，本发明还提供一种采用上述方法制造的半导体器件。

在一个实施例中，本发明还提供一种电子装置，所述电子装置包括所述半导体器件。

根据本发明，可以有效阻止所述金属间绝缘层中的氟的扩散以及氟与外界水汽的接触，避免给后续制程带来导致器件失效的缺陷。

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。

附图中：

图1为根据现有技术实施后段制程后得到的器件的示意性剖面图；

图2A-图2C为根据本发明示例性实施例一的方法依次实施的步骤所分别获得的器件的示意性剖面图；

图3为根据本发明示例性实施例一的方法依次实施的步骤的流程图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本发明提出的半导体器件及其制造方法、电子装置。显然，本发明的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

[示例性实施例一]

参照图2A-图2C，其中示出了根据本发明示例性实施例一的方法依次实施的步骤所分别获得的器件的示意性剖面图。

首先，如图2A所示，提供半导体衬底200，半导体衬底200的构成材料可以采用未掺杂的单晶硅、掺杂有杂质的单晶硅、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。作为示例，在本实施例中，半导体衬底200的构成材料选用单晶硅。

在半导体衬底200上形成有前端器件，为了简化，图例中未予示出。所述前端器件是指实施半导体器件的后段制造工艺之前形成的器件，在此并不对前端器件的具体结构进行限定。所述前端器件包括栅极结构，作为一个示例，栅极结构包括自下而上依次层叠的栅极介电层和栅极材料层。在栅极结构的两侧形成有侧壁结构，在侧壁结构两侧的半导体衬底200中形成有源/漏区，在源/漏区之间是沟道区；在栅极结构的顶部以及源/漏区上形成有自对准硅化物；形成层间绝缘层，并在层间绝缘层中形成接触孔以露出自对准硅化物；在接触孔中形成接触塞；形成电连接接触塞的第一层金属布线；形成金属间绝缘层，以覆盖第一层金属布线。

接下来，实施后段制程，在半导体衬底200上形成位于第一层金属布线和后续形成的顶层金属布线之间的多层金属布线，具体的层数根据半导体器件的结构和需要实现的功能而定。为了简化，图例中仅示出最接近后续形成的顶层金属布线(即所述多层金属布线中的最上层)的金属布线205，为防止金属布线205中的金属的扩散，在金属布线205的底部和顶部形成有第一阻挡层206，其中，金属布线205的材料为铝、铜等，第一阻挡层206的材料为氮化钛、氮化钽等。

接下来，依次沉积第一材料层201和第二材料层202，覆盖金属布线205。作为示例，采用高密度等离子体沉积工艺沉积第一材料层201，采用等离子体增强沉积工艺沉积第二材料层202，第一材料层201和第二材料层202的材料为掺氟硅玻璃。

接下来，对第一材料层201和第二材料层202的裸露表面实施疏水处理，使所述表面具有疏水性，以避免第一材料层201和第二材料层202中含有的氟与外界的水汽接触。作为示例，实施所述疏水处理的工艺步骤包括：将半导体衬底200浸入有机溶剂中，所述有机溶剂可以选用六甲基二硅氧烷(HMDS)，浸泡时间为50s-80s；在氮气氛围下对经过所述有机溶剂浸泡的半导体衬底200进行加热处理，使残留的所述有机溶剂充分挥发，加热处理的温度为165℃-195℃。

接着，如图2B所示，依次沉积第三材料层203和第四材料层204，覆盖第二材料层202。作为示例，实施所述沉积可以采用本领域技术人员所熟习的任何现有技术，优选化学气相沉积法(CVD)，如低温化学气相沉积(LTCVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、快热化学气相沉积(RTCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。第三材料层203的材料为氧化物，第四材料层204的材料为氮氧化硅。自下而上层叠的第一材料层201、第二材料层202、第三材料层203和第四材料层204构成金属间绝缘层。

接下来，沉积扩散阻挡层212，覆盖第四材料层204。作为示例，扩散阻挡层212的材料为氮化硅，氮化硅中的Si-N键键能较大，不容易被第三材料层203和第四材料层204中含有的氟破坏，并且有着非常紧致的结构，氟在氮化硅的阻挡下不容易扩散到后续形成的钝化层中，因此，可以使氟稳定地存留于所述金属间绝缘层，同时，可以弥补第四材料层204的较差的间隙填充性能。所述沉积的源气体可以为二氯硅烷和氨气。

接着，如图2C所示，形成穿透所述金属间绝缘层和扩散阻挡层212的电连接金属布线205的金属互连线209，为防止金属互连线209中的金属的扩散，在金属互连线209的底部和侧壁形成有第二阻挡层210，其中，金属互连线209的材料为铝、铜等，第二阻挡层210的材料为氮化钛、氮化钽等。

接下来，形成电连接金属互连线209的顶层金属布线207，为防止顶层金属布线207中的金属的扩散，在顶层金属布线207的底部和顶部形成有第三阻挡层208，其中，顶层金属布线207的材料为铝、铜等，第三阻挡层208的材料为氮化钛、氮化钽等。然后，沉积钝化层211，覆盖顶层金属布线207和露出的扩散阻挡层212。

至此，完成了根据本发明示例性实施例一的方法实施的工艺步骤。根据本发明，可以有效阻止所述金属间绝缘层中的氟的扩散以及氟与外界水汽的接触，避免给后续制程带来导致器件失效的缺陷。

参照图3，其中示出了根据本发明示例性实施例一的方法依次实施的步骤的流程图，用于简要示出制造工艺的流程。

在步骤301中，提供半导体衬底，在半导体衬底上形成多层金属布线；

在步骤302中，依次沉积第一材料层和第二材料层，覆盖所述多层金属布线中的最上层的金属布线；

在步骤303中，对第一材料层和第二材料层的裸露表面实施疏水处理，使所述表面具有疏水性；

在步骤304中，依次沉积第三材料层和第四材料层，覆盖第二材料层，自下而上层叠的第一材料层、第二材料层、第三材料层和第四材料层构成金属间绝缘层；

在步骤305中，沉积扩散阻挡层，覆盖第四材料层；

在步骤306中，形成穿透所述金属间绝缘层和扩散阻挡层的电连接所述多层金属布线中的最上层的金属布线的金属互连线；

在步骤307中，形成电连接所述金属互连线的顶层金属布线；

在步骤308中，沉积钝化层，覆盖所述顶层金属布线和露出的扩散阻挡层。

[示例性实施例二]

接下来，可以通过后续工艺完成整个半导体器件的制作，包括：形成金属焊盘，用于后续实施器件封装时的引线键合。

[示例性实施例三]

本发明还提供一种电子装置，其包括根据本发明示例性实施例二的方法制造的半导体器件。所述电子装置可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本、游戏机、电视机、VCD、DVD、导航仪、照相机、摄像机、录音笔、MP3、MP4、PSP等任何电子产品或设备，也可以是任何包括所述半导体器件的中间产品。所述电子装置，由于使用了所述半导体器件，因而具有更好的性能。

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造方法，包括：

提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成多层金属布线；

依次沉积第一材料层和第二材料层，覆盖所述多层金属布线中的最上层的金属布线；

对所述第一材料层和所述第二材料层的裸露表面实施疏水处理，使所述表面具有疏水性；

依次沉积第三材料层和第四材料层，覆盖所述第二材料层；

沉积扩散阻挡层，覆盖所述第四材料层；其中，所述第一材料层和所述第二材料层的材料为掺氟硅玻璃，所述第三材料层的材料为氧化物，所述第四材料层的材料为氮氧化硅。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，实施所述疏水处理的工艺步骤包括：将所述半导体衬底浸入有机溶剂中，所述有机溶剂选用六甲基二硅氧烷；在氮气氛围下对经过所述有机溶剂浸泡的半导体衬底进行加热处理，使残留的所述有机溶剂充分挥发。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述扩散阻挡层的材料为氮化硅，沉积所述氮化硅的源气体为二氯硅烷和氨气。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用高密度等离子体沉积工艺沉积所述第一材料层，采用等离子体增强沉积工艺沉积所述第二材料层。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，自下而上层叠的所述第一材料层、所述第二材料层、所述第三材料层和所述第四材料层构成金属间绝缘层。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，沉积所述扩散阻挡层之后，还包括：形成穿透所述金属间绝缘层和所述扩散阻挡层的电连接所述多层金属布线中的最上层的金属布线的金属互连线；形成电连接所述金属互连线的顶层金属布线；沉积钝化层，覆盖所述顶层金属布线和露出的所述扩散阻挡层。

7.一种采用权利要求1-6之一所述的方法制造的半导体器件。

8.一种电子装置，所述电子装置包括权利要求7所述的半导体器件。