改善晶圓翹曲及負偏置溫度不穩定性效應的方法與流程
2024-04-15 04:40:05
1.本發明涉及半導體製造領域，特別是涉及一種改善晶圓翹曲及負偏置溫度不穩定性效應的方法。
背景技術：
2.偏置溫度不穩定性效應(nbti，negative bias temperature instability)是一種導致pmos閾值電壓升高的現象，共認的失效模型為反應擴散模型。目前，業內通常採用hsn(high stress sin)作為層間介質層(ild)的接觸蝕刻停止層(cesl)，通過引入紫外光照射(uv cure)步驟來打斷si-h及n-h鍵，形成更強的si-n鍵，並利用si-n鍵較高的張應力(1.5gpa)將晶格間距拉大，而晶格間距拉大使得d2(氫氣h2的同位素)在退火時穿過晶格到達si-sio2界面形成鍵能更強的si-d鍵，從而導致nbti提升。
3.而對於器件金屬互連層同時包括金屬cu和金屬al的工藝中，採用hsn作為接觸蝕刻停止層，如圖1所示，在金屬互連層的頂層金屬鋁形成後測得的翹曲值處於265～285之間，可見，hsn作為接觸蝕刻停止層會導致晶圓的翹曲值急劇增加，在這種情況下對金屬互連層的頂層金屬鋁進行光刻，會導致晶圓無法置於光刻機臺內，使得光刻無法實現。
技術實現要素：
4.鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種改善晶圓翹曲及負偏置溫度不穩定性效應的方法，用於改善現有器件負偏置溫度不穩定性效應，及因接觸蝕刻停止層的薄膜應力較大而導致的晶圓翹曲的問題。
5.為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種改善晶圓翹曲及負偏置溫度不穩定性效應的方法，所述方法包括：
6.利用化學氣相沉積工藝於晶圓表面形成接觸蝕刻停止層，且形成的所述接觸蝕刻停止層中氫原子的含量大於8e21/cm2。
7.可選地，所述接觸蝕刻停止層的厚度範圍為400埃～500埃。
8.可選地，所述接觸蝕刻停止層的材質包括氮化矽或碳摻雜的氮化矽。
9.可選地，利用等離子體增強化學氣相沉積工藝形成所述接觸蝕刻停止層。
10.可選地，在利用等離子增強化學氣相沉積工藝形成所述接觸蝕刻停止層時所採用的反應氣體包括矽烷和氨氣，且矽烷與氨氣的配比範圍為1:7～1:12。
11.可選地，所述等離子增強化學氣相沉積工藝的沉積溫度為380℃～480℃。
12.可選地，所述等離子增強化學氣相沉積工藝沉積的壓強為2.5mtorr～6mtorr。
13.如上所述，本發明的改善晶圓翹曲及負偏置溫度不穩定性效應的方法，通過於作為接觸蝕刻停止層的氮化矽中增加h原子的含量使其含量大於8e21/cm2，從而使得氮化矽中si-n之間的拉縮力得到緩解，由此改變氮化矽薄膜的應力，從而達到改善晶圓翹曲度的目的；而且，通過利用h原子捕獲電荷的能力改善由pid效應引起的nbti fail。
附圖說明
14.圖1顯示為現有的採用hsn作為接觸蝕刻停止層的不同晶圓的翹曲值的分布圖。
具體實施方式
15.以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
16.請參閱圖1。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，雖圖示中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各組件的形態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局形態也可能更為複雜。
17.本實施例提供一種改善晶圓翹曲及負偏置溫度不穩定性效應的方法，所述方法包括：
18.利用化學氣相沉積工藝於晶圓表面形成接觸蝕刻停止層，且形成的所述接觸蝕刻停止層中氫原子的含量大於8e21/cm2。
19.本實施例中，通過於所述接觸蝕刻停止層中增加氫原子的含量，並利用氫原子的電荷捕獲能力來防止電荷對柵氧化層造成缺陷，從而達到改善器件nbti的目的。
20.具體的，所述接觸蝕刻停止層的厚度範圍為400埃～500埃。
21.具體的，所述接觸蝕刻停止層的材質包括氮化矽或碳摻雜的氮化矽。
22.本實施例中，通過在氮化矽(sin)中加入更多的氫原子，能夠使得氮化矽薄膜形成更多的si-h與n-h鍵，以使得氮化矽薄膜的nbti與常規氮化矽薄膜的nbti相比得到明顯的改善，並達到了與高應力氮化矽(hsn)薄膜的nbti相當的水平，而且，所形成的氮化矽薄膜的應力只有高應力氮化矽薄膜的應力的一半，也即是氮化矽薄膜的應力得到降低，而通過降低氮化矽薄膜的應力，可有效平衡金屬互連層的頂層金屬的較大的伸張應力(tensile stress)，從而能夠將晶圓翹曲度降低，以便於進行後續工藝流程。
23.具體的，利用等離子體增強化學氣相沉積工藝形成所述接觸蝕刻停止層。
24.具體的，在利用等離子增強化學氣相沉積工藝形成所述接觸蝕刻停止層時所採用的反應氣體包括矽烷和氨氣，且矽烷與氨氣的配比範圍為1:7～1:12。
25.本實施例中，矽烷向沉積的氮化矽提供矽，氨氣向沉積的氮化矽提供氮。而通過將所述矽烷與所述氨氣的配比設置在1:7～1:12的範圍內，可使得形成的氮化矽中氫原子的含量大於8e21/cm2，也即是使得氮化矽中具有更多的h原子，從而能夠改善pid效應(電勢誘導衰減)，進而達到改善nbti的目的。
26.具體的，所述等離子增強化學氣相沉積工藝的沉積溫度為380℃～480℃。可選地，本實施例中，所述等離子增強化學氣相沉積工藝的沉積溫度為400℃。
27.具體的，所述等離子增強化學氣相沉積工藝沉積的壓強為2.5mtorr～6mtorr。可選地，本實施例中，所述等離子增強化學氣相沉積工藝的壓強為6mtorr。
28.下表(表1)給出了利用三個不同菜單形成的氮化矽薄膜的薄膜應力、折射率及h含量，high stress sin表示高應力氮化矽薄膜，baseline normal sin表示常規氮化矽薄膜，
多h新sin表示本實施例提供的氮化矽薄膜。從表中可以看出，本實施例提供的氮化矽薄膜的氫原子的含量達到8.2e21/cm2，其應力(675mpa)為高應力薄膜的應力(1500mpa)一半。
29.表1：
30.rcpfilm stress(mpa)ri@633nmh含量(1021/cm2)high stress sin(+)15001.853.8baseline normal sin(-)3001.954.6多h新sin(+)6751.828.2
31.下表(表2)給出了利用三個不同菜單形成的氮化矽薄膜的薄膜應力、翹曲值及hbti比例，high stress sin表示高應力氮化矽薄膜，baseline normal sin表示常規氮化矽薄膜，多h新sin表示本實施例提供的氮化矽薄膜。從表中可以看出，本實施例提供的氮化矽薄膜的翹曲值(233)與高應力氮化矽薄膜的翹曲值(280)相比，翹曲值減小50左右，而且，本實施例提供的氮化矽薄膜的nbti與常規的氮化矽薄膜的nbti相比，具有明顯的改善，且與高應力氮化矽薄膜的nbti水平相當。
32.表2：
[0033][0034][0035]
綜上所述，本發明的改善晶圓翹曲及負偏置溫度不穩定性效應的方法，通過於作為接觸蝕刻停止層的氮化矽中增加h原子的含量使其含量大於8e21/cm2，從而使得氮化矽中si-n之間的拉縮力得到緩解，由此改變氮化矽薄膜的應力，從而達到改善晶圓翹曲度的目的；而且，通過利用h原子捕獲電荷的能力改善由pid效應引起的nbti fail。所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
[0036]
上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。