改善晶圆翘曲及负偏置温度不稳定性效应的方法与流程

1.本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种改善晶圆翘曲及负偏置温度不稳定性效应的方法。


背景技术：

2.偏置温度不稳定性效应(nbti，negative bias temperature instability)是一种导致pmos阈值电压升高的现象，共认的失效模型为反应扩散模型。目前，业内通常采用hsn(high stress sin)作为层间介质层(ild)的接触蚀刻停止层(cesl)，通过引入紫外光照射(uv cure)步骤来打断si-h及n-h键，形成更强的si-n键，并利用si-n键较高的张应力(1.5gpa)将晶格间距拉大，而晶格间距拉大使得d2(氢气h2的同位素)在退火时穿过晶格到达si-sio2界面形成键能更强的si-d键，从而导致nbti提升。
3.而对于器件金属互连层同时包括金属cu和金属al的工艺中，采用hsn作为接触蚀刻停止层，如图1所示，在金属互连层的顶层金属铝形成后测得的翘曲值处于265～285之间，可见，hsn作为接触蚀刻停止层会导致晶圆的翘曲值急剧增加，在这种情况下对金属互连层的顶层金属铝进行光刻，会导致晶圆无法置于光刻机台内，使得光刻无法实现。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种改善晶圆翘曲及负偏置温度不稳定性效应的方法，用于改善现有器件负偏置温度不稳定性效应，及因接触蚀刻停止层的薄膜应力较大而导致的晶圆翘曲的问题。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种改善晶圆翘曲及负偏置温度不稳定性效应的方法，所述方法包括：
6.利用化学气相沉积工艺于晶圆表面形成接触蚀刻停止层，且形成的所述接触蚀刻停止层中氢原子的含量大于8e21/cm2。
7.可选地，所述接触蚀刻停止层的厚度范围为400埃～500埃。
8.可选地，所述接触蚀刻停止层的材质包括氮化硅或碳掺杂的氮化硅。
9.可选地，利用等离子体增强化学气相沉积工艺形成所述接触蚀刻停止层。
10.可选地，在利用等离子增强化学气相沉积工艺形成所述接触蚀刻停止层时所采用的反应气体包括硅烷和氨气，且硅烷与氨气的配比范围为1:7～1:12。
11.可选地，所述等离子增强化学气相沉积工艺的沉积温度为380℃～480℃。
12.可选地，所述等离子增强化学气相沉积工艺沉积的压强为2.5mtorr～6mtorr。
13.如上所述，本发明的改善晶圆翘曲及负偏置温度不稳定性效应的方法，通过于作为接触蚀刻停止层的氮化硅中增加h原子的含量使其含量大于8e21/cm2，从而使得氮化硅中si-n之间的拉缩力得到缓解，由此改变氮化硅薄膜的应力，从而达到改善晶圆翘曲度的目的；而且，通过利用h原子捕获电荷的能力改善由pid效应引起的nbti fail。
附图说明
14.图1显示为现有的采用hsn作为接触蚀刻停止层的不同晶圆的翘曲值的分布图。
具体实施方式
15.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
16.请参阅图1。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
17.本实施例提供一种改善晶圆翘曲及负偏置温度不稳定性效应的方法，所述方法包括：
18.利用化学气相沉积工艺于晶圆表面形成接触蚀刻停止层，且形成的所述接触蚀刻停止层中氢原子的含量大于8e21/cm2。
19.本实施例中，通过于所述接触蚀刻停止层中增加氢原子的含量，并利用氢原子的电荷捕获能力来防止电荷对栅氧化层造成缺陷，从而达到改善器件nbti的目的。
20.具体的，所述接触蚀刻停止层的厚度范围为400埃～500埃。
21.具体的，所述接触蚀刻停止层的材质包括氮化硅或碳掺杂的氮化硅。
22.本实施例中，通过在氮化硅(sin)中加入更多的氢原子，能够使得氮化硅薄膜形成更多的si-h与n-h键，以使得氮化硅薄膜的nbti与常规氮化硅薄膜的nbti相比得到明显的改善，并达到了与高应力氮化硅(hsn)薄膜的nbti相当的水平，而且，所形成的氮化硅薄膜的应力只有高应力氮化硅薄膜的应力的一半，也即是氮化硅薄膜的应力得到降低，而通过降低氮化硅薄膜的应力，可有效平衡金属互连层的顶层金属的较大的伸张应力(tensile stress)，从而能够将晶圆翘曲度降低，以便于进行后续工艺流程。
23.具体的，利用等离子体增强化学气相沉积工艺形成所述接触蚀刻停止层。
24.具体的，在利用等离子增强化学气相沉积工艺形成所述接触蚀刻停止层时所采用的反应气体包括硅烷和氨气，且硅烷与氨气的配比范围为1:7～1:12。
25.本实施例中，硅烷向沉积的氮化硅提供硅，氨气向沉积的氮化硅提供氮。而通过将所述硅烷与所述氨气的配比设置在1:7～1:12的范围内，可使得形成的氮化硅中氢原子的含量大于8e21/cm2，也即是使得氮化硅中具有更多的h原子，从而能够改善pid效应(电势诱导衰减)，进而达到改善nbti的目的。
26.具体的，所述等离子增强化学气相沉积工艺的沉积温度为380℃～480℃。可选地，本实施例中，所述等离子增强化学气相沉积工艺的沉积温度为400℃。
27.具体的，所述等离子增强化学气相沉积工艺沉积的压强为2.5mtorr～6mtorr。可选地，本实施例中，所述等离子增强化学气相沉积工艺的压强为6mtorr。
28.下表(表1)给出了利用三个不同菜单形成的氮化硅薄膜的薄膜应力、折射率及h含量，high stress sin表示高应力氮化硅薄膜，baseline normal sin表示常规氮化硅薄膜，
多h新sin表示本实施例提供的氮化硅薄膜。从表中可以看出，本实施例提供的氮化硅薄膜的氢原子的含量达到8.2e21/cm2，其应力(675mpa)为高应力薄膜的应力(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)给出了利用三个不同菜单形成的氮化硅薄膜的薄膜应力、翘曲值及hbti比例，high stress sin表示高应力氮化硅薄膜，baseline normal sin表示常规氮化硅薄膜，多h新sin表示本实施例提供的氮化硅薄膜。从表中可以看出，本实施例提供的氮化硅薄膜的翘曲值(233)与高应力氮化硅薄膜的翘曲值(280)相比，翘曲值减小50左右，而且，本实施例提供的氮化硅薄膜的nbti与常规的氮化硅薄膜的nbti相比，具有明显的改善，且与高应力氮化硅薄膜的nbti水平相当。
32.表2：
[0033][0034][0035]
综上所述，本发明的改善晶圆翘曲及负偏置温度不稳定性效应的方法，通过于作为接触蚀刻停止层的氮化硅中增加h原子的含量使其含量大于8e21/cm2，从而使得氮化硅中si-n之间的拉缩力得到缓解，由此改变氮化硅薄膜的应力，从而达到改善晶圆翘曲度的目的；而且，通过利用h原子捕获电荷的能力改善由pid效应引起的nbti fail。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0036]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。