專利名稱：半導(dǎo)體器件的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及半導(dǎo)體器件的形成方法。
背景技術(shù)：
在超大規(guī)模集成電路工藝中，有著熱穩(wěn)定性、抗?jié)裥缘亩趸枰恢笔墙饘倩ミB 線路間使用的主要絕緣材料，金屬鋁則是芯片中金屬互連線路的金屬層的主要材料。然而， 由于元件的微型化及集成度的增加，電路中金屬層數(shù)目不斷增多，金屬互連線路架構(gòu)中的 電阻(R)及電容(C)所產(chǎn)生的寄生效應(yīng)造成了嚴(yán)重的傳輸延遲(RC Delay)，在130納米及 更先進(jìn)的技術(shù)中成為電路中訊號(hào)傳輸速度受限的主要因素。因此，在降低金屬層電阻方面，由于金屬銅具有高熔點(diǎn)、低電阻系數(shù)及高抗電子遷 移的能力，已被廣泛地應(yīng)用于金屬互連線路架構(gòu)中來(lái)取代金屬鋁作為金屬互連線路的金屬 層的材料。隨著半導(dǎo)體器件制作技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，器件之間的高性能、高密度連接不僅在 單個(gè)互連層中進(jìn)行，而且要在多層之間進(jìn)行互連。因此，通常提供多層互連結(jié)構(gòu)，其中多個(gè) 互連層互相堆疊，用于連接半導(dǎo)體器件，所述互連層的互連導(dǎo)線表面會(huì)覆蓋層間絕緣膜，在 申請(qǐng)?zhí)枮?2106882. 8的中國(guó)專利申請(qǐng)文件能夠發(fā)現(xiàn)更多互連導(dǎo)線表面會(huì)覆蓋層間絕緣膜 的形成工藝。在現(xiàn)有的互連導(dǎo)線表面覆蓋層間絕緣膜的形成工藝中，特別是頂部金屬層(Top Metal, TM)覆蓋層間絕緣膜的形成工藝中，采用金屬銅的互連導(dǎo)線與所述覆蓋互連導(dǎo)線 的層間絕緣膜熱膨脹系數(shù)不同，在形成覆蓋互連導(dǎo)線的層間絕緣膜工藝之后，還會(huì)執(zhí)行 其他的高溫工藝，而造成互連導(dǎo)線無(wú)法向外擴(kuò)張只得向上膨脹造成小山丘狀的凸起物 (Hi 1 lock)，使得器件的電性能下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問(wèn)題是避免金屬層出現(xiàn)凸起物。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件的形成方法，包括提供襯底，所 述襯底表面形成有金屬層；對(duì)所述金屬層進(jìn)行退應(yīng)力；在所述金屬層表面形成隔離層；在 所述隔離層表面形成絕緣結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明通過(guò)對(duì)所述金屬層退應(yīng)力，使金屬 層的原子進(jìn)行晶格的重新排列，降低金屬層的缺陷數(shù)量，并且在所述金屬層表面形成隔離 層，所述隔離層與金屬層熱膨脹系數(shù)匹配，避免在金屬層形成小山丘狀的凸起物，在所述隔 離層表面形成絕緣結(jié)構(gòu)，所述絕緣結(jié)構(gòu)避免給金屬層增加過(guò)多應(yīng)力，提高器件良率。


圖1是本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件的形成方法的流程示意圖；圖2至圖6是本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件的形成方法的步驟示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明人經(jīng)過(guò)大量的勞動(dòng)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有工藝形成金屬層之后，所述金屬層存在應(yīng)力； 在后續(xù)的工藝中，所述金屬層表面覆蓋絕緣層后，所述金屬層應(yīng)力會(huì)隨著絕緣層厚度增加； 在后續(xù)高溫工藝中，所述金屬層與絕緣層熱膨脹系數(shù)不匹配，金屬層內(nèi)的應(yīng)力無(wú)法向向外 擴(kuò)張，只得向上膨脹造成小山丘狀的凸起物。為此，本發(fā)明提供了一種先進(jìn)的半導(dǎo)體器件的形成方法，圖1是本發(fā)明半導(dǎo)體器 件的形成方法的流程示意圖，具體包括如下步驟步驟S101，提供襯底，所述襯底表面形成有金屬層；步驟S102，對(duì)所述金屬層進(jìn)行退應(yīng)力；步驟S103，在所述金屬層表面形成隔離層；步驟S104，在所述隔離層表面形成絕緣結(jié)構(gòu)。下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的形成方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。參考圖2，提供襯底100，所述襯底表面形成有金屬層110。所述襯底100可以為多層基片(例如，具有覆蓋電介質(zhì)和金屬膜的硅襯底)、分級(jí) 基片、絕緣體上硅基片(SOI)、外延硅基片、部分處理的基片(包括集成電路及其他元件的 一部分)、圖案化或未被圖案化的基片。所述金屬層110可以為頂部金屬層也可以為層間金屬層，所述金屬層110材料選 自鋁、銀、鉻、鉬、鎳、鈀、鉬、鈦、鉭或者銅，或者選自鋁、銀、鉻、鉬、鎳、鈀、鉬、鈦、鉭或者銅的 合金，所述金屬層110厚度為2000埃至3000埃。在本實(shí)施例中，由于金屬銅具有高熔點(diǎn)、低電阻系數(shù)及高抗電子遷移的能力，優(yōu)選 用銅做示范性說(shuō)明，但是需要特別說(shuō)明的是，選用其他導(dǎo)電物質(zhì)形成的金屬層110在工藝 節(jié)點(diǎn)高于130納米技術(shù)中仍然可以工作，只是傳輸延遲比較大，在此特地說(shuō)明，不應(yīng)過(guò)分限 制本發(fā)明的保護(hù)范圍。所述金屬層110的形成工藝可以選用公知的物理氣相沉積工藝或者電鍍工藝，需 特別指出的是，上述金屬層110的形成工藝需根據(jù)金屬層110選用的材料不同而采用不同 的工藝，調(diào)整不同的工藝參數(shù)，在此不作贅述?，F(xiàn)有工藝在形成金屬層110后，會(huì)直接在所述金屬層110表面形成所需厚度的絕 緣層，所述絕緣層一般都比較厚，使得金屬層110的應(yīng)力進(jìn)一步擴(kuò)大。為此，本發(fā)明提出一種改進(jìn)的工藝方法，對(duì)所述金屬層進(jìn)行退應(yīng)力，并對(duì)后續(xù)形成 在金屬層表面的絕緣層采用了多層堆疊結(jié)構(gòu)，避免了金屬層110的應(yīng)力進(jìn)一步增加。由背景技術(shù)和之前的敘述可知，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有工藝形成金屬層之后，所述金屬層存在 應(yīng)力，本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，在形成金屬層110后，對(duì)所述金屬層110進(jìn)行退應(yīng) 力，所述金屬層110退應(yīng)力后，避免金屬層110小山丘狀的凸起物現(xiàn)象出現(xiàn)。對(duì)所述金屬層110進(jìn)行退應(yīng)力工藝可以為熱處理工藝，本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過(guò)大量 的實(shí)驗(yàn)，得到了較佳的熱處理溫度為380攝氏度至420攝氏度，該溫度范圍能夠有效的使金 屬層110的原子進(jìn)行晶格的重新排列，降低金屬層110的缺陷數(shù)量，使得金屬層110退應(yīng) 力。需要特別指出的是，本實(shí)施例中的金屬層110只是半導(dǎo)體多層互連結(jié)構(gòu)中的其中之一的金屬層，在形成金屬層110之前也會(huì)形成有其他金屬層，380攝氏度至420攝氏度熱 處理溫度能夠避免給在金屬層110之前的金屬層帶來(lái)額外的應(yīng)力影響。需要特別指出的是，本發(fā)明的發(fā)明人為了節(jié)約工藝步驟，經(jīng)過(guò)大量的創(chuàng)造性勞動(dòng) 后，將所述熱處理步驟與后續(xù)形成隔離層采用同一設(shè)備，將所述熱處理步驟在化學(xué)氣相沉 積工藝設(shè)備腔室中完成。所述熱處理工藝的具體參數(shù)為化學(xué)氣相沉積設(shè)備溫度為380攝氏度至420攝氏 度，保護(hù)氣體為N2或者Ar，保護(hù)氣體流量為每分鐘20標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘500標(biāo)準(zhǔn)立方 厘米，熱處理時(shí)間為15秒至25秒。參考圖3，在所述進(jìn)行熱處理的金屬層110表面形成隔離層120。所述隔離層120材料為氮化硅，所述隔離層120厚度為700埃至800埃，所述隔離 層120用于隔離所述金屬層110。需要特別指出的是，所述隔離層120厚度為700埃至800埃，所述厚度為700埃 至800埃的隔離層120不會(huì)對(duì)所述金屬層110形成較大應(yīng)力，并且還能夠保護(hù)所述金屬層 110，使得所述金屬層110不會(huì)氧化形成金屬殘?jiān)?；隔離層120的材料選自氮化硅可以使得 隔離層120的熱膨脹系數(shù)與金屬層110接近，避免金屬層110因?yàn)榕c隔離層120的熱膨脹 系數(shù)不匹配而出現(xiàn)小山丘狀的凸起物現(xiàn)象。所述隔離層120的形成工藝可以為化學(xué)氣相沉積工藝。所述化學(xué)氣相沉積工藝的具體工藝條件為反應(yīng)溫度為300攝氏度至400攝氏度， 腔室壓力為4托至6托，反應(yīng)間距為5毫米至8毫米，功率為200瓦至240瓦，SiH4為每分 鐘300標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘700標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，NH3流量為每分鐘1000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至 每分鐘1500標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，He流量為每分鐘1000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘1500標(biāo)準(zhǔn)立方 厘米，以上述工藝條件，形成700埃至800埃的隔離層120。在形成隔離層120后，本發(fā)明在所述隔離層120表面形成絕緣結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，所述絕緣結(jié)構(gòu)包括第一絕緣層；形成在第一絕緣層表面的第二 絕緣層；形成在第二絕緣層表面的第三絕緣層。參考圖4，在所述隔離層120表面形成第一絕緣層130。所述第一絕緣層130材料選自SiO2,所述第一絕緣層130厚度為2000埃至4000埃。所述第一絕緣層130的形成工藝為化學(xué)氣相沉積工藝。形成所述第一絕緣層130的具體工藝參數(shù)為反應(yīng)溫度為300攝氏度至400攝氏 度，腔室壓力為3. 7托至4. 2托，反應(yīng)間距為5毫米至8毫米，功率為200瓦至240瓦，四乙 氧基硅烷流量為每分鐘300標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘400標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，臭氧流量為每分鐘 650標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘750標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，直至形成2000埃至4000埃厚度的第一絕緣 層 130。參考圖5，在所述第一絕緣層130表面形成第二絕緣層140。所述第二絕緣層140材料選自氮化硅，所述第二絕緣層厚度為700埃至800埃。所述第二絕緣層140的形成工藝為化學(xué)氣相沉積工藝。所述化學(xué)氣相沉積工藝的具體工藝條件為反應(yīng)溫度為300攝氏度至400攝氏度， 腔室壓力為4托至6托，反應(yīng)間距為5毫米至8毫米，功率為200瓦至240瓦，SiH4為每分鐘300標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘700標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，NH3流量為每分鐘1000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至 每分鐘1500標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，He流量為每分鐘1000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘1500標(biāo)準(zhǔn)立方 厘米，以上述工藝條件，形成700埃至800埃的第二絕緣層140。參考圖6，在所述第二絕緣層140表面形成第三絕緣層150。所述第三絕緣層150材料選自SiO2,所述第三絕緣層150厚度為1000埃至2500 埃。所述第三絕緣層150的形成工藝為化學(xué)氣相沉積工藝。形成所述第三絕緣層150的具體工藝參數(shù)為反應(yīng)溫度為300攝氏度至400攝氏 度，腔室壓力為3. 7托至4. 2托，反應(yīng)間距為5毫米至8毫米，功率為200瓦至240瓦，四乙 氧基硅烷流量為每分鐘300標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘400標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，臭氧流量為每分鐘 650標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘750標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，直至形成2000埃至4000埃厚度的第三絕緣 層 150。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述絕緣結(jié)構(gòu)可以為單一絕緣層結(jié)構(gòu)，所述絕緣層材 料選自SiO2或者摻雜的SiO2，例如USG(Undoped Silicon Glass，沒(méi)有摻雜的硅玻璃)、 BPSG(Borophosphosilicate Glass，摻雜硼磷的硅玻璃)、BSG(Borosilicate Glass，摻雜 硼的硅玻璃)、PSG (Phosphosilitcate Glass，摻雜磷的硅玻璃)等。所述絕緣結(jié)構(gòu)可以為多層絕緣層疊加結(jié)構(gòu)，所述不同層的絕緣層材料可以相 同也可以不同，所述絕緣層材料選自SiO2或者摻雜的SiO2，例如USG(Und0ped Silicon Glass,沒(méi)有摻雜的硅玻璃)、BPSG(BorophosphosilicateGlass，摻雜硼磷的硅玻璃)、 BSG(Borosilicate Glass，摻雜硼的硅玻璃)、PSG(Phosphosilitcate Glass，摻雜磷的硅 玻璃)等。需要特別指出的是，經(jīng)過(guò)本發(fā)明的發(fā)明人的大量實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)包括第一絕緣層；形成 在第一絕緣層表面的第二絕緣層；形成在第二絕緣層表面的第三絕緣層的所述絕緣結(jié)構(gòu)能 夠避免在在金屬層110產(chǎn)生較大應(yīng)力，提高了器件良率。本發(fā)明通過(guò)對(duì)所述金屬層110退應(yīng)力，在金屬層110表面先形成厚度為700埃至 800埃的隔離層120，并且所述隔離層120與金屬層110熱膨脹系數(shù)較匹配，來(lái)避免金屬層 110形成小山丘狀的凸起物，本發(fā)明還在隔離層120表面依次形成2000埃至4000埃的第一 絕緣層130、700埃至800埃的第二絕緣層140和1000埃至2500埃的第三絕緣層150，所述 結(jié)構(gòu)也能夠避免在金屬層110產(chǎn)生較大應(yīng)力，提高了器件良率。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù) 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng) 當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，包括如下步驟提供襯底，所述襯底表面形成有金屬層；對(duì)所述金屬層進(jìn)行退應(yīng)力；在所述金屬層表面形成隔離層；在所述隔離層表面形成絕緣結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述對(duì)所述金屬層進(jìn)行 退應(yīng)力的工藝為熱處理工藝。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述熱處理工藝的溫度 為380攝氏度至420攝氏度。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述對(duì)金屬層退應(yīng)力和 所述在金屬層表面形成隔離層在同一設(shè)備的腔室完成。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述熱處理工藝的具體 參數(shù)為設(shè)備腔室溫度為380攝氏度至420攝氏度，保護(hù)氣體為N2或者Ar，保護(hù)氣體流量為 每分鐘20標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘500標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，熱處理時(shí)間為15秒至25秒。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述隔離層材料為氮化娃。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述隔離層厚度為700埃 至800埃。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述隔離層的形成工藝 為化學(xué)氣相沉積工藝。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，形成所述隔離層的具體 工藝參數(shù)為反應(yīng)溫度為350攝氏度至450攝氏度，腔室壓力為3托至5托，反應(yīng)間距為10 毫米至18毫米，功率為700瓦至900瓦，SiH4為每分鐘400標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘600標(biāo) 準(zhǔn)立方厘米，NH3流量為每分鐘100標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘200標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，N2流量為每 分鐘17000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘19000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米。
10.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述絕緣結(jié)構(gòu)為單一絕 緣層結(jié)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述絕緣結(jié)構(gòu)為多層絕緣層疊加結(jié)構(gòu)。
12.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述絕緣結(jié)構(gòu)包括第 一絕緣層；形成在第一絕緣層表面的第二絕緣層；形成在第二絕緣層表面的第三絕緣層。
13.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述第一絕緣層材料 為 Si02。
14.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述第一絕緣層的厚 度為2000埃至4000埃。
15.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述第一絕緣層的具 體形成工藝為反應(yīng)溫度為350攝氏度至450攝氏度，腔室壓力為4托至6托，反應(yīng)間距為5 毫米至10毫米，功率為700瓦至900瓦，四乙基硅烷為每分鐘4500標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘 6500標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，氦氣流量為每分鐘3000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘5000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，氧氣流量為每分鐘3000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘5000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米。
16.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述第二絕緣層材料 為氮化硅。
17.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述第二絕緣層厚度 為700埃至800埃。
18.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述第三絕緣層為Si02。
19.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述第三絕緣層的厚 度為2000埃至4000埃。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件的形成方法，包括提供襯底，所述襯底表面形成有金屬層；對(duì)所述金屬層進(jìn)行退應(yīng)力；在所述金屬層表面形成隔離層；在所述隔離層表面形成絕緣結(jié)構(gòu)。本發(fā)明能夠避免金屬層形成小山丘狀的凸起物，提高了器件的良率。
文檔編號(hào)H01L23/532GK101996931SQ20091005672
公開(kāi)日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2009年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月20日
發(fā)明者牛孝昊, 王琪 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司