专利名称：半导体器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件及其制造方法，以及更具体涉及一种具有氟掺 杂的绝缘层的半导体器件及其制造方法。
背景技术：
半导体器件可以具有高度集成结构，其包含具有空间间隙的线层(line layer)。然而，这样的器件呈现出增加的寄生电容，从而导致信号传送中的延 迟并还导致信号干扰。为了减轻这类问题，半导体器件可以包含低-k电介质作为层间绝缘层来填 充线图案之间的空间间隙以及绝缘层。氟惨杂的氧化层可以用作绝缘层。氟掺 杂的氧化层可以具有用于填充线之间的狭窄空间间隙的良好特性和低介电常 数(低-k) 。 F掺杂的氧化层的介电常数小于不掺杂的氧化硅层的介电常数来 抑制线的信号传送延迟。此外，具有较好特性的用于填充狭窄间隙的F-掺杂 氧化层用作线间(inter-line)绝缘隔层。如图1中的实施例示出，半导体器件可以包括含有形成于半导体衬底10 之上和/或上方的羟基的第一绝缘层12以及在第一绝缘层12之上和/或上方具 有多个线图案14的线层。第一绝缘层12可以用于线图案14和较低的线图案或单元器件之间的层间 绝缘层。氟掺杂("F-掺杂")的氧化层16可以形成于第一绝缘层12之上和 /或上方来填充各个线图案14之间的空间间隙。在半导体器件中，由于层间绝缘层或覆盖层位于线层之下，所以可以使用 TEOS层。TEOS层具有密集的结构和指定的平面特性并且其中包含OH官能 团。 然而，氟掺杂的氧化层16直接与绝缘层12接触。因为氟具有良好的扩散能力，所以氟掺杂的氧化层16与在第一绝缘层12中的羟基反应来形成强腐蚀 性的HF。 HF引起了在绝缘层12中产生气泡的问题或引起金属或氧化物中的 腐蚀。发明内容本发明的实施方式涉及具有扩散防止层的半导体器件，当在含有羟基的绝 缘层上方形成F-掺杂的氧化层时，该扩散防止层防止氟和羟基之间的反应。本发明的实施方式涉及一种半导体器件，其包括形成于半导体衬底上方的 第一绝缘层；形成于该第一绝缘层上方的扩散防止层；以及形成于该扩散防止 层上方的第二绝缘层。根据本发明的实施方式，该第二绝缘层由氟掺杂。本发明的实施方式涉及一种制造半导体器件的方法，其至少包含以下步骤 之一在半导体衬底上方形成第一绝缘层；在该第一绝缘层上方形成扩散防止 层；以及随后在该扩散防止层上方形成第二绝缘层。根据本发明的实施方式， 该第二绝缘层由氟掺杂。本发明的实施方式涉及一种半导体器件，其包括形成于半导体衬底上方具 有羟基的第一绝缘层；形成于该第一绝缘层上方的具有多个线图案的线层，其 中排列多个线图案，使得在各个线图案之间提供空间间隙；形成于各个线图案 之间的空间间隙中的氟掺杂的第二绝缘层；以及多层扩散防止层，其包括用于 抑制多个线图案之间的介电常数增加的第一绝缘层和用于防止氟从氟掺杂的 第二绝缘层扩散到第一绝缘层的第二氧化层。
图l示出了半导体器件；图2到图5示出了根据实施方式的半导体器件。
具体实施方式
如在图2和图3的实施例示出，第一绝缘层52能够形成于半导体衬底50 之上和/或上方。随后，具有多个线图案54的线层能形成于第一绝缘层52之 上和/或上方。第一绝缘层52层可作为层间绝缘层，形成使下结构与线层或线
层下面的栅极的覆盖层之间电绝缘。可以相应于高集成半导体器件，减小各个线图案54之间的空间间隙。在需要快运行速度的高集成半导体器件中，有必要最小化线图案54之间的寄生 电容。为此，可以执行线图案54的电绝缘和平坦化。对于多个线层，线图案 54之间的空间间隙可以由用作层间绝缘层的第二绝缘层60填充。第二绝缘层 可以用氟(F)来掺杂。在根据本发明实施方式的半导体器件中，等角的(ccmformal)扩散防止层 56可具有包含形成于线图案54之上和/或上方以及线图案54之间的空间间隙 中的碳掺杂("C-掺杂")氧化层56c和氮掺杂氧化层56n ( "N-掺杂")的 多层结构。扩散防止层，即，C-掺杂氧化层56c和N-掺杂氧化层56n，可以夹 在第一绝缘层52和F-掺杂的绝缘层60之间。含有C-掺杂氧化层56c和N-掺 杂氧化层56n的多层的扩散防止层可以用作抑制氟从F-掺杂的绝缘层60扩散 到第一绝缘层52。N-掺杂氧化层56n具有高密度和固态特性以便于抑制氟原子通过N-掺杂 氧化层56n迁移到第一绝缘层52中。N-掺杂氧化层56n还可具有比硅氧化物 层大的介电常数，并从而，形成具有足以仅防止氟原子扩散的最小厚度。C-掺杂氧化层56c可用作能够防止氟扩散且抑制介电常数增加的层。C-掺杂氧化层56c能够与N-掺杂氧化层56n堆叠在一起来形成扩散防止层56。 C-掺杂氧化层56c具有利于抑制氟扩散的低介电常数。含有堆叠的C-掺杂氧 化层56c和N-掺杂氧化层56n的扩散防止层56有助于防止氟朝向第一绝缘层 52扩散并便于抑制介电常数的增加。可以形成厚度约为300A的N-掺杂氧化层56n且可以形成厚度约为200A 的C-掺杂氧化层56c。含有羟基的TEOS层可用作线层和下结构之间的层间绝缘层或栅极的覆 盖层。在这样的情况下，F-掺杂的绝缘层可以与含有羟基的TEOS绝缘层接触 来触发氟和羟基之间的反应。这种反应在绝缘层或HF内产生气泡。从而，HF 导致氧化物和金属的腐蚀。在根据本发明实施方式的半导体器件中，扩散防止层56可以夹在氟掺杂 的第二绝缘层60和含有羟基的第一绝缘层52之间，从而抑制氟扩散到第一绝 缘层52。
如图3的实施例示出，第一绝缘层52可以形成于半导体衬底50之上和/ 或上方。然后，具有多个线图案54的线层可以形成于第一绝缘层52之上和/ 或上方。第一绝缘层52可以是含有羟基的绝缘层。可选地，第一绝缘层52 可以是TEOS层。氧化层56可以等角的形成于含有线图案54的半导体衬底50之上和/或上方。如在图4的实施例示出，可以将碳离子58c注入到氧化层56中以将氧化 层56的至少一部分转移到C-掺杂氧化层56c。可以形成厚度约为500 A的氧 化层56以及通过将碳离子注入到厚度约为200A的氧化层56中形成C-掺杂氧 化层56c。碳离子注入可以在200到450 keV能量和约2x1013至'J 2xl0"原子 /cn^剂量的条件下实施。如图5示出的实施例，可以将氮离子58n注入到C-掺杂氧化层56c上方 的氧化层56中。从而，注入到氧化层中的氮离子转移到N-掺杂氧化层56n中。 N-掺杂氧化层56n可以形成具有足以防止氟扩撒的厚度。根据本发明的实施方式，N-掺杂氧化层56n的厚度可以为约300A。根据 本发明实施方式，可以相应于用于随后工艺的扩散条件以及器件工作条件并根 据氟控制物质的氟扩散防止等来调节厚度。例如，可以用约150 350keV能量， 在约5xl013原子/cr^到5xl0"原子/cm2的剂量下来实施氮离子注入。N-掺杂氧化层56n起到扩散防止层的作用，而C-掺杂氧化层56c用于抑 制由于N-掺杂氧化层56n而引起的金属线之间介电常数的增加。F-掺杂氧化层60可以形成于扩散防止层56之上和/或上方来填充线图案 54之间的空间间隙。F-掺杂氧化层60具有能够降低线图案54之间寄生电容 的低介电常数。F-掺杂氧化层60还具有良好的迁移性来有效填充线图案54之 间的空间间隙。根据本发明实施方式的半导体具有在F-掺杂氧化层和具有羟基的氧化层 之间提供扩散防止层以防止氟与羟基反应的优点。其次，可以通过中断氟和羟 基之间的反应来抑制HF形成，从而可以防止绝缘层内气泡的产生，以及防止 氧化物和金属的腐蚀。因此，提高了线层和层间绝缘层的可靠性。虽然在此已描述了本发明的实施方式，但应当理解对于本领域的技术人员 可以设计将落入所公开的本发明的精神和范围内的各种其他改进和实施方式。 更具体地，各种变型和改进可能是在所公开的本发明、附图和所附权利要求书 范围内的主题组合的部件和/或设备。对于本领域的技术人员来说除部件和/或 设置的变型和改进外，显然还可使用替代实施例。
权利要求
1.一种装置，包括形成于半导体衬底上方的第一绝缘层；形成于所述第一绝缘层上方的扩散防止层；以及形成于所述扩散防止层上方的第二绝缘层；其中所述第二绝缘层是由氟掺杂。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包含具有形成于所述第 一绝缘层上方的多个线图案的线层，其中排列所述多个线图案从而在各个线图 案之间提供空间间隙。
3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述扩散防止层包含多层 结构。
4. 根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述多层结构包含用于抑 制金属线之间介电常数增加的第一氧化层和用于防止氟从所述第二绝缘层扩 散到所述第一绝缘层的第二氧化层。
5. 根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一氧化层包含碳掺 杂层以及所述第二氧化层包含氮掺杂层。
6. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述碳掺杂层和氮掺杂层 以叠层设置形成使得所述碳掺杂层形成于多个线图案和所述第一绝缘层上方 并与多个线图案和所述第一绝缘层直接接触，以及所述氮掺杂层形成于所述碳 掺杂层上方并与所述碳掺杂层直接接触。
7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述氮掺杂层具有足以防 止氟扩散的厚度。
8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述氮掺杂层厚度为约300A。
9. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述碳掺杂层厚度约为200A。
10. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一绝缘层包含羟基。
11. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一绝缘层包含TEOS层。
12. —种方法，包括 在半导体衬底上方形成第一绝缘层；在所述第一绝缘层上方形成扩散防止层；以及随后 在所述扩散防止层上方形成第二绝缘层；其中所述第二绝缘层由氟掺杂。
13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一绝缘层包括含 有羟基的绝缘层。
14. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，形成所述扩散防止层的 歩骤包含在所述第一绝缘层之上形成氧化层；以及 通过将氮离子注入到所述氧化层中而形成氮掺杂层。
15. 根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包含在所述氮掺杂层 下方形成碳掺杂层的步骤，其中所述氮掺杂层具有约为300A的厚度以及所述 碳掺杂层具有约为200A的厚度。
16. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在200到450 keV能量 和在约2xl013到2xl0"原子每平方厘米剂量的条件下，通过注入碳离子形成 所述碳掺杂层。
17. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在约为150 350 keV能 量和约5xl013原子每平方厘米到5xl014原子每平方厘米剂量的条件下，通过 注入氮离子形成所述氮掺杂层。
18. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包含在所述第一绝缘 层上方形成具有多个线图案的线层的歩骤。
19. 根据权利要求18所述的方法，其特征在于，还包含执行多个线图案 的电绝缘和平面化，从而最小化所述线图案之间的寄生电容。
20. —种装置，包含在半导体衬底上方形成的具有羟基的第一绝缘层；在所述第一绝缘层上方形成的具有多个线图案的线层，其中排列所述多个线图案从而在各个线图案之间提供空间间隙；在各个线图案之间的空间间隙中形成的氟掺杂的第二绝缘层；以及 多层扩散防止层，其含有用于抑制多个线图案之间介电常数增加的第一氧化层和用于防止氟从所述氟掺杂第二绝缘层扩散到所述第一绝缘层的第二氧化层。
全文摘要
本发明提供一种半导体器件，包括形成于半导体衬底上方具有羟基的第一绝缘层；在该第一绝缘层上方形成的具有多个线图案的线层，排列该多个线图案，使得在他们之间提供空间间隙；在各个线条图案之间的空间间隙中形成的氟掺杂的第二绝缘层；以及多层扩散保护层，其包括用于抑制多个线图案之间的介质常数增加的第一氧化层和用于防止氟从氟掺杂的第二绝缘层扩散到第一绝缘层的第二氧化层。
文档编号H01L23/52GK101211893SQ20071016519
公开日2008年7月2日 申请日期2007年11月8日 优先权日2006年12月29日
发明者黄宗泽 申请人:东部高科股份有限公司