一种降低多晶高阻的氢化作用的结构、方法及半导体器件与流程

本发明涉及半导体领域，具体地，本发明涉及一种降低多晶高阻的氢化作用的结构、方法及半导体器件，更具体地涉及一种降低氢化作用对多晶高阻稳定性影响的结构、方法及半导体器件。

背景技术：

随着集成电路技术的持续发展，芯片上将集成更多器件，芯片也将采用更快的速度。在这些要求的推进下，器件的几何尺寸将不断缩小，在芯片的制造工艺中不断采用新材料、新技术和新的制造工艺。

其中，多晶硅材料在半导体领域中得到广泛应用，多晶硅的电阻率不仅取决于掺杂，还与晶粒结构有关。晶粒间界的存在妨碍了载流子的有序流动，从而增加了电阻率。在轻掺杂多晶硅中的影响更大，轻掺杂的多晶硅电阻率比相同掺杂浓度的单晶硅要高几个数量级。氢通过与晶粒间界的悬挂键结合能降低多晶硅电阻，简称氢化作用。氢化的不均匀会导致多晶电阻的不稳定。

目前多晶高阻不稳定，阻值波动范围很大，以目标阻值3000Ω的高阻为例，实际做出来的阻值从2400Ω波动到3000Ω不等，与预期设计的阻值偏差最大可达20％，不仅会造成PCM超规范也会造成CP低良。造成多晶高阻不稳定一个非常重要的因素就是氢化作用的影响。

目前减弱氢化作用的方法主要是在多晶高阻上方加一块金属钛+铝作为挡板，通过金属钛对氢的吸附，来减弱氢化作用，但是通过金属挡板的吸附能力有限，吸附饱和后高阻阻值容易变低很多，而且在现有基础上再继续增加金属挡板的尺寸，对氢化作用的阻挡能力也不能再明显增强，而且会增加无效的管芯面积。

因此，如何降低氢化作用对多晶高阻的影响以使所述多晶高阻的稳定性提高成为目前亟需解决的问题。

技术实现要素：

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明为了克服目前存在问题，提供了一种降低多晶高阻的氢化作用的结构，包括：

多晶高阻芯片；

密封环，位于所述芯片的周围，以完全包围所述芯片；

孔槽结构，位于所述密封环中且环绕所述芯片设置，所述孔槽结构包括孔槽和填充于所述孔槽中的能吸附氢的材料，以降低氢化作用。

可选地，所述孔槽结构包括至少两个内外相互嵌套且隔离设置的孔槽。

可选地，所述能吸附氢的材料包括金属钛。

可选地，其中所述孔槽为连续的且封闭的环绕所述芯片设置的孔槽。

可选地，所述孔槽整体呈方形。

可选地，所述孔槽的横截面呈方形。

本发明还提供了一种包括上述的结构的半导体器件。

本发明还提供了一种降低多晶高阻的氢化作用的方法，所述方法包括在多晶高阻芯片的四周形成密封环的步骤，所述密封环中形成有环绕所述芯片设置的孔槽结构，所述孔槽结构包括孔槽和填充于所述孔槽中的能吸附氢的材料，以降低氢化作用。

可选地，所述孔槽结构包括至少两个内外相互嵌套且隔离设置的孔槽。

可选地，所述能吸附氢的材料包括金属钛。

可选地，其中所述孔槽为连续的且封闭的环绕所述芯片设置的孔槽。

为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种降低氢化作用对多晶高阻稳定性影响的结构及方法，为了降低所述氢化作用，在所述多晶高阻的外围设置孔槽结构，以完全包围所述多晶高阻，所述孔槽结构中具有能够吸附氢的材料，例如金属钛，氢会被Ti强烈的吸附，降低氢的可移动性，从源头上减弱氢化作用。

本发明不仅从源头上阻止了氢的扩散和移动，增大了圆片在生产线流通的窗口，极大的降低了氢化作用的影响，提升了多晶高阻的稳定性，而 且本发明不需要占用和增加管芯面积。

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，用来解释本发明的装置及原理。在附图

图1为本发明中所述降低多晶高阻的氢化作用的结构的俯视图；

图2为本发明中所述降低多晶高阻的氢化作用的结构的局部放大示意图；

图3为本发明中所述密封环结构中的孔阵结构的局部放大示意图；

图4为本发明中不同的密封环结构中对多晶高阻稳定性影响的示意图，其中A为孔阵结构，B为孔槽结构；

图5为本发明中密封环结构中的孔阵结构对多晶高阻稳定性影响的示意图，其中C和D为不同的产品；

图6为本发明中密封环结构中的孔槽结构对多晶高阻稳定性影响的示意图，其中E和F为不同的产品。

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。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能与实际尺寸不符。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、 层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

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及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。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。

实施例一

本发明提供了一种降低多晶高阻的氢化作用的结构，如图1所示，所述结构包括：

多晶高阻芯片101；

密封环102，位于所述芯片的周围，以完全包围所述芯片；

孔槽结构103，位于所述密封环中且环绕所述芯片设置，所述孔槽结构包括孔槽和填充于所述孔槽中的能吸附氢的材料，以降低氢化作用。

其中，所述多晶高阻芯片101上还可以形成有各种有源器件和/或各种集 成电路。

本申请的发明人发现目前在器件制备过程中为了保护所述多晶高阻芯片101通常在多晶高阻芯片101的外围设置密封环102，以防止所述多晶高阻芯片101受到潮气或者其他污染物的影响使器件性能降低，但是目前所述密封环结构并不能起到降低氢化作用的效果。

目前所述密封环结构大都如附图3所示，在所述密封环中形成有孔阵结构，所述孔阵结构包括若干相互间隔的孔阵，并且在所述孔阵中填充金属材料，即使填充能够吸附氢的金属材料也不能很好地降低氢化作用。图5为包括孔阵结构的所述密封环降低氢化作用的效果，通过图5可以看出，孔阵设计产品的阻值随着流通时间的增加，降低的非常快，关键步骤的流通时间每增加一天，阻值就降低19-29Ω，因此孔阵结构的阻挡效果并不理想。

通过分析发现阵结构孔阵结构对氢的阻挡作用很差，其原因是因为孔阵中孔与孔之间的SiO₂对氢没有阻挡作用，氢可以自由的移动和扩散，因此孔阵结构的阻挡效果并不理想。

对此，对所述密封环结构进行了改进，将所述密封环中的孔槽设置为连续的且封闭的环绕所述芯片设置的孔槽，即所述孔槽为一个环形槽且不会中断，连续一体设置在所述多晶高阻芯片周围，以完全包围住所述多晶高阻芯片，并且在所述孔槽中填充能吸附氢的材料，例如金属钛，由于金属钛对氢有很强的吸附能力。因此，可以借助密封环来阻挡氢的扩散和运动，进而达到降低氢化作用的效果。

需要说明的是在本发明所述氢是指能够引起氢化作用的氢气、氢离子或包含氢气的混合气体，或者以其他形式存在的能够引起氢化作用的氢的统称，因此所述能吸附氢的材料是指能吸附上述各种能够引起氢化作用的氢的材料，在此不再一一列举。

其中，所述孔槽结构包括至少两个内外相互嵌套设置的孔槽。

其中，所述能吸附氢的材料包括金属钛。

其中，所述孔槽整体呈方形形状。

其中，统计孔槽设计和孔阵设计产品的高阻，发现孔阵设计产品阻值和稳定性都明显的差于孔槽设计，如图4所示，其中A为孔阵结构，B为孔槽结构。这是因为孔阵结构对氢的阻挡作用比孔槽结果要差，孔阵中孔与孔之 间的SiO₂对氢没有阻挡作用，氢可以自由的移动和扩散。因此，孔阵结构的阻挡效果并不理想。但是在所述孔槽结构中所述孔槽结构呈环形结构完全包括所述多晶高阻芯片，形成保护所述多晶高阻芯片的屏障，防止氢化作用的发生。

此外，孔阵结构可以最大程度的降低氢化作用对高阻的影响，圆片在生产线流通时，金属钛会从周围环境中吸收氢。因此，在现有技术的方案中，当圆片流通时间较长时，钛很容易就饱和了，不能再有效的降低氢化作用，从而造成生产线上流通速度越慢，阻值就越低的现象。

而采用孔槽设计后，这一现象会变得十分不明显，高阻值变得更加高而且稳定。

孔槽设计产品的阻值随着流通时间的增加，降低的非常慢，关键步骤的流通时间每增加一天，阻值只降低5-8Ω。如图6所示，在管芯周围设计孔槽结构的密封环，可以降低氢化作用的影响，极大的提高多晶高阻的稳定性，进而提高产品的性能。

作为替代性的实施方式，在本发明中还可以增加保护金属钛的面积，可以略微增加对氢化作用的阻挡效果，但是效果不明显，而且会增加管芯的无效面积，可以根据具体需要进行选择。

此外，增加圆片在生产线的流通速度，可以降低氢化作用的影响，但是受制于产线的实际能力。

为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种降低氢化作用对多晶高阻稳定性影响的结构及方法，为了降低所述氢化作用，在所述多晶高阻的外围设置孔槽结构，以完全包围所述多晶高阻，所述孔槽结构中具有能够吸附氢的材料，例如金属钛，氢会被Ti强烈的吸附，降低氢的可移动性，从源头上减弱氢化作用。

本发明不仅从源头上阻止了氢的扩散和移动，增大了圆片在生产线流通的窗口，极大的降低了氢化作用的影响，提升了多晶高阻的稳定性，而且本发明不需要占用和增加管芯面积。

实施例二

本发明还提供了一种半导体器件，包括实施例一所述的结构。本发明还提供了一种电子装置，包括上述的半导体器件。

本实施例的电子装置，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，也可为任何包括所述半导体器件的中间产品。本发明实施例的电子装置，由于使用了上述的半导体器件，因而具有更好的性能。

实施例三

本发明还提供了一种降低氢化作用对多晶高阻稳定性影响的方法，所述方法包括在多晶高阻芯片的四周形成密封环的步骤，所述密封环中形成有环绕所述芯片设置的孔槽结构，所述孔槽结构包括孔槽和填充于所述孔槽中的能吸附氢的材料，以降低氢化作用。

其中，所述多晶高阻芯片上还可以形成有各种有源器件和/或各种集成电路。

其中，所述孔槽结构包括至少两个内外相互嵌套设置的孔槽。

其中，所述能吸附氢的材料包括金属钛。

其中，所述孔槽整体呈方形形状。

其中，孔槽结构可以最大程度的降低氢化作用对高阻的影响，圆片在生产线流通时，金属钛会从周围环境中吸收氢，因此在现有技术的方案中，当圆片流通时间较长时，钛很容易就饱和了，不能再有效的降低氢化作用，从而造成生产线上流通速度越慢，阻值就越低的现象，而采用孔槽设计后，这一现象会变的十分不明显，高阻值变的更加高而且稳定。

孔槽设计产品的阻值随着流通时间的增加，降低的非常慢，关键步骤的流通时间每增加一天，阻值只降低5-8Ω，如图6所示。

其中所述孔槽的形成方法可以包括图案化所述密封环中的介电材料，以形成所述环形的孔槽，然后在所述孔槽中填充吸附氢的材料，例如金属钛，其中所述图案化方法以及填充方法可以选用本领域中常用的方法，并不局限于某一种，在此不再赘述。

为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种降低氢化作用对多晶高阻稳定性影响的结构及方法，为了降低所述氢化作用，在所述多晶高阻的外围设置孔槽结构，以完全包围所述多晶高阻，所述孔槽结构中具有能够吸附氢的材料，例如金属钛，氢会被Ti强烈的吸附，降低氢的可移动性，从源头上减弱氢化作用。

本发明不仅从源头上阻止了氢的扩散和移动，增大了圆片在生产线流 通的窗口，极大的降低了氢化作用的影响，提升了多晶高阻的稳定性，而且本发明不需要占用和增加管芯面积。

在上述步骤之后，还可以包括其他相关步骤，此处不再赘述。并且，除了上述步骤之外，本实施例的制备方法还可以在上述各个步骤之中或不同的步骤之间包括其他步骤，这些步骤均可以通过现有技术中的各种工艺来实现，此处不再赘述。

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。