專利名稱：降低半導(dǎo)體裝置的漏電流的方法以及半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種集成電路的設(shè)計(jì)，更進(jìn)一步的說，是有關(guān)于一種降低集成電路晶片的漏電流的方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域中，由于機(jī)械性的損害(mechanicaldamage)以及環(huán)境中的污染會(huì)影響裝置的正常操作，因此，避免半導(dǎo)體裝置遭受上述影響是很重要的課題。傳統(tǒng)用來保護(hù)裝置的作法，是直接在裝置上涂附一層由氮化硅所構(gòu)成的薄膜。由于氮化硅薄膜的耐損耗性較佳，并且可作為鈉離子的阻障層，可避免鈉離子擴(kuò)散進(jìn)IC(integrated circuit，IC)晶片的氧化層中而降低氧化層的絕緣效果，因此，一般常用氮化硅薄膜來保護(hù)裝置以避免裝置受損。此用來提供保護(hù)效果的氮化硅薄膜，通常在較低的溫度下以等離子加強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法(plasma enhancedchemical vapor deposition，PECVD)沉積形成。
然而，在某些情形下，單獨(dú)使用氮化層并不足以保護(hù)位于此層底下的裝置。例如，若半導(dǎo)體裝置在生理鹽水(physiologicalsaline solution)的溶液中，并位于存在有電場(chǎng)的環(huán)境下(此電場(chǎng)由IC晶片上的主動(dòng)元件所提供)，則此半導(dǎo)體裝置中的氮化硅的性質(zhì)會(huì)迅速下降。
基于上述原因，因此，傳統(tǒng)的作法是使用由氧化硅與氮化硅所組成的多層薄層結(jié)構(gòu)來達(dá)到改善的效果；在此多層薄膜結(jié)構(gòu)中，氧化硅提供絕緣效果，用以防止電流與氮化硅接觸，使氮化硅得以保護(hù)氧化硅，避免氧化硅受到鈉離子的侵蝕。
在形成氮化硅及氧化硅之后，接著在半導(dǎo)體裝置上實(shí)施氫形成氣體回火步驟(hydrogen-forming gas-annealing process)，將氫原子導(dǎo)入IC晶片的金屬間介電層(inter-metal dielectric，IMD)中，用以修復(fù)位于金屬間介電層中的懸鍵(dangling bond)，借此降低半導(dǎo)體裝置的漏電流(leakage current)。
然而，在上述過程中，氮化硅扮演了阻障層的角色，會(huì)阻擋上述氫原子的擴(kuò)散，因而降低了氫形成氣體回火步驟的實(shí)施效率?；谶@個(gè)理由，因此傳統(tǒng)常需要使用多次(multiple stages)的氫形成氣體回火步驟，用以將漏電流降低至可接受的程度，但多次的氣體回火步驟需要花費(fèi)很多時(shí)間以及成本。
圖1所繪示的是經(jīng)由傳統(tǒng)方法所制造的半導(dǎo)體裝置100。首先，將半導(dǎo)體元件101形成于半導(dǎo)體基底101a之上，將多層介電層形成于半導(dǎo)體元件101之上，例如，將層間介電層102(interlayerdielectric，ILD)形成于半導(dǎo)體元件101上，接著將數(shù)層金屬間介電層覆蓋于層間介電層102上，例如圖中的金屬間介電層104以及106覆蓋于層間介電層102上，其中，上述金屬間介電層之中具有一接觸窗，例如金屬間介電層106之中的接觸窗(contact)105，此接觸窗105可以將分別位于不同層的金屬(例如金屬107a與金屬107b)相互連接，使其電性相連。氧化硅層108覆蓋于金屬間介電層106之上，用以提供絕緣效果之用。氮化硅層(SiN)110則覆蓋于氧化硅層108、金屬間介電層104與106之上，用以保護(hù)半導(dǎo)體元件101。此氮化硅層110的耐損耗性佳，且可作為鈉離子的阻障層，避免鈉離子擴(kuò)散進(jìn)氧化硅層108、金屬間介電層104與106之中而降低上述各層的絕緣效果。之后在半導(dǎo)體元件101上實(shí)施氫形成氣體回火步驟109，用以降低金屬間介電層104以及106的漏電流。一般說來，必需使用多次氫形成氣體回火步驟109，才可將漏電流降低至可接受的程度。
由于氫是主要用以降低IC晶片的漏電流的關(guān)鍵，然而，氮化硅層110卻會(huì)阻擋氫的擴(kuò)散，因此，在圖1所示的傳統(tǒng)半導(dǎo)體裝置上實(shí)施氫形成氣體回火步驟109時(shí)，此氫形成氣體回火步驟109的效率并不高。
因此，的確需要一種無需花費(fèi)很多時(shí)間以及成本，并可有效降低漏電流的方法。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明主要提供一種降低半導(dǎo)體裝置的漏電流的方法以及半導(dǎo)體裝置。
本發(fā)明提供一種降低半導(dǎo)體裝置的漏電流的方法，包括提供一半導(dǎo)體基底，至少在該半導(dǎo)體基底上形成一元件，在該半導(dǎo)體基底上形成一第一介電層，使該第一介電層覆蓋該元件，在該第一介電層上形成一含氫層，在該第一介電層以及該含氫層上形成一氮化硅層，以及將該含氫層中的氫原子導(dǎo)入該第一介電層中。
本發(fā)明所述的降低半導(dǎo)體裝置的漏電流的方法，該含氫層基本上由氧化硅材料所構(gòu)成。
本發(fā)明所述的降低半導(dǎo)體裝置的漏電流的方法，該含氫層的厚度大體上介于500至20000埃之間，且該含氫層所含有的氫濃度大體上介于5至40原子百分濃度之間。
本發(fā)明所述的降低半導(dǎo)體裝置的漏電流的方法，在形成該含氫層之前，更包括在該第一介電層上形成一氧化硅層，使該含氫層是位于該氮化硅層以及該氧化硅層之間。
本發(fā)明所述的降低半導(dǎo)體裝置的漏電流的方法，在形成該氮化硅層之前，更包括在該含氫層上形成一第二介電層，使該含氫層是位于該第一介電層與該第二介電層之間。
在本發(fā)明另提供一種半導(dǎo)體裝置，包括一半導(dǎo)體基底，至少一元件形成于該半導(dǎo)體基底上，至少一介電層，形成于該半導(dǎo)體基底上，一含氫層，形成于該介電層上，或者形成于該介電層之間，以及一氮化硅層，覆蓋于該介電層以及該含氫層上，其中該含氫層的氫原子被導(dǎo)入該介電層中，且該含氫層的氫原子在回火步驟中沒有被該氮化硅層所阻擋。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體裝置，該含氫層基本上由氧化硅材料所構(gòu)成。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體裝置，該含氫層的厚度大體上介于500至20000埃之間，且該含氫層在該回火步驟之前所含有的氫濃度大體上介于5至40原子百分濃度之間。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體裝置，更包括一氧化硅層，形成于該含氫層與該介電層之間。
本發(fā)明又提供一種降低半導(dǎo)體裝置的漏電流的方法，包括提供一半導(dǎo)體基底，至少在該半導(dǎo)體基底上形成一元件；在該半導(dǎo)體基底上形成一介電層，使該介電層覆蓋該元件，在該介電層上形成一氧化硅層，在該氧化硅層上形成一含氫層，在該含氫層上形成一氮化硅層，以及將該含氫層中的氫原子導(dǎo)入該介電層中。
本發(fā)明所述的降低半導(dǎo)體裝置的漏電流的方法，該含氫層基本上由氧化硅材料所構(gòu)成。
本發(fā)明所述的降低半導(dǎo)體裝置的漏電流的方法，該含氫層的厚度大體上介于500至20000埃之間，且含氫層所含有的氫濃度大體上介于5至40原子百分濃度之間。
本發(fā)明可避免在氫形成氣體回火步驟的過程中，氮化硅層阻擋到氫的滲透，可使氫原子可順利到達(dá)例如金屬間介電層之中，以修復(fù)位于金屬間介電層之中的懸鍵，故可達(dá)到降低漏電流。


圖1所繪示的是經(jīng)由傳統(tǒng)方法所制造的半導(dǎo)體裝置的截面圖；
圖2所繪示的是依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例所制造，可有效降低漏電流的半導(dǎo)體裝置的截面圖。
具體實(shí)施例方式
為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下圖2所繪示的是依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例所制造，可有效降低漏電流的半導(dǎo)體裝置200。此半導(dǎo)體元件201與圖1所繪示的半導(dǎo)體元件101類似，不同之處，在于氧化硅層208與氮化硅層210之間的含氫層203。氧化硅層208是沉積并覆蓋于一或多層的金屬間介電層206與204之上，用以提供絕緣效果。而含氫層203是沉積于氧化硅層208之上。為了保護(hù)半導(dǎo)體基底201a上的半導(dǎo)體元件201不受外界環(huán)境的影響，因此，將氮化硅層210形成于含氫層203之上。此氮化硅層210的耐損耗性佳，且可作為鈉離子的阻障層，避免鈉離子擴(kuò)散進(jìn)氧化硅層208或含氫層203中。實(shí)施氫形成氣體回火步驟209可將含氫層203的氫原子導(dǎo)入金屬間介電層206與204之中，用以修復(fù)位于金屬間介電層206與204之中的懸鍵(danglingbond)，借此降低半導(dǎo)體裝置的漏電流。
含氫層203基本上由氧化物所構(gòu)成，并可使用例如以下的方法形成等離子加強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法(plasma enhanced chemicalvapor deposition，PECVD)、高密度等離子化學(xué)氣相沉積法(highdensity plasma chemical vapor deposition，HDPCVD)、低壓化學(xué)氣相沉積法(low pressure chemical vapor deposition，LPCVD)、常壓化學(xué)氣相沉積法(atmospheric pressure chemicalvapor deposition，APCVD)以及旋轉(zhuǎn)涂布法(spin-on coating)。
除了氧化物之外，含氫層203也可以由低介電常數(shù)(low K)材料所構(gòu)成。含氫層203的厚度可以在數(shù)百埃(angstrom)至數(shù)萬埃之間。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，含氫層203的厚度是介于500至20000埃之間。含氫層203中所含有的氫濃度是介于5至40原子百分比(atom％)之間，正由于含氫層203具有高含量的氫，所以此含氫層203可以在氫形成氣體回火步驟209中提供足夠的氫來源。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，含氫層203取代了氧化硅層208，換句話說，只須形成含氫層203，無須形成氧化硅層208，而氮化硅層210則依然形成于含氫層203之上，且依然實(shí)施氫形成氣體回火步驟209，用以降低金屬間介電層206與204的漏電流。
在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，含氫層203也可以形成于介電層之間，例如可以將含氫層203形成于金屬間介電層204以及層間介電層202之間，用以在氫形成氣體回火步驟209中提供半導(dǎo)體元件201足夠的氫來源。通過額外的含氫層203的形成，則氫形成氣體回火步驟209只須實(shí)施一次，即可達(dá)到有效降低半導(dǎo)體元件201的漏電流的效果。
下頁表1所提供的是一系列半導(dǎo)體裝置在測(cè)量漏電流之后的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)是半導(dǎo)體裝置在經(jīng)過第一階段的氫形成氣體回火步驟之后，測(cè)量漏電流而得表1
表2所提供的是一系列半導(dǎo)體裝置在測(cè)量漏電流之后的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)是半導(dǎo)體裝置在經(jīng)過第二階段的氫形成氣體回火步驟之后，測(cè)量漏電流而得表2 請(qǐng)參照表1以及表2，A型與B型所指的皆是含氫層，然而，B型含氫層具有較A型含氫層為高的氫濃度。有四種不同尺寸的裝置(如表中的第1列所示)接受測(cè)試，在每一種尺寸的裝置中，更包括五種不同類型的裝置接受測(cè)試，此五種不同類型的裝置包括不含含氫層的半導(dǎo)體裝置，以及具有兩種不同厚度、兩種不同型態(tài)(A型與B型)的含氫層的半導(dǎo)體裝置。
例如，在表中第3列所描述的是具有500埃A型含氫層的各種不同尺寸半導(dǎo)體裝置的漏電流測(cè)量結(jié)果，而第5列所描述的是具有1000埃A型含氫層的各種不同尺寸半導(dǎo)體裝置的漏電流測(cè)量結(jié)果；同樣地，第7列所描述的是具有500埃B型含氫層的各種不同尺寸半導(dǎo)體裝置的漏電流測(cè)量結(jié)果，而第9列所描述的是具有1000埃B型含氫層的各種不同尺寸半導(dǎo)體裝置的漏電流測(cè)量結(jié)果。
另外，在表中第4、6、8與10列中所描述的，是第3、5、7與9列的半導(dǎo)體裝置(包含含氫層)的漏電流值在與第2列的半導(dǎo)體裝置(不包含含氫層)的漏電流值進(jìn)行比較之后，所得到的漏電流下降百分比。例如，在第一階段的氫形成氣體回火步驟之后，具有500埃B型含氫層，且尺寸為4.0um的半導(dǎo)體裝置的漏電流下降幅度為18.44％；又例如，在第二階段的氫形成氣體回火步驟之后，具有1000埃A型含氫層，且尺寸為3.0um的半導(dǎo)體裝置的漏電流下降幅度為10.85％。
由于本發(fā)明的含氫層的存在，使半導(dǎo)體裝置的漏電流得以降低。此外，若重復(fù)實(shí)施氫形成氣體回火步驟，則半導(dǎo)體裝置的漏電流可以更進(jìn)一步的降低；例如表2中的漏電流下降幅度較表1中的幅度要大，表示由于氫形成氣體回火步驟的重復(fù)實(shí)施，使漏電流可以更進(jìn)一步的降低。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，含氫層是形成于保護(hù)層之間(例如將含氫層203形成于氮化硅層210與氧化硅層208之間)。通過在氫形成氣體回火步驟209之前，在氮化硅層210與氧化硅層208之間形成含氫層203，或直接將氧化硅層208置換為含氫層203，可避免在氫形成氣體回火步驟209的過程中，氮化硅層210阻擋到氫的滲透，使氫原子可順利到達(dá)例如金屬間介電層206與204之中，用以修復(fù)位于金屬間介電層206與204之中的懸鍵(dangling bond)，因此可達(dá)到降低漏電流的效果。
雖然本發(fā)明已通過較佳實(shí)施例說明如上，但該較佳實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，應(yīng)有能力對(duì)該較佳實(shí)施例做出各種更改和補(bǔ)充，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書的范圍為準(zhǔn)。
附圖中符號(hào)的簡(jiǎn)單說明如下100、200半導(dǎo)體裝置101、201半導(dǎo)體元件102、202層間介電層
104、106、204、206金屬間介電層108、208氧化硅層110、210氮化硅層203含氫層
權(quán)利要求
1.一種降低半導(dǎo)體裝置的漏電流的方法，所述降低半導(dǎo)體裝置的漏電流的方法包括提供一半導(dǎo)體基底，至少在該半導(dǎo)體基底上形成一元件；在該半導(dǎo)體基底上形成一第一介電層，使該第一介電層覆蓋該元件；在該第一介電層上形成一含氫層；在該第一介電層以及該含氫層上形成一氮化硅層；以及將該含氫層中的氫原子導(dǎo)入該第一介電層中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低半導(dǎo)體裝置的漏電流的方法，其特征在于，該含氫層由氧化硅材料所構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低半導(dǎo)體裝置的漏電流的方法，其特征在于，該含氫層的厚度介于500至20000埃之間，且該含氫層所含有的氫濃度介于5至40原子百分濃度之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低半導(dǎo)體裝置的漏電流的方法，其特征在于，在形成該含氫層之前，更包括在該第一介電層上形成一氧化硅層，使該含氫層是位于該氮化硅層以及該氧化硅層之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低半導(dǎo)體裝置的漏電流的方法，其特征在于，在形成該氮化硅層之前，更包括在該含氫層上形成一第二介電層，使該含氫層是位于該第一介電層與該第二介電層之間。
6.一種半導(dǎo)體裝置，所述半導(dǎo)體裝置包括一半導(dǎo)體基底，至少一元件形成于該半導(dǎo)體基底上；至少一介電層，形成于該半導(dǎo)體基底上；一含氫層，形成于該介電層上，或者形成于該介電層之間；以及一氮化硅層，覆蓋于該介電層以及該含氫層上，其中該含氫層的氫原子在一回火步驟中被導(dǎo)入該介電層中，且該含氫層的氫原子在導(dǎo)入該介電層的過程中沒有被該氮化硅層所阻擋。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，該含氫層由氧化硅材料所構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，該含氫層的厚度介于500至20000埃之間，且該含氫層在該回火步驟之前所含有的氫濃度介于5至40原子百分濃度之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，更包括一氧化硅層，形成于該含氫層與該介電層之間。
10.一種降低半導(dǎo)體裝置的漏電流的方法，所述降低半導(dǎo)體裝置的漏電流的方法包括提供一半導(dǎo)體基底，至少在該半導(dǎo)體基底上形成一元件；在該半導(dǎo)體基底上形成一介電層，使該介電層覆蓋該元件；在該介電層上形成一氧化硅層，在該氧化硅層上形成一含氫層；在該含氫層上形成一氮化硅層；以及將該含氫層中的氫原子導(dǎo)入該介電層中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的降低半導(dǎo)體裝置的漏電流的方法，其特征在于，該含氫層由氧化硅材料所構(gòu)成。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的降低半導(dǎo)體裝置的漏電流的方法，其特征在于，該含氫層的厚度介于500至20000埃之間，且含氫層所含有的氫濃度介于5至40原子百分濃度之間。
全文摘要
本發(fā)明是提供一種降低半導(dǎo)體裝置的漏電流的方法以及半導(dǎo)體裝置，其中該方法包括提供一半導(dǎo)體基底，至少在該半導(dǎo)體基底上形成一元件，在該半導(dǎo)體基底上形成一第一介電層，使該第一介電層覆蓋該元件，在該第一介電層上形成一含氫層，在該第一介電層以及該含氫層上形成一氮化硅層，以及將該含氫層中的氫原子導(dǎo)入該第一介電層中。本發(fā)明所述降低半導(dǎo)體裝置的漏電流的方法以及半導(dǎo)體裝置，可避免在氫形成氣體回火步驟的過程中，氮化硅層阻擋到氫的滲透，可使氫原子可順利到達(dá)例如金屬間介電層之中，用以修復(fù)位于金屬間介電層之中的懸鍵，因此可達(dá)到降低漏電流的效果。
文檔編號(hào)H01L21/768GK1877793SQ20051012571
公開日2006年12月13日 申請(qǐng)日期2005年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月10日
發(fā)明者黃宗勛, 林國楹, 喻中一, 吳志達(dá), 蔡嘉雄 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司