專利名稱：Ic工藝中降低熱中子軟錯(cuò)誤率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種IC工藝中降低熱中子軟錯(cuò)誤率的方案。
背景技術(shù)：
許多數(shù)字集成電路或器件都依賴于電容節(jié)點(diǎn)上的電荷來(lái)存儲(chǔ)數(shù)字信號(hào)或數(shù)據(jù)，并且因此這種些器件對(duì)于并非有意向節(jié)點(diǎn)傳輸意外電荷的事件較為敏感。軟錯(cuò)誤是由于破壞器件中的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)但不損害器件本身的事件而引起的隨機(jī)錯(cuò)誤。該軟錯(cuò)誤可以由輻射、電磁干擾或電噪聲引起。隨著技術(shù)持續(xù)發(fā)展，電路對(duì)軟錯(cuò)誤變得更加敏感。存在三種引起軟錯(cuò)誤的主要輻射源阿爾法粒子、高能宇宙射線、和硼中子誘發(fā)的硼裂變。阿爾法粒子(有時(shí)稱作阿爾法)源于芯片和包裝材料中的放射性雜質(zhì)。阿爾法通過(guò)在硅器件中產(chǎn)生電荷而引起軟錯(cuò)誤。在另一方面，對(duì)于宇宙射線，占優(yōu)勢(shì)的中子通過(guò)與芯片內(nèi)的原子核進(jìn)行碰撞而間接地產(chǎn)生電荷。對(duì)于第三種來(lái)源，當(dāng)?shù)湍芰?熱)中子撞擊B原子核時(shí)，B中子隨后分裂成阿爾法和鋰反沖，此時(shí)出現(xiàn)了硼裂變。如果在芯片的制造中使用特定的材料，尤其是硼磷硅酸玻璃(BPSG)，該來(lái)源對(duì)軟錯(cuò)誤的產(chǎn)生起重要作用?？梢酝ㄟ^(guò)將BPSG從工藝流程中排除， 可以減小硼裂變對(duì)SER的作用。如果必須使用BPSG，則可以在BPSG層中使用濃縮的B。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種集成電路，包括襯底層；金屬層；保護(hù)層，位于金屬層以上，并且與金屬層物理接觸，其中，保護(hù)層包括熱中子吸收材料。其中，保護(hù)層包括含有熱中子吸收材料的鈍化層。其中，鈍化層包括含有熱中子吸收材料的聚酰亞胺層。其中，保護(hù)層由包括含有熱中子吸收材料的氧化層和聚酰亞胺層。其中，保護(hù)層包括多個(gè)子層，在子層中的至少一個(gè)子層包括額外的熱中子吸收材料。其中，保護(hù)層包括子層，子層包括第一聚酰亞胺子層，位于金屬層上；氧化物子層，位于第一聚酰亞胺子層上方；第二聚酰亞胺子層，位于氧化物子層上方；并且其中，子層中的至少一個(gè)包括額外的熱中子吸收材料。其中，保護(hù)層包括子層，子層包括第一聚酰亞胺子層，位于金屬層上；屏蔽金屬子層，位于第一聚酰亞胺子層上方；氧化物子層，位于屏蔽金屬子層上方；第二聚酰亞胺子層，位于氧化物子層上方；并且其中，至少一個(gè)子層包括額外的熱中子吸收材料。其中，包括熱中子吸收材料的保護(hù)層通過(guò)將熱中子吸收材料注入到氧化層中而形成。其中，包括熱中子吸收材料的保護(hù)層通過(guò)化學(xué)汽相沉積CVD形成。其中，包括熱中子吸收材料的保護(hù)層通過(guò)將額外的熱中子吸收材料注入到鈍化層中而形成。
其中，包括熱中子吸收材料的保護(hù)層通過(guò)將額外的熱中子吸收材料注入到聚酰亞胺層中而形成。其中，熱中子吸收材料選自包含Gd、Sm、Cd、B以及其組合的組。本發(fā)明還涉及一種形成用于集成電路的熱中子吸收層的方法，包括形成包括頂部金屬層的集成電路；形成與頂部金屬層接觸的保護(hù)層；并且向保護(hù)層添加熱中子吸收材料。其中，通過(guò)注入來(lái)完成熱中子吸收材料的添加。其中，通過(guò)CVD來(lái)完成熱中子吸收材料的添加。其中，熱中子吸收材料選自包含Gd、Sm、Cd、B以及其組合的組。其中，保護(hù)層包括多個(gè)子層，子層中的至少一個(gè)子層包括額外的熱中子吸收材料。其中，保護(hù)層包括含有熱中子吸收材料的鈍化層。其中，保護(hù)層包括含有熱中子吸收材料的聚酰亞胺層。其中，保護(hù)層包括含有熱中子吸收材料的氧化層和聚酰亞胺層。


為了更完全地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在將參考后面結(jié)合附圖所作的說(shuō)明，在附圖中圖I示意性地示出了包括在金屬層以上的鈍化層的CMOS數(shù)字器件的層；圖2示意性地示出了包括在金屬層以上的鈍化層的CMOS數(shù)字器件的層，其中，該鈍化層摻雜有吸收材料。圖3示意性地示出了包括聚酰亞胺層的CMOS數(shù)字器件的層，其中，該聚酰亞胺層附加至位于金屬層以上的鈍化層，該聚酰亞胺層摻雜有吸收材料；圖4示意性地示出了包括在氧化層以上的第一聚酰亞胺層的COMS數(shù)字器件的層， 其中，該氧化層進(jìn)一步位于第二聚酰亞胺層以上，同時(shí)，該第二聚酰亞胺層在金屬層以上， 該氧化層摻雜有吸收材料；圖5示意性地示出了包括在屏蔽金屬層以上的第一聚酰亞胺層的COMS數(shù)字器件的層，該在屏蔽金屬層在氧化層以上，另外，該氧化層在第二聚酰亞胺層以上，同時(shí)，該第二聚酰亞胺層在金屬層以上，其中，該氧化層摻雜有吸收材料；圖6示意性地示出了實(shí)施例的一個(gè)實(shí)例，其中，使用注入方式并且選擇特定的摻雜劑來(lái)?yè)诫s鈍化層或摻雜聚酰亞胺層。
具體實(shí)施例方式下面將詳細(xì)描述本實(shí)施例的制造和使用。然而，應(yīng)該理解，本公開提供了多個(gè)可以在各種具體環(huán)境中實(shí)現(xiàn)的可應(yīng)用的概念。所討論的具體實(shí)施例僅僅示出了制造和使用本發(fā)明的具體方式，而不用于限制本發(fā)明的范圍。下面將就集成器件CMOS的制造工藝來(lái)討論說(shuō)明性的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員能容易地認(rèn)識(shí)到，存在許多實(shí)現(xiàn)等效功能的變化，并且說(shuō)明性的實(shí)施例僅用于說(shuō)明目的。制造半導(dǎo)體或集成電路(通常稱作IC或芯片)的工藝通常由一百個(gè)以上的步驟構(gòu)成，在這些步驟中會(huì)在單個(gè)晶圓上形成數(shù)百個(gè)集成電路的復(fù)制品。通常，該工藝包括在襯底上以及在襯底中制造八個(gè)以上圖案化的層，最后形成完整的集成電路。該分層工藝在半導(dǎo)體晶圓表面中以及在半導(dǎo)體晶圓表面上電氣地制造有源區(qū)域。集成電路由許多疊加的層組成，各個(gè)層都通過(guò)光刻法來(lái)限定。一些層標(biāo)出多種摻雜劑擴(kuò)散至襯底中的位置(稱作擴(kuò)散層)，一些層限定出注入額外的離子的位置(注入層)，一些層限定出導(dǎo)體(多晶硅或金屬層)，并且一些層限定出導(dǎo)電層(通孔或接觸層) 之間的連接。所有組件都由這些層的特定組合構(gòu)造而成。圖I示出在襯底上面以上構(gòu)造的CMOS結(jié)構(gòu)，該襯底包括在位于N-材料120下面以下的基底N+材料110。在該襯底中制造產(chǎn)生有P-井阱130。多晶硅柵硅柵極結(jié)構(gòu)140a 和140b形成PMOS和NMOS晶體管的柵極并且將其連接。層間介電介質(zhì)(ILD)層141形成在柵極以上。第一金屬層150M1形成在141 ILD以上并且位于內(nèi)金屬介電(IMD)層中。第二金屬層160M2形成在151 IMD層以上，其中，金屬層160通過(guò)通孔152與150M1層連接。 第三金屬層170M3進(jìn)一步形成在第二金屬層160M2以上，通過(guò)MD層161隔開，并且通過(guò)通孔160v2與第二金屬層160M2連接。最后，在金屬層以上形成有鈍化層180。圖I只是在加工CMOS數(shù)字電路時(shí)所使用的層的說(shuō)明性實(shí)施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠容易地認(rèn)識(shí)到，存在許多實(shí)現(xiàn)等效功能的變化，并且說(shuō)明性的實(shí)施例僅用于說(shuō)明目的。 特別地，單個(gè)器件可使用一系列的金屬沉積和電介質(zhì)膜(絕緣體)的圖案化步驟進(jìn)行互連。 當(dāng)前的半導(dǎo)體產(chǎn)品包括許多金屬層，這些金屬層通過(guò)未在圖I中示出的介電層進(jìn)行隔離。為了保護(hù)集成電路不受到損害和污染，通常將鈍化層覆蓋在集成電路金屬層的表面，作為防止腐蝕性化學(xué)品接觸到集成電路的阻擋物。覆蓋的氧化物鈍化層180位于圖I 所示的金屬層以上。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，可以在該層中蝕刻出開口(未示出)以使電子探針和焊線進(jìn)入金屬的頂層。出于多種目的，可以在第一鈍化層以上覆蓋另外的保護(hù)層?？梢詫⒕埘啺穼痈采w在鈍化層以上。聚酰亞胺層一個(gè)用途在于，聚酰亞胺層具有良好的機(jī)械伸長(zhǎng)率和抗拉強(qiáng)度，其還有助于聚酰亞胺層、或聚酰亞胺層與沉積的金屬層之間的附著，該用途用于說(shuō)明而非限制。聚酰亞胺膜的高溫穩(wěn)定性能夠使得系統(tǒng)在受到多種環(huán)境壓力時(shí)提供可靠絕緣。在沒(méi)有其他鈍化層的情況下，聚酰亞胺層也可以直接放置在金屬層以上?？梢愿财渌木埘啺穼?。出于說(shuō)明的目的，可以將第一聚酰亞胺層放置在金屬層以上，然后將氧化層覆蓋在第一聚酰亞胺層以上，并且最后將第二聚酰亞胺層放置在氧化層以上。有時(shí)，可以采用被稱作屏蔽金屬層的額外金屬層，以提供額外的鈍化。一個(gè)這樣的說(shuō)明性的實(shí)例是，在兩個(gè)聚酰亞胺層之間，并且在氧化層以上覆蓋屏蔽金屬層。本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，這些鈍化層、聚酰亞胺層、氧化層和屏蔽金屬層并不用于實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)字電路所需實(shí)現(xiàn)的功能。而是用于保護(hù)數(shù)字電路不受到腐蝕性的化學(xué)品、溫度、 機(jī)械損害、污染的損害和所有其他環(huán)境或工藝對(duì)電路的損害。因此，這些層共同形成一個(gè)大的數(shù)字電路保護(hù)層，數(shù)字電路進(jìn)一步包括子層，例如，鈍化層、聚酰亞胺層、氧化層和屏蔽金屬層。該包括子層的保護(hù)層直接放置在該電路的金屬層以上，與該電路的金屬層物理接觸。 現(xiàn)在的電路典型地具有保護(hù)層，保護(hù)層具有位于電路的金屬層以上的至少一個(gè)子層。對(duì)于圖I所示的數(shù)字電路來(lái)講，可以在出于某些保護(hù)的目的而形成諸如鈍化層的保護(hù)層的位置上，對(duì)鈍化層進(jìn)行額外的熱中子吸收材料摻雜。得到圖2所示的數(shù)字電路，其
5中，與金屬層直接接觸的原鈍化層摻雜有摻雜劑197。熱中子吸收材料可以選自包含Gd、Sm、Cd、B以及其組合的組?？梢酝ㄟ^(guò)熱中子材料阻擋阿爾法粒子或Li?？梢酝ㄟ^(guò)化學(xué)汽相沉積(CVD)或通過(guò)將材料注入到氧化膜中來(lái)形成慘雜。類似地，可以將熱中子吸收材料摻雜到諸如聚酰亞胺層的其他保護(hù)層中，得到帶有圖3所示的層的數(shù)字電路，其中聚酰亞胺層190摻雜有熱中子吸收材料。在圖3中，聚酰亞胺層190和鈍化層180均是保護(hù)層，該保護(hù)層直接與數(shù)字電路的金屬層接觸。另外，鈍化層180或聚酰亞胺層190中的任何一個(gè)都可以摻雜熱中子吸收材料，這在圖3中并未示出。 也可以使鈍化層180和聚酰亞胺層190這兩個(gè)層都摻雜熱中子吸收材料。對(duì)于諸如氧化層的其他保護(hù)層，熱中子吸收材料可以摻雜在氧化層中并且分別得到圖4和圖5所示的數(shù)字電路。本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，對(duì)于圖4和圖5而言，為了達(dá)到減小數(shù)字電路的軟錯(cuò)誤率的目的，保護(hù)層中的任何一個(gè)層或其組合都可以摻雜熱中子吸收材料。圖6示出了將熱中子吸收材料注入到如圖2至圖5所示的保護(hù)層或這些層的類似的變形中的工藝。兩個(gè)掩膜605和607處在待摻雜的層600以上，以遮蓋不進(jìn)行摻雜的區(qū)域。然后，將摻雜劑610注入到待摻雜的層600中。盡管已經(jīng)詳細(xì)地描述出示例性的實(shí)施例和其優(yōu)勢(shì)，但是應(yīng)當(dāng)理解，可以在不背離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明精神和范圍的情況下，進(jìn)行各種改變、替換和更改。例如，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠容易地理解，可以對(duì)上述方法進(jìn)行改變，改變后的方法同樣處在本發(fā)明的范圍內(nèi)。另外，本申請(qǐng)的范圍并不僅限于說(shuō)明書中所述的結(jié)構(gòu)、方法和步驟的特定實(shí)施例。 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)從本發(fā)明的公開中容易地理解，根據(jù)本發(fā)明，可以采用現(xiàn)有或今后開發(fā)的用于執(zhí)行與這里描述的對(duì)應(yīng)實(shí)施例基本相同的功能或獲得基本相同結(jié)果的工藝、方法或步驟。相應(yīng)地，所附權(quán)利要求旨在將這些工藝或步驟包含在其范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種集成電路，包括襯底層；金屬層；保護(hù)層，位于所述金屬層以上，并且與所述金屬層物理接觸，其中，所述保護(hù)層包括熱中子吸收材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成電路，其中，所述保護(hù)層包括含有熱中子吸收材料的鈍化層。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成電路，其中，所述鈍化層包括含有熱中子吸收材料的聚酰亞胺層。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成電路，其中，所述保護(hù)層由包括含有熱中子吸收材料的氧化層和聚酰亞胺層。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成電路，其中，所述保護(hù)層包括多個(gè)子層，在所述子層中的至少一個(gè)子層包括額外的熱中子吸收材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的集成電路，其中，所述保護(hù)層包括子層，所述子層包括第一聚酰亞胺子層，位于所述金屬層上；氧化物子層，位于所述第一聚酰亞胺子層上方；第二聚酰亞胺子層，位于所述氧化物子層上方；并且其中，所述子層中的至少一個(gè)包括額外的熱中子吸收材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的集成電路，其中，所述保護(hù)層包括子層，所述子層包括第一聚酰亞胺子層，位于所述金屬層上；屏蔽金屬子層，位于所述第一聚酰亞胺子層上方；氧化物子層，位于所述屏蔽金屬子層上方；第二聚酰亞胺子層，位于所述氧化物子層上方；并且其中，至少一個(gè)所述子層包括額外的熱中子吸收材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的集成電路，其中，包括所述熱中子吸收材料的所述保護(hù)層通過(guò)將所述熱中子吸收材料注入到所述氧化層中而形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的集成電路，其中，包括所述熱中子吸收材料的所述保護(hù)層通過(guò)化學(xué)汽相沉積CVD形成。
10.一種形成用于集成電路的熱中子吸收層的方法，包括形成包括頂部金屬層的集成電路；形成與所述頂部金屬層接觸的保護(hù)層；并且向保護(hù)層添加熱中子吸收材料。
全文摘要
IC工藝中降低熱中子軟錯(cuò)誤率的方案，通過(guò)對(duì)位于金屬層頂部以上、并且與集成電路的金屬層直接接觸的保護(hù)層進(jìn)行摻雜來(lái)提供集成電路、以及用于降低集成電路的熱中子軟錯(cuò)誤率(SER)的方法，其中，該保護(hù)層摻雜有額外的熱中子吸收材料。該熱中子吸收材料可以選自包含Gd、Sm、Cd、B以及其組合的組。該保護(hù)層可以包括多個(gè)子層，這些子層中的多個(gè)子層包括額外的熱中子吸收材料。
文檔編號(hào)H01L21/8238GK102610610SQ20111021081
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2011年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者吳佳芳, 曲維正, 李永輝, 蔡超杰 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司