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      半導(dǎo)體器件及其制造方法_4

      文檔序號(hào):9204367閱讀:來(lái)源:國(guó)知局
      中,具有如下特征:在規(guī)定的定時(shí)添加包含氮的氣體(N2、NH3等)ο其他的CVD條件為300?400°C的范圍、壓力為1.0?8.0Torr、高頻功率為100W?500W的范圍。如圖15所示,在穩(wěn)定的壓力下,流通有機(jī)硅烷氣體、氧(O2)氣,同時(shí)施加功率。在CVD成長(zhǎng)的后半階段添加氨(NH3)氣并慢慢地提高流量,在流量達(dá)到設(shè)定值后使其慢慢地下降,并歸零。其后,切斷有機(jī)硅烷氣體、氧(O2)氣,同時(shí)切斷功率。通過(guò)實(shí)施像以上那樣的氨(NH3)氣的流動(dòng),能夠使膜中的氮濃度呈現(xiàn)階段狀。通過(guò)這樣的制法,能夠在比第二層間絕緣膜INS2的表面深的位置形成第一電場(chǎng)緩和層ERl。通過(guò)將該制法也適用于第三層間絕緣膜INS3,能夠在形成第三層間絕緣膜INS3時(shí),在比第三層間絕緣膜INS3的表面深的位置形成第二電場(chǎng)緩和層ER2。對(duì)第二層間絕緣膜INS2以及第三層間絕緣膜INS3的表面實(shí)施氨等離子體處理的條件與實(shí)施方式I不同。由氨等離子體處理產(chǎn)生的第一損傷層DMl以及第二損傷層DM2的氮濃度最好比形成第二層間絕緣膜INS2以及第三層間絕緣膜INS3時(shí)的電場(chǎng)緩和層ER1、ER2的氮濃度小。例如期望在氨等離子體處理時(shí)添加氫氣。
      [0065]根據(jù)本實(shí)施方式2,能夠?qū)崿F(xiàn)與實(shí)施方式I的圖6以及圖13中所說(shuō)明的構(gòu)造相同的構(gòu)造。但是,通過(guò)本實(shí)施方式2而得的圖6的A — A部分以及圖13的B — B部分的CN —強(qiáng)度(氮濃度)如圖16所示。例如雖然以圖6的A — A部分為例進(jìn)行說(shuō)明,但在圖13的B — B部分也能得到同樣的效果。與實(shí)施方式I的情況同樣地,在第一電場(chǎng)緩和層ERl上存在氮濃度逐漸增加的區(qū)域、氮濃度的峰值區(qū)域以及氮濃度逐漸減少的區(qū)域。第一電場(chǎng)緩和層ERl的氮濃度高于第一損傷層DMl的氮濃度。換句話說(shuō),第一電場(chǎng)緩和層ERl的介電常數(shù)高于第一損傷層DMl的介電常數(shù)。
      [0066]因?yàn)榈谝浑妶?chǎng)緩和層ERl在與第一損傷層DMl不同的工序中形成,所以能夠減少第二層間絕緣膜INS2表面的因氨等離子體處理而引起的損傷,從而與實(shí)施方式I相比,能夠提高相鄰的第一配線MlW間的TDDB壽命。另外,容易控制第二層間絕緣膜INS2內(nèi)的第一電場(chǎng)緩和層ERl的位置即氮濃度峰值。氮濃度在比第一絕緣性阻擋膜BRl與第二層間絕緣膜INS2的界面深的位置具有峰值是指,在此處介電常數(shù)變高,電場(chǎng)在第一絕緣性阻擋膜BRl與第二層間絕緣膜INS2的界面處不會(huì)集中。其結(jié)果,能夠改善配線間TDDB。
      [0067]圖17是表示本實(shí)施方式2的、第二層間絕緣膜INS2的形成方法的變形例的氣體流動(dòng)的圖。也能夠適用于第三層間絕緣膜INS3。具有如下特征:代替添加氨氣,而是使O2氣的流量變化。如圖17所示,在穩(wěn)定的壓力下,流通有機(jī)硅烷氣、氧(O2)氣,同時(shí)施加高頻功率。在CVD成長(zhǎng)的后半階段,進(jìn)一步慢慢地提高氧(O2)氣流量,在氧氣流量達(dá)到設(shè)定值后使其慢慢地下降,并返回原來(lái)的設(shè)定值。其后,流通有機(jī)硅烷氣體、氧(O2)氣并同時(shí)切斷功率。通過(guò)實(shí)施像以上那樣的流動(dòng),能夠使膜中的氧濃度呈現(xiàn)階段狀。通過(guò)這樣的制法,能夠在比第二層間絕緣膜INS2的表面深的位置形成第一電場(chǎng)緩和層ER1。該制法也適用于第三層間絕緣膜INS3,其結(jié)果,能夠形成具有實(shí)施方式I的圖13的構(gòu)造的半導(dǎo)體器件。但是,第一電場(chǎng)緩和層ERl由具有比第二層間絕緣膜INS2的氧濃度高的氧濃度的層構(gòu)成,這一點(diǎn)與實(shí)施方式I不同。因?yàn)榈谝浑妶?chǎng)緩和層ERl的介電常數(shù)高于第二層間絕緣膜INS2的介電常數(shù),所以在比第二層間絕緣膜INS2的表面深的位置,配置具有比第二層間絕緣膜INS2的介電常數(shù)高的介電常數(shù)的第一電場(chǎng)緩和層ER1,由此能夠緩和相鄰的第一配線MlW間的第二層間絕緣膜INS2表面的電場(chǎng)。其結(jié)果,能夠提高相鄰的第一配線MlW間的TDDB壽命。第一電場(chǎng)緩和層ERl的氧濃度峰值位置最好比第一配線MlW的厚度的1/2淺。第二電場(chǎng)緩和層ER2的氧濃度峰值位置也最好比第二配線M2W的厚度的1/2淺。
      [0068](實(shí)施方式3)
      [0069]本實(shí)施方式3是上述實(shí)施方式2的變形例,與實(shí)施方式2相比,第一電場(chǎng)緩和層ERl以及第二電場(chǎng)緩和層ER2的形成方法不同,其他的部分相同。在本實(shí)施方式3中,第一電場(chǎng)緩和層ERl在第二層間絕緣膜INS2的形成工序后形成,第二電場(chǎng)緩和層ER2在第三層間絕緣膜INS3形成后形成。即,在形成第二層間絕緣膜INS2后,在距離第二層間絕緣膜INS2的表面規(guī)定深度的位置實(shí)施氮離子注入,由此,在比第二層間絕緣膜INS2的表面深的位置形成第一電場(chǎng)緩和層ERl。在第三層間絕緣膜INS3中也能夠適用同樣的方法。
      [0070]根據(jù)本實(shí)施方式3,能夠?qū)崿F(xiàn)與實(shí)施方式I的圖6以及圖13中說(shuō)明的構(gòu)造同樣的構(gòu)造。圖18是表不圖6的A — A部分以及圖13的B — B部分的基于飛行時(shí)間二次咼子質(zhì)譜儀(TOF - SIMS)測(cè)得的CN —強(qiáng)度(氮濃度)分布的圖表。例如,在比第二層間絕緣膜INS2表面的第一損傷層DMl深的位置,存在具有比第一損傷層DMl的氮濃度高的氮濃度的第一電場(chǎng)緩和層ER1。在第一電場(chǎng)緩和層ERl內(nèi)存在氮濃度的峰值部分。相比于實(shí)施方式2,具有氮元素的深度方向和濃度控制優(yōu)異的優(yōu)點(diǎn)。在圖13的B — B部分也能得到同樣的效果。
      [0071](實(shí)施方式4)
      [0072]本實(shí)施方式4是上述實(shí)施方式I的變形例,具有以下的不同點(diǎn)。首先,第一絕緣性阻擋膜BRl由第一輔助絕緣性阻擋膜BRll和第二輔助絕緣性阻擋膜BR12構(gòu)成,第二絕緣性阻擋膜BR2由第一輔助絕緣性阻擋膜BR21和第二輔助絕緣性阻擋膜BR22構(gòu)成。未形成第二層間絕緣膜INS2內(nèi)的第一電場(chǎng)緩和層ERl以及第三電場(chǎng)緩和層INS3內(nèi)的第二電場(chǎng)緩和層2。
      [0073]圖19是本實(shí)施方式4的半導(dǎo)體器件的主要部位截面構(gòu)造。使用覆蓋第一配線MlW的第一絕緣性阻擋膜BRl進(jìn)行說(shuō)明。第一絕緣性阻擋膜BRl由覆蓋第一配線MlW的第一輔助絕緣性阻擋層BR11、和形成在第一輔助絕緣性阻擋層BRll上的第二輔助絕緣性阻擋層BR12構(gòu)成。第二輔助絕緣性阻擋層BR12具有比第一輔助絕緣性阻擋層BRll的氮濃度高的氮濃度。特別地,第二輔助絕緣性阻擋層BR12具有比第一輔助絕緣性阻擋層BRll的下表面(與第一配線MlW的界面)處的氮濃度高的氮濃度。在圖19中,為了便于理解而將第一輔助絕緣性阻擋層BRll和第二輔助絕緣性阻擋層BR12區(qū)分表示,但實(shí)際上兩者是一體的。
      [0074]圖20是表示圖19的A — A部分的基于飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜儀(TOF — SIMS)測(cè)得的CN—強(qiáng)度(氮濃度)分布的圖表。與下述界面處的氮濃度相比,該界面是指位于第一配線MlW間的第二層間絕緣膜INS2和在其上形成的第一絕緣性阻擋膜BRl的界面,遠(yuǎn)離界面的位置處的第一絕緣性阻擋膜BRl的氮濃度較高。即,在遠(yuǎn)離界面的位置上存在第二輔助絕緣性阻擋層BR12。第一絕緣性阻擋膜BRl的氮濃度隨著遠(yuǎn)離第二層間絕緣膜INS2與在其上形成的第一絕緣性阻擋膜BRl的界面而增加。
      [0075]第一絕緣性阻擋膜BRl例如使用SiCN膜。SiCN膜例如由CVD法形成,在溫度為300?400°C的范圍、壓力為1.0?8.0Torr、高頻功率為50W?1000W的范圍的條件下使用。氣體使用有機(jī)硅烷、SiH4、氨(NH3)、CO、CO2, N2O等。圖21是使用有機(jī)硅烷氣體和氨(NH3)氣來(lái)形成構(gòu)成第一絕緣性阻擋膜BRl的SiCN膜時(shí)的氣體流動(dòng)圖。在穩(wěn)定的壓力下,流通有機(jī)硅烷氣體、氨(NH3)氣,同時(shí)施加功率。在CVD成長(zhǎng)的最后階段,使氨(NH3)氣從原來(lái)的流量進(jìn)一步慢慢地上升,在流量達(dá)到設(shè)定值后使其慢慢地下降,返回原來(lái)的設(shè)定值。其后,同時(shí)切斷有機(jī)硅烷氣體、氨(NH3)氣以及功率。通過(guò)實(shí)施以上那樣的氨(NH3)氣的流動(dòng),能夠使第一絕緣性阻擋膜BRl中的氮濃度呈階段狀。
      [0076]和下述界面處的氮濃度相比,該界面是指位于第一配線MlW間的第二層間絕緣膜INS2與在其上形成的第一絕緣性阻擋膜BRl的界面,通過(guò)使遠(yuǎn)離界面的位置處的第一絕緣性阻擋膜BRl的氮濃度較高,能夠使相鄰的第一配線MlW間的TDDB壽命提高。這是因?yàn)?,通過(guò)在遠(yuǎn)離界面的位置在第一絕緣性阻擋膜BRl中設(shè)置氮濃度高的區(qū)域,能夠緩和界面部分處的相鄰的第一配線MlW間的電場(chǎng)。
      [0077]圖22是表示圖19的A — A部分的基于飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜儀(TOF — SIMS)測(cè)得的CN—強(qiáng)度(氮濃度)分布的圖表。是圖20中說(shuō)明的例子的變形例。在形成于第一輔助絕緣性阻擋層BRll上的第二輔助絕緣性阻擋層BR12內(nèi),存在具有氮濃度峰值的區(qū)域,對(duì)于氮濃度的峰值來(lái)說(shuō),期望是在距離第一絕緣性阻擋膜BRl的下表面5?40nm的范圍內(nèi)具有氮濃度峰值。第二絕緣性阻擋膜BR2也具有同樣的
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