半导体元件及其形成方法技术

本发明专利技术公开一种半导体元件及其形成方法。其中，该半导体元件包含一基底、一金属内连线系统以及一氧化半导体结构。该基底具有一第一区域及一第二区域。该金属内连线系统是设置在该基底的第一区域内。该氧化半导体结构是设置在该基底的第二区域内，且位于该氢离子阻挡层之上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体元件及其形成方法，尤其是涉及一种包含氧化半导体结构的半导体元件及其形成方法。
技术介绍
在现代的信息社会中，由集成电路(integratedcircuit,IC)所构成的微处理机系统早已被普遍运用于生活的各个层面，例如自动控制的家电用品、移动通讯设备、个人电脑等，都有集成电路的踪迹。而随着科技的日益精进，以及人类社会对于电子产品的各种想象，使得集成电路也往更多元、更精密、更小型的方向发展。在各式各样的材料中，氧化铟(In2O3)、氧化锡(SnO2)与氧化锌(ZnO)是一般熟知的透明导电氧化物(transparentconductingoxide)。掺杂锡的氧化铟，也就是氧化铟锡(ITO)，其薄膜可用于平面显示器的透明电极与电容式触控面板的触碰感测器；氧化锡与氧化锌则用于太阳电池的透明电极。然而，此透明导电氧化物本质上也是半导体，因此研究者也积极地开发其半导体的性能，尝试用相关材料以做成半导体元件，例如氧化半导体晶体管(oxidesemiconductortransistor)等。然而，由于氧化半导体材料本身并不稳定，使用此氧化半导体层材料的元件容易在制作过程中损害了氧化半导体层，进而影响产品的效能。因此，针对具有氧化半导体材料的半导体结构，还需要一种较好的制作方法与设计，以得到优选的品质。
技术实现思路
本专利技术的一目的在于提供一种半导体元件及其形成方法，其具有氧化半导体结构，因而可得到更佳的元件效能。为达上述目的，本专利技术的一实施例提供一种半导体元件，其包含一基底、一金属内连线系统以及一氧化半导体结构。该基底具有一第一区域及一第二区域。该金属内连线系统是设置在该基底的第一区域内。该金属内连线系统包含一插塞结构，设置在位于该基底上的一介电层内；以及一氢离子阻挡层，设置在该插塞结构上。该氧化半导体结构是设置在该基底的第二区域内，且位于该氢离子阻挡层之上。该氧化半导体结构包含一氧化半导体层，设置在一第一绝缘层上，二源极/漏极，设置在该氧化半导体层上，以及一第一栅极，设置在该源极/漏极之间且位于该氧化半导体层上，其中该第一栅极与该氧化半导体层至少部分重叠。为达上述目的，本专利技术的另一实施例提供一种半导体元件，其包含一低介电常数层、一导电层、一氢离子阻挡层以及一帽盖层。该低介电常数层设置于一基底上。该导电层设置在该低介电常数层内。该氢离子阻挡层覆盖在该低介电常数层上。该帽盖层是设置在该氢离子阻挡层与该导电层之间，其中该帽盖层包含氮化硅、碳氮化硅、氮氧化硅或碳氮氧化硅。为达上述目的，本专利技术的另一实施例提供一种形成半导体元件的方法，包含以下步骤。首先，提供一基底，该基底包含一第一区域及一第二区域。在该基底的第一区域内形成一金属内连线系统，其中，该金属内连线系统包含一插塞结构，设置在位于该基底上的一介电层内，以及一氢离子阻挡层，设置在该插塞结构上。然后，在该基底的第二区域内形成一氧化半导体结构，该氧化半导体结构是位于该氢离子阻挡层上。且该氧化半导体结构包含一氧化半导体层，设置在一第一绝缘层上，二源极/漏极，设置在该氧化半导体层上，以及一第一栅极，设置在该源极/漏极之间且位于该氧化半导体层上，其中该第一栅极与该氧化半导体层至少部分重叠。本专利技术所提供的步骤中，其中一个特点是在金属氧化物半导体晶体管与氧化半导体元件之间的金属内连线系统中设置多层的氢离子阻挡层。该氢离子阻挡层，例如是包含氧化铪、硅酸铪氧化合物、硅酸铪氮氧化合物、氧化铝、氧化镧或锆酸铪等稀土金属氧化物，其是形成在各插塞结构或双镶嵌结构之上，以阻挡元件内的水气或氢离子，避免其对该氧化半导体元件造成伤害或影响后续制作工艺。此外，该插塞结构或双镶嵌结构若包含铜层，则还需在形成该氢离子阻挡层之前，先形成一盖层，例如是包含氧化硅、氮氧化硅、碳氮化硅等，以阻挡铜扩散至周围介电层，进而可提高元件的可靠度。附图说明图1至图10为本专利技术第一实施例中形成半导体元件的方法的步骤剖面示意图；图11为本专利技术第二实施例中形成半导体元件的方法的步骤剖面示意图。主要元件符号说明100第一区域200第二区域300基底301晶体管303栅极介电层305栅极306氧化半导体材料层307帽盖层308绝缘层309间隙壁310导电材料层311轻掺杂漏极313源极/漏极316氧化半导体层318绝缘层320图案化导电层322绝缘层324高介电常数介电层326介电材料层328栅极材料层330源极/漏极334高介电常数介电层336栅极介电层338顶置栅极340底置栅极400接触洞蚀刻停止层401、411接触插塞403、413阻障层405、415金属层410内层介电层420、440、470、550氢离子阻挡层421、431、441双镶嵌结构423、433、443阻障层425、435、445金属层430、450、480、510层间介电层530介电层460、540盖层490停止层520绝缘层A区域具体实施方式为使熟悉本专利技术所属
的一般技术者能更进一步了解本专利技术，下文特列举本专利技术的数个优选实施例，并配合所附的附图，详细说明本专利技术的构成内容及所欲达成的功效。请参考图1至图10，所绘示为本专利技术第一实施例中形成半导体元件的方法的步骤剖面示意图。首先，提供一基底300，基底300可以是任何具有承载功能的元件，例如是一半导体基底，如含硅基底(siliconsubstrate)、外延硅基底(epitaxialsiliconsubstrate)或是硅覆绝缘基底(silicononinsulator,SOI)等，但并不以此为限。并且，基底300具有一第一区域100及一第二区域200。基底300上形成有至少一晶体管301，以及全面覆盖基底300的一接触洞蚀刻停止层(contactetchstoplayer,CESL)400与一内层介电层(inter-layerdielectric,ILD)410，覆盖在基底300及晶体管301上。具体来说，晶体管301是形成于基底300的第一区域内100，且包含一栅极介电层303、一栅极305、一帽盖层307、一间隙壁309、二轻掺杂漏极(lightdopeddrain,LDD)311以及二源极/漏极(source/drain)313。在一实施例中，栅极介电层303可以是二氧化硅层，也可以是介电常数大约大于4的一高介电常数介电层，而栅极305则例如是一多晶硅栅极或一金属栅极等，但不以此为限。帽盖层307例如是一氮化硅层。间隙壁309可具有一单层结构，或是一复合层结构，其可包含高温氧化硅层(hightemperatureoxide,HTO)、氮化硅、氧化硅或使用六氯二硅烷(hexachlorodisilane,Si2Cl6)形成的氮化硅(HCD-SiN)等，如图1所示。在本实施例中，晶体管301可以是任何的主动元件，如互补式金属氧化物半导体(complementarymetaloxidesemiconductor,CMOS)或感光晶体管(photo-diode)等，其形成方式例如包含先在基底300上形成一栅极介电材料层(未绘示)、一栅极层(未绘示)以及一帽盖材料层(未绘示)，图案化该栅极介电材料层、该栅极层以及该帽盖材料层，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体元件，其特征在于包含：基底，具有第一区域及第二区域；金属内连线系统，设置在该基底的第一区域内，其中，该金属内连线系统包含：插塞，设置在该基底上的一介电层内；以及氢离子阻挡层，设置在该插塞结构上；以及氧化半导体结构，设置在该基底的第二区域内，且位于该氢离子阻挡层之上，其中该氧化半导体结构包含：氧化半导体层，设置在一第一绝缘层上；二源极/漏极，设置在该氧化半导体层上；以及第一栅极，设置在该源极/漏极之间且位于该氧化半导体层上，其中该第一栅极与该氧化半导体层至少部分重叠。

【技术特征摘要】
1.一种半导体元件，其特征在于包含：基底，具有第一区域及第二区域；金属内连线系统，设置在该基底的第一区域内，其中，该金属内连线系统包含：插塞，设置在该基底上的一介电层内；以及氢离子阻挡层，设置在该插塞结构上；以及氧化半导体结构，设置在该基底的第二区域内，且位于该氢离子阻挡层之上，其中该氧化半导体结构包含：氧化半导体层，设置在一第一绝缘层上；二源极/漏极，设置在该氧化半导体层上；以及第一栅极，设置在该源极/漏极之间且位于该氧化半导体层上，其中该第一栅极与该氧化半导体层至少部分重叠。2.依据权利要求1所述的半导体元件，其特征在于该氢离子阻挡层包含一高介电常数材质。3.依据权利要求1所述的半导体元件，其特征在于氢离子阻挡层包含金属氧化物。4.依据权利要求1所述的半导体元件，其特征在于该氢离子阻挡层包含氧化铪硅酸铪氧化合物、硅酸铪氮氧化合物、氧化铝、氧化镧或锆酸铪。5.依据权利要求1所述的半导体元件，其特征在于该插塞包含钨或铜。6.依据权利要求5所述的半导体元件，其特征在于还包含：盖层，设置在该氢离子阻挡层及该插塞之间。7.依据权利要求6所述的半导体元件，其特征在于该盖层包含氮化硅、碳氮化硅或氮氧化硅。8.依据权利要求1所述的半导体元件，其特征在于还包含：第二绝缘层，设置在该氧化半导体层及该源极/漏极之间，其中该第二绝缘层包含与该氧化半导体层不同的一半导体氧化材质。9.依据权利要求8所述的半导体元件，其特征在于该第二绝缘层具有小于该氧化半导体层的一厚度。10.依据权利要求1所述的半导体元件，其特征在于该氧化半导体结构还
\t包含第二栅极，该第二栅极设置于该氧化半导体层之下且至少部分重叠该氧化半导体层。11.依据权利要求1所述的半导体元件，其特征在于还包含：另一氢离子阻挡层，设置在该氧化半导体结构之上，该另一氢离子阻挡层包含氧化铪硅酸铪氧化合物、硅酸铪氮氧化合物、氧化铝、氧化镧或锆酸铪。12.依据权利要求1所述的半导体元件，其特征在于该氧化半导体层包含单层结构或多层结构。13.依据权利要求1所述的半导体元件，其特征在于还...

【专利技术属性】
技术研发人员：许家福，吴俊元，申旭阳，周志飚，邢庆刚，
申请(专利权)人：联华电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71