数字隔离器膜层结构及其制作方法与流程

本发明涉及半导体领域，特别是涉及一种数字隔离器膜层结构及其制作方法。

背景技术：

1、数字隔离器作为半导体领域实现信号隔离与耐压防护的关键器件，为满足高压工况下的绝缘性能要求、显著提升整体耐压等级，其核心的rv层（隔离层）膜层体系采用氮氧化硅（sion）与氮化硅（sin）复合堆叠结构。该复合结构从基底向上的层叠顺序依次为：底层的utm cu层（底层铜互连层）、中间的sion层（氮氧化硅绝缘层）、顶层的sin层（氮化硅耐压层）；其中sin层具备优异的绝缘耐压特性，是保障隔离器高压稳定性的核心功能层。

2、在现有制造工艺中，对上述rv层复合膜层实施干法刻蚀以形成预设电路图形时，因顶层sin膜层为满足耐压需求而设计得厚度较大，刻蚀反应过程剧烈，会生成大量高附着性的聚合物（polymer）副产物，且聚合物聚集程度高、堆积厚重。当刻蚀工艺进行至暴露下方utm cu层（露铜）后，刻蚀环境中的氟离子、氮离子易与铜离子发生化学反应，生成铜氮氟螯合物（cuxnyfz）；该螯合物化学性质稳定、附着力极强，即便采用常规湿法清洗工艺进行多次清洗，也难以将其从膜层表面彻底清除。残留的聚合物与螯合物会在芯片表面形成永久性缺陷（defect），不仅破坏膜层结构完整性、影响电路正常导通，还会大幅降低芯片生产良率，同时削弱数字隔离器长期工作的稳定性与可靠性，缩短器件使用寿命。

3、现有技术中rv层的膜层堆叠形态、刻蚀后聚合物残留及螯合物形成的缺陷状态，通过观察芯片表面低倍光学显微图，整体可见大面积聚合物残留区域，缺陷呈现聚合物堆积形成的不规则凸起与杂质斑点，聚合物在膜层表面的密集附着状态，现有工艺下难以消除的聚合物残留缺陷，参考图2所示。

技术实现思路

1、在 技术实现要素： 部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现有技术简化，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。

2、本发明要解决的技术问题是现有数字隔离器隔离层膜层刻蚀时，顶部sin膜层刻蚀产生的聚合物较重，露铜后形成难清除螯合物，导致芯片存在缺陷、良率及可靠性低的技术问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供的数字隔离器膜层结构，包括自下而上依次设置的utm cu层、sion层、sin层，其特征在于，还包括：

4、聚合物缓冲分散层，其形成在sin层的顶部，其用于减少聚合物聚集，避免sin层直接接触刻蚀环境与铜层，阻止螯合物cuxnyfz的生成。

5、可以选择的，进一步改进所述的数字隔离器膜层结构，聚合物缓冲分散层是sio2膜层。

6、本发明提供一种数字隔离器膜层结构制作方法，包括以下步骤：

7、1）依次制备utm cu层、sion层、sin层，在所述sin层顶部制备聚合物缓冲分散层，形成复合膜层结构；

8、所述聚合物缓冲分散层用于减少聚合物聚集，避免sin层直接接触刻蚀环境与铜层，阻止螯合物cuxnyfz的生成；

9、2）在所述聚合物缓冲分散层表面涂布光刻胶，经曝光、显影形成预设图形；

10、3）按所述预设图形依次刻蚀聚合物缓冲分散层、sin层、sion层，直至暴露utm cu层；

11、4）去除光刻胶，完成数字隔离器膜层。

12、可以选择的，进一步改进所述的数字隔离器膜层结构制作方法，所述聚合物缓冲分散层是sio2膜层。

13、可以选择的，进一步改进所述的数字隔离器膜层结构制作方法，所步骤3）中采用干法刻蚀工艺进行刻蚀处理。

14、基于上述技术方案，说明本发明工作原理如下：

15、本发明在原有sin层顶部额外增设一层sio2膜层作为聚合物缓冲分散层，使刻蚀工艺顺序发生改变。在进行干法刻蚀时，将首先对上层sio2膜层进行刻蚀，sio2材料在刻蚀过程中反应温和、产物易挥发、不易形成重聚合物，因此可以起到缓冲、分散、阻隔三重作用：一方面，sio2膜层能预先消耗刻蚀反应能量，降低下方sin层刻蚀时的反应剧烈程度，显著减少sin层刻蚀过程中产生的聚合物总量，避免聚合物在局部大量聚集、沉积；另一方面，sio2膜层在刻蚀过程中持续覆盖并保护sin层表面，使sin层不直接暴露于高能量、高氟含量的刻蚀环境，减少含氟、含氮活性粒子对sin层的强侵蚀；更重要的是，sio2膜层在刻蚀至接近底部时，仍能有效隔离sin层与下方utm cu层，避免sin层刻蚀产生的含氮、含氟活性物种与铜层直接接触反应，从根本上阻止铜氮氟螯合物cuxnyfz的生成。由此，刻蚀后膜层表面基本无聚合物残留、无螯合物附着，无需额外增加湿法清洗步骤即可避免缺陷产生，实现干净、平整的刻蚀表面。

16、基于上述技术方案和工作原理，本发明至少能实现以下技术效果

17、1）本发明能有效抑制sin层刻蚀过程中聚合物的大量生成与残留，从工艺根源上消除螯合物cuxnyfz带来的表面缺陷，显著提高芯片良率，减少因缺陷导致的报废与返工。

18、2）本发明省去常规工艺中为去除聚合物和螯合物所必需的多次湿法清洗工序，简化整体工艺流程，缩短生产周期，降低设备占用、化学品消耗与人工成本。

19、3）本发明能避免残留聚合物和螯合物对膜层结构、绝缘性能及电路接触可靠性造成的负面影响，使数字隔离器的耐压稳定性、长期工作可靠性得到大幅提升，延长器件使用寿命，降低失效风险。

1.一种数字隔离器膜层结构，包括自下而上依次设置的utm cu层、sion层、sin层，其特征在于，还包括：

2.如权利要求1所述的数字隔离器膜层结构，其特征在于：聚合物缓冲分散层是sio2膜层。

3.一种数字隔离器膜层结构制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.如权利要求3所述的数字隔离器膜层结构制作方法，其特征在于：所述聚合物缓冲分散层是sio2膜层。

5.如权利要求3所述的数字隔离器膜层结构制作方法，其特征在于：所步骤3）中采用干法刻蚀工艺进行刻蚀处理。