具有低介電常數的高熱導層的半導體組件的製造方法

2023-05-14 21:35:06

專利名稱：具有低介電常數的高熱導層的半導體組件的製造方法
技術領域：
本發明涉及一種具有低介電常數的高熱導(High ThermalConductivity)層的半導體組件製造方法，特別涉及一種可在半導體組件的內金屬介電層中，增加垂直熱導(Vertical Thermal Conductivity)的製造方法。
對於集成電路的設計而言，連線的延遲對於操作速度的發展是一很重大的限制。為了減少信號傳播在連線中所造成的延遲，對於超大規模集成電路(VLSI)的設計而言，連線的延遲已藉助利用多種介電常數較氧化矽層為低的新式絕緣材料而降低。一般而言，此種新式介電材料的熱導都較傳統的氧化矽低，然而此種趨勢發展的結果，會影響到諸如VLSI可靠性(Reliability)的問題。例如，具有較差的附著能力(Adhesion)、容易導致出氣(Outgassing)的現象、增加熱阻而導致溫度場(Temperature Field)的問題等。在目前的研究報告中指出，介電材料的垂直熱導大約是基底二氧化矽材料的1/6；而相鄰金屬線間的側向熱導大約與基底的二氧化矽相同。
傳統的方法為了克服上述問題，故而利用部份回蝕刻的方法，然而卻降低了表面的平坦度；或是利用非回蝕刻的方法，但亦需利用其它處理步驟，卻也因而增加了介電層的厚度，亦導致連線延遲的問題。


圖1A～1C所示是傳統半導體組件的內介電層的工藝剖面圖。首先，請參照圖1A，在一形成有一金屬連線12的半導體基底10上方沉積一下層氧化層14，覆蓋半導體基底10，作為後續內金屬介電層的下層。
接著，如圖1B所示，塗布一旋塗式玻璃(SOG)或以次常壓化學氣相沉積法(SACVD)形成一氧化層16於下層氧化層14上方。並以回蝕刻的方法，例如是以幹蝕刻法去除部份氧化層16至下層氧化層14或金屬連線12處，以利與後續平坦化的實現。
然後，如圖1C所示，以電漿化學氣相沉積法形成一內金屬介電層18於氧化層16上方。最後，再以化學機械研磨法平坦化內金屬介電層18，並留下厚度約為8000的內金屬介電層18的厚度，完成傳統半導體組件的內介電層的製做。
在上述工藝中，所得到的內金屬介電層，由於在垂直方向的熱導能力(如上所稱的垂直熱導)遠較其餘部份熱導能力為低，例如為相鄰金屬線間的側向熱導或是基底熱導的1/6。亦即在垂直方向的散熱能力不佳，因而容易影響半導體組件的電氣特性，甚至破壞組件。
有鑑於此，本發明的主要目的就是在於提供一種具有低介電常數的高熱導層的半導體組件製造方法，利用低介電常數的介電材料來作為內金屬介電層，以氮氣離子植入來增加內金屬介電層的垂直熱導，改善介電材料的散熱能力。並同時利用平坦化效果極佳的高分子化合物等來改善平坦化的效果，不需利用化學機械研磨法即可有效達到介電層的平坦化。
根據本發明的目的，提出一種具有低介電常數的高熱導層的半導體組件製造方法，用來在具有一金屬連線的半導體基底上方形成一內金屬介電層。首先，形成一下層氧化層於半導體基底上方，作為內金屬介電層與金屬連線接觸的下層。接著，形成一具有低介電常數的可流動性的溝填層，具有較佳的平坦化效果。然後，形成一光阻層於溝填層上方，並定義溝填層以得到一反調光阻覆蓋於金屬連線以外的部份。之後，以反調光阻為離子植入罩幕，進行氮氣離子植入，於溝填層中形成一高熱導結構，再移除反調光阻，改善傳統方法造成的低垂直熱導的缺點。最後，沉積一頂氧化層於溝填層上方，完成內金屬介電層的製造方法。
根據本發明的目的，另外提出一種具有低介電常數的高熱導層的半導體組件製造方法。其中，內金屬介電層系形成於具有複數個金屬連線的半導體基底上方。在內金屬介電層中包括有一下層氧化層、一具有低介電常數的可流動性的溝填層與一頂氧化層。其中，形成高垂直熱導的方法，系以一反調光阻覆蓋於金屬連線以外的部份，然後利用反調光阻為離子植入罩幕，進行氮氣離子植入，將未被反調光阻所覆蓋的原有薄膜的特性改變，使其不具有低介電常數，但有高的熱穩定性，進而具有較好的熱導性質。
本發明在高熱導層的半導體組件製造方法中，利用有機高分子化合物或氫三氧矽甲烷以得到平坦的內金屬介電層，不需以化學機械研磨法，來得到較佳的平坦化，進而避免以幹蝕刻法作回蝕刻時，在晶片表面形成副產物(By-Product)高分子化合物，導致可靠度的問題。
因此，本發明的特徵之一是提供一種具有低介電常數的高熱導層的半導體組件製造方法，利用有機高分子化合物或氫三氧矽甲烷以得到平坦的內金屬介電層，不需以化學機械研磨法來得到較佳的平坦化。
本發明的特徵之二是避免以幹蝕刻法作回蝕刻時在晶片表面形成副產物的高分子化合物，導致可靠度的問題。
本發明的特徵之三是利用反調光阻作為離子植入罩幕，並進行氮氣離子植入以使得內金屬介電層具有較高的垂直熱導與組件電容值。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，特舉一較佳實施例，並配合附圖，作詳細說明如下圖1A～1C是傳統半導體組件的內介電層的工藝剖面圖；圖2A～2D是依照本發明一較佳實施例的一種具有低介電常數的高熱導層的半導體組件工藝剖面圖。
其中，部件與附圖標記分別為10、20半導體基底12、22金屬連線14、24下層氧化層16氧化層18內金屬介電層 26溝填層26a 高熱導結構28光阻層28a 反調光阻 29頂氧化層接著，如圖2B所示，形成一具有低介電常數的可流動性的溝填層26，例如是黏稠性高、平坦化效果佳的有機高分子化合物R7或是氫三氧矽甲烷(Hydrogen Silsesquioxane，HSQ)，利用溝填層26的低介電常數與高流動性而得到較佳的平坦化效果。並且不需再以幹蝕刻的方法來回蝕刻去除旋塗式玻璃，避免在晶片表面形成高分子化合物，導致可靠度的問題。另外，更可改善出氣(Out-gassing)現象所形成的中毒介層(Poison Via)的問題。
然後，如圖2C所示，形成一厚度約5000～1000的光阻層28覆蓋於溝填層26上方，並以微影與蝕刻的方法定義光阻層28，得到一金屬連線22的反調(Reverse Tone)光阻28a，反調光阻28a系覆蓋於金屬連線22以外的部份。之後，並以反調光阻28a作為離子植入罩幕，進行氮氣離子植入於金屬連線22上方的溝填層26，得到一高熱導結構26a，使得此部分的溝填層26具有較高的熱導，亦即使得內金屬介電層具有較高的垂直熱導，並具有較低的組件電容值。
最後，如圖2D所示，將反調光阻28a移除，並沉積一頂氧化層(CapOxide Layer)29於溝填層26上方，厚度約為1000～7000左右，完成本發明內金屬介電層的製造方法。
綜上所述，雖然本發明已以一較佳實施例公開如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習該技術的人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種改進與更新，因此本發明的保護範圍應當以權利要求書限定的保護範圍為準。
權利要求
1.一種具有低介電常數的高熱導層的半導體組件製造方法，用以在具有一金屬連線的半導體基底上方形成一內金屬介電層，其特徵在於該半導體組件製造方法包括形成一下層氧化層於該半導體基底上方；形成一具有低介電常數的可流動性的溝填層；形成一光阻層於該溝填層上方，並定義該溝填層以得到一反調光阻；進行氮氣離子植入，在該溝填層中形成一高熱導結構；移除該反調光阻；沉積一頂氧化層於該溝填層上方。
2.根據權利要求1所述的半導體組件製造方法，其特徵在於該下層氧化層厚度約500～3000。
3.根據權利要求1所述的半導體組件製造方法，其特徵在於該下層氧化層系以電漿化學沉積法形成。
4.根據權利要求1所述的半導體組件製造方法，其特徵在於該溝填層為有機高分子化合物R7。
5.根據權利要求1所述的半導體組件製造方法，其特徵在於該溝填層為氫三氧矽甲烷。
6.根據權利要求1所述的半導體組件製造方法，其特徵在於該光阻層厚度約5000～1000。
7.根據權利要求1所述的半導體組件製造方法，其特徵在於該反調光阻系覆蓋於該金屬連線以外的部份。
8.根據權利要求1所述的半導體組件製造方法，其特徵在於該頂氧化層厚度約為1000～7000。
9.根據權利要求1所述的半導體組件製造方法，其特徵在於該內金屬介電層包括該下層氧化層、溝填層、高熱導結構與頂氧化層。
10.一種具有低介電常數的高熱導層的半導體組件製造方法，其特徵在於包括設一下層氧化層於一半導體基底上方；設一具有低介電常數的可流動性的溝填層；設一光阻層於該溝填層上方，並定義該溝填層，以得到一反調光阻，覆蓋於該金屬連線以外的部份；以該反調光阻為離子植入罩幕，進行氮氣離子植入，於該溝填層中形成一高熱導結構；移除該反調光阻；沉積一頂氧化層於該溝填層上方，形成一內金屬介電層。
11.根據權利要求10所述的半導體組件製造方法，其特徵在於該下層氧化層厚度約500～3000。
12.根據權利要求10所述的半導體組件製造方法，其特徵在於該下層氧化層系以電漿化學沉積法形成。
13.根據權利要求10所述的半導體組件製造方法，其特徵在於該溝填層為有機高分子化合物R7。
14.根據權利要求10所述的半導體組件製造方法，其特徵在於該溝填層為氫三氧矽甲烷。
15.根據權利要求10所述的半導體組件製造方法，其特徵在於光阻層厚度約5000～1000。
16.根據權利要求10所述的半導體組件製造方法，其特徵在於該反調光阻系覆蓋於該金屬連線以外的部份。
17.根據權利要求10所述的半導體組件製造方法，其特徵在於該頂氧化層厚度約為1000～7000。
18.根據權利要求10所述的半導體組件製造方法，其特徵在於內金屬介電層包括該下層氧化層、溝填層、高熱導結構與頂氧化層。
全文摘要
本發明公開了一種具有低介電常數的高熱導層的半導體組件製造方法,用以在具有一金屬連線的半導體基底上方形成一內金屬介電層。其中,系利用具有低介電常數與高流動性的介電質來得到平坦化的內金屬介電層,並以一反調光阻覆蓋於金屬連線以外的部分,然後進行氮氣離子植入,於溝填層中形成一高熱導結構,用以增加內金屬介電層的垂直熱導。
文檔編號H01L21/02GK1378249SQ01109539
公開日2002年11月6日 申請日期2001年3月30日 優先權日2001年3月30日
發明者蔣星星 申請人:華邦電子股份有限公司