專利名稱：具有低介電常數(shù)的高熱導(dǎo)層的半導(dǎo)體組件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有低介電常數(shù)的高熱導(dǎo)(High ThermalConductivity)層的半導(dǎo)體組件制造方法，特別涉及一種可在半導(dǎo)體組件的內(nèi)金屬介電層中，增加垂直熱導(dǎo)(Vertical Thermal Conductivity)的制造方法。
對于集成電路的設(shè)計而言，連線的延遲對于操作速度的發(fā)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，對于超大規(guī)模集成電路(VLSI)的設(shè)計而言，連線的延遲已借助利用多種介電常數(shù)較氧化硅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(dǎo)都較傳統(tǒng)的氧化硅低，然而此種趨勢發(fā)展的結(jié)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(dǎo)致出氣(Outgassing)的現(xiàn)象、增加熱阻而導(dǎo)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(dǎo)大約是基底二氧化硅材料的1/6；而相鄰金屬線間的側(cè)向熱導(dǎo)大約與基底的二氧化硅相同。
傳統(tǒng)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(dǎo)致連線延遲的問題。


圖1A～1C所示是傳統(tǒng)半導(dǎo)體組件的內(nèi)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(dǎo)體基底10上方沉積一下層氧化層14，覆蓋半導(dǎo)體基底10，作為后續(xù)內(nèi)金屬介電層的下層。
接著，如圖1B所示，涂布一旋涂式玻璃(SOG)或以次常壓化學(xué)氣相沉積法(SACVD)形成一氧化層16于下層氧化層14上方。并以回蝕刻的方法，例如是以干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，以利與后續(xù)平坦化的實現(xiàn)。
然后，如圖1C所示，以電漿化學(xué)氣相沉積法形成一內(nèi)金屬介電層18于氧化層16上方。最后，再以化學(xué)機(jī)械研磨法平坦化內(nèi)金屬介電層18，并留下厚度約為8000的內(nèi)金屬介電層18的厚度，完成傳統(tǒng)半導(dǎo)體組件的內(nèi)介電層的制做。
在上述工藝中，所得到的內(nèi)金屬介電層，由于在垂直方向的熱導(dǎo)能力(如上所稱的垂直熱導(dǎo))遠(yuǎn)較其余部份熱導(dǎo)能力為低，例如為相鄰金屬線間的側(cè)向熱導(dǎo)或是基底熱導(dǎo)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(dǎo)體組件的電氣特性，甚至破壞組件。
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的就是在于提供一種具有低介電常數(shù)的高熱導(dǎo)層的半導(dǎo)體組件制造方法，利用低介電常數(shù)的介電材料來作為內(nèi)金屬介電層，以氮?dú)怆x子植入來增加內(nèi)金屬介電層的垂直熱導(dǎo)，改善介電材料的散熱能力。并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(xué)機(jī)械研磨法即可有效達(dá)到介電層的平坦化。
根據(jù)本發(fā)明的目的，提出一種具有低介電常數(shù)的高熱導(dǎo)層的半導(dǎo)體組件制造方法，用來在具有一金屬連線的半導(dǎo)體基底上方形成一內(nèi)金屬介電層。首先，形成一下層氧化層于半導(dǎo)體基底上方，作為內(nèi)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(shù)的可流動性的溝填層，具有較佳的平坦化效果。然后，形成一光阻層于溝填層上方，并定義溝填層以得到一反調(diào)光阻覆蓋于金屬連線以外的部份。之后，以反調(diào)光阻為離子植入罩幕，進(jìn)行氮?dú)怆x子植入，于溝填層中形成一高熱導(dǎo)結(jié)構(gòu)，再移除反調(diào)光阻，改善傳統(tǒng)方法造成的低垂直熱導(dǎo)的缺點(diǎn)。最后，沉積一頂氧化層于溝填層上方，完成內(nèi)金屬介電層的制造方法。
根據(jù)本發(fā)明的目的，另外提出一種具有低介電常數(shù)的高熱導(dǎo)層的半導(dǎo)體組件制造方法。其中，內(nèi)金屬介電層系形成于具有復(fù)數(shù)個金屬連線的半導(dǎo)體基底上方。在內(nèi)金屬介電層中包括有一下層氧化層、一具有低介電常數(shù)的可流動性的溝填層與一頂氧化層。其中，形成高垂直熱導(dǎo)的方法，系以一反調(diào)光阻覆蓋于金屬連線以外的部份，然后利用反調(diào)光阻為離子植入罩幕，進(jìn)行氮?dú)怆x子植入，將未被反調(diào)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(shù)，但有高的熱穩(wěn)定性，進(jìn)而具有較好的熱導(dǎo)性質(zhì)。
本發(fā)明在高熱導(dǎo)層的半導(dǎo)體組件制造方法中，利用有機(jī)高分子化合物或氫三氧硅甲烷以得到平坦的內(nèi)金屬介電層，不需以化學(xué)機(jī)械研磨法，來得到較佳的平坦化，進(jìn)而避免以干蝕刻法作回蝕刻時，在芯片表面形成副產(chǎn)物(By-Product)高分子化合物，導(dǎo)致可靠度的問題。
因此，本發(fā)明的特征之一是提供一種具有低介電常數(shù)的高熱導(dǎo)層的半導(dǎo)體組件制造方法，利用有機(jī)高分子化合物或氫三氧硅甲烷以得到平坦的內(nèi)金屬介電層，不需以化學(xué)機(jī)械研磨法來得到較佳的平坦化。
本發(fā)明的特征之二是避免以干蝕刻法作回蝕刻時在芯片表面形成副產(chǎn)物的高分子化合物，導(dǎo)致可靠度的問題。
本發(fā)明的特征之三是利用反調(diào)光阻作為離子植入罩幕，并進(jìn)行氮?dú)怆x子植入以使得內(nèi)金屬介電層具有較高的垂直熱導(dǎo)與組件電容值。
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，特舉一較佳實施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下圖1A～1C是傳統(tǒng)半導(dǎo)體組件的內(nèi)介電層的工藝剖面圖；圖2A～2D是依照本發(fā)明一較佳實施例的一種具有低介電常數(shù)的高熱導(dǎo)層的半導(dǎo)體組件工藝剖面圖。
其中，部件與附圖標(biāo)記分別為10、20半導(dǎo)體基底12、22金屬連線14、24下層氧化層16氧化層18內(nèi)金屬介電層 26溝填層26a 高熱導(dǎo)結(jié)構(gòu)28光阻層28a 反調(diào)光阻 29頂氧化層接著，如圖2B所示，形成一具有低介電常數(shù)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(jī)高分子化合物R7或是氫三氧硅甲烷(Hydrogen Silsesquioxane，HSQ)，利用溝填層26的低介電常數(shù)與高流動性而得到較佳的平坦化效果。并且不需再以干蝕刻的方法來回蝕刻去除旋涂式玻璃，避免在芯片表面形成高分子化合物，導(dǎo)致可靠度的問題。另外，更可改善出氣(Out-gassing)現(xiàn)象所形成的中毒介層(Poison Via)的問題。
然后，如圖2C所示，形成一厚度約5000～1000的光阻層28覆蓋于溝填層26上方，并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(diào)(Reverse Tone)光阻28a，反調(diào)光阻28a系覆蓋于金屬連線22以外的部份。之后，并以反調(diào)光阻28a作為離子植入罩幕，進(jìn)行氮?dú)怆x子植入于金屬連線22上方的溝填層26，得到一高熱導(dǎo)結(jié)構(gòu)26a，使得此部分的溝填層26具有較高的熱導(dǎo)，亦即使得內(nèi)金屬介電層具有較高的垂直熱導(dǎo)，并具有較低的組件電容值。
最后，如圖2D所示，將反調(diào)光阻28a移除，并沉積一頂氧化層(CapOxide Layer)29于溝填層26上方，厚度約為1000～7000左右，完成本發(fā)明內(nèi)金屬介電層的制造方法。
綜上所述，雖然本發(fā)明已以一較佳實施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)該技術(shù)的人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種改進(jìn)與更新，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求書限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種具有低介電常數(shù)的高熱導(dǎo)層的半導(dǎo)體組件制造方法，用以在具有一金屬連線的半導(dǎo)體基底上方形成一內(nèi)金屬介電層，其特征在于該半導(dǎo)體組件制造方法包括形成一下層氧化層于該半導(dǎo)體基底上方；形成一具有低介電常數(shù)的可流動性的溝填層；形成一光阻層于該溝填層上方，并定義該溝填層以得到一反調(diào)光阻；進(jìn)行氮?dú)怆x子植入，在該溝填層中形成一高熱導(dǎo)結(jié)構(gòu)；移除該反調(diào)光阻；沉積一頂氧化層于該溝填層上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體組件制造方法，其特征在于該下層氧化層厚度約500～3000。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體組件制造方法，其特征在于該下層氧化層系以電漿化學(xué)沉積法形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體組件制造方法，其特征在于該溝填層為有機(jī)高分子化合物R7。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體組件制造方法，其特征在于該溝填層為氫三氧硅甲烷。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體組件制造方法，其特征在于該光阻層厚度約5000～1000。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體組件制造方法，其特征在于該反調(diào)光阻系覆蓋于該金屬連線以外的部份。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體組件制造方法，其特征在于該頂氧化層厚度約為1000～7000。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體組件制造方法，其特征在于該內(nèi)金屬介電層包括該下層氧化層、溝填層、高熱導(dǎo)結(jié)構(gòu)與頂氧化層。
10.一種具有低介電常數(shù)的高熱導(dǎo)層的半導(dǎo)體組件制造方法，其特征在于包括設(shè)一下層氧化層于一半導(dǎo)體基底上方；設(shè)一具有低介電常數(shù)的可流動性的溝填層；設(shè)一光阻層于該溝填層上方，并定義該溝填層，以得到一反調(diào)光阻，覆蓋于該金屬連線以外的部份；以該反調(diào)光阻為離子植入罩幕，進(jìn)行氮?dú)怆x子植入，于該溝填層中形成一高熱導(dǎo)結(jié)構(gòu)；移除該反調(diào)光阻；沉積一頂氧化層于該溝填層上方，形成一內(nèi)金屬介電層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體組件制造方法，其特征在于該下層氧化層厚度約500～3000。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體組件制造方法，其特征在于該下層氧化層系以電漿化學(xué)沉積法形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體組件制造方法，其特征在于該溝填層為有機(jī)高分子化合物R7。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體組件制造方法，其特征在于該溝填層為氫三氧硅甲烷。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體組件制造方法，其特征在于光阻層厚度約5000～1000。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體組件制造方法，其特征在于該反調(diào)光阻系覆蓋于該金屬連線以外的部份。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體組件制造方法，其特征在于該頂氧化層厚度約為1000～7000。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體組件制造方法，其特征在于內(nèi)金屬介電層包括該下層氧化層、溝填層、高熱導(dǎo)結(jié)構(gòu)與頂氧化層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有低介電常數(shù)的高熱導(dǎo)層的半導(dǎo)體組件制造方法,用以在具有一金屬連線的半導(dǎo)體基底上方形成一內(nèi)金屬介電層。其中,系利用具有低介電常數(shù)與高流動性的介電質(zhì)來得到平坦化的內(nèi)金屬介電層,并以一反調(diào)光阻覆蓋于金屬連線以外的部分,然后進(jìn)行氮?dú)怆x子植入,于溝填層中形成一高熱導(dǎo)結(jié)構(gòu),用以增加內(nèi)金屬介電層的垂直熱導(dǎo)。
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(yōu)先權(quán)日2001年3月30日
發(fā)明者蔣星星 申請人:華邦電子股份有限公司