TW284920B - - Google Patents

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經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ______B7 五、發明説明（，） 本發明係在多層金屬積體電路及配線板設計上使用非晶 態碳化矽（a-SiC)膜作爲擴散障壁。非晶態碳化矽之作用爲 終止金屬原子在相連導電體間遷移，該導電體爲電迴路中 裝置内接點。由非晶態碳化矽擴散障壁加至迴路之可靠性 使得低電阻率導電體及低介電常數物質可用作導體間絕緣 介質低電阻率導電體、非晶態碳化矽擴散障壁及低介電常 數絕緣物之組合亦極小化迴路之電阻抗。迴路因此可在低 至高頻率有效率地操作。 >工氏等於”銅金屬化介電障壁研究"（於丨"4年6月7_8日之 VMIC研討會）中討論了銅擴散至氮化矽、氮氧化矽及氧化 矽介電質。此文獻説明了氮化矽及氮氧化矽較氧化矽爲更 佳金屬遷移障壁。然而該文獻並未討論使用碳化矽作障壁 〇 美國專利號5，1〇3,285相似地指出於矽基質及金屬線層間 使用碳化矽作爲障壁層。然而該專利並未指出於金屬線及 相連介電層間使用碳化矽作擴散障壁層。 吾人於今發現碳化矽可形成優異障壁層，出乎預料地可 避免低電阻率金屬導體擴散至介電層。 本發明一重要部份爲提供具較铤操作速度及較高可靠度 之較佳積體電路。迴路含裝至半導體所製基質中之固^^ 置久組件。次組件内裝置以由高導電性低電阻金屬所製金 屬線連線。非晶態碳化矽擴散障壁層至少會形成在金屬線 上。介電層而後形成在碳化矽層上。 本發明基於吾人出乎預料地發現非晶態碳化矽瓦終止金 ___ -4- 適用Τϋ家標準（CNS ) A4規格了21〇>< 297公着）. 1------、訂------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 284920 五、發明説明（2 ) 屬」^裝置内接點間遷^移〇此進展使得積體 電路製造商1)能使用高導電性低電阻金屬（例如：銅、銀、 金、合金、超導體）做爲内接點物質；及2)能使用很低介 電常數物質做爲金屬線間絕緣層。若無非晶態碳化矽存在 ，使用高導電性金屬及低介電常數絕緣層之組合會遭逢可 靠度問題，如金屬遷移及腐蚀。 用於本發明方法之積體電路次組件不是絕對重要的且幾 乎任何在此皆有用。用以生產該迴路之方法亦爲習知且對 本發明不是絕對重要的。該等迴路例爲包括其上具長成外 延層之半導體基質（例如：矽、珅化鎵等）。此外延層適當 地摻雜以形成PN-結區域，其包括迴路有效固態裝置區域 。這些有效裝置區域當適當地以金屬線層互相連接時，爲 形成積體電路之二極體及電晶體。 圖1爲本發明裝置之剖面圖。圖1描繪了該迴路次组件 (1)具裝置區域（2)及内接至該裝置之薄膜金屬線（3)。 習知積體電路次组件内金屬線層一般爲鋁薄膜。藉使用 本發明，這些薄膜可由高導電性金屬而非鋁製成。此處所 謂高導電性金屬爲在20°C具電阻率低於2.5微歐姆-厘米者 。此包括銅、銀、金、合金及超導體。 技藝中習知澱積該高導電性金屬層之方法。所用特定方 法不是絕對重要的。該方法例包括多種物理氣相澱積 (PVD)技術，如濺射及電子束蒸發。 依本發明，碳化秒層爲施用於金屬線層。一般言之，此 乃藉覆蔽迴路次組件之所有上表面，當然包括金屬線，而 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐) I----^-----批衣------ΐτ------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 B7 五、發明説明（3 ) 加以芫成。此如示於圖1爲塗層（4)。然而另一方面，如藉 罩幕只在線上選擇性施用碳化矽或覆蔽所有表面而後蝕刻 不需要碳化硬之範圍皆是可以預期的。 施用碳化矽層之方法對本發明言不是絕對重要的且技藝 中習知甚多。施用方法例包括多種化學氣相澱積技術，如 習知化學氣相澱積、電漿加強化學氣相澱積（PECVD)、電 子遊旋共振（ECR)、噴射氣相澱積及多種物理氣相澱積技 術，如濺射及電子束蒸發。這些方法牵涉到不是加入能量 (以熱、電漿等型態）以蒸發物質而造成所欲反應就是集中 能量在物質固態樣品上使其澱積。 習知化學氣相澱積中，乃藉將所欲先質氣體流經加熱基 質而澱積塗層。當先質氣體接觸熱表面即起反應而澱積塗 層。依先質不同及所欲塗層厚度而定，在1〇〇_1〇〇(rc之範 園内之基質溫度在數分鐘至數小時内足以形成這些塗層。 若需要’反應性金屬可用於該方法以輔助澱積。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 在電槳加強化學氣相殿積（PECVD)中，將所欲先質氣體 冼經電漿域而反應。因此形成之反應物質而後集中完全黏 固至基質上。一般言之，本發明在化學氣相澱積上之優點 爲可用較低之基質溫度。例如，’基質溫度在5〇。〇至6〇〇。〇 即有作用。 用於該方法之電漿包含多種來源（如電子放電 '在收音 機頻率或微波範圍之電磁場、雷射或粒子束）所得能量。 在大邵份電漿澱積方法中一般較優者爲使用在中等功率密 度（0.1-5瓦特/平方公分之收音機頻率（1〇千赫茲至1〇2百 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4ϋΓ^丨〇><297公餐7 經濟部中央標準扃員工消費合作社印製 A7 ^_ _B7 — - 五、發明説明（4 ) 赫茲）或微波（0.1-10十億赫茲）能量。然而特定頻率、功率 及壓力一般皆依先質氣體及所用設備而釐定。 適供用於這些方法之先質氣體例包括：（1)在具一至六個 碳原子之烷類（如甲烷、乙烷或丙烷）存在下矽烷或卣秒燒（ 如三氣矽烷）混合物；（2)统基矽烷，如甲基碎燒、二甲基 碎燒及三甲基碎燒；或（3)如述於美國專利號5〇11 7〇6之 矽環丁烷或二矽環丁烷。 本發明特優者爲電漿加強化學氣相澱積三甲基碎燒。 在碳化梦澱積後，介電層而後施用於碳化砂·層上。此爲 圖1中習知之層間介電層（5)。此特定介電層及其殿積方法 對本發明言不是絕對重要的。然而使用本發明方法能使用 低介電常數（DK)層。此處所謂低介電常數層爲其介電常數 低於3.5者。 合適介電質例包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、碳化碎 、碳氧化矽、氮碳化矽、如矽酮之有機物.、聚亞酿胺 環 氧或派拉林（PARYLENE™，商標名）。多於—層之這此介 電質明顯亦可用之。 施用這些塗層之技術亦爲技藝中習知。他們包括旋覆方 法、習知化學氣相澱積、光化學氣相澱積、電衆加強化學 氣氣相澱積（PECVD)、電子迴旋共振（ECR)、嘴射氣相殿 積及多種物理氣相澱積技術，如濺射及電子束蒸發。 本發明較優方法包括施用氫碘矽氧烷樹脂，其具梦構元 HSl(〇H)X(OR)y〇J2 ’其中每一 R獨立爲有機基，當^經^ 原子鍵結至矽酮時形成可水解取代基，X爲0-2，y爲〇 2，2 本紙張尺度適用巾國國家標準（CNS ) A4規格〇χ 297公羡） 111 I I I I 訂 I n 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（5 爲1-3’且x + y + 2； = 3。這些樹脂可完全濃縮（x = 〇, y = 〇 且z = 3)或其可只部份水解（在所有聚合元中，y不等於〇)及 /或部份濃縮（在所有聚合元中，x不等於〇)。雖然不以此結 構表示’因在形成及處理中牵涉到許多因素，這些樹脂之 許多單元可能具零或多於一之矽-氫键。 這些樹脂例爲由美國專利號3,615,272、美國專利號 5,010，159、美國專利號4,91 29,397及美國專利號5,063,267之 方法所形成者。這些樹脂以旋覆方法使用，而後加熱使其 轉化成陶瓷。 若要用多層裝置，則可在介電層上形成另一層金屬線， 而後以蝕透介電層及碳化矽層使層間内接。圖1顯示該第 二金屬線層（7)經内接點（6)與第一線層選擇區域内接。然 而又若線爲高導電性物質，則在介電質及金屬間需再澱積 一碳化矽層（8)以避免金屬擴散至介電質。此碳化矽層可 如上述形成。在該情況下，金屬線夾於碳化矽層間。此方 法可在迴路中不同金屬層重覆許多次。例如圖1，顯示第 二介電層（9)、被第三碳化矽層（11)保護之第三線層（10)。 吾人應注意到，具低介電常數（即介電常數<5)之碳化妙 可取代介電層（即圖1中之層5及9)。在此實例中，只需如 前述在金屬線層上成碳化矽層，而後在碳化矽上形成另— 金屬層。 吾人亦應注意到，本發明技術可應用至配線板，於其上 裝置上述迴路。在這些配線板上金屬線及介電層之結構可 與如上述相同。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝.

.1T 1 2 本紙張尺度通用宁國國冢標準（0\5)八4«^(2丨0'乂297公釐

Claims (1)

1. 、申請專利範圍 • ~種積體電路，其包括： A) 電路次組件，其包括具固態裝置區域之半導體基 材，及澱積於該半導體基材表面上而連接至固態裝置區 域之金屬線，該金屬線具電阻率低於2 5微歐姆_厘米； B) 至少覆蓋金屬線之非晶態唆化碎層； c) 至少覆蓋碳化矽層之介電層。 2·根據申請專利範圍第i項之積體電路，其中該非晶態碳化 矽係覆蓋金屬線及含装置區域之電路次組件表面。 3根據申請專利範圍第i項之積體電路，其進一步包括覆蓋 介電層之第二個非晶態碳化矽層。 4·根據申請專利範圍第3項之積體電路，其進—步包括形成 於第二個非晶態碳化矽層上之第二個金屬線層，其中第 二個金屬線層係電連接至第一個金屬線層。 5_ —種配線板，其包括： A) 配線板次組件，於其上包含具電阻率低於25微 歐姆-厘米之金屬線； B) 覆蓋金屬線之非晶態碳化矽層； c) 覆蓋碳化矽層之介電層。 ---------裝------訂 線 島 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇χ297公釐