TW307040B - - Google Patents

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TW307040B TW085113042A TW85113042A TW307040B TW 307040 B TW307040 B TW 307040B TW 085113042 A TW085113042 A TW 085113042A TW 85113042 A TW85113042 A TW 85113042A TW 307040 B TW307040 B TW 307040B
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Description

經濟部中央樣隼局貝工消费合作社印製 Α7 Β7 五、發明说明（f ) 發昍背詧 本發明是鼷於一種多限或多層佈線结構之半導讎元件 。本發明亦两供於製造此半導體元件之方法β 近年來，半導鼸積讎霣路在结構上變得更為细撖•此 種趨勢在邏輯霣路的多隋（Multilevel)或多層佈線上待 別明顯。以在多階佈線中金靨線閭隔的细度的發餍，使 金屬線同發生交鏺失真（此現象為線上之信號洩漏至鄰 線）為無可班免·為避免此種交錯失真，_逋譫使用一種 低導霣常數绝鏟«作為金屬鎳間線至鎳之绝錄層· 用低導霣常數绝绨層抑制此種交錯失真之技術是掲 —— ..... ..... 示於週如SJ^in-Pun Jeng等人在1 9 9 4 VLSI技術文摘研时 會中之技術論文第73-74頁，檩題為：「次-1/4-»米E 甩中用低導«常數聚合物埋入之平面化多《相連组鐵j 。 除非相對導«常歎等於或低於否則無效- 在現行狀況中，相對導«常數在用由電漀化學氣相澱積而 成SiO層之一種P-SiO層時，為在4典4*.5之鬨，因此相 倍用相對導霣常數在1.8與3.5間之有機層以代替P-SiO 層将有肋益。 使用此種Uf之各項已知技術中之一種，為日本公 两專利第3-34558(34558/ 199U»所撙示之一種製迪多 睹佈線结構之方法β此方法在此稱之為第一習知方法。 用弯遲層之各種已知技術中之S —實例掲示於上述 Jeng等所發表論文，在此稱之為第二習知方法β 第一輿第二習知方法具有各種缺點，随後將予以說明· 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS > A4規格（210X297公釐） ----------裝I. > » « (請先閲讀背面之注意事項再填i Α頁 訂 絲 307040 A7 B7 經濟部中央梂準局月工消費合作社印裝 五、發明説明（> )發明粧蓉 因此，本發明之一目的邸在消除逭些缺黏，以提供一 種多HS佈線结構的半導驩元件，艏防止金屬線間交錯失 真現象之發生· 本發明之另一目的為消除谊些缺黏而提供一種製造多 階佈線结構之半導臞元件之方法，能防止金羼结間交錯 失真現象之發生》 根據本發明，提供一種半導龌元件•包含：一種有相 對導霣常數在1.8與3.5之問月·含Itmfi的$1»所成之有 機）Β»此樹脂灌自~*群包括聚亞β按樹膽與氧樹腺者， 有機層有一開除；一第一金羼埋於第一孔中；一含藥之 氣化矽層形成於有檐層上而使在第一金鼷上有一孔；而 —第二金屬埋入此孔中β 根據本發明，尚提供一種製迪半導鼸元件的方法，包 含之各步思為：製備一具有相對導霣常數在i·8與3.5之 間，且含此兩值的樹脂所成之有檐層•此樹脂軀自一群 包括聚亞醯胺樹膳與氟货脂者，有機層有一两嫌；一第 —金靨埋於此開陳中；一含氟之氣化矽層形成於有機層 上而使此氱化砂層在第一金属上有一孔；以一第二金颺埋 入此孔中。 « _式：ffl銳 n/第1 A至1B圈我明製造半導豔元件第一習知方法達鑛步 糠之供剖視圈； v7第2A至2D·說明製迪半導讎元件第二習知方法遽鑛步 篇之侧剖視園； -4 - ----------^— * * » - (請先閱讀背面之注意Ϋ項再填< 、頁) 本纸張尺度適用中國國家揉準（CNS > A4規格（210X297公釐〉 經濟部中央標準局肩工消費合作社印製 A7 ____B7_ 五、發明説明.（3 ) v^3A至3JH説明根*本發明第一實施例製迪半導醴元 件達鑛步蹶之供剖視:及 ^第4 A至41·説明根》本發明第二實施例製造半導«元 件遽鑛步藿之侧剖視_。 住窗施柄銳明 參考第1 A至1 Η ,首先説明第一習知方法之使用一種 有機層，以對本發明有較佳之«解。第一習知方法是相 當於撝示於上列日本公闋專利隻3·34558 (345Μ/ IMU 號。第1Α至1Η_表示依據第一習知方法在It造一種二_ 以鋁佈鑲结構中所需多限佈鎳程序之建鑛步驟。 參考第1A鼷，一第一蛔嫌303,厚度約1撖米，經通 绝纗靥302而形成於半導鱺基質301上。一形成聚亞醯胺 臢之塗覆灌液•含有矽，用旖轉塗覆法施於其上。釀後 ，在《氣園中之鳙内，以150X；行熱處理30分鐘。於是 ，含矽之聚亞醣胺層304,厚度約0.2撖米，被形成如第 1 B 所示。 其後，用一種四氟乙烯和遍氟烷基乙烯基共聚勘所成 之擴敗液以tt轉塗覆施用。此續敢掖朦本是由四氟乙烯 遇《烷基乙烯基共聚物之微粒，直徑在0.1與0.5撖米之 两，以約30重量％之濃度，將此微粒鑛散於鐮水之中。 然後，在氰氣園繡中於80 遒行热處理十分鐘。再次· 在氮氣圍之電鑪中以38 0TC進行S —熱處理十分鐘使微 粉熔於是形成一厚1.3微米之瓤樹蹭曆305如第1C_ 所示。 -5 - 本纸張尺度逋用中國國家揉準（CNS > A4规格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注$項再填签 〇 .漤· -、τ 307040 五、發明説明（4 ) ---------- * · « » (請先閲讀背面之注$項再填兔 随後，將親樹脂層之表面曝於氫氣電橐而在一狼塗設 備中改變品質β繼之在同一設備中，一厚度為0.3撤米之 鈦層306以《塗而形成•而一光阻層307繼之形成並以己 知之光蝕刻程序之技術予以成樣，如第1D_所示•其後 ，如第1E匾所示，一孔形成於钛層3 0 6之中，其為用CCI4 氣釀和SFe氣釀混合物行反«性離子牲刻而成·再後， 用〇2氣驩和CF4氣《I混合物行反蠹性_子刻•而當 光阻層3 0 7被拽刻並除去，在氟樹勝層和含矽聚亞醯胺 層同時形成-*孔308，如第1F·所示· 再後，浸入®和過氣化氫的水丨容液中。如第1 G圖ί / 所示，在鈦«30 6被除去後，以《塗形成一約1微米厚度 之鋁層。以使用已知之光蝕刻技術，一第二鎔線309形成 如第1Η圈所示•重複進行以上各步驟•各隨佈鎳结構於 是形成β 轉至第2Α以至20圈，説明第二習知方法以使用有機層而 能更為瞭解本發明·第二習知方法相當於J eng等人所掲 示之方法。第2A至2D鼷表示該方法在製迪一兩》佈纗结 構中所用多階佈線程序之逋鑛步篇· 經濟部中央樣準局属工消費合作社印裝 參考第2Α画，金屬線402是用蝕刻和Si02層401塗覆 而成β然後，如第2B·所示，在各金屬線402之間《謂 狹窄部位，於Si02層401中形成各孔•其後•以具有低 導霄常数之聚合物靥403»積於Si 02層401以及其中各 孔。»後，如第2C·所示•聚合物層403被蝕刻至僅在 Si02；B401中形成之各孔中留有聚合物層403。一 Si02 層（加披層）4 0 4在上面形成。在S i 0 2層4 0 4中形成一孔 本纸張尺度適用中困國家橾準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 _B7__ 五、發明説明（r ) 作為貢穿孔，而一導通孔（Via hole) 4 0 5埋在於此孔中 •重複上述步想，邸形成一多陽佈線结構如第20匯所示。 在上述第一習知方法中，含矽聚亞醒胺層304·在導 卑孔3D8形成之後•不可避免地露於導遘孔由於含 岭聚亞醯胺層3 0 4為髙度吸灞性•導通孔308之培線309 (金饜線）之交驕霣阻僳數在含矽聚亞醯胺層304曝露之 If增大。结果.金羼嫌3〇9的可靠度滅小· 另一方面，在上逑第二習知方法中，低導霣常數之聚 合物層4 0 3被埋填於S i 0 2層4 Q 1之中·黷然聚合物層4 0 3 必定被埋《於有离板厚孔徑比（Aspectratio)之各孔中， 因而不易成為.离覆衋層❶ 此外，在上述第二習知方法中，Si02 404層是用於塗 覆有機層4Q3e因為Si02有比較約高出4之相 數，在直立方向的線與線間的霣容量增加·结果使 金屬層間的訊號傳輪速度減小· 在第一和第二兩種習知方法中•金*嫌之邐擇比大** 對光阻層是3位數•因此，精细佈線程序受到對光阻層 成樣精度的限制*所以難以確實而精细形成金属線_求 能得待細多隈佈線結構》 本發明抹除上述缺失·為此，本發明提供一種多 線结構的半導讎元件，其為能夠防止金騙線之藺的失典 各層間绝鐮層的圾灌和金屬的腐賊而增大的交職霉粗供 數，並且在各靥閧绝》層的埋入能力而成离度集稹* M 提供製造此項半導臞元件的製迪方法· 第3 A至3J_表示根據本發明第一實施例製迪一半導» 本紙張尺度適用中國國家橾率（CNS ) A4规格（210X297公釐） ^-------------餐------.1Τ------# » · t * ~ (請先《讀背面之注意事項再填^一 .V買) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 _ _ _B7__ 五、發明説明（6 ) 元件。 參考第3J·,淸IK説明半導腥元件的结構。此半導_ 元件包含一樹脂有機靥101,其為具有導竃常籌8胃 3. 5之間並含此兩值，樹脂蠹自一组包括聚亞國胺和氰梅 脂。有機暦101有一两陳，業者稱之為濠溝（trench)。 第一金钃105被埋入除中作為一金羼》。一含氣氣化抄 ϋΙΟδ形成於有機靥101上，使於第一金鼷1〇5上有一孔 。以一第二金騰埋填孔中。 ^ -樹脂之有機層101，形成於含氟«化矽層上· 使有在第二金1S107上有S —两隙。再加一第一金羼 105,埋《於增加之開除而作為増加之金羼線。8 一含》 «化矽層106·被形成於增加的有槻靥101’上使在增加的 第一金屬層105’上有另一孔。再加一第二金鼷1〇7’埋嫫 於增加之孔中。 有機靥101首先形成，然後在其中形成两败·其為利 用反鼴_子》刻方法β其後，以第一金軀105J*入除中 »較不吸瀣之含氟氣化矽靥106在其上形成。然後在第 -金羼105上形成一孔。於是有機層101在孔之位置不會 暴S而能防此薹中第二金羼107在交» «阻係數上之增大 和第二金*107的腐杜。此外，因為有機靥1〇1先形成·_ 層101的包容功能不受限制而元件的可縑度不會被折損 。因為含氟《化矽層106具有較离導電常數而黷積於有 機曆101上，在直立方向中的線與線間的霣容被抑低小 至使信》處理速率的降低幾乎不致發生。此外，依照上 本纸張尺度適用中國國家櫟準（0阳）八4規(格（2丨0父297公釐） I-—II I — — — — ^1 HI — 0 -·* (請先聞讀背面之注意事項再填良 Λ ) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 _______ 五、發明説明（7 ) 述•第一金属被《入除中，精细佈»程序的精確性，因 為對光阻層的s擇比被缠滅•所以雄較形成有機雇的精 **性為優。 \/兹再根镰本發明第-實施例，參考第3A至3 J· ·詳述 製造半導臊元件之方法。 盏考第3A_，相對導霣常數在1.8與3.0之閜的氟樹脂 靥1"以》轉塗覆《積於半導讎基質（未示〉上而厚度約 為7〇〇〇埃。在300與400*C之謳度在氡氣圔中進行烘麹 。然後，在一《塗设備之中将氟樹脂靥101之表面暴露於 »氣®射以改變品質。繼仍在相同設備中，如第3B·所 示•以濺塗法形成摩度為3000埃之钛靥102。 其次•用習知之光蝕刻程序技術，将光阻靥103依第 3Β晒之花樣印上。然後，用如CC14氣臞輿SFe氣鱧之 溉合物行反«期子《刻於鈦靥1〇2中形成開眯104如第5C圏 所示。 醣後，用02氣臞和CP4氣讎混合物行反應離子蝕刻 在氟樹脂層101上也形成詡朦104，閬時以触刻除去光阻 層103如第3D·所示。 然後浸入一由氛輿遇氧化氫想合物之水溶液中以除去 鈦蘑，如第3E鼷所示。其後，如第3F_所示，以一覆綦 乏Cu/B (第一金羼）105醱稹於氟樹脂靥101上•且两陳、〇4 在氣樹脂）Β 1 0 1上具有約1微米之厚度。 再者，進行化學機械研磨（CMP)以磨平Cu靥105使僅啻 下開嫌如第3G·所示。其後，一含《2-15重量％之含氣 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210X297公釐） ----------參------^------.^ 畢 · * (請先S讀背面之注意事項再填ί rIf) < A7 B7 307040 五、發明説明（8 ) «化矽層1 〇 β ,用S i F 4氣β、0 2氣讎和氬氣之高密度 霣漿C V D而形成，如第3 Η 所示。 (請先閲讀背面之注意事項再填& .貝) 随後，用習知光蝕刻程序之技術，印上另一光阻靥103 »然後，用CP 4氣黼和02氣籲潺合物進行反應雄子蝕刻 形成在含氰氣化矽層1〇β中的孔。接着除去光阻靥103而 在孔之内成長Α1柱塞（第二金羼），如第3Η圓所示。重複 進行遒些步驟，則形成一多_佈鏽结構如第3 J鼷所示。 至第4A至41··所说明者是矚於根據本發明第二實 施例製迪半導«元件之方法。 第二實施例與第一實施例不间之處在於氟樹臈靨101 中形成矚嫌10 4之步驟中用作光罩之金羼層（钛靥102)是 以含氟《化矽靥20 2代替。结果之優黏在於光軍留下不 動因而可省略第一實施例中除去金鼷層和蝕除氣樹脂層 101之一傾簞靥等步骤。在第一實施例中，因為金羼曆 對光阻靥只有小至約為3之蠹揮比，在光罩的细撖紋路 的精度不足》在第二實施例中，B —方窗，絶錄曆的光 阻靥之理揮比大至在7輿8之两而使精度大為精進。 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印製 在第二實施例中，先形成氟樹脂靥101，然後烘焙形 成一结構如第4A_所示。其後級積一含氟氣化矽層202 至it度為3000埃，如第4B 所示。 其次，用習知光》刻程序之技術，印製有圈様之光阻 暦103如第4BH所示。然後一疊含氟氣化矽層202柑氟樹 脂靥101,同時用02氣HI和CP4氣鼸潺合物以反«雄子 触刻同時印出而形成開陳104,如第4C鼷所示。隱後， -10-
本紙張尺度適用中國國家標準（GNS ) A4规格（2丨0X297公釐〉 經濟部中央揉準局員工消費合作社印製 A7 B7 _ ~ . — - _ ' " 1 1 1 五、發明説明（9 ) 如第4D匾所示，光阻暦1〇3被單獮除去。然後在第4E至 4H騙之各步》，典第一實施例中第3P至31·各步骤相似 而遒行。最後，重複上述各步驟•形成一有“靥（第一 金羼）105和A1柱塞（第二金篇）1〇7之多陰佈雄结構·如 第41_所示β \/在上述第一和第二實施例中，氣樹鼸暦101是用作有 檐層，也可改用聚亞醒按。作為光罩以在有機靥中形成 溝槽，在第一實施例中是用以製成鈦層102，其也可以 用於裂作包括鋪層、含鈦之鎢層、錶層、18履和組合金 層等各種金羼曆之中至少一種。在第二實施例中，採用含 Λ氣化矽層202。或是•用以製作包括氣化敗靥、觅化 矽靥、氰《化矽靥等各種無機層中至少一種而用霣素化 學氣相澱積法或醆塗法裂成。再者，如氣樹脂曆之有機靥可 以用CF4氣鼸或〇2氣鱷反應離子触刻法予以修改》 、y另-方面，必須注意第一金廳105和105、以及第二 金雇107和107，。在第一和第二實施例中· Cu靥分別用 作第一和第二金颺105、105·、107和107*。須予表明者 ,Cu和AI各自可以用作第一或第二金颶。或是如W 、Au 或相似者之不同金羼曆也可採用》為改進第一與第二金 屬之可織度，Pd、Cu、Si以及相似者也可包括在内》此 外，依金鼷材料而定，單靥之Ti、TiN、Ti¥·或》矽物 或其藺之合併可以用作阻隔曆。 在方面，為形成有機層101和101、第一和第二 實施例採用旋轉塗覆簏之以烘培》或是用CVD濺積代替。 -11- ./· 本纸伕尺度ii用中國國家橾準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） t ·!111111 ^ I 裝— 訂 —————— ^ (請先W讀背面之注意事項再填貝) 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印«. A7 B7 五、發明説明（) 在第一和第二實施例中•每一含氟«化矽層106和106’ 犖用SiF4氣饑、〇2氣鼸和氬氣之离密度霣漿CVD形成。 此外，SiF4可替之以合併5丨114和一添加氣鼸，後者籩 自C2Fe、CF4、NF3、和SFe ;或合併TE0S(四乙基 原矽酸鹽）和一添加氣體，後者蠆自C2P8、CP4、NF3 ，和SFe。也可以用FTES(氟基三乙翥基矽烷）。須指出 者，02可以代之以H20、HO、C〇2、C0、〇3和H20中 之一種，而Ar並非必須加入。 如上所述•根鰌本發明之半導黼元件及其製造方法， 可以防止金屬鎳閜失真的發生，和中閭醑绝鐮钧因吸猫 和金属腐蝕而增大的交聯«阻僳數，並且以中間層髙度 集積包的包容能力改菩可靠度。此等優》特別鼷述如後： (1) 多隈佈線结構中有機靥不暴《於導通盲孔而有效 防止導通盲孔交聯霣阻僳數的增大。因此精進了金羼線 的可靠度。 (2) 因為有機靥是在金羼線形成之前形成，不需採用 孔金鼷结構以改遒有機跚的包容能力。因此能夠防止因 空孔的發生而引起的元件可靠度減退。 (3) 因為SiOF雇是介入於直立方向的牵羼之間，相對 導霣常數被降至3.0典3.7間之數值（在上述S —習用例 中所用之Si02靥中為在4輿4.5之間因此，上、下 金鼷線間訊號傳輸速率顏現降低，使以鎳寬0.6徹米為 實例時，失真明臞降低約10%。 -12- 本紙張度逍用中國國家標準（CNS ) A4*t格（210X297公釐） ----------窣------t------鉑 ’ · * (請先閲讀背面之注意事項再填< 頁) | 五、發明説明（11 ) A7 B7 (4)因為有檐層形成於金颺線形成之前，而且溝槽是 绝可 的線 工羼 加金 细细 精極 在 ，〇 為此作 因因操 是。工 逋先加 。優以 寬線颶 加屬金 為金制 更較限 邊比窳 餘，考 使制須 ，限不 成的而 形中成 後«形 随嫌以 裝------訂------線 (請先閲讀背面之注意事項再填¢1 .頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS > A4规格（210X297公釐）

Claims (1)

  1. 307040、申請專利範圍 Α8 Β8 C8 D8 經濟部中央標準局男工消費合作社印SL κ一種半導鼸元件包含： —有檐層（101),由一樹脂製成，具有相對導霣常 數在1.8與3.5之間，兩值包括在内，且11自聚亞醯胺 與氟樹脂層等之组群；該有機層有一開嫌； 一第一金羼（105)«於該除之中； —含氟之氣化矽層（10(0形成於該有機層上，使該 氧化矽層在該第一金羼上有一孔；以及 一第二金屬（107)填於該孔中β 2. 如申請専利範園第1項之半導黼元件，尚包含： 另一有機靥U01');由該樹脂II成，該另一有機靥 傜形成於該氣化矽層上，使該》—有機層在第二金羼 上有另一鬩除；以及 S —第一金羼（105’），«於該另一閹陳中。 3. 如申請專利範園第2項之半導臞元件， 尚包含： 另一含氟氣化矽層（106’）形成於該Β —有機層上， 使具有另一孔在於該另一第一金羼上）以及 另一第二金羼（1〇7')«於該另一孔中β 4. 一種製造半導讎元件之方法，包含各步骤為： 製備一由樹脂製成之有槻層（10U,其有相對導霣 常數在1.8與3.5之間，含此兩值，並且钃自包括聚亞 醯胺和氟樹脂之組群，該有機層有一闋陳； «入第一金羼（105)於該開除中； 形成一含氟之《化矽層（1 〇 6 )於該有檐層上，使該 氣化矽層有一孔在於該第一金羼上；以及 -14- 本纸張尺度逍用中國國家橾準（CNS ) A4洗格（210Χ297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再埃寫本頁) r-*-J· t- Γ i 經濟部中央橾準局員工消費合作社印裝 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 埋《第二金屬於該孔中。 5.如申請專利範園第4項製造半導《元件之方法，其中 該製備步驟包含： 以旋轉塗覆形成該有機層；以及将該有機層接受熱 處理》 β.如申讅専利範_第4項製造半導讎元件之方法，其中 該製備步藿包含： 用霣漿化學氣相澱積法形成該有機 7. 如申讅專利範鼸第4項》造半導醴元件之方法，其中 該形成步«包含： 用霣漿化學氣相澱積法形成該氣化矽層β 8. 如申請專利範酾第4項製造半導讎元件之方法，尚含 步想為： 形成該樹脂之另一有檐層（101’）於該《化矽層上， 使該S —之有機層有另一開嫌在於第二金屬上；以及 «入另一之第一金屬於孩S —開陳中。 3.如申諳專利範圆第8項製迪半導齷元件之方法，其中 該另一有機層之形成步驟包含： 用旋轉塗覆法形成該另一有機曆；以及 使該另一有機層接受熱處理。 10. 如申請專利範園第8項》迪半導讎元件之方法，其 中形成該另一有機層之方法包含之步驟為： 用霣漿化學氣相鼸稹法形成該另一有機靥。 11. 如申請專利範園第8項製造半導龌元件之方法，另 -1 5 - 本紙張Α度逋用中國國家揉準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 六、申請專利範圍 颶 層金 機一 有第 一 一 B另 該於 於在 Γ 孔 06一 (1另層一 矽有 化層 氣矽 一 化 另氧 之 一， :氟另 為含該¾ »成使以 步形 ，； 含 上上 屬 金 二 第 之 增 0 以 中 孔 1 另 該 於 缜 其 法 方 之 件 元 « 導 半 造 裂 項 1 β麵 範 利 専 誚 Φ 如 化汽 氣蒸 一學 另化 該漿 成® 形用 中 之 層 矽 步 成 另 該 成 形 法 稹 » 層 矽 ..化 含氧 包一 驟 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印製 本紙張尺度適用中困國家揉準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） r—·*"""»—--—Wnntrm ,. „
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