專(zhuān)利名稱(chēng)：一種形成旋涂玻璃保護(hù)層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在半導(dǎo)體晶圓上形成旋涂玻璃保護(hù)層的方法，及利用此方法所制造的晶圓及器件。
背景技術(shù)：
在公知技術(shù)中，半導(dǎo)體集成電路器件、半導(dǎo)體區(qū)的極細(xì)圖案、電極、線(xiàn)路、及其它構(gòu)件利用傳統(tǒng)工藝步驟，例如化學(xué)氣相沉積(CVD)在半導(dǎo)體襯底上制造。在器件上形成電線(xiàn)圖案后，提供形成于水平排列線(xiàn)路間的介質(zhì)沉積物，以及介質(zhì)膜形成材料覆蓋于其表面，而且利用本領(lǐng)域眾所周知的多層形成工藝，形成多層集成半導(dǎo)體器件。
近來(lái)，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步以導(dǎo)入新一代的集成電路為特征，與前一代相比，具有較高性能及較多功能，可快速處理大量的信息。這是降低集成電路器件尺寸的結(jié)果；即這些進(jìn)步并非仰賴(lài)擴(kuò)大器件(即芯片)的尺寸或大小，而是用小型化及增加芯片中構(gòu)件的數(shù)量獲得，進(jìn)而降低芯片本身的大小。因此，芯片中線(xiàn)的尺寸及線(xiàn)路空間最小為亞微米，而且目前芯片所采用的線(xiàn)路結(jié)構(gòu)必需為多層或多級(jí)線(xiàn)路，或金屬化結(jié)構(gòu)。
然而，隨著半導(dǎo)體晶圓器件大小接近及小于0.25微米，傳導(dǎo)通路間絕緣材料(例如二氧化硅)的介電常數(shù)，對(duì)于器件的表現(xiàn)則越重要。隨著縮小相鄰傳導(dǎo)路徑間的距離，會(huì)增加所產(chǎn)生的電容，其中電容為絕緣材料的介電性質(zhì)除以傳導(dǎo)通路間距離的函數(shù)。這會(huì)使得攜帶信號(hào)通過(guò)芯片的相鄰傳導(dǎo)通路間的電容耦合或串?dāng)_增加。電容增加會(huì)使集成電路的功率耗損增加，并增加電阻電容時(shí)間常數(shù)，而后者會(huì)造成信號(hào)傳遞速度下降。總之，小型化的影響會(huì)造成增加功率耗損，限制信號(hào)速度，及降低確保集成電路器件或芯片運(yùn)作的噪聲裕量。
多種介質(zhì)材料可作為半導(dǎo)體器件介質(zhì)膜涂層，但大部分卻不符合電性及物理嚴(yán)格要求。一般而言，介質(zhì)膜利用化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝，覆蓋在圖案化線(xiàn)路層結(jié)構(gòu)之上。典型的無(wú)機(jī)介質(zhì)材料實(shí)施例中，包含二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)及磷硅酸玻璃(PSG)。由于以等離子為基礎(chǔ)的沉積工藝會(huì)復(fù)制下方線(xiàn)路圖案外型結(jié)構(gòu)的不平及崎嶇，因此以化學(xué)氣相沉積工藝形成的無(wú)機(jī)介質(zhì)，會(huì)使這些無(wú)機(jī)介質(zhì)層呈現(xiàn)不平坦。
近來(lái)，被稱(chēng)為旋涂玻璃(Spin-On-Glasses，SOGs)的有機(jī)/無(wú)機(jī)介質(zhì)材料，已常用作介質(zhì)涂層。由旋涂玻璃材料所形成的層可在覆蓋下方器件結(jié)構(gòu)時(shí)，并不會(huì)復(fù)制器件特征；因此可提供更平坦的表面。然而，此種材料由于缺乏熱穩(wěn)定性或附著特性，因此較不受歡迎。此外，旋涂玻璃也有可能產(chǎn)生破裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供上方具有至少一器件結(jié)構(gòu)的集成電路或部分集成電路，包含在該襯底及該至少一器件結(jié)構(gòu)上提供第一阻擋層；利用旋涂玻璃工藝提供介質(zhì)材料層；以及第二阻擋層位于該介質(zhì)層上，其中該第二阻擋層為壓縮層。
任何適用于阻擋層的組成或材料都可以作為該第一阻擋層。優(yōu)選的阻擋層能夠減少或消除濕氣的移動(dòng)及移動(dòng)離子。在某些實(shí)施例中，該第一阻擋層為氮氧化硅或氮化硅層。形成的氮化硅或氮氧化硅層所提供的壓縮力或許特別有助于某些實(shí)施例。等離子輔助化學(xué)氣相沉積工藝或其它工藝可用以提供合適的阻擋層。
在某些實(shí)施例中，絕緣層包含硅氧類(lèi)或硅酸鹽材料。在一實(shí)施例中，將具有至少一器件的結(jié)構(gòu)于上方的襯底及第一阻擋層放置于一室中，該室有封閉的室環(huán)境；在該室中，在該第一阻擋層上供配該流動(dòng)式介質(zhì)層的溶劑；在該供配步驟后，覆蓋該晶圓以在該室內(nèi)部提供可控制環(huán)境且與該室環(huán)境分隔；在可控制環(huán)境下旋轉(zhuǎn)該集成電路，以涂布及流動(dòng)該流動(dòng)式介質(zhì)層；并且固化該流動(dòng)式介質(zhì)進(jìn)而形成絕緣層。
任何適用于阻擋層的組成或材料可作為該第二阻擋層。形成該第二阻擋層以提供一壓縮力。該些層能夠減少或消除濕氣的移動(dòng)及移動(dòng)離子。在某些實(shí)施例中，該第二阻擋層位氮氧化硅或氮化硅層。等離子輔助化學(xué)氣相沉積工藝或其它工藝可用以提供合適的阻擋層。
另一方面，本發(fā)明的實(shí)施例提供用以制造半導(dǎo)體器件的方式，此半導(dǎo)體器件包含集成電路或部分集成電路。該方法的實(shí)施例包含提供上方具有至少一器件結(jié)構(gòu)的襯底；在該襯底及該至少一器件結(jié)構(gòu)上提供第一阻擋層；利用旋涂玻璃工藝提供介質(zhì)材料層；以及提供第二阻擋層于該流動(dòng)式介電層上，其中該第二阻擋層為壓縮層。
本發(fā)明該些或其它特征、外觀(guān)及實(shí)施例在下文“具體實(shí)施方式
”中詳述。


所述本發(fā)明的這些或其它特征、外觀(guān)及實(shí)施例與附圖相結(jié)合，其中圖1顯示在工藝中間階段時(shí)，半導(dǎo)體器件的實(shí)施例，該半導(dǎo)體器件包含上方具有器件或隔絕特征的襯底；圖2顯示在工藝中間階段時(shí)，半導(dǎo)體器件的實(shí)施例，該半導(dǎo)體器件具有阻擋層形成于襯底及器件或隔絕特征上；圖3顯示在工藝中間階段時(shí)，半導(dǎo)體器件的實(shí)施例，該半導(dǎo)體器件具有絕緣旋涂玻璃層形成于該阻擋層，該器件或隔絕結(jié)構(gòu)以及該襯底上；圖4顯示本發(fā)明在該絕緣旋涂玻璃層、該阻擋層該器件或隔絕結(jié)構(gòu)以及該襯底上沉積壓縮阻擋層后的實(shí)施例。
主要器件符號(hào)說(shuō)明10襯底20絕緣結(jié)構(gòu)25第一阻擋層30絕緣層40第二阻擋層
具體實(shí)施例方式
在下列敘述中，無(wú)論是否有“約”或“近似”等字眼連接，在此揭示的所有數(shù)值皆為近似值?？捎猩现?％，2％，5％或有時(shí)10％至20％的變化。無(wú)論何時(shí)，所揭示的數(shù)值范圍具有下限RL及上限RU，任何落于此范圍的數(shù)字為特定及明確地揭示。尤其是，落于下列范圍的數(shù)值R則明確地揭示R＝RL+k*(RU-RL)，其中k為變量，以1％增加，范圍由1％至100％，即k為1％，2％，3％，4％，550％，51％，52％，…..，95％，96％，97％，98％，99％，100％。此外，特別公開(kāi)如上述所定義的以?xún)蓴?shù)字定義的任何數(shù)值范圍(R)。
圖1至圖4顯示本發(fā)明某些實(shí)施例的特征。圖1中，顯示了集成電路結(jié)構(gòu)的剖面圖，其中襯底10包含器件或形成于其上的絕緣結(jié)構(gòu)20。一般而言，襯底10會(huì)具有形成于其中的埋藏?cái)U(kuò)散區(qū)。如圖2所示，阻擋層25則形成于結(jié)構(gòu)20上。阻擋層25包含以等離子輔助化學(xué)氣相沉積形成的氮氧化硅(silicon oxynitride，SiOxNy)或氮化硅。
在某些實(shí)施例中，阻擋層25在特定條件下形成，以對(duì)一個(gè)或多個(gè)相鄰層提供壓縮力。可通過(guò)公知技術(shù)控制相對(duì)壓縮力。一般而言，相鄰層中，材料原子間的距離會(huì)影響壓縮力，而經(jīng)由控制結(jié)晶材料的沉積層的結(jié)晶位向及/或組成，也可影響壓縮力。一些阻擋層25具有約2×108至約7×108dynes/cm2，3×108至6×108dynes/cm2，或4×108至約5×108dynes/cm2的拉伸應(yīng)力。部份阻擋層25大體上阻擋了濕氣的移動(dòng)及移動(dòng)離子的遲滯，或消除對(duì)下方金屬或其它半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的影響。
在圖3中，在阻擋層25生長(zhǎng)后，提供絕緣層30。一般而言，絕緣層30由旋涂玻璃工藝所提供。此種旋涂玻璃絕緣層可由流動(dòng)式介質(zhì)材料形成。利用流動(dòng)式玻璃的旋轉(zhuǎn)涂布來(lái)填充如金屬線(xiàn)的器件結(jié)構(gòu)間的溝槽，并均勻涂抹于晶圓表面，以放置介質(zhì)材料。以約420℃烘烤流動(dòng)式玻璃，使玻璃固化。烘烤后，絕緣層30一般具有2000至5500埃的厚度。部分實(shí)施例中，絕緣層具有約1.3-1.4的折射率。然而，依據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，折射率可為任何所需的數(shù)值。一般而言，以絕緣層30填充寬度0.1μm及深度至少1.2μm的溝槽。在部分實(shí)施例中，層30可提供大約大于90％的金屬間隔(大于40微米的金屬間隔)的平坦度。盡管可使用任意的厚度，一般而言，大金屬墊上的旋涂玻璃厚度約1000埃。在烘烤后，一些合適的層30具有約2×108至約7×108dynes/cm2，3×108至6×108dynes/cm2，或4×108至約5×108dynes/cm2的拉伸應(yīng)力。
可利用現(xiàn)今已知或較晚發(fā)現(xiàn)的工藝形成絕緣層40，進(jìn)而形成旋涂玻璃層。然而，在一例示實(shí)施例中，旋涂玻璃的涂布工藝揭示于美國(guó)專(zhuān)利No.6,004,622，在此通過(guò)引用并入。為了方便起見(jiàn)，將在下述部份描述工藝細(xì)節(jié)。
一般而言，提供旋涂玻璃包含供配步驟、涂布步驟及干燥步驟。在供配步驟中，在供配臂移動(dòng)及晶圓轉(zhuǎn)動(dòng)速度最優(yōu)的情況下，提供一定量的流動(dòng)式玻璃。接著在涂布步驟時(shí)，使用可動(dòng)式蓋子，以在晶圓附近制造封閉隔間，進(jìn)而控制晶圓周遭環(huán)境。一般而言，可使封閉隔間內(nèi)部維持飽和蒸汽環(huán)境，使玻璃在涂布時(shí)具有高度流動(dòng)性。晶圓旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心力有助于均勻平坦流動(dòng)式玻璃。在涂布步驟結(jié)束時(shí)需要高度旋轉(zhuǎn)，以除去過(guò)多的流動(dòng)式玻璃，并減少大金屬墊上方流動(dòng)式玻璃厚度。利用抽氣干燥進(jìn)行最后的干燥步驟，進(jìn)而使流動(dòng)式玻璃固化。
第一步驟涉及供配旋涂玻璃材料，例如市面上可得到的以硅氧類(lèi)高分子(siloxane polymer)為基礎(chǔ)的材料，如Allied-Signal所生產(chǎn)的序號(hào)為512，214及314的產(chǎn)品。此步驟僅需少于兩秒的時(shí)間，而最后的轉(zhuǎn)速約每分鐘小于200轉(zhuǎn)。最后轉(zhuǎn)速則設(shè)定成具有每秒約500-2000rpm的加速度。而旋涂玻璃室內(nèi)的抽氣則設(shè)為每分鐘小于200公升(Lpm)并讓蓋子打開(kāi)。
在旋涂步驟中，則關(guān)上蓋子。此步驟約費(fèi)時(shí)5秒。轉(zhuǎn)速則設(shè)定成具有每秒約2000-3000rpm減速，最后至0rpm。在蓋子閉合的步驟，抽氣則設(shè)為最高每分鐘200公升(Lpm)。
在蓋子閉合后，則涂布及流入旋涂玻璃。此過(guò)程約費(fèi)時(shí)30秒，優(yōu)選的約大于20秒，以最高至500rpm的低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，優(yōu)選的少于250rpm。轉(zhuǎn)速則可設(shè)定成具有每秒約1000-3000rpm加速度，而外室則以上至200Lpm的速度進(jìn)行抽氣。在此過(guò)程中，合上蓋子使蓋子內(nèi)部空間與外部抽氣隔絕，進(jìn)而使旋涂玻璃溶劑的蒸發(fā)速率下降。
在下一步驟中，開(kāi)啟蓋子。此步約需以0rpm的轉(zhuǎn)速費(fèi)時(shí)5秒。以每秒2000至3000rpm范圍的減速停止。當(dāng)蓋子打開(kāi)時(shí)，則以最高至400Lpm的速度抽氣。
最后步驟為除去步驟，需花費(fèi)約20秒。在除去過(guò)程中，晶圓以介于3000至5000rpm的速度旋轉(zhuǎn)。最后轉(zhuǎn)速會(huì)達(dá)到以5000至10000rpm/s的加速度。室內(nèi)抽氣則最高至400Lpm，并使蓋子打開(kāi)。
此外，利用移動(dòng)式蓋子，可在旋轉(zhuǎn)步驟過(guò)程中，選擇性控制集成電路上的環(huán)境，進(jìn)而提供旋涂玻璃。因此，可以下列方式執(zhí)行將飽和蒸汽溶劑導(dǎo)入閉合蓋子周遭，或晶圓表面直接供配液體溶劑，進(jìn)而橫越旋涂玻璃厚度，產(chǎn)生的溶劑含量漸層輪廓，使旋涂玻璃較深層具有高溶劑含量，進(jìn)而改良上層的旋涂玻璃。因此，為了避免襯底深處的旋涂玻璃流出時(shí)，可使用高除去速度。
在形成絕緣層30后，則以如圖4所示的方式提供阻擋層40。阻擋層40的形成可對(duì)下方絕緣層30提供壓縮力。如上述，壓縮力會(huì)被相鄰層中材料原子間的距離所影響，而經(jīng)由控制沉積層的結(jié)晶位向及/或組成，也會(huì)被結(jié)晶材料影響。阻擋層40具有所需的張力，以對(duì)下層提供壓縮力。
一般而言阻擋層40具有約2×108至約7×108dynes/cm2，3×108至6×108dynes/cm2，或4×108至約5×108dynes/cm2的拉伸應(yīng)力。部份阻擋層40大體上阻擋了濕氣的移動(dòng)及移動(dòng)離子的遲滯，或消除對(duì)下方金屬或其它半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的影響。
本發(fā)明實(shí)施例的器件及工藝可提供一個(gè)或多個(gè)優(yōu)勢(shì)，如改良保護(hù)層，或改善抵抗破裂的能力。盡管本發(fā)明只描述有限的實(shí)施例，這些特定實(shí)施例不應(yīng)視為本發(fā)明及所述權(quán)利要求的限制。本發(fā)明的修改及變型當(dāng)可由本領(lǐng)域的技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)。舉例而言，盡管所述的工藝及器件結(jié)構(gòu)涉及一般器件結(jié)構(gòu)，但所述的工藝及層結(jié)構(gòu)，可應(yīng)用至集成電路上形成旋涂玻璃層的任何器件類(lèi)型。盡管此述工藝包含一個(gè)或多個(gè)步驟，應(yīng)當(dāng)理解的是，除非另有指定，不然這些步驟可以任意順序?qū)崿F(xiàn)。這些步驟可結(jié)合或分開(kāi)。在部分實(shí)施例中，此述的組成可包含其它構(gòu)件。然而，在其它實(shí)施例中，任何未詳述于組成中的構(gòu)件組成為所缺少的或基本上缺少的。最后無(wú)論是否有“約”或“近似”等字描述數(shù)字，任何在此所揭示的數(shù)字，皆視為近似值。所附的權(quán)利要求，意欲涵蓋所有落于本發(fā)明范圍的修改及變型。
僅管已描述了本發(fā)明的部分實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)理解的是，所述的實(shí)施例僅為示范之用，不應(yīng)限制本發(fā)明。當(dāng)上述與附圖相結(jié)合時(shí)，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求界定。
權(quán)利要求
1.一種制造集成電路的方法，包含(a)提供上方具有至少一器件結(jié)構(gòu)的襯底；(b)在該襯底及該至少一器件結(jié)構(gòu)上提供第一阻擋層；(c)利用旋涂玻璃工藝提供介質(zhì)層；以及(d)提供第二阻擋層于該流動(dòng)式介質(zhì)層上，其中該第二阻擋層為壓縮層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第一阻擋層為氮氧化硅。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第一阻擋層為壓縮層。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第一阻擋層為壓縮氮氧化硅層。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第一阻擋層為壓縮氮化硅層。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第一阻擋層利用等離子輔助化學(xué)氣相沉積工藝生成。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該介質(zhì)層包含硅氧類(lèi)或硅酸鹽材料。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第二阻擋層為壓縮氮氧化硅層。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第二阻擋層為壓縮氮化硅層。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第二阻擋層利用等離子輔助化學(xué)氣相沉積工藝生成。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中利用旋涂玻璃工藝以提供介電層包括將具有至少一器件結(jié)構(gòu)于其上的該襯底及該第一阻擋層放置于室中，該室為封閉的室環(huán)境；在該室中在該第一阻擋層之上供配該流動(dòng)式介電層的溶劑；在該供配步驟后，覆蓋該晶圓以在該室內(nèi)部提供可控制環(huán)境且與該室環(huán)境分隔；在該可控制環(huán)境內(nèi)旋轉(zhuǎn)該集成電路以涂布及流動(dòng)該流動(dòng)式介質(zhì)層；以及固化該流動(dòng)式介質(zhì)層。
12.一種包含具有至少一器件結(jié)構(gòu)于襯底上的集成電路，包含(a)在該襯底及該至少一器件結(jié)構(gòu)上的第一阻擋層；(b)以旋涂玻璃工藝所形成的介質(zhì)層；以及(c)第二阻擋層位于該介電層上，其中該第二阻擋層為壓縮層。
13.如權(quán)利要求12所述的集成電路，其中該第一阻擋層為氮氧化硅。
14.如權(quán)利要求12所述的集成電路，其中該第一阻擋層為壓縮層。
15.如權(quán)利要求12所述的集成電路，其中該第一阻擋層為壓縮氮氧化硅層。
16.如權(quán)利要求12所述的集成電路，其中該第一阻擋層為壓縮氮化硅層。
17.如權(quán)利要求12所述的集成電路，其中該第一阻擋層利用等離子輔助化學(xué)氣相沉積生成。
18.如權(quán)利要求12所述的集成電路，其中該介質(zhì)層包含硅氧類(lèi)或硅酸鹽材料。
19.如權(quán)利要求12所述的集成電路，其中該第二阻擋層是壓縮氮氧化硅層。
20.如權(quán)利要求12所述的集成電路，其中該第二阻擋層是壓縮氮化硅層。
21.如權(quán)利要求12所述的集成電路，其中該第二阻擋層利用等離子輔助化學(xué)氣相沉積工藝生成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)集成電路及用于制造該集成電路的方法。所公開(kāi)的方法包含提供上方具有至少一器件結(jié)構(gòu)的襯底；在該襯底及該至少一器件結(jié)構(gòu)上提供第一阻擋層；利用旋涂玻璃工藝提供一介質(zhì)材料層；并且在該介質(zhì)層上提供第二阻擋層，其中該第二阻擋層為壓縮層。在該襯底及該至少一個(gè)器件結(jié)構(gòu)上，所述的集成電路包含第一阻擋層；利用旋涂玻璃工藝形成一介質(zhì)層；以及在該介質(zhì)層上的第二阻擋層，其中該第二阻擋層為壓縮層。
文檔編號(hào)H01L21/82GK1979795SQ20061016420
公開(kāi)日2007年6月13日 申請(qǐng)日期2006年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月7日
發(fā)明者陳禮仁, 蘇金達(dá) 申請(qǐng)人:旺宏電子股份有限公司