專利名稱：供密封有機(jī)層用的無(wú)機(jī)封層及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的說(shuō)來(lái)涉及半導(dǎo)體的加工，更具體地說(shuō)，涉及半導(dǎo)體加工成集成電路器件的過(guò)程中最后進(jìn)行鈍化的領(lǐng)域。
半導(dǎo)體圓片的加工可分成多組不同的工序，這些工序通常叫做線路前端(FEOL)；線路中間(MOL)和線路后端(BEOL)。圓片加工的BEOL工序組中最終工序的其中一道工序是在整個(gè)圓片上被覆上一層鈍化保護(hù)層。鈍化工序包括在整個(gè)集成電路(IC)器件上淀積一層鈍化保護(hù)層。鈍化層的作用是機(jī)械保護(hù)加工好的圓片在運(yùn)輸、搬運(yùn)和最后封裝過(guò)程中免受外部環(huán)境的影響。邊封層是芯片有源區(qū)與切片通道之間易受潮而損壞的部位。受潮損壞會(huì)改變圓片上各IC芯片集成電路的電氣性能，從而使器件失靈。最后，除去各鈍化區(qū)，形成切片區(qū)，以便將圓片切割成一片片的IC芯片。
用硅絕緣表面上形成的諸如聚酰亞胺之類的有機(jī)絕緣層形成BEOL時(shí)，當(dāng)這個(gè)聚酰亞胺鈍化層因應(yīng)力的作用而剝落(脫層)或在邊封區(qū)裂開時(shí)，困難就來(lái)了。在最后加工圓片的聚酰亞胺鈍化層的過(guò)程中，用象反應(yīng)離子腐蝕(RIE)之類的方法腐蝕鈍化層，使金屬接地墊上的端子轉(zhuǎn)接(TV)墊和邊封通道區(qū)與硅絕緣體連通。邊封通道是一些外露的硅絕緣層沒(méi)有聚酰亞胺被覆著的部位，最后是要切割的。正是鈍化層的這個(gè)無(wú)被覆層的邊封通道成問(wèn)題。舉例說(shuō)，聚酰亞胺鈍化層用RIE腐蝕過(guò)的邊緣，其吸收的水分量可能比大塊聚酰亞胺鈍化區(qū)多達(dá)15％，從而使各邊緣膨脹，最后與硅絕緣體脫層。隨著各邊緣的脫層，鈍化層與硅絕緣體之間產(chǎn)生毛細(xì)管似的分離現(xiàn)象，形成了潮氣聚集的場(chǎng)所，使IC器件中形成一條條充滿潮氣的通道。這些通道使離子可自由運(yùn)動(dòng)，從而被吸入有源芯片區(qū)，不可避免地使IC器件內(nèi)腐蝕，最終導(dǎo)致失靈。
迄今提出的保護(hù)鈍化層腐蝕過(guò)的邊緣使其不致因剝落或裂開而脫層的方法有各色各樣。例如，一種方法提出在第一聚酰亞胺鈍化層用RIE腐蝕過(guò)的邊緣被覆上第二聚酰亞胺層，然后再濕法腐蝕第二聚酰亞胺層，使通道和TV墊再連通。這種方法的缺點(diǎn)是，(A)要花更多的時(shí)間，(B)費(fèi)用大，(C)需要用額外的掩模來(lái)進(jìn)行濕腐蝕，因而違反了電路布圖的基本準(zhǔn)則。因此，集成電路器件需要有一個(gè)鈍化層經(jīng)改進(jìn)的邊封區(qū)。
本發(fā)明包括一種埋置在象聚酰亞胺之類的有機(jī)鈍化結(jié)構(gòu)中的無(wú)機(jī)絕緣層，例如氮化物或氧化物，以及在無(wú)機(jī)絕緣體形成FEOL、MOL和BEOL層的方法。BEOL層制成象聚酰亞胺之類的有機(jī)鈍化層。BEOL層被覆上一層象氮化物或氧化物之類的無(wú)機(jī)層，無(wú)機(jī)層最后再被覆上一層有機(jī)機(jī)械鈍化層。機(jī)械鈍化層經(jīng)過(guò)腐蝕形成多個(gè)窗口，使BEOL金屬墊和各區(qū)外露，形成多條切片通道。各BEOL層在金屬墊和各切片通道區(qū)的邊緣被覆上諸如氮化物或氧化物之類的無(wú)機(jī)絕緣體，從而形成BEOL有機(jī)聚酰亞胺的無(wú)機(jī)密封。
上述鈍化層和邊封層及其制造方法無(wú)需使用另外的掩模和濕腐蝕，因而比起現(xiàn)行的方法來(lái)，既省時(shí)又節(jié)約開支。此外，本發(fā)明的方法形成的邊封層密度大，相比之下，采用濕腐蝕法時(shí)形成的邊封層就要大得多。
從下面對(duì)最佳實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明、附圖和所附的權(quán)利要求書不難清楚了解本發(fā)明的許多其它優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)。
下面就本發(fā)明非局限性的一些實(shí)施例參照附圖更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容。附圖中，同樣的編號(hào)表示同樣的元件，其中

圖1是集成電路(IC)器件結(jié)構(gòu)的示意圖，示出了平面鈍化層與IC絕緣層脫層的情況；圖2是IC器件鈍化之后在無(wú)機(jī)絕緣體上淀積有機(jī)層的示意圖；圖3是圖2的頂視圖4是IC器件在有機(jī)層上淀積無(wú)機(jī)層之后進(jìn)行鈍化的示意圖；圖5是IC器件在無(wú)機(jī)層上淀積另一層有機(jī)層之后進(jìn)行鈍化的示意圖；圖6是IC器件經(jīng)過(guò)腐蝕限定端子轉(zhuǎn)接(TV)墊和邊封通道之后進(jìn)行鈍化的示意圖；圖7是IC器件在淀積第二無(wú)機(jī)層之后進(jìn)行鈍化的示意圖；圖8是IC器件在腐蝕之后進(jìn)行鈍化的示意圖；圖9是IC器件在腐蝕之后進(jìn)行鈍化的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
本發(fā)明是就一些具體實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明的。然而，應(yīng)該理解的是，這些實(shí)施例僅僅是舉例說(shuō)明而已，本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員都知道，在不脫離下面權(quán)利要求書精神實(shí)質(zhì)和范圍的前提下是可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修改和更改的。應(yīng)該理解的是，在談到各層的相互關(guān)系時(shí)，“敷在其上”或“被覆狀態(tài)”一詞是指層疊著的各層位置彼此靠近，但可能彼此接觸或不接觸。舉例說(shuō)，如果第一層位于第二層“上”，則第三層可能安置在第一和第二層之間，也可能不安置在第一和第二層之間。應(yīng)該理解的是，“層”一詞可表示經(jīng)各種加工工序形成的芯片區(qū)。
參看圖1。本發(fā)明要談的是導(dǎo)電環(huán)30、M3、S2、M2、S1、M1組成的鈍化層10與諸如二氧化硅(SiO2)無(wú)機(jī)玻璃絕緣層20之類的無(wú)機(jī)層脫層11危害有源芯片的問(wèn)題。此外，本發(fā)明還將談到金屬墊區(qū)M3、S2、M2、S1、M1中的脫層問(wèn)題。參看圖9。如果不設(shè)封層44，有機(jī)絕緣體45會(huì)與M3、40(與圖1類似)脫層。
參看圖3，圖中示出了有源芯片9的頂視圖。圖2是芯片9沿圖3中的A-A′線截取的剖視圖。圖2中，BEOL是用半導(dǎo)體工業(yè)中通常使用的多種方法中的任一方法形成的。金屬層M3、M2、M1是在加工作為環(huán)繞有源芯片的金屬“護(hù)環(huán)”30的柱形金屬接頭S2、S1的過(guò)程中形成的。
參看圖4。諸如二氧化硅、氮化物、氮化硅、氮氧化硅或硼氮化硅之類的無(wú)機(jī)絕緣層12用化學(xué)汽相淀積法(CVD)沉積在有機(jī)聚酰亞胺層10上。為與聚酰亞胺有機(jī)物相適應(yīng)，最好采用二氧化硅或氮化硅(溫度≤350℃)。
參看圖5，層13采用有機(jī)聚酰亞胺層(厚約為2微米)。有機(jī)層10和有機(jī)層13通常為同一種材料。采用同一種材料的好處是容易制造。
如圖6中所示，采用光致抗蝕掩模(圖中未示出)使窗口14通到導(dǎo)電環(huán)30的M3和邊封通道區(qū)15。在最佳的方法中，輻射敏感材料或光致抗蝕劑組成的薄層(圖中未示出)淀積在有機(jī)層13上。接著將光致抗蝕劑暴露在含圖形信息的高能粒子流(光子、電子、X射線或離子)中。暴露的被覆層分解后，留下窗口14，15。接著，最好用O2反應(yīng)離子腐蝕(RIE)之類的干腐蝕法將各層腐蝕掉。
如圖7中所示，無(wú)機(jī)材料(最好是二氧化硅或氮化硅)層16用CVD保形淀積法淀積。有一點(diǎn)很重要，層16與層12化學(xué)結(jié)合并粘附到起始絕緣體20上，后兩者都是無(wú)機(jī)物，以免鈍化層10脫層。因此，二氧化硅(SiO2)層16最好與SiO2層12化學(xué)結(jié)合。
如圖8中所示，層16最好用RIE腐蝕以形成將有機(jī)體10與SiO2之類的無(wú)機(jī)體12，16，20密封的封層。這時(shí)可以搬運(yùn)和/或運(yùn)輸圓片。接著，圓片可以在疊層之間切片，形成一片片的IC芯片而不致使鈍化層脫層。
參看圖9。圖中示出了另一種IC芯片的分層方式。這里不是象圖1中所示的那樣將單一的無(wú)機(jī)絕緣體12淀積到有機(jī)層10上，而是將一層諸如聚酰亞胺之類的有機(jī)層45和象氧化物(例如氧化硅)、氮化物、氮化硅、氮氧化硅或硼氮化硅之類的無(wú)機(jī)層42淀積到有機(jī)層40和導(dǎo)電環(huán)M3上。在有機(jī)層45與環(huán)M3接觸處，可能會(huì)出現(xiàn)與圖1中11類似的脫層。無(wú)機(jī)封層44避免了這個(gè)脫層。無(wú)機(jī)封層44與導(dǎo)電環(huán)M3及無(wú)機(jī)層42粘合，形成無(wú)機(jī)/無(wú)機(jī)封層，起防止脫層的作用。
雖然本發(fā)明可采用不同形式的實(shí)施例，但這里展示了本發(fā)明的一些最佳實(shí)施例。但不言而喻，這里公開的內(nèi)容僅僅是本發(fā)明原理的實(shí)例而已，并沒(méi)有將本發(fā)明局限于所舉實(shí)施例的意思。
權(quán)利要求
1.一種集成電路器件，包括第一無(wú)機(jī)絕緣層；一層有機(jī)絕緣層，淀積在所述第一無(wú)機(jī)絕緣層上；第二無(wú)機(jī)絕緣層，淀積在所述有機(jī)絕緣層上；一層無(wú)機(jī)絕緣封層，密封著所述第一無(wú)機(jī)絕緣層與所述第二無(wú)機(jī)絕緣層之間的所述有機(jī)絕緣層。
2.如權(quán)利要求1所述的集成電路器件，其特征在于，所述有機(jī)絕緣層為聚酰亞胺。
3.如權(quán)利要求1所述的集成電路器件，其特征在于，所述第一和第二無(wú)機(jī)絕緣層選自由二氧化硅和氮化硅組成的物質(zhì)組。
4.如權(quán)利要求1所述的集成電路器件，其特征在于，它還包括淀積在所述第二無(wú)機(jī)絕緣層上的第二有機(jī)絕緣層。
5.一種鈍化集成電路器件的方法，其特征在于，它包括下列步驟配備第一無(wú)機(jī)絕緣層；在所述第一無(wú)機(jī)絕緣層上淀積上一層有機(jī)絕緣層，以形成絕緣層；在所述有機(jī)絕緣層上淀積上第二無(wú)機(jī)層；在所述各層中腐蝕出多個(gè)窗口；在所述各腐蝕層上淀積第三無(wú)機(jī)層；腐蝕所述第三層，從而形成無(wú)機(jī)/無(wú)機(jī)封層，密封所述有機(jī)層。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，淀積有機(jī)絕緣層的步驟還包括淀積聚酰亞胺的步驟。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述淀積第二和第三無(wú)機(jī)層的步驟還包括下列步驟淀積選自由氧化硅和氮化硅組成的物質(zhì)組的無(wú)機(jī)層。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述腐蝕步驟都采用反應(yīng)離子腐蝕(RIE)法。
9.一種用權(quán)利要求5的方法制取的集成電路。
10.一種防潮密封半導(dǎo)體器件的鈍化層的方法，其特征在于，它包括下列步驟配備第一無(wú)機(jī)絕緣層；在所述無(wú)機(jī)絕緣層上淀積一層有機(jī)層；在所述有機(jī)層上淀積上第二無(wú)機(jī)層；在所述各層中用各向異性腐蝕法腐蝕端子轉(zhuǎn)接墊區(qū)和邊封通道區(qū)；在所述各區(qū)上淀積上第三無(wú)機(jī)層；和用各向異性深腐蝕法腐蝕所述第三無(wú)機(jī)層，形成無(wú)機(jī)封層。
11.一種用權(quán)利要求10的方法制造的集成電路。
12.一種集成電路器件，包括一個(gè)有源芯片區(qū)，包括第一無(wú)機(jī)絕緣層；一層有機(jī)絕緣層，淀積在所述第一無(wú)機(jī)絕緣層上；第二無(wú)機(jī)絕緣層，淀積在所述有機(jī)絕緣層上；一個(gè)導(dǎo)電環(huán)，環(huán)繞所述有源芯片區(qū)；和一個(gè)無(wú)機(jī)封層，用以將所述無(wú)機(jī)絕緣層密封到所述導(dǎo)電環(huán)上，其中所述無(wú)機(jī)絕緣封層密封所述有機(jī)絕緣層。
13.如權(quán)利要求12所述的集成電路器件，其特征在于，所述無(wú)機(jī)絕緣層為二氧化硅或氮化硅。
14.如權(quán)利要求1所述的集成電路器件，其特征在于，所述有機(jī)絕緣層內(nèi)還形成有導(dǎo)電環(huán)。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)層內(nèi)還形成有導(dǎo)電環(huán)。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，它還包括下列步驟在第一有機(jī)層與第一無(wú)機(jī)層之間淀積第二有機(jī)層，且其中所述無(wú)機(jī)封層密封著導(dǎo)電環(huán)與所述第一無(wú)機(jī)層之間的所述第二有機(jī)層。
17.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述無(wú)機(jī)層選自由二氧化硅和氮化硅組成的物質(zhì)組。
18.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述腐蝕步驟還包括反應(yīng)離子腐蝕。
全文摘要
一種無(wú)機(jī)封層及其制造方法,該無(wú)機(jī)封層供在集成電路器件鈍化過(guò)程中密封有機(jī)層用。這種封層的結(jié)構(gòu)可以在線絕緣層的所有平面后端(BEOL)中在反應(yīng)離子腐蝕(RIE)邊緣上形成無(wú)機(jī)/無(wú)機(jī)鈍化封層。邊封層的作用是防止鈍化層從集成電路器件或?qū)щ姯h(huán)脫層。脫層會(huì)導(dǎo)致多條充滿潮氣的通道的形成和集成電路器件金屬線路的腐蝕,從而使集成電路失靈。
文檔編號(hào)H01L21/314GK1190796SQ9711820
公開日1998年8月19日 申請(qǐng)日期1997年9月2日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月3日
發(fā)明者J·E·克羅寧, B·J·盧特爾 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司