王英郎.鄭義榮

49太歲

王英郎    鄭義榮

簡 介：

隨著積體電路製程進入奈米時代，半導體元件積集度急遽增加，除了元件尺寸愈趨縮小外，其線路設計亦往複雜的高層(7-10層)金屬導線架構發展，以符合電子元件小巧且運算快的高效能需求。傳統的鋁導線及二氧化矽介電層因高電阻及寄生電容，於元件運算時產生嚴重電阻電容延遲效應，導致元件速度大幅下降而不符需求；因此近年來業界致力於發展銅雙崁刻製程並搭配低介電係數(Low-K)介電層材料來提昇元件速度。然而當元件進入奈米時代，需要超低介電係數介電層，而這些介電層材料皆有密度低、孔洞多、機械性質差、附著力不佳等問題。於半導體製程中，產生介電層剝離，破裂，並因絕緣性不佳而產生漏電，造成元件可靠性不佳。這些都是為了降低介電係數產生的後遺症，成為奈米元件的製程的挑戰。然我們發現在銅雙崁刻製程中的銅阻障層和蝕刻停止層(傳統使用矽化氮或矽化碳膜)可以改善雙崁刻製程的結構，本發明即是以四甲基矽烷(或三甲基)的先驅物加上含氮及含氧的氣體，經由電漿加強式化學汽相沈積法，沈積有機矽酸鹽結構的SiCxNyOz薄膜，藉由有機矽酸鹽結構，不但可降低介電層介電係數，且可改善機械性質，並增加蝕刻選擇比，達到更精確的製程控制。此外，於有機矽酸鹽加入氮可藉由矽氮鍵來增加銅原子的阻障效果，降低漏電流；加入氧，則可增加薄膜和Low-K材料的附著力，並可藉由製程參數來調整薄膜的應力，以解決Low-K介電層剝離，破裂的問題。並可藉由SiCN+SiCO的雙層薄膜結構來增加阻障層和銅及Low-K材料的附著力，並避免因氮原子和光阻反應所產生的製程問題。本發明可說是銅崁刻製程中絕佳的銅阻障層及蝕刻停止層，不但具低介電係數、低漏電流，特別的是，本發明的薄膜尚可藉由調整含氮、含氧的含量及其他製程參數來調整蝕刻選擇比、薄膜應力、附著力、機械強度等，來配合各種不同的Low-K材料及製程，加強金屬導線層機械結構強度，改善元件可靠性，降低電阻電容延遲效應，提昇元件速度，降低漏電流，使電子元件高速輕巧化。

發 明 人 簡 介：

王英郎：交通大學電子博士，現為台積電副廠長，擁有百餘件專利。
鄭義榮：交通大學材料博士，現為台積電技術副理，擁有數十件專利。