专利名称：半导体器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件，且特别涉及一种柔性半导体器件及其制造方法。
背景技术：
在信息技术的开发中，广泛使用了半导体器件。特别是，在显示器和移 动设备中日益需要柔性半导体器件。柔性半导体器件能够弯折，因此若安装 或使用半导体器件，当有必要将它们弯折或弯曲时，能够广泛地和有效地使 用柔性半导体器件。柔性半导体器件应能抵抗碰撞导致的断裂，并应趋于恢 复到其原形状。
然而一般来说，半导体器件是通过在硅基衬底上形成金属基布线来制造 的。这些衬底和布线较易断裂或不易恢复到其原形状，这是因为它们是以相 对非柔性物质形成的。
发明内容
本发明实施例涉及一种半导体器件及用于制造该半导体器件的方法，其 中半导体器件是用柔性物质形成的，因而防止了半导体器件在弯曲时容易断 裂，并且还能让半导体器件恢复到其原形状。
本发明实施例涉及一种半导体器件，该半导体器件包括具有多个器件模 块的衬底。该衬底包括具有柔性和绝缘特性的第一绝缘高分子物质。在该衬 底上可形成第一绝缘层，第一绝缘层具有多个导通孔并包含具有柔性和绝缘 特性的第二绝缘高分子物质。在上述导通孔中可形成多个接触插栓，上述接 触插栓包含具有柔性和导电特性的第一导电高分子物质。可在第一绝缘层上 形成多个金属布线，该金属布线电连接到接触插栓并包含具有柔性和导电特 性的第二导电高分子物质。可在金属布线上形成第二绝缘层，该第二绝缘层
包含具有柔性和绝缘特性的第三绝缘高分子物质。
本发明实施例涉及一种用于制造半导体器件的方法，该方法包括形成衬 底，该衬底包含具有柔性和绝缘特性的第一绝缘高分子物质。可在该衬底上 形成第一绝缘层，第一绝缘层包含具有柔性和绝缘特性的第二绝缘高分子物 质。可将第一绝缘层图形化，以形成多个导通孔。可在上述导通孔中形成多 个接触插栓，该接触插栓包含具有柔性和导电特性的第一导电高分子物质。 可在第一绝缘层上沉积并图形化具有柔性和导电特性的第二导电高分子物 质，以形成多个金属布线。可在上述金属布线上形成第二绝缘层，第二绝缘 层包含具有柔性和绝缘特性的第三绝缘高分子物质。
图1示意性地示出根据本发明实施例的半导体器件。
图2A至图2F示出用于制造根据本发明实施例的半导体器件的方法。
具体实施例方式
示例性的图1示意性地示出根据本发明实施例的半导体器件。如示例性 的图1所示，多个器件模块3形成于衬底1上。衬底1可包含具有柔性和绝 缘特性的第一绝缘高分子物质。第一绝缘高分子物质可以是聚酰亚胺。尽管 本发明实施例将用聚酰亚胺作为第一绝缘高分子物质的示例来进行描述，但 也可将任何其它具有柔性和绝缘特性的高分子物质用作第一绝缘高分子物 质。聚酰亚胺是一种具有极好的绝缘特性和柔性的物质。每个器件模块3都 可以是具有特定功能的模块，例如存储器或逻辑电路。该存储器或逻辑电路 可包含多个晶体管、电阻器、电容器、或类似器件。
可在包括器件模块3的衬底1上形成金属前电介质(PMD)层5。可穿 过PMD层5形成电连接到多个器件模块3的多个接触插栓7。 PMD层5可 包含具有柔性和绝缘特性的第二绝缘高分子物质。第二绝缘高分子物质可以 是聚酰亚胺。尽管本发明实施例将用聚酰亚胺作为第二绝缘高分子物质的示 例来进行描述，但也可将任何其它具有柔性和绝缘特性的高分子物质用作第 二绝缘高分子物质。每个接触插栓7都可包含具有柔性和导电特性的第一导 电高分子物质。第一导电高分子物质可选自以下物质组成的组聚乙炔、聚苯胺、对位聚苯(poly(p-phenylene))、聚吡咯(polypyrole)、聚噻吩、聚对苯 乙炔(poly(p-phenylene vinylene))、聚3，4-乙烯二氧噻吩(poly(3， 4画ethylenedioxy thiophene))、及聚噻吩乙烯撑(poly(thienylene vinylene))。
也可将任何其它具有柔性和导电特性的物质用作第一导电高分子物质。
可在包括接触插栓7的PMD层5上形成多个金属布线9，多个金属布线 9通过接触插栓7电连接到器件模块3。金属布线9可包含具有柔性和导电特 性的第二导电高分子物质。第二导电高分子物质可选自以下物质组成的组 聚乙炔、聚苯胺、对位聚苯、聚吡咯、聚噻吩、聚对苯乙炔、聚3，4-乙烯二 氧噻吩、及聚噻吩乙烯撑。也可将任何其它具有柔性和导电特性的物质用作 第二导电高分子物质。
在金属布线9上形成金属间电介质(IMD)层11。 IMD层11能够保护 金属布线9。可按需要透过IMD层11暴露出金属布线9。暴露的金属布线9 可电连接到外部设备，以从外部设备接收电信号并将电信号提供至金属布线 9。 IMD层11可包含具有柔性和绝缘特性的第三绝缘高分子物质。第三绝缘 高分子物质可以是聚酰亚胺。也可将任何其它具有柔性和绝缘特性的物质用 作第三绝缘高分子物质。
因为衬底1、 PMD层5及IMD层11各自均由具有柔性和绝缘特性的高 分子物质形成，并且接触插栓7和金属布线9各自均由具有柔性和导电特性 的高分子物质形成，所以本实施例不仅具有与传统半导体器件相同的功能， 并且还是柔性的。因此，本实施例不仅能够执行所希望的操作，而且还不易 被外部碰撞损坏，从而提高了产品质量。
示例性的图2A至图2F示出用于制造根据本发明实施例的半导体器件的 方法。
首先，如示例性的图2A所示，设置包含具有柔性和绝缘特性的第一绝 缘高分子物质的衬底1。该第一绝缘高分子物质可以是聚酰亚胺。也可将任 何其它具有柔性和绝缘特性的高分子物质用作第一绝缘高分子物质。
可在衬底1上形成多个具有所希望的功能的器件模块3。例如，各器件 模块3可以是存储器或逻辑电路。可通过相关的半导体制造工艺来形成器件 模块3。随后，如示例性的图2B所示，可通过在包括器件模块3的衬底1 上沉积具有柔性和绝缘特性的第二绝缘高分子物质，来形成PMD层5。该第
二绝缘高分子物质可以是聚酰亚胺。也可将任何其它具有柔性和绝缘特性的 高分子物质用作第二绝缘高分子物质。
将PMD层5图形化，以形成暴露出器件模块3的多个导通孔6。可通过 旋涂工艺、化学气相沉积(CVD)工艺及共聚工艺(copolymerization process) 其中之一来沉积PMD层5。
在采用旋涂工艺时，通过在衬底1上沉积第二绝缘高分子物质，在衬底 1的整个表面上形成PMD层5，其中第二绝缘高分子物质是一种粘性液体， 并随后旋转衬底1以对所沉积的物质施加离心力。可通过硬化工艺，以这种 方式硬化所形成的PMD层5。
在采用共聚工艺时，可通过将包含单体的物质与电解液混合，并利用电 镀化学抛光(ECP)，通过还原反应而引起衬底1上的物质发生聚合反应， 从而在衬底1上形成第二绝缘高分子物质。
可利用干法蚀刻工艺、湿法蚀刻工艺以及使用氧(02)的灰化工艺其中 之一，将PMD层5图形化。可通过上述图形化来形成多个导通孔6。
随后，如示例性的图2C所示，在导通孔6中形成多个接触插栓7。更具 体地说，首先，在PMD层5上形成第一导电高分子物质。可利用旋涂工艺、 CVD工艺以及共聚工艺其中之一，在PMD层5上形成第一导电高分子物质。 在采用化学机械抛光(CMP)工艺时，持续运用CMP工艺，直到暴露出PMD 层5为止。这样就能让接触插栓7仅形成于导通孔6中，而不会留在PMD 层5上。第一导电高分子物质可选自以下物质组成的组聚乙炔、聚苯胺、 对位聚苯、聚吡咯、聚噻吩、聚对苯乙炔、聚3，4-乙烯二氧噻吩、及聚噻吩 乙烯撑。也可将任何其它具有柔性和导电特性的物质用作第一导电高分子物 质。
随后，如示例性的图2D所示，利用旋涂工艺、CVD工艺以及共聚工艺 其中之一，在包括接触插栓7的PMD层5上沉积第二导电高分子物质8。第 二导电高分子物质8可选自以下物质组成的组聚乙炔、聚苯胺、对位聚苯、 聚吡咯、聚噻吩、聚对苯乙炔、聚3,4-乙烯二氧噻吩、及聚噻吩乙烯撑。也 可将任何其它具有柔性和导电特性的物质用作第二导电高分子物质8。
随后，如示例性的图2E所示，将第二导电高分子物质8图形化，以形 成电连接到接触插栓7的多个金属布线9。可利用干法蚀刻工艺、湿法蚀刻
工艺以及使用氧(02)的灰化工艺其中之一，将沉积于PMD层5上的第二 导电高分子物质8图形化。
随后，如示例性的图2F所示，在金属布线9上沉积第三绝缘高分子物 质，以形成IMD层11。可利用旋涂工艺、CVD工艺以及共聚工艺其中之一， 在金属布线9上沉积第三绝缘高分子物质。IMD层11可包含具有柔性和绝 缘特性的第三绝缘高分子物质。第三绝缘高分子物质可以是聚酰亚胺。也可 将任何其它具有柔性和绝缘特性的物质用作第三绝缘高分子物质。
以上描述是参考一种减去法(subtractive method)给出的，其中金属布 线是通过图形化工艺形成的。在通过将易于图形化的物质例如铝(Al)图形 化而形成金属布线时，广泛地应用了上述减去法。
然而，本发明实施例也能以相同的方式应用于镶嵌法(damascene method)。当在以不易图形化的物质例如Cu填充沟槽之后，用化学机械抛 光(CMP)工艺来形成金属布线时，广泛地应用了镶嵌法。
减去法或镶嵌法其中任一种都易于用来形成本发明实施例的半导体器件 的金属布线。
从以上描述显而易见，本发明实施例提供了一种具有多项特征和优点的 半导体器件以及用于制造该半导体器件的方法。例如，构成半导体器件的衬 底、绝缘层、接触插栓以及金属布线各自均由柔性高分子物质形成，这防止 了半导体器件容易被外部碰撞损坏，并且增加了应用于产品的可能性，因为 上述半导体器件可用于可能必须使其弯曲的位置，并由此提高了产品的质量。
对本领域技术人员来说显而易见地，可在所公开的本发明实施例中进行 各种修改和变动。因此，只要上述显而易见的和明显的修改和变动处于所附 权利要求及其等同方案的范围内，所公开的本发明实施例理应涵盖这些修改 和变动。
权利要求
1.一种装置，包括衬底，具有多个器件模块，所述衬底包含具有柔性和绝缘特性的第一绝缘高分子物质；第一绝缘层，形成于所述衬底上，所述第一绝缘层具有多个导通孔并包含具有柔性和绝缘特性的第二绝缘高分子物质；多个接触插栓，形成于所述多个导通孔中，所述接触插栓包含具有柔性和导电特性的第一导电高分子物质；多个金属布线，形成于所述第一绝缘层上，所述多个金属布线电连接到所述多个接触插栓并包含具有柔性和导电特性的第二导电高分子物质；以及第二绝缘层，形成于所述多个金属布线上，所述第二绝缘层包含具有柔性和绝缘特性的第三绝缘高分子物质。
2. 根据权利要求1所述的装置，其中所述第一绝缘高分子物质至第三绝 缘高分子物质中每种物质都是聚酰亚胺。
3. 根据权利要求1所述的装置，其中所述第一导电高分子物质至第二导 电高分子物质中每种物质都选自以下物质组成的组聚乙炔、聚苯胺、对位 聚苯、聚吡咯、聚噻吩、聚对苯乙炔、聚3，4-乙烯二氧噻吩以及聚噻吩乙烯撑。
4. 根据权利要求1所述的装置，其中形成于所述衬底上的所述第一绝缘 层是金属前电介质层。
5. 根据权利要求1所述的装置，其中形成于所述金属布线上的所述第二 绝缘层是金属间电介质层。
6. —种方法，包括以下步骤形成衬底，所述衬底包含具有柔性和绝缘特性的第一绝缘高分子物质； 在所述衬底上形成第一绝缘层，所述第一绝缘层包含具有柔性和绝缘特 性的第二绝缘高分子物质；图形化所述第一绝缘层，以形成多个导通孔；在所述多个导通孔中形成多个接触插栓，所述接触插栓包含具有柔性和 导电特性的第一导电高分子物质；在所述第一绝缘层上沉积并图形化具有柔性和导电特性的第二导电高分 子物质，以形成多个金属布线；以及在所述多个金属布线上形成第二绝缘层，所述第二绝缘层包含具有柔性 和绝缘特性的第三绝缘高分子物质。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中所述第一绝缘高分子物质至第三绝 缘高分子物质中每种物质都是聚酰亚胺。
8. 根据权利要求6所述的方法，其中所述第一导电高分子物质至第二导 电高分子物质中每种物质都是聚乙炔。
9. 根据权利要求6所述的方法，其中所述第一导电高分子物质至第二导 电高分子物质中每种物质都是聚苯胺。
10. 根据权利要求6所述的方法，其中所述第一导电高分子物质至第二 导电高分子物质中每种物质都是对位聚苯。
11. 根据权利要求6所述的方法，其中所述第一导电高分子物质至第二 导电高分子物质中每种物质都是聚吡咯。
12. 根据权利要求6所述的方法，其中所述第一导电高分子物质至第二 导电高分子物质中每种物质都是聚噻吩。
13. 根据权利要求6所述的方法，其中所述第一导电高分子物质至第二 导电高分子物质中每种物质都是聚对苯乙炔。
14. 根据权利要求6所述的方法，其中所述第一导电高分子物质至第二 导电高分子物质中每种物质都是聚3，4-乙烯二氧噻吩。
15. 根据权利要求6所述的方法，其中所述第一导电高分子物质至第二 导电高分子物质中每种物质都是聚噻吩乙烯撑。
16. 根据权利要求6所述的方法，其中所述第一绝缘层和第二绝缘层以 及所述金属布线是用旋涂工艺沉积的。
17. 根据权利要求6所述的方法，其中所述第一绝缘层和第二绝缘层以 及所述金属布线是用CVD工艺沉积的。
18. 根据权利要求6所述的方法，其中所述第一绝缘层和第二绝缘层以 及所述金属布线是用共聚工艺沉积的。
19. 根据权利要求6所述的方法，其中所述第一绝缘层和所述金属布线 是用干法蚀刻工艺、湿法蚀刻工艺以及使用氧的灰化工艺其中之一来图形化的。
20.根据权利要求6所述的方法，其中所述金属布线是用减去法和镶嵌 法其中之一形成的。
全文摘要
半导体器件及其制造方法，该半导体器件包括衬底以及依序形成于衬底上的第一绝缘层、接触插栓、金属布线及第二绝缘层。第一绝缘层具有导通孔。接触插栓形成于导通孔中。金属布线电连接到接触插栓。衬底及第一和第二绝缘层分别包含具有柔性和绝缘特性的第一、第二和第三绝缘高分子物质。接触插栓和金属布线分别包含具有柔性和导电特性的第一和第二导电高分子物质。利用柔性高分子物质来形成半导体器件的构件，使得半导体器件能抵抗碰撞而不易断裂，并因上述半导体器件可用于必须要弯曲的位置而增加了应用于产品的可能性。
文档编号H01L23/522GK101192593SQ20071019640
公开日2008年6月4日 申请日期2007年11月27日 优先权日2006年11月27日
发明者洪志镐 申请人:东部高科股份有限公司