專利名稱：啞元圖案和機(jī)械增強(qiáng)低k介電材料的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造半導(dǎo)體器件的集成電路及其工藝。具體地說，本發(fā)明提供了用于制造集成電路器件金屬互連結(jié)構(gòu)的方法和結(jié)構(gòu)。更具體地說，根據(jù)具體實(shí)施方案，本發(fā)明提供了一種或多種啞元結(jié)構(gòu)(dummystructures)來在預(yù)定區(qū)域內(nèi)和一對金屬層之間維持介電層。但是本發(fā)明具有更廣泛的應(yīng)用范圍，這點(diǎn)應(yīng)該被認(rèn)識到。
背景技術(shù)：
過去十幾年中，集成電路從在單一硅芯片上焊接幾個(gè)互連器件發(fā)展到焊接數(shù)以百萬的器件。其性能及其復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超乎人們最初的想象。為了改進(jìn)其復(fù)雜性和電路密度(即能夠集成在特定芯片面積上的器件數(shù)量)，隨著每代集成電路的發(fā)展，最小器件特征尺寸(也被稱為器件“幾何尺寸”)變得更小?，F(xiàn)在能以小于四分之一微米寬的特征尺寸來制造某些的半導(dǎo)體器件。
增加電路密度不僅改善線路的復(fù)雜性和性能，而且還為消費(fèi)者提供更低的價(jià)格。通常，傳統(tǒng)的半導(dǎo)體加工設(shè)備需要花費(fèi)數(shù)億甚至數(shù)十億美元來組建。每臺加工設(shè)備具有每月數(shù)萬初制晶圓(wafer start)的能力。每個(gè)晶片還具有一定數(shù)量的潛在芯片(potential chip)。通過制造越來越小的單個(gè)器件，將更多的器件集成在特定面積的半導(dǎo)體上，從而增加加工設(shè)備的輸出量。由于每道半導(dǎo)體加工工藝的局限性，制造更小的器件總是具有挑戰(zhàn)性的。也就是說，通常的特定工藝僅僅做到特定的特征尺寸，然后要么改變工藝要么改變器件設(shè)計(jì)。
操作加工設(shè)備的費(fèi)用也明顯地增加。許多上世紀(jì)七十年代和八十年代可用的美國加工設(shè)備都不再運(yùn)行了，這是公認(rèn)的。這種加工設(shè)備中的一些于上世紀(jì)八十年代出口到日本，然后于九十年代出口到韓國和臺灣。由于對低成本加工設(shè)備的不斷需求，現(xiàn)在中國已經(jīng)成為可啟用這類加工設(shè)備的備選地域場所。許多公司宣稱計(jì)劃在中國開始制造該種設(shè)備。這些公司包括，但不局限于，摩托羅拉(Motorola)，臺灣集成電路制造股份有限公司(Taiwan Semiconductor Manufacturing Corporation of Taiwan)，也被稱為TSMC，以及其它。雖然在中國人工費(fèi)用可以稍微低些，但是由于對低成本硅片的不斷需求，仍然需要削減甚至削除一些費(fèi)用。
基于特定的特征尺寸而具有局限性的工藝實(shí)例是，采用低K介電材料形成用于高級器件的接觸結(jié)構(gòu)和/或接合結(jié)構(gòu)。即，在制造集成電路期間，這類采用低K電介質(zhì)的接觸結(jié)構(gòu)常常被損壞。這種損壞引起了可靠性下降和/或器件故障。本說明書完全公開了該種傳統(tǒng)接觸結(jié)構(gòu)的這些以及其它局限性，以下更具體說明。
從以上說明可以看到人們希望改進(jìn)用于加工半導(dǎo)體器件的技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了用于制造半導(dǎo)體器件的集成電路及其加工技術(shù)。具體地說，本發(fā)明提供了用于制造集成電路器件的接合焊盤的方法和結(jié)構(gòu)。更具體地說根據(jù)具體實(shí)施方案，本發(fā)明提供了一種在預(yù)定區(qū)域內(nèi)和兩層金屬層之間支撐介電層的柵格結(jié)構(gòu)，同時(shí)，在部分預(yù)定區(qū)域上提供接合焊盤結(jié)構(gòu)。但是本發(fā)明具有更廣泛的應(yīng)用范圍，這點(diǎn)應(yīng)該被認(rèn)識到。
在具體實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了用于在至少一對金屬互連層之間提供一個(gè)或多個(gè)冗余通孔(redundant via)的方法。在具體實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)冗余通孔形成“啞元圖案”(dummy pattern)。在工藝流程中，啞元圖案可包括至少三層連續(xù)層，例如，Mn，Vn，Mn+1，其中n是大于等于1的整數(shù)。在具體實(shí)施方案中，啞元圖案的空間位置距離功能電路一部分約為1μm到5μm。在具體實(shí)施方案中，啞元圖案包括多個(gè)通孔，它們機(jī)械連接到兩層金屬層形成三明治結(jié)構(gòu)用來機(jī)械增強(qiáng)和機(jī)械支撐。依據(jù)具體實(shí)施方案，啞元圖案具有各種形狀和尺寸，例如矩形，以及其它形狀。在具體實(shí)施方案中，啞元圖案對采用銅/低K介電材料的互連特別有幫助，其中低K材料的模量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)氧化硅的模量。在具體實(shí)施方案中，與形成互連結(jié)構(gòu)的工藝一起或同時(shí)形成啞元圖案或圖案組，該圖案或圖案組包括用于互連結(jié)構(gòu)本身的層的一部分。在具體實(shí)施方案中，啞元圖案包括尺寸為約50nm到約500nm的通孔。當(dāng)然，可能具有各種改變、修正和替代方案。
在具體實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件，例如，NMOS，CMOS。該器件具有包括表面區(qū)域的半導(dǎo)體襯底(例如，硅，絕緣體上硅，外延硅)。該器件具有覆蓋到表面區(qū)域上的第一層間電介質(zhì)和覆蓋到第一層間介電層上的互連層。在優(yōu)選實(shí)施方案中，互連層包括多個(gè)用于將一個(gè)或多個(gè)電路元件電耦合到一起的互連區(qū)域。該器件具有覆蓋在互連層上的低K介電層。該器件具有作為低K介電層特征的預(yù)定形狀。該器件具有覆蓋在低K介電層上的銅互連層(例如單鑲嵌，雙鑲嵌)。在部分低K介電層內(nèi)，該器件具有啞元圖案結(jié)構(gòu)以提供機(jī)械支撐以維持低K介電層的預(yù)定形狀。在優(yōu)選實(shí)施方案中，該預(yù)定形狀被維持在互連層與銅互連層之間。
在另一具體實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了用于制造半導(dǎo)體器件的方法。該方法包括提供包括表面區(qū)域的半導(dǎo)體襯底。該方法形成了覆蓋在表面區(qū)域上的第一層間電介質(zhì)和覆蓋在第一層間介電層上的互連層。該方法還形成了覆蓋在互連層上的低K介電層，它具有預(yù)定的形狀。該方法形成了覆蓋在低K介電層上的銅互連層。在優(yōu)選實(shí)施方案中，低K介電層采用在部分低K介電層內(nèi)提供的啞元圖案結(jié)構(gòu)維持預(yù)定形狀來機(jī)械支撐和維持互連層和銅互連層之間的低K介電層的預(yù)定形狀。
在具體實(shí)施方案中，本發(fā)明包括如下表明的一個(gè)或多個(gè)特征。
1.在具體實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法和結(jié)構(gòu)提供了冗余通孔圖案(用于機(jī)械增強(qiáng))，它與兩層相鄰的金屬層接合形成三明治結(jié)構(gòu)。
2.在另一具體實(shí)施方案中，以上所述以及本說明書整篇文件中所述的冗余通孔圖案的形狀可以改變。
3.根據(jù)具體實(shí)施方案，可以重復(fù)三明治結(jié)構(gòu)形成多層結(jié)構(gòu)，包括，例如金屬層1(M1)/通孔層1(V1)/金屬層2(M2)/通孔層2(V2)/金屬層3(M3)。
4.在優(yōu)選實(shí)施方案中，將冗余圖案設(shè)置于對電路電性能沒有影響的地方。
實(shí)施方案可以包括一種或多種以上特征。當(dāng)然，可能具有其它改變、修正和替代方案。
采用本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)于傳統(tǒng)技術(shù)的諸多益處。例如，本技術(shù)使得依賴傳統(tǒng)技術(shù)的工藝簡化。在一些實(shí)施方案中，該方法提供了每單晶管芯更高的器件產(chǎn)量。另外，該方法提供了一種與傳統(tǒng)工藝相符且不需對傳統(tǒng)設(shè)備和工藝做大幅修改的工藝。優(yōu)選的是，該發(fā)明提供了一種用于設(shè)計(jì)法則90納米及以下或65納米及以下的改進(jìn)的聯(lián)合工藝。另外，該發(fā)明采用具有低K介電常數(shù)的材料，例如介電常數(shù)K小于等于3.5的SiO2(例如，摻氟制備氟化石英玻璃，通稱為FSG)，介電常數(shù)K小于等于3，或小于等于2.9，的接合焊盤結(jié)構(gòu)來增加強(qiáng)度。優(yōu)選的是，本方法和結(jié)構(gòu)防止了具有低K介電層的各層的分層和由于與接合焊盤相關(guān)的壓縮感應(yīng)(compression influence)而引起的接合。依據(jù)實(shí)施方案，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)益處。本說明書描述了這些其它益處，以下更具體說明。
參照以下附圖和詳細(xì)描述，本發(fā)明的各種其它目的、特征、優(yōu)點(diǎn)可以更加清楚。
圖1是本明具體實(shí)施方案用于半導(dǎo)體器件接觸結(jié)構(gòu)的簡化三維圖；圖2是本發(fā)明具體實(shí)施方案接觸結(jié)構(gòu)的簡化俯視圖；圖3是本發(fā)明具體實(shí)施方案接觸結(jié)構(gòu)的簡化側(cè)視圖；圖4和圖5是本發(fā)明具體實(shí)施方案用于半導(dǎo)體器件接觸結(jié)構(gòu)的簡化三維圖；圖6是本發(fā)明具體實(shí)施方案用于互連層啞元結(jié)構(gòu)的簡化三維圖；圖7所示為本發(fā)明具體實(shí)施方案的啞元結(jié)構(gòu)的各種俯視圖；和圖8是本發(fā)明具體實(shí)施方案用于制造互連層的啞元結(jié)構(gòu)的簡化方法流程圖。
具體實(shí)施方案本發(fā)明提供了用于制造半導(dǎo)體器件的集成電路及其工藝的技術(shù)。具體地說，本發(fā)明提供了用于集成電路器件的金屬互連結(jié)構(gòu)的制造方法和結(jié)構(gòu)。更具體地說，根據(jù)具體實(shí)施方案，本發(fā)明提供了一種或多種啞元結(jié)構(gòu)在預(yù)定區(qū)域內(nèi)和兩層金屬層之間維持介電層。但是本發(fā)明具有更廣泛的應(yīng)用范圍，這點(diǎn)應(yīng)該被認(rèn)識到。
通常采用鑲嵌技術(shù)，例如雙鑲嵌技術(shù)，將銅引線嵌入介電材料中。因?yàn)榘ㄇ度胧姐~線和介電材料的電路結(jié)構(gòu)在熱膨脹系數(shù)和模量上具有很大的差異，所以在與制造集成電路相關(guān)的熱循環(huán)、晶片加工和最終封裝工藝期間，這些結(jié)構(gòu)常常發(fā)生變形。將銅線嵌入低介電常數(shù)(低K)材料時(shí)，該局限性尤其顯著，該低介電材料具有遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)氧化硅材料的模量。變形的電介質(zhì)可能替代金屬通孔引起通孔開孔以及其它問題。這種變形還能引起薄膜分層和薄膜龜裂。為了增強(qiáng)互連結(jié)構(gòu)中的介電薄膜的機(jī)械強(qiáng)度，本發(fā)明公開了一種在預(yù)定空間區(qū)域添加冗余金屬/通孔/金屬三明治結(jié)構(gòu)的方法和結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在集成電路結(jié)構(gòu)內(nèi)基本上是開放的。通常根據(jù)具體實(shí)施方案，以特殊圖案設(shè)計(jì)冗余結(jié)構(gòu)使其機(jī)械穩(wěn)定性最大化。本說明完全公開了本發(fā)明的更多細(xì)節(jié)，以下更具體說明。
圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方案用于半導(dǎo)體器件接觸結(jié)構(gòu)100的簡化三維圖。該圖僅僅是實(shí)例，不應(yīng)該過度局限此處權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠識別變化，修正和替代方案。在具體實(shí)施方案中，該器件具有半導(dǎo)體襯底，例如硅晶片。該器件具有多個(gè)在部分半導(dǎo)體襯底上形成的柵極結(jié)構(gòu)(例如MOS柵極結(jié)構(gòu))。該器件還具有柵極介電層和絕緣結(jié)構(gòu)，例如，絕緣槽。該器件具有覆蓋在柵極結(jié)構(gòu)上的第一層間電介質(zhì)(例如，低K，BPSG，PSG，F(xiàn)SG)。在優(yōu)選實(shí)施方案中，第一層間介電層具有基本上平坦的表面區(qū)域。依據(jù)實(shí)施方案，可能具有其它方面的改變，修正和替代方案。
在具體實(shí)施方案中，器件具有覆蓋在第一層間介電層的基本上平坦的表面區(qū)域上的第一銅互連層101。該器件還具有覆蓋在第一銅互連層上的第一低K介電層109。第二銅互連層103覆蓋在低K介電層上。在第一銅層與第二銅層之間的銅環(huán)結(jié)構(gòu)(未示出，見下圖)密封第一低K介電層的整個(gè)內(nèi)區(qū)。在優(yōu)選實(shí)施方案中，在第一銅互連層與第二銅互連層之間提供銅環(huán)結(jié)構(gòu)以維持第一低K介電層的內(nèi)區(qū)。接合焊盤結(jié)構(gòu)覆蓋在內(nèi)區(qū)的區(qū)域上。如圖所示，不具有環(huán)結(jié)構(gòu)，兩層金屬板之間的介電材料轉(zhuǎn)移施加作用力105到介電材料107上，對鄰近電路引起作用力從而導(dǎo)致故障。如所述，根據(jù)具體實(shí)施方案，在接合焊盤下方的金屬板結(jié)構(gòu)具有通過單鑲嵌或雙鑲嵌工藝產(chǎn)生的平行板夾層金屬通孔陣列。示意說明了電變形誘導(dǎo)產(chǎn)生的應(yīng)力。可以看出，從三明治結(jié)構(gòu)中擠出額外的材料壓縮周圍的介電層，并且導(dǎo)致分層。另外，在該應(yīng)力下，三明治結(jié)構(gòu)內(nèi)部的電介質(zhì)破裂。本說明完全描述了如何克服這個(gè)局限性的更多細(xì)節(jié)，以下更具體說明。
圖2是本發(fā)明實(shí)施方案的接觸結(jié)構(gòu)201，220的簡化俯視圖。該圖僅僅是實(shí)例，不應(yīng)該過度局限此處權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠識別變化，修正和替代方案。如圖所示，各個(gè)接觸結(jié)構(gòu)201、220表示位于接合焊盤結(jié)構(gòu)下層的金屬焊盤結(jié)構(gòu)的俯視圖。根據(jù)具體實(shí)施方案，各個(gè)結(jié)構(gòu)211是銅基的，它包括一個(gè)或多個(gè)環(huán)結(jié)構(gòu)203、205、207。根據(jù)具體實(shí)施方案，在銅結(jié)構(gòu)的通孔形成期間提供了各個(gè)環(huán)結(jié)構(gòu)。每個(gè)結(jié)構(gòu)是連續(xù)的且圍繞銅結(jié)構(gòu)中心部分內(nèi)的介電材料。
在優(yōu)選實(shí)施方案中，各個(gè)環(huán)結(jié)構(gòu)受縛于第一銅互連層和第二銅互連層之間。根據(jù)具體實(shí)施方案，以上兩層之間的每個(gè)環(huán)結(jié)構(gòu)還具有介電材料。如圖所示，根據(jù)具體實(shí)施方案，結(jié)構(gòu)201是矩形，結(jié)構(gòu)220是具有圓形拐角的多邊形。依據(jù)實(shí)施方案，可以具有其它形狀和尺寸，包括環(huán)形、圓形、正方形、梯形，任意這些結(jié)合形狀。當(dāng)然，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠識別變化，修正和替代方案。
圖3是本發(fā)明實(shí)施方案的接觸結(jié)構(gòu)300、320的簡化側(cè)視圖。該圖僅僅是實(shí)例，不應(yīng)該過度局限此處權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠識別變化，修正和替代方案。如圖所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案，接觸結(jié)構(gòu)表明了接合焊盤結(jié)構(gòu)的截面圖。在具體實(shí)施方案中，截面圖包括具有圖案化底部301的頂端鋁接合焊盤303，它電連接和物理連接到銅金屬層。在具體實(shí)施方案中，接合焊盤323具有平坦底部(即連續(xù)的321)，并且電連接和物理連接到銅金屬層。根據(jù)具體實(shí)施方案，該結(jié)構(gòu)還具有多金屬環(huán)結(jié)構(gòu)335或單環(huán)結(jié)構(gòu)331。根據(jù)具體實(shí)施方案，各個(gè)環(huán)結(jié)構(gòu)密封在環(huán)結(jié)構(gòu)的中心區(qū)域內(nèi)的介電材料且在各個(gè)銅金屬板之間提供機(jī)械支撐。本發(fā)明完全公開了現(xiàn)有的金屬結(jié)構(gòu)和方法的更多細(xì)節(jié)，以下更具體說明。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，例如圖3所示，在接合焊盤(其包括銅片和上層鋁層)下方提供了金屬疊層(例如，通孔層V1、通孔層V2、通孔層V3、金屬層M1、金屬層M2、金屬層M3)。依據(jù)實(shí)施方案，接合焊盤包括一層或多層通過一個(gè)或多個(gè)矩形通孔連接的且與下一層正交排列的金屬層。例如，該結(jié)構(gòu)包括通孔結(jié)構(gòu)和金屬線結(jié)構(gòu)，例如，M1、M2、M3、M4。依據(jù)實(shí)施方案，將通孔n排列成與Mn平行和/或排列成一臂與其上的金屬層平行而另一臂與其下的金屬層平行的十字型。在具體實(shí)施方案中，通過將接合焊盤直接設(shè)置在頂部用于引線接合，或在下一金屬層(例如，鋁合金、銅、銅合金或其它導(dǎo)體材料)上重新分布設(shè)計(jì)圖案，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)頂部形成接合焊盤且將其覆蓋在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)上。當(dāng)然，可能具有其它改變，修正和替代方案。
在具體實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種具有接合焊盤結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。該器件具有半導(dǎo)體襯底和多個(gè)柵極結(jié)構(gòu)。該器件具有覆蓋在柵極結(jié)構(gòu)上的第一層間電介質(zhì)。一具體實(shí)施方案的器件具有覆蓋在第一層間介電層上的第一銅互連層M1。第一層是基本上均一的且形成片狀結(jié)構(gòu)的平板。該器件具有覆蓋在第一銅互連層上的第一低K介電層。在具體實(shí)施方案中，電介質(zhì)材料可以選自SiOx、SiCx、SiNxSiOxFy、SiOxCy、SiOxCyFz，通過CVD或/和PECVD制備的金剛石碳、來自Dow化學(xué)公司(DowChemical)被稱為SiLKTM的具有2.65的K值的低K電介質(zhì)，含硅倍半環(huán)氧乙烷(Hydrogen silsesquioxane，HSQ)，旋涂技術(shù)制備的聚酰亞胺，以及其它電介質(zhì)材料。根據(jù)具體實(shí)施方案，第一低K介電層具有預(yù)定形狀。圖案化的第二銅互連層(參見通孔層1)覆蓋在第一銅互連層上且密封部分第一低K介電層。
在具體實(shí)施方案中，該器件具有多個(gè)沿著第一方向由圖案化的第二銅互連層的第一部分制成的第一線。該器件還具有多個(gè)沿著第二方向由圖案化的第二銅互連層的第二部分制成的第二線。該器件具有由多條第一線與多條第二線形成的柵格結(jié)構(gòu)。該器件具有覆蓋在部分柵格結(jié)構(gòu)上的接合焊盤結(jié)構(gòu)。柵格結(jié)構(gòu)提供機(jī)械支撐以維持第一低K介電層的預(yù)定形狀。如圖所示，還能具有采用一條或多條線形成的其它金屬層，這些金屬層堆疊成“小木屋型(log cabin type)”的結(jié)構(gòu)以在第一金屬板與上金屬板之間形成有效厚度，且耦合到接合焊盤結(jié)構(gòu)上。當(dāng)然，可能具有其它改變，修正和替代方案。
將第一金屬層間介電材料設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上，在襯底上布置器件同時(shí)將柵極區(qū)域和有源區(qū)域的觸點(diǎn)嵌入在介電材料內(nèi)。依據(jù)實(shí)施方案，第一介電材料可以包括SiNx、SiOx、SiOxFy、SiCx、SiOxCy、SiOxNy，或其復(fù)合物，和其它。例如，金屬層M1可以具有多種在接合焊盤下方形成的圖案，它是采用單鑲嵌工藝形成的。M1層沉積和化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)以后，沉積另一介電材料。在電介層內(nèi)形成通孔層1的圖案。根據(jù)具體實(shí)施方案，采用與用于互連層的通孔相同和/或相似工藝形成矩形通孔。根據(jù)具體實(shí)施方案，采用雙鑲嵌工藝疊加通孔1(Via1)形成M2層的圖案。根據(jù)具體實(shí)施方案，重復(fù)Via1/M2工藝形成多層金屬互連結(jié)構(gòu)。即，采用雙鑲嵌工藝形成通孔層1(via1)和金屬層2(M2)。根據(jù)具體實(shí)施方案，重復(fù)這些工藝形成通孔層2(via2)和金屬層3(M3)，再次重復(fù)形成通孔層3(via3)和金屬層4(M4)。根據(jù)具體實(shí)施方案，該方法在重復(fù)柵格結(jié)構(gòu)頂端形成接合焊盤。接合焊盤由合適的材料制得，例如鋁、銅、鋁合金、銅合金、或其任意復(fù)合物，和其它。在具體實(shí)施方案中，還可以將接合焊盤在預(yù)定圖案內(nèi)重新分配用于倒裝芯片封裝。當(dāng)然，可能具有其它改變，修正和替代方案。
采用本方法和結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)某些益處。僅僅作為實(shí)例，在接合焊盤下方提供金屬結(jié)構(gòu)和通孔結(jié)構(gòu)。依據(jù)實(shí)施方案，本結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于減少和/或最小化施加在層間電介質(zhì)上的作用力避免介電薄膜變形，該介電薄膜層被提供在耦合到焊盤上的下層金屬板與上層金屬板之間。在具體實(shí)施方案中，在M1或其上金屬層上提供內(nèi)和/或外熱作用力和/或機(jī)械作用力，它包括金屬條狀部分的三明治結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由較強(qiáng)材料制成且能夠抵擋這些作用力而不造成故障。當(dāng)然，可能具有其它改變，修正和替代方案。
圖4和圖5是本發(fā)明實(shí)施方案用于半導(dǎo)體器件的接觸結(jié)構(gòu)400，500的簡化三維圖。這些圖僅僅是實(shí)例，不應(yīng)該過度局限此處權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠識別變化，修正和替代方案。如圖所示，根據(jù)具體實(shí)施例，該圖為分解圖，它包括環(huán)結(jié)構(gòu)401、501，多個(gè)插塞結(jié)構(gòu)403、503，底板405、505，上板407、507和接合焊盤結(jié)構(gòu)409、509。即，先前已經(jīng)描述了各個(gè)環(huán)結(jié)構(gòu)能夠與柵格結(jié)構(gòu)結(jié)合。當(dāng)然，可能具有其它改變，修正和替代方案。
圖6是本發(fā)明實(shí)施方案用于互連層啞元結(jié)構(gòu)的簡化三維圖。該圖僅僅是實(shí)例，不應(yīng)該過度局限此處權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠識別變化，修正和替代方案。如圖所示，連接Mn603層和Mn+1601層的引線穿過Vn605，即是通孔結(jié)構(gòu)。在空白區(qū)，插入通孔冗余結(jié)構(gòu)。為了說明目的，展示了四種不同類型的通孔冗余圖案609、611、607、6133。如圖所示，根據(jù)具體實(shí)施方案，在有源互連結(jié)構(gòu)之間的開放空間區(qū)域內(nèi)提供啞元結(jié)構(gòu)。根據(jù)具體實(shí)施方案，開放空間區(qū)域內(nèi)還充滿了介電材料，例如低K電介層和其它適當(dāng)層。
本發(fā)明完全公開了這些啞元結(jié)構(gòu)的更多細(xì)節(jié)，以下更具體說明。
圖7示出了本發(fā)明實(shí)施方案的啞元結(jié)構(gòu)700的俯視圖。該圖僅僅是實(shí)例，不應(yīng)該過度局限此處權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠識別變化，修正和替代方案。如圖所示，具體實(shí)施方案的啞元結(jié)構(gòu)可以是任意適當(dāng)?shù)男螤詈统叽纭H僅作為實(shí)例，提供了俯視示意圖。依據(jù)實(shí)施方案，啞元圖案包括一種或多種結(jié)構(gòu)來充滿集成電路器件內(nèi)的預(yù)定區(qū)域內(nèi)的空間。為了便于交叉引用，已提供如下標(biāo)號字母。
(a)在具體實(shí)施方案中，啞元結(jié)構(gòu)包括至少兩層在相鄰層(Mn和Mn+1)上的金屬板，它們彼此重疊且與它們之間的通孔陣列一起形成三明治結(jié)構(gòu)。作為實(shí)例，在兩個(gè)通孔結(jié)構(gòu)之間的通孔及其相關(guān)通孔的間隔約為50nm到500nm，但依據(jù)實(shí)施例，可能有其它尺寸。如圖所示，設(shè)定通孔形成包括n行和m列的陣列結(jié)構(gòu)，其中n是整數(shù)1，2，3...和m是整數(shù)1，2，3...。依據(jù)實(shí)施方案，金屬板X和金屬板Y的尺寸約為5nm到5μm，但可能為其它尺寸。當(dāng)然，可能具有其它改變，修正和替代方案。
(b)在另一具體實(shí)施方案中，啞元結(jié)構(gòu)包括至少兩層在相鄰層(Mn和Mn+1)上的金屬板和在該兩層板之間形成三明治結(jié)構(gòu)的單一通孔。在具體實(shí)施方案中，通孔可以為正方形、環(huán)形、橢圓形或多邊形，或其任意組合。在具體實(shí)施方案中，具體實(shí)施方案的通孔尺寸約為5nm到5μm。根據(jù)具體實(shí)施方案，金屬板X和金屬板Y的外形尺寸約為5nm到5μm。當(dāng)然，可能具有其它改變，修正和替代方案。
(c)在具體實(shí)施方案中，本方法和結(jié)構(gòu)具有至少兩層在相鄰層(Mn和Mn+1)上的金屬板和在該兩層板之間形成三明治結(jié)構(gòu)的正交漸變的通孔槽和/或結(jié)構(gòu)。在具體實(shí)施方案中，縫中的通孔縫的外形尺寸在尺寸上變化約從50nm到5μm。依據(jù)具體實(shí)施方案，通孔縫包括沿著任一方向的計(jì)數(shù)或數(shù)字，約從1，2，3...。在具體實(shí)施方案中，縫包括約為50nm到5μm的間隔。根據(jù)具體實(shí)施方案，金屬板X和金屬Y的尺寸從5nm到5μm。當(dāng)然，可能具有其它改變，修正和替代方案。
(d)在另一具體實(shí)施方案中，本方法和結(jié)構(gòu)具有至少兩層在相鄰層(Mn和Mn+1)上的金屬板和在該兩層板之間形成三明治結(jié)構(gòu)的通孔陣列。在具體實(shí)施方案中，任意兩通孔之間的通孔間隔約為50nm到5μm。在具體實(shí)施方案中，陣列可沿著金屬層的邊緣旋轉(zhuǎn)45度，該陣列包括n行和m列，其中n＝1，2，3...和m＝1，2，3...。在具體實(shí)施方案中，金屬板X和金屬Y的外形尺寸約為5nm到5μm。當(dāng)然，可能具有其它改變，修正和替代方案。
(e)在另一具體實(shí)施方案中，本方法和結(jié)構(gòu)包括至少兩層在相鄰層(Mn和Mn+1)上的金屬板和沿著任一金屬板的邊緣旋轉(zhuǎn)約45度的正交漸變通孔縫。在具體實(shí)施方案中，通孔縫包括寬度尺寸約為50nm到5μm。在具體實(shí)施方案中，縫包括約為50nm到5μm的間隔。依據(jù)實(shí)施方案，通孔縫包括沿著任一方向的數(shù)字(1，2，3...)。在具體實(shí)施方案中，金屬板X和Y的外形尺寸約為5nm到5μm。當(dāng)然，可能具有其它改變，修正和替代方案。
(f)在具體實(shí)施方案中，本方法和結(jié)構(gòu)具有至少兩套在相鄰層(Mn和Mn+1)上的交叉金屬線。根據(jù)具體實(shí)施方案，矩形Vn和Mn+1平行且在Mn+1下方。根據(jù)具體實(shí)施方案，金屬線形成包括n行和m列，其中n＝1，2，3和m＝1，2，3...的陣列結(jié)構(gòu)。根據(jù)具體實(shí)施方案，金屬線和通孔Vn縫的寬度約為50nm到5μm。根據(jù)具體實(shí)施方案，金屬線之間的間隔約為5nm到5μm。根據(jù)具體實(shí)施方案，每條金屬線長度約為100nm到100μm。當(dāng)然，可能具有其它改變，修正和替代方案。
(g)在另一具體實(shí)施方案中，本方法和結(jié)構(gòu)具有至少兩套在相鄰層(Mn和Mn+1)上的交叉金屬線以形成陣列結(jié)構(gòu)。如圖所示，根據(jù)具體實(shí)施方案，矩形Vn和Mn+1平行，且在表示Mn+1的線的下方。在具體實(shí)施方案中，金屬線陣列結(jié)構(gòu)具有n行和m列，其中n＝1，2，3和m＝1，2，3...。如圖所示，根據(jù)具體實(shí)施方案，陣列結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)45度。在具體實(shí)施方案中，金屬線還包括約為5nm到5μm的間隔。另外，根據(jù)具體實(shí)施方案，每條金屬線長度范圍約為100nm到100μm。當(dāng)然，可能具有其它改變，修正和選擇。
(h)本方法和結(jié)構(gòu)還包括至少兩套在相鄰金屬層(Mn和Mn+1)上的矩形交叉金屬線。如圖所示，根據(jù)具體實(shí)施方案，通孔(Vn)空間上位于Mn和Mn+1的各個(gè)交叉點(diǎn)上。如圖所示，根據(jù)具體實(shí)施方案，金屬線與寬度的間隔約為50nm到5μm。根據(jù)具體實(shí)施方案，本發(fā)明的通孔尺寸約為5nm到5μm。根據(jù)具體實(shí)施方案，每條金屬線長度約為100nm到100μm。當(dāng)然，可能具有其它改變，修正和替代方案。
(i)本方法和結(jié)構(gòu)還包括至少兩套在相鄰金屬層(Mn和Mn+1)上的矩形交叉金屬線。如圖所示，通孔(Vn)空間位于Mn和Mn+1的各個(gè)交叉點(diǎn)上。在具體實(shí)施方案中，相對于其它金屬線的方向，該結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)45度。如圖所示，根據(jù)具體實(shí)施方案，金屬線與寬度的間隔約為50nm到5μm。另外，根據(jù)具體實(shí)施方案，通孔尺寸約為5nm到5μm。根據(jù)具體實(shí)施方案，每條金屬線長度約為100nm到100μm。當(dāng)然，可能具有許多改變，修正和替代方案。
本發(fā)明實(shí)施方案的制造半導(dǎo)體器件的方法概括如下1.開始，步驟601；2.提供半導(dǎo)體襯底(步驟603)，例如，硅襯底；3.形成覆蓋在半導(dǎo)體襯底表面區(qū)域上的柵極介電結(jié)構(gòu)(步驟605)；4.在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成絕緣區(qū)域(步驟607)；5.形成多個(gè)在部分半導(dǎo)體襯底上形成的柵極結(jié)構(gòu)(步驟609)；6.形成覆蓋在柵極結(jié)構(gòu)上的第一層間電介質(zhì)(步驟611)；7.平坦化第一層間電介質(zhì)形成第一層間介電層的基本上平坦的表面區(qū)域(步驟613)；8.形成覆蓋在第一層間介電層上的圖案化的第一銅互連層以形成第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)和第一啞元結(jié)構(gòu)(步驟615)；9.形成覆蓋在第一銅互連層上的第一低K介電層(步驟617)；10.形成覆蓋在第一低K介電層上的圖案化的第二銅互連層以形成第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)和第二啞元結(jié)構(gòu)(步驟619)；11.執(zhí)行所希望的其它步驟(步驟625)；和12.結(jié)束，步驟627。
以上一系列步驟提供了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的方法。如圖所示，該方法采用組合步驟，包括在第一和第二互連層之間形成啞元結(jié)構(gòu)(利用雙鑲嵌工藝)以支撐低K介電材料，該結(jié)構(gòu)位于接合焊盤結(jié)構(gòu)下方。在不脫離此處權(quán)利要求范圍的情況下，還可以提供其它方法，其中可添加步驟，刪除一個(gè)或多個(gè)步驟，或以不同的次序提供一個(gè)或多個(gè)步驟。另外，根據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施方案，可以在所述的各個(gè)金屬層之間插入其它層。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將能識別這些變化，修正和替代方案。
還要理解到，此處描述的實(shí)例和具體實(shí)施方案僅僅起到說明的目的，在本申請和所附權(quán)利要求的精神和范圍下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進(jìn)行各種修正和改變。
權(quán)利要求
1.半導(dǎo)體器件，包括包括表面區(qū)域的半導(dǎo)體襯底；覆蓋在所述表面區(qū)域上的第一層間電介質(zhì)；覆蓋在所述第一層間介電層上的互連層；覆蓋在所述互連層上的低K介電層；作為所述低K介電層特征的預(yù)定形狀；覆蓋在所述低K介電層上的銅互連層；和在部分所述低K介電層內(nèi)的啞元圖案結(jié)構(gòu)，用來提供機(jī)械支撐來維持所述低K介電層的所述預(yù)定形狀，所述預(yù)定形狀被維持在所述互連層和所述銅互連層之間。
2.按照權(quán)利要求1所述的器件，其中所述啞元圖案結(jié)構(gòu)包括第一金屬板，多個(gè)通孔結(jié)構(gòu)，和第二金屬板，采用所述多個(gè)通孔結(jié)構(gòu)將所述第一金屬板耦合到所述第二金屬板上。
3.按照權(quán)利要求1所述的器件，其中所述啞元圖案結(jié)構(gòu)是銅互連層的一部分，該部分沒有任何電連接。
4.按照權(quán)利要求1所述的器件，其中所述啞元圖案結(jié)構(gòu)包括多個(gè)通孔結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)通孔沒有任何電連接。
5.按照權(quán)利要求1所述的器件，其中所述啞元圖案結(jié)構(gòu)包括多個(gè)立體圖案化的導(dǎo)電部分，所述立體圖案是包括多個(gè)導(dǎo)電部分的圖案化檢驗(yàn)板。
6.按照權(quán)利要求1所述的器件，其中所述啞元圖案結(jié)構(gòu)包括多個(gè)定向到第一方向的第一柵條結(jié)構(gòu)和多個(gè)覆蓋到所述第一柵條結(jié)構(gòu)上的第二柵條結(jié)構(gòu)來形成柵格結(jié)構(gòu)。
7.按照權(quán)利要求1所述的器件，其中所述柵格結(jié)構(gòu)包括多個(gè)開孔區(qū)域，所述開孔區(qū)域包括一部分所述低K電介材料。
8.按照權(quán)利要求1所述的器件，還包括覆蓋在所述銅互連結(jié)構(gòu)上的第二介電層。
9.按照權(quán)利要求1所述的器件，其中所述的預(yù)定形狀被提供在所述啞元圖案結(jié)構(gòu)一部分或多個(gè)部分內(nèi)。
10.按照權(quán)利要求1所述的器件，還包括覆蓋在所述啞元圖案結(jié)構(gòu)上的第二低K介電層和覆蓋在所述第二低K介電層上的第二銅互連層。
11.制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括提供包括表面區(qū)域的半導(dǎo)體襯底；形成覆蓋在所述表面區(qū)域上的第一層間電介質(zhì)；形成覆蓋在所述第一層間介電層上的互連層；形成覆蓋在所述互連層上的低K介電層，所述低K介電層具有預(yù)定形狀；形成覆蓋在所述低K介電層上的銅互連層；和所述低K介電層采用在部分所述低K介電層內(nèi)提供的啞元圖案結(jié)構(gòu)維持所述預(yù)定形狀來機(jī)械支撐和維持所述互連層和所述銅互連層之間的所述低K介電層的所述預(yù)定形狀。
12.按照權(quán)利要求11所述的方法，其中所述啞元圖案結(jié)構(gòu)包括第一金屬板，多個(gè)通孔結(jié)構(gòu)，和第二金屬板，采用所述多個(gè)通孔結(jié)構(gòu)將所述第一金屬耦合到所述第二金屬板上。
13.按照權(quán)利要求11所述的方法，其中所述啞元圖案結(jié)構(gòu)是所述銅互連層的一部分，該部分沒有任何電連接。
14.按照權(quán)利要求11所述的方法，其中所述啞元圖案結(jié)構(gòu)包括多個(gè)通孔結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)通孔結(jié)構(gòu)沒有任何電連接。
15.按照權(quán)利要求11所述的方法，其中所述啞元圖案結(jié)構(gòu)包括多個(gè)立體圖案化的導(dǎo)電部分，所述立體圖案是包括多個(gè)導(dǎo)電部分的檢驗(yàn)板狀的圖案。
16.按照權(quán)利要求11所述的方法，其中所述啞元圖案結(jié)構(gòu)包括多個(gè)定向到第一方向的第一柵條結(jié)構(gòu)和多個(gè)覆蓋到所述第一柵條結(jié)構(gòu)上的第二柵條結(jié)構(gòu)來形成柵格結(jié)構(gòu)。
17.按照權(quán)利要求11所述的方法，其中所述柵格結(jié)構(gòu)包括多個(gè)開孔區(qū)域，每個(gè)所述開孔區(qū)域包括部分所述低K電介材料。
18.按照權(quán)利要求11所述的方法，還包括覆蓋在所述銅互連結(jié)構(gòu)上的第二介電層。
19.按照權(quán)利要求11所述的方法，其中所述預(yù)定形狀被提供在所述啞元圖案結(jié)構(gòu)一部分或多個(gè)部分內(nèi)。
20.按照權(quán)利要求11所述的方法，還包括覆蓋在所述啞元圖案結(jié)構(gòu)上的第二低K介電層和覆蓋在所述第二低K介電層上的第二銅互連層。
21.按照權(quán)利要求11所述的方法，其中所述啞元圖案結(jié)構(gòu)包括環(huán)結(jié)構(gòu)，所述環(huán)結(jié)構(gòu)密封部分所述低K電介材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制造半導(dǎo)體器件的方法。該方法包括提供包括表面區(qū)域的半導(dǎo)體襯底。該方法形成覆蓋在表面區(qū)域上的第一層間介電層和覆蓋在第一層間介電層上的互連層。該方法還形成了覆蓋在互連層上的低K介電層，它具有預(yù)定形狀。該方法形成覆蓋在低K介電層上的銅互連層。在優(yōu)選實(shí)施方案中，低K介電層采用在部分低K介電層內(nèi)提供的啞元圖案結(jié)構(gòu)維持預(yù)定形狀為了機(jī)械支撐和維持互連層和銅互連層之間的低K介電層的預(yù)定形狀。
文檔編號H01L21/768GK1988146SQ200510111998
公開日2007年6月27日 申請日期2005年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月22日
發(fā)明者寧先捷 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司