專(zhuān)利名稱(chēng)：具有密封環(huán)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著半導(dǎo)體器件性能的進(jìn)步，在半導(dǎo)體器件制造工藝中 已經(jīng)開(kāi)始使用用于形成與Si02相比具有較低相對(duì)介電常數(shù)的、被稱(chēng)作 "低k膜(低介電常數(shù)絕緣膜)"的絕緣膜的技術(shù)。"低k膜"存在 多種類(lèi)型，它通常具有差的粘附性和弱的機(jī)械強(qiáng)度。因此，存在的問(wèn) 題是不能防止在晶片劃片工藝的過(guò)程中出現(xiàn)裂縫和膜分離的傳播。
圖26A和圖26B是示出了相關(guān)技術(shù)的密封環(huán)結(jié)構(gòu)的附圖。通常通 過(guò)布線層來(lái)形成密封環(huán)，其中，密封環(huán)是為了防止水分進(jìn)入低介電常 數(shù)膜而沿著半導(dǎo)體芯片的周邊所設(shè)置的隔壁。圖26A是半導(dǎo)體器件10 的側(cè)向平面圖，而圖26B是半導(dǎo)體器件10的縱向正視圖。圖26B對(duì)應(yīng) 于沿著圖26A的線H-H'截取的剖面圖。
半導(dǎo)體器件IO具有這樣一種結(jié)構(gòu)襯底12 (比如硅襯底)、下層 絕緣膜14 (比如Si02膜)和含有低介電常數(shù)膜的層間絕緣膜16依次 堆疊在一起。在附圖中，虛線的左側(cè)是芯片內(nèi)部，而虛線的右側(cè)是密 封環(huán)部。在密封環(huán)部的更外圍上有劃片線(在附圖中未示出)。在作 為元件形成區(qū)域的芯片內(nèi)部，布線層32和通孔層30依次交替地形成 在層間絕緣膜16中。在密封環(huán)部中，W密封環(huán)34形成在下層絕緣膜 14中，而布線層24和通孔層22依次交替地形成在層間絕緣膜16中。 布線層24和通孔層22分別與在芯片內(nèi)部中的通孔層30和布線層32 形成在同一層中。另外，每條布線和每個(gè)通孔由阻擋金屬膜18和含銅 金屬膜20形成。然而，在這樣的構(gòu)造中，如果從位于附圖右側(cè)的劃片線側(cè)開(kāi)始出 現(xiàn)裂縫或膜分離40，則存在這樣一種問(wèn)題這樣的裂縫或膜分離40通 過(guò)通孔和布線之間的部分傳播到內(nèi)部，然后發(fā)展成芯片內(nèi)部的裂縫或 膜分離。
專(zhuān)利文獻(xiàn)l (日本專(zhuān)利申請(qǐng)公布No. 2006-5011)公開(kāi)了一種構(gòu)造， 在該構(gòu)造中，多個(gè)隔離袋狀(isolated pocket)的絕緣材料形成在寬的 密封環(huán)布線中。該文獻(xiàn)公開(kāi)了具有如下布置的構(gòu)造，在該布置中，防 止了在形成布線的過(guò)程中在CMP期間在寬的密封環(huán)布線中出現(xiàn)凹陷和 腐蝕，因此消除了在布線之中出現(xiàn)短路的可能性。
專(zhuān)利文獻(xiàn)2 (日本專(zhuān)利申請(qǐng)公布No. 2005-167198)公開(kāi)了一種密 封環(huán)構(gòu)造，在該構(gòu)造中，在設(shè)置有形成雙鑲嵌布線的布線和通孔的層 間絕緣膜中布置了連續(xù)的密封通孔(seal via)。通過(guò)采用這種在密封 環(huán)部中具有較少結(jié)點(diǎn)(junction)的構(gòu)造，與具有較多結(jié)點(diǎn)的構(gòu)造相比， 可以更有效地防止雜質(zhì)等通過(guò)結(jié)點(diǎn)侵入，因此，這樣的構(gòu)造被認(rèn)為是 能夠提供牢固的密封環(huán)結(jié)構(gòu)。日本專(zhuān)利申請(qǐng)公布No. 2006-5011 [專(zhuān)利文獻(xiàn)2]日本專(zhuān)利申請(qǐng)公布No. 2005-167198
然而，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中公開(kāi)的技術(shù)中，密封環(huán)部中的布線層和通 孔層交替地形成在與元件形成層中的布線層和通孔層的高度相同的高 度處；因此，密封環(huán)中的結(jié)點(diǎn)與環(huán)繞絕緣膜的接觸面位于相同的高度 處。由此，沒(méi)有提供解決分離和裂縫將要從外圍傳播到內(nèi)部的問(wèn)題的 方法。
同時(shí)，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中公開(kāi)的技術(shù)中，結(jié)點(diǎn)的數(shù)目減少。然而， 密封環(huán)中的結(jié)點(diǎn)被布置成位于與芯片區(qū)中的布線和通孔之間的結(jié)點(diǎn)的
高度相同的高度處，并且也位于與環(huán)繞絕緣膜的接觸面的高度相同的 高度處。因此，在發(fā)生膜分離的情況下，仍然存在的問(wèn)題是分離和 裂縫將要從外圍傳播到密封環(huán)的結(jié)點(diǎn)，然后也傳播到內(nèi)部。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的示例性方面，半導(dǎo)體器件包括襯底；元件形成區(qū) 域，形成在襯底上，并具有形成在其中的通孔和布線；密封環(huán)，形成 在襯底上，從平面圖來(lái)看所述密封環(huán)形成在元件形成區(qū)域的外圍以便 環(huán)繞元件形成區(qū)域。在半導(dǎo)體器件中，密封環(huán)包括第一金屬層和第二 金屬層，其中，第一金屬層具有形成在其中的貫通孔以從平面圖來(lái)看
環(huán)繞元件形成區(qū)域，第二金屬層形成在第一金屬層上以便與第一金屬 層接觸。在半導(dǎo)體器件中，第一金屬層中的貫通孔的下部設(shè)置有形成 在其上的絕緣材料，而貫通孔的上部設(shè)置有構(gòu)成第二金屬層的金屬材 料，金屬材料被形成為突出到上部中。上部沒(méi)有設(shè)置有形成在其上的 絕緣材料。
根據(jù)本發(fā)明的示例性方面，提供了一種形成半導(dǎo)體器件的方法， 所述半導(dǎo)體器件具有元件形成區(qū)域和密封環(huán)部，其中，密封環(huán)部形成 在元件形成區(qū)域的外圍以便環(huán)繞元件形成區(qū)域。該方法包括在形成 在襯底上的第一絕緣膜上，在元件形成區(qū)域中形成第一凹槽以便允許 通孔和布線中的任意一個(gè)形成，還在密封環(huán)部中形成第一密封環(huán)凹槽 以便從平面圖來(lái)看環(huán)繞元件形成區(qū)域；通過(guò)用金屬材料填充第一凹槽 和第一密封環(huán)凹槽并然后去除金屬材料的露出到第一凹槽和第一密封 環(huán)凹槽的外部的部分，在第一密封環(huán)凹槽形成第一金屬層并在第一凹 槽中形成通孔和布線中的任意一個(gè)；在第一絕緣膜上形成第二絕緣膜； 在第二絕緣膜上，在元件形成區(qū)域中形成第二凹槽以便允許通孔和布 線中的任意一個(gè)形成，還在第一密封環(huán)凹槽上形成密封環(huán)部中的第二 密封環(huán)凹槽；通過(guò)用金屬材料填充第二凹槽和第二密封環(huán)凹槽并然后 去除金屬材料的露出到第二凹槽和第二密封環(huán)凹槽的外部的部分，在 第二密封環(huán)凹槽中形成與第一金屬層接觸的第二金屬層并在第二凹槽
中形成通孔和布線中的任意一個(gè)。在形成第一密封環(huán)凹槽時(shí)，通過(guò)將 第一絕緣膜留在其中來(lái)形成第一密封環(huán)凹槽。在第一密封環(huán)凹槽中形 成第一金屬層時(shí)，通過(guò)被形成為留在第一密封環(huán)凹槽中的第一絕緣膜， 在第一金屬層中形成貫通孔。在形成第二密封環(huán)凹槽時(shí)，在第一絕緣 膜露出在第二密封環(huán)凹槽的底表面上之后，去除露出的第一絕緣膜的 上部，在第一金屬層中的貫通孔的下部中留下第一絕緣膜。在形成第 二金屬層時(shí)，使第二金屬層突出到第一金屬層中的貫通孔的上部中。
元件形成區(qū)域可以被構(gòu)造成具有基本四邊形的形狀，密封環(huán)可以 被構(gòu)造成環(huán)繞元件形成區(qū)域的四面。此外，劃片線形成在密封環(huán)的外 圍上。
根據(jù)本發(fā)明的示例性構(gòu)造，在第二金屬層被形成為與第一金屬層
接觸時(shí)，構(gòu)成第二金屬層的金屬材料凸出(bulge)到第一金屬層中的 貫通孔中。更具體來(lái)說(shuō)，除了貫通孔的下部由絕緣材料制成之外，密 封環(huán)整個(gè)由金屬材料制成。因此，得到了金屬層之間的較大的接觸面 積，可以增強(qiáng)金屬層之間的粘附性。因而，可以防止在劃片工藝的過(guò) 程中出現(xiàn)的膜分離和裂縫傳播到位于芯片內(nèi)部中的元件形成區(qū)域中。 也可以提高抗?jié)裥浴Ｓ纱耍梢蕴岣甙雽?dǎo)體器件的產(chǎn)量。
此外，在構(gòu)成第二金屬層的金屬材料凸出到第一金屬層中的貫通 孔中時(shí)，絕緣材料形成在貫通孔的下部上。更具體來(lái)說(shuō)，形成在第二 金屬層的底表面上的、向下突出的凸部被構(gòu)造成被埋入到形成在第一 金屬層中的貫通孔中。因此，第一貫通孔中的第二金屬層的底表面所 位于的高度與其它區(qū)域中的第二金屬的底表面的高度和第一金屬層中 的貫通孔的底表面的高度不同。結(jié)果，金屬層之間的接觸面的階梯存 在變化。根據(jù)這種構(gòu)造，即使在劃片工藝的過(guò)程中由沖擊引起的水平 應(yīng)力傳播到密封環(huán)從而導(dǎo)致在例如第一金屬層和第二金屬層之間產(chǎn)生 裂縫，該裂縫也在傳播到第一金屬層中的某一貫通孔中之后停止在該 貫通孔的內(nèi)部中的第一金屬層的壁表面處，從而可以防止裂縫的進(jìn)一
步進(jìn)行。因此，可以提高半導(dǎo)體器件的產(chǎn)量。
另外，簡(jiǎn)單地通過(guò)以單鑲嵌工藝或雙鑲嵌工藝來(lái)制備形成多層布 線結(jié)構(gòu)的布線和通孔，同時(shí)在密封環(huán)部中僅形成與元件形成區(qū)域的圖 案不同的圖案而不增加任何新的步驟，可以制造根據(jù)本發(fā)明的密封環(huán)。 另外，當(dāng)用于形成密封環(huán)的凹槽形成在密封環(huán)部中時(shí)，絕緣膜留在凹 槽中，因此，可以防止在利用CMP來(lái)去除金屬材料的過(guò)程中的凹陷。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)防止劃片工藝的過(guò)程中出現(xiàn)的膜分離和裂縫傳 播到芯片內(nèi)部，可以提高半導(dǎo)體器件的產(chǎn)量。


從下面結(jié)合附圖的某些示例性實(shí)施例的描述中，本發(fā)明的以上和 其它示例性方面、優(yōu)點(diǎn)和特征將更明顯，在附圖中
圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的 剖面圖2A和2B是圖1所示的半導(dǎo)體器件的側(cè)向平面圖3是示出了其中多個(gè)芯片布置在襯底上的構(gòu)造的平面圖4A和4B是示出了圖1所示的半導(dǎo)體器件的制造工序的一示例
性實(shí)施例的工藝剖面圖5A和5B是示出了圖1所示的半導(dǎo)體器件的制造工序的一實(shí)施
例的工藝剖面圖6A和6B是示出了圖1所示的半導(dǎo)體器件的制造工序的一實(shí)施
例的工藝剖面圖7是示出了圖1所示的半導(dǎo)體器件的制造工序的一實(shí)施例的工
藝剖面圖8是示出了圖1所示的半導(dǎo)體器件在制造過(guò)程中的構(gòu)造的平面
圖9是示出了圖1所示的半導(dǎo)體器件在制造過(guò)程中的構(gòu)造的平面
圖IO是示出了圖l所示的半導(dǎo)體器件在制造過(guò)程中的構(gòu)造的平面
圖IIA和IIB是示出了圖l所示的半導(dǎo)體器件在制造過(guò)程中的構(gòu) 造的平面圖12A和12B是圖l所示的半導(dǎo)體器件的制造工序的另一示例性 實(shí)施例的工藝剖面圖13A和13B是圖l所示的半導(dǎo)體器件的制造工序的另一實(shí)施例 的工藝剖面圖14A和14B是圖l所示的半導(dǎo)體器件的制造工序的另一實(shí)施例 的工藝剖面圖15A和15B是圖l所示的半導(dǎo)體器件的制造工序的另一實(shí)施例 的工藝剖面圖16A和16B是示出了根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的另一示例性實(shí) 施例的視圖17是示出了圖16所示的半導(dǎo)體器件的制造工序的工藝剖面圖； 圖18是示出了圖16所示的半導(dǎo)體器件的制造工序的工藝剖面圖； 圖19是示出了圖16所示的半導(dǎo)體器件的制造工序的工藝剖面圖； 圖20是示出了圖16所示的半導(dǎo)體器件的制造工序的工藝剖面圖21是示出了圖16所示的半導(dǎo)體器件的制造工序的工藝剖面圖22是示出了圖16所示的半導(dǎo)體器件的制造工序的工藝剖面圖； 圖23是示出了圖16所示的半導(dǎo)體器件的制造工序的工藝剖面圖； 圖24是示出了圖16所示的半導(dǎo)體器件的制造工序的工藝剖面圖； 圖25A至25C是示出了形成在第一金屬層和第二金屬層上的貫通
孔的布置的另一示例的平面圖；以及
圖26A和26B是用于描述相關(guān)技術(shù)的半導(dǎo)體器件中所包含的問(wèn)題
的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的剖 面圖。圖2是圖1所示的半導(dǎo)體器件100的側(cè)向平面圖。圖2A對(duì)應(yīng)于
沿著圖1的線A-A'截取的剖面圖，而圖2B對(duì)應(yīng)于沿著圖1的線B-B' 截取的剖面圖。圖1對(duì)應(yīng)于沿著圖2A和圖2B中的每個(gè)的線C-C'截取 的剖面圖。
半導(dǎo)體器件100包括襯底102,例如是設(shè)置有諸如形成在其上的 晶體管這樣的元件(附圖中未示出)；下層絕緣膜104，形成在襯底 102上；層間絕緣膜106，形成在下層絕緣膜104上并包括低介電常數(shù) 膜。下層絕緣膜104可以由例如Si02組成。在附圖中，虛線的左側(cè)是 芯片內(nèi)部202，而虛線的右側(cè)是密封環(huán)部204。劃片線位于密封環(huán)部204 的更外圍(附圖的右側(cè))。
圖3是示出了多個(gè)芯片203形成在襯底102上的構(gòu)造的平面圖。 如圖3所示，芯片203中的每個(gè)具有基本四邊形的形狀。從平面圖上 看，密封環(huán)部204形成在芯片內(nèi)部202的外圍上以便環(huán)繞芯片內(nèi)部202。 另外，從平面圖上看，劃片線206形成在密封環(huán)部204的外圍上以便 環(huán)繞密封環(huán)部204。此外，在單獨(dú)的芯片203之中布置了對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記208。 圖1和圖2是示出了被圖3的虛線D環(huán)繞的部分的附圖。
回頭參照?qǐng)D1，在芯片內(nèi)部202中，布線層132和通孔層130依次 交替地形成在層間絕緣膜106中。在這種情況下，示出了具有雙鑲嵌 結(jié)構(gòu)的布線。
在密封環(huán)部204中，W (鎢)密封環(huán)134形成在下層絕緣膜104 中。此外，在密封環(huán)部204中，下層金屬層121、第一金屬層122和第 二金屬層124依次形成在層間絕緣膜106中。
在這種情況下，通孔層130、布線層132、下層金屬層121、第一 金屬層122和第二金屬層124每個(gè)均可由阻擋金屬膜118和含銅金屬 膜120制成。阻擋金屬膜118可以被構(gòu)造為包含高熔點(diǎn)金屬(難熔金 屬)。阻擋金屬膜118可以由例如Ta、 TaN、 Ti、 TiN、 W和WN制成。
含銅金屬膜120可以主要由銅制成。含銅金屬膜120也可以被構(gòu)造為 還包括從Ag、 Al、 Au、 Pt、 Cr、 Mo、 W、 Mg、 Be、 Zn、 Pd、 Cd、 Hg、 Si、 Zr、 Ti和Sn組成的組中選擇的任意一種或至少兩種異種元素。可 以通過(guò)例如電鍍法來(lái)形成含銅金屬膜120。另外，含銅金屬膜120的表 面可以被構(gòu)造為設(shè)置有例如形成在其上的硅化物膜。
在本實(shí)施例中，下層金屬層121被形成為與位于芯片內(nèi)部202中 的層間絕緣膜106中的底部處的布線層132具有相同的膜厚。從平面 圖來(lái)看，下層金屬層121包括形成為島狀的多個(gè)貫通孔121a (圖1示 出了它們中的任意一個(gè))。從平面圖來(lái)看，第一金屬層122形成在下 層金屬層121上從而與下層金屬層121接觸，第一金屬層122包括多 個(gè)貫通孔122a，所述多個(gè)貫通孔122a被形成為島狀以使得多個(gè)貫通孔 122a不與下層金屬層121中的多個(gè)貫通孔121a重疊。在這種情況下， 在下層金屬層121中的單獨(dú)的多個(gè)貫通孔121a中，貫通孔121a的下部 設(shè)置有構(gòu)成層間絕緣膜106的絕緣材料，而未設(shè)置有其上形成的絕緣 材料的上部設(shè)置有被形成為突出到該上部中的、構(gòu)成第一金屬層122 的金屬材料。更具體來(lái)說(shuō)，下層金屬層121中的貫通孔121a在其下部 填充有絕緣材料，而在其上部填充有金屬材料。在本實(shí)施例中，第一 金屬層122，在沒(méi)有設(shè)置形成于其上的下層金屬層121中的貫通孔121a 的部分中，具有與芯片內(nèi)部202中的通孔層130和布線層132的厚度 之和相同的膜厚。
第二金屬層124形成在第一金屬層122上從而與第一金屬層122 接觸，同時(shí)，從平面圖來(lái)看，第二金屬層124包括多個(gè)貫通孔124a(圖 l僅示出了它們中的一個(gè))，所述多個(gè)貫通孔124a被形成為島狀以使 得該多個(gè)貫通孔124a不與第一金屬層中的多個(gè)貫通孔122a重疊。在這 種情況下，在第一金屬層122中的貫通孔122a中，其下部設(shè)置有形成 在其上的、構(gòu)成層間絕緣膜106的絕緣材料，而貫通孔122a的、未設(shè) 置有形成在其上的絕緣材料的上部設(shè)置有被形成為突出到上部中的、 構(gòu)成第二金屬層124的金屬材料。更具體來(lái)說(shuō)，第一金屬層122中的說(shuō)明書(shū)第9/22頁(yè)
貫通孔122a在其下部中填充有絕緣材料，而在上部中填充有金屬材料。 在本實(shí)施例中，第二金屬層124，在沒(méi)有設(shè)置形成于其上的第一金屬層 122中的貫通孔122a的部分中，具有與芯片內(nèi)部202中的通孔層130 和布線層132的厚度之和相同的厚度。
雖然沒(méi)有在附圖中示出，但是半導(dǎo)體器件100可被構(gòu)成為還包括 在芯片內(nèi)部202中，通孔層130和布線層132依次在布線層132上順 序地并交替地堆疊在一起；并且在密封環(huán)部204中，與第一金屬層122 和第二金屬層124具有相同構(gòu)造的金屬層(第三金屬層)順序地并交 替地形成在第二金屬層124上。通過(guò)具有如此堆疊結(jié)構(gòu)的金屬層，在 密封環(huán)部204中形成密封環(huán)。在圖l所示的實(shí)施例中，從平面圖來(lái)看， 下層金屬層121中的多個(gè)貫通孔121a和第二金屬層124中的多個(gè)貫通 孔124a被布置成分別位于基本相等的位置。
如圖2所示，從平面圖來(lái)看，第一金屬層122中的貫通孔122a和 第二金屬層124中的貫通孔124a可以被布置成格子圖案。在本實(shí)施例 中，貫通孔122a和貫通孔124a可以分別被布置成錯(cuò)列的圖案。
此外，在密封環(huán)部204中，在沿著從內(nèi)圍到外圍延伸的直線(圖2 中的C-C'直線)截取的剖面上，其中形成有第一金屬層122中的貫通 孔122a的列和其中形成有第二金屬層124中的貫通孔124a的列沿著從 內(nèi)圍到外圍的方向交替地布置。另外，在圖2所示的情況下，在密封 環(huán)部204的、沿著長(zhǎng)軸方向(垂直于C-C'直線的方向)截取的剖面上， 其中形成有貫通孔122a (在圖2中用虛線顯示)的列和其中形成有貫 通孔124a的列也交替地布置。
另外，密封環(huán)部204，在沿著從內(nèi)圍到外圍延伸的直線(圖2中的 C-C'直線)截取的剖面(圖1)上，被構(gòu)造為包括被布置成分散的層間 絕緣膜106。更具體來(lái)說(shuō)，在本實(shí)施例中，密封環(huán)部204具有如下構(gòu)造， 其中圖3所示的帶狀密封環(huán)部204的幾乎整個(gè)部分由金屬材料制成；
并且所述金屬材料包括被布置成沿著水平方向和沿著堆疊方向分散為 島狀的絕緣材料。
根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件100的構(gòu)造，密封環(huán)除了在貫通孔下 部上形成絕緣材料之外整個(gè)由金屬材料制成。因此，金屬層之間的接 觸面積較大。因而，可以增強(qiáng)金屬層之間的粘附性，從而可以防止在 劃片工藝中出現(xiàn)的膜分離和裂縫傳播到位于芯片內(nèi)部的元件形成區(qū)域 中。另外，可以增強(qiáng)抗?jié)裥?。由此，可以提高半?dǎo)體器件的產(chǎn)量。
另外，形成在第二金屬層124的底表面上的向下突出的凸部被構(gòu)
造為埋入到形成在第一金屬層122中的貫通孔122a中。因此，第二金 屬層124的底表面具有不同的階梯。因此，第二金屬層124的底表面 中凸出到貫通孔122a中的部分位于與第一金屬層122中的貫通孔122a 的底表面的高度不同的高度處。根據(jù)這樣的構(gòu)造，如圖1所示，即使 在劃片工藝的過(guò)程中由于沖擊所引起的水平應(yīng)力傳播到密封環(huán)從而導(dǎo) 致例如在第一金屬層122和第二金屬層124之間產(chǎn)生裂縫或膜分離 140，該裂縫或膜分離140也在傳播到第一金屬層122中的某一貫通孔 122a中之后停止在該貫通孔的內(nèi)部中的第二金屬層124的壁表面處， 從而可以防止裂縫或膜分離140進(jìn)一步進(jìn)行。由此，可以提高半導(dǎo)體 器件的產(chǎn)量。
應(yīng)該注意的是，貫通孔122a和貫通孔124a可以各種方式來(lái)布置。 圖25是示意性示出了貫通孔122a和貫通孔124a的布置的平面圖。如 圖1所示，貫通孔124a和貫通孔122a各設(shè)置在不同的金屬層。然而， 為了更好地理解，該附圖呈現(xiàn)為在同一平面上示出了貫通孔122a和貫 通孔124a，并且貫通孔122a用虛線來(lái)表示。例如，如圖25A所示，沿 著密封環(huán)部204的長(zhǎng)軸方向(附圖中的縱方向)，在各列可以只布置 貫通孔124a或者只布置貫通孔122a。
此外，如圖25B和圖25C所示，在平面圖中布置在單列中或單行
中的貫通孔不需要嚴(yán)格布置成直線；因此，貫通孔122a和貫通孔124a 只需要被布置成基本的格子圖案。
另外，貫通孔122a和貫通孔124a不必布置成格子圖案，而只需 要布置成相應(yīng)地分散在被設(shè)置成環(huán)繞芯片內(nèi)部202的密封環(huán)部204中 以環(huán)繞芯片內(nèi)部202。更具體來(lái)說(shuō)，貫通孔122a和貫通孔124a可以形 成為任意的布置，只要存在如下構(gòu)造的重復(fù)結(jié)構(gòu)被布置成分散在第 二金屬層124的底表面上的多個(gè)凸部均被埋入貫通孔122a中，隨后被 布置成分散在第二金屬層124上形成的金屬層的底表面上的多個(gè)凸部 均被埋入貫通孔124a中。通過(guò)具有這樣的構(gòu)造，與上述構(gòu)造同樣地， 可以防止裂縫和膜分離傳播到芯片內(nèi)部202中。另外，優(yōu)選地，貫通 孔122a和貫通孔124a被布置成基本均勻地分散。通過(guò)這樣的布置，可 以防止制造工序中的凹陷，這將在下面的部分中描述；因此，可以提 高半導(dǎo)體器件的制造效率。應(yīng)該注意的是，在密封環(huán)部204中，優(yōu)選 地，為了防止已從外部傳播的裂縫和膜分離傳播到芯片內(nèi)部202，第一 金屬層122中的貫通孔122a和第二金屬層124中的貫通孔124a都幾乎 均勻地設(shè)置在芯片內(nèi)部202的外圍上以便環(huán)繞芯片內(nèi)部202的整個(gè)外 圍。
接著，將給出對(duì)圖1及圖2所示的半導(dǎo)體器件100的制造工序的 一實(shí)施例的描述。圖4至圖7均是示出了半導(dǎo)體器件100的示例性制 造工序的剖視工藝附圖。圖8至圖ll均是示出了在制造過(guò)程中的半導(dǎo) 體器件IOO的構(gòu)造的平面圖。在這些附圖中，雖然省略了對(duì)W密封環(huán) 134的描述，但是該W密封環(huán)134可以被構(gòu)造為形成在半導(dǎo)體器件100 內(nèi)的下層絕緣膜104中，如圖1所示。此外，在這些附圖中，層間絕 緣膜106由包括第一層間絕緣膜150、第二層間絕緣膜152和第三層間 絕緣膜154的多層結(jié)構(gòu)組成。
首先，將給出對(duì)圖4A所示的結(jié)構(gòu)的制造工序的描述。第一層間絕 緣膜150形成在下層絕緣膜104上。然后，具有與布線層132和下層
金屬層121對(duì)應(yīng)的圖案的抗反射膜和抗蝕劑膜依次形成在第一層間絕 緣膜150上。在將抗蝕劑膜和抗反射膜用作掩模時(shí)，第一層間絕緣膜
150被圖案化。圖8是示出了此時(shí)的第一層間絕緣膜150的構(gòu)造的平面 圖。在附圖中，空白區(qū)表示去除了第一層間絕緣膜150的部分，由此 下層絕緣膜104被露出。在附圖中，虛線區(qū)表示其中留下而沒(méi)有去除 第一層間絕緣膜150的部分。在芯片內(nèi)部202中，形成了布線凹槽190。 同時(shí)，在密封環(huán)部204中，穿過(guò)該部分形成密封環(huán)凹槽192，在密封環(huán) 凹槽192中，由沒(méi)有通過(guò)蝕刻去除的第一層間絕緣膜150設(shè)置的多個(gè) 島狀絕緣膜150a被形成為錯(cuò)列的圖案。
此后，在襯底102的整個(gè)上表面上形成阻擋金屬膜118。因此，在 布線凹槽190、密封環(huán)凹槽192的內(nèi)壁上以及在島狀絕緣膜150a周?chē)?形成阻擋金屬膜118。然后，在阻擋金屬膜118上形成含銅金屬膜120， 使得布線凹槽190和密封環(huán)凹槽192被埋入到含銅金屬膜120內(nèi)。此 后，利用CMP來(lái)去除含銅金屬膜120和阻擋金屬膜118的、露出到布 線凹槽190和密封環(huán)凹槽192的外部的部分。此時(shí)，在CMP工藝中， 由于在密封環(huán)凹槽192中已經(jīng)形成了島狀絕緣膜150a，所以可以防止 凹陷。在上述工序之后，形成布線層132和下層金屬層121，得到圖9 所示的構(gòu)造。圖4A對(duì)應(yīng)于沿著圖8和圖9中的每個(gè)的線C-C'截取的剖 面部分。
回頭參照?qǐng)D4A，第二層間絕緣膜152和第三層間絕緣膜154在第 一層間絕緣膜150、布線層132和下層金屬層121上依次堆疊在一起， 其中，第一層間絕緣膜150、布線層132和下層金屬層121位于襯底 102的整個(gè)上表面上。在這種情況下，第一層間絕緣膜150和第三層間 絕緣膜154可以由低介電常數(shù)膜比如SiOC組成。低介電常數(shù)膜可以是 例如具有3.3或更低的相對(duì)介電常數(shù)的絕緣膜，優(yōu)選為具有2.9或更低 的相對(duì)介電常數(shù)的絕緣膜。作為低介電常數(shù)膜，除了SiOC之外，可以 使用下面的材料，例如聚氫硅氧烷，比如HSQ (氫化倍半硅氧垸)、 MSQ (甲基倍半硅氧烷)和MHSQ (甲基氫化倍半硅氧烷)；芳香族有機(jī)材料，比如PAE (聚烯丙基醚)、BCB (二乙烯基硅氧烷-雙-苯并 環(huán)丁烯)和SiLK (注冊(cè)商標(biāo))；SOG; FOX (可流動(dòng)氧化物)；Cytop; 和BCB (苯并環(huán)丁烯)。另外，作為低介電常數(shù)膜，可以使用分別由 這些材料制成的多孔膜。第一層間絕緣膜150和第三層間絕緣膜154 可以由相同材料或者不同材料制成。
第二層間絕緣膜152在通孔的形成過(guò)程中用作蝕刻阻止膜，布線 凹槽可以由具有防止含銅金屬膜120中所含有的銅擴(kuò)散的功能的材料 制成。第二層間絕緣膜152可以由例如SiCN、 SiN、 SiC、 SiOF和SiON 制成。
此外，在第三層間絕緣膜154上，具有預(yù)定圖案的抗反射膜156 和抗蝕劑膜158依次堆疊在一起。然后，得到圖4A所示的結(jié)構(gòu)。在這 種情況下，在芯片內(nèi)部202中，抗蝕劑膜158具有通過(guò)與通孔162對(duì) 應(yīng)的圖案158a而設(shè)置的開(kāi)口圖案。在密封環(huán)部204中，抗蝕劑膜158 具有的圖案包括通過(guò)與密封環(huán)凹槽160對(duì)應(yīng)的圖案158b而設(shè)置的開(kāi) 口，這將在隨后描述；以及部分158c和158d，均留下用作島狀絕緣膜 154a的掩模(將在隨后描述)，使得島狀絕緣膜154a可以形成為被分 散在密封環(huán)凹槽160中。
當(dāng)將由此形成的抗蝕劑膜158和抗反射膜156都用作掩模時(shí)，蝕 刻第三層間絕緣膜154和第二層間絕緣膜152，以便形成通孔162 (第 一凹槽)和密封環(huán)凹槽160 (第一密封環(huán)凹槽)。此后，通過(guò)灰化等來(lái) 去除抗蝕劑膜158和抗反射膜156。此時(shí)，島狀絕緣膜154a形成在密 封環(huán)凹槽160中(圖4B)。在這個(gè)過(guò)程中，在具有窄的寬度的通孔162 中緩慢進(jìn)行蝕刻使得第二層間絕緣膜152能夠留在通孔162中，在具 有寬的寬度的密封環(huán)凹槽160中快速進(jìn)行蝕刻使得第二層間絕緣膜152 能夠被蝕刻。在這個(gè)過(guò)程中，在含銅金屬膜120或阻擋金屬膜118位 于第二層間絕緣膜152下面的情況中，金屬膜用作蝕刻阻止膜。結(jié)果， 當(dāng)?shù)竭_(dá)金屬膜時(shí)，蝕刻停止。另一方面，在第一層間絕緣膜150 (島狀
絕緣膜150a)位于第二層間絕緣膜152下面的情況中，在通過(guò)蝕刻去 除了第二層間絕緣膜152之后，第一層間絕緣膜150也被蝕刻。結(jié)果， 在下層金屬層121中的貫通孔中形成了凹部。
接著，在第三層間絕緣膜154、第二層間絕緣膜152、下層金屬層 121和第一層間絕緣膜150的整個(gè)表面上形成下層抗蝕劑膜164，以便 消除這些層之間的階梯差。另外，在下層抗蝕劑膜164上，具有預(yù)定 圖案的低溫氧化物膜166 (在不會(huì)造成抗蝕劑變性的低溫例如20(TC下 形成的氧化物膜)、抗反射膜168和上層抗蝕劑膜170依次堆疊在一 起(圖5A)。在這種情況下，在芯片內(nèi)部202中，上層抗蝕劑膜170 具有通過(guò)與布線凹槽對(duì)應(yīng)的圖案170a而設(shè)置的開(kāi)口圖案。同時(shí)，在密 封環(huán)部204中，上層抗蝕劑膜170沒(méi)有開(kāi)口圖案。因此，在隨后的蝕 刻工藝中，不蝕刻密封環(huán)部204。此后，當(dāng)將上層抗蝕劑膜170、抗反 射膜168、低溫氧化物膜166和下層抗蝕劑膜164都用作掩模時(shí)，蝕刻 第三層間絕緣膜154以形成布線凹槽172。結(jié)果，在芯片內(nèi)部202中形 成由通孔162和布線凹槽172組成的雙鑲嵌布線凹槽(第一凹槽)。 隨后，通過(guò)灰化等來(lái)去除上層抗蝕劑膜170、抗反射膜168、低溫氧化 物膜166和下層抗蝕劑膜164 (圖5A)。
圖IO是示出了此時(shí)的半導(dǎo)體器件IOO的構(gòu)造的平面圖。圖5B對(duì) 應(yīng)于沿著圖10的線C-C'截取的剖面圖。在圖10的附圖中，芯片內(nèi)部 202中的空白區(qū)表示在第三層間絕緣膜154中形成布線凹槽172的部 分。在附圖中，虛線區(qū)表示第三層間絕緣膜154留下而沒(méi)有被去除的 部分。更具體來(lái)說(shuō)，在芯片內(nèi)部202中，用虛線區(qū)和空白區(qū)表示的部 分雖然都具有露出在表面上的第三層間絕緣膜154，但是具有不同的高 度階梯。在密封環(huán)部204中，密封環(huán)凹槽160在其中具有如下部分 露出了阻擋金屬膜118和含銅金屬膜120的部分；以及露出了第一層 間絕緣膜150的部分。另外，在密封環(huán)凹槽160中，通過(guò)不利用蝕刻 去除第三層間絕緣膜154而形成的多個(gè)島狀絕緣膜154a被形成為錯(cuò)列 的圖案。
接下來(lái)，如圖6A所示，在襯底102的整個(gè)上表面上形成阻擋金屬 膜118。結(jié)果，阻擋金屬膜118形成在下層金屬層121中的貫通孔的已 經(jīng)去除了島狀絕緣膜150a的上部的內(nèi)壁、島狀絕緣膜154a的周邊、密 封環(huán)凹槽160的內(nèi)壁、布線凹槽172和通孔162的內(nèi)壁上。隨后，含 銅金屬膜120形成在阻擋金屬膜118上，以便將布線凹槽172、通孔 162和密封環(huán)凹槽160埋入到含銅金屬膜120中。此后，利用CMP， 將含銅金屬膜120和阻擋金屬膜118的露出到布線凹槽172和密封環(huán) 凹槽160的外部的部分均去除。結(jié)果，形成了布線層132和第一金屬 層122 (圖6B)。在CMP工藝中，因?yàn)樵诿芊猸h(huán)凹槽160中已經(jīng)形成 了島狀絕緣膜154a，所以可以防止凹陷。
圖11A是示出了圖6B的狀態(tài)的平面圖，圖11B是圖6B的E-E' 剖面圖。圖6B對(duì)應(yīng)于沿著圖IIA和圖11B中的每個(gè)的線C-C'截取的 剖面圖。
此后，層間絕緣膜152'、層間絕緣膜154'、抗反射膜156'和具有 預(yù)定圖案的抗蝕劑膜158'形成在襯底102的整個(gè)上表面上。層間絕緣膜 152'和層間絕緣膜154'均可由比如用于第二層間絕緣膜152和第三層間 絕緣膜154的上述材料的材料制成。在這種情況下，在芯片內(nèi)部202 中，抗蝕劑膜158'具有通過(guò)與通孔對(duì)應(yīng)的圖案158'a來(lái)設(shè)置開(kāi)口的圖案。 在密封環(huán)部204中，抗蝕劑膜158'具有的圖案包括通過(guò)與密封環(huán)凹槽 對(duì)應(yīng)的圖案158'b來(lái)設(shè)置的開(kāi)口；部分158'c，留下用于掩蓋層間絕緣 膜154'使得密封環(huán)凹槽中的層間絕緣膜154'可以被布置成在從平面圖 來(lái)看不與島狀絕緣膜154a重疊的位置處分散為島狀(圖7)。此后， 當(dāng)將抗蝕劑膜158'和抗反射膜156'都用作掩模時(shí)，蝕刻層間絕緣膜154' 和層間絕緣膜152'，以在芯片內(nèi)部202中形成通孔(第二凹槽)并在密 封環(huán)部204中形成密封環(huán)凹槽(第二密封環(huán)凹槽)。然后，通過(guò)執(zhí)行 與用于形成第一金屬層122的工序相同的工序，蝕刻芯片內(nèi)部202中 的層間絕緣膜154'以形成布線凹槽，以便形成雙鑲嵌布線凹槽(第二凹
槽)。隨后，通過(guò)用金屬材料填充凹槽且然后去除金屬材料露出到凹
槽外部的部分，分別在芯片內(nèi)部202和密封環(huán)部204中形成雙鑲嵌布 線和第二金屬層124。通過(guò)采用上述工序，制造出具有圖l所示的構(gòu)造
的半導(dǎo)體器件ioo。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件100的示例性制造工序， 可以通過(guò)利用雙鑲嵌工藝在芯片內(nèi)部202中的多層布線結(jié)構(gòu)中制備布 線和通孔，同時(shí)，可以通過(guò)在密封環(huán)部204中僅形成與芯片內(nèi)部202 中的圖案不同的圖案而不增加新的工藝來(lái)制造密封環(huán)。另外，在形成 密封環(huán)凹槽的過(guò)程中，由于絕緣膜留在凹槽中呈島狀，因此在利用CMP 來(lái)去除金屬材料的過(guò)程中可以防止凹陷。
另外，通過(guò)重復(fù)相同的工藝，可以制造具有如下構(gòu)造的半導(dǎo)體器 件100:通孔層130和布線層132進(jìn)一步順序地并交替地形成在布線層 132上；并且與第一金屬層122和第二金屬層124具有相同構(gòu)造的金屬 層(第三金屬層)進(jìn)一步順序地并交替地形成在第二金屬層124上。
接著，將給出對(duì)圖1和圖2所示的半導(dǎo)體器件100的制造工序的 另一示例性實(shí)施例的描述。圖12至圖15均是半導(dǎo)體器件100的示例 性制造工序的工藝剖面圖。在這種情況下，也省略了對(duì)W密封環(huán)134 的描述；然而，可以如圖1所示地，將半導(dǎo)體器件100中的下層絕緣 膜104構(gòu)造成包括形成在其中的W密封環(huán)134。因?yàn)樵诒緦?shí)施例中通 過(guò)利用多層硬掩模來(lái)進(jìn)行圖案化，所以本實(shí)施例與參照?qǐng)D4至圖11描 述的實(shí)施例不同。
首先，與參照?qǐng)D4A的描述中一樣，在第一層間絕緣膜150中形成 布線層132和下層金屬層121。然后，在第一層間絕緣膜150、布線層 132和下層金屬層121上，第二層間絕緣膜152和第三層間絕緣膜154 依次堆疊在一起。接著，第一硬掩模174、第二硬掩模176和第三硬掩 模178形成在第三層間絕緣膜154上(圖12B)。第一硬掩模174、第二硬掩模176和第三硬掩模178分別由Si02、 SiN和SiC制成。
此后，抗反射膜180和具有預(yù)定圖案的抗蝕劑膜182在第三硬掩 模178上依次堆疊在一起(圖12B)。在這種情況下，在芯片內(nèi)部202 中，抗蝕劑膜182具有通過(guò)與通孔對(duì)應(yīng)的圖案182a來(lái)設(shè)置的開(kāi)口圖案。 在密封環(huán)部204中，抗蝕劑膜182具有的圖案包括通過(guò)與密封環(huán)凹 槽對(duì)應(yīng)的圖案182b設(shè)置的開(kāi)口；留下用于掩蓋島狀絕緣膜154a使得密 封環(huán)凹槽中的島狀絕緣膜154a可以被布置成分散為島狀的部分182c 和182d (將在隨后描述)。
當(dāng)將由此形成的抗蝕劑膜182和抗反射膜180都用作掩模時(shí)，蝕 刻第三硬掩模178和第二硬掩模176，以形成通孔圖案194和開(kāi)口部 196。隨后，通過(guò)灰化等來(lái)去除抗蝕劑膜182和抗反射膜1S0(圖13A)。
此后，在第一硬掩模174和第三硬掩模178的整個(gè)表面上形成抗 反射膜183，以便消除這些掩模之間的階梯差。此外，在抗反射膜183 上形成具有預(yù)定圖案的抗蝕劑膜184 (圖13B)。在這種情況下，在芯 片內(nèi)部202中，抗蝕劑膜184具有通過(guò)與布線凹槽對(duì)應(yīng)的圖案184a來(lái) 設(shè)置的開(kāi)口圖案。同時(shí)，在密封環(huán)部204中，抗蝕劑膜184不具有開(kāi) 口圖案。因此，在下面的蝕刻工藝中，不蝕刻密封環(huán)部204。此后，當(dāng) 將抗蝕劑膜184和抗反射膜183都用作掩模時(shí)，蝕刻芯片內(nèi)部202中 的第三硬掩模178，以形成布線凹槽圖案198 (圖14A)。
在后面的工藝中，首先，當(dāng)將第二硬掩模176用作掩模時(shí)，蝕刻 下層。在被蝕刻到預(yù)定深度之后，當(dāng)將第三硬掩模178用作掩模時(shí)蝕 刻下層。結(jié)果，在第二層間絕緣膜152和第三層間絕緣膜154中，由 通孔162和布線凹槽172組成的雙鑲嵌布線凹槽(第一凹槽)和密封 環(huán)凹槽160 (第一密封環(huán)凹槽)分別形成在芯片內(nèi)部202和密封環(huán)部 204中。在該工藝中，在含銅金屬膜120或阻擋金屬膜118位于第二層 間絕緣膜152的情況下，金屬膜用作蝕刻阻止膜。因此，當(dāng)?shù)竭_(dá)金屬
膜時(shí)蝕刻停止。另一方面，在第一層間絕緣膜150 (島狀絕緣膜150a) 位于第二層間絕緣膜152下面的情況下，在通過(guò)蝕刻去除了第二層間 絕緣膜152之后也蝕刻第一層間絕緣膜150，結(jié)果，在下層金屬層121 中的貫通孔中形成了凹部。此外，在密封環(huán)凹槽160中，沒(méi)有被蝕刻 去除的第二硬掩模176、第一硬掩模174、第三層間絕緣膜154和第二 層間絕緣膜152設(shè)置了形成為錯(cuò)列布置的多個(gè)島狀絕緣膜154a。
隨后，在襯底102的整個(gè)上表面上形成阻擋金屬膜118。結(jié)果，阻 擋金屬膜118形成在通孔162和布線凹槽172的內(nèi)壁、密封環(huán)凹槽160 的內(nèi)壁、島狀絕緣膜154a的周邊、下層金屬層121中的貫通孔的去除 了島狀絕緣膜150a的上部的內(nèi)壁上。此后，含銅金屬膜120形成在阻 擋金屬膜118上，以便將布線凹槽172、通孔162和密封環(huán)凹槽160埋 入到含銅金屬膜120中(圖15A)。此后，利用CMP，去除含銅金屬 膜120、阻擋金屬膜118和第二硬掩模176的露出到布線凹槽172和密 封環(huán)凹槽160的外部的部分(圖15B)。在CMP工藝中，因?yàn)樵诿芊?環(huán)凹槽160中己經(jīng)形成了島狀的絕緣膜154a，所以可以防止凹陷。
此后，通過(guò)重復(fù)相同的工序，第二金屬層124和一金屬層在第一 金屬層122上順序地堆疊在一起。結(jié)果，在密封環(huán)部204中，可以得 到金屬層堆疊結(jié)構(gòu)，在該堆疊結(jié)構(gòu)中，單獨(dú)的金屬層上的向下突出的 凸部凸出到形成在下層金屬層中的貫通孔的上部中。
圖16是示出了圖1所示的半導(dǎo)體器件100的另一示例性實(shí)施例的 附圖。圖16A是半導(dǎo)體器件100的側(cè)向平面圖，而圖16B是半導(dǎo)體器 件100的縱向正視圖。圖16B對(duì)應(yīng)于沿著圖16A的線F-F'截取的剖面 圖，而圖16A對(duì)應(yīng)于沿著圖16B的線G-G'截取的剖面圖。
因?yàn)樵诒緦?shí)施例中位于芯片內(nèi)部202中的通孔層130和布線層132 具有單鑲嵌結(jié)構(gòu)，所以本實(shí)施例與參照?qǐng)D1描述的實(shí)施例不同。在本 實(shí)施例中，在密封環(huán)部204中，下層金屬層121、第一金屬層122和第
二金屬層124分別具有與位于芯片內(nèi)部202中的布線層132、通孔層 130和布線層132的厚度基本相等的厚度。更具體來(lái)說(shuō)，下層金屬層 121具有與芯片內(nèi)部202中的布線層132的厚度基本相等的厚度。第一 金屬層122，除了其中下層金屬層121突出到貫通孔121a的部分之外， 具有與芯片內(nèi)部202中的通孔層130的厚度相等的厚度。同樣，第二 金屬層124，除了其中第一金屬層122突出到貫通孔122a的部分之外， 具有與芯片內(nèi)部202中的布線層132的厚度相等的厚度。因此，在位 于芯片內(nèi)部202中的通孔層130和布線層132分別具有與通孔層130 和布線層132的厚度相等的厚度的情況下，在圖1所示的半導(dǎo)體器件 100中，圖16所示的半導(dǎo)體器件100中的下層金屬層121、第一金屬 層122和第二金屬層124比圖1所示的對(duì)應(yīng)的金屬層薄。
接著，將給出對(duì)圖16所示的半導(dǎo)體器件100的制造工序的示例性 實(shí)施例的描述。圖17至圖24均是示出了半導(dǎo)體器件100的制造工序 的工藝剖面圖。在這種情況下，以如上所述的相同的方式，層間絕緣 膜106由第一層間絕緣膜150、第二層間絕緣膜152和第三層間絕緣膜 154的堆疊結(jié)構(gòu)組成。
與參照?qǐng)D4A的描述相同，布線層132和下層金屬層121形成在第 一層間絕緣膜150中(圖17)。隨后，第二層間絕緣膜152形成在位 于襯底102上的下層金屬層121、布線層132和第一層間絕緣膜150的 整個(gè)表面上(圖18)。在這種情況下，第二層間絕緣膜152可以被構(gòu) 造為與第一層間絕緣膜150和第三層間絕緣膜154相同的低介電常數(shù) 膜，這將在隨后描述。此外，在第二層間絕緣膜152上，具有預(yù)定圖 案的抗反射膜300和抗蝕劑膜302依次堆疊在一起(圖19)。這里， 芯片內(nèi)部202中的抗蝕劑膜302具有通過(guò)與通孔對(duì)應(yīng)的圖案302a來(lái)設(shè) 置的開(kāi)口圖案。密封環(huán)部204中的抗蝕劑膜302具有的圖案包括通 過(guò)對(duì)應(yīng)于密封環(huán)凹槽306的圖案302b來(lái)設(shè)置的開(kāi)口，這將在隨后描述； 留下用于掩蓋島狀絕緣膜152a使得島狀絕緣膜152a可以被布置成分散 在密封環(huán)凹槽306中的部分302c和302d (將在隨后描述)。
當(dāng)將由此形成的抗蝕劑膜302和抗反射膜300用作掩模時(shí)，蝕刻 第二層間絕緣膜152，以便形成通孔304 (第一凹槽)和密封環(huán)凹槽306 (第一密封環(huán)凹槽)。此時(shí)，島狀的絕緣膜152a形成在密封環(huán)凹槽306 中。此后，通過(guò)灰化等來(lái)去除抗蝕劑膜302和抗反射膜300 (圖20)。 此時(shí)，在含銅金屬膜120或阻擋金屬膜118位于第二層間絕緣膜152 下面的情況下，金屬膜用作蝕刻阻止膜。因此，當(dāng)?shù)竭_(dá)金屬膜時(shí)，蝕 刻停止。另一方面，在第一層間絕緣膜150位于第二層間絕緣膜152 的情況下，在通過(guò)蝕刻去除了第二層間絕緣膜152之后，也蝕刻貫通 孔121a中的第一層間絕緣膜150。結(jié)果，在下層金屬層121中的貫通 孔121a中形成凹部。
接著，阻擋金屬膜118和含銅金屬膜120依次形成在襯底102的 整個(gè)上表面上，以便將通孔304和密封環(huán)凹槽306埋入到阻擋金屬膜 118和含銅金屬膜120中。此后，利用CMP，去除含銅金屬膜120和 阻擋金屬膜118的、露出到通孔304和密封環(huán)凹槽306的外部的部分。 結(jié)果，形成通孔層130和下層金屬層121 (圖21)。在CMP工藝中， 因?yàn)樵诿芊猸h(huán)凹槽306中形成了島狀絕緣膜152a，所以可以防止凹陷。
此后，第三層間絕緣膜154、抗反射膜308和具有預(yù)定圖案的抗蝕 劑膜310在位于襯底102上的第二層間絕緣膜152、通孔層130和第一 金屬層122的整個(gè)表面上依次堆疊在一起(圖22)。在這種情況下， 在芯片內(nèi)部202中，抗蝕劑膜310具有通過(guò)對(duì)應(yīng)于布線凹槽的圖案310a 來(lái)設(shè)置的開(kāi)口圖案。在密封環(huán)部204中，抗蝕劑膜310具有的圖案包 括通過(guò)對(duì)應(yīng)于密封環(huán)凹槽314的圖案310b來(lái)設(shè)置的開(kāi)口，這將在隨 后描述；留下用于掩蓋島狀絕緣膜154a (將在隨后描述)使得島狀絕 緣膜154a可以被布置成分散在密封環(huán)凹槽314中的部分310c。
當(dāng)將由此形成的抗蝕劑膜310和抗反射膜308用作掩模時(shí)，蝕刻 第三層間絕緣膜154以形成布線凹槽312 (第二凹槽)和密封環(huán)凹槽
314 (第二密封環(huán)凹槽)。隨后，通過(guò)灰化等來(lái)去除抗蝕劑膜310和抗 反射膜308 (圖23)。在該工藝中，在含銅金屬膜120或阻擋金屬膜 118位于第三層間絕緣膜154下面的情況下，金屬膜用作蝕刻阻止膜。 因此，當(dāng)?shù)竭_(dá)金屬膜時(shí)，蝕刻停止。在這種情況下，由于密封環(huán)凹槽 314具有比布線凹槽312的開(kāi)口圖案更大的開(kāi)口圖案，所以蝕刻在密封 環(huán)凹槽314中快速進(jìn)行。因此，在其中第二層間絕緣膜152位于第三 層間絕緣膜154下面的部分中，在通過(guò)蝕刻去除了第三層間絕緣膜154 之后，蝕刻第二層間絕緣膜152。結(jié)果，在第一金屬層122中的貫通孔 中形成凹部。
接著，阻擋金屬膜118和含銅金屬膜120依次形成在襯底102的 整個(gè)上表面上，以便將布線凹槽312和密封環(huán)凹槽314埋入到阻擋金 屬膜118和含銅金屬膜120中(圖24)。此后，利用CMP，去除含銅 金屬膜120和阻擋金屬膜118的、露出到布線凹槽312和密封環(huán)凹槽 314的外部的部分。結(jié)果，形成了布線層132和第二金屬層124，然后， 制造出具有圖16所示的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件100。在CMP工藝中，因?yàn)?在密封環(huán)凹槽314中形成了島狀絕緣膜154a，所以可以防止凹陷。
通過(guò)重復(fù)上述工藝，可以制造具有如下構(gòu)造的半導(dǎo)體器件100，其 中通孔層130和布線層132進(jìn)一步順序并交替地形成在布線層132 上；與第一金屬層122和第二金屬層124具有相同構(gòu)造的金屬層(第 三金屬層)進(jìn)一步順序并交替地形成在第二金屬層124上。
在以上部分中，已經(jīng)參照附圖描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。然 而，這些實(shí)施例是本發(fā)明的示例；因此可以采用除了上述構(gòu)造之外的 各種構(gòu)造。
在以上實(shí)施例中已經(jīng)描述的層間絕緣膜106、第一層間絕緣膜150、 第二層間絕緣膜152、第三層間絕緣膜154等可以是由下介電常數(shù)膜、 蝕刻阻止膜和保護(hù)膜等組成的堆疊結(jié)構(gòu)。例如，可以構(gòu)造保護(hù)膜，使
保護(hù)膜被形成用來(lái)在對(duì)下介電常數(shù)膜的上部進(jìn)行CMP的過(guò)程中保護(hù)下 介電常數(shù)膜。
此外，在以上實(shí)施例中已經(jīng)描述了從平面圖來(lái)看被布置為呈島狀 分散在金屬層中的情況。然而，可以構(gòu)造絕緣材料，使得絕緣材料被
形成為沿著密封環(huán)部204的縱向方向延伸的長(zhǎng)切口形。在這樣的構(gòu)造
中，以與實(shí)施例中描述的構(gòu)造相同的方式，金屬層在其底表面上具有 不同的高度，因此，可以防止在下層金屬層中在貫通孔中傳播的裂縫 和膜分離的進(jìn)行。
另外，在圖2所示的情況下，被布置成分散在金屬層中的島狀絕
緣膜均具有基本方形的形狀。然而，島狀絕緣膜也可具有各種形狀，
比如具有沿著密封環(huán)部204的長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)邊的矩形或圓形。
此外，注意的是，申請(qǐng)人意在包含所有權(quán)利要求要素的等同物， 即使以后在審查過(guò)程中進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括襯底；元件形成區(qū)域，形成在所述襯底上，并具有形成在其中的通孔和布線；以及密封環(huán)，形成在所述襯底上，所述密封環(huán)形成在所述元件形成區(qū)域的外圍以便環(huán)繞所述元件形成區(qū)域，所述密封環(huán)包括第一金屬層和第二金屬層，其中，所述第一金屬層具有形成在其中以便環(huán)繞元件形成區(qū)域的貫通孔，所述第二金屬層形成在所述第一金屬層上以便與所述第一金屬層接觸，其中，在所述第一金屬層中的所述貫通孔中，其下部設(shè)置有形成在其上的絕緣材料，而未設(shè)置有形成在其上的所述絕緣材料的上部設(shè)置有構(gòu)成所述第二金屬層的金屬材料，所述金屬材料被形成為突出到所述上部中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一金屬層中的所述貫通孔由布置成分散為環(huán)繞所述元件形 成區(qū)域的多個(gè)貫通孔構(gòu)成；并且在所述多個(gè)貫通孔中的每個(gè)中，其下部設(shè)置有形成在其上的所述 絕緣材料，而未設(shè)置有形成在其上的所述絕緣材料的上部設(shè)置有被形 成為突出到所述上部中的所述第二金屬層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第一金屬層中 的所述多個(gè)貫通孔被布置成格子圖案。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中 所述密封環(huán)還包括在所述第二金屬層上形成為與所述第二金屬層接觸的第三金屬層；所述第二金屬層包括在不與所述第一金屬層中的任何貫通孔重疊 的部分中形成為環(huán)繞所述元件形成區(qū)域的貫通孔；并且在所述貫通孔中，其下部設(shè)置有形成在其上的絕緣材料，而未設(shè) 置有形成在其上的所述絕緣材料的上部設(shè)置有構(gòu)成所述第三金屬層的 金屬材料，所述金屬材料被形成為突出到所述上部中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第二金屬層中的所述貫通孔由布置成分散為環(huán)繞所述元件形 成區(qū)域的多個(gè)貫通孔構(gòu)成；并且在所述多個(gè)貫通孔中的每個(gè)中，其下部設(shè)置有形成在其上的所述 絕緣材料，而未設(shè)置有形成在其上的所述絕緣材料的上部設(shè)置有被形 成為突出到所述上部中的所述第三金屬層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第二金屬層中 的所述多個(gè)貫通孔被布置成格子圖案。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其中-所述密封環(huán)還包括在所述第一金屬層下面被形成為與所述第一金屬層接觸的下層金屬層；并且所述密封環(huán)在沿著從其內(nèi)圍到外圍延伸的直線而截取的剖面中具 有如下構(gòu)造，其中，所述絕緣材料被布置成在分別構(gòu)成所述下層金屬 層、所述第一金屬層、所述第二金屬層和所述第三金屬層的金屬材料 中分散成島狀。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其中 所述密封環(huán)在沿著從其內(nèi)圍到外圍延伸的直線而截取的剖面中具有在從所述內(nèi)圍到所述外圍的方向上交替布置的、具有形成在其上的 所述第一金屬層中的所述貫通孔的列和具有形成在其上的所述第二金 屬層中的所述貫通孔的列。
9. 一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在形成在襯底上的第一絕緣膜上，在元件形成區(qū)域中形成第一凹 槽以便允許通孔和布線中的任意一個(gè)形成在其中，并在密封環(huán)部中形 成第一密封環(huán)凹槽以便環(huán)繞所述元件形成區(qū)域；通過(guò)用金屬材料填充所述第一凹槽和所述第一密封環(huán)凹槽并然后 去除所述金屬材料的、露出到所述第一凹槽和所述第一密封環(huán)凹槽的 外部的部分，在所述第一凹槽中形成通孔和布線中的任意一個(gè)并在所 述第一密封環(huán)凹槽中形成所述第一金屬層；在所述第一絕緣膜上形成第二絕緣膜；在所述第二絕緣膜上，在所述元件形成區(qū)域中形成第二凹槽以便 允許通孔和布線中的任意一個(gè)形成在其中，并在所述第一密封環(huán)凹槽 上形成所述密封環(huán)部中的第二密封環(huán)凹槽；以及通過(guò)用金屬材料填充所述第二凹槽和所述第二密封環(huán)凹槽并然后 去除所述金屬材料的、露出到所述第二凹槽和所述第二密封環(huán)凹槽的 外部的部分，在所述第二凹槽中形成通孔和布線中的任意一個(gè)并在所 述第二密封環(huán)凹槽中形成與所述第一金屬層接觸的第二金屬層，其中在形成所述第一密封環(huán)凹槽時(shí)，通過(guò)將所述第一絕緣膜留在其中 來(lái)形成所述第一密封環(huán)凹槽；在所述第一密封環(huán)凹槽中形成所述第一金屬層時(shí)，通過(guò)被形成為 留在所述第一密封環(huán)凹槽中的所述第一絕緣膜，在所述第一金屬層中 形成貫通孔；在形成所述第二密封環(huán)凹槽時(shí)，在所述第一絕緣膜露出在所述第 二密封環(huán)凹槽的底表面上之后，去除露出的所述第一絕緣膜的上部， 在所述第一金屬層中的所述貫通孔的下部中留下所述第一絕緣膜；并 且在形成所述第二金屬層時(shí)，使所述第二金屬層突出到所述第一金 屬層中的所述貫通孔的上部中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中在形成所述第一密封環(huán)凹槽時(shí)，所述第一密封環(huán)凹槽被形成為將 所述第一絕緣膜留在其中以便使其布置成分散為島狀以便環(huán)繞所述元件形成區(qū)域；并且在所述第一密封環(huán)凹槽中形成所述第一金屬層時(shí)，通過(guò)將所述第 一絕緣膜留在所述第一密封環(huán)凹槽中來(lái)在所述第一金屬層中形成多個(gè) 貫通孔。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括 在所述第二絕緣膜上形成第三絕緣膜；在所述第三絕緣膜上，在所述元件形成區(qū)域中形成第三凹槽以便 允許通孔和布線中的任意一個(gè)形成在其中，并在所述第二密封環(huán)凹槽 上形成所述密封環(huán)部中的第三密封環(huán)凹槽；并且通過(guò)用金屬材料填充所述第三凹槽和所述第三密封環(huán)凹槽并然后 去除所述金屬材料的、露出到所述第三凹槽和所述第三密封環(huán)凹槽的 外部的部分，在所述第三凹槽中形成通孔和布線中的任意一個(gè)并在所 述第三密封環(huán)凹槽中形成與所述第二金屬層接觸的第三金屬層，其中在形成所述第二密封環(huán)凹槽時(shí)，通過(guò)在不與所述第一金屬層中的 任意貫通孔重疊的部分中，將所述第二絕緣膜留在其中以便環(huán)繞所述 元件形成區(qū)域，來(lái)形成所述第二密封環(huán)凹槽；在所述第二密封環(huán)凹槽中形成所述第二金屬層時(shí)，通過(guò)將所述第 二絕緣膜留在所述第二密封環(huán)凹槽中來(lái)形成貫通孔；在形成所述第三密封環(huán)凹槽時(shí)，在所述第二絕緣膜露出在所述第 三密封環(huán)凹槽的底表面上之后，去除露出的所述第二絕緣膜的上部， 將所述第二絕緣層留在所述第二金屬層中的所述貫通孔的下部中；并 且在形成所述第三金屬層時(shí)，使所述第三金屬層突出到所述第二金 屬層上的所述貫通孔的上部中。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其中在形成所述第二密封環(huán)凹槽時(shí)，通過(guò)將所述第二絕緣膜留在其中 以便使其布置成分散為島狀以便環(huán)繞所述元件形成區(qū)域，來(lái)形成所述 第二密封環(huán)凹槽；并且 在所述第二密封環(huán)凹槽中形成所述第二金屬層時(shí)，多個(gè)貫通孔形 成在所述第二金屬層中。
13. —種包括密封環(huán)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，所述密封環(huán)結(jié)構(gòu)包括 第一金屬層，包括貫通孔，所述貫通孔具有填充有絕緣材料的底部；以及第二金屬層，形成在所述第一金屬層上，所述第二金屬層具有從 所述第二金屬層的底部突出的凸部，所述凸部被插入到所述貫通孔的 頂部中。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件，其中 所述第一金屬層包括多個(gè)所述貫通孔；并且所述第二金屬層具有多個(gè)凸部，所述多個(gè)凸部被插入到所述多個(gè) 貫通孔的頂部中。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件，所述密封環(huán)結(jié)構(gòu)還包括第三金屬層，形成在所述第一金屬層下面，所述第三金屬層具有貫通孔，其中，所述第一金屬層包括從所述第一金屬層的底部突出的凸部， 所述第一金屬層的所述凸部被插入到所述第三金屬層的所述貫通孔 中。
16. —種形成密封環(huán)結(jié)構(gòu)的方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成第一金屬層，所述第一金屬層具有貫通孔； 將絕緣材料放置在所述貫通孔中； 在所述第一金屬層和所述絕緣材料上形成絕緣層； 在所述絕緣層中形成貫通孔，以露出所述絕緣材料的頂表面和所述第一金屬層的一部分的頂表面，所述第一金屬層的所述一部分與所述第一金屬層的所述貫通孔相鄰；去除所述絕緣材料的頂部，以在所述第一金屬層的所述貫通孔中 留下所述絕緣材料的底部；以及在所述第一金屬層的所述貫通孔和所述絕緣層的所述貫通孔中， 將第二金屬層放置在所述絕緣材料的所述頂部上，從而所述第二金屬 層具有插入到所述第一金屬層的所述貫通孔中的凸部。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有密封環(huán)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件及其形成方法。本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包括密封環(huán)結(jié)構(gòu)。該密封環(huán)結(jié)構(gòu)包括第一金屬層，包括貫通孔，該貫通孔具有填充有絕緣材料的底部；和第二金屬層，形成在第一金屬層上。所述第二金屬層具有從該第二金屬層的底部突出的凸部，并且該凸部被插入到貫通孔的頂部中。
文檔編號(hào)H01L23/00GK101373742SQ200810144560
公開(kāi)日2009年2月25日 申請(qǐng)日期2008年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月22日
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