哑元图案和机械增强低K介电材料的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种制造半导体器件的方法。该方法包括提供包括表面区域的半导体衬底。该方法形成覆盖在表面区域上的第一层间介电层和覆盖在第一层间介电层上的互连层。该方法还形成了覆盖在互连层上的低Ｋ介电层，它具有预定形状。该方法形成覆盖在低Ｋ介电层上的铜互连层。在优选实施方案中，低Ｋ介电层采用在部分低Ｋ介电层内提供的哑元图案结构维持预定形状为了机械支撑和维持互连层和铜互连层之间的低Ｋ介电层的预定形状。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于制造半导体器件的集成电路及其工艺。具体地说，本专利技术提供了用于制造集成电路器件金属互连结构的方法和结构。更具体地说，根据具体实施方案，本专利技术提供了一种或多种哑元结构(dummystructures)来在预定区域内和一对金属层之间维持介电层。但是本专利技术具有更广泛的应用范围，这点应该被认识到。
技术介绍
过去十几年中，集成电路从在单一硅芯片上焊接几个互连器件发展到焊接数以百万的器件。其性能及其复杂性远远超乎人们最初的想象。为了改进其复杂性和电路密度(即能够集成在特定芯片面积上的器件数量)，随着每代集成电路的发展，最小器件特征尺寸(也被称为器件“几何尺寸”)变得更小。现在能以小于四分之一微米宽的特征尺寸来制造某些的半导体器件。增加电路密度不仅改善线路的复杂性和性能，而且还为消费者提供更低的价格。通常，传统的半导体加工设备需要花费数亿甚至数十亿美元来组建。每台加工设备具有每月数万初制晶圆(wafer start)的能力。每个晶片还具有一定数量的潜在芯片(potential chip)。通过制造越来越小的单个器件，将更多的器件集成在特定面积的半导体上，从而增加加工设备的输出量。由于每道半导体加工工艺的局限性，制造更小的器件总是具有挑战性的。也就是说，通常的特定工艺仅仅做到特定的特征尺寸，然后要么改变工艺要么改变器件设计。操作加工设备的费用也明显地增加。许多上世纪七十年代和八十年代可用的美国加工设备都不再运行了，这是公认的。这种加工设备中的一些于上世纪八十年代出口到日本，然后于九十年代出口到韩国和台湾。由于对低成本加工设备的不断需求，现在中国已经成为可启用这类加工设备的备选地域场所。许多公司宣称计划在中国开始制造该种设备。这些公司包括，但不局限于，摩托罗拉(Motorola)，台湾集成电路制造股份有限公司(Taiwan Semiconductor Manufacturing Corporation of Taiwan)，也被称为TSMC，以及其它。虽然在中国人工费用可以稍微低些，但是由于对低成本硅片的不断需求，仍然需要削减甚至削除一些费用。基于特定的特征尺寸而具有局限性的工艺实例是，采用低K介电材料形成用于高级器件的接触结构和/或接合结构。即，在制造集成电路期间，这类采用低K电介质的接触结构常常被损坏。这种损坏引起了可靠性下降和/或器件故障。本说明书完全公开了该种传统接触结构的这些以及其它局限性，以下更具体说明。从以上说明可以看到人们希望改进用于加工半导体器件的技术。
技术实现思路
本专利技术提供了用于制造半导体器件的集成电路及其加工技术。具体地说，本专利技术提供了用于制造集成电路器件的接合焊盘的方法和结构。更具体地说根据具体实施方案，本专利技术提供了一种在预定区域内和两层金属层之间支撑介电层的栅格结构，同时，在部分预定区域上提供接合焊盘结构。但是本专利技术具有更广泛的应用范围，这点应该被认识到。在具体实施方案中，本专利技术提供了用于在至少一对金属互连层之间提供一个或多个冗余通孔(redundant via)的方法。在具体实施方案中，一个或多个冗余通孔形成“哑元图案”(dummy pattern)。在工艺流程中，哑元图案可包括至少三层连续层，例如，Mn，Vn，Mn+1，其中n是大于等于1的整数。在具体实施方案中，哑元图案的空间位置距离功能电路一部分约为1μm到5μm。在具体实施方案中，哑元图案包括多个通孔，它们机械连接到两层金属层形成三明治结构用来机械增强和机械支撑。依据具体实施方案，哑元图案具有各种形状和尺寸，例如矩形，以及其它形状。在具体实施方案中，哑元图案对采用铜/低K介电材料的互连特别有帮助，其中低K材料的模量远远小于传统氧化硅的模量。在具体实施方案中，与形成互连结构的工艺一起或同时形成哑元图案或图案组，该图案或图案组包括用于互连结构本身的层的一部分。在具体实施方案中，哑元图案包括尺寸为约50nm到约500nm的通孔。当然，可能具有各种改变、修正和替代方案。在具体实施方案中，本专利技术提供了一种半导体器件，例如，NMOS，CMOS。该器件具有包括表面区域的半导体衬底(例如，硅，绝缘体上硅，外延硅)。该器件具有覆盖到表面区域上的第一层间电介质和覆盖到第一层间介电层上的互连层。在优选实施方案中，互连层包括多个用于将一个或多个电路元件电耦合到一起的互连区域。该器件具有覆盖在互连层上的低K介电层。该器件具有作为低K介电层特征的预定形状。该器件具有覆盖在低K介电层上的铜互连层(例如单镶嵌，双镶嵌)。在部分低K介电层内，该器件具有哑元图案结构以提供机械支撑以维持低K介电层的预定形状。在优选实施方案中，该预定形状被维持在互连层与铜互连层之间。在另一具体实施方案中，本专利技术提供了用于制造半导体器件的方法。该方法包括提供包括表面区域的半导体衬底。该方法形成了覆盖在表面区域上的第一层间电介质和覆盖在第一层间介电层上的互连层。该方法还形成了覆盖在互连层上的低K介电层，它具有预定的形状。该方法形成了覆盖在低K介电层上的铜互连层。在优选实施方案中，低K介电层采用在部分低K介电层内提供的哑元图案结构维持预定形状来机械支撑和维持互连层和铜互连层之间的低K介电层的预定形状。在具体实施方案中，本专利技术包括如下表明的一个或多个特征。1.在具体实施方案中，本专利技术的方法和结构提供了冗余通孔图案(用于机械增强)，它与两层相邻的金属层接合形成三明治结构。2.在另一具体实施方案中，以上所述以及本说明书整篇文件中所述的冗余通孔图案的形状可以改变。3.根据具体实施方案，可以重复三明治结构形成多层结构，包括，例如金属层1(M1)/通孔层1(V1)/金属层2(M2)/通孔层2(V2)/金属层3(M3)。4.在优选实施方案中，将冗余图案设置于对电路电性能没有影响的地方。实施方案可以包括一种或多种以上特征。当然，可能具有其它改变、修正和替代方案。采用本专利技术可以实现优于传统技术的诸多益处。例如，本技术使得依赖传统技术的工艺简化。在一些实施方案中，该方法提供了每单晶管芯更高的器件产量。另外，该方法提供了一种与传统工艺相符且不需对传统设备和工艺做大幅修改的工艺。优选的是，该专利技术提供了一种用于设计法则90纳米及以下或65纳米及以下的改进的联合工艺。另外，该专利技术采用具有低K介电常数的材料，例如介电常数K小于等于3.5的SiO2(例如，掺氟制备氟化石英玻璃，通称为FSG)，介电常数K小于等于3，或小于等于2.9，的接合焊盘结构来增加强度。优选的是，本方法和结构防止了具有低K介电层的各层的分层和由于与接合焊盘相关的压缩感应(compression influence)而引起的接合。依据实施方案，可以实现一个或多个益处。本说明书描述了这些其它益处，以下更具体说明。参照以下附图和详细描述，本专利技术的各种其它目的、特征、优点可以更加清楚。附图说明图1是本明具体实施方案用于半导体器件接触结构的简化三维图；图2是本专利技术具体实施方案接触结构的简化俯视图；图3是本专利技术具体实施方案接触结构的简化侧视图；图4和图5是本专利技术具体实施方案用于半导体器件接触结构的简化三维图；图6是本专利技术具体实施方案用于互连层哑元结构的简化三维图；图7所示为本专利技术具体实施方案的哑元结构的各种俯视图；和图8是本专利技术具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
半导体器件，包括：包括表面区域的半导体衬底；覆盖在所述表面区域上的第一层间电介质；覆盖在所述第一层间介电层上的互连层；覆盖在所述互连层上的低Ｋ介电层；作为所述低Ｋ介电层特征的预定形状；覆盖在所 述低Ｋ介电层上的铜互连层；和在部分所述低Ｋ介电层内的哑元图案结构，用来提供机械支撑来维持所述低Ｋ介电层的所述预定形状，所述预定形状被维持在所述互连层和所述铜互连层之间。

【技术特征摘要】
1.半导体器件，包括包括表面区域的半导体衬底；覆盖在所述表面区域上的第一层间电介质；覆盖在所述第一层间介电层上的互连层；覆盖在所述互连层上的低K介电层；作为所述低K介电层特征的预定形状；覆盖在所述低K介电层上的铜互连层；和在部分所述低K介电层内的哑元图案结构，用来提供机械支撑来维持所述低K介电层的所述预定形状，所述预定形状被维持在所述互连层和所述铜互连层之间。2.按照权利要求1所述的器件，其中所述哑元图案结构包括第一金属板，多个通孔结构，和第二金属板，采用所述多个通孔结构将所述第一金属板耦合到所述第二金属板上。3.按照权利要求1所述的器件，其中所述哑元图案结构是铜互连层的一部分，该部分没有任何电连接。4.按照权利要求1所述的器件，其中所述哑元图案结构包括多个通孔结构，所述多个通孔没有任何电连接。5.按照权利要求1所述的器件，其中所述哑元图案结构包括多个立体图案化的导电部分，所述立体图案是包括多个导电部分的图案化检验板。6.按照权利要求1所述的器件，其中所述哑元图案结构包括多个定向到第一方向的第一栅条结构和多个覆盖到所述第一栅条结构上的第二栅条结构来形成栅格结构。7.按照权利要求1所述的器件，其中所述栅格结构包括多个开孔区域，所述开孔区域包括一部分所述低K电介材料。8.按照权利要求1所述的器件，还包括覆盖在所述铜互连结构上的第二介电层。9.按照权利要求1所述的器件，其中所述的预定形状被提供在所述哑元图案结构一部分或多个部分内。10.按照权利要求1所述的器件，还包括覆盖在所述哑元图案结构上的第二低K介电层和覆盖在所述第二低K介电层上的第二铜互连层。11.制造半导体器件的方法，该方法包括提供包括表面区域的半导体衬底；形成覆盖在所述表面区域上...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁先捷，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]