利用牺牲材料的半导体装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种半导体装置。该半导体装置包括一具有复数个晶体管装置的基板以及复数条铜交互连接金属化线与复数个导电通孔。该复数条铜交互连接金属化线与该复数个导电通孔是界定于该半导体装置的复数个交互连接阶层中的每一阶层中，使得该复数条铜交互连接金属化线与该复数个导电通孔藉由一空气介电质而相互隔绝。该半导体装置更包括复数个支持短截部，其中每一个是建构为形成一延伸经过该半导体装置的该复数个交互连接阶层的支持柱。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般是关于一种半导体装置制造技术与用以改良半导体装置性能的技巧。精确言之，本专利技术是关于利用牺牲材料以增强半导体装置的性能。
技术介绍
众所周知，半导体工业朝向利用具有更小特征的装置实现具有更高密度的更大基板。为达成此任务，数百万晶体管(transistor)经由交互连接金属化线、绝缘介电层、以及导电通孔构造的多层而连接且制造于一晶圆基板上。起初，金属化线与通孔主要由铝所形成，因其相对便宜、容易蚀刻、且具有相对低阻值，同时绝缘体主要由二氧化矽所形成。然而，随着晶片上系统(system-on-chip)的演进，由于装置特征、通孔与接触孔、以及金属化线间的距离的尺寸减少，更加需要经由改变半导体制造所用的材料改良半导体装置的性能。到目前为止，此已经成为一个双重任务。首先，利用铜交互连接线、通孔、以及接触孔，而非铝。把铝用铜来取代是有利的，因为后者比前者具有更低的阻值以及更好的导电性与电致迁移特性。然而，以铜替代铝存有问题，因为其要求金属交互连接形成中的基本改变。具体言之，虽然铝交互连接是藉由蚀刻掉覆盖于基板的表面上的薄铝膜的未受保护部分而形成，但铜交互连接是经由沉积铜至蚀刻入介电层内的通孔与渠沟中而形成。结果，在具有铜交互连接的半导体装置中，必须在基板表面上进行平坦化操作以从介电质的非渠沟、通孔、或接触插塞面积移除过多的铜。第二，使用具有低介电率的介电材料或者所谓的低K介电材料作为绝缘体，以替代二氧化矽。低K介电材料较好是因为第一，由于两条相邻的金属化线间的耦合电容值直接正比于所用的绝缘介电材料的介电常数，故他们降低交互连接至交互连接电容值。第二，既然介电质的介电常数愈低，故交叉金属化线信号干扰的可能性愈低，所以低K介电材料降低串音杂讯。举例而言，虽然主要使用的介电质二氧化矽的介电常数约为4.0时，但空气具有最低的介电常数1.0，且其他低K介电材料的范围从大约1.5至大约3.5。因为已知空气具有最低的介电常数，在半导体制造技术中存在有制造介电常数接近空气的介电材料的趋势。到目前为止，此企图以导致高度多孔性介电材料的制造。然而，此多孔性介电材料的低劣的机械强度以及半导体制造技术的目前状态阻碍其运用于半导体制造制程中。尤其，低K介电材料的低劣的机械强度在进行于铜金属化线上的化学机械平坦化(CMP)操作期间中会有问题。众所周知，在CMP操作中，以力使基板表面施加一移动的抛光垫上，因此从整个基板表面移除过多的金属。然而，进行CMP操作于具有多孔性低K介电材料的半导体装置上是复杂的，因为基板表面施加于抛光垫上可能造成半导体构造的区域坍塌或裂开，因此阻碍性能或需要抛弃所制造的半导体晶圆。可了解，当此等问题被引入半导体制造制程中时，除了晶圆投片率降低之外，良好晶片的产率会剧烈减少。有鉴于前文所述，需要一种可使用习知的技术制造半导体构造，可在CMP操作中提供良好结构支持，同时仍制造出具有低电容性延迟的装置，例如那些利用低K介电材料。
技术实现思路
广泛言之，本专利技术藉由使用可抵抗在化学机械平坦法中常见的机械应力与压力的标准介电材料制造半导体构造而满足此等需要。在一较佳实施例中，使用一牺牲材料制造半导体构造的铜交互连接中的每一层，随后被蚀刻掉且由一具有低介电率(低K)的绝缘体所取代。在另一实施例中，复数个支持短截部形成于每一牺牲层内，因此当蚀刻掉牺牲材料时界定出连续支持柱。应了解本专利技术可以许多种方式实施，包括制程、设备、系统、装置、或方法。下文将说明本专利技术的若干专利技术实施例。在一实施例中，公开一种半导体装置。该半导体装置包括一具有复数个晶体管装置(transistor device)的基板以及复数条铜交互连接金属化线与复数个导电通孔。该复数条铜交互连接金属化线与该复数个导电通孔是界定于该半导体装置的复数个交互连接阶层中的每一阶层中，使得该复数条铜交互连接金属化线与该复数个导电通孔藉由一空气介电质而相互隔绝。该半导体装置更包括复数个支持短截部，其中每一个是建构为形成一延伸经过该半导体装置的该复数个交互连接阶层的支持柱。在另一实施例中，公开一种半导体装置。该半导体装置包括一具有复数个晶体管装置的基板以及复数条铜交互连接金属化线与复数个导电通孔。该复数条铜交互连接金属化线与该复数个导电通孔是界定于该半导体装置的复数个交互连接阶层中的每一阶层中，使得该复数条铜交互连接金属化线与该复数个导电通孔藉由一多孔性介电材料而相互隔绝。该半导体装置更包括复数个支持短截部，其中每一个是建构为形成一延伸经过该半导体装置的该复数个交互连接阶层的支持柱。在又另一实施例中，公开一种半导体装置的制造方法。该方法开始于形成复数个晶体管结构于一基板上。随后，经由沉积一牺牲层、进行一双重镶嵌制程以蚀刻复数个渠沟与复数个通孔、以及填满且平坦化该复数个渠沟与该复数个通孔，使得复数个交互连接金属化结构形成于复数个阶层中。随后，于对该复数个交互连接金属化结构的该复数个阶层从头到尾蚀刻掉该牺牲层，因此留下一空隙的交互连接金属化结构。然后藉着低K介电材料填满该空隙的交互连接金属化结构，因此界定一低K介电质交互连接金属化结构。在又另一实施例中，揭露一种半导体装置的制造方法。该方法开始于形成复数个晶体管(transistor)结构于一基板上，随后形成复数个交互连接金属化结构于复数个阶层中。该复数个交互连接金属化结构是经由沉积一牺牲层、进行一双重镶嵌制程以蚀刻复数个渠沟、复数个通孔、与复数个短截部、以及填满且平坦化该复数个渠沟、该复数个通孔、与该复数个短截部而形成。继而，对于该复数个交互连接金属化结构的该复数个阶层从头到尾蚀刻掉该牺牲层，留下一空隙的交互连接金属化结构与复数个支持短截部。本专利技术的优点有许多。最显着地莫过于即使本专利技术的半导体构造最终利用空气或低K介电材料作为介电质，但本专利技术的半导体构造经受住在CMP与其他操作中所发生的结构压力与压力。以此方式，虽然金属间介电质电容值最小化且制造出更快的积体电路装置，但在半导体制造制程中关联于利用空气或低K介电材料的缺点实质上皆被消除。本专利技术的其他方面与优点将因下文中参照图示的详细说明而更加明显。附图说明图1A是依据本专利技术的一实施例，具有形成于具有复数条主动装置的基板上方的层间介电质(ILD)的半导体构造的简化的、部分的、分解的的剖面图。图1B是依据本专利技术的另一实施例，图A的半导体构造更包括具有复数个制成的金属化线、通孔、以及短截部的第一牺牲层的简化的、部分的、分解的剖面图。图1C是依据本专利技术的又另一实施例，图1B的半导体构造具有复数个制成的牺牲层，其中每一层包括复数个短截部的简化的、部分的、分解的剖面图。图1D是依据本专利技术的再另一实施例，具有空气作为介电材料的蚀刻后多层半导体构造的简化的、部分的、分解的剖面图。图1E是依据本专利技术的一方面，图1D的蚀刻后空气介电质多层半导体构造更包括一钝化盖覆层的简化的、部分的、分解的剖面图。图1F-1是依据本专利技术的另一方面，图1D的蚀刻后多层半导体构造已被多孔性低K介电材料填满的简化的、部分的、分解的剖面图。图1F-2是依据本专利技术的又另一实施例，图1F的蚀刻后低K介电质填满的半导体构造由一钝化盖覆层所覆盖的简化的、部分的、焊炸的剖面图。图2是依据本专利技术的另一方面，用以制造具有复数条铜金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，包含：一基板，具有复数个晶体管装置；复数条铜交互连接金属化线与复数个导电通孔，界定于该半导体装置的复数个交互连接阶层中的每一阶层中，该复数条铜交互连接金属化线与该复数个导电通孔是藉由一空气介电质而相互隔绝；以 及复数个支持短截部，该复数个支持短截部中的每一个是建构为形成一延伸经过该半导体装置的该复数个交互连接阶层的支持柱。

【技术特征摘要】
US 2001-3-28 09/821,4151.一种半导体装置，包含一基板，具有复数个晶体管装置；复数条铜交互连接金属化线与复数个导电通孔，界定于该半导体装置的复数个交互连接阶层中的每一阶层中，该复数条铜交互连接金属化线与该复数个导电通孔是藉由一空气介电质而相互隔绝；以及复数个支持短截部，该复数个支持短截部中的每一个是建构为形成一延伸经过该半导体装置的该复数个交互连接阶层的支持柱。2.如权利要求1的半导体装置，其中该复数条铜交互连接金属化线与该复数个导电通孔界定双重镶嵌结构。3.如权利要求1的半导体装置，其中该复数个支持短截部并未电性交互连接至该复数条铜交互连接金属化线与该复数个导电通孔。4.如权利要求1的半导体装置，更包含一钝化层，界定于该复数条铜交互连接金属化线与该复数个导电通孔的最顶层上方。5.如权利要求4的半导体装置，其中该复数个支持短截部更支持该钝化层。6.一种半导体装置，包含一基板，具有复数个晶体管装置；复数条铜交互连接金属化线与复数个导电通孔，界定于该半导体装置的复数个交互连接阶层中的每一阶层中，该复数条铜交互连接金属化线与该复数个导电通孔是藉由一多孔性介电材料而相互隔绝；以及复数个支持短截部，该复数个支持短截部中的每一个是建构为形成一延伸经过该半导体装置的该复数个交互连接阶层的支持柱。7.如权利要求6的半导体装置，其中该复数个支持短截部并未电性交互连接至该复数条铜交互连接金属化线与该复数个导电通孔。8.如权利要求6的半导体装置，更包含一钝化层，界定于该复数条铜交互连接金属化线与该复数个导电通孔的最顶层上方。9.一种半导体装置的制造方法，包含形成复数个晶体管结构于一基板上；形成复数个交互连接金属化结构于复数个阶层中，该复数个交互连接金属化结构的形成包括沉积一牺牲层；进行一双重镶嵌制程以蚀刻复数个渠沟与复数个通孔，以及填满且平坦化该复数个渠沟与该复数个通孔，...

【专利技术属性】
技术研发人员：耶海尔哥特基斯，戴维魏，罗德尼基斯特勒，
申请(专利权)人：兰姆研究有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]