專(zhuān)利名稱(chēng)：實(shí)現(xiàn)空氣橋互聯(lián)的方法及具有空氣橋互聯(lián)結(jié)構(gòu)的芯片的制作方法
實(shí)現(xiàn)空氣橋互聯(lián)的方法及具有空氣橋互聯(lián)結(jié)構(gòu)的芯片方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造工藝，尤其涉及可以降低寄生電容的芯片的空氣 橋互聯(lián)方法，以及采用上述方法得到的具有空氣橋互聯(lián)結(jié)構(gòu)的芯片。
背景技術(shù)：
在集成電路制造領(lǐng)域，隨著集成電路的特征尺寸不斷降低，芯片集成度不 斷提高，傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式、工藝材料以及器件模型等均面臨諸多挑戰(zhàn)。
在現(xiàn)有的集成電路制造過(guò)程中，阻容遲滯(7 CDelay)而引起的信號(hào)傳播 延遲、線(xiàn)間干擾以及功率耗散等，是集成電路工藝技術(shù)發(fā)展面臨的重要問(wèn)題之 一。引起這一現(xiàn)象的主要源頭之一是芯片的金屬互聯(lián)的部分。在金屬互聯(lián)部分， 阻容遲滯現(xiàn)象可以用以下公式來(lái)描述
t = RC = (pL/Wtmetal) X (fe0LW/tILD)
其中t為信號(hào)延遲，R為金屬引線(xiàn)的電阻，C為金屬間介電層的電容，p
為互聯(lián)金屬的電阻率，L為金屬引線(xiàn)長(zhǎng)度，W為金屬引線(xiàn)長(zhǎng)度，tmeta!與tiD分 別為金屬引線(xiàn)以及金屬間介電層的厚度，A為金屬間介電層的介電常數(shù)，So為 真空介電常數(shù)。由公式可見(jiàn)，選用電阻率比較小的金屬材料作為引線(xiàn)材料，和 選用介電常數(shù)比較小的材料作為介電材料，有利于降低信號(hào)延時(shí)，從而提高時(shí)
鐘頻率。銅的電阻率為1.7p^cm，鋁的電阻率為2.8p&cm，所以銅更為優(yōu)越。 同時(shí)由于采用銅線(xiàn)可以降低互聯(lián)層的厚度，所以同時(shí)也降低了上述公式中的電 容C。降低阻容遲滯的另一條有效途徑，是選用低介電常數(shù)的材料作為介電材 料。
目前，單純采用銅來(lái)代替鋁作為互聯(lián)材料可以降低阻容遲滯大約40%，而 選用低介電常數(shù)的材料能夠降低阻容遲滯的程度則決定于選擇材料的介電常 數(shù)值大小?，F(xiàn)有技術(shù)中，普遍采用的介電材料包括氟化硅玻璃(FSG)，其介 電常數(shù)為3.8，經(jīng)改進(jìn)后的金屬間介質(zhì)層的介電常數(shù)可以降低至2.5左右。眾所
周知，空氣的介電常數(shù)值接近l，因此空氣作為金屬互連線(xiàn)之間填充介質(zhì)，實(shí) 現(xiàn)業(yè)內(nèi)所謂的"空氣橋互聯(lián)"結(jié)構(gòu)，可以更加有效地降低芯片的阻容遲滯現(xiàn)象。 但是，由于采用空氣代替現(xiàn)有的介電材料作為金屬間的介質(zhì)層，導(dǎo)致金屬 引線(xiàn)完全暴露出來(lái)，極易受到環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致芯片性能的不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種實(shí)現(xiàn)芯片空氣橋互聯(lián)方法，將空 氣作為金屬間介質(zhì)層材料，更加有效地降低芯片的阻容遲滯現(xiàn)象，并且可以保 護(hù)金屬引線(xiàn)免受外界環(huán)境因素的影響，提高已封裝的芯片性能的穩(wěn)定性。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種實(shí)現(xiàn)芯片空氣橋互聯(lián)方法，包括如 下步驟提供第一半導(dǎo)體襯底，所述第一半導(dǎo)體襯底表面具有金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)， 金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)以第一介質(zhì)材料作為金屬間介質(zhì)；采用選擇性腐蝕工藝去除第一 介質(zhì)材料，將金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)暴露出來(lái)；提供第二半導(dǎo)體襯底，、所述第二半導(dǎo)體 襯底表面具有介質(zhì)層，所述介質(zhì)層由第二介質(zhì)材料構(gòu)成；將起泡離子注入第二 半導(dǎo)體襯底中；以介質(zhì)層的表面與金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)的表面作為鍵合表面，對(duì)第二 半導(dǎo)體襯底與第一半導(dǎo)體襯底進(jìn)行鍵合；將鍵合在一起的第一與第二半導(dǎo)體襯 底退火，退火在起泡離子的注入位置引起起泡剝離現(xiàn)象，將第二半導(dǎo)體襯底的 一部分剝離；除去介質(zhì)層背面第二半導(dǎo)體襯底的殘余部分；在介質(zhì)層中制作引 線(xiàn)孔；制作上層金屬連線(xiàn)。
作為較佳技術(shù)方案，還包括如下步驟在金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)表面沉積絕緣支撐
層
作為較佳技術(shù)方案，所述起泡離子選自于氫離子、氦離子中的一種或兩種， 所述起泡離子的注入位置與第二半導(dǎo)體襯底與介質(zhì)層之間界面的距離范圍為 lnm 100nm。
作為較佳技術(shù)方案，所述鍵合工藝在密閉的環(huán)境中進(jìn)行，環(huán)境中的氣體選 自于H2、 02、 N2、 Ar中的一種或多種，所述鍵合工藝所采用的環(huán)境氣壓小于 1300Pa，等離子體活化的射頻功率范圍為500W 5000W。
作為較佳技術(shù)方案，所述退火在密閉的環(huán)境中進(jìn)行，環(huán)境中的氣體選自于
H2、 N2、 Ar中的一種或多種，所'述退火的溫度范圍是30(TC 50(rC，持續(xù)時(shí) 間10min 50min。
作為較佳技術(shù)方案，所述第一和第二半導(dǎo)體襯底為單晶硅襯底。 作為較佳技術(shù)方案，所述第一介質(zhì)材料選自于氧化硅、氮化硅、氟硅玻璃
中的一種或多種，所述第二介質(zhì)材料選自于氧化硅、氮化硅中的一種或多種，
所述介質(zhì)層的厚度范圍為0.2pm 1.0nm。
作為較佳技術(shù)方案，所述選擇性腐蝕工藝為采用含有HF的腐蝕液的濕法 腐蝕工藝。
作為較佳技術(shù)方案，所述金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)之金屬為銅。
作為較佳技術(shù)方案，所述沉積絕緣支撐層的工藝為化學(xué)氣相沉積或者原子 層沉積，所述絕緣支撐層的材料為氧化硅，所述絕緣支撐層的厚度范圍為 lnm 100nm。
作為較佳技術(shù)方案，所述除去介質(zhì)層背面第二半導(dǎo)體襯底的殘余部分采用 選擇性腐蝕或者研磨的方法。
作為較佳技術(shù)方案，所述上層金屬連線(xiàn)的材料為鋁。
本發(fā)明還提供了一種由上述方法制作的具有空氣橋互聯(lián)結(jié)構(gòu)的芯片，包括 半導(dǎo)體襯底、置于半導(dǎo)體襯底表面的金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)，還包括覆蓋于金屬布線(xiàn)結(jié) 構(gòu)上方的保護(hù)層；所述金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)采用空氣作為金屬間隔離介質(zhì)。
作為較佳技術(shù)方案，還包括置于金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)表面的絕緣支撐層。
作為較佳技術(shù)方案，所述半導(dǎo)體襯底為單晶硅襯底。
作為較佳技術(shù)方案，所述金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)之金屬為銅。
作為較佳技術(shù)方案，所述保護(hù)層包括介質(zhì)層和上層金屬連線(xiàn)，所述介質(zhì)層 的材料選自于氧化硅、氮化硅中的一種或多種，所述介質(zhì)層包括若干用于上層 金屬連線(xiàn)的引線(xiàn)孔，所述上層金屬連線(xiàn)的材料為鋁。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，在采用空氣作為金屬間介質(zhì)層，導(dǎo)致金屬引線(xiàn)完全暴 露出來(lái)的情況下，采用鍵合的方法制作保護(hù)層，將金屬引線(xiàn)完全覆蓋，可以起 到保護(hù)金屬引線(xiàn)的作用，降低環(huán)境因素對(duì)金屬引線(xiàn)的影響，提高封裝后的芯片 工作穩(wěn)定性，由于空氣的介電常數(shù)值接近l，因而可以極大地降低寄生電容，
降低器件互聯(lián)的/ C延遲，同時(shí)避免使用沉積價(jià)格昂貴的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜 材料的工藝流程。


附圖1所示為本發(fā)明提供的實(shí)現(xiàn)芯片空氣橋互聯(lián)的方法的具體實(shí)施方式
的 工藝流程附圖2至附圖10所示為本發(fā)明所提供的實(shí)現(xiàn)芯片空氣橋互聯(lián)的方法的具 體實(shí)施方式的工藝示意附圖11所示為本發(fā)明所提供的具有空氣橋互聯(lián)結(jié)構(gòu)的芯片的具體實(shí)施方 式示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的實(shí)現(xiàn)芯片空氣橋互聯(lián)的方法及具有空氣橋 互聯(lián)結(jié)構(gòu)的芯片的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)說(shuō)明。
附圖1所示為本發(fā)明提供的實(shí)現(xiàn)芯片空氣橋互聯(lián)方法的具體實(shí)施方式
的工 藝流程圖。步驟SIO，提供第一半導(dǎo)體襯底，所述第一半導(dǎo)體襯底表面具有金 屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)，金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)以第一介質(zhì)材料作為金屬間介質(zhì)；步驟Sll，采用 選擇性腐蝕工藝去除第一介質(zhì)材料，將金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)暴露出來(lái)；步驟S12，在 金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)表面沉積絕緣支撐層；步驟S13，提供第二半導(dǎo)體襯底，所述第 二半導(dǎo)體襯底表面具有介質(zhì)層，所述介質(zhì)層由第二介質(zhì)材料構(gòu)成；步驟S14， 將起泡離子注入第二半導(dǎo)體襯底中；步驟S15，以介質(zhì)層的表面與金屬布線(xiàn)結(jié) 構(gòu)的表面作為鍵合表面，對(duì)第二半導(dǎo)體襯底與第一半導(dǎo)體襯底進(jìn)行鍵合；步驟 S16，將鍵合在一起的第一與第二半導(dǎo)體襯底退火，退火在起泡離子的注入位 置引起起泡剝離現(xiàn)象，將第二半導(dǎo)體襯底的一部分剝離；步驟S17，除去介質(zhì) 層背面第二半導(dǎo)體襯底的殘余部分；步驟S18，在介質(zhì)層中制作引線(xiàn)孔；步驟 S19，制作上層金屬連線(xiàn)。
附圖2至附圖10所示為本發(fā)明所提供的實(shí)現(xiàn)芯片空氣橋互聯(lián)的方法的具 體實(shí)施方式的工藝示意圖。
附圖2所示，參考步驟SIO，提供第一半導(dǎo)體襯底100，所述第一半導(dǎo)體 襯底100表面具有金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)101，金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)101以第一介質(zhì)材料作為 金屬間介質(zhì)。所述金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)101可以是各種集成電路后道工藝中形成的布 線(xiàn)結(jié)構(gòu)，例如可以是單層或者多層的大馬士革結(jié)構(gòu)。
所述第一半導(dǎo)體襯底100為單晶硅襯底，可以是P型單晶硅襯底或者N 型單晶硅襯底。在實(shí)際應(yīng)用中，所述第一半導(dǎo)體襯底100可以是半導(dǎo)體領(lǐng)域技 術(shù)人員熟知的各種半導(dǎo)體材料，包括多晶結(jié)構(gòu)的硅、絕緣體上硅(SOI)等。
所述金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)101之金屬為銅。銅是目前半導(dǎo)體工藝中最常見(jiàn)的金屬 布線(xiàn)所采用的材料。在其他的工藝中，也可以采用鋁、鎢、鈦或者上述金屬的 硅化物等物質(zhì)作為金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)101的材料。
第一介質(zhì)材料選自于氧化硅、氮化硅、氟硅玻璃(FSG)中的一種至三種。 上述均為半導(dǎo)體工藝中常見(jiàn)的用于金屬層間介質(zhì)的材料。在實(shí)際應(yīng)用中，也可 以根據(jù)需要選擇其他介質(zhì)材料，用于金屬布線(xiàn)之間的電學(xué)隔離。
附圖3所示，參考步驟Sll，采用選擇性腐蝕工藝去除第一介質(zhì)材料，將 金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)101暴露出來(lái)；
所述選擇性腐蝕工藝為采用含有HF的腐蝕液的濕法腐蝕工藝。對(duì)于附圖 3所示的結(jié)構(gòu)，最優(yōu)的腐蝕方式是濕法選擇性腐蝕工藝。將金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)101 置于氫氟酸溶液或者含有氟化銨的氫氟酸緩沖溶液，HF與二氧化硅反應(yīng)遠(yuǎn)快 于同金屬的反應(yīng)速率，即此溶液可以做到對(duì)二氧化硅的選擇性腐蝕。也可以選 擇其他的腐蝕方法，只要所采用的腐蝕液對(duì)二氧化硅的腐蝕速度大于腐蝕金屬 和半導(dǎo)體襯底等其他結(jié)構(gòu)速率的十倍，即可以做到對(duì)二氧化硅的選擇性腐蝕。 采用選擇性腐蝕工藝將第一介質(zhì)材料除去之后，金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)101即暴露出來(lái)。
附圖4所示，參考步驟S12，在金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)101表面沉積絕緣支撐層102。
所述沉積絕緣支撐層102的工藝為半導(dǎo)體工藝中常見(jiàn)的化學(xué)氣相沉積或者 原子層沉積，也可以是物理氣相沉積、等離子體輔助沉積等其他方法。所述絕 緣支撐層102的材料為氧化硅。氧化硅材料制備工藝簡(jiǎn)單，不引起額外污染， 是制作絕緣支撐層102的一種優(yōu)選材料。絕緣支撐層102也可以采用氮化硅等
其他具有一定機(jī)械強(qiáng)度的絕緣材料。所述絕緣支撐層102的厚度范圍為lnm 畫(huà)nm。
為了獲得更好的技術(shù)效果，可以選擇實(shí)施此步驟。制作絕緣支撐層102的 目的在于增加金屬引線(xiàn)結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度，并將金屬表面覆蓋后，可以防止由于 環(huán)境因素，例如水氣或者灰塵等，引起的金屬引線(xiàn)間產(chǎn)生放電現(xiàn)象。
附圖5所示，參考步驟S13，提供第二半導(dǎo)體襯底200，所述第二半導(dǎo)體 襯底200表面具有介質(zhì)層201，所述介質(zhì)層201由第二介質(zhì)材料構(gòu)成。
所述第二半導(dǎo)體襯底200為單晶硅襯底，可以是P型單晶硅襯底或者N 型單晶硅襯底。在實(shí)際應(yīng)用中，所述第二半導(dǎo)體襯底200可以是半導(dǎo)體領(lǐng)域技 術(shù)人員熟知的各種半導(dǎo)體材料，包括多晶結(jié)構(gòu)的硅、絕緣體上硅(SOI)等。
第二介質(zhì)材料選自于氧化硅、氮化硅中的一種或兩種。在實(shí)際應(yīng)用中，也 可以根據(jù)需要選擇其他介質(zhì)材料。所述介質(zhì)層的厚度范圍為0.2pm l.(^m。
在本具體實(shí)施方式
中，如附圖5所示，采用氮化硅和氧化硅的雙層復(fù)合結(jié) 構(gòu)，包括置于第二半導(dǎo)體襯底200表面的氮化硅層，和置于氮化硅表面的氧化 硅層。此結(jié)構(gòu)有利于提高介質(zhì)層的質(zhì)量，并且可以更好地釋放后續(xù)工藝中產(chǎn)生 的應(yīng)力。
附圖6示，參考步驟S14，將起泡離子注入第二半導(dǎo)體襯底200中。所 述起泡離子選自于氫離子、氦離子中的一種或兩種，亦即可以采用氫離子注入， 也可以采用氦離子注入，也可以采用氫、氦離子共注入。實(shí)際應(yīng)用中，也可以 采用氮離子等其他可以在第二半導(dǎo)體襯底200中產(chǎn)生氣泡的離子進(jìn)行注入。所 述起泡離子的注入位置與第二半導(dǎo)體襯底200與介質(zhì)層201之間界面的距離d 的取值范圍為lnm 100nm。在工藝實(shí)施過(guò)程中，在注入離子和注入能量以及 第二半導(dǎo)體襯底200和介質(zhì)層201的材料均已確定的情況下，可以計(jì)算出注入 離子的深度，調(diào)節(jié)注入能量，可以離子注入到第二半導(dǎo)體襯底200中，并保證 第二半導(dǎo)體襯底200與介質(zhì)層201之間的界面與注入離子的位置之間的距離為 lnm 100nm。
附圖7所示，參考步驟S15，以介質(zhì)層201的表面與金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)101的 表面作為鍵合表面，對(duì)第二半導(dǎo)體襯底200與第一半導(dǎo)體襯底100進(jìn)行鍵合。 在實(shí)施步驟S12的情況下，所述金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)101的表面為絕緣支撐層
102。
為了獲得更好的鍵合質(zhì)量，所述鍵合工藝可以選擇在密閉的環(huán)境中進(jìn)行， 環(huán)境中的氣體選自于H2、 02、 N2、 Ar中的一種至四種，所述鍵合工藝所采用 的環(huán)境氣壓小于1300Pa，鍵合的表面采用等離子體活化，活化等離子所采用的 射頻功率范圍為500W 5000W。
通過(guò)鍵合操作，可以將介質(zhì)層201的表面與金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)101的絕緣支撐 層102表面貼合在一起，介質(zhì)層201將金屬引線(xiàn)結(jié)構(gòu)101覆蓋起來(lái)，對(duì)金屬引 線(xiàn)結(jié)構(gòu)101起到了進(jìn)一步的保護(hù)作用。
附圖8所示，參考步驟S16，將鍵合在一起的第一與第二半導(dǎo)體襯底100 與200退火，退火在起泡離子的注入位置引起起泡剝離現(xiàn)象，將第二半導(dǎo)體襯 底200的一部分剝離。剝離之后殘余第二半導(dǎo)體襯底200的一部分200'。
為了獲得更好的技術(shù)效果，所述退火可以選擇在密閉的環(huán)境中進(jìn)行，環(huán)境 中的氣體選自于H2、 N2、 Ar中的一種至三種，所述退火的溫度范圍是300°C 500°C。在受熱的情況下，注入的離子容易聚集形成氣泡，氣泡不斷的聚集， 形成連續(xù)的氣泡層，在此位置將引起起泡層的剝離現(xiàn)象。在退火引起起泡剝離 現(xiàn)象的工藝中，退火溫度過(guò)高容易對(duì)金屬引線(xiàn)結(jié)構(gòu)造成破壞，退火溫度過(guò)低不 利于氣泡剝離現(xiàn)象的發(fā)生，300。C 50(TC是較佳的取值范圍，退火的較佳時(shí)間 長(zhǎng)度為10min 50min。
附圖9所示，參考步驟S17，除去介質(zhì)層201背面第二半導(dǎo)體襯底200的 殘余部分200'。
所述除去介質(zhì)層201背面第二半導(dǎo)體襯底的殘余部分200'采用選擇性腐蝕 或者研磨的方法。例如可以采用含氯的氣體進(jìn)行干法腐蝕除去殘余部分200'， 而將介質(zhì)層201保留。也可以采用化學(xué)機(jī)械拋光的方法將殘余部分200'除去。 上述方法均為本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員常見(jiàn)的方法，此處不予敷述。
線(xiàn)結(jié)構(gòu)101中需要引出金屬引線(xiàn)的對(duì)應(yīng)位置制作引線(xiàn)孔。引線(xiàn)孔可以采用常規(guī) 的光刻工藝進(jìn)行。在制作引線(xiàn)空位置的介質(zhì)層以及下方的絕緣支撐結(jié)構(gòu)被除 去，露出下方金屬引線(xiàn)結(jié)構(gòu)的金屬部分，為下一步制作上層金屬連接線(xiàn)做準(zhǔn)備。
參考步驟S19，制作上層金屬連線(xiàn)202。所述上層金屬連線(xiàn)202的材料為 鋁，鋁金屬易于制備、電導(dǎo)率高、容易焊接，因此采用鋁制作上層金屬連線(xiàn)202 是一種較佳的技術(shù)方案。制作工藝可以采用熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)或者磁控濺射 等工藝，得到連續(xù)的金屬層之后，采用光刻手段定義出需要的圖形。此步驟實(shí) 施完畢后得到的結(jié)構(gòu)請(qǐng)參照下一具體實(shí)施方式
中的附圖11。
下面給出本發(fā)明所述之具有空氣橋互聯(lián)結(jié)構(gòu)的芯片的具體實(shí)施方式
。 附圖11所示為采用包括上述步驟在內(nèi)的方法得到的具有空氣橋互聯(lián)結(jié)構(gòu) 的芯片的具體實(shí)施方式
示意圖。包括半導(dǎo)體襯底300、置于半導(dǎo)體襯底表面的 金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)301、覆蓋于金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)301上方的保護(hù)層，所述金屬布線(xiàn)結(jié) 構(gòu)301采用空氣作為金屬間隔離介質(zhì)。所述保護(hù)層包括介質(zhì)層302和上層金屬 連線(xiàn)303。
為了獲得更好的技術(shù)效果，本具體實(shí)施方式
中所述之具有空氣橋互聯(lián)結(jié)構(gòu) 的芯片還包括置于金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)301表面的絕緣支撐層304。絕緣支撐層304 的目的在于增加金屬引線(xiàn)結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度，并將金屬表面覆蓋后，可以防止由 于環(huán)境因素，例如水氣或者灰塵等，引起的金屬引線(xiàn)間產(chǎn)生放電現(xiàn)象。
在本具體實(shí)施方式
中，所述金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)301之金屬為銅，銅是目前半導(dǎo) 體工藝中最常見(jiàn)的金屬布線(xiàn)所采用的材料。在其他的工藝中，也可以采用鋁、 鎢、鈦或者上述金屬的硅化物等物質(zhì)。所述金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)301可以是各種集成 電路后道工藝中形成的布線(xiàn)結(jié)構(gòu)，例如可以是單層或者多層的大馬士革結(jié)構(gòu)。
介質(zhì)層302的材料選自于氧化硅、氮化硅中的一種或兩種。在實(shí)際應(yīng)用中， 也可以根據(jù)需要選擇其他介質(zhì)材料。所述介質(zhì)層的厚度范圍為0.2pm l.(^m。
在本具體實(shí)施方式
中，介質(zhì)層302采用氮化硅和氧化硅的雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)， 包括氮化硅層和氧化硅層。此結(jié)構(gòu)有利于提高介質(zhì)層的質(zhì)量，并且可以更好地
釋放后續(xù)工藝中產(chǎn)生的應(yīng)力。
在本具體實(shí)施方式
中，所述介質(zhì)層302包括若干用于上層金屬連線(xiàn)303的 引線(xiàn)孔，所述上層金屬連線(xiàn)303的材料為鋁。鋁金屬易于制備、電導(dǎo)率高、容 易焊接，因此采用鋁制作上層金屬連線(xiàn)303是一種較佳的技術(shù)方案。
在本具體實(shí)施方式
中，所述半導(dǎo)體襯底300為單晶硅襯底，可以是P型單 晶硅襯底或者N型單晶硅襯底。在實(shí)際應(yīng)用中，所述半導(dǎo)體襯底300可以是半 導(dǎo)體領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的各種半導(dǎo)體材料，包括多晶結(jié)構(gòu)的硅、絕緣體上硅 (SOO等。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些 改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)芯片空氣橋互聯(lián)的方法，其特征在于，包括如下步驟提供第一半導(dǎo)體襯底，所述第一半導(dǎo)體襯底表面具有金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)，金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)以第一介質(zhì)材料作為金屬間介質(zhì)；采用選擇性腐蝕工藝去除第一介質(zhì)材料，將金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)暴露出來(lái)；提供第二半導(dǎo)體襯底，所述第二半導(dǎo)體襯底表面具有介質(zhì)層，所述介質(zhì)層由第二介質(zhì)材料構(gòu)成；將起泡離子注入第二半導(dǎo)體襯底中；以介質(zhì)層的表面與金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)的表面作為鍵合表面，對(duì)第二半導(dǎo)體襯底與第一半導(dǎo)體襯底進(jìn)行鍵合；將鍵合在一起的第一與第二半導(dǎo)體襯底退火，退火在起泡離子的注入位置引起起泡剝離現(xiàn)象，將第二半導(dǎo)體襯底的一部分剝離；除去介質(zhì)層背面第二半導(dǎo)體襯底的殘余部分；在介質(zhì)層中制作引線(xiàn)孔；制作上層金屬連線(xiàn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述之實(shí)現(xiàn)芯片空氣橋互聯(lián)的方法，其特征在于，還包括 如下步驟在金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)表面沉積絕緣支撐層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述之實(shí)現(xiàn)芯片空氣橋互聯(lián)的方法，其特征在于，所述沉 積絕緣支撐層的工藝為化學(xué)氣相沉積或者原子層沉積。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述之實(shí)現(xiàn)芯片空氣橋互聯(lián)的方法，其特征在于，所述絕 緣支撐層的材料為氧化硅。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述之實(shí)現(xiàn)芯片空氣橋互聯(lián)的方法，其特征在于，所述絕 緣支撐層的厚度范圍為lnm至100nm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述之實(shí)現(xiàn)芯片空氣橋互聯(lián)的方法，其特征在于，所述起 泡離子選自于氫離子、氦離子中的一種或兩種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述之實(shí)現(xiàn)芯片空氣橋互聯(lián)的方法，其特征在于，所述起 泡離子的注入位置與第二半導(dǎo)體襯底與介質(zhì)層之間界面的距離范圍為lnm 至廳nrn。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述之實(shí)現(xiàn)芯片空氣橋互聯(lián)的方法，其特征在于，所述鍵 合工藝在密閉的環(huán)境中進(jìn)行，環(huán)境中的氣體選自于H2、 02、 N2、 Ar中的一 種或多種。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述之實(shí)現(xiàn)芯片空氣橋互聯(lián)的方法，其特征在于，所述鍵 合工藝所采用的環(huán)境氣壓小于1300Pa,等離子體活化的射頻功率范圍為 500W至5000W。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述之實(shí)現(xiàn)芯片空氣橋互聯(lián)的方法，其特征在于，所述退 火在密閉的環(huán)境中進(jìn)行，環(huán)境中的氣體選自于H2、 N2、 Ar中的一種或多種。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述之實(shí)現(xiàn)芯片空氣橋互聯(lián)的方法，其特征在于，所述退 火的溫度范圍是30(TC至500°C，持續(xù)時(shí)間10min至50min。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述之實(shí)現(xiàn)芯片空氣橋互聯(lián)的方法，其特征在于，所述第 一和第二半導(dǎo)體襯底為單晶硅襯底。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述之實(shí)現(xiàn)芯片空氣橋互聯(lián)的方法，其特征在于，所述第 一介質(zhì)材料選自于氧化硅、氮化硅、氟硅玻璃中的一種或多種。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述之實(shí)現(xiàn)芯片空氣橋互聯(lián)的方法，其特征在于，所述第 二介質(zhì)材料選自于氧化硅、氮化硅中的一種或多種。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述之實(shí)現(xiàn)芯片空氣橋互聯(lián)的方法，其特征在于，所述介 質(zhì)層的厚度范圍為0.2|im至l.O(im。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述之實(shí)現(xiàn)芯片空氣橋互聯(lián)的方法，其特征在于，所述選 擇性腐蝕工藝為采用含有HF的腐蝕液的濕法腐蝕工藝。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述之實(shí)現(xiàn)芯片空氣橋互聯(lián)的方法，其特征在于，所述金 屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)之金屬為銅。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述之實(shí)現(xiàn)芯片空氣橋互聯(lián)的方法，其特征在于，所述除 去介質(zhì)層背面第二半導(dǎo)體襯底的殘余部分采用選擇性腐蝕或者研磨的方 法。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述之實(shí)現(xiàn)芯片空氣橋互聯(lián)的方法，其特征在于，所述上 層金屬連線(xiàn)的材料為鋁。
20. —種由權(quán)利要求1中所述方法形成的具有空氣橋互聯(lián)結(jié)構(gòu)的芯片，包括半導(dǎo)體襯底、置于半導(dǎo)體襯底表面的金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)，其特征在于 還包括覆蓋于金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)上方的保護(hù)層； 所述金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)采用空氣作為金屬間隔離介質(zhì)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述之具有空氣橋互聯(lián)結(jié)構(gòu)的芯片，其特征在于，還包括 置于金屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)表面的絕緣支撐層。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20所述之具有空氣橋互聯(lián)結(jié)構(gòu)的芯片，其特征在于，所述半 導(dǎo)體襯底為單晶硅襯底。
23. 根據(jù)權(quán)利要求20所述之具有空氣橋互聯(lián)結(jié)構(gòu)的芯片，其特征在于，所述金 屬布線(xiàn)結(jié)構(gòu)之金屬為銅。
24. 根據(jù)權(quán)利要求20所述之具有空氣橋互聯(lián)結(jié)構(gòu)的芯片，其特征在于，所述保 護(hù)層包括介質(zhì)層和上層金屬連線(xiàn)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述之具有空氣橋互聯(lián)結(jié)構(gòu)的芯片，其特征在于，所述介 質(zhì)層的材料選自于氧化硅、氮化硅中的一種或兩種。
26. 根據(jù)權(quán)利要求24所述之具有空氣橋互聯(lián)結(jié)構(gòu)的芯片，其特征在于，所述介 質(zhì)層包括若干用于上層金屬連線(xiàn)的引線(xiàn)孔。
27. 根據(jù)權(quán)利要求24所述之具有空氣橋互聯(lián)結(jié)構(gòu)的芯片，其特征在于，所述上 層金屬連線(xiàn)的材料為鋁。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種實(shí)現(xiàn)芯片空氣橋互聯(lián)的方法，包括如下步驟提供第一半導(dǎo)體襯底；采用選擇性腐蝕工藝去除第一介質(zhì)材料；提供第二半導(dǎo)體襯底；將起泡離子注入第二半導(dǎo)體襯底中；對(duì)第二半導(dǎo)體襯底與第一半導(dǎo)體襯底進(jìn)行鍵合；退火；除去介質(zhì)層背面的殘余部分；制作引線(xiàn)孔；制作上層金屬連線(xiàn)。本發(fā)明還提供了一種具有空氣橋互聯(lián)結(jié)構(gòu)的芯片。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，在采用空氣作為金屬間介質(zhì)層，導(dǎo)致金屬引線(xiàn)完全暴露出來(lái)的情況下，采用鍵合的方法制作保護(hù)層，將金屬引線(xiàn)完全覆蓋，由于空氣的介電常數(shù)值接近1，因而可以極大地降低寄生電容，降低器件互聯(lián)的RC延遲，同時(shí)避免使用沉積價(jià)格昂貴的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜材料的工藝流程。
文檔編號(hào)H01L23/522GK101355049SQ20081003795
公開(kāi)日2009年1月28日 申請(qǐng)日期2008年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月23日
發(fā)明者曦 王, 肖德元, 星 魏 申請(qǐng)人:上海新傲科技有限公司;中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司