專利名稱：半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法、制備含氣隙圖案的光罩的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例是有關(guān)于集成電路，且特別是有關(guān)于一種具有氣隙區(qū)域的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
典型地，半導(dǎo)體制造工藝分成兩個主要階段前段工藝階段(front-end process stage)和后段(back-end-of-line，BE0L)工藝階段。此前段工藝是指形成半導(dǎo)體基材上的電子組件和/或電子組件，電子組件諸如是晶體管，電子組件諸如是電阻和電容。另一方面，后段工藝是指在不同的電子組件和電子組件之間形成金屬內(nèi)連線，以實(shí)現(xiàn)所設(shè)計的電路。通常來說，金屬內(nèi)連線的各層是通過絕緣介電材料來做電性絕緣的，諸如氧化硅或硅酸鹽玻璃。一般地，當(dāng)集成芯片(IC)上結(jié)構(gòu)和電子組件的密度增加且尺寸減小時，導(dǎo)電組件之間的寄生電容增大。由于功耗和阻容(resistive-capacitive，RC)時間常數(shù)的增大，這些增大的寄生電容還影響IC中電信號的傳輸。為了降低上面提到的效應(yīng)，使用具有較低阻抗的金屬，諸如銅，來形成金屬內(nèi)連線。低介電常數(shù)(低k)的材料，其介電常數(shù)低于氧化硅或硅酸鹽玻璃的介電常數(shù)，已經(jīng)被開發(fā)用作導(dǎo)電組件間放置的填充物。此外，使用低k材料后，在填充物內(nèi)經(jīng)常形成的孔隙會進(jìn)一步減小有效介電常數(shù)(k)值，這是因?yàn)榭諝饩哂蟹浅＝咏谡婵盏慕殡姵?shù)，即，略大于1。這種多孔材料觀念的延伸是在介電材料填充物內(nèi)形成氣隙，以進(jìn)一步減小半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的有效介電常數(shù)值。但是，氣隙往往會引起IC的電子或結(jié)構(gòu)完整性方面的困擾，例如， 因新形成的介層窗插塞不慎碰到多個氣隙中之一而導(dǎo)致的IC失效，或因后續(xù)的粘結(jié)或封裝工藝期間遭受的壓力而導(dǎo)致的劃界或開裂。氣隙的使用還可能會引起其它關(guān)注，如，熱傳導(dǎo)問題和蝕刻終止層屈曲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法，以及制備含有氣隙圖案的光罩的方法。依據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括一第一含金屬層、一介電材料帽蓋層、一第二含金屬層和一導(dǎo)電墊。第一含金屬層包括一組金屬結(jié)構(gòu)；一介電材料填充物，其占據(jù)該第一含金屬層的一部分；以及一氣隙區(qū)域，由至少該組金屬結(jié)構(gòu)和該介電材料填充物所界定，且緊鄰該組金屬結(jié)構(gòu)的至少一部分。介電材料帽蓋層，形成于該第一含金屬層的上方。第二含金屬層，形成于該介電材料帽蓋層的上方，該第二含金屬層包括一介層窗插塞，該介層窗插塞電性連接至該組金屬結(jié)構(gòu)的一部分，且該介層窗插塞與該氣隙區(qū)域不重疊。導(dǎo)電墊，形成于該第二含金屬層的上方，且與該氣隙區(qū)域不重疊。其中，該介電材料帽蓋層的下表面限定該氣隙區(qū)域的頂界，該頂界具有一基本平坦的剖面。
其中，該氣隙區(qū)域和導(dǎo)電墊相隔至少一第一最小水平間距，該第一最小水平間距介于IOnm和20 μ m之間。其中，該氣隙區(qū)域和介層窗插塞相隔至少一第二最小水平間距，第二最小水平間距介于Onm和50nm之間。其中，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括一金屬覆蓋層，位于該組金屬結(jié)構(gòu)和該介電材料帽蓋層之間，且該金屬覆蓋層包括鈷鎢磷化物(CoWP)。依據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括從一第一含金屬層移除一介電材料填充物的一部分，以便根據(jù)一預(yù)定的氣隙圖案來界定一氣隙區(qū)域， 該第一含金屬層形成于一半導(dǎo)體基材的上方；用一熱分解聚合物來填充該氣隙區(qū)域；形成一介電材料帽蓋層于該第一含金屬層的上方；以及分解該熱分解聚合物。其中，該方法還包括選擇性地形成一金屬覆蓋層于該第一含金屬層的一組金屬結(jié)構(gòu)上。其中，填充該熱分解聚合物的步驟包括實(shí)施一旋轉(zhuǎn)涂布，以將一熱分解聚合物材料涂敷在該半導(dǎo)體基材上面；固化該熱分解聚合物材料；以及平坦化該熱分解聚合物材料。依據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供了一種制備含有氣隙圖案的光罩的方法，用于形成半導(dǎo)體組件的氣隙區(qū)域，該方法包括布設(shè)一墊圖案，以對應(yīng)于該半導(dǎo)體組件上將要形成的一組導(dǎo)電墊；布設(shè)一金屬結(jié)構(gòu)圖案，以對應(yīng)于該半導(dǎo)體組件的一第一含金屬層中將要形成的一組金屬結(jié)構(gòu)；布設(shè)一介層窗圖案，以對應(yīng)于該半導(dǎo)體組件的一第二含金屬層中將要形成的一組介層窗插塞；以及根據(jù)該墊圖案、該介層窗圖案和該金屬結(jié)構(gòu)圖案得到該氣隙圖案。其中，根據(jù)該墊圖案、該介層窗圖案和該金屬結(jié)構(gòu)圖案得到該氣隙圖案的步驟包括以一第一距離向外延展該墊圖案的外周，得到一擴(kuò)展的墊圖案；以一第二距離向外延展該介層窗圖案的外周，得到一擴(kuò)展的介層窗圖案；重疊和倒置該擴(kuò)展的墊圖案、該擴(kuò)展的介層窗圖案以及該金屬結(jié)構(gòu)圖案，以得到該氣隙圖案。采用本發(fā)明中具有氣隙區(qū)域的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法，可以獲得較小的有效介電常數(shù)，并且氣隙區(qū)域與介電材料填充物/金屬結(jié)構(gòu)的組合間的覆蓋率也有較大提高。


結(jié)合附圖，以示例的方式來描述本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例，但并不局限于此，這里具有相同參考標(biāo)記的組件表示相同的組件，其中圖1A-1G是一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖，繪示根據(jù)現(xiàn)有方法來制造具有氣隙區(qū)域的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法；圖2是根據(jù)一實(shí)施例，具有氣隙區(qū)域的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖3A-3F是一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖，繪示根據(jù)一實(shí)施例來制造具有氣隙區(qū)域的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法；以及圖4A-4C是多個光罩圖案的透視圖，繪示根據(jù)一實(shí)施例來制備含有氣隙圖案的光罩的方法，以形成半導(dǎo)體組件的氣隙區(qū)域。主要組件符號說明
101 基材103介電材料層105光阻層107 溝槽109損傷區(qū)111保護(hù)層113金屬線(或介層窗插塞)115氣隙區(qū)域117蝕刻終止層119介電材料層200半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)202導(dǎo)電墊204、206 鈍化層208擴(kuò)散阻障層210半導(dǎo)體基材212,214 含金屬層A居中區(qū)222 一組金屬結(jié)構(gòu)224介電材料填充物226氣隙區(qū)域228介電材料帽蓋層229金屬覆蓋層231介層窗插塞232 一組金屬結(jié)構(gòu)234介電材料填充物236氣隙區(qū)域238介電材料帽蓋層239金屬覆蓋層240介電材料層241介層窗插塞252、254、256最小水平間距310含金屬層312 一組金屬結(jié)構(gòu)314介電材料填充物316金屬覆蓋層318氣隙區(qū)域320半導(dǎo)體基材332 TDPi真充物340介電材料帽蓋層
402墊圖案404金屬結(jié)構(gòu)圖案406介層窗圖案408疊加的圖案410 光罩
具體實(shí)施例方式在下文中將詳細(xì)討論多個說明性實(shí)施例的制作和使用。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明揭露提供了許多可適用的概念，它們可以具體表現(xiàn)在廣泛的專業(yè)領(lǐng)域。所討論的特定實(shí)施例僅僅是說明性的，并不限定本揭露的保護(hù)范圍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員也可以領(lǐng)會到可替代的實(shí)施方案。如上所述，減小金屬內(nèi)連線中的寄生電容是非常重要的。在某些場合，對于使用 22nm制造技術(shù)的邏輯IC來說，寄生電容減小1 %意味著運(yùn)算速度提升0. 6%。圖1A-1G是一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖，繪示根據(jù)現(xiàn)有方法來制造具有氣隙區(qū)域的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。參照圖1A，一局部的裝配式集成電路包括一基材101，在基材上形成有不同的電子組件和組件。在一些實(shí)施例，這些組件和組件是在前段工藝階段或后段工藝階段所制造的。在基材101的頂部，形成一介電材料層103。介電材料層103是含有氧化硅的一介電材料填充物。在其它實(shí)施例，介電材料層103包括其它類型的材料，諸如氧化硅、低k材料或超低k材料，這里低k材料是介電常數(shù)低于3. 0的材料，超低k材料是介電常數(shù)低于2. 5 的材料。例如，低k介質(zhì)材料可以是含碳的介質(zhì)材料，并且還可以含有氮、氫、氧及其化合物。在一些實(shí)施例，使用一多孔結(jié)構(gòu)以降低介電材料層103的有效介電常數(shù)。介電材料層 103的最佳厚度在1000A和3500A之間。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會意識到，整個說明書所描述的尺寸與用來形成集成電路的技術(shù)是相關(guān)聯(lián)的，并且隨著向下縮放(down-scaling) 技術(shù)進(jìn)一步地調(diào)整。接著，在介電材料層103上沉積一光阻材料，以形成一光阻層105。透過一光罩來暴露光阻層105，從而對隨后將要形成的溝槽(或介層窗)107進(jìn)行圖案化。光阻層105和介電材料層的一部分被蝕刻掉以形成溝槽107。參照圖1B，在形成溝槽107期間，介電材料層103的一部分由于蝕刻/拋光工藝或等離子工藝而遭到損壞，并形成一損傷區(qū)109。依據(jù)一實(shí)施例，介電材料層103中的介質(zhì)材料包括Si-O-CH3末端(terminals)，且蝕刻和灰化工藝將它轉(zhuǎn)換成O-H末端。依據(jù)一實(shí)施例，損傷區(qū)109包括溝槽107底部的一部分和側(cè)壁，在底部處的厚度為約10 A到約300人，在側(cè)壁上的厚度為約IOA到約300入。參照圖1C，在損傷區(qū)109和溝槽107的上方沉積一保護(hù)層111。保護(hù)層111 一般比損傷區(qū)109要薄。依據(jù)一實(shí)施例，保護(hù)層111的厚度約為50-150nm。如圖IC所示，在一些實(shí)施例中，取決于使用的沉積工藝，形成的保護(hù)層111是不均勻的。參照圖1D，在形成保護(hù)層111后，金屬線(或介層窗插塞)113沉積于頂部，以完全地填充溝槽107。接著，如圖IE所示，平坦化部分完成的IC從而露出損傷區(qū)109的一部分。與包圍著損傷區(qū)109的保護(hù)層111以及介電材料層103的蝕刻選擇比相比較，在蝕刻工藝中損傷區(qū)109的形成具有不同的蝕刻選擇比，選擇性地通過蝕刻工藝來移除損傷區(qū)109，以形成氣隙區(qū)域115，如第IF圖所示。在一實(shí)施例中，可以使用稀釋過的氟化氫濕蝕刻技術(shù)。根據(jù)本技術(shù)揭露，本領(lǐng)域的技術(shù)人員也可以變更所使用的工藝和材料，對于另一類型的蝕刻工藝來說，損傷區(qū)109還可選擇位于介電材料層103的上方。參照第IG圖，在形成氣隙區(qū)域115之后，沉積一蝕刻終止層(etch-stop layer,ESL) 117，以便在部分完成的IC中密封氣隙區(qū)域115。此外，在蝕刻終止層117的上方形成另一介電材料層119。在完全地形成內(nèi)連結(jié)構(gòu)之后，在封裝工藝中，通過將IC上的電性墊片與封裝上的電子連接器粘結(jié)，形成一電子連接，該電子連接將內(nèi)連結(jié)構(gòu)連接至外部電路。當(dāng)粘結(jié)、加熱和加壓頻繁地施加于IC時，在封裝工藝期間使用熱和壓力增加了 IC上的應(yīng)力和張力，特別是位于電性墊片及其附近的正下方區(qū)域。此外，在內(nèi)連結(jié)構(gòu)中使用低k材料可能會削弱對于封裝應(yīng)力和張力的IC機(jī)械完整性，因?yàn)榈蚹材料在機(jī)械方面一般要弱于非低k介質(zhì)材料。當(dāng)介層窗插塞不慎放置在氣隙區(qū)域時，這種機(jī)械缺陷將會加劇。圖2是根據(jù)一實(shí)施例，具有氣隙區(qū)域的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200包括一導(dǎo)電墊202，鈍化層204和206，一擴(kuò)散阻障層208，一半導(dǎo)體基材210，以及數(shù)個含金屬層(metal-containing layer) 212和214。在圖2中，僅僅繪示出兩個示意性的含金屬層 212和214。但是，在一些實(shí)施例，可以使用更多或更少的含金屬層。此外，居中區(qū)A可以包含一個或多個含金屬層和/或其它結(jié)構(gòu)，為了簡化和更加清楚地描述本發(fā)明揭露，此處予以省略。半導(dǎo)體基材210具有形成在其上的數(shù)個電子組件和組件(未繪示)。鈍化層204 和206以及阻障層208用來防止其下方的內(nèi)連線和電子組件/組件直接暴露于對IC有害的因素，如，濕氣和/或某些化合物之中。在導(dǎo)電墊202的頂部形成一焊接凸塊(未繪示)，以便半導(dǎo)體基材210上的至少一電子組件電性連接至將半導(dǎo)體基材210封于其中的封裝件。含金屬層212包括一組金屬結(jié)構(gòu)222，以形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200的導(dǎo)電通路。含金屬層212也包括一介電材料填充物224，此介電材料填充物占據(jù)含金屬層212的一部分。在一些實(shí)施例，介電材料填充物2M包括低k材料或超低k材料。通過至少一組金屬結(jié)構(gòu)222 和介電材料填充物2M來界定氣隙區(qū)域226。在沒有使用圖IG所繪示的保護(hù)層111時，氣隙區(qū)域2 緊鄰一組金屬結(jié)構(gòu)222的至少一部分。在至少一實(shí)施例中，氣隙區(qū)域226首先充滿一可分解的填充物，例如，熱分解聚合物(thermally decomposable polymer, TDP)的填充物，它在隨后通過分解來移除，例如，加熱從而導(dǎo)致TDP填充物分解。下文中的描述揭示了使用TDP填充物作為可分解的填充物。但是，除加熱外且具有可分解方式的其它材料也是適用的。此外，在含金屬層212的上方形成一介電材料帽蓋層228，以便覆蓋金屬結(jié)構(gòu)222、 介電材料填充物2M和氣隙區(qū)域226。因?yàn)樵谥虚g階段于TDP填充物的上方形成介電材料帽蓋層228，則位于氣隙區(qū)域2 上方的介電材料帽蓋層2 之下表面大體上是平坦的。在一些實(shí)施例，介電材料帽蓋層2 的厚度介于5nm和50nm之間，以允許已分解的TDP填充物從半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200分離出來。金屬覆蓋層2 形成于一組金屬結(jié)構(gòu)222和介電材料帽蓋層 2 之間。在一些實(shí)施例，金屬覆蓋層2 不是必要的；在其它實(shí)施例，金屬覆蓋層2 是由鈷鎢磷化物(CoWP)，其它的鈷合金，諸如釕、銠、鈀、鉿、鉭、鈦、鎢、鐵、鈷、鎳、鋁、鈮材料， 以及含有它們的氮化物和氮氧化物的化合物形成的。含金屬層214形成于介電材料帽蓋層228的上方，并且包含一組金屬結(jié)構(gòu)232，這組金屬結(jié)構(gòu)形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200的導(dǎo)電通路。此外，含金屬層214包括兩個介層窗插塞231， 介層窗插塞電性連接至含金屬層212的一組金屬結(jié)構(gòu)222的一部分。在一些實(shí)施例，介層窗插塞231的數(shù)目可以多于或少于2個。而且，與含金屬層212的結(jié)構(gòu)類似，含金屬層214也包括一介電材料填充物234、一氣隙區(qū)域236、一介電材料帽蓋層238和一金屬覆蓋層239， 其中，介電材料填充物234占據(jù)含金屬層214的一部分，氣隙區(qū)域236根據(jù)至少一組金屬結(jié)構(gòu)232和介電材料填充物234來界定，介電材料帽蓋層238形成于含金屬層214的上方，金屬覆蓋層239形成于一組金屬結(jié)構(gòu)232和介電材料帽蓋層238之間。此外，一介電材料層 240形成于介電材料帽蓋層238的上方，并且至少一個介層窗插塞241形成于其內(nèi)，以電性連接至一組金屬結(jié)構(gòu)232的一部分。雖然所繪示的氣隙區(qū)域2 和236好像是一氣隙區(qū)域位于另一氣隙區(qū)域的頂部， 但是它們在實(shí)際結(jié)構(gòu)中并沒有必要按此方式設(shè)置，這取決于其它組件和金屬結(jié)構(gòu)的位置。 另外，在一些實(shí)施例中，并不是所有的含金屬層212和214都包括氣隙區(qū)域2 和236。介層窗插塞231和241被設(shè)計成與含金屬層212和214的氣隙區(qū)域2 和236不重疊，以避免將額外的應(yīng)力或張力施加于氣隙區(qū)域2 和236上，這里含金屬層212和214 位于介層窗插塞231和Ml的正下方?？紤]到制造工藝期間各層的錯位(mismatch)，最好將介層窗插塞231和氣隙區(qū)域2 設(shè)計成以最小水平間距252隔開。在一實(shí)施例中，最小水平間距252是25nm。在一些實(shí)施例中，最小水平間距可以介于Onm和50nm之間。類似地， 例如，將介層窗插塞241和氣隙區(qū)域236設(shè)計成相隔至少一最小水平間距254，此最小水平間距254介于Onm和50nm之間。此外，導(dǎo)電墊202最好與氣隙區(qū)域2 和236不重疊。考慮到制造工藝期間各層的錯位，最好將導(dǎo)電墊202以及氣隙區(qū)域2 和236設(shè)計成相隔一最小水平間距256。在一實(shí)施例中，最小水平間距256是ΙΟμπι。在一些實(shí)施例中，最小水平間距256介于IOnm和 20 μ m之間。圖3A-3F是一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖，繪示根據(jù)一實(shí)施例來制造具有氣隙區(qū)域的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。圖3A繪示出在半導(dǎo)體基材320上方形成的含金屬層310。含金屬層310 包括一組金屬結(jié)構(gòu)312和一介電材料填充物314。參照第;3B圖，選擇性地將一金屬覆蓋層 316形成于第一含金屬層310的一組金屬結(jié)構(gòu)312上。在一實(shí)施例中，金屬覆蓋層316沉積于一組金屬結(jié)構(gòu)312上?？梢允褂貌煌某练e技術(shù)，包括化學(xué)鍍、電鍍、物理氣相沉積和各類化學(xué)氣相沉積工藝。在圖3C中，將介電材料填充物314的一部分從含金屬層310移除，從而根據(jù)預(yù)定的氣隙圖案來定義一氣隙區(qū)域318。在一實(shí)施例中，通過蝕刻介電材料填充物314來形成氣隙區(qū)域。可以使用各種習(xí)知的蝕刻方法。在一些實(shí)施例，非等向性工藝是較佳的。在圖3D 中，氣隙區(qū)域318充滿了一可分解的填充物，諸如熱分解聚合物(TDP)的填充物332。TDP 是指熱降解聚合物或熱分解聚合物。一般來說，當(dāng)TDP的溫度超過它的分解溫度時，TDP材料分解成氣態(tài)。在一些實(shí)施例，通過在半導(dǎo)體基材320上旋涂TDP材料、固化TDP材料和平坦化TDP材料來移除多余的TDP材料，以填充氣隙區(qū)域318。在圖3E，一介電材料帽蓋層340形成于含金屬層310的上方。在一實(shí)施例中，通過在含金屬層310的上表面上沉積一蝕刻終止層來形成介電材料帽蓋層340，含金屬層310包括金屬結(jié)構(gòu)、介電材料填充物和TDP填充物。接著，在第圖3F中，TDP填充物332受熱從而引起TDP填充物332分解。因此，先前充滿了 TDP填充物332的氣隙區(qū)域318不再充有TDP 材料。由于在沉積介電材料帽蓋層340之后移除了 TDP填充物332，氣隙的形狀就是TDP填充物332所占據(jù)空間的形狀。氣隙的頂界是介電材料帽蓋層的下表面，其大體上為一平坦的剖面。在一些實(shí)施例，根據(jù)所使用的TDP材料，將TDP填充物332加熱到300°C至450°C 之間或350°C至420°C之間的某一溫度。在其它實(shí)施例，可以通過局部加熱、整體加熱或輻射加熱來完成分解過程，局部加熱諸如是氣隙區(qū)域的激光掃描，整體加熱諸如是烘烤、等離子、底座加熱，或輻射加熱諸如是將半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)暴露于紅外線或紫外線輻射中。應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎地控制介電材料帽蓋層340形成期間的溫度，以防止TDP填充物332過早地分解。此外，為了在形成介電材料帽蓋層340之后允許已分解的TDP填充物332從半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)脫離，介電材料帽蓋層340的厚度介于5nm和50nm之間。在一些實(shí)施例，介電材料帽蓋層340的厚度介于20nm和30nm之間。圖4A-4C是多個光罩圖案的透視圖，繪示根據(jù)一實(shí)施例來制備含有氣隙圖案的光罩的方法，以形成半導(dǎo)體組件的氣隙區(qū)域。參照圖4A，根據(jù)一些實(shí)施例，為形成含金屬層中的氣隙區(qū)域而制備(圖4C中的) 光罩410，其中光罩410含有用于形成氣隙區(qū)域的氣隙圖案，含金屬層形成于半導(dǎo)體組件上。為了確保半導(dǎo)體組件具有更好的機(jī)械完整性，墊圖案402對應(yīng)于在半導(dǎo)體組件上將要形成的一組導(dǎo)電墊，金屬結(jié)構(gòu)圖案404對應(yīng)于在含金屬層中將要形成的一組金屬結(jié)構(gòu)，以及介層窗圖案406對應(yīng)于在另一含金屬層中將要形成的一組介層窗插塞，此另一含金屬層位于將要形成氣隙區(qū)域的該含金屬層的正上方。因此，可以根據(jù)墊圖案、介層窗圖案和金屬結(jié)構(gòu)圖案而得到氣隙圖案。參照圖4B，將墊圖案、介層窗圖案和金屬結(jié)構(gòu)圖案重疊，以形成一疊加圖案408， 它是指在一些實(shí)施例中沒有形成氣隙區(qū)域的那些區(qū)域。接著，通過倒置此疊加的圖案408 可以得到光罩410上的氣隙圖案。如此一來，將要形成的導(dǎo)電墊和介層窗插塞被設(shè)計成與氣隙區(qū)域不重疊。在一些實(shí)施例中，于制造工藝期間形成氣隙區(qū)域，以最小化由于各層錯位所造成的氣隙區(qū)域與介層窗插塞和導(dǎo)電墊重疊的可能性，該氣隙區(qū)域與介層窗插塞相隔至少一預(yù)定的最小水平間距且與導(dǎo)電墊相隔另一預(yù)定的最小水平間距。因此，以第一距離向外延展墊圖案402的外周從而得到擴(kuò)展的墊圖案，以第二距離向外延展介層窗圖案406的外周從而得到擴(kuò)展的介層窗圖案，以及重疊和倒置該擴(kuò)展的墊圖案、擴(kuò)展的介層窗圖案和金屬結(jié)構(gòu)圖案從而得到光罩410的氣隙圖案，并最終得到氣隙圖案。較佳地，第一距離介于IOnm 和20 μ m之間，或約為10 μ m，第二距離介于Onm和50nm之間或5nm禾口 50nm之間。此外，還可以根據(jù)其它因素來進(jìn)一步修改氣隙圖案，這些因素諸如是對于含金屬層的約束規(guī)格，或其它限制，或所使用的制造技術(shù)的限制。實(shí)際的氣隙圖案以及所使用的第一和第二水平間距也可能取決于其它的因素，這些因素諸如是半導(dǎo)體組件的尺寸，含金屬層的數(shù)目，低k介電材料填充物的強(qiáng)度，半導(dǎo)體組件所要求的RC常數(shù)，所需的最小導(dǎo)熱系數(shù)，封裝類型，以及組件和組件的尺寸。一般地，裸片尺寸越大，所要求的第二間距也就越大，這是因?yàn)樵诓煌牧祥g由熱膨脹系數(shù)不匹配而造成的應(yīng)力和張力也就越大。含金屬層的數(shù)目也會影響第一水平間距，因?yàn)榻閷哟安迦涞目赡苄允请S著含金屬層的數(shù)目而增加的。此外，當(dāng)氣隙區(qū)域周圍的低k介電材料填充物具有更好的機(jī)械特性時，可以使用更小的第一和第二水平間距。同時，不同類型的封裝技術(shù)會造成不同程度的壓力。例如，在覆晶封裝(flip-chip packaging)中熱收縮引起的應(yīng)力和張力所要求的最小水平間距，不同于引線鍵合封裝(wire bond packaging)技術(shù)的沖擊應(yīng)力所要求的最小水平間距。在使用40nm制造技術(shù)的一些實(shí)施例中，氣隙區(qū)域與介電材料填充物/金屬結(jié)構(gòu)的組合間的覆蓋率介于42%和53%之間，這些氣隙區(qū)域與介電材料填充物/金屬結(jié)構(gòu)位于特定的含金屬層內(nèi)。在一些其它的實(shí)施例中，通過降低最小水平間距的要求，可能會得到較小的有效介電常數(shù)和高達(dá)約64-71%的較大覆蓋率，然而，由于上述提到的其它因素，制造工藝的良率可能會降低。因此，在確定第一和第二距離時，還應(yīng)當(dāng)考慮最佳的良率。雖然數(shù)個實(shí)施例已經(jīng)詳細(xì)地加以描述，應(yīng)當(dāng)理解的是，還可以作出各種修改、替代與修飾。而且，本申請的保護(hù)范圍并不只是僅僅局限于說明書中所描述的工藝、機(jī)器、制造以及主題的組成、裝置、方法和步驟的特定實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員容易理解，從現(xiàn)有的或即將開發(fā)的技術(shù)揭露、工藝、機(jī)器、制造、主題的組成、裝置、方法或步驟中，與此處所描述的對應(yīng)實(shí)施例相比，可以實(shí)現(xiàn)基本相同的功能或取得基本相同的效果。因此，所附的權(quán)利要求書是為了在其保護(hù)范圍之內(nèi)包括這些工藝、機(jī)器、制造、主題的組成、裝置、方法或步驟。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一第一含金屬層，包括 一組金屬結(jié)構(gòu)；一介電材料填充物，其占據(jù)該第一含金屬層的一部分；以及一氣隙區(qū)域，由至少該組金屬結(jié)構(gòu)和該介電材料填充物所界定，且緊鄰該組金屬結(jié)構(gòu)的至少一部分；一介電材料帽蓋層，形成于該第一含金屬層的上方；一第二含金屬層，形成于該介電材料帽蓋層的上方，該第二含金屬層包括一介層窗插塞，該介層窗插塞電性連接至該組金屬結(jié)構(gòu)的一部分，且該介層窗插塞與該氣隙區(qū)域不重疊；以及一導(dǎo)電墊，形成于該第二含金屬層的上方，且與該氣隙區(qū)域不重疊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，該介電材料帽蓋層的下表面限定該氣隙區(qū)域的頂界，該頂界具有一基本平坦的剖面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，該氣隙區(qū)域和該導(dǎo)電墊相隔至少一第一最小水平間距，該第一最小水平間距介于IOnm和20 μ m之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，該氣隙區(qū)域和該介層窗插塞相隔至少一第二最小水平間距，該第二最小水平間距介于Onm和50nm之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括一金屬覆蓋層，位于該組金屬結(jié)構(gòu)和該介電材料帽蓋層之間，且該金屬覆蓋層包括鈷鎢磷化物。
6.一種制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，包括從一第一含金屬層移除一介電材料填充物的一部分，以便根據(jù)一預(yù)定的氣隙圖案來界定一氣隙區(qū)域，該第一含金屬層形成于一半導(dǎo)體基材的上方； 用一熱分解聚合物來填充該氣隙區(qū)域； 形成一介電材料帽蓋層于該第一含金屬層的上方；以及分解該熱分解聚合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，還包括選擇性地形成一金屬覆蓋層于該第一含金屬層的一組金屬結(jié)構(gòu)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，填充該熱分解聚合物的步驟包括實(shí)施一旋轉(zhuǎn)涂布，以將一熱分解聚合物材料涂敷在該半導(dǎo)體基材上面； 固化該熱分解聚合物材料；以及平坦化該熱分解聚合物材料。
9.一種制備含有氣隙圖案的光罩的方法，其特征在于，用于形成半導(dǎo)體組件的氣隙區(qū)域，該方法包括布設(shè)一墊圖案，以對應(yīng)于該半導(dǎo)體組件上將要形成的一組導(dǎo)電墊； 布設(shè)一金屬結(jié)構(gòu)圖案，以對應(yīng)于該半導(dǎo)體組件的一第一含金屬層中將要形成的一組金屬結(jié)構(gòu)；布設(shè)一介層窗圖案，以對應(yīng)于該半導(dǎo)體組件的一第二含金屬層中將要形成的一組介層窗插塞；以及根據(jù)該墊圖案、該介層窗圖案和該金屬結(jié)構(gòu)圖案得到該氣隙圖案。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備含有氣隙圖案的光罩的方法，其特征在于，根據(jù)該墊圖案、該介層窗圖案和該金屬結(jié)構(gòu)圖案得到該氣隙圖案的步驟包括 以一第一距離向外延展該墊圖案的外周，得到一擴(kuò)展的墊圖案； 以一第二距離向外延展該介層窗圖案的外周，得到一擴(kuò)展的介層窗圖案；以及重疊和倒置該擴(kuò)展的墊圖案、該擴(kuò)展的介層窗圖案以及該金屬結(jié)構(gòu)圖案，以得到該氣隙圖案。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法以及制備含有氣隙圖案的光罩的方法。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括一第一含金屬層、一介電材料帽蓋層、一第二含金屬層和一導(dǎo)電墊。第一含金屬層包括一組金屬結(jié)構(gòu)、一介電材料填充物和一氣隙區(qū)域，其中介電材料填充物占據(jù)第一含金屬層的一部分，以及氣隙區(qū)域由至少該組金屬結(jié)構(gòu)和介電材料填充物來界定，且緊鄰該組金屬結(jié)構(gòu)的至少一部分。第二含金屬層包括至少一介層窗插塞，其電性連接至該組金屬結(jié)構(gòu)的一部分。導(dǎo)電墊和介層窗插塞與氣隙區(qū)域不重疊。
文檔編號H01L21/762GK102163592SQ20101054000
公開日2011年8月24日 申請日期2010年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月18日
發(fā)明者吳仁貴, 吳振誠, 楊景峰, 米玉杰, 蘇淑慧, 陳殿豪, 黃震麟 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司