專利名稱：應(yīng)力降低裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造，具體而言，涉及應(yīng)力降低裝置。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)由于各種電子元件(諸如晶體管、二極管、電阻器，電容器等)的集成密度的不斷提高而經(jīng)歷了快速增長。在大多數(shù)情況下，這種集成密度的提高源于最小部件尺寸的不斷減小，從而容許更多的元件集成到給定的面積中。最近隨著甚至更小的電子器件的需求在增長，在半導(dǎo)體管芯中集成電感器的需要也在增長?？梢栽诎雽?dǎo)體器件襯底的表面上形成在平行于襯底表面的平面中形成的螺旋形狀的電感器。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，嵌入在半導(dǎo)體器件中的電感器可以通過采用超厚金屬(UTM)工藝由銅形成。銅電感器已成為進一步降低半導(dǎo)體芯片的功率損耗的有效備選物。在銅電感器中，可以通過采用鑲嵌工藝形成電感器的銅結(jié)構(gòu)。在該技術(shù)中，圖案化絕緣層以形成溝槽。在圖案化之后，可以在溝槽上沉積阻擋層?？梢栽谧钃鯇由铣练e晶種層以提供更好的銅粘著性。此外，通過電化學(xué)鍍工藝，用金屬材料(諸如銅)填充溝槽以形成金屬結(jié)構(gòu)，諸如金屬線和通孔。鑲嵌工藝可以分成兩類，即單鑲嵌工藝和雙鑲嵌工藝。在單鑲嵌技術(shù)中，金屬通孔及其鄰近的金屬線可以具有不同的工藝步驟。結(jié)果，每個步驟都可能需要化學(xué)機械平坦化工藝來清潔表面。相反，在雙鑲嵌技術(shù)中，金屬通孔及其鄰近的金屬線可以形成在單個溝槽內(nèi)。結(jié)果，在雙鑲嵌工藝中需要兩個電介質(zhì)圖案化工藝和一個CMP工藝來形成金屬通孔及其鄰近的金屬線。

在銅電感器中，電感器的銅結(jié)構(gòu)可以被介電層封閉。在與銅結(jié)構(gòu)的角部和其鄰近的介電層之間的界面鄰近的區(qū)域中可能存在應(yīng)力集中。結(jié)果，在與銅結(jié)構(gòu)鄰近的區(qū)域中可能發(fā)生電介質(zhì)碎裂。這種電介質(zhì)碎裂可能導(dǎo)致不可靠的半導(dǎo)體器件。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，一方面，本發(fā)明提供了一種裝置，包括:金屬結(jié)構(gòu)，形成在襯底上方；金屬間介電層，形成在所述襯底上方，其中，所述金屬結(jié)構(gòu)的下部嵌入所述金屬間介電層；以及倒杯形應(yīng)力降低層，形成在所述金屬結(jié)構(gòu)上方，其中，所述金屬結(jié)構(gòu)的上部嵌入所述倒杯形應(yīng)力降低層。在所述的裝置中，所述倒杯形應(yīng)力降低層包括:第一部分，形成在所述金屬間介電層上，其中，所述金屬結(jié)構(gòu)的上部被所述倒杯形應(yīng)力降低層的所述第一部分包圍；以及第二部分，形成在所述金屬結(jié)構(gòu)的上端以及所述倒杯形應(yīng)力降低層的所述第一部分上。在所述的裝置中，所述倒杯形應(yīng)力降低層的所述第一部分的厚度為約1000 A。在所述的裝置中:所述倒杯形應(yīng)力降低層的所述第一部分由氮化硅形成；以及所述倒杯形應(yīng)力降低層的所述第二部分由氮化硅形成。在所述的裝置中，所述金屬結(jié)構(gòu)由銅形成。
所述的裝置還包括:金屬通孔，形成在所述金屬結(jié)構(gòu)的下方。在所述的裝置中，所述金屬結(jié)構(gòu)通過采用單鑲嵌工藝形成。另一方面，本發(fā)明還提供了一種器件，包括:襯底，包含硅；介電層，形成在所述襯底上方；第一金屬層，形成在所述介電層上；第一蝕刻終止層，形成在所述第一金屬層上方；第一金屬間介電層，形成在所述第一蝕刻終止層上；金屬通孔，形成在所述第一金屬間介電層中；第二蝕刻終止層，形成在所述第一金屬間介電層上；第二金屬間介電層，形成在所述第二蝕刻終止層上；應(yīng)力降低層，形成在所述第二金屬間介電層上；金屬結(jié)構(gòu)，包括:被所述第二蝕刻終止層包圍的下部、被所述第二金屬間介電層包圍的中部、以及被所述應(yīng)力降低層包圍的上部；以及第三蝕刻終止層，形成在所述應(yīng)力降低層以及所述金屬結(jié)構(gòu)的上端上。所述的器件還包括形成在所述第一金屬層中的第一金屬線。在所述的器件中，所述金屬通孔電連接至所述金屬結(jié)構(gòu)。在所述的器件中，所述金屬結(jié)構(gòu)由銅形成；以及所述金屬通孔由銅形成。在所述的器件中，所述金屬結(jié)構(gòu)通過采用單鑲嵌工藝形成；以及所述金屬通孔通過采用所述單鑲嵌工藝形成。在所述的器件中，所述應(yīng)力降低層的厚度為約1000 A0在所述的器件中，所述第三蝕刻終止層由與所述應(yīng)力降低層相同的材料形成。又一方面，本發(fā)明提供了一種方法，包括:在襯底上方形成第一金屬間介電層；在所述第一金屬間介電層上形成應(yīng)力降低層；在所述應(yīng)力降低層上形成第二金屬間介電層；圖案化所述第一金屬間介電層、所述應(yīng)力降低層和所述第二金屬間介電層以形成開口 ；將金屬材料填充到所述開口中以形 成金屬結(jié)構(gòu)；對所述第二金屬間介電層的表面實施化學(xué)機械平坦化工藝；以及在所述應(yīng)力降低層以及所述金屬結(jié)構(gòu)的上端上形成蝕刻終止層。 所述的方法還包括:通過采用電化學(xué)鍍工藝將所述金屬材料填充到所述開口中。所述的方法還包括:使用與所述應(yīng)力降低層相同的材料形成所述蝕刻終止層。所述的方法還包括:在所述金屬結(jié)構(gòu)的下方形成金屬通孔，其中，將所述金屬通孔電連接至所述金屬結(jié)構(gòu)。所述的方法還包括:使用銅形成所述金屬通孔；以及使用銅形成所述金屬結(jié)構(gòu)。所述的方法還包括:采用單鑲嵌工藝形成所述金屬通孔；以及采用所述單鑲嵌工藝形成所述金屬結(jié)構(gòu)。


為了更充分地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，現(xiàn)在將結(jié)合附圖所進行的以下描述作為參考，其中:圖1示出根據(jù)實施例的應(yīng)力降低裝置的剖視圖；圖2示出具有圖1中示出的應(yīng)力降低裝置的半導(dǎo)體器件的剖視圖；圖3示出根據(jù)實施例的在溝槽圖案化之后的半導(dǎo)體器件的剖視圖；圖4示出根據(jù)實施例的在電化學(xué)鍍工藝之后的半導(dǎo)體器件的剖視圖；圖5示出根據(jù)實施例的在化學(xué)機械平坦化工藝之后的半導(dǎo)體器件的剖視圖；以及圖6示出根據(jù)實施例的具有倒杯形應(yīng)力降低層的半導(dǎo)體器件的剖視圖。
除非另有說明，不同附圖中的相應(yīng)的標(biāo)號和符號通常指相應(yīng)的部件。繪制附圖以清楚地示出各個實施例的相關(guān)方面而不必按比例繪制。
具體實施例方式在下面詳細地論述本發(fā)明實施例的制造和使用。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明提供了許多可以在各種具體環(huán)境中實現(xiàn)的可應(yīng)用的發(fā)明構(gòu)思。所論述的具體實施例僅僅是制造和使用本發(fā)明的示例性具體方式，而不是用于限制本發(fā)明的范圍。將參考具體環(huán)境中的實施例即應(yīng)力降低裝置來描述本發(fā)明。但是，本發(fā)明也可以適用于各種半導(dǎo)體器件。圖1示出根據(jù)實施例的應(yīng)力降低裝置的剖視圖。為了簡明，僅示出半導(dǎo)體器件的相關(guān)部分。將在下面參考圖2論述具有應(yīng)力降低裝置的半導(dǎo)體器件的詳細剖視圖。應(yīng)力降低裝置100包括倒杯形層(inverted cup shaped layer) 102、金屬結(jié)構(gòu)104、金屬間介電(IMD)層106。根據(jù)實施例，頂D層106可以由諸如氧化物等的介電材料形成。倒杯形層102可以由氮化硅等形成。金屬結(jié)構(gòu)104可以由銅等形成。根據(jù)實施例，可以通過采用超厚金屬(UTM)工藝形成金屬結(jié)構(gòu)104。具體而言,金屬結(jié)構(gòu)104可以是通過UTM工藝形成的嵌入式電感器的一部分。如圖1所示，倒杯形層102用作覆蓋金屬結(jié)構(gòu)104的上端的罩蓋(cap)。更具體地，金屬結(jié)構(gòu)104的左上角和右上角通過倒杯形層102加以保護。具有倒杯形層102的一個有利特征是圍繞上角部的介電材料有助于降低應(yīng)力從而阻止金屬結(jié)構(gòu)104和MD層106
碎裂。 圖2示出具有圖1中示出的應(yīng)力降低裝置的半導(dǎo)體器件的剖視圖。如圖2所示，在半導(dǎo)體管芯200上形成應(yīng)力降低裝置。半導(dǎo)體管芯200包括襯底202。襯底202可以是硅襯底?？蛇x地，襯底202可以是絕緣體上硅襯底。襯底202還可以包括各種電路(未示出)。在襯底202上形成的電路可以是適合于特定應(yīng)用的任何類型的電路。根據(jù)實施例，電路可以包括各種η型金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)和/或ρ型金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)器件，諸如晶體管、電容器、電阻器、二極管、光電二極管、熔絲等?？梢詫㈦娐坊ミB起來以執(zhí)行一個或多個功能。功能可以包括存儲器結(jié)構(gòu)、處理結(jié)構(gòu)、傳感器、放大器、功率分配、輸出/輸入電路等。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解提供以上實例僅用于進一步解釋本發(fā)明的應(yīng)用的說明性目的而不意為以任何方式限制本發(fā)明。在襯底202頂部上形成層間介電層204。層間介電層204可以由例如低K介電材料諸如氧化硅形成。可以通過本領(lǐng)域已知的任何合適的方法諸如旋涂、化學(xué)汽相沉積(CVD)以及等離子體增強化學(xué)汽相沉積(PECVD)形成層間介電層204。還應(yīng)當(dāng)注意到，本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解層間介電層204還可以包括多個介電層。在層間介電層204上方形成底部金屬化層206a。如圖2所不,底部金屬化層206a可以包含金屬線208a。金屬線208a由金屬材料諸如銅、銅合金、鋁、銀、金和它們的任何組合形成。可以通過任何合適的技術(shù)(例如沉積、鑲嵌等)形成金屬化層206a和206b。通常，使用一個或多個金屬間介電層和相關(guān)金屬化層將襯底202中的電路彼此互連起來以形成功能電路并進一步提供外部電路連接。在底部金屬化層206a上方形成頂部金屬化層206b。如圖2所示，在頂部金屬化層206b中嵌有頂部金屬線208b。具體而言，頂部金屬線208b提供了用于半導(dǎo)體器件200的電路的導(dǎo)電通道。頂部金屬線208b可以由金屬材料諸如銅、銅合金、鋁、銀、金和它們的任何組合形成?？梢酝ㄟ^合適的技術(shù)諸如CVD形成頂部金屬線208b。可選地，可以通過濺射、電鍍等形成頂部金屬連接件214。應(yīng)當(dāng)注意到，雖然圖2示出了底部金屬化層206a和頂部金屬化層206b，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該了解，在底部金屬化層206a和頂部金屬化層206b之間形成一個或多個金屬間介電層(未不出)和相關(guān)金屬化層(未不出)。具體地，在底部金屬化層206a和頂部金屬化層206b上方形成的層可以由介電材料(例如，極低k介電材料)和導(dǎo)電材料(例如，銅)的交替層形成?？梢酝ㄟ^不同的制造工藝諸如超厚金屬(UTM)技術(shù)形成位于頂部金屬化層206b上方的層。如圖2中所示，金屬結(jié)構(gòu)基本上可以比金屬化層中的金屬結(jié)構(gòu)更厚和更寬。下面提供更多細節(jié)。在襯底202上方形成第一蝕刻終止層(ESL) 210。第一 ESL層210可以由與鄰近層具有不同蝕刻選擇性的介電材料形成。根據(jù)實施例，第一 ESL層210由非有機材料諸如氮化硅、碳氮化硅等形成 ?？梢酝ㄟ^任何合適的技術(shù)諸如CVD或者PECVD技術(shù)形成第一 ESL層210。使用第一 ESL層210來阻止蝕刻劑損傷第一 ESL層210下方的層(例如，頂部金屬化層206b)。在頂部金屬化層206b上形成第一金屬間介電層(IMD)212。第一 IMD層212可以由介電材料諸如氧化物等形成?？梢酝ㄟ^采用PECVD技術(shù)或者高密度等離子體化學(xué)汽相沉積(HDPCVD)等形成第一 MD層212。在第一 MD層212的頂部上形成第二 ESL層216。第二 ESL層216可以與第一 ESL層210相似，并因此為了避免不必要的重復(fù)而不作更詳細的論述。如圖2所示，在第一 MD層212和第一 ESL層210的開口中形成金屬通孔214。根據(jù)實施例,金屬通孔214可以由銅形成。為了簡明，在整個說明書中，金屬通孔214可以可選地被稱為銅通孔214。在銅通孔214的頂部上形成金屬結(jié)構(gòu)218。根據(jù)實施例，金屬結(jié)構(gòu)218可以由銅形成。為了簡明，在整個說明書中，金屬結(jié)構(gòu)218可以可選地被稱為銅結(jié)構(gòu)218。銅結(jié)構(gòu)218可以被第二 ESL層216、第二 MD層222以及倒杯形層220包圍。具體而言，銅結(jié)構(gòu)218的下部嵌入第二 MD層222以及銅結(jié)構(gòu)218的頂部嵌入倒杯形層220。此外，倒杯形層220覆蓋銅結(jié)構(gòu)218的上端。倒杯形層220由非有機材料諸如氮化硅、碳氮化硅等形成。在下面將參考圖3至圖6論述倒杯形層220的形成細節(jié)。圖3至圖6示出了根據(jù)實施例的形成銅結(jié)構(gòu)218的單鑲嵌工藝的中間階段。但是，作為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將了解到，下面論述的銅形成工藝僅僅是示例性工藝而不意為限制當(dāng)前的實施例?？梢钥蛇x地采用其他銅形成工藝，諸如雙鑲嵌工藝。此外，可以采用任何合適的銅形成工藝，并且所有這些工藝預(yù)期全部都包括在所論述的實施例的范圍內(nèi)。圖3示出根據(jù)實施例在溝槽圖案化之后的半導(dǎo)體器件的剖視圖。半導(dǎo)體器件包含銅通孔214。以單鑲嵌工藝形成銅通孔214的方法是本領(lǐng)域公知的，并因此為了避免不必要的重復(fù)在本文不作論述。與如2中示出的層結(jié)構(gòu)對比，圖3中示出的半導(dǎo)體器件包括應(yīng)力降低層304和在應(yīng)力降低層304頂部上形成的第三MD層302。為了形成圖2中示出的銅結(jié)構(gòu)218，通過去除如圖3中示出的第二 ESL層216、第二 MD層222、應(yīng)力降低層304以及第三MD層302的相應(yīng)部分而形成溝槽。圖3中示出的溝槽可以通過公知的蝕刻技術(shù)形成，為了避免不必要的重復(fù)在本文中對此不作論述。圖4示出根據(jù)實施例的在電化學(xué)鍍工藝之后的半導(dǎo)體器件的剖視圖。如圖3中所示，可以圖案化第二 ESL層216、第二 MD層222、應(yīng)力降低層304以及第三MD層302以形成開口。在圖案化之后，可以在開口上沉積薄阻擋層(未示出)?？梢栽诒∽钃鯇拥捻敳可铣练e銅晶種層(未示出)。應(yīng)用銅晶種層以提供在下面的材料上的更好的銅粘著性。此夕卜，在后續(xù)電鍍工藝期間，銅晶種層可以作為催化材料層起作用?？梢詰?yīng)用電化學(xué)鍍工藝來填充開口從而形成金屬結(jié)構(gòu)218，將其電連接至銅通孔214。圖5示出根據(jù)實施例的在化學(xué)機械平坦化(CMP)工藝之后的半導(dǎo)體器件的剖視圖。在電化學(xué)鍍工藝之后，應(yīng)用CMP工藝來去除多余的銅并對表面進行拋光。如圖5所示，在CMP工藝之后，可以去除第三MD層302 (未示出，但在圖4中示出)以及一部分應(yīng)力降低層304。將應(yīng)力降低層304在CMP工藝之后的厚度定義為H。根據(jù)實施例，H是約1000 A。圖6示出根據(jù)實施例的具有倒杯形應(yīng)力降低層的半導(dǎo)體器件的剖視圖。在CMP工藝之后，在銅表面的頂部上以及應(yīng)力降低層的表面上形成又一個ESL層602。應(yīng)當(dāng)注意到，ESL層602可以由與應(yīng)力降低層304(在圖5中示出)相同的材料(例如，SiN)形成。結(jié)果，將ESL層602和應(yīng)力降低層304合并成一個整體，其具有如圖6中示出的倒杯形狀。圖6中示出的倒杯形層有助于降低銅結(jié)構(gòu)218和IMD層222之間的應(yīng)力?？傊?，具有倒杯形層602的一個有利特征是銅結(jié)構(gòu)218的上角部被倒杯形層602覆蓋。結(jié)果，降低了第二 MD層222中的碎裂。盡管已經(jīng)詳細地論述了本發(fā)明的實施例及其優(yōu)勢，但應(yīng)該理解，可以在不背離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，在其中進行各種改變、替換和更改。而且，本申請的范圍并不僅限于本說明書中描述的工藝、機器、制造、材料組分、裝置、方法和步驟的特定實施例。作為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明將很容易地理解，根據(jù)本發(fā)明可以利用現(xiàn)有的或今后·開發(fā)的用于執(zhí)行與本文所述相應(yīng)實施例基本上相同的功能或者獲得基本上相同的結(jié)果的工藝、機器、制造、材料組分、裝置、方法或步驟。因此，所附權(quán)利要求預(yù)期在其范圍內(nèi)包括這樣的工藝、機器、制造、材料組分、裝置、方法或步驟。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括: 金屬結(jié)構(gòu)，形成在襯底上方； 金屬間介電層，形成在所述襯底上方，其中，所述金屬結(jié)構(gòu)的下部嵌入所述金屬間介電層；以及 倒杯形應(yīng)力降低層，形成在所述金屬結(jié)構(gòu)上方，其中，所述金屬結(jié)構(gòu)的上部嵌入所述倒杯形應(yīng)力降低層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述倒杯形應(yīng)力降低層包括: 第一部分，形成在所述金屬間介電層上，其中，所述金屬結(jié)構(gòu)的上部被所述倒杯形應(yīng)力降低層的所述第一部分包圍；以及 第二部分，形成在所述金屬結(jié)構(gòu)的上端以及所述倒杯形應(yīng)力降低層的所述第一部分上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述倒杯形應(yīng)力降低層的所述第一部分的厚度為約1000 A0
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中: 所述倒杯形應(yīng)力降低層的所述第一部分由氮化硅形成；以及 所述倒杯形應(yīng)力降低層的所述第二部分由氮化硅形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述金屬結(jié)構(gòu)由銅形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括: 金屬通孔，形成在所述金屬結(jié)構(gòu)的下方。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述金屬結(jié)構(gòu)通過采用單鑲嵌工藝形成。
8.一種器件，包括: 襯底，包含硅； 介電層，形成在所述襯底上方； 第一金屬層，形成在所述介電層上； 第一蝕刻終止層，形成在所述第一金屬層上方； 第一金屬間介電層，形成在所述第一蝕刻終止層上； 金屬通孔，形成在所述第一金屬間介電層中； 第二蝕刻終止層，形成在所述第一金屬間介電層上； 第二金屬間介電層，形成在所述第二蝕刻終止層上； 應(yīng)力降低層，形成在所述第二金屬間介電層上； 金屬結(jié)構(gòu)，包括: 下部，被所述第二蝕刻終止層包圍； 中部，被所述第二金屬間介電層包圍；以及 上部，被所述應(yīng)力降低層包圍；以及 第三蝕刻終止層，形成在所述應(yīng)力降低層以及所述金屬結(jié)構(gòu)的上端上。
9.一種方法，包括: 在襯底上方形成第一金屬間介電層； 在所述第一金屬間介電層上形成應(yīng)力降低層； 在所述應(yīng)力降低層上形成第二金屬間介電層；圖案化所述第一金屬間介電層、所述應(yīng)力降低層和所述第二金屬間介電層以形成開口將金屬材料填充到所述開口中以形成金屬結(jié)構(gòu)；對所述第二金屬間介電層的表面實施化學(xué)機械平坦化工藝；以及在所述應(yīng)力降低層以及所述金屬結(jié)構(gòu)的上端上形成蝕刻終止層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括:在所述金屬結(jié)構(gòu)的下方形成金 屬通孔，其中，將所述金屬通孔電連接至所述金屬結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種應(yīng)力降低裝置。該應(yīng)力降低裝置包括在襯底上方形成的金屬結(jié)構(gòu)；在襯底上方形成的金屬間介電層，其中，金屬結(jié)構(gòu)的下部嵌入金屬間介電層；以及在金屬結(jié)構(gòu)上方形成的倒杯形應(yīng)力降低層，其中，金屬結(jié)構(gòu)的上部嵌入倒杯形應(yīng)力降低層。
文檔編號H01L21/02GK103247594SQ201210209629
公開日2013年8月14日 申請日期2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月9日
發(fā)明者呂盈締, 陳文昭, 毛明瑞, 蔡冠智 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司