专利名称：半导体器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件及其制造方法。
背景技术：
随着无线电移动通信领域中的技术变得越来越重要，对于高频资源以及
在高频下运行的器件和电路的需求也已经增长。这种器件通常包括射频(RF) 部件和集成电路(IC)。
此外，随着半导体处理领域中的技术得到发展，互补金属氧化物半导体
(CMOS)的高频特性已经得到极大的提高。由于CMOS是基于硅，因此， 能够利用良好发展的工艺技术制造低成本芯片，并且还能够利用片上系统
(SOC)方法集成甚至于中间频带和系统的数字部分。因此，CMOSSOC — 般被认为是制造单芯片的最佳技术。
RF IC技术包括器件制造技术、电路设计技术和高频封装技术的结合。 这些技术应该平衡地发展来开发有竞争力的RF-CMOS器件。通常，制造成 本的降低是激励因素。为此，使制造工艺简化和稳定化是有益的。RFCMOS 或者双极/BiCMOS器件的主要元件是RF金属氧化物半导体场效应晶体管
(MOSFET)、感应器、变容二极管(varactor)、金属-绝缘体-金属(MIM) 电容器和电阻器。
感应器通常由形成在硅衬底上的绝缘层和形成在该绝缘层上的金属布 线构成。
绝缘层通常是夹在金属布线与硅衬底之间的介电材料，其为金属布线与 硅衬底之间的寄生电容的主要因素之一。
随着寄生电容增大，感应器的效率和使用频带会降低。因此，在本领域 中，对于改进半导体器件及其制造方法的技术存在需求。
发明内容
本发明的实施例提供改进的半导体器件及其制造方法。这些器件可用于
RF设备。
在实施例中，半导体器件可包括第一绝缘层，设置在硅衬底上；连接 布线，设置在该第一绝缘层上；第二绝缘层，设置在该第一绝缘层和该连接 布线上；金属布线，以螺旋形设置在该第二绝缘层上，并且电连接到该连接 布线；以及至少两个孔，设置在该第一绝缘层和该第二绝缘层中，并且位于 该金属布线与该硅衬底之间且位于该金属布线下方。
在另一实施例中，半导体器件的制造方法可包括在硅衬底上形成第一 绝缘层；在该第一绝缘层上形成连接布线；在该第一绝缘层和该连接布线上 形成第二绝缘层；在该第二绝缘层中形成通孔金属图案，并且接触该连接布 线；在该第一绝缘层和该第二绝缘层中形成至少两个孔；在所述孔中形成牺 牲层图案；在该牺牲层图案和该第二绝缘层上形成金属布线，该金属布线接 触该通孔金属图案；以及去除该牺牲层图案，以在该金属布线与硅衬底之间 形成空气层。
本发明的实施例通过在感应器的硅衬底与金属布线之间设置空气层能 够减小寄生电容，由此能够扩展感应器的可用频率范围。
此外，本发明的实施例能够提供具有高Q因子的感应器，由此提高感应 器的有效值和用于特定频率的感应器的质量。
图1是示出根据本发明实施例的半导体器件的感应器的俯视图。
图2是沿图i的线i-r得到的感应器的横截面图。
图3至图10是示出根据本发明实施例的半导体器件的感应器的制造方
法的横截面图。
图11是根据本发明实施例的感应器的俯视图。
图12是示出根据本发明实施例的感应器的俯视图。
具体实施例方式
当在此使用术语"上"或"之上"或者"上方"时，在涉及层、区域、 图案或者结构的情况下，应该理解所述层、区域、图案或者结构可以直接位于另一层或者结构上，或者也可以存在中间层、区域、图案或者结构。当在 此使用术语"下"或者"下方"时，在涉及层、区域、图案或者结构的情况 下，应该理解所述层、区域、图案或者结构可以直接位于另一层或者结构下， 或者也可以存在中间层、区域、图案或者结构。
下面将详细介绍本发明的实施例，其实例在附图中示出。
图1是示出根据本发明实施例的半导体器件的感应器的俯视图，而图2
是沿图i的线i-r得到的感应器的横截面图。
根据本发明实施例的感应器可以应用在任何适当的半导体器件上。例
如，该半导体器件可以是互补金属氧化半导体(CMOS)器件、n沟道金属 氧化物半导体(NMOS)器件或者p沟道金属氧化物半导体PMOS器件。
参照图1，在实施例中，感应器可包括金属布线125，金属布线125可 形成为螺旋形。例如，金属布线125可形成为弹簧形状或者线圈形状，如同 从感应器上方看到的(俯视图)。具体来说，金属布线125可形成为单个绕 线元件(wound element)，并且在感应器的线中没有间隙，金属布线125可 以具有弹簧或者线圈形状。金属布线125可以具有螺旋形状，并且包括几个 弯部(bend)
参照图2，第一绝缘膜111可以设置在硅衬底100上。连接布线121可 以设置在第一绝缘膜111上，并且连接布线121可以通过通孔金属图案(via metal pattern) 123连接到金属布线125。
第二绝缘膜112可以设置在包括连接布线121的第一绝缘膜111上。
金属布线125可以设置在第二绝缘膜112上。
在实施例中，在位于金属布线125下方且位于硅衬底100上方的第一绝 缘膜111和第二绝缘膜112中设置至少两个孔131。孔131可以在金属布线 125和硅衬底100之间提供空气层。
在孔131中可以设置空气层，孔131能够帮助减小金属布线125与硅衬 底IOO之间的寄生电容。
再次参照图l，在特定实施例中，可以沿金属布线125以预定间隔排列 孔131。
在实施例中，孔可以设置为能够延伸过金属布线125的宽度，如从上方 所看到的。
在一个实施例中，每个孔131的宽度W可以为从大约lpm到大约5pm。
孔131的宽度可以大于金属布线125的宽度，从而暴露孔131的部分。
孔131可以具有本领域中己知的任何适当形状，例如，近似正方形、近 似矩形、近似椭圆形或者近似圆形。
金属布线可以通过通孔金属图案123电连接到连接布线121，使得连接 布线121能够向金属布线125施加电信号。在实施例中，金属布线125的一 端是感应器的输出端。
在实施例中，在金属布线125下形成的孔131可以偏离在金属布线125 的邻近线下形成的孔131。因此，金属布线125的邻近线可以更密集地设置 在一起，从而减小半导体器件的尺寸。
根据本发明实施例的感应器具有高Q因子，因此提高了感应器的有效值 和特定频率的质量。
尽管为了进行说明描述了两个绝缘层，但是本领域技术人员易于认识到 在本发明的范围内可以存在更多或者更少的绝缘层。
图3至图10是示出根据本发明实施例的半导体器件的感应器的制造方 法的横截面图。
参照图3，在硅衬底100上形成第一绝缘层111。
在第一绝缘层111上形成连接布线121。连接布线121可以由本领域中 已知的任何适当材料例如铝形成。可以在随后将连接布线121电连接到感应 器的输出端。在实施例中，连接布线121可以是感应器的输出端。
第二绝缘层112可以形成在包括连接布线121的第一绝缘层112上。
参照图4，可以在第二绝缘层112中形成露出至少一部分连接布线121 的通孔，并且在通孔中形成电连接到连接布线121的通孔金属图案123。通 孔金属图案123可以由本领域已知的任何适当材料例如钨形成。
参照图5，在第二绝缘层112和第一绝缘层111中形成孔131。在特定 实施例中，孔131以预定间隔排列。
在实施例中，孔131可以形成在随后形成金属布线125 (用于形成感应 器)的位置。
参照图6，在第二绝缘层112上和孔131中形成有机层140。在实施例 中，有机层140可以具有低介电常数。
在完成感应器器件之前，如下面更详细描述的，可以去除有机层140。 因此，有机层140可以用作牺牲层。
有机层140可以由本领域已知的任何适当材料例如聚酰亚胺或光致抗 蚀剂材料形成。在实施例中，有机层140的介电常数可以小于第一绝缘层111 和第二绝缘层112的介电常数。在可替换实施例中，有机层140的介电常数 可以等于第一绝缘层111和/或第二绝缘层112的介电常数。在另一实施例中， 有机层140的介电常数可以大于第一绝缘层111和第二绝缘层112的介电常 数。
孔可以被有机层140填充。
有机层140可以通过本领域中已知的任何适当方法例如涂覆法形成。对 于利用光致抗蚀剂作为有机层140的实施例，在将光致抗蚀剂涂覆在第二绝 缘层112上和孔131中之后，执行硬化工艺。根据实施例，在将光致抗蚀剂 硬化之后，不执行显影工艺。
然后，将有机层140抛光来暴露第二绝缘层112。可以使用任何适当的 抛光方法，例如可以使用化学机械抛光(CMP)工艺。
参照图7，由有机层140形成填充在孔131中的有机层图案140a。
参照图8，可以在第二绝缘层112和有机图案140a上形成金属层，然后 将其图案化，由此形成金属布线125。
在实施例中，金属布线125可以形成为螺旋形式。例如，金属布线125 包括与弯曲部连接的直单元布线以提供螺旋形状。
金属布线125可以接触通孔金属图案123，从而使它们彼此电连接。
在实施例中，将金属布线125图案化，使得每个孔131的宽度大于金属 布线125的宽度。
参照图9，去除有机层图案140a。有机层图案140a可以通过本领域中已 知的任何适当工艺去除。在一个实施例中，将硅衬底IOO浸入湿蚀刻溶液来 去除有机层图案140a，或者将湿蚀刻溶液喷溅在硅衬底IOO上，由此去除有 机层图案140a。
因此，越过孔131设置金属布线125，从而在金属布线125与硅衬底100 之间设置空气层。
参照图10，在实施例中，在第二绝缘层112和金属布线125上形成第三
绝缘层150。
在特定实施例中，第三绝缘层150可以填充孔131的一部分。第三绝缘 层150填充孔131暴露于金属布线125侧面的一部分，由此形成第三绝缘层 图案150a。
在实施例中，可以去除第三绝缘层150的一部分来暴露金属布线125。 在去除第三绝缘层150的一部分来暴露金属布线125之后，第三绝缘层图案 150a在孔130中的至少主要部分保留。
第一绝缘层111、第二绝缘层112和第三绝缘层150都可以由本领域己 知的任何适当材料例如氧化物膜形成。
图11为根据本发明实施例的感应器的俯视图。
参照图11，在实施例中，第三绝缘层图案150a可以设置在孔131中并 且暴露在金属布线125的侧面上，如从上方看到的。
孔131的一部分可以被第三绝缘层图案150a填充，并且孔131位于金 属布线125下方的剩余部分可以为空来提供空气层。
空气层完全被金属布线125、第三绝缘层图案150a和硅衬底110包围。
第三绝缘层图案150a可以形成在孔131中的第一绝缘层111和第二绝 缘层的侧壁的一部分上。
图12是示出根据本发明另一实施例的感应器的俯视图。
在硅衬底200上可以设置电连接到感应器的连接布线221，并且在连接 布线221与硅衬底200之间设置一个或多个绝缘层(未示出)。
在连接布线221上也可以设置一个或多个绝缘层(未示出)。
金属布线225设置在连接布线221上，并且电连接到连接布线221。在 金属布线225与连接布线221之间可以设置一个或多个绝缘层(未示出)。
金属布线225可以形成为螺旋形。例如，金属布线225可形成为弹簧形 状或者线圈形状，如同从上方看到的。具体来说，金属布线225可形成为单 个绕线元件，并且在感应器的线中没有间隙，金属布线125可以具有弹簧或 者线圈形状。金属布线125可以具有螺旋形状，并且包括几个弯部。
取代孔131，在金属布线225与硅衬底200之间的一个或多个绝缘层(未 示出)中形成沟槽图案231。
沟槽图案231可以形成为任何适当形状，包括放射形。沟槽图案231可
以越过金属布线225形成，并且包括直沟槽和/或弯曲沟槽。
空气层可形成在沟槽图案231中，提供金属层225与半导体衬底200之 间的间隙。沟槽图案231可以减小金属布线225与硅衬底200之间的寄生电 容。
金属布线225通过通孔金属图案223电连接到连接布线221，使得连接 布线221能够向金属布线225施加电信号。金属布线225的一端可以是感应 器的输出端。
本发明的实施例能够为感应器在金属布线与硅衬底之间形成空气层来 帮助减小寄生电容，由此扩展可用频率的范围。感应器可具有高Q值，由此 提高感应器的有效值和用于特定频率的感应器的质量。
根据本发明实施例的感应器可以在半导体器件的制造工艺期间形成。半 导体器件可以是本领域己知的任何适当半导体器件，例如CMOS器件、 NMOS器件或者PMOS器件。
说明书中所涉及的"一实施例"、"实施例"、"示例性实施例"等， 其含义是结合实施例描述的特定特征、结构、或特性均包括在本发明的至少 一个实施例中。说明书中出现于各处的这些短语并不一定都涉及同一个实施 例。此外，当结合任何实施例描述特定特征、结构或特性时，都认为其落在 本领域技术人员结合其它实施例就可以实现这些特征、结构或特性的范围 内。
尽管对实施例的描述中结合了其中多个示例性实施例，但可以理解的是 本领域技术人员完全可以推导出许多其它变化和实施例，并落入本公开内容 的原理的精神和范围之内。尤其是，可以在该公开、附图和所附权利要求的 范围内对组件和/或附件组合设置中的排列进行多种变化和改进。除组件和/ 或排列的变化和改进之外，其他可选择的应用对于本领域技术人员而言也是 显而易见的。
权利要求
1. 一种半导体器件，包括第一绝缘层，设置在硅衬底上；连接布线，设置在该第一绝缘层上；第二绝缘层，设置在该第一绝缘层和该连接布线上；金属布线，以螺旋形设置在该第二绝缘层上，并且电连接到该连接布线；以及至少两个孔，设置在该第一绝缘层和该第二绝缘层中，并且位于该金属布线与该硅衬底之间，且位于该金属布线下方。
2. 根据权利要求1所述的半导体器件，其中每个孔的宽度大于该金属 布线的宽度。
3. 根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述孔沿着该第二布线的 长度方向间隔地排列在该第二布线下方。
4. 根据权利要求1所述的半导体器件，其中每个孔的宽度为大约lpm 到大约5pm。
5. 根据权利要求1所述的半导体器件，还包括放射状沟槽图案，其中 所述至少两个孔是该放射状沟槽图案的一部分。
6. 根据权利要求1所述的半导体器件，其中在每个孔的一部分中设置 有第三绝缘层图案。
7. 根据权利要求6所述的半导体器件，其中该第三绝缘层图案、该金 属布线以及该半导体衬底在每个孔中形成完全封闭的空气层。
8. 根据权利要求1所述的半导体器件，还包括通孔金属图案，其中该 通孔金属图案与该金属布线和该连接布线接触。
9. 根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述至少两个孔中设置在 该金属布线的第一区下方的孔偏离所述至少两个孔中设置在该金属布线的 邻近区中的孔。
10. —种半导体器件的制造方法，包括如下步骤 在硅衬底上形成第一绝缘层； 在该第一绝缘层上形成连接布线； 在该第一绝缘层和该连接布线上形成第二绝缘层；在该第二绝缘层中形成通孔金属图案，该通孔金属图案与该连接布线接触；形成贯穿该第一绝缘层和该第二绝缘层的至少两个孔； 在所述孔内形成牺牲层图案；在该牺牲层图案和该第二绝缘层上形成金属布线，该金属布线与该通孔 金属图案接触；以及去除该牺牲层图案，以在该金属布线与该硅衬底之间形成空气层。
11. 根据权利要求10所述的方法，其中该金属布线具有至少一次绕线 的螺旋形。
12. 根据权利要求10所述的方法，其中该牺牲层图案包括有机层。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中该有机层的介电常数小于该第 一绝缘层的介电常数和该第二绝缘层的介电常数。
14. 根据权利要求10所述的方法，其中每个孔的宽度大于该金属布线 的宽度。
15. 根据权利要求10所述的方法，其中去除该牺牲层图案的步骤包括 去除该牺牲层图案，直到暴露该半导体衬底。
16. 根据权利要求10所述的方法，还包括如下步骤 在去除该牺牲层图案之后，在该第二绝缘层和该金属布线上形成第三绝缘层。
17. 根据权利要求16所述的方法，其中该第三绝缘层的一部分填充在 每个孔的一部分中。
18. 根据权利要求17所述的方法，其中每个孔中的该空气层被该第三 绝缘层、该金属布线以及该半导体衬底完全包围。
19. 根据权利要求10所述的方法，其中形成所述至少两个孔的步骤包 括在该第一绝缘层和该第二绝缘层中形成放射状沟槽图案，其中所述至少两 个孔是该放射状沟槽图案的一部分。
20. 根据权利要求19所述的方法，其中该放射状沟槽的宽度大于该金 属布线的宽度。
全文摘要
本发明提供一种具有感应器的半导体器件及其制造方法。该半导体器件可包括连接布线，设置在半导体衬底上；金属布线，以螺旋形设置在绝缘层上并且电连接到连接布线；以及孔，设置在绝缘层中并且位于金属布线与硅衬底之间。本发明通过在感应器的硅衬底与金属布线之间设置空气层能够减小寄生电容，由此能够扩展感应器的可用频率范围。
文档编号H01L27/02GK101378059SQ20081021480
公开日2009年3月4日 申请日期2008年8月28日 优先权日2007年8月28日
发明者金南柱 申请人:东部高科股份有限公司