利用牺牲材料的半导体构造的制造方法

专利名称：利用牺牲材料的半导体构造的制造方法
技术领域：
本发明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，本发明是关于利用牺牲材料以增强半导 体装置的性能。
背景技术：
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 于一晶圓基板上。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硅所 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，以替代二氧化硅。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P争低串音杂讯。举例而言v虽然主要使用的介电质二氧 化硅的介电常数约为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工艺中。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ii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 半导体制造工艺中时，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。

发明内容
广泛言之，本发明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j氐介电率(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。应了解本发明可以许多种方式实 施，包括工艺、设备、系统、装置、或方法。下文将说明本发明的若 干发明实施例。
在一实施例中，^Hf—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"l妄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&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，^^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、 进行一双重镶嵌工艺以蚀刻复数个渠沟与复数个通孔、以及填满且平
7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、进行一双重镶嵌工艺以蚀刻复数个渠沟、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。
本发明的优点有许多。最显着地莫过于即使本发明的半导体构 造最终利用空气或低K介电材料作为介电质，但本发明的半导体构造 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 半导体制造工艺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。
本发明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。


图1A是依据本发明的一实施例，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是依据本发明的另 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、
8部分的、分解的剖面图。
图1C是依据本发明的又另一实施例，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是依据本发明的再另一实施例，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是依据本发明的一方面，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4^本发明的另一方面，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是依据本发明的又另一实施例，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是依据本发明的另一方面，用以制造具有复数条铜金属化线 与支持短截部的空气介电质半导体构造的工艺操作的流程图。
图3是依据本发明的又另 一 实施例，用以制造具有复数条铜金属 化线的多孔性低K介电质半导体构造的上位流程方法操:作程序。
具体实施例方式
藉由下文附有图示的详细说明将了解本发明，其中相似的参考编 号指示着相似的构造元件。
兹将说明用以制造藉由使金属间介电质电容值最d、化使半导体 性能最佳化的半导体构造的实施例。在-T"较佳实施例中，使用牺牲材 料于每一层铜交互连接的制造中，然后蚀刻掉且由具有低介电常数的 绝缘体来取代。在另一实施例中，复数个短截部形成于牺牲层中，因 此当蚀刻掉牺牲层时创造出几乎连续支持柱。在较佳实施例中，短截 部的实质上连续支持柱是建构成从钝化层延伸至钝化盖覆层，因此形 成具有降低的电容相关延迟的高结构整全性的半导体构造。在一较佳实施例中，复数个短截部是由铜所构成。在另一实施例中，牺牲层是 介电质且低介电材料是多孔性介电材料。'
在下文说明中，提出许多具体细节以透彻了解本发明。然而，熟
分或全部。换言之，为了不模糊本发明将不详细说明众所周知的工艺 操作。
图IA是依据本发明一实施例的半导体构造100的剖面图，具有 形成于具有复数个晶体管的基板102上方的一层间介电质(ILD)。如图 所示，每一制成的晶体管(transistor)包括形成于基板102内的复数个源 极/漏极扩散区域103。每一晶体管更包括一导体多晶硅栅极120，藉 由一介电栅极氧化物118而分离于基板102。在一实施例中，已知为 P型或N型区域的源极/漏极区咸103，得经由利用杂质例如硼或磷的 掺杂工艺而形成。如图所示，源4及/漏极旦域103是由亦形成于基板 102内的复数个浅渠沟隔绝区域104所分离。如所设计般，浅渠沟隔 绝区域104是由非导电材料(例如二氧化硅、氮化硅等等)所形成。沿 着才册极氧化物118与多晶硅栅极120的每一侧壁形成复数个介电质间 隙壁122。
更显示着层间介电质(ILD)106形成于基板102上。在较佳实施例 中，ILD106是由氧化硅所构成。然而，熟悉此项技艺的人士了解 ILD106得由任何其他合适的介电材料所构成，只要该材料实质上坚固 耐用且提供充分的绝缘。层间介电层正常简称为ILD1、 ILD2等等。 用于第一装置后介电层的金属间介电质(IMD)或金属前介电质(PMD)
也时常用来说明积体电路建筑架构。
复数个接触孔108界定于ILD106内，由一导电材料所填满(亦即， 形成一插塞)，因此允许金属化线与晶体奮(亦即，主动元件)间的实质 上直接电性接取。在一实施例中，接触插塞是藉由沉积一层钨然后平 坦化ILD106的顶表面上过多的钨而形成。
虽然在此实施例中接触孔108填满钨，但熟悉此项技术的人士应了解接触孔108得填入任何导电材料，尸、要提供金属交互连接与主动 元件间的直接层至层电性接取的功能可以达成。此外，虽然在此例子 中使用CMP操作移除过多的材料，熟悉此项技艺的人士了解得进行 任何其他平坦化或材料移除操作。
跟随着平坦化操作之后，一#<化层116形成于ILD106上方，以 保护主动元件在后续制造操作中避免腐蚀与化学反应。在一例子中， 钝化层116是由氮化硅(SiN)所形成。
图1B是描绘依据本发明之一实施例，图1A的半导体构造100 更包括具有复数条制成的金属化线115、通孔112、以及短截孔124a 的第一牺牲层110a。如图所示，在一实施例中，得经由化学蒸汽沉积 (CVD)方法形成叠置于钝化层116上方的第一牺牲层110a。第一牺牲 层110a最好是使用任何适当的沉积工艺所沉积的二氧化硅(SiO2)。在 一实施例中，二氧化硅得使用任何会适的沉积方法藉由分解 tetmethylorthosilicate "TEOS" Si(OC2Hs)4反应物所沉积。合适的沉积 方法得包括化学蒸气沉积(CVD)、低压力化学蒸气沉积(LPCVD)、大 气压力化学蒸气沉积(APCVD)、次大气压力化学蒸气沉积(SACVD)、 电浆增强化学蒸气沉积(PECVD)等等。虽然在此实施例中牺牲层是由 二氧化硅所形成，但在不同例子中，牺牲层110a得由任何对铜无活性 且在制造工艺中机械性坚固的材料所形成。
跟随着第一牺牲层110a的形成后，进行铜双重镶嵌工艺以形成 层间金属化线与导电通孔于第一牺牲层110a内。在一实施例中，首先， 复数个通孔112形成。此任务得藉由重叠第一牺牲层110a与光阻罩， 且随后蚀刻并移除第一牺牲层110a中的未被保护的部分向下至钝化 层116的表面以及4妄触孔108而达成。.
在较佳实施例中，除了通孔112之外，进行几乎相同于通孔ll2 的工艺而形成复数个短截孔124a于第一牺牲层110a内。亦即，复数 个短截部状图案遮于第一牺牲层U0a的表面上方，随后被蚀刻且向下 移除至钝化层116的表面。接着，实行相同技巧，复数条渠沟114形成于第一牺牲层110a内，使得复数个渠沟114中的每一个实质上对准 于一受遮通孔112。 -
此时， 一层金属沉积于第一牺牲层110a的表面上以及渠沟114、 通孔112、与短截孔124a内。在一实施例中，渠沟114经由賊镀与电 镀工艺而填满铜，因此界定复数条金属化线115与导电通孔。在一实 施例中，于金属沉积之前，得沉积一阻障层(未图示)于第一牺牲层110a 的表面上方以及复^t个通孔112与渠沟114内。举例而言，得用以形 成阻障层的金属典型上包括钽材料或氮化钽材料，或两者的组合。随 后， 一铜种层(亦未图示)得沉积于阻障层上以作为复数个通孔112与 渠沟114内的内壁与表面的村里。种层的构成是用以在后续的铜电沉 积工艺中建立良好的电性接触。
如所制造般，复数个短截部125a的每一个的功能是用以支持半 导体构造100的多层结构。因此，相反于用以提供不同交互连接层间 的电性连接的复数个导电通孔113,短截部125a的功能在于提供一种 具有高结构整全性的半导体构造。据此，应了解半导体装置得具有用 以达成最佳结构支持排列的任何数目的短截部125分布。再者，虽然 在此实施例中短截孔124a填入铜，但在不同例子中，短截孔124a得 填入任何非牺牲材料或金属，只要所用材料足够坚固能支持后续形成 的钝化盖覆层118。
随着金属化线115、导电通孔113、以及短截部125a形成之后， 进行CMP操作于重叠在第一牺牲层110a的表面的铜层上，以从牺牲 层110a的表面移除过多的铜。
兹参照图1C,其描绘依据本发明的一实施例图1B的半导体构造 100,具有复数个制成的牺牲层110b-110g，每一个层包括复数个短截 部125b-125g。在实施例中，第二、第三、第四、第五、第六、以及 第七牺牲层110b-110g与其各自的渠沟114、金属化线115、通孔112、 导电通孔113、短截孔124b-124g、以及短截部125b-125g中的每一个 皆以相同于第一牺牲层110a与其各自的渠沟114、金属化线115、通孔U2、导电通孔U3、短截孔124a、以及短截部125a的方式和材料 所形成。
如图所示，复数个短截部125b-125g分别形成第一至第七牺牲层 110b-U0g内，使得复数个短截部125b-125g中的每一个对准于复数个 短截部125a中的每一个。亦即，复数个短截部125g中的每一个与其 各自对准的短截部群一起形成于每一牺牲层110a-110f内，界定一实 质上连续支持柱，每一个从钝化层116的表面延伸至第七牺牲层110g 的表面。以此方式，短截部125a-125g对一后续形成的钝化盖覆层118 提供适当的支持。
图1D是依据本发明的一实施例蚀刻后多层半导体构造IOO，的剖 面图，具有空气作为介电材料。如图所示，图1C所描绘的半导体100 的牺牲层100a-100g已净皮蚀刻。举例而言，牺牲层110a-110g得经由 混蚀刻工艺而移除，其中氢氟酸(HF)与去离子水的混合物(亦即，稀释 的HF(DHF))施加牺牲层110a-110g，因此移除围绕导电通孔113、金 属化线115、以及短截部125a-125g的牺牲材料。在一实施例中，牺 牲材料的移除得藉由首先将半导体构造100浸入于含有氢氟酸与去离 子水的混合物的槽中一特定时间。随后，氢氟酸与去离子水的混合 物藉由漂洗半导体构造100,接着进行自旋漂洗操作而移除。在另一 实施例中，浸入蚀刻可能藉由利用加热器与搅动装置(例如，搅拌器、 超音波等等)而增强。在另一实施例中，并非浸入半导体构造100,而 是经由喷洒氬氟酸与去离子水的混合物至半导体构造100上进行蚀刻 操作，因此创造出一空隙的交互连接金属化结构。然而，在另一实施 例中，得使用氧化物电浆蚀刻方法蚀刻掉牺牲材料。
在氢氟酸与去离子水的混合物中氢氟酸的浓度以介于大约0.1 % 至5.0%间较佳。然而，熟悉此项技艺的人士了解氢氟酸与去离子水的 混合物中氢氟酸的浓度得为任何适当的浓度，只要混合物具有在不影 响金属化线下可移除牺牲层的能力。再者，虽然已使用氢氟酸与去离 子水的混合物进行蚀刻操作，但必须了解仍得使用任何具有合适浓度的适当的蚀刻剂，只要蚀刻剂能移除牺牲材料。
必须注意短截部125a-125g、导电通孔113、以及金属化线115不会被蚀刻操作所影响。亦即，^豆截部125a-125g、导电通孔113、以及金属化线115是由实质上对于氢氟酸与去离子水的混合物无活性的材料所构成。再者，牺牲材料的移除不影响由钝化层116所保护的主动元件的电性效能。此外，虽然在此实施例中已经使用空气作为绝缘体，但在不同实施例中，得使用任何具有低K介电常数(例如氮气等等)的气体或任何惰性气体(例如氖、氩等等)代替牺牲材料。
兹参照图1E，显示依据本发明的"实施例图1D的蚀刻后空气-介电质多层半导体构造100，，更包括钝化盖覆层118。如图所示，在一例子中，钝化盖覆层118得包括复数个凹面116b^与116b2，实质上形成由牺牲层110g的移除所创造出的空隙中。
如图所示，钝化盖覆层118实质上归结了半导体构造IOO，的制造且作为两种目的之用。除了作用为密封钝化层之外，因此防止半导体构造100，内的腐蚀与化学反应，钝化盖覆层118亦作用为半导体构造IOO，的盖。如此，短截部125a-125g的复数个实质上连续柱对于钝化盖覆层118提供足够的支持。以此方式，如所制成般，钝化盖覆层118、复数个短截部125a-125g、复数个金属化线115、复数个导电通孔113、以及基板102创造出一具有高结构整全性与降低电容延迟的半导体构造。
图1F-1是依据本发明的一实施例图'1D的蚀刻后多层半导体构造IOO，的剖面图，具有低K介电层。如图所示，牺牲层110a-110g已经由低介电材料111所形成的介电层110a，-110g，所替代。低K介电材料111是建构成一高度多孔性介电材料，以具有实质上接近空气的介电常数较佳。如此，低K介电材料包括复数条空气填满的孔1U，。在一实施例中，低K介电材料111得为从位于Los Gatos, California的Applied Signal Electronic Materials而来的NanoglassTM,其为具有直径小至IO毫微米的填满空气的孔的二氧化硅材料。在不同的实施例中，
14得利用任何多孔性低K介电材料(例如自旋聚合物、CVD沉积的有机硅酸玻璃(organosilicate glass, OSG)、自旋聚合物与CVD沉积的OSG—起、组合有气相蒸发技巧的自旋聚合物、组合有超临界干燥技巧的自旋聚合物、多孑L性珪土气凝胶、Dow Corning hydrogen silsesquioxan型多孔性XLK介电质、氩/氧气气体环境中硅蒸发/氧化沉积等等)。至于多孔性材料，有效介电常数的范围介于空气的介电常数(亦即l)与致密材料Dow Coming XLK的介电常数(亦即2,2)间。因此，在较佳实施例中，多孔性低只是电材料的介电常数的范围从大约1至大约4。
在一实施例中，蚀刻后半导体构造IOO，经由自旋工艺或CVD工艺而填满低K介电材料111。最好藉着巧力将液体状的低K介电材料111导引入蚀刻后半导体构造100，。以此方式，低K介电材料lll穿过半导体构造IOO，的几乎所有被蚀刻的区域，向下大约至第一介电层110a，。藉此，半导体构造100，的蚀刻后区域可填满低K介电材料111,
使得实质上所有存在的空隙由低材料111所填满。然而，熟悉此项技艺的人士了解依据所需要的半导体构造IOO"的机械强度与低K介电材料，低K介电材料111得导引入半导体构造100，中，使得在填充操作之后仍维持有若干空隙。举例而言，在一态样中，蚀刻后半导体构造IOO，的填充得使实质上位于上方的介电层由低K介电材料1U所填
满同时下方的介电层维持几乎空着。
随着导引入低K介电材料111之后，如图1F-2所示，依据本发明的一实施例，蚀刻后低K介电质半导体构造100"由钝化盖覆层118，所覆盖。如图所示，钝化盖覆层118，的功用如同一密封钝化层以及一盖子。如图所示，钝化盖覆层118'、第一至第七介电层U0a，-110g，、以及基板102形成具有高结构整全性与低电容延迟的半导体构造100"。
虽然在此等实施例中牺牲层110a-110g已由二氧化珪所形成，但熟悉此项技艺的人士明白对于铜无活性且机械性坚固以致可在制造工艺中实施的材料皆得用以形成牺牲层。应注意牺牲层的功用在于在多层交互连接结构的制造中提供良好的机械支持。此机械支持是必须
的以使交互连接结构可抵抗在CMP与其他操作中发生的结构应力与 压力。
兹参照图2，其描绘依据本发明的一实施例工艺操作的流程图 200,用以制造具有复数条铜金属化线与支持短截部的空气介电质半 导体构造。本方法开始于操作202，其中提供一具有主动区域的基板。 接着，在操作204中，形成浅渠沟隔绝区域于基板中，随后在操作206 中，形成晶体管结构于主动区域中。
一旦界定出晶体管，本方法继续至操作208,其中形成ILD于基 板表面上方。随后，在操作210中，用以提供金属化线与晶体管间的 直接接取的钨接触插塞经由ILD而形成。钨接触插塞的形成需要沉积 鴒至ILD的表面上以及通孔内，以形成鴒插塞。据此，在后续的操作 212中，重叠于ILD表面的钨被平坦化，因此移除过多的钨。此操作 的后跟随操作214，其中形成钝化层于ILD上方以保护基板的主动成 分免受污染。
此时，本方法继续至操作216，其中形成牺牲层于先前所形成的 层上方。随后，在操作216中，形成通孔与渠沟于牺牲层中。最好经 由通孔优先、渠沟优先或者掩埋通孔双重镶嵌工艺所达成。随着通孔 与渠沟的表成后，在操作220中，经由牺牲层形成短截孔以支持多层 半导体构造。以此方式，支持短截部形成于每一牺牲层中，因此对于 后续形成的钝化盖覆层提供支持。在某些情形中，短截孔可于形成通 孔的同时形成。
接续着通孔、渠沟、以及短截孔的形成，在操作222中，施加铜 至牺牲层的表面上以及通孔、渠沟、与短截孔内，因此填满渠沟、通 孔、与短截孔。当铜沉积至通孔、渠沟、与短截孔内时，过多的铜存 留于牺牲层的表面。据此，在操作224中，过多的铜被平坦化且清洁 基板表面，因此移除存留亍基板表面上的任何污染。过多的铜最好经 由化学机构平坦法(CMP)操作而平坦化。重要的是注意既然牺牲材料
16仍存在，故交互连接结构在CMP^搡作中非常移定。
随后，本方法继续至操作226，其中确定是否需要形成任体何额 外的金属化线。倘若确定需要额外的金属化线，本方法返回至操作 216,其中牺牲层形成于先前所形成的层上方。相对地，倘若无须形 成额外的金属化线，本方法继续至操作228，其中蚀刻且移除未受钝 化层所保护的牺牲层。牺牲材料的移除是藉由施加HF与去离子水的 混合物至多层半导体构造而达成。最后，本方法继续至操作230,其 中形成钝化盖覆层于最末的铜金属化层上方且归结本制造工艺。
本发明的另一实施例可从图3的流程图300来了解，其描绘依据 本发明的一实施例用以制造具有铜金属化线的多孔性低K介电质半 导体构造的工艺操作的流程图300。本方法开始于操作302,其中提 供一具有主动区域的基板。接着，在操作304中，形成浅渠沟隔绝区 域至基板中，随后在4乘作306中，形成晶体管结构于主动区域中。在 晶体管结构形成之后，于搡作308中，形成ILD于基板表面上方，随 后于操作310中，经由ILD形成鴒接触插塞。随后，重叠于ILD的表 面的过多的钨被平坦化。接着于#:作314中，形成钝化层于ILD上方， 以保护基板的主动元件。
在钝化层形成之后，于操作316中，形成牺牲层于先前所形成的 层上方，随后在操作318中，经由牺牲层形成通孔与渠沟。随后，在 操作320中，施加铜至牺牲层的表面上，因此填满渠沟与通孔。在操 作322中，平坦化与清洁操作接续实施，以从基板表面上移除过多的 铜与污染。
进行至操作324,确定是否需要形成任何额外的金属化线。倘若 确定需要额外的金属化线，则本方法继续至操作316。否则，本方法 继续至操作326,其中蚀刻且移除未受钝化层保护的牺牲层。牺牲层 的移除是藉由施加HF与去离子水的混合物或任何合适于溶解牺牲层 的化学物质至多层半导体构造。随后，在操作3M中，由多孔性低K 介电材料来替代牺牲层。最后，在操作330中，钝化盖覆层形成于最
17末的铜金属化层上方，因此归结本制造主艺。
再次，应注意既然致密的牺牲材料仍然存在，故在每一CMP操 作中交互连接结构机械性皆稳定。 一旦无须更多的CMP操作，则移 除牺牲材料。 一旦移除，则交互连接结构可由低K介电材料填满或留 下作为空气介电质。低只是电质或空气将因而提供更快的积体电路装 置。
虽然前述发明已因清楚了解的目的而详细说明，但显然得在权利 要求内实行特定的变换与修改。举例而言，此处所述的实施例主要指
向具有铜金属化线的半导体构造的制造；然而，应了解本发明的制造
工艺相当合适于制造具有任何类型金属化线的半导体构造(例如铝、 鴒、以及其他金属或合金)。据此，本实施例为阐释性而非限制性， 且本发明不限于此处所给定的细节，而得在权利要求的范围与均等物 内加以^"改。
权利要求
1. 一种半导体装置的制造方法，其包括形成复数个晶体管结构于基板上；形成复数个交互连接金属化结构于复数个阶层中，所述复数个交互连接金属化结构的形成包括沉积牺牲层；进行双重镶嵌工艺以蚀刻复数个渠沟与复数个通孔，以及填满且平坦化所述复数个渠沟与所述复数个通孔，对所述复数个交互连接金属化结构的所述复数个阶层从头到尾地蚀刻掉所述牺牲层，该蚀刻留下空隙的交互连接金属化结构；以及藉着低K介电材料填满所述空隙的交互连接金属化结构，该填满用以界定低K介电质的交互连接金属化结构。
2. 根据权利要求l所述的半导体装置的制造方法，其特征在于， 所述制造方法还包含形成钝化层于被填满的所迷空隙的交互连接金属化结构上方。
3. 根据权利要求l所述的半导体装置的制造方法，其特征在于， 所述牺牲层是介电质。
4. 根据权利要求3所述的半导体装置的制造方法，其特征在于， 所述介电质是二氧化硅(Si02)。
5. 根据权利要求l所述的半导体装置的制造方法，其特征在于， 所述蚀刻包括使所述牺牲层遭受湿蚀刻剂。
6. 根据权利要求5所述的半导体装置的制造方法，其特征在于， 所述湿蚀刻剂是氢氟酸(HF)和去离子水(DI水)的混合物。
7. —种半导体装置的制造方法，其包括 形成复数个晶体管结构于基板上；形成复数个交互连接金属化结构于复数个阶层中，所述复数个交互连接金属化结构的形成包括 沉积牺牲层；进行双重镶嵌工艺以蚀刻复数个渠沟、复数个通孔与复数个 短截部；及填满且平坦化所述复数个渠沟、所述复lt个通孔与所述复数 个短截部，对所述复数个交互连接金属化结构的所述复数个阶层从头到尾 地蚀刻掉所述牺牲层，该蚀刻留下空隙的交互连4妄金属化结构与复数 个支持短截部。
8. 根据权利要求7所述的半导体装,置的制造方法，其特征在于， 所述制造方法还包括形成钝化层于所述空隙的交互连接金属化结构与所述复数个支 持短截部上方。
9. 根据权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其特征在于， 所述空隙的交互连接金属化结构具有空气、氮气、氖气、以及氩气中 之一气体作为介电质。
10. 根据权利要求7所述的半导体装置的制造方法，其特征在于， 所迷蚀刻包括使所述牺牲层遭受湿蚀刻剂。
11. 根据权利要求10所述的半导体装置的制造方法，其特征在 于，所述湿蚀刻剂至少是一种氢氟酸(HF)和去离子水(DI水)的混合物。
12. 根据权利要求7所述的半导体装置的制造方法，其特征在于， 所述复数个支持短截部中的每一个构造为形成延伸经过所述空隙的 交互连接金属化结构的所述复数个阶层的支持柱。
13. —种于基板上制造半导体构造的方法，所述基板具有形成在 其上的晶体管，所述方法包括形成复数个交互连接金属化结构于复数个阶层中，所述复数个交 互连接金属化结构的形成包括沉积牺牲层；进行工艺以蚀刻复数个渠沟、复^t个通孔与复数个短截部入 所述牺牲层；及填满且平坦化^皮蚀刻的所述复^t个渠沟、所述复数个通孔与 所述复^:个短截部，对所述复数个交互连接金属化结构的所述复数个阶层从头 到尾地蚀刻掉所述牺牲层，该蚀刻留下空隙的交互连接金属化结 构，所述空隙的交互连接金属化结构在结构上被无电学功能的短 截部支持。
14. 根据权利要求13所述的制造半导体构造的方法，其特征在 于，所述方法还包括形成钝化层于所述空隙的交互连接金属化结构与所述复数个支 持短截部上方。
15. 根据权利要求14所述的制造半导体构造的方法，其特征在 于，所述空隙的交互连接金属化结构具有空气、氮气、氖气、以及氩 气中之一气体作为介电质。
16. 根据权利要求13所述的制造半导体构造的方法，其特征在 于，所述蚀刻包括使所述牺牲层遭受湿蚀刻剂。
17. 根据权利要求16所述的制造半导体构造的方法，其特征在 于，所述湿蚀刻剂至少是一种氢氟酸(HF)和去离子水(DI水)的混合物。
18. 根据权利要求13所述的制造半导体构造的方法，其特征在 于，所述复数个支持短截部中的每一个构造为形成延伸经过所述空隙 的交互连接金属化结构的所述复数个阶A的至少若干个支持柱。
全文摘要
本发明提供一种半导体装置的制造方法，其包括形成复数个晶体管结构于基板上；形成复数个交互连接金属化结构于复数个阶层中，复数个交互连接金属化结构的形成包括沉积牺牲层、进行双重镶嵌工艺以蚀刻复数个渠沟与复数个通孔，及填满且平坦化复数个渠沟与复数个通孔；对复数个交互连接金属化结构的复数个阶层从头到尾地蚀刻掉牺牲层，该蚀刻留下空隙的交互连接金属化结构；以及藉着低K介电材料填满空隙的交互连接金属化结构，该填满用以界定低K介电质的交互连接金属化结构。
文档编号H01L23/532GK101488473SQ200910006730
公开日2009年7月22日 申请日期2002年3月26日 优先权日2001年3月28日
发明者戴维·魏, 罗德尼·基斯特勒, 耶海尔·哥特基斯 申请人:兰姆研究有限公司