互連結(jié)構(gòu)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及互連結(jié)構(gòu)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 半導(dǎo)體行業(yè)由于各種電子部件（例如，晶體管、二極管、電阻器、電容器等）的集成 密度的持續(xù)改進(jìn)而經(jīng)歷了快速的發(fā)展。很大程度上，這種集成密度的改進(jìn)源于最小部件尺 寸的不斷縮小，這使得更多的部件集成到給定區(qū)域中。隨著近來對(duì)更小電子器件的需求的 增加，需要更小且更具有創(chuàng)造性的半導(dǎo)體管芯的封裝技術(shù)。
[0003] 隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)晶圓級(jí)芯片規(guī)模封裝結(jié)構(gòu)作為進(jìn)一步減小半導(dǎo)體器 件的物理尺寸的有效可選方式。在晶圓級(jí)芯片規(guī)模封裝結(jié)構(gòu)中，諸如晶體管等的有源器件 形成在晶圓級(jí)芯片規(guī)模封裝結(jié)構(gòu)的頂面處。包括互連結(jié)構(gòu)的各種金屬化層形成在襯底上 方。半導(dǎo)體器件的互連結(jié)構(gòu)可包括多個(gè)橫向互連件（諸如金屬線）和多個(gè)垂直互連件（諸 如通孔、插塞等）。金屬化層的金屬線通過介電層隔離。溝槽和通孔形成在介電層中以提供 金屬線之間的電連接。半導(dǎo)體器件的各個(gè)有源電路可通過由垂直和橫向互連件形成的各種 導(dǎo)電通道連接至外部電路。
[0004] 金屬線和通孔可由銅形成。為了防止諸如兩條相鄰金屬線之間的電容耦合的干擾 對(duì)半導(dǎo)體器件的整體性能產(chǎn)生影響，低K介電材料可填充在相鄰的金屬線之間。低K介電 材料的介電常數(shù)可近似等于或小于4. 0。此外，可以使用氣隙來進(jìn)一步減少電容耦合，從而 提高半導(dǎo)體器件的整體性能特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種裝置，包括：
[0006] 第一導(dǎo)電線，位于介電層上方的第一金屬層中，其中：
[0007] 第一導(dǎo)電線在三個(gè)側(cè)面被第一聚合物層包裹；并且
[0008] 第一導(dǎo)電線和介電層通過第一聚合物層的底部隔離；
[0009] 第二導(dǎo)電線，位于介電層上方，其中：
[0010] 第二導(dǎo)電線在三個(gè)側(cè)面被第二聚合物層包裹；并且
[0011] 第二導(dǎo)電線和介電層被第二聚合物層的底部隔離；以及
[0012] 氣隙，位于第一導(dǎo)電線和第二導(dǎo)電線之間。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一聚合物層和第二聚合物層包括聚酰亞胺。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一聚合物層和第二聚合物層包括交聯(lián)環(huán)氧樹脂。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一聚合物層包括第一側(cè)壁、第二側(cè)壁和第一底部，第 一導(dǎo)電線在三個(gè)側(cè)面被第一側(cè)壁、第二側(cè)壁和第一底部包裹；并且
[0016] 第二聚合物層包括第三側(cè)壁、第四側(cè)壁和第二底部，第二導(dǎo)電線在三個(gè)側(cè)面被第 三側(cè)壁、第四側(cè)壁和第二底部包裹。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，氣隙位于第一聚合物層的第二側(cè)壁和第二聚合物層的 第三側(cè)壁之間。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還包括：第二金屬化層，位于第一金屬化層上方，氣隙 位于第二金屬化層和介電層之間。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第二金屬化層包括形成在聚合物層中的多條金屬線。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種器件，包括：
[0021] 第一金屬化層，位于介電層上方，第一金屬化層包括：
[0022] 第一金屬線，在三個(gè)側(cè)面被第一聚合物層包裹；和
[0023] 氣隙，與第一金屬線相鄰，氣隙和第一金屬線被第一聚合物層的側(cè)壁隔離；以及
[0024] 第二金屬化層，位于第一金屬化層上方，其中：
[0025] 第一金屬線的頂面與第二金屬化層的底面直接接觸；并且
[0026] 第一金屬線的底面和介電層通過第一聚合物層的底部隔開。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一聚合物層的底部的厚度在大約lnm至大約5nm的 范圍內(nèi)。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還包括：第二金屬線，在三個(gè)側(cè)面被第二聚合物層包 裹，其中，氣隙位于第一金屬線和第二金屬線之間。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一聚合物層包括聚酰亞胺。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一聚合物層包括交聯(lián)環(huán)氧樹脂。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第二金屬化層包括被聚合物材料環(huán)繞的通孔，其中，通 孔的底面與第一金屬化層的金屬線的頂面直接接觸。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通孔和金屬線包括銅。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種方法，包括：
[0034] 在介電層上方沉積第一聚合物層；
[0035] 使用蝕刻工藝形成第一開口和第二開口，第一開口和第二開口部分地穿過第一聚 合物層；
[0036] 用導(dǎo)電材料填充第一開口和第二開口，以形成第一金屬線和第二金屬線；
[0037] 對(duì)第一聚合物層施加選擇性熱固化工藝，直到第一聚合物層環(huán)繞第一金屬線和第 二金屬線的部分被固化；
[0038] 通過清潔工藝去除第一聚合物層的未固化部分；以及
[0039] 沉積介電層以在第一金屬線和第二金屬線之間形成氣隙。
[0040] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還包括：將熱源引導(dǎo)至第一金屬線和第二金屬線上；
[0041] 固化第一聚合物層直到環(huán)繞第一金屬線和第二金屬線的區(qū)域中的聚酰胺酸轉(zhuǎn)化 為聚酰亞胺。
[0042] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還包括：將熱源引導(dǎo)至第一金屬線和第二金屬線上；
[0043] 固化第一聚合物層直到環(huán)繞第一金屬線和第二金屬線的區(qū)域中的環(huán)氧樹脂轉(zhuǎn)化 為交聯(lián)環(huán)氧樹脂。
[0044] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還包括：在第一金屬線和第二金屬線上方設(shè)置第二聚 合物層，以在第一金屬線和第二金屬線之間形成氣隙；
[0045] 對(duì)第二聚合物層施加固化工藝；以及
[0046] 在第二聚合物層中形成通孔，通孔的底面與金屬線的頂面直接接觸。
[0047]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還包括：固化工藝的溫度在大約250度至大約400度的 范圍內(nèi)。
[0048]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在去除第一聚合物層的未固化部分之后，第一聚合物 層的固化部分在三個(gè)側(cè)面包裹第一金屬線和第二金屬線。
【附圖說明】
[0049] 當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，根據(jù)以下詳細(xì)的描述能夠最好地理解本發(fā)明的各個(gè)方面。注 意，根據(jù)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各個(gè)部件沒有按比例繪制。事實(shí)上，為了討論的清楚，各個(gè)部件的 尺寸可以任意增加或減小。
[0050] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面圖；
[0051] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的另一半導(dǎo)體器件的截面圖；
[0052] 圖3至圖17示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的制造圖1所示半導(dǎo)體器件的中間步 驟；
[0053] 圖18示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的用于形成圖1所示半導(dǎo)體器件的方法的流 程圖；
[0054] 圖19至圖22示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的制造圖2所示半導(dǎo)體器件的中間步 驟；以及
[0055] 圖23示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的用于形成圖2所示半導(dǎo)體器件200的方法 的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0056] 以下公開提供了許多不同的用于實(shí)施本發(fā)明主題的不同特征的實(shí)施例或?qū)嵗?。?下描述部件或配置的具體實(shí)例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅僅是實(shí)例而不用于限制。例如， 在以下的描述中，在第二部件上方或之上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件被形 成為直接接觸的實(shí)施例，并且也可以包括可以在第一部件和第二部件之間形成附加部件使 得第一部件和第二部分沒有直接接觸的實(shí)施例。此外，本發(fā)明可以在各個(gè)實(shí)例中重復(fù)參考 標(biāo)號(hào)和/或字母。這些重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚，其本身并不表示所討論的各個(gè)實(shí)施例和/ 或結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。
[0057] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面圖。半導(dǎo)體器件100包括 形成在襯底102中的晶體管器件150以及形成在襯底102上方的多個(gè)互連結(jié)構(gòu)。
[0058] 襯底102可由硅形成，盡管其還可以由其他III族、IV族和/或V族元素形成，諸 如硅、鍺、鎵、砷和它們的組合。襯底102還可以為絕緣體上硅（SOI)的形式。SOI襯底可包 括形成在硅襯底中所形成的絕緣體層（例如，隱埋氧化物等）上方的半導(dǎo)體材料層（例如， 硅、鍺等）。此外，可使用的其他襯底，包括多層襯底、梯度襯底、混合取向襯底等。
[0059] 襯底102可進(jìn)一步包括各種電路，諸如金屬氧化物半導(dǎo)體（M0S)晶體管（例如晶 體管器件150)和相關(guān)的接觸插塞（例如接觸插塞118)。形成在襯底102上的電路可以為 任何類型的適合于特定應(yīng)用的電路。根據(jù)實(shí)施例，電路可包括各種η型金屬氧化物半導(dǎo)體 (NM0S)和/或ρ型金屬氧化物半導(dǎo)體（PM0S)器件，諸如晶體管、電容器、電阻器、二極管、 光電二極管、熔絲等。電路可以互連以執(zhí)行一種或多種功能。功能可包括存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、處理結(jié) 構(gòu)、傳感器、放大器、配電、輸入/輸出電路等。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，上述實(shí)例只是為 了示意性的目的，并不將本發(fā)明限于任何特定的應(yīng)用。
[0060]如圖1所示，晶體管器件150包括第一源極/漏極區(qū)域106和第二源極/漏極區(qū) 域108。第一源極/漏極區(qū)域106和第二源極/漏極區(qū)域108形成在晶體管器件150的柵 極結(jié)構(gòu)的相對(duì)側(cè)上。柵極結(jié)構(gòu)形成在介電層112中和襯底102上方。柵極結(jié)構(gòu)可包括柵極 介電層113、柵極介電層113上方的柵電極114、以及間隔件116。
[0061] 柵極介電層113可以為諸如氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、氧化物、含氮氧化物、它們 的組合等的介電材料。柵極介電層113可具有大于約4的相對(duì)介電常數(shù)值。這種材料的其 他實(shí)例包括氧化鋁、氧化鑭、氧化鉿、氧化鋯、氮氧化鉿、任何它們的組合等。在柵極介電層 113包括氧化物層的實(shí)施例中，柵極介電層113可通過任何適當(dāng)?shù)某练e工藝來形成，諸如將 四乙氧基硅烷（TE0S)和氧用作前體的等離子體增強(qiáng)化學(xué)