專利名稱：自支撐空氣橋互連結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體制造技術領域，特別涉及一種自支撐空氣橋互連結構 的制作方法。
技術背景在集成電路的制作過程中，集成電路的元件或者互連結構之間，通常都 采用介質材料隔離，所述的介質材料包括氮化硅，氧化硅，氮氧化硅等，這 些材料具有較好的絕緣特性，較高的介電常數。由于其介電常數較高，因此， 相鄰的導電元件之間的寄生電容也較大。隨著集成電路的集成度越來越大， 相鄰導電元件之間的距離越來越小，集成電路的層數也越來越高，必須采用 介電常數較小的介電材料。介電材料的介電常數A—般按照下述標準進行劃分標準Mi: 4.5OK10; 低Hi: K3.0;超低W直2.0<A<2.5，以及極低Mi: /K2.0。超低沐極低yt介電 材料一般傾向于多孔，其結構中有故意加工出來的空隙。由于可能的最低介 電常數是用空氣或者真空定義的UVAC=1),因此，目前已經發展了很多手段 來在介電材料中產生空隙。當空隙體積延展使占據線路之間的間隙成為基本 上連續的區域時，就形成了隔離導電元件之間的空氣橋(airbridge)。在電子元件內采用空氣橋可以降低相鄰導電元件互連結構之間的寄生電 容，實現較高互連速度。專利號為US6472740的美國專利^:供了一種自支撐空氣橋互連結構，參考 附圖1所示，4是供半導體襯底10，所述半導體村底內具有有源區14,有源區14 內形成有源器件，所述的互連結構20用于連接半導體襯底內的有源器件，介質材料32用于支撐所述的互連結構20和互連結構21，互連結構之間的空間30 為空氣橋，在所述的互連結構20以及21上，鍵合有晶圓50。所述的空氣橋互連結構中，將晶圓5與互連結構20和互連結構214定合，由 于晶圓50的厚度不可以根據需要進行控制，因此，給鍵合工藝造成較大的困難。發明內容有鑒于此，本發明解決的技術問題是提供一種自支撐空氣橋互連結構的 制作方法，解決現有技術將晶圓與半導體襯底上的互連結構鍵合時，由于晶 圓厚度不易控制，導致鍵合困難的缺陷。一種自支撐空氣橋互連結構的制作方法，包括提供半導體襯底以及位 于半導體襯底上的一層或者一層以上的介質材料層，所述半導體襯底以及介質材料內形成有半導體器件和互連結構；去除所述半導體器件以及互連結構 之間的介質材料層；提供基體材料以及位于基體材料上的第一材料層和第二 材料層；通過第一材料層和第二材料層，在基體材料內進行離子注入，形成 離子注入層；鍵合所述第二材料層以及距離半導體襯底最遠的互連結構；分 離所述基體材料與第 一材料層。可選的，分離所述基體材料與第一材料層之后，還包括去除所述第一材 料層上的基體材料的工藝步驟。可選的，在基體材料內進行離子注入，形成離子注入層后還包括退火的 工藝步驟。可選的， 一睫合所述第二材料層以及距離半導體襯底最遠的互連結構后還 包括加固的工藝步驟。可選的，所述第一材料層為氮化硅，厚度為10 50nm。可選的，所述第一材料層為氧化硅或者氟硅玻璃，厚度為100 50000nm。可選的，所述離子注入層內的注入離子為氫離子或者硼離子或者氫離子和硼離子。可選的，所述離子注入層與第一材料層和基體材料的連接面的距離為10埃至1000埃。可選的，所述介質材料內還形成有支撐結構，位于半導體襯底與第二材 料層之間。與現有技術相比，上述方案具有以下優點在基體材料上形成厚度可根據需要控制的第一材料層和第二材料層，并 且，所述基體材料的厚度也可以根據需要進行控制，隨后，將所述的第二材 料層與集成電路中距離半導體襯底最遠的互連結構鍵合，使鍵合工藝變得簡 單可控，由于所述的基體材料內形成有離子注入層，所以，在鍵合之后，可 以將基體材料層從第 一材料層上去除。進一步，第 一材料層上存留的部分基體材料可以通過化學機械拋光工藝 去除。本發明所述的自支撐空氣橋互連結構的制作方法，采用不連接半導體元 件的支撐結構，用于支撐所述的空氣橋互連結構，避免現有技術中保留部分 介質材料支撐空氣橋的缺陷。
圖1為現有技術的自支撐空氣橋互連結構的制作方法的結構圖；圖2至圖7為本發明的自支撐空氣橋互連結構的制作方法的工藝流程結構示意圖。
具體實施方式
為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖 對本發明的
具體實施方式
做詳細的說明。 實施例體襯底以及位于半導體襯底上的一層或者一層以上的介質材料層，所述半導體襯底以及介質材料內形成有半導體器件和互連結構；去除所述半導體器件 以及互連結構之間的介質材料層；提供基體材料以及位于基體材料上的第一 材料層和第二材料層；通過第一材料層和第二材料層，在基體材料內進行離 子注入，形成離子注入層；鍵合所述第二材料層以及距離半導體襯底最遠的 互連結構；分離所述基體材料與第一材料層。提供半導體襯底，所述半導體襯底為硅或者絕緣體上硅或者硅鍺等半導 體材料，所述半導體襯底內形成有N阱、P阱以及隔離結構等。在所述半導體襯底上，形成有一層或者一層以上的介質材料層，所述半 導體襯底以及介質材料層內，根據電路設計的需要，形成若干半導體器件以 及互連結構，所述介質材料層之間，還可以形成層間襯層(liner layer)，所 述的層間襯層可作為蝕刻介質材料層時的刻蝕自動停止層。所述的介質材料 層的層數可以是l層，2層，4層，6層，8層甚至12層，材料可以是氧化硅， 氮氧化硅或者氟硅玻璃等絕緣材料。所述的層間襯層的材料例如為氮化硅等。為了使本發明所述的技術方案更加清楚，給出一個具體的實施例，參考 附圖2中所示，提供半導體襯底100，半導體襯底100內形成有隔離結構110， 所述的隔離結構110用于隔離有源器件120和130，所述的有源器件120和130例 如分別為NMOS器件和PMOS器件，所述的半導體襯底100上，形成有第一介 質材料層200,所述的第一介質材料層200例如是氟硅玻璃，可以采用化學氣 相沉積工藝形成。在半導體襯底100和第一介質材料層200之間，還可以形成 有第一層間襯層(圖中未標注)，所述的第一層間襯層例如是氮化硅。在所述的第一介質材料層200內，形成有與所述的有源器件120和130連接 的互連結構，所述的互連結構可以是插塞結構或者雙鑲嵌互連結構，附圖2中， 互連結構210以及230為插塞結構，所述插塞結構內的連接材料例如為金屬銅， 鋁，鴒或者金等材料，優選的，為金屬銅。在所述的第一介質材料層200內，還形成有支撐結構220，所述的支撐結 構并不與有源器件或者其它器件連接，在形成空氣橋后，主要用于對空氣橋起支撐作用，可以克服現有技術采用與互連結構接觸的介質材料作為支撐層 的缺陷，這是因為，在本實施例中，完全去除所述的介質材料層和層間襯層 的工藝較去除部分介質材料層和層間襯層的工藝更加容易實現。本實施例中，后續的支撐結構的作用與支撐結構220的作用相同，不再一 一贅述。在附圖2中，第一介質材料層200上，還分別形成有第二層間襯層(圖中 未標注)和第二介質材料層300,在第二介質材料層300內，形成有分別與互 連結構210和230電連接的互連結構320和340，以及互連結構310，與支撐結構 220連接的支撐結構330,所述的互連結構310、 320、 330、 340可以是插塞結 構或者雙鑲嵌互連結構，互連結構內的連接材料例如為金屬銅，鋁，鴒或者 金等材料，優選的，為金屬銅。所述的支撐結構也可以是插塞結構或者雙鑲 嵌互連結構，在集成電路的制作工藝中，可以采用與所述的互連結構相同的 制作工藝。第二介質材料層300上，還分別形成有第三層間襯層(圖中未標注)和第 三介質材料層400，在第三介質材料層400內，形成有分別與互連結構310和320 電連接的互連結構410，與支撐結構330連接的支撐結構420，以及與互連結構 34電連"l妄的互連結構430,所述的互連結構410、 420、 430可以是插塞結構或 者雙鑲嵌互連結構，所述的互連結構內的連接材料例如為金屬銅，鋁，鴒或 者金等材料，優選的，為金屬銅。第三介質材料層400上，還分別形成有第四層間襯層(圖中未標注)和第 四介質材料層500,在第四介質材料層500內，形成有分別與互連結構410和430 電連接的互連結構510和530,與支撐結構420連接的支撐結構520,所述的互連結構510、 520、 530可以是插塞結構或者雙鑲嵌互連結構，所述的互連結構 內的連接材料例如為金屬銅，鋁，鎢或者金等材料，優選的，為金屬銅。本實施例中，所述的第四介質材料層500為集成電路的頂層介質材料層， 互連結構510、 520、 530為所述集成電5^的頂層互連結構。隨后，通過選擇性刻蝕，去除所述的介質材料層和層間襯層，去除之后， 所述的互連結構以及半導體器件之間的介質材料為空氣，或者，所述的互連也可以是真空狀態。具體的，參考附圖3所示，刻蝕去除所述的第一介質材料 層200，第二介質材料層300，第三介質材料層400,第四介質材料層500,以 及第一層間村層，第二層間襯層，第三層間襯層和第四層間襯層，因此，在 不連接的互連結構以及半導體器件之間，充滿介電常數為l的氣體絕緣介質-氣，還可以將互連結構以及半導體器件之間抽成真空狀態。刻蝕去除所述的介質材料層和層間襯層的可選的工藝為選擇性刻蝕工 藝，例如采用緩沖氧化物腐蝕液(Buffered Oxide Etchant, BOE)腐蝕掉介質 材料層，再用20~50%稀釋氫氟酸將層間襯層腐蝕掉。參考附圖4所示，提供基體材料600，所述基體材料600為硅，絕緣體上 硅或者硅鍺等半導體材料，所述的硅、絕緣體上或者硅鍺等材料為本征態或 者摻雜態，本實施例中，優選的基體材料600為本征態的硅或者本征態的絕 緣體上硅。為了在所述的基體材料600表面形成質量較好的第一材料層610,需要對 基體材料600表面進行化學清洗，以去除所述基體材料600表面存在的有機 污染物或者無機污染物以及其它影響雜質，所述的清洗方法可以是本領域技 術人員熟知的任意清洗方法以及清洗試劑，例如采用HF進行清洗。第一材料層610為絕緣材料，例如氮化硅等，作用是作為蝕刻第二材料層的 刻蝕自動停止層。所述的第 一材料層的制作工藝例如采用化學氣相沉積法， 厚度為10-50nm，優選的在300nm左右；所述的第二材料層620為絕緣材料， 例如氧化硅，氮氧化硅，氟硅玻璃等，所述第二材料層可以作為形成互連結 構的過渡性支撐材料，所述的第二材料層的制作工藝例如采用化學氣相沉積 法，厚度為100~50000nm,優選的在400nm左右。參考附圖5所示，通過所述的第一材料層610和第二材料層620，在所述 的基體材料600內進行離子注入，形成離子注入層630，所述離子注入層630 靠近第一材料層610和基體材料600的連接面，優選的，所述離子的注入深 度為位于基體材料600內，與第一材料層610和基體材料600的連接面的 距離為IO埃至IOOO埃。所述離子注入工藝可以是注入為氫離子或者硼離子， 也可以是同時注入氫離子和硼離子。可選的，注入氫離子或者硼離子的離子 注入能量為1MeV 8MeV,劑量為1E15 lE17/cm2。由于上述大劑量離子注入及其后的高溫退火，所述的注入離子在基體材 料600內產生孔洞，因此，形成的離子注入層630為泡狀。之后，對所述的基體材料600以及第一材料層610,第二材料層620和離 子注入層630進行退火工藝，所述的退火工藝在H2等還原性氣體氛圍中進行， 退火溫度為300-500攝氏度，時間為10 50min。本發明中，對半導體襯底以及位于半導體襯底上的一層或者一層以上的 介質材料層的處理工藝與對基體材料、第 一材料層和第二材料層的處理工藝 的順序沒有任何限制，也可以先對基體材料和第一材料層和第二材料層進行 處理。參考附圖6所示，鍵合所述第二材料層以及距離半導體襯底最遠的互連 結構，也就是說，通過鍵合工藝，將所述的基體材料600，第一材料層610， 第二材料層620與半導體襯底以及位于半導體襯底上的一層或者一層以上的互連結構結合在一起，鍵合時，第二材料層與距離半導體襯底最遠的互連結 構接觸，也就是說，第二材料層與集成電路的頂層互連結構相接觸。附圖6中，所述的第二材料層620與互連結構510、 520以及530相接觸，鍵合在一起。通過4建合工藝可以使第二材料層620與互連結構510、 520以及530以分 子間作用力結合在一起，鍵合之后，還可以進行加固處理，加固處理可以將 上述第二材料層620與互連結構510、 520以及530之間通過化學4定結合在一 起。第二材料層620與互連結構510、 520以及530進行4建合的工藝為現有技 術中常用的鍵合工藝，例如采用市售鍵合機，在室溫下進行，也可采用等離 子體輔助室溫鍵合。本實施例中，在常溫下，在H2， 02， N2， Ar中的任意一種或者幾種等離 子體氛圍中進行鍵合，鍵合時，反應室壓力低于10torr左右，射頻(RF)功 率為500~5000W。最后，參考附圖7所示，在離子注入層630的位置分離所述基體材料600 和第一材料層610，由于所述的離子注入層630含有較多的孔洞，為泡狀，因 此，比較容易在離子注入層630的位置將所述的基體材料600和第一材料層 610分離開來，分離之后，第一材料層610上殘留的離子注入層630的厚度以 及基體材料600的厚度都很小，可通過化學機械拋光工藝去除。本實施例所述的自支撐空氣橋互連結構的制作方法，在基體材料上形成 厚度可根據需要控制的第一材料層和第二材料層，并且，所述基體材料的厚 度也可以根據需要進行控制，隨后，將所述的第二材料層與集成電路中距離 半導體襯底最遠的互連結構4A合，使4A合工藝變得簡單可控，由于所述的基 體材料內形成有離子注入層，所以，在鍵合之后，可以將基體材料層從第二 材料層上去除。進一步，第二材料層上存留的部分基體材料可以通過化學機械拋光工藝去除。本實施例所述的自支撐空氣橋互連結構的制作方法，采用不連接半導體 元件的支撐結構，用于支撐所述的空氣橋互連結構，避免現有技術中保留部 分介質材料支撐空氣橋的缺陷。雖然本發明以較佳實施例披露如上，但本發明并非限定于此。任何本領 域技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，均可作各種更動與修改，因 此本發明的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。
權利要求
1.一種自支撐空氣橋互連結構的制作方法，包括提供半導體襯底以及位于半導體襯底上的一層或者一層以上的介質材料層，所述半導體襯底以及介質材料內形成有半導體器件和互連結構；去除所述半導體器件以及互連結構之間的介質材料層；提供基體材料以及位于基體材料上的第一材料層和第二材料層；通過第一材料層和第二材料層，在基體材料內進行離子注入，形成離子注入層；鍵合所述第二材料層以及距離半導體襯底最遠的互連結構；分離所述基體材料與第一材料層。
2. 根據權利要求1所述的自支撐空氣橋互連結構的制作方法，其特征在于，分離所述基體材料與第一材料層之后，還包括去除所述第一材料層上的基體材料。
3. 根據權利要求1所述的自支撐空氣橋互連結構的制作方法，其特征在于，在基體材料內進行離子注入，形成離子注入層后還包括退火。
4. 根據權利要求1所述的自支撐空氣橋互連結構的制作方法，其特征在于，鍵合所述第二材料層以及距離半導體襯底最遠的互連結構后還包括加固。
5. 根據權利要求1所述的自支撐空氣橋互連結構的制作方法，其特征在于，所述第一材料層為氮化硅，厚度為10~50nm。
6. 根據權利要求1所述的自支撐空氣橋互連結構的制作方法，其特征在于，所述第一材料層為氧化硅或者氟硅玻璃，厚度為100~50000nm。
7. 根據權利要求1所述的自支撐空氣橋互連結構的制作方法，其特征在于，所述離子注入層內的注入離子為氫離子或者硼離子或者氫離子和硼離子。
8. 根據權利要求1所述的自支撐空氣橋互連結構的制作方法，其特征在于，所述離子注入層與第一材料層和基體材料的連接面的距離為10埃至1000埃。
9.根據權利要求1所述的自支撐空氣橋互連結構的制作方法，其特征在于，所述介質材料內還形成有支撐結構，位于半導體襯底與第二材料層之間。
全文摘要
一種自支撐空氣橋互連結構的制作方法，包括提供半導體襯底以及位于半導體襯底上的一層或者一層以上的介質材料層，所述半導體襯底以及介質材料內形成有半導體器件和互連結構；去除所述半導體器件以及互連結構之間的介質材料層；提供基體材料以及位于基體材料上的第一材料層和第二材料層；通過第一材料層和第二材料層，在基體材料內進行離子注入，形成離子注入層；鍵合所述第二材料層以及距離半導體襯底最遠的互連結構；分離所述基體材料與第一材料層。所述方法使鍵合工藝變得簡單可控，由于所述的基體材料內形成有離子注入層，所以，在鍵合之后，可以將基體材料層從第一材料層上去除。
文檔編號H01L21/70GK101593719SQ20081011280
公開日2009年12月2日 申請日期2008年5月26日 優先權日2008年5月26日
發明者永 劉, 肖德元, 郭景宗 申請人:中芯國際集成電路制造(北京)有限公司