[发明专利]利用牺牲材料的半导体构造的制造方法

说明书

本申请是申请日为2002年3月26日，申请号为02807474.2，名称为“用牺牲材料的半导体构造及其制造方法”的中国专利申请的分案申请。

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圆基板上。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介电材料降低串音杂讯。举例而言，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造的区域坍塌或裂开，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低介电率(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，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(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。