專利名稱：多層布線結(jié)構(gòu)及形成多層布線結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多層布線結(jié)構(gòu)及形成多層布線結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，封裝技術(shù)其實(shí)就是一種將芯片打包的技術(shù)，這種打包對(duì)于芯 片來說是必須的。因?yàn)樾酒仨毰c外界隔離，以防止由于空氣中的雜質(zhì)對(duì)芯 片電路的腐蝕而造成電氣性能下降。另一方面，封裝后的芯片也更便于安裝 和運(yùn)輸。由于封裝技術(shù)的好壞還直接影響到芯片自身性能的發(fā)揮和與之連接
的PCB (印制電路板)的設(shè)計(jì)和制造，因此它是至關(guān)重要的。封裝也可以說 是安裝半導(dǎo)體集成電路芯片用的外殼，它不僅起著安放、固定、密封、保護(hù) 芯片和增強(qiáng)導(dǎo)熱性能的作用，而且還是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的橋梁。 簡(jiǎn)單來說，封裝就是將芯片上的接點(diǎn)通過導(dǎo)線連接到封裝外殼的引腳上，這 些引腳又通過印刷電路板上的導(dǎo)線與其他器件建立連接。因此，封裝技術(shù)是 集成電路產(chǎn)業(yè)中非常關(guān)鍵的一環(huán)。
而在封裝技術(shù)中，較重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是焊盤(pad)的設(shè)計(jì)。焊盤是封 裝外殼的引腳與芯片電路的連接部分。焊盤質(zhì)量的好壞也直接影響著封裝的 質(zhì)量。目前，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，芯片內(nèi)部已具有了多層金屬布線結(jié)構(gòu)， 一般焊盤是制作于多層金屬布線結(jié)構(gòu)的頂層的，而此多層金屬布線結(jié)構(gòu)下一 般是沒有有源器件的，這樣的結(jié)構(gòu)就比較穩(wěn)定。而有時(shí)候?yàn)榱斯?jié)省多層金屬 布線結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)面積，往往將有源器件也制作于焊盤之下。例如專利號(hào)為 ZL02150695.7的專利就公開了 一種形成在具有電路圖形的印刷電路板上的焊 盤。目前，隨著器件的性能要求越來越高，例如，對(duì)于多層布線結(jié)構(gòu)，尤其 是其下有有源器件的多層布線結(jié)構(gòu)，對(duì)于連線延遲的要求很高。而為了減小
連線延遲問題，通常會(huì)對(duì)布線結(jié)構(gòu)之間的絕緣介質(zhì)層進(jìn)行Low-k摻雜，而 Low-k摻雜會(huì)使得布線結(jié)構(gòu)之間的絕緣介質(zhì)層變脆，致使布線結(jié)構(gòu)塌陷，并 導(dǎo)致器件報(bào)廢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種多層布線結(jié)構(gòu)及形成多層布線結(jié)構(gòu)的方法，來解決現(xiàn)有 技術(shù)布線結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷，并致使器件報(bào)廢的問題。
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種形成多層布線結(jié)構(gòu)的方法，包括至 少形成一層具有第一區(qū)域金屬布線層和第二區(qū)域金屬布線層的金屬布線層， 所述第二區(qū)域金屬布線層與第一區(qū)域金屬布線層不相連；形成所述金屬布線 層的上層布線結(jié)構(gòu)；將所述第一區(qū)域金屬布線層與上層布線結(jié)構(gòu)中的金屬布 線層相連。
所述第二區(qū)域金屬布線層與第一區(qū)域金屬布線層的間距按設(shè)計(jì)規(guī)則中金 屬之間的間距要求來確定。
將所述第一區(qū)域金屬布線層與上層布線結(jié)構(gòu)中的金屬布線層相連包括下 列步驟在所述金屬布線層上形成絕緣介質(zhì)層；在所述絕緣介質(zhì)層中鉆蝕形 成通孔；在通孔中填充導(dǎo)電材料。
所述鉆蝕形成通孔采用深層反應(yīng)離子蝕刻。
所述通孔的填充材料為銅。
相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種多層布線結(jié)構(gòu)，至少包括一層具有第一區(qū)域 金屬布線層和第二區(qū)域金屬布線層的金屬布線層，所述第一區(qū)域金屬布線層 用于與上層布線結(jié)構(gòu)中的金屬布線層相連，所述第二區(qū)域金屬希線層與第一區(qū)i或金屬布線層不相連。
所述第二區(qū)域金屬布線層與第 一 區(qū)域金屬布線層的間距按設(shè)計(jì)規(guī)則中金 屬之間的間距要求來確定。
所述第一區(qū)域金屬布線層與上層布線結(jié)構(gòu)中的金屬布線層通過通孔相連。
所述通孔的填充材料為銅。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述所公開的多層布線結(jié)構(gòu)及形成多層布線結(jié)構(gòu)的方
法具有以下優(yōu)點(diǎn)上述所公開的多層布線結(jié)構(gòu)及形成多層布線結(jié)構(gòu)的方法通 過在布線結(jié)構(gòu)上形成用于支撐上層布線結(jié)構(gòu)的第二區(qū)域金屬布線層，分散了 上層布線結(jié)構(gòu)對(duì)下層布線結(jié)構(gòu)的壓力，增加了布線結(jié)構(gòu)之間支撐力，避免了 布線結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷。


圖1是本發(fā)明形成多層布線結(jié)構(gòu)的方法的一種實(shí)施方式流程圖2是本發(fā)明多層布線結(jié)構(gòu)的一種實(shí)施方式示意圖3是本發(fā)明形成多層布線結(jié)構(gòu)的實(shí)施例中形成金屬布線層布圖的設(shè)計(jì) 方法流程圖4是圖3所示方法對(duì)應(yīng)的金屬布線層布圖示意圖； 圖5A至圖5F是對(duì)應(yīng)圖1所示方法的工藝示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所公開的多層布線結(jié)構(gòu)及形成多層布線結(jié)構(gòu)的方法通過在布線結(jié) 構(gòu)上形成用于支撐上層布線結(jié)構(gòu)的第二區(qū)域金屬布線層，分散了上層布線結(jié) 構(gòu)對(duì)下層布線結(jié)構(gòu)的壓力，增加了布線結(jié)構(gòu)之間支撐力，避免了布線結(jié)構(gòu)出 現(xiàn)塌陷。參照?qǐng)D1所示，本發(fā)明形成多層布線結(jié)構(gòu)的方法的一種實(shí)施方式包括下
列步驟
步驟sl，提供半導(dǎo)體晶片；
步驟s2,在所述半導(dǎo)體晶片上形成第一絕緣介質(zhì)層；
步驟s3，在第一絕緣介質(zhì)層中形成第一金屬布線層，所述第一金屬布線 層包括第 一 區(qū)域金屬布線層和第二區(qū)域金屬布線層；
步驟s4，在所述第一金屬布線層上形成第二絕緣介質(zhì)層；
步驟s5,在第二絕緣介質(zhì)層中形成通孔；
步驟s6，在第二絕緣介質(zhì)層上形成第二金屬布線層。
所述第二區(qū)域金屬布線層與第一區(qū)域金屬布線層的間距按設(shè)計(jì)規(guī)則中金 屬之間的間距要求來確定。
所述形成通孔采用深層反應(yīng)離子蝕刻。
所述通孔的填充材料為銅。
參照?qǐng)D2所示，本發(fā)明多層布線結(jié)構(gòu)的一種實(shí)施方式包括
頂層布線結(jié)構(gòu)中的第二金屬布線層30;頂層下一層布線結(jié)構(gòu)中的第一金 屬布線層(圖未標(biāo)示)，所述第一金屬布線層包括第一區(qū)域金屬布線層10和 第二區(qū)域金屬布線層11;所述第二金屬布線層30和第一金屬布線層之間具有 絕緣介質(zhì)層22;所述第二金屬布線層30通過通孔20與第一區(qū)域金屬布線層 10連通；所述第一區(qū)域金屬布線層10和第二區(qū)域金屬布線層11位于絕緣介 質(zhì)層21中，其中所述第二區(qū)域金屬布線層11采用與第一區(qū)域金屬布線層10 相同的材料。
所述第二區(qū)域金屬布線層11與第一區(qū)域金屬布線層10的間距按設(shè)計(jì)規(guī) 則中所述金屬層材料的間距要求來確定。下面對(duì)制作具有多層布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體晶片的過程進(jìn)行詳細(xì)描述來使得 上述多層布線結(jié)構(gòu)及形成多層布線結(jié)構(gòu)的方法更加清楚。
為形成上述的具有第一區(qū)域金屬布線層和第二區(qū)域金屬布線層的第一金 屬布線層，需要先提供具有對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)的金屬布線層布圖。
參照?qǐng)D3所示，所述金屬布線層布圖的設(shè)計(jì)方法包括下列步驟 步驟s10,提供金屬布線層布步驟s20,將所述金屬布線層布圖分割成第 一 區(qū)域布圖和第二區(qū)域布圖， 所述第一區(qū)域布圖和第二區(qū)域布圖互不相連，所述第一區(qū)域布圖對(duì)應(yīng)第一區(qū) 域金屬布線層，第二區(qū)域布圖對(duì)應(yīng)第二區(qū)域金屬布線層。
所述第二區(qū)域布圖與第 一 區(qū)域布圖的間距按設(shè)計(jì)規(guī)則中金屬之間的間距 要求來確定。
下面為了4又述的簡(jiǎn)潔，以多層布線結(jié)構(gòu)的頂層布線結(jié)構(gòu)和頂層下一層布 線結(jié)構(gòu)為例，例如，共有8層布線結(jié)構(gòu)，每一層布線結(jié)構(gòu)都具有一層對(duì)應(yīng)的 金屬布線層，則以頂層布線結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的第二金屬布線層M8和頂層下一層布線 結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的第 一金屬布線層M7作說明。
繼續(xù)參照?qǐng)D3所示，根據(jù)上述的布圖設(shè)計(jì)方法，先形成第一金屬布線層 M7的布圖，然后將所述布圖進(jìn)行分割，得到第一區(qū)域布圖和第二區(qū)域布圖的 圖形。所形成的第一金屬布線層布圖請(qǐng)參照?qǐng)D4所示，所述第一金屬布線層 M7的布圖包括兩部分， 一部分即圖4中所示的兩個(gè)與其他第一金屬布線層 M7的布形相隔離的圖形，即第二區(qū)域布圖2的圖形。而另一部分即第一 區(qū)域布圖1的圖形。從圖4中可以看到，第一區(qū)域布圖1的圖形都是互相連 接的，第一區(qū)域布圖1的圖形對(duì)應(yīng)第一金屬布線層M7的第一區(qū)域金屬布線層， 所述第一區(qū)域金屬布線層作為與上層的第二金屬布線層M8相連的連線層。而 第二區(qū)域布圖2的圖形都是互相獨(dú)立的，并且與第一區(qū)域布圖1的圖形互不相連，第二區(qū)域布圖2的圖形對(duì)應(yīng)第一金屬布線層M7的第二區(qū)域金屬布線層， 所述第二區(qū)域金屬布線層作為上述的支撐部件來使用的。所述第二區(qū)域布圖2
與第一區(qū)域布圖1的間距按設(shè)計(jì)規(guī)則中M7之間的間距要求來確定，假設(shè)設(shè)計(jì) 規(guī)則中M7的最小間距為O.lum,則所述第二區(qū)域布圖2與第一區(qū)域布圖1的 間距可以X).lum，例如0.1um、 0.2um、 0.3um、 0.4um、 0.5um等，所述例子 僅為使得說明更加清楚，并非用以限定。
而有了根據(jù)上述布圖設(shè)計(jì)方法形成的布圖之后，就能夠制作具有該布圖 圖形的光掩模版，并根據(jù)上述形成多層布線結(jié)構(gòu)的方法形成對(duì)應(yīng)的多層布線 結(jié)構(gòu)。
結(jié)合圖l和圖5A所示，提供半導(dǎo)體晶片100。所述半導(dǎo)體晶片IOO通常 已具有功能器件。此處為了和上述的例子對(duì)應(yīng)，假設(shè)該半導(dǎo)體晶片100為已 具有除第二金屬布線層M8和第一金屬布線層M7以外的其他金屬布線層的多 層布線結(jié)構(gòu)。
結(jié)合圖1和圖5B所示，在所述半導(dǎo)體晶片100上形成第一絕緣介質(zhì)層 101。所述第一絕緣介質(zhì)層一般常用的是氟硅玻璃。形成氟硅玻璃可以采用等 離子強(qiáng)化化學(xué)氣相沉積的方法。例如，通過在半導(dǎo)體晶片100表面通入硅烷 (SiH4)、氟化硅(SiF4)、氧氣(02)和氬氣(Ar)來形成氟硅玻璃，所述 硅烷、氟化硅、氧氣、氬氣的流量比根據(jù)制程的不同而變化。其中所述的氬 氣用作保護(hù)氣體。所述反應(yīng)溫度為270-35CTC,例如270。C、 280°C、 290°C、 300°C、 310°C、 320°C、 330°C 、 340°C、 350°C。反應(yīng)的時(shí)間取決于氟石圭玻璃 的厚度， 一般不超過60秒。更進(jìn)一步，在形成氟硅玻璃之后，還會(huì)進(jìn)行清潔 工藝，通過通入氟來對(duì)于氟硅玻璃進(jìn)行清潔，提高工藝質(zhì)量。
結(jié)合圖1和圖5C所示，在第一絕緣介質(zhì)層101中形成第一金屬布線層， 包括第一區(qū)域金屬布線層102和第二區(qū)域金屬布線層110。在所述第一絕緣介質(zhì)層101中形成第一金屬布線層的方法包括如下過程在第一絕緣介質(zhì)層101 中形成與第一金屬布線層形狀相同的布線溝槽，在所述布線溝槽內(nèi)填入第一 金屬。 '
其中，在第一絕緣介質(zhì)層101中形成布線溝槽的方法包括如下過程在 第一絕緣介質(zhì)層101上涂布光刻膠，通過才艮據(jù)上述形成的光掩模版對(duì)所述光 刻膠曝光、顯影形成光刻膠圖案，以所述光刻膠圖案為掩膜蝕刻第一絕緣介 質(zhì)層101形成布線溝槽。
在所述布線溝槽內(nèi)填入第一金屬時(shí)可采用金屬濺射方法(例如Ta/TaN濺 射)、電鍍方法(通常是電鍍銅)或金屬化學(xué)氣相沉積等方法。
并且，結(jié)合圖5C和圖4所示，圖4還可以視為圖5C所示結(jié)構(gòu)的俯-見圖， 而圖5C為圖4所示結(jié)構(gòu)的剖視圖，圖4中第二區(qū)域布圖2的圖形和第一區(qū)域 布圖1的圖形之間的空隙部分對(duì)應(yīng)的即是第一絕緣介質(zhì)層101，第一區(qū)域布圖 1的圖形對(duì)應(yīng)第一區(qū)域金屬布線層102,第二區(qū)域布圖2的圖形對(duì)應(yīng)第二區(qū)域 金屬布線層110。
結(jié)合圖1和圖5D所示，在所述第一金屬布線層上形成第二絕緣介質(zhì)層 103。所述第二絕緣介質(zhì)層103也采用氟硅玻璃。形成所述氟硅玻璃的方法與 上述相同，這里就不再贅述了。
結(jié)合圖1和圖5E所示，在第二絕緣介質(zhì)層103中形成通孔104。所述通 孔104將第二金屬布線層105和第一區(qū)域金屬布線層102連通。所述在第二 絕緣介質(zhì)層103中形成通孔104的過程如下在所述第二絕緣介質(zhì)層103中 鉆蝕通孔，在通孔中填充導(dǎo)電材料。
其中，在第二絕緣介質(zhì)層103中鉆蝕通孔可采用深層反應(yīng)離子蝕刻以形 成高深寬比的通孔。所述深層反應(yīng)離子蝕刻采用的是高密度等離子體，目前 誘導(dǎo)式電感耦合等離子(ICP, Inductively Coupled Plasma)蝕刻系統(tǒng)因?yàn)榭商峁└呙芏鹊入x子及操作上的穩(wěn)定性，已經(jīng)成為了深層反應(yīng)離子蝕刻的較佳選 擇。
所述通孔的填充材料為銅等導(dǎo)電材料，而銅因?yàn)殡娮杪瘦^低作為優(yōu)選的 導(dǎo)電材料。所述對(duì)于通孔進(jìn)行填充釆用電鍍的方法。以電鍍銅的方法舉例如
下將所述具有通孔的半導(dǎo)體晶片浸泡于含銅離子的電鍍液中，將襯底接于 陰極，將電鍍液接于陽極，然后在陰極和陽極之間通電，通過電場(chǎng)作用使得 電鍍液中的銅離子沉積到通孔中完成銅的填充。
結(jié)合圖1和圖5F所示，在第二絕緣介質(zhì)層103上形成第二金屬布線層 105。所述第二金屬布線層105此處即指M8。形成所述第二金屬布線層105 的方法可采用金屬賊射方法(例如Ta/TaN濺射)、電鍍方法(通常是電鍍銅) 或金屬化學(xué)氣相沉積等方法。
最終形成的多層布線結(jié)構(gòu)即如圖5F所示，包括頂層布線結(jié)構(gòu)中的第二金 屬布線層105;頂層下一層布線結(jié)構(gòu)中的第一金屬布線層，所述第一金屬布線 層包括第一區(qū)域金屬布線層102和第二區(qū)域金屬布線層110;頂層布線結(jié)構(gòu)和 頂層下一層布線結(jié)構(gòu)之間用以絕緣隔離的第二絕緣介質(zhì)層103，以及將頂層布 線結(jié)構(gòu)的第二金屬布線層105和頂層下一層布線結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域金屬布線層 102連通的通孔104;頂層下一層布線結(jié)構(gòu)和其他布線層結(jié)構(gòu)隔離的第一絕緣 介質(zhì)層IOI。所述多層布線結(jié)構(gòu)由于有了第二區(qū)域金屬布線層IIO的支撐，因 而分散了所述頂層布線結(jié)構(gòu)對(duì)所述頂層下一層布線結(jié)構(gòu)的壓力，避免了頂層 布線結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷。
當(dāng)然，具有所述第一區(qū)域金屬布線層和第二區(qū)域金屬布線層的金屬布線 層并非局限于上述舉例的頂層下一層布線結(jié)構(gòu)中的金屬布線層，也可以是其 他布線結(jié)構(gòu)中的金屬布線層。
綜上所述，上述所公開的多層布線結(jié)構(gòu)及形成多層布線結(jié)構(gòu)的方法通過
ii上層布線結(jié)構(gòu)的第二區(qū)i或金屬布線層，分散了上 層布線結(jié)構(gòu)對(duì)下層布線結(jié)構(gòu)的壓力，增加了布線結(jié)構(gòu)之間支撐力，避免了布 線結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本 領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改， 因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種形成多層布線結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，包括至少形成一層具有第一區(qū)域金屬布線層和第二區(qū)域金屬布線層的金屬布線層，所述第二區(qū)域金屬布線層與第一區(qū)域金屬布線層不相連；形成所述金屬布線層的上層布線結(jié)構(gòu)；將所述第一區(qū)域金屬布線層與上層布線結(jié)構(gòu)中的金屬布線層相連。
2. 如權(quán)利要求1所述的形成多層布線結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述第二區(qū) 域金屬布線層與第 一 區(qū)域金屬布線層的間距按設(shè)計(jì)規(guī)則中金屬之間的間距要 求來確定。
3. 如權(quán)利要求2所述的形成多層布線結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，將所述第一 區(qū)域金屬布線層與上層布線結(jié)構(gòu)中的金屬布線層相連包括下列步驟在所述 金屬布線層上形成絕緣介質(zhì)層；在所述絕緣介質(zhì)層中鉆蝕形成通孔；在通孔 中填充導(dǎo)電材料。
4. 如權(quán)利要求3所述的形成多層布線結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述鉆蝕形 成通孔采用深層反應(yīng)離子蝕刻。
5. 如權(quán)利要求3所述的形成多層布線結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述通孔的 填充材料為銅。
6. —種多層布線結(jié)構(gòu)，其特征在于，至少包括一層具有第一區(qū)域金屬布線層 和第二區(qū)域金屬布線層的金屬布線層，所述第一區(qū)域金屬布線層用于與上層布線結(jié)構(gòu)中的金屬布線層相連，所迷第二區(qū)域金屬布線層與第一區(qū)域金屬布 線層不相連。
7. 如權(quán)利要求6所述的多層布線結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二區(qū)域金屬布線 層與第一區(qū)域金屬布線層的間距按設(shè)計(jì)規(guī)則中金屬之間的間距要求來確定。
8. 如權(quán)利要求7所述的多層布線結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一區(qū)域金屬布線
9.如權(quán)利要求8所述的多層布線結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述通孔的填充材料為 銅。
全文摘要
一種多層布線結(jié)構(gòu)及形成多層布線結(jié)構(gòu)的方法。所述形成多層布線結(jié)構(gòu)的方法包括至少形成一層具有第一區(qū)域金屬布線層和第二區(qū)域金屬布線層的金屬布線層，所述第二區(qū)域金屬布線層與第一區(qū)域金屬布線層不相連；形成所述金屬布線層的上層布線結(jié)構(gòu)；將所述第一區(qū)域金屬布線層與上層布線結(jié)構(gòu)中的金屬布線層相連。所述多層布線結(jié)構(gòu)及形成多層布線結(jié)構(gòu)的方法分散了上層布線結(jié)構(gòu)對(duì)下層布線結(jié)構(gòu)的壓力，增加了布線結(jié)構(gòu)之間的支撐力，避免了布線結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷。
文檔編號(hào)H01L23/48GK101459150SQ20071009448
公開日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2007年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月13日
發(fā)明者俞大立, 晶 劉, 程惠娟, 范禮賢, 瑩 馬 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司