[发明专利]半导体结构及其制造方法、制备含气隙图案的光罩的方法

说明书

技术领域

本发明的一个或多个实施例是有关于集成电路，且特别是有关于一种具有气隙区域的半导体结构及其制造方法。

背景技术

典型地，半导体制造工艺分成两个主要阶段：前段工艺阶段(front-end process stage)和后段(back-end-of-line，BEOL)工艺阶段。此前段工艺是指形成半导体基材上的电子组件和/或电子组件，电子组件诸如是晶体管，电子组件诸如是电阻和电容。另一方面，后段工艺是指在不同的电子组件和电子组件之间形成金属内连线，以实现所设计的电路。通常来说，金属内连线的各层是通过绝缘介电材料来做电性绝缘的，诸如氧化硅或硅酸盐玻璃。

一般地，当集成芯片(IC)上结构和电子组件的密度增加且尺寸减小时，导电组件之间的寄生电容增大。由于功耗和阻容(resistive-capacitive，RC)时间常数的增大，这些增大的寄生电容还影响IC中电信号的传输。为了降低上面提到的效应，使用具有较低阻抗的金属，诸如铜，来形成金属内连线。低介电常数(低k)的材料，其介电常数低于氧化硅或硅酸盐玻璃的介电常数，已经被开发用作导电组件间放置的填充物。此外，使用低k材料后，在填充物内经常形成的孔隙会进一步减小有效介电常数(k)值，这是因为空气具有非常接近于真空的介电常数，即，略大于1。

这种多孔材料观念的延伸是在介电材料填充物内形成气隙，以进一步减小半导体结构的有效介电常数值。但是，气隙往往会引起IC的电子或结构完整性方面的困扰，例如，因新形成的介层窗插塞不慎碰到多个气隙中之一而导致的IC失效，或因后续的粘结或封装工艺期间遭受的压力而导致的划界或开裂。气隙的使用还可能会引起其它关注，如，热传导问题和蚀刻终止层屈曲。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体结构及其制造方法，以及制备含有气隙图案的光罩的方法。

依据本发明的一个方面，提供了一种半导体结构，包括：一第一含金属层、一介电材料帽盖层、一第二含金属层和一导电垫。第一含金属层包括：一组金属结构；一介电材料填充物，其占据该第一含金属层的一部分；以及一气隙区域，由至少该组金属结构和该介电材料填充物所界定，且紧邻该组金属结构的至少一部分。介电材料帽盖层，形成于该第一含金属层的上方。第二含金属层，形成于该介电材料帽盖层的上方，该第二含金属层包括一介层窗插塞，该介层窗插塞电性连接至该组金属结构的一部分，且该介层窗插塞与该气隙区域不重叠。导电垫，形成于该第二含金属层的上方，且与该气隙区域不重叠。

其中，该介电材料帽盖层的下表面限定该气隙区域的顶界，该顶界具有一基本平坦的剖面。

其中，该气隙区域和导电垫相隔至少一第一最小水平间距，该第一最小水平间距介于10nm和20μm之间。

其中，该气隙区域和介层窗插塞相隔至少一第二最小水平间距，第二最小水平间距介于0nm和50nm之间。

其中，该半导体结构还包括：一金属覆盖层，位于该组金属结构和该介电材料帽盖层之间，且该金属覆盖层包括钴钨磷化物(CoWP)。

依据本发明的另一个方面，提供了一种制造半导体结构的方法，包括：从一第一含金属层移除一介电材料填充物的一部分，以便根据一预定的气隙图案来界定一气隙区域，该第一含金属层形成于一半导体基材的上方；用一热分解聚合物来填充该气隙区域；形成一介电材料帽盖层于该第一含金属层的上方；以及分解该热分解聚合物。

其中，该方法还包括：选择性地形成一金属覆盖层于该第一含金属层的一组金属结构上。

其中，填充该热分解聚合物的步骤包括：实施一旋转涂布，以将一热分解聚合物材料涂敷在该半导体基材上面；固化该热分解聚合物材料；以及平坦化该热分解聚合物材料。

依据本发明的又一个方面，提供了一种制备含有气隙图案的光罩的方法，用于形成半导体组件的气隙区域，该方法包括：布设一垫图案，以对应于该半导体组件上将要形成的一组导电垫；布设一金属结构图案，以对应于该半导体组件的一第一含金属层中将要形成的一组金属结构；布设一介层窗图案，以对应于该半导体组件的一第二含金属层中将要形成的一组介层窗插塞；以及根据该垫图案、该介层窗图案和该金属结构图案得到该气隙图案。

其中，根据该垫图案、该介层窗图案和该金属结构图案得到该气隙图案的步骤包括：以一第一距离向外延展该垫图案的外周，得到一扩展的垫图案；以一第二距离向外延展该介层窗图案的外周，得到一扩展的介层窗图案；重叠和倒置该扩展的垫图案、该扩展的介层窗图案以及该金属结构图案，以得到该气隙图案。