减小电解抛光工艺中的金属凹槽的虚拟结构制造技术

一种提供金属互连（１４０）的半导体结构以及电解抛光半导体结构上的金属层的方法。所述半导体结构包括具有凹槽区（１５１ｒ）和非凹槽区（１５１ｎ）的介质层（１５１）。形成在结构上的金属层填充了凹槽区以形成互连线和多个设置在互连线之间的虚拟结构（１３０）。所述方法包括在半导体晶片上形成具有凹槽和非凹槽区的介质层。形成与凹槽区相邻的虚拟结构。形成金属层以覆盖介质层和虚拟结构。然后对金属层电解抛光以露出非凹槽区。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及在半导体晶片上形成结构，更具体地，涉及在半导体晶片上形成虚拟结构。
技术介绍
半导体器件是通过使用大量不同的工艺步骤在半导体晶片上产生晶体管和互联元件加工或制造而成的。为了电连接与半导体晶片相关的晶体管端子，在作为半导体器件的一部分的介质材料中形成导电(例如，金属)沟槽、过孔等。沟槽和过孔耦合晶体管之间、半导体器件的内部电路以及半导体器件外的电路的信号和功率。在形成互联元件时，半导体晶片可能有经历，例如，掩蔽、蚀刻和淀积工艺，以形成需要的半导体器件的电路。具体地，可以进行多个掩模和蚀刻步骤，从而在半导体晶片上的介质层中形成凹槽区的图形，作为用于互连线的沟槽和过孔。然后可以进行淀积工艺，在半导体晶片上淀积金属层，从而在沟槽和过孔中以及半导体晶片的非凹槽区上淀积金属。为了隔离互连，例如构图的沟槽和过孔，要去掉淀积在半导体晶片的非凹槽区上的金属。可以使用化学机械抛光(CMP)去掉淀积在半导体晶片上的介质层的非凹槽区上的金属，在化学机械抛光中浆料和抛光垫用于物理地除去金属层。在使用CMP方法除去金属层时，虚拟结构可用于增强在凹槽区域中淀积的金属层的结构强度，而虚拟结构上弱于淀积在非凹槽区上的金属层。然而，由于添加这些结构的目的是增加结构强度，因此在凹槽区中淀积金属层之前将它们仅添加到凹槽区。
技术实现思路
在一个示例性实施例中，半导体结构包括具有凹槽区和非凹槽区的介质层；金属层，形成在半导体结构上，该金属层填充了凹槽区并从非凹槽区上电解抛光以形成互连线；以及在介质层的非凹槽区上形成的多个虚拟结构。根据本专利技术的另一实施例，提供一种形成半导体结构的方法。所述方法包括在半导体晶片上形成具有凹槽区和非凹槽区的介质层，在凹槽区中形成虚拟结构，覆盖介质层和虚拟结构形成金属层，以及电解抛光导电层以露出非凹槽区。附图说明通过参考下面结合附图的详细说明可以更好地理解本专利技术，其中类似的部分由类似的数字标注图1A和1B分别示出了包括虚拟结构的示例性半导体结构的示意和剖面图；图2A和2B分别示出了示例性电解抛光装置和半导体晶片的剖面图和俯视图；图3A到3D示出了半导体器件的示例性电解抛光工艺。图4A和4B分别示出了电解抛光工艺之后的半导体器件的示例性沟槽和虚拟结构。图5示出了示例性金属镶嵌工艺的示例性流程图；图6示出了与半导体器件的单个管芯相邻设置的示例性虚拟结构的示意图；图7示出了与半导体器件的多个管芯相邻设置的示例性虚拟结构的示意图；图8示出了与半导体器件的低密度区上的各线相邻设置的示例性虚拟结构的示意图；图9示出了与半导体器件的低密度区上的各线相邻设置的示例性虚拟结构的示意图；图10A到10F示出了在各线边缘附近显示隆起(hump)效应和所得凹槽的半导体器件的示例性线结构；图11A到11C示出了半导体器件的示例性线和虚拟结构的图。图12示出了在半导体器件上的示例性虚拟结构的示意图；图13示出了在半导体器件上的示例性虚拟结构的示意图；图14示出了半导体器件上的示例性虚拟结构的示意图；图15示出了半导体器件上的示例性虚拟结构的示意图；图16示出了半导体器件上的示例性虚拟结构的示意图；图17A到17AA示出用于在半导体器件上形成虚拟结构的各种示例性形状。具体实施例方式为了更深入地理解本专利技术，以下说明陈述了大量具体细节，例如具体材料、参数等。但是，应当认识到，这些介绍不是要作为本专利技术的范围的限制，而是为了更好的介绍示例性的实施例。图1A示出了根据一个实施例的示例性半导体结构的示意图。示例性的半导体结构包括具有凹槽区和非凹槽区的介质层、在非凹槽区中形成的虚拟结构以及在非凹槽区中形成的金属。具体地，示例性半导体结构包括具有凹槽区151r和非凹槽区151n的介质层151。凹槽区151r已填充有金属层以形成互连线140。此外，虚拟结构130已添加到与凹槽区151r相邻的非凹槽区151n以及互连线140。虚拟结构130例如为包含在介质层151的非凹槽区151n中的无源结构，通过在凹槽区151r以及互连线140上产生更恒定的电流密度以及抛光速率，来减小电解液流抛光速率的波动。减小抛光速率的波动可以减小凹槽区151r内的金属凹槽并导致更均匀的互连线140。虚拟结构130也可以添加到介质层151的非凹槽区151n以影响电镀和电解抛光工艺。在图1A中示出的示例性结构中，与在介质层151中形成的互连线140相邻和周围构形虚拟结构。然而，根据应用虚拟结构130可以位于相对于互连线的多个位置中，包括互连线140之间、晶片上的各半导体管芯(dice)之间等。此外，根据特定的应用和特定的电解抛光工艺，可以多种方式改变虚拟结构130的结构，例如密度、间距、形状等。图1B示出了对应于图1A的线B-B线的半导体结构的剖面图。在该示例性实施例中，构图的介质层151形成在半导体衬底层102的表面上。构图的介质层151包括定义了互连的各沟槽或线的凹槽区151r。介质层151也包括部分用于隔离互连线的非凹槽区151n。虚拟结构130形成在介质层151的非凹槽区151n中。然后金属层104可以形成在结构上，包括虚拟结构130和非凹槽区151n和凹槽区151r。然而，金属层104电解抛光到非凹槽区151n以致金属层104位于凹槽区151r和虚拟结构130内，如图所示。通过在凹槽区151r上产生更恒定的电流密度和抛光速率，设置在介质层151的非凹槽区151n中的虚拟结构130减少了电解液的抛光速率的波动。通过已知的构图方法可以常规地淀积和构图介质层151，已知的构图方法例如为光掩模、光刻、微光刻等。可以使用任何常规的淀积方法在衬底层102上形成介质层151，例如化学汽相淀积、旋涂等。应该理解介质层151也可以形成在以前形成的层上。介质层可以为例如二氧化硅(SiO2)。经常需要选择具有低介电常数的介质层材料，通常称做低“k”值材料。这种低k材料包括氟化(flourinated)硅酸盐玻璃、聚酰亚胺、氟化聚酰亚胺、混合物/组合物、硅氧烷、有机聚合物，[阿尔法]-CF，Si-O-C、聚对二甲苯/氟化聚对二甲苯、聚四氟乙烯(polyterafluoroethylene)、纳米多孔的氧化硅(silca)、纳米多孔的有机物等。通常，低k值材料(即，大约小于3.0)通过减小相邻线之间的电容耦合和“串扰”在互连线之间提供更好的电隔离。可以通过任何公知方法在介质层上淀积阻挡层154，例如，化学气相淀积(CVD)、物理气相淀积(PVD)、原子层淀积(ALD)等，从而阻挡层覆盖了包括沟槽和过孔侧壁的整个构图的介质层。在随后淀积金属层104之后，阻挡层154用来防止金属(例如，铜)扩散到介质层151中。任何金属扩散到介质层151内会降低介质层151的性能。阻挡层154可以由能够防止金属扩散的任何合适的导电材料形成，例如，钛、钽、钨、氮化钛、氮化钽、氮化钨或其它合适的金属。在某些应用中，可以省略阻挡层154。例如，如果介质材料足以抵挡金属层104的扩散，或者如果任何金属层104的扩散不会对半导体器件的性能产生负面的影响，则可以省略阻挡层154。如果例如随后在介质层151上电镀金属层104，则通常淀积籽晶层。籽晶层一般为金属层104可以电镀于其上的金属或其它导电材料的薄层。如果不需本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体结构，包括：金属层；以及介质层，包括：凹槽和非凹槽区的图形，其中从非凹槽区电解抛光金属层并填充凹槽区形成多个互连线，以及多个虚拟结构，其中虚拟结构位于介质层的非凹槽区。

【技术特征摘要】
US 2001-8-23 60/314,6171.一种半导体结构，包括金属层；以及介质层，包括凹槽和非凹槽区的图形，其中从非凹槽区电解抛光金属层并填充凹槽区形成多个互连线，以及多个虚拟结构，其中虚拟结构位于介质层的非凹槽区。2.根据权利要求1的半导体结构，其中由电解抛光装置产生的电解液流的直径定义了一段距离，以及所述多个虚拟结构的一部分设置成距凹槽区小于或等于该距离。3.根据权利要求1的半导体结构，其中多个虚拟结构的一部分设置成与所述多个互连线的至少一个相邻。4.根据权利要求1的半导体结构，其中所述多个虚拟结构设置成与所述多个互连线的纵向端相邻。5.根据权利要求1的半导体结构，其中所述多个虚拟结构的一部分设置在所述多个互连线的至少两个之间。6.根据权利要求1的半导体结构，其中所述多个虚拟结构设置成与所述多个互连线的高密度区相邻。7.根据权利要求1的半导体结构，其中所述多个虚拟结构设置成与低密度区中所述多个互连线的一部分相邻。8.根据权利要求1的半导体结构，其中所述多个虚拟结构设置成与隔离线的两侧相邻。9.根据权利要求1的半导体结构，其中所述多个虚拟结构的一部分设置成距所述凹槽区的距离大于或等于设计规则所允许的两个凹槽区之间的最小距离。10.根据权利要求1的半导体结构，其中所述多个虚拟结构的一部分设置成距所述凹槽区的距离大于设计规则允许的两个凹槽区之间最小距离的至少两倍。11.根据权利要求1的半导体结构，其中所述多个虚拟结构用金属填充。12.根据权利要求1的半导体结构，其中所述多个虚拟结构为邻接的线。13.根据权利要求1的半导体结构，其中所述多个虚拟结构包括金属线。14.根据权利要求1的半导体结构，其中所述多个虚拟结构的宽度大于或等于所述多个互连线的宽度。15.根据权利要求1的半导体结构，其中所述多个虚拟结构的密度大于或等于所述多个互连线的密度。16.根据权利要求1的半导体结构，其中所述多个虚拟结构均匀地分布在与所述多个互连线相邻的区域中。17.根据权利要求1的半导体结构，其中配置所述多个虚拟结构以减小所述多个互连线的至少一部分内的凹槽。18.根据权利要求1的半导体结构，其中配置所述多个虚拟结构以增加至少部分所述半导体结构内的结构的平均密度。19.根据权利要求1的半导体结构，其中配置所述多个虚拟结构以减小在所述多个互连线上形成的金属层的非水平区域。20.根据权利要求1的半导体结构，其中电解抛光所述金属层以电隔离所述多个沟槽。21.根据权利要求1的半导体结构，还包括设置在所述导电层和所述介质层之间的阻挡层。22.根据权利要求1的半导体结构，还包括设置在所述导电层和所述介质层之间的籽晶层。23.一种半导体结构，包括介质层，具有多个沟槽，以及多个虚拟结构，其中多个沟槽和多个虚拟结构被介质层隔开；以及金属层，其中金属层填充了沟槽形成金属互连线。24.根据权利要求23的半导体结构，其中所述金属层被电解抛光将所述多个沟槽电隔离。25.根据权利要求23的半导体结构，其中由电解抛光装置产生的电解液流的直径定义了一段距离，以及所述多个虚拟结构的至少一部分设置成距所述多个沟槽的至少一个小于或等于该距离。26.根据权利要求23的半导体结构，其中所述多个虚拟结构的一部分设置成与所述多个沟槽的至少一个相邻。27.根据权利要求23的半导体结构，其中所述多个虚拟结构设置成与所述多个沟槽的纵向端相邻。28.根据权利要求23的半导体结构，其中所述多个虚拟结构的一部分设置在所述多个沟槽的至少两个之间。29.根据权利要求23的半导体结构，其中所述多个虚拟结构设置成与所述多个沟槽的高密度区相邻。30.根据权利要求23的半导体结构，其中所述多个虚拟结构设置成与所述多个沟槽的低密度区相邻。31.根据权利要求23的半导体结构，其中所述多个虚拟结构设置成与隔离阀槽相邻。32.根据权利要求23的半导体结构，其中所述多个虚拟结构的一部分设置成距所述沟槽的距离大于或等于设计规则所允许的两个沟槽之间的最小距离。33.根据权利要求23的半导体结构，其中所述多个虚拟结构的一部分设置成距所述沟槽的距离大于设计规则所允许的两个沟槽之间最小距离的至少两倍。34.根据权利要求23的半导体结构，其中所述多个虚拟结构用导电材料填充。35.根据权利要求23的半导体结构，其中所述多个虚拟结构用铜填充。36.根据权利要求23的半导体结构，其中所述多个虚拟结构为邻接的线。37.根据权利要求23的半导体结构，其中所述多个虚拟结构包括金属线。38.根据权利要求23的半导体结构，其中所述多个虚拟结构的每一个的宽度大于或等于所述多个沟槽的宽度。39.根据权利要求23的半导体结构，其中所述多个虚拟结构的密度大于或等于所述多个沟槽的密度。40.根据权利要求23的半导体结构，其中所述多个虚拟结构均匀地分布在与所述多个沟槽相邻的区域中。41.根据权利要求23的半导体结构，其中配置所述多个虚拟结构以减小所述多个沟槽的至少一部分内的凹槽。42.根据权利要求23的半导体结构，其中配置所述多个虚拟结构以增加至少部分所述结构内的金属结构的平均密度。43.根据权利要求23的半导体结构，其中配置所述多个虚拟结构以减小在所述多个沟槽上形成的金属层的非水平区域。44.一种半导体结构，包括多个半导体管芯，其中多个半导体...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晖，易培豪，
申请(专利权)人：ACM研究公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]