專利名稱：減小電解拋光工藝中的金屬凹槽的虛擬結構的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及在半導體晶片上形成結構，更具體地，涉及在半導體晶片上形成虛擬結構。
背景技術：
半導體器件是通過使用大量不同的工藝步驟在半導體晶片上產生晶體管和互聯元件加工或制造而成的。為了電連接與半導體晶片相關的晶體管端子，在作為半導體器件的一部分的介質材料中形成導電(例如，金屬)溝槽、過孔等。溝槽和過孔耦合晶體管之間、半導體器件的內部電路以及半導體器件外的電路的信號和功率。
在形成互聯元件時，半導體晶片可能有經歷，例如，掩蔽、蝕刻和淀積工藝，以形成需要的半導體器件的電路。具體地，可以進行多個掩模和蝕刻步驟，從而在半導體晶片上的介質層中形成凹槽區的圖形，作為用于互連線的溝槽和過孔。然后可以進行淀積工藝，在半導體晶片上淀積金屬層，從而在溝槽和過孔中以及半導體晶片的非凹槽區上淀積金屬。為了隔離互連，例如構圖的溝槽和過孔，要去掉淀積在半導體晶片的非凹槽區上的金屬。
可以使用化學機械拋光(CMP)去掉淀積在半導體晶片上的介質層的非凹槽區上的金屬，在化學機械拋光中漿料和拋光墊用于物理地除去金屬層。在使用CMP方法除去金屬層時，虛擬結構可用于增強在凹槽區域中淀積的金屬層的結構強度，而虛擬結構上弱于淀積在非凹槽區上的金屬層。然而，由于添加這些結構的目的是增加結構強度，因此在凹槽區中淀積金屬層之前將它們僅添加到凹槽區。

發明內容
在一個示例性實施例中，半導體結構包括具有凹槽區和非凹槽區的介質層；金屬層，形成在半導體結構上，該金屬層填充了凹槽區并從非凹槽區上電解拋光以形成互連線；以及在介質層的非凹槽區上形成的多個虛擬結構。
根據本發明的另一實施例，提供一種形成半導體結構的方法。所述方法包括在半導體晶片上形成具有凹槽區和非凹槽區的介質層，在凹槽區中形成虛擬結構，覆蓋介質層和虛擬結構形成金屬層，以及電解拋光導電層以露出非凹槽區。


通過參考下面結合附圖的詳細說明可以更好地理解本發明，其中類似的部分由類似的數字標注圖1A和1B分別示出了包括虛擬結構的示例性半導體結構的示意和剖面圖；圖2A和2B分別示出了示例性電解拋光裝置和半導體晶片的剖面圖和俯視圖；圖3A到3D示出了半導體器件的示例性電解拋光工藝。
圖4A和4B分別示出了電解拋光工藝之后的半導體器件的示例性溝槽和虛擬結構。
圖5示出了示例性金屬鑲嵌工藝的示例性流程圖；圖6示出了與半導體器件的單個管芯相鄰設置的示例性虛擬結構的示意圖；圖7示出了與半導體器件的多個管芯相鄰設置的示例性虛擬結構的示意圖；圖8示出了與半導體器件的低密度區上的各線相鄰設置的示例性虛擬結構的示意圖；圖9示出了與半導體器件的低密度區上的各線相鄰設置的示例性虛擬結構的示意圖；圖10A到10F示出了在各線邊緣附近顯示隆起(hump)效應和所得凹槽的半導體器件的示例性線結構；圖11A到11C示出了半導體器件的示例性線和虛擬結構的圖。
圖12示出了在半導體器件上的示例性虛擬結構的示意圖；圖13示出了在半導體器件上的示例性虛擬結構的示意圖；圖14示出了半導體器件上的示例性虛擬結構的示意圖；圖15示出了半導體器件上的示例性虛擬結構的示意圖；圖16示出了半導體器件上的示例性虛擬結構的示意圖；圖17A到17AA示出用于在半導體器件上形成虛擬結構的各種示例性形狀。
具體實施例方式
為了更深入地理解本發明，以下說明陳述了大量具體細節，例如具體材料、參數等。但是，應當認識到，這些介紹不是要作為本發明的范圍的限制，而是為了更好的介紹示例性的實施例。
圖1A示出了根據一個實施例的示例性半導體結構的示意圖。示例性的半導體結構包括具有凹槽區和非凹槽區的介質層、在非凹槽區中形成的虛擬結構以及在非凹槽區中形成的金屬。具體地，示例性半導體結構包括具有凹槽區151r和非凹槽區151n的介質層151。凹槽區151r已填充有金屬層以形成互連線140。此外，虛擬結構130已添加到與凹槽區151r相鄰的非凹槽區151n以及互連線140。
虛擬結構130例如為包含在介質層151的非凹槽區151n中的無源結構，通過在凹槽區151r以及互連線140上產生更恒定的電流密度以及拋光速率，來減小電解液流拋光速率的波動。減小拋光速率的波動可以減小凹槽區151r內的金屬凹槽并導致更均勻的互連線140。虛擬結構130也可以添加到介質層151的非凹槽區151n以影響電鍍和電解拋光工藝。
在圖1A中示出的示例性結構中，與在介質層151中形成的互連線140相鄰和周圍構形虛擬結構。然而，根據應用虛擬結構130可以位于相對于互連線的多個位置中，包括互連線140之間、晶片上的各半導體管芯(dice)之間等。此外，根據特定的應用和特定的電解拋光工藝，可以多種方式改變虛擬結構130的結構，例如密度、間距、形狀等。
圖1B示出了對應于圖1A的線B-B線的半導體結構的剖面圖。在該示例性實施例中，構圖的介質層151形成在半導體襯底層102的表面上。構圖的介質層151包括定義了互連的各溝槽或線的凹槽區151r。介質層151也包括部分用于隔離互連線的非凹槽區151n。虛擬結構130形成在介質層151的非凹槽區151n中。然后金屬層104可以形成在結構上，包括虛擬結構130和非凹槽區151n和凹槽區151r。然而，金屬層104電解拋光到非凹槽區151n以致金屬層104位于凹槽區151r和虛擬結構130內，如圖所示。通過在凹槽區151r上產生更恒定的電流密度和拋光速率，設置在介質層151的非凹槽區151n中的虛擬結構130減少了電解液的拋光速率的波動。
通過已知的構圖方法可以常規地淀積和構圖介質層151，已知的構圖方法例如為光掩模、光刻、微光刻等。可以使用任何常規的淀積方法在襯底層102上形成介質層151，例如化學汽相淀積、旋涂等。應該理解介質層151也可以形成在以前形成的層上。介質層可以為例如二氧化硅(SiO2)。經常需要選擇具有低介電常數的介質層材料，通常稱做低“k”值材料。這種低k材料包括氟化(flourinated)硅酸鹽玻璃、聚酰亞胺、氟化聚酰亞胺、混合物/組合物、硅氧烷、有機聚合物，[阿爾法]-CF，Si-O-C、聚對二甲苯/氟化聚對二甲苯、聚四氟乙烯(polyterafluoroethylene)、納米多孔的氧化硅(silca)、納米多孔的有機物等。通常，低k值材料(即，大約小于3.0)通過減小相鄰線之間的電容耦合和“串擾”在互連線之間提供更好的電隔離。
可以通過任何公知方法在介質層上淀積阻擋層154，例如，化學氣相淀積(CVD)、物理氣相淀積(PVD)、原子層淀積(ALD)等，從而阻擋層覆蓋了包括溝槽和過孔側壁的整個構圖的介質層。在隨后淀積金屬層104之后，阻擋層154用來防止金屬(例如，銅)擴散到介質層151中。任何金屬擴散到介質層151內會降低介質層151的性能。阻擋層154可以由能夠防止金屬擴散的任何合適的導電材料形成，例如，鈦、鉭、鎢、氮化鈦、氮化鉭、氮化鎢或其它合適的金屬。在某些應用中，可以省略阻擋層154。例如，如果介質材料足以抵擋金屬層104的擴散，或者如果任何金屬層104的擴散不會對半導體器件的性能產生負面的影響，則可以省略阻擋層154。
如果例如隨后在介質層151上電鍍金屬層104，則通常淀積籽晶層。籽晶層一般為金屬層104可以電鍍于其上的金屬或其它導電材料的薄層。
如果不需要阻擋層，那么在阻擋層154的表面上或介質層151上淀積金屬層104。可以通過PVD、CVD、ALD、電鍍、化學鍍或任何其它方便的方法淀積金屬層104。金屬層104為，例如，銅或其它合適的導電材料，例如，鋁、鎳、鉻、鋅、鎘、銀、金、銠、鈀、鉑、錫、鉛、鐵、銦等等。此外，金屬層104可以包括任何一種這些材料的合金。
下面的介紹包括可用于減少電解拋光工藝中拋光速率波動的附加的示例性虛擬結構。為有助于示例性實施例的介紹，說明包括例如可以引起電流密度和拋光速率波動的幾個示例性結構。示例性結構不是對可用于虛擬結構的結構窮舉或限定。
圖2A示出了可用于從半導體晶片100上電解拋光金屬層104的電解拋光裝置的示例性剖面圖。半導體晶片100可以包括襯底層102。襯底層102例如包括硅和/或其它各種半導體材料，例如砷化鎵，取決于特定的應用。
電解拋光裝置的噴嘴使電解液106的液流噴向金屬層104的部分表面。電解液106包括任何方便的液體，例如磷酸、正磷酸(H2PO4)等。例如，在一個實施例中，電解液106為正磷酸，具有約60重量百分比和約85重量百分比之間的濃度。此外，電解液106可以包括例如10到40重量百分比的乙二醇。然而，應該理解可以根據特定的應用改變電解液106的濃度和組分。
在將電解液106的流噴到金屬層104上時，電源112將相反的電荷提供到噴嘴110中設置的電極108(陰極)以及金屬層104上的電極(陽極)。電源112例如可以恒定的電流或恒定的電壓模式工作。當電源112設置成相對于金屬層104使電解液106荷正電時，從表面除去金屬層104的金屬離子。以此方式，電解液106液流電解拋光接觸電解液106的液流的那部分金屬層104。
此外，如圖2A所示，旋轉晶片100并沿軸X平移到金屬層104的整個表面在電解液106的液流中的位置，并均勻地電解拋光表面。例如，通過旋轉晶片100同時在X方向中平移晶片100，電解液106沿金屬層104的表面形成螺旋路徑。備選地，可以靜止地固定晶片100，同時移動噴嘴110將電解液106的液流施加到金屬層104的需要部分。此外，可以移動晶片100和噴嘴110將電解液106的液流施加到金屬層104的需要部分。對電解拋光的示例性說明參見2000年2月4日提交的U.S.專利No.09/497,894中，題目為METHODS AND APPARATUSFOR ELECTROPOLISHING METAL INTERCONNECTIONS ONSEMICONDUCTOR DEVIES，其整個內容在這里引入作為參考。
圖2B示出了在半導體晶片100上形成的管芯118的示例性結構的俯視圖。每個管芯118包括在下面的介質層151內形成的溝槽或線(圖1B)，在這里顯示為垂直線。經常當電解拋光工藝開始時，用金屬層104覆蓋包括管芯118的溝槽區的晶片100的整個表面(圖2A)。路徑10示出了電解液106的液流在晶片100周圍移動的路徑。
當開始電解拋光工藝時，在液流的整個剖面中，電解液106的液流接觸的那部分晶片100的表面具有近似相同量的金屬。通過電解液106的液流除去金屬層104(圖2A)以露出非凹槽區和溝槽內電隔離的金屬層104(圖2A)。由此，由于溝槽區內的那部分金屬層104(圖2A)留下，因此根據流的位置，電解液106的液流接觸的那部分晶片100會具有不同量的金屬。
例如，在圖2B中，電解液106的液流定位在管芯118上。由于金屬層104(圖2A)被電鍍，因此管芯118的非凹槽區具有的金屬少于溝槽區的。由于電解液106的液流沿路徑10移動，因此在任何給定的位置，溝槽區和非凹槽區的量，由此電解液106的液流中晶片100表面上金屬層104(圖2A)覆蓋的面積改變。
由于從管芯118之間的區域除去金屬造成的電解液106的液流內晶片100上金屬面積的這種變化導致這里稱做的“整體負載效應”(globalloading effect)。如下面更詳細介紹的，整體負載效應可以引起電解液的拋光速率在溝槽區的邊緣附近波動。
圖3A到3D示出了隨著電解液106的液流在從非凹槽區上與管芯118相鄰的位置移動到凹槽區上完全覆蓋管芯118的位置的整體負載效應。如圖3A所示，如果電源112(圖2A)在恒定的電流模式中運行，那么電解液106的液流內的電流密度較低，是由于非凹槽區中的金屬層104(圖2A)基本上均勻。電解液106的液流內的電流密度在液流中的任何一個特定部分不是更大，這是由于被電解拋光的表面在晶片100(圖2A)的非凹槽區中基本上均勻。
圖3B示出了電解液106的液流作為液流達到管芯118并開始電解拋光管芯118最左邊的溝槽或線。電解液106的液流的部分液流現在電解拋光管芯118的溝槽區內的金屬。管芯118上電解液106的液流的那部分液流內的電流密度相對于圖3A中流的電流密度增加并達到最大值。電流密度在液流的該部分中增加是由于與管芯118外的非凹槽區中的阻擋層154(圖1B)或介質層151(圖1B)相比，溝槽區中的金屬更容易拋光(電阻更小)。
圖3C示出了電解液106的液流作為液流進一步在管芯118上移動并開始電解拋光管芯118的較大區域。隨著電解液106的液流現在覆蓋的金屬面積增加，圖3C中溝槽區上電解液106的電流密度降低。當電解液106的液流完全移動到管芯118上時，電流密度進一步降低到圖3D中的電流值。電流密度將保持在該恒定值，同時流完全保留在管芯118上。隨著電解液106的液流移動到管芯118上，金屬區域增加，流的電流密度波動。管芯118上那部分電解液106的液流內電流密度的變化導致金屬層的拋光速率改變。具體地，電流密度和拋光速率變化發生在管芯118的邊緣或附近。
圖4A示出了隨著電解液106的液流在管芯118上移動，電流密度變化以及電解液流的拋光速率的相應變化的結果。具體地，圖4A示出了如圖3A到3D所示用電解液106的液流已拋光的管芯118(圖3A)的最左邊的溝槽420、422、424以及426。如圖所示，在最左邊的溝槽420內金屬被拋光到更大的程度。溝槽420內的過量拋光稱做金屬凹槽。隨著遠離管芯118的邊緣剩余的溝槽422、424以及426內的金屬凹槽不斷降低，這是由于隨著液流在管芯118上移動拋光速率降低。因此，溝槽426右邊的溝槽具有較少的金屬凹槽，這是由于當液流完全位于管芯118之上時，電流密度和拋光速率不會急劇波動。
如上面參考圖3A到3D所介紹的，隨著電解液流在管芯118上移動，當僅管芯118的最左邊處于液流下面時，電流密度和拋光速率最大。隨著越來越多的管芯處于液流的路徑之下，電流密度降低。因此，溝槽420右邊的溝槽中的金屬凹槽降低直到達到與邊緣附近相比變化較少的水平面，當液流完全處于管芯118上時，電流密度中的波動較小。溝槽420、422、424以及426的金屬凹槽以及填充金屬的高度差異會導致金屬線的電導波動并負面地影響半導體器件的性能。
圖4B示出了示例性的虛擬結構。如圖所示，虛擬結構428、430以及432已包含在管芯118的邊緣以及最外邊溝槽420附近。通過在管芯118的溝槽上產生更恒定的電流密度和拋光速率，虛擬結構428、430以及432設置得靠近最外邊溝槽420減小了電解液流的拋光速率波動。電流密度現在主要在虛擬結構上波動，金屬凹槽將發生在虛擬結構428、430以及432內。當液流達到溝槽420時，大多數或所有的液流將處于虛擬結構428、430以及432上，液流的電流密度將在溝槽上保持相對不變。由此虛擬結構將減少了圖4A的溝槽內發現的金屬凹槽并產生更均勻的溝槽。
虛擬結構428、430以及432可以包含與其上淀積有金屬層的介質層的材料相同，或者可以包括適合于特定應用的其它合適材料。如果虛擬結構428、430以及432由與介質層相同的材料形成，那么虛擬結構428、430以及432可以與溝槽420、422、424以及426(圖4A)同時形成。然后金屬層層疊在溝槽420、422、424以及426(圖4A)上的同時，金屬層可以層疊在虛擬結構428、430以及432上。備選地，可以在溝槽420、422、424以及426形成之前或之后形成虛擬結構428、430以及432。如果虛擬結構428、430以及432由與介質層不同的材料形成，例如銅或其它金屬，那么通過任何方便的工藝可以淀積材料然后構圖形成虛擬結構428、430以及432的需要結構。此外，虛擬結構428、430以及432可以是類似于管芯118的溝槽420的幾何尺寸的溝槽，或者備選地可以是其它形狀和尺寸，這取決于應用或電鍍性質。下面介紹多種附加形狀和結構。
圖5為示例性金屬鑲嵌工藝的流程圖。具有凹槽和非凹槽區的晶片提供在方塊500中。提供在晶片上構圖的介質層會限定凹槽和非凹槽區。此外，在處理成單個半導體器件的工藝結束之后，晶片可以分成各個管芯。在方框502中虛擬結構可以包含在晶片上。虛擬結構可以位于各管芯之外，或者如下所述，在與各線或高密度圖形相鄰的各個管芯內。在方框504中，可以淀積金屬層，以使金屬層填充介質層內的凹槽區以及非凹槽區。然后在方框506中電解拋光金屬層以從介質層的非凹槽部分除去金屬層并隔離金屬結構。用于示例性金屬鑲嵌工藝的材料和方法可以是任何常規的材料和方法。
應該理解可以對流程圖中示出的工藝進行大量的修改。例如，在方框504中淀積金屬層之前可以添加阻擋層和/或籽晶層。此外，圖5中的每個方框可以包括沒有明確介紹的許多工藝，例如掩蔽和蝕刻晶片形成虛擬結構和凹槽區。此外，金屬鑲嵌工藝可以應用于單和雙鑲嵌應用。
圖6示出了與單個管芯118相鄰的示例性的虛擬結構的示意圖。如圖所示，在與管芯118相鄰的區域中，已形成了虛擬結構。在該實施例中，虛擬結構630位于從管芯118的每個邊至少延伸距離“a”的區域中。距離a選擇得大于或等于距離D(即，a＞D)，其中D等于電解液106的液流的直徑。虛擬結構630用于保持穿過管芯118的電解液106的液流相對不變的電流密度。通過改變虛擬結構630的尺寸與虛擬結構之間空間的比例可以調節虛擬結構630的密度。可以根據特定的應用改變虛擬結構630的尺寸和形狀。虛擬結構630也可以用于構形成管芯118周圍的連續的線或溝槽。此外，應該理解可以根據應用使用任何數量的虛擬結構630。
圖7示出了根據另一實施例與四個管芯118相鄰的示例性虛擬結構的示意圖。圖7的結構類似于圖6的，除了在該實施例中，與四個管芯118相鄰的虛擬結構的面積不大于或等于電解液106的液流的直徑D。顯示距離b和c分別等于相鄰管芯118之間的水平和垂直間距。隨著電解液106的液流從一個管芯118移動到下一個，每個管芯118的溝槽結構將分享液流的電流。因此，通過在管芯118之間以小于D的距離b和/或c添加虛擬結構630，可以保持近似恒定的電流密度。
應該認識到可以地圖5中示出的工藝和圖6和中示出的示例性結構進行各種修改。例如，圖6和7中的虛擬結構具有除方形之外的形狀，例如參考圖17A-17AA介紹的形狀，并且可以進一步為與管芯118相鄰的一個或多個線。
在電解拋光期間會發生額外效應類似于整體負載效應，除了它發生在管芯的局部區域這里稱做“局部負載效應”。當從與管芯上的結構相鄰的區域(field)或非凹槽區拋光金屬時會發生局部負載效應。隨著電解拋光工藝從管芯的非凹槽區除去金屬，金屬的量減少。如果在恒定電流模式中進行電解拋光工藝，那么電解液流中的電流聚集在管芯的剩余溝槽區域上，會導致低密度圖形區和高密度圖形區界面處的高電流密度。溝槽區上的高電流密度會造成端點檢測困難，以及導致溝槽內金屬凹槽的過拋光。
此外，如果電解拋光工藝以恒定電壓模式工作那么會發生局部負載效應。再參考圖2A，流過電解拋光裝置的電流在陰極和陽極之間具有四個主要的電阻源。第一個電阻源R1為電解液106的液流的電阻。第二個電阻源R2在晶片100的表面和電解液106的液流之間的界面處的電阻。第三個電阻源R3為來自晶片100的邊緣處被拋光到電極的那部分晶片100的電阻。第四個電阻源R4為噴嘴電極108(陰極)和電解液106的液流之間的界面處的電阻。流過具有恒定電壓模式的系統的電流I如下表示I＝V/(R1+R2+R3+R4)其中V為電源112的拋光電壓。
隨著拋光工藝從非凹槽區除去金屬，第二電阻R2減小是由于液流內金屬區的量減少。然而電解液106的液流內的電流取決于總電阻R(R1+R2+R3+R4)，隨著金屬面積減少，總電阻R沒有隨著電阻R2的減小成比例地(即，快速)降低。因此，由于電流成比例降低小于金屬區中的減少，因此在其余的溝槽區上電流密度和拋光速率增加。該效應在溝槽區中產生以上介紹的金屬溝槽。對于管芯上的低密度圖形區特別強調該效應。
圖8示出了根據一個實施例與管芯的低密度區域上的各線相鄰設置的示例性虛擬結構的示意圖。線840a到840j為管芯上的低密度圖形。虛擬結構630設置得靠近和環繞低圖形密度區。虛擬結構630增加了管芯的不同低密度區域中金屬結構的平均密度。金屬結構的平均密度增加減少了電解液流的電流變化并減少了金屬凹槽。此外，為了減少線840a到840j之間的電容，隔開線840a到840j與虛擬結構630的空間例如大于或等于在介質層的設計規則中允許的最小空間，例如兩倍或三倍地大于結構的設計規則的最小空間。在其它實施例中，根據應用空間a和b甚至可以更大。此外，可以根據具體應用改變虛擬結構的數量和形狀。
圖9示出了根據另一實施例與管芯的低密度區域上的各線相鄰設置的示例性虛擬結構的示意圖。在本實施例中，線940a到940g位于管芯的低密度區域中，并且也包含位于各線之間的空間，例如線940a和940b之間的空間。虛擬結構630與線940a到940g相鄰設置，并且也在相鄰各線之間的空間內，例如940a和940b之間的空間，以及940e和940f之間的空間。虛擬結構630放置在相鄰各線之間的空間內，以減少這些低密度區域中的局部負載效應。特別是，虛擬結構630減少了電流聚集，即電流密度濃度在線940a到940b。當線940a和940b之間的距離變大時，線940a通常稱做隔離線或等值線(isoline)。
在電鍍工藝中，在金屬層電鍍到管芯的高密度構圖區上地方，會發生這里稱做“隆起效應”。隆起效應為在電鍍工藝期間特別是在管芯的高密度構圖的區域上發生的過電鍍或平面升高的區域。隆起效應包括溝槽區邊緣上金屬層的傾斜或非水平表面區域。非水平表面會使金屬表面的平面化變得困難。具體地，當電解拋光傾斜區域時，凹槽會存在于各線的縱向端處或附近，也存在于各線的高密度區域的最外部線的邊緣處或附近。
圖10A到10F示出了示例性溝槽結構的工藝流程圖，顯示出各線的縱向邊緣附近的隆起效應和所得溝槽。圖10A示出了在介質層1060中形成的溝槽的凹陷區的截面圖。介質層1060可以由與以上針對圖1A介紹的類似材料形成，例如二氧化硅和其它低介電常數材料，取決于具體應用。根據應用阻擋層和/或籽晶層1070也可以淀積在介質層1060上。阻擋層和/或籽晶層1070也可以由與以上針對圖1A介紹的類似材料形成。圖10B示出了在介質層1060中形成的三個溝槽或線1061、1062以及1063的俯視圖。
然后如圖10C和10D中的剖面圖和俯視圖分別所示，用金屬層1064鍍覆該結構。如圖10C和10D所示，溝槽上的過電鍍在高密度構圖區上產生一個隆起。隆起的高度顯示為h3，為介質層1060的未構圖區上鍍覆金屬的高度h1以及介質層1060的未構圖區上鍍覆金屬的高度h2之間的差異。金屬層1064的非水平區顯示為1066。在線1061、1062以及1063(圖10A和10B)的邊緣附近從h1到h3鍍覆過渡的距離用w1和w2顯示。
圖10E和10F示出了金屬層1064已電解拋光到介質層1060以隔離1061、1062以及1063之后的結構。具有金屬層1066的非水平區的電解拋光金屬1064會在線1061、1062以及1063內產生金屬凹槽。與首先拋光最高區域的化學機械拋光相反，電解拋光以基本上相同的速率拋光了金屬層1066的露出表面而與不同的高度無關。這導致在線1061、1062以及1063的端部或附近同樣在此時為線1061和1063的最外線的邊緣處或附近產生具有凹槽的金屬層1064。凹槽可以表現為由線邊緣的金屬中的高度差h4以及金屬層1064中間附近的高度。如上面針對整體負載效應和局部負載效應介紹的，金屬凹槽導致金屬損失并且減小了金屬線的電導。
圖11A到11C示出了根據一個實施例的示例性各線和虛擬結構的圖。圖11A為類似于圖10A形成的包括線1161、1162以及1163的結構的俯視圖，除了虛擬結構630設置得靠近線1161、1162以及1163的縱向端并與線1161和1163的最外線相鄰。虛擬結構630用于將傾斜非平面的隆起區(參見圖10C)延伸到設置線1161、1162以及1163的線或陣列區外部的區域。通過添加虛擬結構630可以減小或消除在陣列的各線的縱向端處或附近以及陣列的最外線的邊緣處或附近的金屬凹槽。
圖11b和11C示出了包括線1163和縱向端處的虛擬結構630的剖面圖。如圖11B所示，金屬層1164的非水平區1164現在位于虛擬結構630和介質層1160之上。在圖11C中金屬層1164被電解拋光之后，線1163內的金屬凹槽減少或消除。
可以根據應用調節虛擬結構630的數量和寬度以減小線1163內的任何金屬凹槽。虛擬結構630可以構形成圖11A所示的與線1161、1162以及1163相鄰的一列，或者備選地多于一列。可以根據隆起的特性選擇虛擬結構630的數量和結構，例如隆起的高度或非水平區的斜率。通過調節定義了金屬線1161、1162以及1163與虛擬結構630之間空間的空間a和b同樣可以操作虛擬結構630的結構。該空間通常大于或等于用于介質層的設計規則中允許的最小空間。此時，虛擬結構630顯示為具有的深度等于線1161、1162以及1163深度的方形，但應該認識到虛擬結構630可以構形成任何形狀或深度。因此可以多種方式操作虛擬結構630的多種屬性。
圖12示出了根據一個實施例與高密度線或陣列相鄰的示例性虛擬結構。在本實施例中，與線1261、1262以及1263相鄰并環繞設置連續的金屬線1231。通過使隆起的傾斜非水平區移動遠離上面介紹的具有圖11A到11C的虛擬結構630的線，連續的金屬線1231用于防止線1261、1262以及1263中的金屬凹槽。應該理解可以使用多個金屬線1231或額外的虛擬結構，例如圖11A中的可以連接金屬線1231。此外，金屬線1231可以包括銅、鋁、鎳、鉻、鋅、鎘、銀、金、銠、鈀、鉑、錫、鉛、鐵、銦等。此外，金屬線1231可以包括這些材料任何一種的合金。
圖13示出了根據另一個實施例的示例性虛擬結構。圖13中所示的示例性半導體器件非常類似于圖11A中所示的示例性半導體器件，除了虛擬結構1330僅添加在各線1361、1362以及1363的縱向端部附近。此外，圖13的虛擬結構1330已添加在各線1361、1362以及1363的縱向端部之間。如前所述，應該理解可以根據具體的應用使用任何數量的虛擬結構以及多種結構的虛擬結構。
圖14示出了根據另一個實施例的示例性虛擬結構。圖14中所示的示例性半導體器件非常類似于圖13中所示的示例性半導體器件，除了虛擬結構1431由與圖13所示的各方形或點相對的連續的線形成。然而，應該理解根據應用可以使用線和各結構的任何組合。
也可以將虛擬結構添加到半導體器件以減小這里介紹的多個效應。例如，如圖15所示，對于線1540a到1540j，虛擬結構已添加在管芯的兩個不同區域以減小局部負載效應和隆起效應。虛擬結構1530已添加到與高密度線或陣列相鄰的區域以減小隆起效應。虛擬結構1530減小了以上針對圖11A介紹的在各線處或附近的金屬凹槽。此外，虛擬結構1532同樣可以添加到開口(open)或低密度區域以增加平均圖形密度并避免局部負載效應。虛擬結構1532減小了各線上的電流密度，該電流密度會引起以上針對圖8介紹的電解拋光工藝期間在各線的端部處或附近的過拋光。
圖16示出了根據另一個實施例的示例性半導體器件，對于線1640a到1640g減小了局部負載效應和隆起效應。圖16中所示的示例性半導體器件類似于圖15中所示的示例性半導體器件，除了虛擬結構1530添加在線1640a和1640b之間以及1560e和1640f之間。
此外，圖15和16中所示的示例性半導體器件同樣包括與半導體晶片上的管芯相鄰的虛擬結構以減小了整體負載效應。
圖17A到17AA示出了根據這里介紹的任何示例性實施例用于在半導體器件上形成虛擬結構的多種示例性形狀。具體地，可以使用矩形、圓形、橢圓、三角、梯形、八邊形、六角形、五角形等。然而應該理解根據特定的應用可以使用圖17A到17AA中沒有示出的其它形狀形成本發明的虛擬結構。此外，虛擬結構可以配置為具有各種形狀的線(例如參見圖12和14)，包括多種截面形狀。虛擬結構可以由不同的材料形成，例如二氧化硅和其它具有低介電常數的其它合適材料形成，例如氟化硅酸鹽玻璃、聚酰亞胺、氟化聚酰亞胺、混合物/組合物、硅氧烷、有機聚合物，[阿爾法]-CF，Si-O-C、聚對二甲苯/氟化聚對二甲苯、聚四氟乙烯、納米多孔的氧化硅、納米多孔的有機物等。如上所述，在一些情況中，虛擬結構可以由與介質層相同的材料形成。虛擬結構可以由以下金屬形成，例如銅、鋁、鎳、鉻、鋅、鎘、銀、金、銠、鈀、鉑、錫、鉛、鐵、銦等。此外，虛擬結構可以由這些材料任何一種的合金。
提供以上詳細說明以介紹示例性實施例而不是限定性的。對于本領域中的技術人員來說顯然可以在本發明的范圍內有多種修改和變形。例如，添加到晶片用于減小整體負載效應的虛擬結構可以與用于局部負載效應、隆起效應或這兩者的虛擬結構結合使用。此外，這里用于減小整體、局部或隆起效應具體介紹的示例性虛擬結構的形狀和結構可以備選地根據應用用于解決任何這些效應或任何其它原因。因此，本發明由權利要求書限定而不是這里的說明。
權利要求
1.一種半導體結構，包括金屬層；以及介質層，包括凹槽和非凹槽區的圖形，其中從非凹槽區電解拋光金屬層并填充凹槽區形成多個互連線，以及多個虛擬結構，其中虛擬結構位于介質層的非凹槽區。
2.根據權利要求1的半導體結構，其中由電解拋光裝置產生的電解液流的直徑定義了一段距離，以及所述多個虛擬結構的一部分設置成距凹槽區小于或等于該距離。
3.根據權利要求1的半導體結構，其中多個虛擬結構的一部分設置成與所述多個互連線的至少一個相鄰。
4.根據權利要求1的半導體結構，其中所述多個虛擬結構設置成與所述多個互連線的縱向端相鄰。
5.根據權利要求1的半導體結構，其中所述多個虛擬結構的一部分設置在所述多個互連線的至少兩個之間。
6.根據權利要求1的半導體結構，其中所述多個虛擬結構設置成與所述多個互連線的高密度區相鄰。
7.根據權利要求1的半導體結構，其中所述多個虛擬結構設置成與低密度區中所述多個互連線的一部分相鄰。
8.根據權利要求1的半導體結構，其中所述多個虛擬結構設置成與隔離線的兩側相鄰。
9.根據權利要求1的半導體結構，其中所述多個虛擬結構的一部分設置成距所述凹槽區的距離大于或等于設計規則所允許的兩個凹槽區之間的最小距離。
10.根據權利要求1的半導體結構，其中所述多個虛擬結構的一部分設置成距所述凹槽區的距離大于設計規則允許的兩個凹槽區之間最小距離的至少兩倍。
11.根據權利要求1的半導體結構，其中所述多個虛擬結構用金屬填充。
12.根據權利要求1的半導體結構，其中所述多個虛擬結構為鄰接的線。
13.根據權利要求1的半導體結構，其中所述多個虛擬結構包括金屬線。
14.根據權利要求1的半導體結構，其中所述多個虛擬結構的寬度大于或等于所述多個互連線的寬度。
15.根據權利要求1的半導體結構，其中所述多個虛擬結構的密度大于或等于所述多個互連線的密度。
16.根據權利要求1的半導體結構，其中所述多個虛擬結構均勻地分布在與所述多個互連線相鄰的區域中。
17.根據權利要求1的半導體結構，其中配置所述多個虛擬結構以減小所述多個互連線的至少一部分內的凹槽。
18.根據權利要求1的半導體結構，其中配置所述多個虛擬結構以增加至少部分所述半導體結構內的結構的平均密度。
19.根據權利要求1的半導體結構，其中配置所述多個虛擬結構以減小在所述多個互連線上形成的金屬層的非水平區域。
20.根據權利要求1的半導體結構，其中電解拋光所述金屬層以電隔離所述多個溝槽。
21.根據權利要求1的半導體結構，還包括設置在所述導電層和所述介質層之間的阻擋層。
22.根據權利要求1的半導體結構，還包括設置在所述導電層和所述介質層之間的籽晶層。
23.一種半導體結構，包括介質層，具有多個溝槽，以及多個虛擬結構，其中多個溝槽和多個虛擬結構被介質層隔開；以及金屬層，其中金屬層填充了溝槽形成金屬互連線。
24.根據權利要求23的半導體結構，其中所述金屬層被電解拋光將所述多個溝槽電隔離。
25.根據權利要求23的半導體結構，其中由電解拋光裝置產生的電解液流的直徑定義了一段距離，以及所述多個虛擬結構的至少一部分設置成距所述多個溝槽的至少一個小于或等于該距離。
26.根據權利要求23的半導體結構，其中所述多個虛擬結構的一部分設置成與所述多個溝槽的至少一個相鄰。
27.根據權利要求23的半導體結構，其中所述多個虛擬結構設置成與所述多個溝槽的縱向端相鄰。
28.根據權利要求23的半導體結構，其中所述多個虛擬結構的一部分設置在所述多個溝槽的至少兩個之間。
29.根據權利要求23的半導體結構，其中所述多個虛擬結構設置成與所述多個溝槽的高密度區相鄰。
30.根據權利要求23的半導體結構，其中所述多個虛擬結構設置成與所述多個溝槽的低密度區相鄰。
31.根據權利要求23的半導體結構，其中所述多個虛擬結構設置成與隔離閥槽相鄰。
32.根據權利要求23的半導體結構，其中所述多個虛擬結構的一部分設置成距所述溝槽的距離大于或等于設計規則所允許的兩個溝槽之間的最小距離。
33.根據權利要求23的半導體結構，其中所述多個虛擬結構的一部分設置成距所述溝槽的距離大于設計規則所允許的兩個溝槽之間最小距離的至少兩倍。
34.根據權利要求23的半導體結構，其中所述多個虛擬結構用導電材料填充。
35.根據權利要求23的半導體結構，其中所述多個虛擬結構用銅填充。
36.根據權利要求23的半導體結構，其中所述多個虛擬結構為鄰接的線。
37.根據權利要求23的半導體結構，其中所述多個虛擬結構包括金屬線。
38.根據權利要求23的半導體結構，其中所述多個虛擬結構的每一個的寬度大于或等于所述多個溝槽的寬度。
39.根據權利要求23的半導體結構，其中所述多個虛擬結構的密度大于或等于所述多個溝槽的密度。
40.根據權利要求23的半導體結構，其中所述多個虛擬結構均勻地分布在與所述多個溝槽相鄰的區域中。
41.根據權利要求23的半導體結構，其中配置所述多個虛擬結構以減小所述多個溝槽的至少一部分內的凹槽。
42.根據權利要求23的半導體結構，其中配置所述多個虛擬結構以增加至少部分所述結構內的金屬結構的平均密度。
43.根據權利要求23的半導體結構，其中配置所述多個虛擬結構以減小在所述多個溝槽上形成的金屬層的非水平區域。
44.一種半導體結構，包括多個半導體管芯，其中多個半導體管芯包括具有多個溝槽的介質層，以及填充溝槽形成互連線的金屬層；以及與多個半導體管芯相鄰形成的多個虛擬結構。
45.根據權利要求44的半導體結構，其中由電解拋光裝置產生的電解液流的直徑定義了一段距離，以及所述多個虛擬結構的至少一部分設置成距部分所述溝槽小于或等于該距離。
46.根據權利要求44的半導體結構，其中所述多個虛擬結構用金屬填充。
47.根據權利要求44的半導體結構，其中所述多個虛擬結構用銅填充。
48.根據權利要求44的半導體結構，其中所述金屬層同時形成在管芯和虛擬結構上。
49.根據權利要求44的半導體結構，其中所述多個虛擬結構為鄰接的線。
50.根據權利要求44的半導體結構，其中所述多個虛擬結構包括與所述多個溝槽的至少一部分相鄰形成的金屬線。
51.根據權利要求44的半導體結構，其中所述多個虛擬結構設置在與半導體管芯相鄰的區域中，半導體管芯延伸的距離大于或等于以下距離的較小者等于由電解拋光裝置產生的電解液流的直徑的距離，或等于兩個相鄰管芯之間的距離。
52.根據權利要求44的半導體結構，其中所述多個虛擬結構的寬度大于或等于所述多個溝槽的寬度。
53.根據權利要求44的半導體結構，其中隔開所述多個虛擬結構的距離大于或等于隔開所述多個溝槽的最小距離。
54.根據權利要求44的半導體結構，其中所述多個虛擬結構均勻地分布在與所述多個管芯相鄰的區域中。
55.根據權利要求44的半導體結構，其中配置所述多個虛擬結構以減小所述多個溝槽的至少一部分內的凹槽。
56.根據權利要求44的半導體結構，其中配置所述多個虛擬結構以增加至少部分半導體晶片上的金屬結構的平均密度。
57.根據權利要求44的半導體結構，其中對所述金屬層電解拋光以電隔離所述多個溝槽。
58.根據權利要求44的半導體結構，還包括設置在所述金屬層和所述介質層之間的阻擋層。
59.根據權利要求44的半導體結構，還包括設置在所述金屬層和所述介質層之間的籽晶層。
60.一種半導體結構的制備方法，包括形成介質層，其中該介質層包括凹槽區和非凹槽區；在非凹槽區中形成多個虛擬結構；形成金屬層以覆蓋介質層和虛擬結構；以及電解拋光導電層以露出非凹槽區。
61.根據權利要求60的方法，其中形成金屬層包括淀積金屬層。
62.根據權利要求60的方法，其中形成金屬層包括電鍍金屬層。
63.根據權利要求60的方法，其中所述多個虛擬結構的每一個具有的寬度大于或等于所述凹槽區的寬度。
64.根據權利要求60的方法，其中所述多個虛擬結構的每一個相互隔開相等的距離。
65.根據權利要求60的方法，其中所述虛擬結構和所述凹槽區之間的最小距離大于或等于凹槽區的設計規則。
66.根據權利要求60的方法，其中所述凹槽區為溝槽，當用金屬層填充時形成互連線。
67.根據權利要求60的方法，其中所述多個虛擬結構用金屬填充。
68.根據權利要求60的方法，其中電解拋光的作用包括將電解液流引導至所述金屬層的表面。
69.一種互連結構的制備方法，包括形成介質層，其中介質層構圖形成互連線；形成與互連線相鄰的多個虛擬結構；形成金屬層以覆蓋構圖的介質層和虛擬結構；以及電解拋光金屬層以隔離互連線。
70.根據權利要求69的方法，其中形成金屬層包括淀積金屬層。
71.根據權利要求69的方法，其中形成金屬層包括電鍍金屬層。
72.根據權利要求69的方法，其中所述多個虛擬結構的每一個具有的寬度大于或等于互連線的寬度。
73.根據權利要求69的方法，其中所述多個虛擬結構的每一個相互隔開相等的距離。
74.根據權利要求69的方法，其中所述虛擬結構和所述互連線之間的最小距離大于或等于凹槽區的設計規則。
75.根據權利要求69的方法，其中所述多個虛擬結構用金屬填充。
76.根據權利要求69的方法，其中電解拋光的作用包括將電解液流引導至所述金屬層的表面。
77.一種半導體結構的制備方法，包括在半導體晶片上形成多個管芯，其中形成每個管芯包括形成具有凹槽區和非凹槽區的介質層；在介質層上形成金屬層并填充非凹槽區；在介質層的非凹槽區中形成至少一個虛擬結構；以及電解拋光金屬層以露出非凹槽區。
78.根據權利要求77的方法，其中形成金屬層包括淀積金屬層。
79.根據權利要求77的方法，其中形成金屬層包括電鍍金屬層。
80.根據權利要求77的方法，其中所述多個虛擬結構的每一個具有的寬度大于或等于非凹槽區的寬度。
81.根據權利要求77的方法，其中所述多個虛擬結構的每一個相互隔開相等的距離。
82.根據權利要求77的方法，其中所述虛擬結構和所述凹槽區之間的最小距離大于或等于凹槽區的設計規則。
83.根據權利要求77的方法，其中所述凹槽區限定溝槽，當用金屬層填充時形成互連線。
84.根據權利要求77的方法，其中所述多個虛擬結構包括金屬。
85.根據權利要求77的方法，其中所述多個虛擬結構包括與所述半導體晶片相同的材料。
86.根據權利要求77的方法，其中所述多個虛擬結構包括與所述介質層相同的材料。
87.根據權利要求77的方法，其中電解拋光的作用包括將電解液流引導至所述金屬層的表面。
88.根據權利要求77的方法，其中所述虛擬結構從管芯延伸的距離大于或等于電解液流的直徑或者等于相鄰管芯之間的距離。
89.根據權利要求60的方法在半導體晶片上形成的半導體結構。
90.根據權利要求69的方法在半導體晶片上形成的半導體結構。
91.根據權利要求77的方法在半導體晶片上形成的半導體結構。
全文摘要
一種提供金屬互連(140)的半導體結構以及電解拋光半導體結構上的金屬層的方法。所述半導體結構包括具有凹槽區(151r)和非凹槽區(151n)的介質層(151)。形成在結構上的金屬層填充了凹槽區以形成互連線和多個設置在互連線之間的虛擬結構(130)。所述方法包括在半導體晶片上形成具有凹槽和非凹槽區的介質層。形成與凹槽區相鄰的虛擬結構。形成金屬層以覆蓋介質層和虛擬結構。然后對金屬層電解拋光以露出非凹槽區。
文檔編號H01L21/768GK1547763SQ02816509
公開日2004年11月17日 申請日期2002年8月16日 優先權日2001年8月23日
發明者王暉, 易培豪, 暉 王 申請人:Acm研究公司