專利名稱：半導(dǎo)體元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體元件，特別涉及半導(dǎo)體元件的導(dǎo)孔以及其類似結(jié)構(gòu)的制造方 法，該方法特別適用于制造非常窄且具有高的深寬比的導(dǎo)孔。
背景技術(shù)：
一般而言，半導(dǎo)體元件為在半導(dǎo)體晶圓上制造的電子元件，并用以傳送或操縱 電子信號。半導(dǎo)體晶圓為半導(dǎo)體材料例如硅制成的薄片，在晶圓上可以制造大量的電子 元件，這些元件互相連接而形成集成電路。為了提高效率，在每一片晶圓上通常會形成 許多芯片，每個芯片可包含數(shù)百萬個元件。當(dāng)芯片制造完成后，將芯片分割并將每個獨 立的芯片封裝，以安裝至電子設(shè)備例如移動電話、個人電腦或是MP3播放器中。在晶圓上制造電子元件包括一連串的工藝步驟，其中大部分或全部都已經(jīng)自動 化，通常這些步驟包含注入離子以賦予硅晶圓半導(dǎo)體特性，以及選擇性地形成和除去絕 緣及導(dǎo)電材料組成的交替層。當(dāng)個別的元件或結(jié)構(gòu)非常小時，開發(fā)各種特定的工藝以符 合這些元件的制造需求。雖然目前可以制造非常小的元件，但是微型及節(jié)能電子設(shè)備的 需求會促使生產(chǎn)更小且同時更有性能的元件，因此需要不斷創(chuàng)新的制造技術(shù)。提供電子元件形成的晶圓表面有時稱為襯底，在半導(dǎo)體襯底上可形成各種半導(dǎo) 體結(jié)構(gòu)。圖1為典型的半導(dǎo)體元件10的剖面圖，值得注意的是，在此所使用的名詞“元 件(device)”為一般的名詞，指的是特定功能的元件、元件的一部分或元件的集合，換言 之，在此所討論的特定元件是通過其特色或所列舉的特征以及通過上下文而定義的。名 詞“半導(dǎo)體元件”指的是應(yīng)用在半導(dǎo)體上的元件，該名詞本身并非針對特定元件或是特 定性質(zhì)。在圖1的半導(dǎo)體元件10中，第一晶體管11和第二晶體管16形成于襯底22的表 面21上，除了柵極結(jié)構(gòu)12之外，第一晶體管11還包括源極區(qū)14以及漏極區(qū)15，以定 義溝道13。同樣，晶體管16也包含柵極結(jié)構(gòu)17以及定義溝道19的源極區(qū)18和漏極區(qū) 20。在特定情況下，例如施加電荷至個別的柵極結(jié)構(gòu)12和17上，可使得電流流過在個 別的源極和漏極區(qū)之間定義出的溝道13和19，因此，晶體管可作為操縱電子信號的基本 小開關(guān)。在圖1的例子中，柵極結(jié)構(gòu)12和17被隔離結(jié)構(gòu)25分開，隔離結(jié)構(gòu)25在溝槽 24中形成，以避免兩個晶體管的操作互相干擾，這種隔離結(jié)構(gòu)有時稱為淺溝槽隔離結(jié)構(gòu) (shallow trench isolation,簡稱 STI)，STI 的形成可參照圖 2a 至圖 2d。圖2a至圖2d為半導(dǎo)體元件30依序在各個制造過程中的剖面圖，在圖2a中，所 形成的緩沖氧化層34直接覆蓋在襯底32上方，襯底可為硅，氧化層34可為二氧化硅。 光致抗蝕劑層36直接在緩沖氧化層34上形成，其中的光致抗蝕劑為可圖案化的材料，當(dāng) 其曝光時成分會改變，可形成預(yù)定結(jié)構(gòu)的圖案及開口。為了產(chǎn)生圖案，通過具有圖案的光掩模將光致抗蝕劑層選擇性地曝光，被曝光的部分留下或用合適的溶劑沖走(視光致 抗蝕劑種類而定)，留下的結(jié)構(gòu)通常用以保護(hù)位于該結(jié)構(gòu)下的區(qū)域，而讓未受保護(hù)的區(qū)域 被蝕刻。當(dāng)不再需要光致抗蝕劑層時，用溶劑將殘留的光致抗蝕劑結(jié)構(gòu)除去，此工藝通 常稱為光刻蝕刻技術(shù)。在此例中，先形成光致抗蝕劑結(jié)構(gòu)43和44，然后在襯底32內(nèi)蝕刻出凹陷38而 形成隔離結(jié)構(gòu)，并且在光致抗蝕劑結(jié)構(gòu)和襯底之間設(shè)置氧化層34，其結(jié)構(gòu)如圖2b所示。 當(dāng)凹陷38形成之后，沉積氧化物材料40，在此例中，氧化物材料40填充凹陷38并覆蓋 半導(dǎo)體元件30周圍的部分，其結(jié)構(gòu)如圖2c所示，氧化層40位于襯底32的凹陷38內(nèi)的 部分稱為隔離結(jié)構(gòu)39。為了完成工藝，需除去氧化層40的殘留物，這例如通過化學(xué)機械 研磨工藝(CMP)來達(dá)成，同時也一并除去光致抗蝕劑結(jié)構(gòu)43和44，所得到的半導(dǎo)體元 件30包含隔離結(jié)構(gòu)39，其結(jié)構(gòu)如圖2d所示。可用此方式形成許多類似的結(jié)構(gòu)，例如圖3所示的通常稱為導(dǎo)孔的結(jié)構(gòu)。圖3為 典型已填充的導(dǎo)孔結(jié)構(gòu)50的剖面圖，如同上述的凹陷38，導(dǎo)孔50是通過在襯底55內(nèi)蝕 刻出凹陷54，并以填充材料53填充而形成的。值得注意的是，填充材料53可以是介電 材料例如二氧化硅或是低介電常數(shù)材料，并且通?？蔀閷?dǎo)電材料例如銅。在圖3的例子 中，導(dǎo)孔凹陷54以導(dǎo)電性填充材料53加以填充，作為從襯底55的正面51到背面52的 導(dǎo)體。由圖3可看出，填充材料53的一部分56稍微自背面52突出，使得其與接觸墊 或其他目標(biāo)接觸區(qū)域(圖中未示)接觸，例如與另一芯片上的接觸區(qū)域接觸。為了形成 此結(jié)構(gòu)，可先形成導(dǎo)孔凹陷54并予以填充，然后蝕刻背面52以暴露出填充材料53的突 出部分56。值得注意的是，在圖3的結(jié)構(gòu)的應(yīng)用中，導(dǎo)孔通常比圖1的STI 25相對地 長，這是因為其必須從襯底的一面延伸至另一面。導(dǎo)孔通常也不能太寬，因為可能必須 將許多這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)置在有限的區(qū)域內(nèi)。深度(長度)比寬度的關(guān)系稱為深寬比(aspect ratio),參閱圖3，導(dǎo)孔的長度為Lv，寬度為Wv，有時將深寬比Lv/Wv約大于5的導(dǎo)孔 稱為高深寬比(A/R)導(dǎo)孔或稱具有高深寬比的導(dǎo)孔。不幸地，目前的方法所使用的材料及工藝均無法得到令人滿意的結(jié)果，而如果 無法適當(dāng)?shù)匦纬杉疤畛鋵?dǎo)孔，特別是具有高深寬比的導(dǎo)孔，則必須增加其尺寸以確保可 以制造。然而，如上所述，目前所需要的是具有高導(dǎo)孔密度的小元件，以在半導(dǎo)體芯片 中容納更多的元件。因此，業(yè)界亟需一種制造半導(dǎo)體元件的方法，其包含制造導(dǎo)孔，特別是具有高 深寬比的導(dǎo)孔，以產(chǎn)生更可靠的元件，并且能夠在不增加制造成本的情況下，或是在不 需要過度且困難的工藝修改的情況下即可提高導(dǎo)孔的密度，而本發(fā)明即可提供解決上述 問題的方法。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明的一較佳實施例，提供一種半導(dǎo)體元件的制造方法，包括提供襯 底，在襯底內(nèi)形成導(dǎo)孔，以可拋棄式填充材料填充導(dǎo)孔，在已填充的導(dǎo)孔上方形成第一 介電層，暴露出一部分的可拋棄式材料，以及除去暴露出的材料。然后，可以用導(dǎo)電材 料填充導(dǎo)孔，或是封閉導(dǎo)孔并且只留下空氣填充的導(dǎo)孔。
上述半導(dǎo)體元件的制造方法還可包括以永久性填充材料填充該導(dǎo)孔。上述半導(dǎo)體元件的制造方法中，該永久性填充材料可包括金屬或介電材料。上述半導(dǎo)體元件的制造方法中，暴露出一部分的該可拋棄式材料的步驟可包括 在該第一介電層內(nèi)形成小開口。上述半導(dǎo)體元件的制造方法還可包括在該第一介電層之上形成第二介電層， 以封閉該小開口。上述半導(dǎo)體元件的制造方法還可包括將該襯底變薄。上述半導(dǎo)體元件的制造方法還可包括在該襯底的背面之上形成第二介電層。上述半導(dǎo)體元件的制造方法中，暴露出一部分的該可拋棄式材料的步驟可包括 在該第二介電層內(nèi)形成小開口。上述半導(dǎo)體元件的制造方法還可包括以下步驟以永久性填充材料包括金屬填 充該導(dǎo)孔；以及在該第二介電層內(nèi)形成金屬結(jié)構(gòu)，該金屬結(jié)構(gòu)與該永久性填充材料相 連。上述半導(dǎo)體元件的制造方法中，該可拋棄式材料可包括非結(jié)晶的碳、氧化物、 SiN,低介電常數(shù)材料或多晶硅至少其中之一。依據(jù)本發(fā)明的另一較佳實施例，提供一種在半導(dǎo)體元件內(nèi)形成間隙的方法，包 括在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成至少一個導(dǎo)孔，以可拋棄式材料填充導(dǎo)孔，在可拋棄式材料上方 沉積第一介電層，在第一介電層內(nèi)形成小開口暴露出可拋棄式材料，除去可拋棄式材 料，以及在小開口上方形成第二介電層。依據(jù)本發(fā)明的又另一較佳實施例，提供一種在半導(dǎo)體襯底內(nèi)填充導(dǎo)孔的方法， 包括在導(dǎo)孔內(nèi)沉積可拋棄式材料，在導(dǎo)孔的第一末端和鄰接的襯底表面上方形成第一介 電層，將襯底變薄以暴露出導(dǎo)孔的第二末端，經(jīng)由導(dǎo)孔第二末端的開口除去可拋棄式材 料，在導(dǎo)孔內(nèi)經(jīng)由導(dǎo)孔第二末端的開口沉積導(dǎo)孔填充材料，以及在導(dǎo)孔的第二末端和鄰 接的襯底上形成第二介電層。本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體元件，該半導(dǎo)體元件包括襯底，具有至少一個導(dǎo) 孔；介電層，設(shè)置于該襯底和該至少一個導(dǎo)孔之上，其中該至少一個導(dǎo)孔內(nèi)填充氣體； 以及多個導(dǎo)體，形成于該襯底的上表面上，且其中該介電層形成于所述多個導(dǎo)體之上， 該至少一個導(dǎo)孔設(shè)置于兩個相鄰的所述導(dǎo)體之間，其中該至少一導(dǎo)孔與所述多個導(dǎo)體完 全位于該襯底的上表面上。上述半導(dǎo)體元件中，該至少一個導(dǎo)孔的深寬比大于5。上述半導(dǎo)體元件中，該介電層可包括第一介電層和第二介電層，該第一介電層 可具有開口，并且該第二介電層可封閉該開口，其中該開口的尺寸小于該導(dǎo)孔的尺寸。上述半導(dǎo)體元件中，該至少一個導(dǎo)孔可延伸至完全穿過該襯底。上述半導(dǎo)體元件還可包括多個導(dǎo)體，形成于該襯底的上表面上，且其中該介 電層形成于所述多個導(dǎo)體之上，該至少一個導(dǎo)孔分隔兩個相鄰的所述導(dǎo)體。本發(fā)明的一較佳實施例的優(yōu)點為導(dǎo)孔較容易填充金屬或介電材料，且其填充結(jié) 果較可靠，特別是針對具有高深寬比的導(dǎo)孔的應(yīng)用，可得到較高的元件密度，同時本發(fā) 明所提供的方法可與目前的半導(dǎo)體工藝兼容且容易整合。本發(fā)明的一較佳實施例還具有其他的優(yōu)點，當(dāng)應(yīng)用在半導(dǎo)體元件的金屬層內(nèi)制造空氣間隙時，其所得到的內(nèi)連線可受到較低程度的RC延遲。為了讓本發(fā)明的上述目的、特征、及優(yōu)點能更明顯易懂，以下配合附圖進(jìn)行詳 細(xì)說明。


圖1為典型的半導(dǎo)體元件的剖面圖。圖2a至圖2d為典型的半導(dǎo)體元件在各個制造階段的剖面圖。圖3為典型已填充的導(dǎo)孔結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖4a至圖4f為依據(jù)本發(fā)明的一實施例的半導(dǎo)體元件在各個制造階段的剖面圖。圖5a至圖5i為依據(jù)本發(fā)明的另一實施例的半導(dǎo)體元件在各個制造階段的剖面 圖。圖6a至圖6e為依據(jù)本發(fā)明的又另一實施例的半導(dǎo)體元件在各個制造階段的剖面 圖。圖7a至圖7e為依據(jù)本發(fā)明的再另一實施例的半導(dǎo)體元件在各個制造階段的剖面 圖。其中，附圖標(biāo)記說明如下10、30、100、200、300、400 半導(dǎo)體元件；11 第一晶體管；16 第二晶體管；12、17 柵極結(jié)構(gòu)；13、19 溝道；14、18 源極區(qū)；15、20 漏極區(qū)；21 襯底表面；22、32、55、101、201、301、401 襯底；24 溝槽；25、39 隔離結(jié)構(gòu);34 緩沖氧化層；36 光致抗蝕劑層；38、54、206、406、407、408、409 凹陷；40 氧化層；43、44、426、427、428 光致抗蝕劑結(jié)構(gòu)；50 導(dǎo)孔；51、102、202、302、402 襯底正面；52、104、204、304 襯底背面；53 填充材料；56 突出部分；103、203、303 導(dǎo)孔凹陷；105、205、405 光致抗蝕劑層；
110、210、310、410 可拋棄式填充材料層；111、211、311 填充材料上邊界;115、215、315、415 介電層；120 內(nèi)連線導(dǎo)孔；125、225 導(dǎo)電性填充材料；130、230、335 背面介電層；227、312 填充材料下邊界；333 第一背面介電層；336、436、437、438 小開口 ；334 第二背面介電層；416 第一介電層；417 第二介電層；441、442、443、444 銅結(jié)構(gòu)；446、447、448 空氣填充的凹陷。
具體實施例方式本發(fā)明的較佳實施例的制造和使用如下所述，然而本發(fā)明還提供許多可應(yīng)用的 發(fā)明概念，其可以在各種特殊的應(yīng)用中實行，在此所提及的特定實施例僅說明以特定方 式去使用與制造本發(fā)明，并非用以限定本發(fā)明的范圍。以下將以在特定應(yīng)用中的數(shù)個較佳實施例描述本發(fā)明，然而，本發(fā)明也可以應(yīng) 用在其他的實施例上，例如，本發(fā)明的方法可以在修改下述操作方式順序的情況下進(jìn) 行，也可以在任何符合邏輯順序的情況下進(jìn)行，除非需要特別的順序或是明顯地來自其 應(yīng)用的需求。在某些情況下，下述的操作方式可以選擇性地在一些或全部實施例中使 用，除非特別提及或明顯地在應(yīng)用中不需要。最后，除非是在權(quán)利要求范圍中所提及的 特定方法，以下這些操作方式可在不脫離本發(fā)明的精神的情況下進(jìn)行。本發(fā)明的數(shù)種實 施例如下所述，在其中一種或一種以上的方法中，針對特定的操作方式，可使用已知或 已公開的不同材料。圖4a至圖4f為依據(jù)本發(fā)明的一實施例的半導(dǎo)體元件100，在各個制造階段的剖 面圖，在此實施例中，提供襯底101，并在襯底的正面102上形成圖案化的光致抗蝕劑層 105。襯底例如為硅、硅鍺或其他適當(dāng)?shù)牟牧纤纬傻木A，在此所提及的襯底和半導(dǎo)體 襯底具有相同意義，而與襯底何時摻雜、摻雜的程度，或是經(jīng)過其他處理的時間及程度 無關(guān)。接著，蝕刻出導(dǎo)孔凹陷103，所得到的結(jié)構(gòu)如圖4a所示，值得注意的是，在此圖 中只顯示一部分的襯底101以及一個凹陷，但在大部分的應(yīng)用中，有大量的導(dǎo)孔凹陷同 時形成。在此實施例中，導(dǎo)孔凹陷103為高深寬比(A/R)的導(dǎo)孔，但是這并非本發(fā)明所 必須。值得指出的是，說明書中的附圖不需按尺寸規(guī)格繪制。在導(dǎo)孔蝕刻完成后，可除 去殘留的光致抗蝕劑，并且在光致抗蝕劑除去之前或之后，可選擇性地形成側(cè)壁的鈍態(tài) 保護(hù)層(圖中未示)。依據(jù)此實施例，接著以可拋棄式(disposable)材料例如非結(jié)晶的碳填充導(dǎo)孔凹陷 103，然而，也可以使用其他類似的材料，其他合適的可拋棄式材料例如包含氧化物、低介電常數(shù)材料、氮化硅(SiN)或多晶硅。通常先沉積可拋棄式材料層110，然后將層110 平坦化直到多余的部分(圖中未示)都去除，亦即以可拋棄式填充材料110充滿導(dǎo)孔凹陷 103，但是不覆蓋襯底101的正面102的任何部分。換言之，填充材料110的上邊界111 會與襯底101的正面102共平面，然而，此共平面的關(guān)系并非所有的應(yīng)用均需要，其結(jié)構(gòu) 如圖4b所示。接著，在襯底101的正面102之上形成介電層115，介電層115也會在可拋棄式 填充材料110的上邊界111之上。在此實施例中，最終以導(dǎo)電材料填充導(dǎo)孔凹陷103，因 此在介電層115內(nèi)先形成內(nèi)連線導(dǎo)孔120。內(nèi)連線導(dǎo)孔可通過蝕刻出導(dǎo)孔凹陷，然后以導(dǎo) 體填充材料例如銅填充而形成，為了簡化敘述，這些個別的步驟及元件在此只以一般方 式提及。半導(dǎo)體元件100以及包埋內(nèi)連線導(dǎo)孔120的介電層115如圖4c所示。在圖4a至圖4f的實施例中，襯底101的背面104被減縮至靠近正面102，這例 如通過蝕刻或研磨方式來達(dá)成，其并非只將晶圓襯底101變薄，并且還通過導(dǎo)孔凹陷103 下方末端的開口暴露出可拋棄式填充材料110，值得注意的是，導(dǎo)孔凹陷103的深度在此 工藝中也會降低，雖然此降低的程度相對于整體的深度很小。當(dāng)填充材料110暴露出來 后，可經(jīng)由導(dǎo)孔凹陷103予以除去，這例如通過各向同性蝕刻工藝來達(dá)成，其得到的結(jié) 構(gòu)如圖4d所示。在此實施例中，以導(dǎo)電性材料125例如銅填充導(dǎo)孔凹陷103，可先沉積銅層，然 后以化學(xué)機械研磨(CMP)工藝減少導(dǎo)電填充材料存在的范圍，如圖4e所示。值得注意的 是，在此以導(dǎo)電材料填充導(dǎo)孔做為參考，并不排除先在導(dǎo)孔的側(cè)壁上形成鈍態(tài)保護(hù)層， 或是在側(cè)壁與導(dǎo)電填充材料之間形成阻障層，或者形成上述鈍態(tài)保護(hù)層及阻障層兩者。 在另一實施例中(圖中未示)，可使用另一種填充材料，例如介電材料。再回到圖4a至 圖4f的實施例中，當(dāng)導(dǎo)電填充材料125適當(dāng)?shù)匦纬芍螅纬杀趁娼殡妼?30覆蓋襯底 101的背面104以及導(dǎo)電填充材料125的下邊界，其結(jié)構(gòu)如圖4f所示。圖5a至圖5i為依據(jù)本發(fā)明的另一實施例的半導(dǎo)體元件200，在各個制造階段的 剖面圖，值得注意的是，雖然此實施例在某些方面與上述的實施例不同，但其在某些方 面是相似的，因此在附圖中類似的元件是以類似的標(biāo)號標(biāo)示(雖然不一定完全相同)。在 此實施例中，如圖5a所示，襯底201的正面202以光致抗蝕劑層205覆蓋，并且光致抗 蝕劑層已圖案化從而形成凹陷206，凹陷206暴露出一部分的襯底的正面202，使得導(dǎo)孔 凹陷103可通過蝕刻來形成。當(dāng)導(dǎo)孔凹陷203形成之后，可以除去光致抗蝕劑層205殘 留的部分，如圖5b所示。在此實施例中，接著在襯底201的正面202上形成可拋棄式填充材料210層，填 充導(dǎo)孔凹陷203，其結(jié)構(gòu)如圖5c所示。然后，如上述圖4a至圖4f的實施例中所提及， 進(jìn)行平坦化步驟，使得填充材料210的上邊界211與襯底201的正面202共平面，如圖5d 所示。接著，在正面202上沉積介電層215，并覆蓋填充材料210的上邊界211，其結(jié)構(gòu) 如圖5e所示。然后，進(jìn)行縮減步驟以將襯底201的厚度降低至可拋棄式填充材料210暴 露出來為止，如圖5f所示，接著除去可拋棄式填充材料210，如圖5g所示。在另一實施 例中(圖中未示)，可以在降低背面204的工藝中直接除去可拋棄式填充材料。在圖5a至圖5i的實施例中，接下來以導(dǎo)電填充材料225填充導(dǎo)孔凹陷203，雖 然在其他實施例中(圖中未示)也可以使用其他填充材料例如低介電常數(shù)材料填充。圖5h為導(dǎo)電填充材料225設(shè)置于導(dǎo)孔凹陷203內(nèi)的半導(dǎo)體元件200，很明顯，已經(jīng)進(jìn)行平坦 化步驟使得導(dǎo)電填充材料225的下邊界227與襯底201的背面204共平面。最后，在襯 底201的背面204上形成背面介電層230，且背面介電層230覆蓋導(dǎo)電填充材料225的下 邊界227，其結(jié)構(gòu)如圖5i所示。圖6a至圖6e為依據(jù)本發(fā)明的又一實施例的半導(dǎo)體元件300，在各個制造階段的 剖面圖，值得注意的是，此實施例的許多初期步驟與上述圖5a至圖5i所述的相似或完全 相同，為了簡化，在此不再重述，同樣地，類似或相同的特征以類似的標(biāo)號標(biāo)示。在圖 6a中，可拋棄式填充材料310填充于襯底301的導(dǎo)孔凹陷303內(nèi)，在襯底301的正面302 上形成介電層315，并且介電層315覆蓋可拋棄式填充材料310的上邊界311，因為襯底 301的背面304降低，所以暴露出可拋棄式填充材料310的下邊界312，并且下邊界312 與背面304共平面。接著，形成第一背面介電層333，如圖6b所示，覆蓋背面304以及 下邊界312。接著，在第一背面介電層333內(nèi)形成小開口 336，如圖6c所示，小開口 336暴露 出一部分的可拋棄式填充材料310的下邊界312，雖然圖中顯示其位于導(dǎo)孔凹陷303的中 心位置，但并不需要在所有的實施例中小開口 336的位置均是如此，只要容易接近可拋 棄式填充材料310即可。利用小開口 336，可以進(jìn)行選擇性的蝕刻工藝直到全部的可拋 棄式填充材料310都被除去，如圖6d所示。然后，凈空導(dǎo)孔凹陷303，換言之，就是以
“空氣填充(air-filled)”，當(dāng)然，填充導(dǎo)孔凹陷303的氣體為大氣，其可通過蝕刻工藝改 變或由后續(xù)的工藝取代，雖然在其封閉之前不需任何特殊的氣體占據(jù)導(dǎo)孔凹陷，但在某 些應(yīng)用中可能希望有特殊的氣體存在。在此實施例中，通過在第一背面介電層333上形成第二背面介電層334來封閉 小開口 336，并且第一背面介電層333和第二背面介電層334是由相同材料形成的，且二 者結(jié)合形成背面介電層335，如圖6e所示(在此第一背面介電層333的下邊界以虛線表 示)。在其他實施例中，兩個背面介電層可由不同材料形成，并且在某些情況下，背面介 電層可以超過兩層以上。在此值得注意的是關(guān)于小開口 336的尺寸，小尺寸表示開口容 易封閉，當(dāng)然，小開口 336也必須夠大到能夠讓上述的蝕刻工藝除去可拋棄式填充材料 310。圖7a至圖7e示出依據(jù)本發(fā)明的另一實施例的半導(dǎo)體元件400在各個制造階段的 剖面圖，圖7a至圖7e的實施例在某些方面與上述的實施例相似，但在其他方面則不同。 同樣，可能相似的特征以類似的標(biāo)號標(biāo)示，雖然這并不表示它們完全相同。在圖7a中， 半導(dǎo)體元件400包含半導(dǎo)體襯底401，并且可拋棄式填充層410例如非結(jié)晶的碳或其他合 適的材料已經(jīng)形成在襯底401的正面402上，其他合適的可拋棄式材料例如包含氧化物、 低介電常數(shù)材料、氮化硅或多晶硅。在可拋棄式填充層410上形成并圖案化光致抗蝕劑 層405，在圖7a中，光致抗蝕劑層405殘留的部分為光致抗蝕劑結(jié)構(gòu)426、427和428， 這些光致抗蝕劑結(jié)構(gòu)形成凹陷406、407、408和409。接著可進(jìn)行各向異性蝕刻工藝，以除去可拋棄式填充層410未受到光致抗蝕劑 結(jié)構(gòu)保護(hù)的區(qū)域，然后，在此實施例中，以導(dǎo)電材料例如銅填充這些空出的部分，這些 導(dǎo)體例如為內(nèi)連線或內(nèi)連線的一部分，其一起形成金屬層以將各種操作元件內(nèi)連接。在 此例中，襯底401可能不是晶圓，而是沉積在多個操作元件上的介電層，為了敘述本發(fā)明，襯底的定義廣泛至包含半導(dǎo)體元件內(nèi)的上層結(jié)構(gòu)，如同上述的襯底。銅可用單層形 式添加，然后再平坦化，在任何情況下，多余的銅以及殘留的光致抗蝕劑都會被除去， 所得到的結(jié)構(gòu)如圖7b所示。在圖7b中，銅結(jié)構(gòu)441、442、443和444設(shè)置于可拋棄式 填充材料層410殘留的部分之間。同時，在可拋棄式填充層410以及導(dǎo)體441至444的上方形成第一介電層416， 如圖7c所示。然后，形成小開口 436、437和438以分別暴露出可拋棄式填充材料層410 殘留的部分，以使得這些殘留的部分通過各向同性蝕刻除去，留下空氣填充的凹陷446、 447和448，其結(jié)構(gòu)如圖7d所示。這些空氣填充的凹陷可以用希望填充的特殊氣體填充， 然后通過加入第二介電層417來封閉。在此實施例中，第一介電層416與第二介電層417 結(jié)合，從而形成單一正面介電層415，第一介電層416之前存在的上邊界以虛線表示。雖然本發(fā)明已公開較佳實施例如上，然而這并非用以限定本發(fā)明，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)，應(yīng)可做一定的改動與修改，例如將上述工 藝結(jié)合，形成具有導(dǎo)體填充與空氣填充的凹陷的半導(dǎo)體元件，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng) 以所附權(quán)利要求范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體元件，包括 襯底，具有至少一個導(dǎo)孔；介電層，設(shè)置于該襯底和該至少一個導(dǎo)孔之上， 其中該至少一個導(dǎo)孔內(nèi)填充氣體；以及多個導(dǎo)體，形成于該襯底的上表面上，且其中該介電層形成于所述多個導(dǎo)體之上， 該至少一個導(dǎo)孔設(shè)置于兩個相鄰的所述導(dǎo)體之間，其中該至少一導(dǎo)孔與所述多個導(dǎo)體完 全位于該襯底的上表面上。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其中該至少一個導(dǎo)孔的深寬比大于5。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其中該介電層包括第一介電層和第二介電層，該 第一介電層具有開口，并且該第二介電層封閉該開口，其中該開口的尺寸小于該導(dǎo)孔的 尺寸。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其中該至少一個導(dǎo)孔延伸至完全穿過該襯底。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體元件，該半導(dǎo)體元件包括襯底，具有至少一個導(dǎo)孔；介電層，設(shè)置于該襯底和該至少一個導(dǎo)孔之上，其中該至少一個導(dǎo)孔內(nèi)填充氣體；以及多個導(dǎo)體，形成于該襯底的上表面上，且其中該介電層形成于所述多個導(dǎo)體之上，該至少一個導(dǎo)孔設(shè)置于兩個相鄰的所述導(dǎo)體之間，其中該至少一導(dǎo)孔與所述多個導(dǎo)體完全位于該襯底的上表面上。根據(jù)本發(fā)明，可較容易地以金屬或介電材料填充導(dǎo)孔，且填充結(jié)果可靠，用于高深寬比導(dǎo)孔可得到較高元件密度；本發(fā)明可與現(xiàn)有工藝兼容且易于整合；本發(fā)明還可使內(nèi)連線受到較低程度的RC延遲。
文檔編號H01L23/522GK102024785SQ20101050933
公開日2011年4月20日 申請日期2007年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月2日
發(fā)明者余振華, 吳文進(jìn), 邱文智 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司