專利名稱：半導(dǎo)體電感器及其制造方法
發(fā)明的背景1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉到及半導(dǎo)體芯片器件里的電感器，更確切地說是涉及到半導(dǎo)體器件里電感器的制造。
2.相關(guān)技術(shù)描述目前半導(dǎo)體器件不斷地被促進(jìn)去滿足更嚴(yán)格的要求。使用這種技術(shù)的器件充斥于市場，用戶對它們提出更高的要求。這些要求包括更小更緊湊的器件，而且要有更多的功能。增長著的無線通信市場要求有更強(qiáng)功能的更小集成線路。
為了滿足這些要求，RF集成電路除了減小線路里元件大小，減小線路的尺寸，還應(yīng)有更高的效率。對于RF電路的巨大興趣形成了對于半導(dǎo)體器件里無源元件電感器設(shè)計的更大推動。半導(dǎo)體襯底上電感器的典型制作方法是利用金屬化線形成螺旋形狀。電感器的螺旋狀結(jié)構(gòu)就可以產(chǎn)生電感?，F(xiàn)有技術(shù)的電感器里，典型的方法是以鋁(Al)用作金屬化薄層，由它來形成電感器的螺旋狀。
電感器的一項指標(biāo)是品質(zhì)因子，品質(zhì)因子愈高，電感器的效率就愈高。所以高品質(zhì)因子的電感器是人們追求的。集成線路的品質(zhì)因子受到襯底本身寄生損失的限制。這種損失包括通過電感器本身金屬層的高電阻。因此，為了達(dá)到高品質(zhì)因子，電感器里的電阻應(yīng)盡量小。減小電感器中電阻的一種技術(shù)是增加用來制造電感器的金屬的厚度。為達(dá)到此目的，現(xiàn)有技術(shù)是將電感器布置在半導(dǎo)體襯底的頂層，這里金屬化層比較厚，而且進(jìn)一步的平面化不是關(guān)鍵。同時，將電感器布置得與襯底相距盡量遠(yuǎn)，以便減小由于與襯底相互作用而形成的至襯底之間的電容。盡管如此，這種結(jié)構(gòu)并不能獲得高的品質(zhì)因子，而且它也沒有優(yōu)化降低電阻的能力。
像前面提到的，在現(xiàn)有技術(shù)的電感器里，鋁金屬化層被用來形成螺旋狀形態(tài)。鋁的使用抑制了增加用于構(gòu)成電感器的金屬厚度的能力，從而加大了電感器的電阻。例如，各鋁層是由半導(dǎo)體晶片中生成的介電層分隔開的。為了增加用于電感器內(nèi)金屬的厚度，分隔鋁層的介電層采用鎢(W)互聯(lián)。然而，在形成電感器時不希望使用鎢，因為鎢的電阻比較大，這將減小使用了鎢的電感器的品質(zhì)因子和總體效率。此外，鎢互聯(lián)一般都有細(xì)小的通道孔，這使得采用鎢的電感器里的金屬厚度不能顯著增加。
從以上討論可見，需要一種在標(biāo)準(zhǔn)互聯(lián)金屬化結(jié)構(gòu)里制作電感器的方法，同時也需要具有高品質(zhì)因子的電感器結(jié)構(gòu)。此外，還希望電感器的制造不要增加額外的制作步驟。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，公開了半導(dǎo)體器件的一種制造方法，該半導(dǎo)體器件的襯底上配置有電感器結(jié)構(gòu)及導(dǎo)電通道。本發(fā)明的方法包括的步驟有-提供表面布置有導(dǎo)電圖形的襯底，該表面上有第一介電層；-在第一介電層里形成通道溝槽及電感器溝槽，這樣第二電感器溝槽具有了電感器幾何形狀；-在第一介電層里形成互聯(lián)金屬化溝槽和附加的電感器溝槽，該電感器溝槽具有電感器幾何形狀；以及-用導(dǎo)電材料填充剛所述的溝槽，以此襯底表面的圖形，填充的通道溝槽以及填充的互聯(lián)金屬化溝槽確定了通道，以此電感器溝槽和附加的電感器溝槽確定了電感器結(jié)構(gòu)。
利用本發(fā)明的方法，電感器結(jié)構(gòu)被集成到豎互聯(lián)結(jié)構(gòu)，也稱為通道，及互聯(lián)線。電感器結(jié)構(gòu)包括至少2個，優(yōu)選地多于2個，用導(dǎo)電材料填充的電感器溝槽，這樣使得電感器結(jié)構(gòu)有高的Q因子達(dá)到，例如30或更高。雖然如此，它仍可以用標(biāo)準(zhǔn)制造技術(shù)制造，而且也無須增加額外的制作步驟。
根據(jù)本發(fā)明的另外方面，本發(fā)明提供了一種具有襯底及電感器結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。本發(fā)明的器件的襯底表面包括有-具有第一厚度的第一介電層；-第一金屬化平面安置在第一介電層的第一部分，該第一金屬化平面包括具有電感器幾何形狀的第一電感器線；以及-第二金屬化平面安置在第一介電層的第二部分，該第二金屬化平面包括具有電感器幾何形狀的第二電感器線，并且被安置在第一金屬化平面之上。該第一介電層的第一和第二部分確定了第一厚度，此電感器結(jié)構(gòu)包括第一和第二電感器線。
基于本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的電感器結(jié)構(gòu)具有很高的厚度，達(dá)到若干微米，這是因為它存在于若干個介電層里。這樣就提供了高的品質(zhì)因子，特別是與導(dǎo)電材料，例如銅，相配合的情況。電感器結(jié)構(gòu)包括至少兩個金屬化平面，而且優(yōu)選為更多，例如4個或者甚至6個。其優(yōu)點是通道與互聯(lián)線作為電感器線被集成在相同的金屬化平面里。這將減少金屬化平面的數(shù)目，因而在本發(fā)明的器件制造中，掩膜數(shù)目和步驟數(shù)目也都減少了。
本發(fā)明的方法中采用的導(dǎo)電材料可以是一種或幾種導(dǎo)電材料，如銅，鋁，鉑，鎢，氮化鈦，鎳及其合金。它還可以是導(dǎo)電聚合物或者是摻有導(dǎo)電粒子的聚合物。優(yōu)選的是銅。銅的電阻非常低，與AlCu相比，電阻降低了30％。再則，銅可以用無電鍍和電鍍進(jìn)行沉積。
本發(fā)明的方法和器件中應(yīng)用的介電材料可以從多種介電材料中挑選，例子包括二氧化硅和低K材料，如聚酰亞胺，苯并環(huán)丁烯，多孔二氧化硅，硅倍半環(huán)氧乙烷(silsesquioxane)等。
本發(fā)明的方法中的襯底優(yōu)選為集成了若干晶體管的半導(dǎo)體襯底。然而，它也可以是陶瓷襯底。再則，襯底表面上的導(dǎo)電圖形可以是其后互聯(lián)層的一部分。在另外的方案里，它可以是單個晶體管的接點，這樣它可以包括柵材料，如多晶硅。


圖1表示依據(jù)本發(fā)明的一個實施方案進(jìn)行刻蝕操作，用來在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中形成溝槽。
圖2A表示依據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，金屬化線和電感器線的形成。
圖2B表示依據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上進(jìn)行氧化刻蝕操作。
圖2C表示依據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，第一電感器溝槽與金屬化線溝槽的形成。
圖2D表示依據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，在半導(dǎo)體器件上進(jìn)行氧化刻蝕操作，用來形成電感器線溝槽和通道溝槽。
圖2E顯示依據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，它具有已形成的金屬化線及已形成的電感器線。
圖3表示依據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，在氧化層中有已形成的電感器線和金屬化線。
圖4表示依據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的附加金屬化層，在氧化層里有電感器線、金屬化線和導(dǎo)電通道。
圖5表示依據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，具有阻擋層和籽粒層(seedlayer)的電感器線。
圖6A表示依據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的頂視圖，顯示電感器及金屬化線。
圖6B是半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的頂視圖，顯示氧化層內(nèi)不同深度的電感器。
圖7表示依據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)內(nèi)形成電感器的方法的流程圖。
本發(fā)明采用鑲嵌工藝和雙鑲嵌工藝在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)內(nèi)形成電感器、金屬化線和導(dǎo)電通道。導(dǎo)電通道將金屬化線與遍布于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)內(nèi)的其他金屬化線互聯(lián)，在半導(dǎo)體器件內(nèi)形成零部件。金屬化線是通過在氧化層上刻蝕溝槽而形成的。
應(yīng)用本領(lǐng)域的熟知技術(shù)將氧化層沉積在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上，例如掩膜沉積，然后在氧化層上旋涂上光刻膠層，并用標(biāo)準(zhǔn)的光刻技術(shù)進(jìn)行圖形化。圖形化了的光刻膠層確定將要刻蝕到氧化層上的金屬化線溝槽和其他部件(即電感器幾何形狀)溝槽的位置。當(dāng)圖形化了的光刻膠層在氧化層上形成后，在氧化刻蝕操作過程中對氧化層進(jìn)行刻蝕，以便在氧化層里形成金屬化線溝槽和其他部件溝槽。這些溝槽確定了前面提到的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中金屬化線和其他部件的位置。形成溝槽的氧化刻蝕操作通常稱作“鑲嵌”法。
一旦溝槽形成后，在氧化層上旋涂第二光刻膠層，并用標(biāo)準(zhǔn)的光刻技術(shù)進(jìn)行圖形化。第二圖形化了的光刻膠層確定將要刻蝕到氧化層上的通道溝槽的位置。當(dāng)?shù)诙D形化了的光刻膠層在氧化層上形成后，在氧化刻蝕操作中，再次對氧化層進(jìn)行刻蝕，以便在氧化層里形成通道溝槽。這些溝槽確定前面提到的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中導(dǎo)電通道的位置。在氧化刻蝕操作過程中，刻蝕是透過初始氧化刻蝕操作中形成的確定溝槽的選定區(qū)域進(jìn)行的，為的是讓在金屬化線溝槽內(nèi)形成的金屬化線，與在通道溝槽內(nèi)形成的導(dǎo)電通道之間允許有電通訊。形成通道溝槽的氧化刻蝕操作通常稱作“雙鑲嵌”法，這是因為氧化操作過程中，刻蝕是透過由鑲嵌工藝形成的金屬化線溝槽來進(jìn)行的。
當(dāng)溝槽在氧化層內(nèi)形成后，在溝槽里沉積金屬，用來形成金屬化線和導(dǎo)電通道。沉積到用鑲嵌工藝形成的溝槽里的典型金屬是銅(Cu)。銅的電阻比較低，大約為2×10-6歐姆-厘米。因此，對于要求金屬化線和導(dǎo)電通道是低電阻的應(yīng)用，銅是優(yōu)選。一旦金屬沉積到金屬化線溝槽和通道溝槽后，進(jìn)行平面化操作，如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)，使得以氧化層為頂表面的金屬化線和其他部件的頂表面平整。
參見圖1，它顯示依據(jù)本發(fā)明的一個實施方案在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)里形成溝槽的刻蝕操作。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)146含有依前面提到的過程形成的氧化層102、106和112。此外，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)146里有用以上定義的鑲嵌和雙鑲嵌工藝形成的金屬化線104、110a、110b和通道110c。金屬化線104、110a、110b和導(dǎo)電通道110c優(yōu)選地以銅(Cu)制成。通道110c容許金屬化線104與金屬化線110a之間進(jìn)行電通訊。金屬化線104、110a和110b與位于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)146內(nèi)的其他金屬化線(未畫出)及其他部件(未畫出)互相連接。
金屬化線104、110a和110b以及導(dǎo)電通道110c在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)146里形成后，氧化層112是沉積在氧化層106上的覆蓋層，以便在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)146里形成后續(xù)的金屬化層。因而在氧化層112上旋涂光刻膠層，并且用標(biāo)準(zhǔn)的光刻工藝進(jìn)行圖形化，以便形成圖形化的光刻膠層114。圖形化的光刻膠層114上被圖形化出窗口114a、114b和114c。窗口114a和114c確定將在氧化層112上形成金屬化線溝槽的圖形，窗口114b確定電感器溝槽的圖形，參見圖2A。還應(yīng)該注意，窗口114b的圖形形成了螺旋狀的電感器幾何形狀。圖6A、6B將表現(xiàn)得更清楚。再回到圖1，當(dāng)圖形化的光刻膠層114形成后，進(jìn)行氧化刻蝕操作116，對氧化層112進(jìn)行刻蝕，用來形成金屬化線118a、118b以及電感器線120a，參見圖2A。
圖2A表示依據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，金屬化線118a和118b的形成，以及電感器線120a的形成。用前述鑲嵌工藝形成確定金屬化線118a和118b的溝槽。氧化刻蝕操作116完成后，用低電阻金屬沉積到確定金屬化線118a、118b的溝槽。構(gòu)成金屬化線118a、118b的優(yōu)選材料是銅(Cu)，它的電阻比較低，約2.0×10-6歐姆-厘米。金屬化線118a、118b形成的厚度的優(yōu)選范圍為大約5000埃至大約10000埃之間，更優(yōu)選為大約8000埃。金屬化線118a、118b與遍布半導(dǎo)體器件146的其他金屬化線(未畫出)及其他部件(未畫出)互相連接。
電感器線120a也是用前述鑲嵌工藝形成的。電感器線120a確定將在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)146內(nèi)形成的電感器120的第一層。電感器線120a也是優(yōu)選用銅(Cu)制成。電感器線120a形成的厚度的優(yōu)選范圍為大約5000埃至大約10000埃之間，更優(yōu)選為大約8000埃。當(dāng)金屬沉積至溝槽后，進(jìn)行平面化操作，如CMP，使得以氧化層112為頂表面的電感器線120a和金屬化線118a、118b的頂表面平整。這里也應(yīng)注意，電感器線是在螺旋狀的電感器幾何形狀里，下面對應(yīng)圖6A、6B還要詳細(xì)講述。另外一點也要注意，有如電感器線120a和金屬化線118a、118b的形成，其他的金屬化線(未示出)及其他的部件(未示出)形成于整個半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)146里。再參照圖2A，當(dāng)金屬化線118a、118b和電感器線120a形成后，在氧化層112上用掩膜沉積氧化層122。然后在氧化層122上旋涂光刻膠層，并且用標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù)進(jìn)行圖形化，以便形成圖形化的光刻膠掩膜124。
圖形化的光刻膠掩膜124被圖形化形成窗口124a、124b、124c。窗口124a和124c確定將要被刻蝕在氧化層122上的金屬化線溝槽的圖形。窗口124b確定將要在氧化層122里形成的第一電感器溝槽的圖形。窗口124b確定的圖形形成螺旋狀的電感器幾何形狀，它與電感器線120a確定的圖形是一樣的。當(dāng)圖形化的光刻膠掩膜124在氧化層122上形成后，進(jìn)行氧化刻蝕操作126，參見圖2B。
圖2B顯示的是依據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)146上進(jìn)行氧化刻蝕操作126。氧化刻蝕操作126刻蝕氧化層122，這樣在氧化層122里形成第一電感器溝槽128及互聯(lián)金屬化溝槽130、132，參見圖2C。
圖2C顯示的是依據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，第一電感器溝槽128及金屬化線溝槽130、132的形成。采用前述的鑲嵌工藝在氧化層122里形成溝槽128、130、132。金屬化線溝槽130和132使得金屬化線可以在氧化層122里形成，參見圖2E。第一電感器溝槽128使得電感器線120b-1得以形成，參見圖2E。這里應(yīng)注意，有如金屬化線溝槽130、132以及第一電感器溝槽128的形成，其他的確定金屬化線(未畫出)和其他的部件(未畫出)的溝槽也形成在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)146里。再回到圖2C，當(dāng)溝槽128、130和132形成后，在氧化層122上旋涂第二光刻膠層，并且用標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù)進(jìn)行圖形化，以便形成圖形化的光刻膠掩膜134。
圖形化的光刻膠掩膜134含有窗口134a和134b。窗口134a確定將在金屬化線溝槽132下方形成的通道溝槽(未畫出)的圖形，窗口134b確定第二電感器溝槽129的圖形(參見圖5)。當(dāng)圖形化的光刻膠掩膜134在氧化層122上形成后，進(jìn)行氧化刻蝕操作136，參見圖2D。
圖2D示出依據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，在半導(dǎo)體器件146上進(jìn)行氧化刻蝕操作136，應(yīng)用前述雙鑲嵌工藝，氧化刻蝕操作136刻蝕氧化層122，形成通道溝槽(未示出)及第二電感器溝槽129。氧化刻蝕操作136完成后，將金屬沉積于通道、第二電感器溝槽129、金屬化線溝槽130和132，以及第一電感器溝槽128。沉積操作(未示出)形成導(dǎo)電通道108c、電感器線120b-2、金屬化線108a和108b，以及電感器線120b-1，參見圖2E。
圖2E表示的是依據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)146，其中已形成金屬化線108a和108b，并且也形成了電感器線120b。正如上面所提到的，沉積在溝槽里的優(yōu)選金屬是銅(Cu)。電感器線120b-1和金屬化線108a和108b形成的厚度的優(yōu)選范圍為大約5000埃至大約50000埃之間，更優(yōu)選為大約10000埃至大約30000埃，最優(yōu)選為大約20000埃。電感器線120b-2和導(dǎo)電通道108c形成的厚度和深度的優(yōu)選范圍為大約5000埃至大約20000埃之間，更優(yōu)選為大約8000埃至大約15000埃，最優(yōu)選為大約12000埃。金屬沉積到溝槽后，進(jìn)行平面化操作，例如CMP，使得以氧化層122為頂表面的電感器線120b和金屬化線108a、108b的頂表面平整。
圖3示出依據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)146，在氧化層138里形成了電感器線120c和金屬化線140a、140b。用前述鑲嵌工藝將確定電感器線120c-1圖形的溝槽和確定金屬化線140a和140b圖形的溝槽，圖形化在氧化層138上。然后用前述雙鑲嵌工藝，將確定電感器線120c-2圖形的溝槽圖形化在氧化層138上。當(dāng)這些溝槽圖形化在氧化層138以后，將金屬沉積到溝槽里以便形成電感器線120c-1、120c-2，以及金屬化線140a、140b。沉積到溝槽里的金屬優(yōu)選為銅(Cu)。電感器線120c-2形成的厚度的優(yōu)選范圍為大約5000埃至大約20000埃之間，更優(yōu)選為大約8000埃至大約15000埃，最優(yōu)選為大約12000埃。
電感器線120c-1和金屬化線140a、140b形成的厚度的優(yōu)選范圍為大約5000埃至50000埃之間，更優(yōu)選為大約10000埃至大約30000埃，最優(yōu)選為大約20000埃。當(dāng)金屬沉積到溝槽后，進(jìn)行平面化操作，例如CMP，使得以氧化層138為頂表面的電感器線120c和金屬化線140a、140b的頂表面平整。應(yīng)注意的是，有如電感器線120c和金屬化線140a和140b形成在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)146里，附加的金屬化線(未示出)和部件(未示出)也形成于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)146內(nèi)。一旦電感器線120c和金屬化線140a、140b在氧化層138里形成后，電感器線120d、金屬化線142a和142b及導(dǎo)電通道142c將在氧化層144里形成，參見圖4。
圖4示出依據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)146里的附加金屬化層，在氧化層144里有電感器線120d、金屬化線142a、142b及導(dǎo)電通道142c。電感器線120d由電感器線120d-1和120d-2確定。用前述鑲嵌工藝，將確定電感器線120d-1(它確定電感器線120d的頂部)圖形的溝槽，和確定金屬化線142a和142b圖形的溝槽圖形化到氧化層144，然后，用前述雙鑲嵌工藝，將確定電感器線120d-2圖形的溝槽，和確定導(dǎo)電通道142c圖形的溝槽圖形化到氧化層144。當(dāng)這些溝槽被圖形化到氧化層144后，將金屬沉積于這些溝槽，以便形成電感器線120d-1、120d-2、金屬化線142a和142b，以及導(dǎo)電通道142c。沉積到溝槽的金屬優(yōu)選為銅(Cu)。電感器線120d-2和導(dǎo)電通道142c形成的厚度和深度的優(yōu)選范圍為大約5000埃至大約20000埃之間，更優(yōu)選為大約8000埃至大約15000埃，最優(yōu)選為大約12000埃。電感器線120d-1和金屬化線142a、142b形成的厚度的優(yōu)選范圍為大約5000埃至大約50000埃之間，更優(yōu)選為大約10000埃至大約30000埃，最優(yōu)選為大約20000埃。一旦電感器線120d和金屬化線142a、142b在氧化層144里形成后，進(jìn)行CMP操作，使得以氧化層144為頂表面的電感器線120d和金屬化線142a、142b的頂表面平整。應(yīng)該再次注意，有如電感器線120d、金屬化線142a、142b以及導(dǎo)電通道142c的形成，其他的金屬化線(未示出)和其他部件(未示出)都形成在氧化層144里。還要注意，含有附加電感器線、金屬化線及其他部件的其他金屬化層可以形成在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)146里。
如圖4所示，由于每個電感器線都是在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)146里更遠(yuǎn)離襯底100處形成的，電感器的厚度增加了，其優(yōu)點是用于電感器120的金屬量增加了，電感器的電阻減小了，從而提高了總電感和電感器的品質(zhì)因子。
圖5顯示依據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的電感器線120b和電感器線120c，并具有阻擋層147a和147b以及籽粒層148a和148b。阻擋層147a是設(shè)計用來防止電感器線120b里的金屬向半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)146遷移的。在一個實施方案里，當(dāng)?shù)诙姼衅鳒喜?29被刻蝕到氧化層122后，阻擋層147a被形成于第一電感器溝槽128(見圖2C)和第二電感器溝槽129里。可以采用本領(lǐng)域的任何成熟技術(shù)，包括物理蒸發(fā)沉積(PVD)等，將阻擋層147a沉積到第一電感器溝槽128和第二電感器溝槽129。應(yīng)該注意，有如阻擋層147a形成于第一電感器溝槽128和第二電感器溝槽129，其他的阻擋層(未示出)也都在氧化刻蝕操作136的過程中，形成在氧化層122上的互聯(lián)金屬化溝槽130、132、通道溝槽和其他溝槽(未示出)里。在一個實施方案中，阻擋層147a優(yōu)選為鉭(Ta)，或者優(yōu)選為氮化鉭(TaN)。阻擋層147a的厚度的優(yōu)選范圍為大約50埃至大約1000埃之間，更優(yōu)選為大約100埃至大約300埃，最優(yōu)選為大約200埃。
當(dāng)阻擋層147a在電感器線120b里形成后，在阻擋層147a之上形成籽粒層148a。籽粒層148a優(yōu)化銅的粘附作用，即電感器線120b的形成。籽粒層148a的形成通常采用標(biāo)準(zhǔn)的電鍍技術(shù)，沉積技術(shù)等。籽粒層148a被優(yōu)選為銅(Cu)。籽粒層148a的沉積厚度的優(yōu)選范圍為大約50埃至大約1000埃之間，更優(yōu)選為大約200埃至大約500埃，最優(yōu)選為大約300埃。應(yīng)該注意，有如籽粒層148a在第一電感器溝槽128和第二電感器溝槽129里形成，其他的籽粒層(未示出)同時也在氧化刻蝕操作136的過程中，形成在氧化層122上的互聯(lián)金屬化溝槽130、132、通道溝槽及其他溝槽(未示出)里。
圖5還示出了依據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，阻擋層147b和籽粒層148b的形成。阻擋層147b是設(shè)計用來防止電感器線120c里的金屬向半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)146遷移的。在一個實施方案里，當(dāng)氧化層138被刻蝕形成電感器線120c的溝槽以后，阻擋層147b被沉積到溝槽里。像阻擋層147a那樣，當(dāng)阻擋層147b被形成于電感器線120c的溝槽里，其他金屬化線(未示出)和其他部件(未示出)的阻擋層(未示出)也同時形成在氧化層138的其他金屬化線和其他部件里。可以采用本領(lǐng)域的任何成熟技術(shù)，包括物理蒸發(fā)沉積(PVD)等，將阻擋層147b沉積到電感器線120c的溝槽里。在一個實施方案中，阻擋層147b被優(yōu)選為鉭(Ta)，或者被優(yōu)選為氮化鉭(TaN)。阻擋層147b的厚度的優(yōu)選范圍為大約50埃至大約1000埃之間，更優(yōu)選為大約100埃至大約300埃，最優(yōu)選為大約200埃。
當(dāng)阻擋層147b在電感器線120c里形成后，籽粒層148b形成在阻擋層147b之上。籽粒層148b優(yōu)化電感器線120c的形成。籽粒層148b的形成通常采用標(biāo)準(zhǔn)電鍍技術(shù)，沉積技術(shù)等。籽粒層148b被優(yōu)選為銅(Cu)。籽粒層148b的沉積厚度的優(yōu)選范圍為大約50埃至大約1000埃之間，更優(yōu)選為大約200埃至大約500埃，最優(yōu)選為大約300埃。本領(lǐng)域里的技術(shù)人員將會領(lǐng)悟到，有如籽粒層148a的形成，其他的籽粒層(未示出)也同時在氧化層122上附加金屬化線和附加部件的溝槽里形成。
圖6A是依據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)146的頂視圖，顯示的是電感器120和金屬化線142a、142b和142c。像采用鑲嵌工藝在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)146里形成金屬化線142a、142d和142e一樣，電感器120的電感器線120d-1也是用同樣的鑲嵌工藝形成的。這樣，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)146里形成了電感器120而沒有附加的制作步驟。電感器120的幾何形狀是這樣的當(dāng)電流流過電感器120時，電荷貯存在電感器120與襯底產(chǎn)生的電容里。應(yīng)該注意，電感器120形成在氧化層里，它不在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)146的襯底100的近處。正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知的，當(dāng)電感器120位于襯底100的5000埃以內(nèi)時，襯底100里的硅對電感器120的電容有影響。因此，將電感器120放置在金屬層的最頂層。電感器120在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)146的這個位置，減少了由于電感器120緊貼近襯底100而引起的寄生損耗。
圖6B是半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)146的頂視圖，顯示電感器120位于氧化層144內(nèi)的不同深度。圖6B顯示了氧化層144里的導(dǎo)電通道142c和導(dǎo)電通道142f-k。正如通道142c和142f-k形成于雙鑲嵌工藝中，電感器120的電感器線120d-2也是這樣形成的。因此電感器120的厚度達(dá)到最大，因為金屬是在雙鑲嵌工藝中為形成電感器120而沉積的，該過程為氧化層144里的互聯(lián)金屬化線形成了導(dǎo)電通道142c和142f-k。
圖7是依據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的流程圖，顯示了在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)里形成電感器的方法200的流程。在操作202，用前述鑲嵌和雙鑲嵌工藝在多層半導(dǎo)體器件里形成較低的金屬化層。當(dāng)較低的金屬化層在半導(dǎo)體襯底上形成后，介電層是沉積在較低金屬化層上的覆蓋層。當(dāng)介電層在較低的金屬化層形成后，在介電層上旋涂上光刻膠層，以便對介電層進(jìn)行圖形化。
采用標(biāo)準(zhǔn)的光刻技術(shù)對光刻膠層進(jìn)行圖形化，從而獲得圖形化了的光刻膠層。圖形化了的光刻膠層被圖形化形成窗口，用來確定介電層里金屬化線溝槽、第一電感器幾何形狀溝槽和附加的部件溝槽。第一電感器幾何形狀溝槽的窗口確定將在介電層里形成的電感器的幾何形狀(即螺旋形狀)。電感器幾何形狀被這樣構(gòu)建在確定電感器幾何形狀的第一電感器幾何形狀溝槽里形成電感器線，當(dāng)電流流過該電感器線時產(chǎn)生電容。當(dāng)圖形化的光刻膠層在介電層上形成后，在操作204中，以氧化刻蝕操作形成金屬化線溝槽、第一電感器幾何形狀溝槽以及附加的部件溝槽。
在操作206中，當(dāng)金屬化線溝槽、第一電感器幾何形狀溝槽和附加的部件溝槽在介電層里形成后，在介電層上旋涂第二光刻膠層。用標(biāo)準(zhǔn)的光刻技術(shù)對第二光刻膠層進(jìn)行圖形化，以便形成窗口，這些窗口用來確定通道溝槽，以及具有與第一電感器溝槽相同的電感器幾何形狀的第二電感器幾何形狀溝槽。一旦圖形化了的光刻膠層形成后，進(jìn)行氧化刻蝕操作，以便在在操作206中，在介電層里形成通道溝槽和第二電感器幾何形狀溝槽。完成操作206后，方法200繼續(xù)進(jìn)行操作208。
在操作208中，通過對金屬化線溝槽、第一電感器幾何形狀溝槽、附加部件溝槽、通道溝槽和第二電感器幾何形狀溝槽填充銅，在介電層里形成金屬化線、附加部件、導(dǎo)電通道和電感器。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會注意到，用于在介電層里形成金屬化線、附加部件、導(dǎo)電通道以及電感器的操作，也可以用前述的鑲嵌和雙鑲嵌工藝進(jìn)行。應(yīng)該看到，電感器的厚度增加了，因為電感器是在鑲嵌工藝和雙鑲嵌工藝兩種操作中形成的。因而電感器的電阻降低了，并且由于電感器的金屬厚度增加了，電感器的品質(zhì)因子增加了。由此，電感器的總效率提高了。
一旦完成操作208之后，方法200繼續(xù)進(jìn)行操作210。在操作210中，對介電層進(jìn)行拋光，以確定半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)里的金屬化線和電感器的一層。拋光可以用本領(lǐng)域任何熟知的技術(shù)進(jìn)行，包括CMP操作。拋光操作使得金屬化線和電感器的介電層頂表面平整。
操作212取決于操作210完成后半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)里是否需要另外的電感器層。如果半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)里需要另外的電感器層，重復(fù)施行方法200以便形成附加的電感器層。如果不需要另外的電感器層，方法200就此結(jié)束。
使用銅以及鑲嵌和雙鑲嵌工藝形成電感器120能得到高的品質(zhì)因子，大約為低于10，更優(yōu)選的電感器120可以達(dá)到大約為低于15。利用鑲嵌工藝，設(shè)計者可以增加電感器內(nèi)金屬的厚度，從而減小電感器120內(nèi)的總電阻。
現(xiàn)在本發(fā)明使得設(shè)計人員提高半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)內(nèi)形成的電感器的性能，同時減少寄生損失，而且避免增加額外的制作步驟。正如其高品質(zhì)因子所證實的那樣，本發(fā)明的電感器遠(yuǎn)遠(yuǎn)更加有效。由于在電感器里使用了銅，并且由于在電感器的金屬區(qū)域中氧化層之間的金屬全部采用銅，本發(fā)明的電感器的電阻大大低于現(xiàn)有技術(shù)的電感器。
如上文所述，現(xiàn)有技術(shù)電感器采用鋁來形成電感器幾何形狀，而鋁的電阻高于銅。因此，由于在電感器里使用了銅，本發(fā)明具有低得多的電阻。此外，電感器中使用的金屬的厚度達(dá)到了最大化，這是因為在兩個過程中都沉積了銅，一個是在氧化層里形成金屬化線的鑲嵌工藝，一個是在氧化層里形成導(dǎo)電通道的雙鑲嵌工藝。
本發(fā)明的電感器的制造，是在鑲嵌工藝中，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)里形成金屬化線和其他部件的。這樣也減少了電感器制造的成本和制造時間。因此，高品質(zhì)因子和低電阻的優(yōu)勢，再結(jié)合制造成本和制造時間的降低，使得它成為那些試圖將無源元件結(jié)合進(jìn)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的設(shè)計人員的一個具有吸引力的備選方案。
雖然，為了清楚了解起見，已經(jīng)對前述發(fā)明進(jìn)行了某種程度的細(xì)致描述，很明顯，在下述的權(quán)利要求的范圍內(nèi)，某些改變和調(diào)整都是可行的。因此，現(xiàn)在的實施方案被認(rèn)為是示例性的而不是限定性的。同時，本發(fā)明并不局限于這里給出的細(xì)節(jié)，而是可以在下述的權(quán)利要求的范圍內(nèi)，和等價范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，該半導(dǎo)體器件的襯底上配置有電感器結(jié)構(gòu)及導(dǎo)電通道，該方法包括以下步驟-提供表面布置有導(dǎo)電圖形的襯底，該表面上有第一介電層；-在第一介電層里形成通道溝槽及電感器溝槽，這樣第二電感器溝槽具有電感器幾何形狀；-在第一介電層里形成互聯(lián)金屬化溝槽和附加的電感器溝槽，該電感器溝槽具有電感器幾何形狀；以及-用導(dǎo)電材料填充所述的溝槽，以此襯底表面的圖形，填充的通道溝槽以及填充的互聯(lián)金屬化溝槽確定了通道，并且以此電感器溝槽和附加的電感器溝槽確定了電感器結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1中要求的方法，其特征在于該方法包括其他步驟-提供第二介電層；-在第二介電層里形成通道溝槽及附加電感器溝槽，從而電感器溝槽具有電感器幾何形狀；-在第二介電層里形成金屬化溝槽和電感器溝槽，該電感器溝槽具有電感器幾何形狀；以及-用導(dǎo)電材料填充剛提到的這些溝槽，以此使襯底表面的圖形，填充的通道溝槽以及填充的互聯(lián)金屬化溝槽確定通道，并且以此電感器溝槽和附加的電感器溝槽構(gòu)成電感器結(jié)構(gòu)的部件。
3.如權(quán)利要求1或2中所要求的方法，其特征在于填充的互聯(lián)金屬化溝槽確定第一介電層內(nèi)的金屬化線；
4.如權(quán)利要求1中所要求的方法，其特征在于-第一介電層含有氧化物，以及-所述的溝槽是通過刻蝕氧化物而形成的。
5.如權(quán)利要求1或2中所要求的方法，其特征在于-在填充溝槽之前，沉積阻擋層和籽粒層，以及-導(dǎo)電材料是銅。
6.一種配置有襯底和電感器結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，該器件襯底的表面包括-具有第一厚度的第一介電層；-第一金屬化平面安置在第一介電層的第一部分，該第一金屬化平面包括具有電感器幾何形狀的第一電感器線；-第二金屬化平面安置在第一介電層的第二部分，該第二金屬化平面包括具有電感器幾何形狀的第二電感器線，并且被安置在第一金屬化平面之上，該第一介電層的第一和第二部分確定了第一厚度，此電感器結(jié)構(gòu)包括第一和第二電感器線。
7.如權(quán)利要求6中所要求的半導(dǎo)體器件，其特征在于該器件還包括-具有第二厚度的第二介電層，該第二介電層被安置在第一介電層之上；-第三金屬化平面被安置在第二介電層的第一部分，該第三金屬化平面包括具有電感器幾何形狀的第三電感器線；以及-第四金屬化平面被安置在第二介電層的第二部分，該第四金屬化平面包括具有電感器幾何形狀的第四電感器線，并且被安置在第三金屬化平面之上，該第二介電層的第一和第二部分確定了第二厚度，該第三和第四電感器線是電感器結(jié)構(gòu)的部件。
8.如權(quán)利要求6中所要求的半導(dǎo)體器件，其特征在于在第一和第二金屬化平面有金屬化線，它們與襯底表面的導(dǎo)電圖形形成導(dǎo)電通道。
9.如權(quán)利要求7中所要求的半導(dǎo)體器件，其特征在于第二厚度大于第一厚度。
10.如權(quán)利要求6或7中所要求的半導(dǎo)體器件，其特征在于導(dǎo)電材料是銅。
全文摘要
提供了一種半導(dǎo)體電感器以及半導(dǎo)體電感器的制造方法。襯底(100)上安置有氧化層(122),對它進(jìn)行刻蝕以便在氧化層(122)里形成互聯(lián)金屬化溝槽(130)。對氧化層(122)進(jìn)行刻蝕以便在氧化層(122)里形成第一電感器溝槽(128),這樣第一電感器溝槽(128)按電感器幾何形狀確定。于是氧化層再被刻蝕以便在互聯(lián)金屬化溝槽里形成至少一個通道,以及在氧化層里第一電感器溝槽之上形成第二電感器溝槽。第二電感器溝槽也具有電感器幾何形狀。氧化層(122)刻蝕后,用銅填充至少一個通道、第二電感器溝槽、互聯(lián)金屬化溝槽以及第一電感器溝槽。由此構(gòu)建成低電阻低并且品質(zhì)因子高的半導(dǎo)體電感器。
文檔編號H01F17/00GK1388977SQ01802723
公開日2003年1月1日 申請日期2001年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月12日
發(fā)明者S·波斯拉 申請人:皇家菲利浦電子有限公司