半导体结构的制作方法

1.本技术涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种半导体结构。


背景技术：

2.半导体集成电路器件包括部署有图形化金属的金属层，金属层上部分金属用于传输信号，例如：时钟信号、晶体管的控制端信号等。
3.随着半导体集成电路器件集成密度的增加，特别是在一些复杂的集成电路中，由于金属层上图形化金属产生的寄生效应，对金属层上的信号传输产生了延迟，从而导致半导体集成电路的性能降低。如何降低图形化金属上的寄生效应的影响成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本技术提供一种半导体结构，旨在减少半导体结构中信号线的寄生电容和各个虚拟金属块之间的寄生电容，并保证半导体结构中各层金属层的布线均匀性。
5.本技术提供一种半导体结构，包括：多层金属层和衬底；
6.金属层上设有多个虚拟金属块和至少一个信号线；
7.金属层上的虚拟金属块在垂直于衬底的方向上相互错开；
8.目标信号线在衬底上的投影到第一虚拟金属块在衬底上的投影之间的第一距离，小于或者等于目标信号线在衬底上的投影到第二虚拟金属块在衬底上的投影之间的第二距离；
9.其中，第一虚拟金属块是目标金属层中距离目标信号线最近的虚拟金属块，目标金属层是目标信号线所在金属层；
10.第二虚拟金属块是其他金属层中距离目标信号线最近的虚拟金属块，其他金属层是目标金属层以外的金属层。
11.在一种实施例中，多层金属层上的虚拟金属块在衬底的投影不重叠。
12.在一种实施例中，每层金属层上的虚拟金属块呈阵列分布。
13.在一种实施例中，目标金属层上的虚拟金属块在衬底上的投影矩阵和其他金属层上的虚拟金属块在衬底上的投影矩阵相互交叉布置。
14.在一种实施例中，目标金属层上的两个相邻的虚拟金属块的投影之间有一个其他金属层上的虚拟金属块的投影。
15.在一种实施例中，两个相邻的虚拟金属块是位于同一行的相邻虚拟金属块，或者，位于同一列的相邻虚拟金属块。
16.在一种实施例中，当第二虚拟金属块在衬底上的投影位于目标金属层上两个同一列的相邻虚拟金属块在衬底上的投影之间，第三虚拟金属块在衬底上的投影位于目标金属层上两个同一行的相邻虚拟金属块在衬底上的投影之间；
17.当第二虚拟金属块在衬底上的投影位于目标金属层上两个同一行的相邻虚拟金
属块在衬底上的投影之间，第三虚拟金属块在衬底上的投影位于目标金属层上两个同一列的相邻虚拟金属块在衬底上的投影之间；
18.其中，第三虚拟金属块是其所在金属层中距离目标信号线最近的虚拟金属块，第三虚拟金属块与第二虚拟金属块位于不同金属层，第三虚拟金属块与第一虚拟金属块位于不同金属层；
19.两个同一行的相邻虚拟金属块和两个同一列的相邻虚拟金属块均包括第一虚拟金属块。
20.在一种实施例中，第一虚拟金属块在衬底上的投影与第二虚拟金属块在衬底上的投影相互接触。
21.在一种实施例中，第三虚拟金属块在衬底上的投影与第一虚拟金属块在衬底上的投影相互接触。
22.在一种实施例中，第二虚拟金属块位于与目标金属层相邻的金属层。
23.在一种实施例中，目标信号线是根据至少一个信号线的布局，从至少一个信号线中选择的。
24.在一种实施例中，多层金属层包括第一层金属层，第二层金属层以及第三层金属层；第一层金属层为底层金属层，第二层金属层高于第一层金属层，第三层金属层高于第二层金属层；
25.第一层金属层上设有目标信号线，第一层金属层、第二层金属层以及第三层金属层上均设有多个虚拟金属块；
26.第一层金属层上的位于同一行的两个相邻的虚拟金属块的投影之间有一个第二金属层上的虚拟金属块的投影；
27.第一层金属层上的位于同一列的两个相邻的虚拟金属块的投影之间有一个第三金属层上的虚拟金属块的投影；
28.第一虚拟金属块位于第一层金属层上，第二虚拟金属块位于第二层金属层上。
29.在一种实施例中，虚拟金属块在衬底的投影呈四边形。
30.在一种实施例中，目标信号线用于传输时钟信号。
31.本技术提供一种半导体结构，半导体结构包括衬底和多层金属层，金属层上设有信号线和虚拟金属块，通过让各层金属层中虚拟金属块在垂直于衬底方向上错开，可以有效减少虚拟金属块之间的寄生电容，在保证让各层金属层中虚拟金属块在垂直于衬底方向上错开前提下，让其他金属层上的虚拟金属块距离目标信号线更远，而让与目标信号线同一层的金属层上的虚拟金属块距离目标信号线更近，保证目标金属层上布线均匀性，也可以减少目标信号线和其他金属层上的虚拟金属块之间的寄生电容。
附图说明
32.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。
33.图1为本技术一实施例提供的半导体结构的主视图；
34.图2为本技术一实施例提供的信号线的布局示意图；
35.图3为本技术一实施例提供的半导体结构中金属层的制作示意图；
36.图4为本技术一实施例提供的信号线和虚拟金属块的布局示意图；
37.图5为本技术一实施例提供的半导体结构中虚拟金属块的布局示意图；
38.图6为图5所示实施例提供的半导体结构中虚拟金属块的布局示意图；
39.图7为本技术一实施例提供的信号线和虚拟金属块之间寄生电容的示意图；
40.图8为本技术一实施例提供的各层金属层中虚拟金属块的布局示意图；
41.图9为本技术一实施例提供的各层金属层中虚拟金属块的布局示意图。
42.通过上述附图，已示出本技术明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本技术构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本技术的概念。
具体实施方式
43.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。
44.随着集成电路中集成度的提高，在多层部署信号线的设计逐渐成为许多集成电路所必需采用的方式。
45.如图1所示，半导体结构包括衬底30、电子元器件20和多层金属层10，在衬底30上设有晶体管等电子元器件20。在电子元器件20的上面设置有多层金属层10，例如：高度依次递增的金属层m0、金属层mn、金属层mn 1以及金属层mn 2，n为自然数，即金属层mn高于金属层m0，金属层mn 1高于金属层mn，金属层mn 2高于金属层mn 1。各层金属层通过导电插塞40电连接。在部分金属层10上布置有信号线，用于实现各个电子元器件的相互连接，还用于将电子元器件与接地焊盘或者电源焊盘连接。
46.制作集成电路的信号线时通常采用干蚀刻工艺，典型的制作过程包括如下步骤：首先，绘制信号线的布局图案，再使用光刻工艺将信号线的布局图案转移到半导体基底上，其中，半导体基底是指待进行干蚀刻的半导体结构。然后，对半导体结构进行干蚀刻，将没有光刻介质覆盖的金属层或者介电层去除，即可形成所需半导体结构。
47.如图2所示，通常情况下每层信号线的分布是不均匀的，根据信号线的分布区域可以将每层分成信号线密集区103和信号线稀疏区104。金属线的分布不均匀会影响到半导体结构的制作过程。如图3所示，尤其是两层之间距离超过某一特定值时，在当前层106上再覆盖一层介电层105时，介电层105在信号线的稀疏区104会呈碟形，造成于信号线密集区103与信号线稀疏区104的介电层厚度明显不同。
48.干蚀刻工艺为一种化学或化学和机械混合的工艺，其蚀刻速率与半导体基底上组件的密度有关。由于半导体基底上信号线的密度不均匀，导致信号线密度高的地方与密度低的地方的蚀刻率显著不同，造成蚀刻上的困难，此即所谓的负载效应。
49.而且，影响蚀刻工艺的另一个因素为后续形成的介电层105的厚度。由于半导体基底上的信号线的密度不同，会在信号线稀疏的区域形成碟形形状，使得进行介电层蚀刻工艺时蚀刻终点不易探测，从而导致过度蚀刻或未达蚀刻终点就停止蚀刻的现象发生。进而影响制作半导体结构过程中的良率。
50.如图4所示，为了克服由于信号线不均匀而引起的问题，通常会在每层的信号线稀疏区布置虚拟金属块，以使信号线密集区域的密度与信号线稀疏区域的密度相同。与信号线不同的是，虚拟金属块不传输信号。
51.虚拟金属块可以接地、连接电源或为浮空状态。由于虚拟金属块接地、或连接电源时会增加寄生电容值，通常情况下虚拟金属块处于浮空状态。需要说明地是，此处不限制虚拟金属块的连接状态。
52.本技术一实施例提供一种半导体结构，包括衬底30和多层金属层10，其中，每层金属层上设有信号线，在信号线分布不均匀的金属层上设有虚拟金属块，以使金属层上布线均匀。
53.以相邻的三个金属层，金属层mn，金属层mn 1和金属层mn 2为例说明。金属层mn，金属层mn 1和金属层mn 2上均部署有信号线，且三个金属层上的信号线的分布不均匀。也就是每层上有信号线密集区和信号线稀疏区。
54.图5和图6为同一半导体结构的俯视图，图5为金属层mn和金属层mn 1的虚拟金属块的布局图，图6为金属层mn 1和金属层mn 2的虚拟金属块的布局图。
55.如图5所示，在金属层mn上部署呈阵列布置的虚拟金属块。且金属层mn上每个虚拟金属块沿着第一方向部署，例如：第一方向为从上到下的方向部署。
56.在金属层mn 1上部署呈阵列布置的虚拟金属块。且金属层mn 1上每个虚拟金属块沿着第二方向部署，第一方向与第二方向不同，例如：第二方向为从左到右的方向部署。金属层mn的虚拟金属块在衬底上的投影与金属层mn 1的虚拟金属块在衬底上的投影部分重叠。
57.如图6所示，在金属层mn 1上部署呈阵列布置的虚拟金属块。且金属层mn 1上每个虚拟金属块沿着第二方向部署。在金属层mn 2上部署呈阵列布置的虚拟金属块。且金属层mn 2上每个虚拟金属块沿着第一方向部署，金属层mn的虚拟金属块在衬底上的投影与金属层mn 2的虚拟金属块在衬底上的投影完全重叠。
58.通过上述布置可以有效补偿金属层mn，金属层mn 1和金属层mn 2的布线密度，使得各层金属层布线更加均匀。
59.然而，图5和图6所示的半导体结构在信号线上引入比较大的寄生电容。如图7所示，信号线102与同层虚拟金属块101产生的寄生电容c1，信号线102与位于mn 1层的正上方的虚拟金属块101产生的寄生电容c2，信号线102与位于mn 1层的右上方的虚拟金属块101产生的寄生电容c3，信号线102与位于mn 2层的正上方的虚拟金属块101产生的寄生电容c4，信号线102与位于mn 2层的右上方的虚拟金属块101产生的寄生电容c5。
60.还需要说明的是，除了金属信号线上产生的寄生电容，虚拟金属块之间也会产生寄生电容。尤其是在虚拟金属块在衬底上的投影相互重叠时，寄生电容比较大。当虚拟金属块之间的寄生电容较大时，虚拟金属块上容易在制造过程中收集电荷，从而影响半导体结构制造的良率。
61.如图8所示，本技术一实施例提供一种半导体结构，该半导体结构包括多层金属层10和衬底30。每个金属层上设置有信号线，在信号线分布不均匀的金属层上部署有虚拟金属块。
62.其中，金属层上的虚拟金属块在垂直于衬底的方向上相互错开，也就是部署有虚
拟金属块的所有金属层上的虚拟金属块在垂直于衬底的方向上相互错开。例如：半导体结构设有l层金属层，在金属层mn至金属层mn 2上部署有虚拟金属块，金属层mn上的虚拟金属块与金属层mn 1上的虚拟金属块相互错开，金属层mn上的虚拟金属块与金属层mn 2上的虚拟金属块相互错开，金属层mn 1上的虚拟金属块与金属层mn 2上的虚拟金属块相互错开。其中，n 2≤l，n和l均为正整数。由于虚拟金属块的相互错开，可以减少虚拟金属块之间产生寄生电容的有效面积，从而可以减少虚拟金属块之间的寄生电容，减少在制造过程中虚拟金属块上收集的电荷，进而提升半导体结构制造的良率。
63.从至少一个信号线中选择一个信号线作为目标信号线107，并将目标信号线107所在金属层标记为目标金属层。并将目标金属层中距离目标信号线107最近的虚拟金属块标记为第一虚拟金属块108。将某一个其他金属层上的中距离目标信号线107最近的虚拟金属块标记为第二虚拟金属块109，其他金属层是目标金属层以外的金属层。
64.例如：选择金属层mn上的某一信号线为目标信号线107，则在金属层mn上选择距离目标信号线107最近的虚拟金属块作为第一虚拟金属块108。选择金属层mn 1上距离目标信号线107最近的虚拟金属块作为第二虚拟金属块109。可以选择除金属层mn 1以外的任意金属层，并在该金属层上确定第二虚拟金属块109，此处不做限制。
65.需要说明的是，在计算各个虚拟金属块到目标信号线107之间的距离时，可以计算虚拟金属块在衬底上的投影的几何中心到目标信号线107在衬底上的投影的几何中心的距离。
66.其中，目标信号线107在衬底上的投影到第一虚拟金属块108在衬底上的投影之间的第一距离，小于或者等于目标信号线107在衬底上的投影到第二虚拟金属块109在衬底上的投影之间的第二距离。也就是第二虚拟金属块109到目标信号线107的距离更远，可以减少目标信号线107到其他金属层上的虚拟金属块之间的寄生电容。又第一虚拟金属块108到目标信号线107之间的距离更近，可以保证目标金属层上布线均匀性。
67.在上述技术方案中，通过让各层金属层中虚拟金属块在垂直于衬底方向上错开，可以有效减少虚拟金属块之间的寄生电容，在保证让各层金属层中虚拟金属块在垂直于衬底方向上错开前提下，让其他金属层上的虚拟金属块距离目标信号线更远，而让与目标信号线同一层的金属层上的虚拟金属块距离目标信号线更近，保证目标金属层上布线均匀性，也可以减少目标信号线和其他金属层上的虚拟金属块之间的寄生电容。从而提高了目标信号线上传输的信号的质量。
68.在一实施例中，多层金属层上的虚拟金属块在衬底的投影不重叠，也就是部署有虚拟金属块的所有金属层上的虚拟金属块在衬底的投影不重叠。可以更进一步的减少任意两个虚拟金属块之间产生寄生电容的有效面积，从而减少任意两个虚拟金属块之间的寄生电容。
69.在一实施例中，每层金属层上的虚拟金属块呈阵列分布，可以提升每层金属层上布线均匀性，避免在制作半导体结构时产生碟形的金属层，提升半导体结构的良率。
70.在一实施例中，目标金属层上的虚拟金属块在衬底上的投影矩阵和其他金属层上的虚拟金属块在衬底上的投影矩阵相互交叉布置。也就是，其他金属层上的部分或者全部的虚拟金属块在衬底上的投影位于目标金属层上的两个虚拟金属块在衬底上的投影之间，也可以是目标金属层上的部分或者全部的虚拟金属块在衬底上的投影位于其他金属层上
的两个虚拟金属块在衬底上的投影之间。通过如此设置，保证各层金属层上的虚拟金属块在衬底上的投影不会重叠，减少虚拟金属块之间的寄生电容，也可以使每层金属层中布线均匀，提升半导体结构的良率。
71.在一实施例中，为了进一步减少由于让虚拟金属块错开设置而影响每层金属层布线均匀性，在目标金属层上的两个相邻的虚拟金属块的投影之间有一个其他金属层上的虚拟金属块的投影。
72.在一实施例中，目标金属层上两个相邻的虚拟金属块可以是位于同一行的相邻虚拟金属块，目标金属层上两个相邻的虚拟金属块也可以是位于同一列的相邻虚拟金属块，可以充分利用目标金属层上两个相邻虚拟金属块之间的间隙，在保证各层虚拟金属块错开的前提下使得每层金属层布线均匀。
73.在一实施例中，任意选择除目标金属层和第二虚拟块所在金属层以外的金属层，并将所选择的金属层中距离目标信号线107最近的虚拟金属块标记为第三虚拟金属块110。第三虚拟金属块110与第二虚拟金属块109位于不同金属层，第三虚拟金属块110与第一虚拟金属块108位于不同金属层。
74.为了进一步充分利用目标金属层上呈阵列分布的虚拟金属块之间间隙，并减少目标信号线107和第二虚拟金属块109之间的寄生电容，当第二虚拟金属块109在衬底上的投影位于目标金属层上两个同一行的相邻虚拟金属块在衬底上的投影之间，第三虚拟金属块110在衬底上的投影位于目标金属层上两个同一列的相邻虚拟金属块在衬底上的投影之间。
75.继续参考图8，假设目标金属层为金属层mn，第二虚拟金属块109位于金属层mn 1，第三虚拟金属块110位于金属层mn 2，第二虚拟金属块109在衬底上的投影位于金属层mn的两个同一行的虚拟金属块在衬底上的投影之间，则目标信号线107在衬底上的投影到第一虚拟金属块108在衬底上的投影之间的第一距离，小于目标信号线107在衬底上的投影到第二虚拟金属块109在衬底上的投影之间的第二距离。第三虚拟金属块110在衬底上的投影位于金属层mn的两个同一列的虚拟金属块在衬底上的投影之间。其中，两个同一行的相邻虚拟金属块和两个同一列的相邻虚拟金属块均包括第一虚拟金属块108。
76.在一实施例中，为了进一步充分利用目标金属层上呈阵列分布的虚拟金属块之间间隙，当第二虚拟金属块109在衬底上的投影位于目标金属层上两个同一列的相邻虚拟金属块在衬底上的投影之间，第三虚拟金属块110在衬底上的投影位于目标金属层上两个同一行的相邻虚拟金属块在衬底上的投影之间。
77.参考图9，假设目标金属层为金属层mn，第二虚拟金属块109位于金属层mn 1，第三虚拟金属块110位于金属层mn 2，第二虚拟金属块109在衬底上的投影位于金属层mn的两个同一列的虚拟金属块在衬底上的投影之间，且目标信号线107在衬底上的投影到第一虚拟金属块108在衬底上的投影之间的第一距离，等于目标信号线107在衬底上的投影到第二虚拟金属块109在衬底上的投影之间的第二距离。第三虚拟金属块110在衬底上的投影位于金属层mn的两个同一行的虚拟金属块在衬底上的投影之间。其中，两个同一行的相邻虚拟金属块和两个同一列的相邻虚拟金属块均包括第一虚拟金属块108。
78.在一实施例中，第一虚拟金属块108在衬底上的投影与第二虚拟金属块109在衬底上的投影相互接触，通过如此设置，可以提升每层金属层上虚拟金属块的密度，从而在信号
线的密集区和稀疏区差异较大时，可以有效平衡密集区和稀疏区的密度，保证各层金属层的布线均匀性。
79.在一实施例中，第三虚拟金属块110在衬底上的投影与第一虚拟金属108块在衬底上的投影相互接触，通过如此设置，可以提升每层金属层上虚拟金属块的密度，从而在信号线的密集区和稀疏区差异较大时，可以有效平衡密集区和稀疏区的密度，保证各层金属层的布线均匀性。
80.在一实施例中，第二虚拟金属块109位于与目标金属层相邻的金属层，也就是当目标金属层为金属层mn，第二虚拟金属块109位于金属层mn 1(例如图8所示)或者金属层mn-1。相较于目标信号线107与距离目标金属层较远的金属层上的虚拟金属块之间的寄生电容，目标信号线107与相邻的金属层上的虚拟金属块之间的寄生电容更大。相较于第三虚拟金属块108在衬底上的投影到目标信号线107在衬底上的投影的距离，第二虚拟金属块109在衬底上的投影到目标信号线107在衬底上的投影的距离较远，通过让第二虚拟金属块109位于与目标金属层相邻的金属层，可以减少目标信号线107与相邻金属层上虚拟金属块的寄生电容，以减少目标信号线107上所传输信号的延时或者使信号的上升/下降沿更陡。
81.在一实施例中，目标信号线107是根据至少一个信号线的布局，从至少一个信号线中选择的，可以选择信号线密集区中距离信号线稀疏区的边界最近的信号线为目标信号线107，还可以结合到信号线稀疏区的边界的距离和信号线的布线方向选择，还可以结合到信号线稀疏区的边界的距离、信号线的布线方向以及信号线所传输信号类型选择，此处不做限定。
82.在一实施例中，虚拟金属块在衬底的投影呈四边形，通过如此设置，在虚拟金属块呈阵列排布时可以充分利用信号线稀疏区的空间，从而平衡信号线稀疏区和信号线密集区的布线密度，使各层金属层上布线均匀，提升半导体结构的良率。
83.在一实施例中，目标信号线107用于传输时钟信号，时钟信号对于上升/下降沿要求比较高，将用于传输时钟信号的信号线作为目标信号线107，可以减少用于传输时钟信号的信号线的寄生电容，保证时钟信号的上升/下降沿比较陡。
84.本技术另一实施例提供一种半导体结构，该半导体结构包括衬底、第一层金属层，第二层金属层以及第三层金属层。其中，第一层金属层为底层金属层，第二层金属层高于第一层金属层，第三层金属层高于第二层金属层。
85.第一层金属层至第三层金属层上均设有信号线，第一层金属层、第二层金属层以及第三层金属层上均设有多个虚拟金属块。选择第一层金属层上的信号线作为目标信号线。第一虚拟金属块位于第一层金属层上，第二虚拟金属块位于第二层金属层上。
86.第一层金属层上的位于同一行的两个相邻的虚拟金属块的投影之间有一个第二金属层上的虚拟金属块的投影，则目标信号线在衬底上的投影到第一虚拟金属块在衬底上的投影之间的第一距离，小于目标信号线在衬底上的投影到第二虚拟金属块在衬底上的投影之间的第二距离。第一层金属层上的位于同一列的两个相邻的虚拟金属块的投影之间有一个第三金属层上的虚拟金属块的投影。
87.在上述技术方案中，通过上述布局方式，可以使得第一层金属层至第三层金属层中虚拟金属块在垂直于衬底方向上错开，可以有效减少虚拟金属块之间的寄生电容，在保证让各层金属层中虚拟金属块在垂直于衬底方向上错开前提下，让第二层金属层和第三层
金属层上的虚拟金属块距离目标信号线更远，而让第一层金属层上的虚拟金属块距离目标信号线更近，保证目标金属层上布线均匀性，也可以减少目标信号线和其他金属层上的虚拟金属块之间的寄生电容。
88.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本技术的其它实施方案。本技术旨在涵盖本技术的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本技术的一般性原理并包括本技术未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本技术的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。
89.应当理解的是，本技术并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本技术的范围仅由所附的权利要求书来限制。