半导体及其制造方法技术

本发明专利技术涉及半导体及其制造方法。公开了用于防止由于电迁移和时间相关的电介质击穿而导致集成电路失效的方法和结构。以比(针对短长度效应的)临界长度小的金属盖片段之间的间隔距离在金属(通常是铜Cu)互连线上选择性形成随机图案化的金属盖层。由于Cu/金属盖界面的扩散性低于Cu/电介质盖界面的扩散性，因此具有金属盖的区域用作扩散势垒。

【技术实现步骤摘要】
半导体及其制造方法
本专利技术总体上涉及半导体制造，更具体地讲，涉及金属盖层和形成方法。
技术介绍
集成电路(IC)通常是由多层的图案化金属线制造的，通过层间电介质相互电分离，在所选择的位置包含通孔以提供各层的图案化金属线之间的电连接。随着通过持续努力使这些集成电路的尺寸越来越小以提供提高的密度和性能(例如，通过提高器件速度并且在给定面积的芯片内提供更强的电路功能)，互连线宽度尺寸变得越来越窄，这进而致使它们更容易受诸如电迁移的有害效应影响。电迁移是表示由于单向或DC电流导通而导致构成互连材料的金属原子(例如，铜或铝)的质量传输现象的术语。更具体地讲，电子电流与扩散的金属原子发生碰撞，从而将它们推至电流行进的方向。在延长的时间段内，互连材料阳极端的金属积聚显著增加了该系统中的局部机械应力。这进而会导致分层、破裂、甚至从金属线的金属挤出，从而造成与相邻互连件电短路。因为随着线宽度尺寸的缩小，通过金属线的相对电流密度持续增大，所以电迁移在集成电路设计中变得愈发更加明显。除了电迁移之外，诸如时间相关的电介质击穿(TDBB)的其它因素也是半导体可靠性方面的因素。随着临界尺寸(CD)持续缩小，两条金属线之间的间隔也减小。此外，随着CD缩小，也为衬垫沉积(linerdeposition)提出了挑战。衬垫覆盖率(linercoverage)差将导致线材料(例如，铜)的扩散，扩散到与之相邻的电介质层中。电介质层的破坏会造成互连件短路，从而致使IC有缺陷。遗憾的是，减轻电迁移采取的步骤会不利地影响TDDB。因此，期望的是，具有提高良率并且减少因电迁移和TDDB二者造成的缺陷的结构和方法。
技术实现思路
本专利技术的一个实施例提供了一种制造半导体结构的方法，所述方法包括：在多个金属互连区域上沉积定向自组装(DSA)材料；处理DSA材料以将所述DSA材料置于自组装状态；在所述半导体结构上形成多个金属盖区域；去除所述DSA材料；在所述半导体结构上沉积电介质盖层。本专利技术的另一个实施例提供了一种制造半导体结构的方法，所述方法包括：在衬底上形成随机取向的材料，其中所述衬底具有至少一个互连区域，并且其中，所述随机取向的材料包括多条随机线，在相邻随机线之间有间隔；在相邻随机线的间隔中和所述互连区域上方，形成金属盖区域；去除所述随机取向的材料；在所述金属盖区域和所述互连区域上方，形成电介质盖层。本专利技术的另一个实施例提供了一种半导体结构，所述半导体结构包括：半导体衬底；多个金属互连区域，形成在所述半导体衬底上；多个随机布置的金属盖区域，设置在所述多个金属互连区域上；电介质盖层，设置在所述多个金属互连区域和所述多个随机布置的金属盖区域上。附图说明在考虑了下面结合了附图(图)的描述的情况下，本专利技术的结构、操作和优点将变得更加清楚。附图旨在是示例性的，并非是限制。为了图示清晰起见，一些附图中的某些元件可以被省略、或者不按比例示出。为了图示清晰起见，剖视图可以是“片”或“近视剖视图”的形式，省略了原本在“真实”剖视图中会看到的某些背景线。常常，在附图的各种附图(图)中可以用类似的标号表示类似的元件，在这种情况下，通常最后两位有效位可以是相同的，最高有效位是附图(图)的编号。此外，为了清晰起见，在某些附图中可以省略相同的参考标号。图1A、图1B和图1C示出本专利技术的实施例的起始点的半导体结构的顶视图和侧视图。图2A、图2B和图2C示出本专利技术的实施例的在沉积定向自组装(DSA)材料的后续工艺步骤之后的半导体结构的顶视图和侧视图。图3A、图3B和图3C示出本专利技术的实施例的在处理定向自组装(DSA)材料的后续工艺步骤之后的半导体结构的顶视图和侧视图。图4示出本专利技术的实施例的在处理定向自组装(DSA)材料之后的实施例细节。图5A、图5B和图5C示出本专利技术的实施例的在形成金属盖区域的后续工艺步骤之后的半导体结构的顶视图和侧视图。图6A、图6B、图6C和6D示出本专利技术的实施例的在去除DSA材料的后续工艺步骤之后的半导体结构的顶视图和侧视图。图7示出本专利技术的实施例的在去除定向自组装(DSA)材料之后的实施例细节。图8A、图8B和图8C示出本专利技术的实施例的在沉积电介质盖层的后续工艺步骤之后的半导体结构的顶视图和侧视图。图9是表明本专利技术的实施例的工艺步骤的流程图。具体实施方式图1A、图1B和图1C示出本专利技术的实施例的起始点的半导体结构100。图1A是示出上面形成有多个金属互连线104的半导体衬底102的上-下视图。金属互连线104可以包括铜，可以通过首先在半导体衬底102中蚀刻出可以成为层间电介质的沟槽并随后用互连金属填充沟槽来形成。图1B是沿着图1A的Y-Y’线的侧视图。图1C是沿着图1A的X-X’线的侧视图。图2A、图2B和图2C示出在衬底上形成随机取向的材料的后续工艺步骤之后的半导体结构200的顶视图和侧视图。这可以包括沉积定向自组装(DSA)材料。在实施例中，可以使用旋涂工艺沉积DSA材料206。如之前所述地，在附图的各图(图)中可以用类似的标号表示类似的元件，在这种情况下，通常最后两位有效位可以是相同的。例如，图2B的半导体衬底202与图1B的半导体衬底102类似。图2A是示出定向自组装(DSA)材料206的毯覆式沉积的上-下视图。图2B是沿着图2A的Y-Y’线的侧视图。图2C是沿着图2A的X-X’线的侧视图。如可以在图2B和图2C中看到的，DSA材料206沉积在金属互连线204和半导体衬底202上。DSA材料206可以包含嵌段够共聚物(blockcopolymer)材料。在正确的条件下，这种共聚物的嵌段相分离成微畴(也称为“微相分离畴”或“畴”)以减小总自由能，在该过程中，形成化学组分不相似的纳米级特征。嵌段共聚物形成这种特征的能力使得它们能用于进行纳米图案化，并且到了可以形成具有较小CD的特征的程度，能够构造原本使用传统光刻进行印刷会困难和/或耗时的特征。定向自组装(DSA)是结合自组装与通过光刻限定的衬底的各个方面来控制某些自组装嵌段共聚物畴的空间布置的方法。二嵌段共聚物具有两种不同聚合物的嵌段。下面示出代表二嵌段共聚物的化学式：(A)m-(B)n其中，下标“m”和“n”分别代表重复单元A和B的数量。二嵌段共聚物的记号可以被缩写为A-b-B，其中，A代表第一嵌段的嵌段共聚物，B代表第二嵌段的嵌段共聚物，-b-表示它是嵌段A和B的二嵌段共聚物。例如，PS-b-PMMA代表聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的二嵌段共聚物。在本专利技术的实施例中，DSA材料206可以包括二嵌段共聚物，其中，A是聚苯乙烯，其中，嵌段B是以下中的一种：聚丁二烯、聚异戊二烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯基吡啶、聚乙撑氧、聚甲基丙烯酸、聚丙烯腈、聚乙烯、聚异丁烯、聚乙醛、聚己内酯或聚二甲基硅氧烷。虽然本公开中使用的是二嵌段共聚物，但本专利技术的实施例不一定限于二嵌段共聚物并且可以包含其它嵌段共聚物以及将自组装到具有不相似化学结构和/或化学性质的内部畴和外部畴的其它材料。在一些实施例中，DSA材料206可以包含多于两种组分。例如，DSA材料206可以具有诸如AAAAAABBBBBBBBBBBBBBBCCCCCCC的形式，其中，“C”代表第三组分。可供选择地，DSA材料206可以具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造半导体结构的方法，所述方法包括：在多个金属互连区域上沉积定向自组装(DSA)材料；处理DSA材料以将所述DSA材料置于自组装状态；在所述半导体结构上形成多个金属盖区域；去除所述DSA材料；在所述半导体结构上沉积电介质盖层。

【技术特征摘要】
2013.07.29 US 13/953,0581.一种制造半导体结构的方法，所述方法包括：在多个金属互连区域上沉积定向自组装(DSA)材料；处理DSA材料以将所述DSA材料置于自组装状态；在所述金属互连区域上形成多个金属盖区域；去除所述DSA材料；在所述半导体结构上沉积电介质盖层。2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述金属互连区域上形成多个金属盖区域包括：以范围是20纳米至80纳米的间隔距离形成随机布置的金属盖区域。3.根据权利要求1所述的方法，其中在所述金属互连区域上形成多个金属盖区域包括：以范围是20纳米至40纳米的间隔距离的标准偏差形成随机布置的金属盖区域。4.根据权利要求1所述的方法，其中在所述金属互连区域上形成多个金属盖区域包括：以10纳米的最小间隔距离形成随机布置的金属盖区域。5.根据权利要求1所述的方法，其中在所述金属互连区域上形成多个金属盖区域包括：以100纳米的最大间隔距离形成随机布置的金属盖区域。6.根据权利要求1所述的方法，其中使用包含环己酮的溶剂执行去除所述DSA材料。7.根据权利要求1所述的方法，其中使用包含N-甲基吡咯烷酮的溶剂执行去除所述DSA材料。8.根据权利要求2所述的方法，其中在所述金属互连区域上形成多个金属盖区域包括形成包括合金的金属区域，所述合金包括钴、钨和磷。9.根据权利要求2所述的方法，其中在所述金属互连区域上形成多个金属盖区域包括形成包括钌的金属区域。10.一种制造半导体结构的方法，所述方法包括：在衬底上形成随机取向的材料，其中，所述衬底具有至少一个互连区域，并且其中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·G·菲立皮，E·卡尔塔利奥古鲁，李伟健，王平川，张丽娟，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US