金属内连线的互连结构及其形成方法、半导体器件技术

本发明专利技术提供了一种金属内连线的互连结构及其形成方法、半导体器件。利用支撑盖层，实现多层互连层能够依次堆叠在衬底上而构成互连结构，并且在每一互连层中的多个传导部中，相邻的传导部之间没有填充介质材料，而是利用具备较低介电常数的空气相互分隔，从而有效地减小了互连结构中的寄生电容，进一步改善了互连结构RC延迟的问题。

【技术实现步骤摘要】
金属内连线的互连结构及其形成方法、半导体器件
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种金属内连线的互连结构及其形成方法，以及一种半导体器件。
技术介绍
随着半导体产业进入高性能与多功能的集成电路新时代，集成电路内半导体元件的密度会随之增加，从而使半导体元件尺寸之间的间距会随之缩小，进而会使半导体元件中的用于传导电信号的传导部之间的距离也相应的缩减，这将直接导致任意两相邻的传导部之间所产生的寄生电容增加。尤其是，随着半导体尺寸的不断缩减，相邻传导部之间所产生的寄生电容以及由寄生电容带来的干扰越来越明显，例如由于寄生电容的存在会导致由传导部构成的金属内连线的互连结构中电容耦合上升，从而增加电力消耗并提高电阻-电容(RC)时间常数。为解决上述问题，业界开始采用低介电常数(Low-K)的材料作为传导部之间的填充材料，但还是不能满足金属内连线的互连结构中对填充材料的介电常数的要求，从而在一定程度上限制了半导体集成电路性能。可见，如何进一步降低传导部之间的介电常数，以减小金属内连线的互连结构中的寄生电容，对于进一步提升半导体器件电路的性能至关重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种金属内连线的互连结构，以解决现有的互连结构中传导部之间的填充材料的介电常数较高，而存在较大的寄生电容的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种背金属内连线的互连结构，包括：一衬底；多层互连层，依次堆叠在所述衬底上，所述互连层包括多个传导部，其中，相邻的所述传导部共同界定出一空气间隙，所述空气间隙位于相邻的所述传导部之间，并使所述传导部具有暴露在所述空气间隙中的非传导侧壁；以及，至少一层支撑盖层，形成在相邻的所述互连层之间，所述支撑盖层贴附于其下方的所述互连层中的所述传导部的顶部并且并且遮盖其下方在相邻的所述传导部之间的所述空气间隙的上方，以及所述支撑盖层支撑其上方的所述互连层中的所述传导部。可选的，所述传导部包括一导电层和一披覆膜，所述披覆膜覆盖所述导电层的顶部和侧壁以及在所述传导部之间的所述空气间隙的底部，并且所述披覆膜中位于所述导电层一侧的部分暴露在所述空气间隙中。可选的，所述披覆膜在所述导电层的顶部周边形成有横向增厚的悬空部，以缩小所述空气间隙上方被所述支撑盖层遮盖的开口尺寸。可选的，所述传导部还包括一粘附层，所述粘附层位于所述导电层和所述披覆膜之间而覆盖所述导电层的顶部和侧壁，所述披覆膜覆盖所述粘附层的表面。可选的，所述粘附层包括一氮氧化硅层。可选的，所述导电层包括一金属层和分别位于所述金属层的顶部和底部的金属扩散阻挡层。可选的，所述空气间隙在一线路截断方向的宽度等于小于所述传导部在同一线路截断方向的宽度。可选的，在每一所述互连层中，多个所述传导部的顶表面之间的高度位置的差值小于等于所述支撑盖层的厚度值。本专利技术的另一目的在于，提供一种金属内连线的互连结构的形成方法，包括：提供一衬底；依次堆叠多层互连材料层和至少一层支撑盖层在所述衬底上，所述支撑盖层穿插在相邻的所述互连材料层之间，其中，所述互连材料层包括多个传导部和牺牲层，所述牺牲层填充在相邻的所述传导部之间，所述支撑盖层贴附于其下方的所述互连材料层中的所述传导部和所述牺牲层，以及所述支撑盖层支撑其上方的所述互连材料层；以及，去除所述牺牲层，以暴露出所述传导部的非传导侧壁并形成一空气间隙在相邻的所述传导部之间，所述传导部的非传导侧壁暴露在所述空气间隙中，每一层所述互连材料层中的多个所述传导部构成了一层互连层。可选的，依次堆叠的多层所述互连材料层中，位于最底层的所述互连材料层形成在所述衬底上，其余的所述互连材料层和所述支撑盖层交错堆叠在所述最底层的所述互连材料层上；其中，所述衬底和所述支撑盖层均构成一用于支撑所述互连材料层的支撑基底。可选的，所述传导部的形成方法包括：形成一导电层在所述支撑基底上；形成一披覆膜在所述支撑基底上，所述披覆膜覆盖所述导电部的顶部和侧壁，以及在所述传导部之间的所述牺牲层的底部，所述传导部主要由所述披覆膜和所述导电层所构成。可选的，所述披覆膜在所述导电层的顶部周边形成有横向增厚的悬空部，以缩小所述空气间隙上方被所述支撑盖层遮盖的开口尺寸。可选的，在形成所述导电层之后以及形成所述披覆膜之前，还包括：形成一粘附层在所述支撑基底上，所述粘附层覆盖所述导电层的顶部和侧壁，所述导电层、所述粘附层和所述披覆膜共同构成所述传导部。可选的，所述粘附层的形成方法包括：形成一氧化硅层在所述支撑基底上，所述氧化硅层覆盖所述导电层的顶部和侧壁；以及，利用含氮气体对所述氧化硅层执行退火工艺，以使所述氧化硅层转变为氮氧化硅层，由所述氮氧化硅层构成所述粘附层。可选的，所述牺牲层的顶表面不高于所述传导部的顶表面。可选的，所述空气间隙在一线路截断方向的宽度等于小于所述传导部在同一线路截断方向的宽度。可选的，在每一所述互连材料层中，多个所述传导部的顶表面之间的高度位置的差值小于等于所述支撑盖层的厚度值。基于以上所述的金属内连线的互连结构，本专利技术还提供了一种半导体器件，所述半导体器件包括如上所述的金属内连线的互连结构。在本专利技术提供的金属内连线的互连结构中，利用支撑盖层支撑其上方的互连层，从而使多层互连层能够依次堆叠在衬底上，并且，相邻的传导部可共同界定出空气间隙，以使传导部的非传导侧壁暴露在空气间隙中，即意味着相邻的传导部之间并没有填充介质材料，而是利用空气实现相互分隔。由于空气的介电常数(1.0)低于介质材料的介电常数(通常大于2.3)，因此本专利技术提供的金属内连线的互连结构相应的具备较低的有效K值，从而有效减小了所述互连结构的寄生电容，大大缓解了由寄生电容所带来的干扰，例如可改善互连结构中RC延迟的问题。附图说明图1为本专利技术实施例一中的金属内连线的互连结构的结构示意图。图2为本专利技术实施例二中的金属内连线的互连结构的形成方法的流程示意图。图3a～图3g为本专利技术实施例二中的金属内连线的互连结构的形成方法在其制备过程中的结构示意图。其中，附图标记如下：10-衬底；20-互连层；20a-互连材料层；200-传导部；210-导电层；210a-导电材料层；211-金属层；211a-金属材料层；212-金属扩散阻挡层；212a-金属扩散阻挡材料层；220-披覆膜；220a-悬空部；230-粘附层；201-空气间隙；201a-牺牲层；30-支撑盖层。具体实施方式如
技术介绍
所述，在现有的互连结构中各个传导部之间通过填充介质材料以实现相互隔离。然而随着器件尺寸的缩减，各个互连层以及每一互连层中的相邻的传导部之间的距离也随之缩减，从而使互连结构中的寄生电容逐渐增大，进而导致互连结构的RC延迟问题较为严重。为此，本专利技术提供了一种金属内连线的互连结构，包括：一衬底；多层互连层，依次堆叠在所述衬底上，所述互连层包括多个传导部，其中，相邻的所述传导部共同界定出一空气间隙，所述空气间隙位于相邻的所述传导部之间，并使所述传导部具有暴露在所述空气间隙中的非传导侧壁；以及，至少一层支撑盖层，形成在相邻的所述互连层之间，所述支撑盖层贴附于其下方的所述互连层中的所述传导部的顶部并且遮盖其下方的在相邻的所述传导部之间的空气间隙的上方，所述支撑盖层支撑其上方的所述互连层中的所述传导部。即，本专利技术提供的金属内连线的互连结构中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属内连线的互连结构，其特征在于，包括：一衬底；多层互连层，依次堆叠在所述衬底上，所述互连层包括多个传导部，其中，相邻的所述传导部共同界定出一空气间隙，所述空气间隙位于相邻的所述传导部之间，并使所述传导部具有暴露在所述空气间隙中的非传导侧壁；以及，至少一层支撑盖层，形成在相邻的所述互连层之间，所述支撑盖层贴附于其下方的所述互连层中的所述传导部的顶部并且遮盖其下方在相邻的所述传导部之间的所述空气间隙的上方，所述支撑盖层支撑其上方的所述互连层中的所述传导部。

【技术特征摘要】
1.一种金属内连线的互连结构，其特征在于，包括：一衬底；多层互连层，依次堆叠在所述衬底上，所述互连层包括多个传导部，其中，相邻的所述传导部共同界定出一空气间隙，所述空气间隙位于相邻的所述传导部之间，并使所述传导部具有暴露在所述空气间隙中的非传导侧壁；以及，至少一层支撑盖层，形成在相邻的所述互连层之间，所述支撑盖层贴附于其下方的所述互连层中的所述传导部的顶部并且遮盖其下方在相邻的所述传导部之间的所述空气间隙的上方，所述支撑盖层支撑其上方的所述互连层中的所述传导部。2.如权利要求1所述的金属内连线的互连结构，其特征在于，所述传导部包括一导电层和一披覆膜，所述披覆膜覆盖所述导电层的顶部和侧壁以及在所述传导部之间的所述空气间隙的底部，并且所述披覆膜中位在所述导电层的侧壁的部分暴露在所述空气间隙中。3.如权利要求2所述的金属内连线的互连结构，其特征在于，所述披覆膜在所述导电层的顶部周边形成有横向增厚的悬空部，以缩小所述空气间隙上方被所述支撑盖层遮盖的开口尺寸。4.如权利要求2所述的金属内连线的互连结构，其特征在于，所述传导部还包括一粘附层，所述粘附层位于所述导电层和所述披覆膜之间而覆盖所述导电层的顶部和侧壁，所述披覆膜覆盖所述粘附层的表面。5.如权利要求4所述的金属内连线的互连结构，其特征在于，所述粘附层包括氮氧化硅层。6.如权利要求2所述的金属内连线的互连结构，其特征在于，所述导电层包括一金属层和分别位于所述金属层的顶部和底部的金属扩散阻挡层。7.如权利要求1所述的金属内连线的互连结构，其特征在于，所述空气间隙在一线路截断方向的宽度等于小于所述传导部在同一线路截断方向的宽度。8.如权利要求1至7中任一项所述的金属内连线的互连结构，其特征在于，在每一所述互连层中，多个所述传导部的顶表面之间的高度位置的差值小于等于所述支撑盖层的厚度值。9.一种金属内连线的互连结构的形成方法，其特征在于，包括：提供一衬底；依次堆叠多层互连材料层和至少一层支撑盖层在所述衬底上，所述支撑盖层穿插在相邻的所述互连材料层之间，其中，所述互连材料层包括多个传导部和牺牲层，所述牺牲层填充在相邻的所述传导部之间，所述支撑盖层贴附于其下方的所述互连材料层中的所述传导部和所述牺牲层，以及所述支撑盖层支撑其上方的所述互连材料层；以及，去除所述牺牲层，以暴露出所述传导部...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢明灯，
申请(专利权)人：睿力集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34