具有气隙和保护层的IC结构及其制造方法技术

提供了一种集成电路结构及其制造方法。该集成电路结构包括：基板；位于基板上的多个互连结构，该互连结构中的每个包括侧表面和顶表面，该侧表面在其间直接限定气隙，以将互连结构彼此隔离；以及平面的保护层，保护层位于多个互连结构的顶部上以覆盖所有气隙。保护层包括掩蔽膜和支撑膜。

IC structure with air gap and protective layer and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有气隙和保护层的IC结构及其制造方法相关申请的交叉引用本申请要求于2017年3月22日提交的题为“AIR-GAPSTRUCTUREININTEGRATEDCIRCUITS(集成电路中的气隙结构)”的申请序列号为62/601,416的美国临时专利申请的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。
本公开总体上涉及集成电路(IC)结构及其制造方法，并且尤其涉及具有气隙和保护层的IC结构及其制造方法。
技术介绍
集成电路的发展已导致更高的复杂性且减小的尺寸。许多半导体元件或器件被封装在单个小半导体基板上。这些半导体元件或器件通常使用互连结构结合在一起以形成集成电路。互连结构通常由导体(诸如铜(Cu)、铝(Al))或介电材料(诸如二氧化硅(SiO2))制成。互连结构之间的电隔离是集成电路设计的重要且不可或缺的部分，用于防止相邻的互连结构之间的不希望的电耦合和串扰。间隙结构和介电材料通常位于互连结构之间用于电隔离。可以粗略地假设互连结构的速度与线电阻R和互连结构之间的电容C(寄生电容)的乘积成反比。集成电路的配线级中的RC(电阻-电容谐振)损耗是最终半导体产品的最终性能的重要限制因素。随着集成电路的发展，RC延迟对半导体产品的整体延迟的贡献大于晶体管延迟。还存在其他问题，诸如互连结构之间的串扰。为了提高半导体产品的最终性能，必须降低RC损耗。这可以通过减小电容C来完成，并且更具体地通过减小互连结构之间的介电材料的介电常数(k)来完成。然而，在互连结构之间使用低k介电材料可能存在问题，低k介电材料诸如为纯SiO2(具有4.2的k)、多孔碳掺杂的氧化硅(具有2.4至2的k，取决于孔隙率)、气凝胶和聚合物。使用这些材料可能会导致材料可靠性、可制造性和集成挑战的问题。在互连结构之间形成的气隙或空隙解决了与使用低k介电材料相关的一些问题。空气具有接近1的低介电常数，因此其是合适的低k介电材料。然而，采用气隙的当前技术具有其自身的问题。一个主要问题是由于气隙的污染导致的集成电路的失灵或者甚至故障。污染可以来自IC结构制造中的各种过程。一些技术使用介电材料来形成和封闭气隙。然而，残留在气隙中的残余介电材料仍可能导致污染。另外，形成气隙的一些技术、诸如牺牲材料以形成气隙的方法通常采用需要长处理时间的许多处理步骤。去除这种牺牲材料也可能是复杂和困难的。因此，需要一种具有气隙以减小互连结构之间的寄生电容的集成电路结构。此外，需要改进现有技术中的这种集成电路结构，以便能够至少部分地弥补当前结构及其制造中固有的问题。
技术实现思路
本公开提供一种集成电路结构，包括：基板；位于基板上的多个互连结构，其中，互连结构中的每个包括侧表面和顶表面，并且侧表面直接在其间限定气隙，以将互连结构彼此隔离；以及平面的保护层，保护层位于多个互连结构的顶部上以覆盖所有气隙。在某些实施例中，气隙基本上在互连结构的整个厚度上延伸。在某些实施例中，气隙的纵横比在0.5至5的范围内。在某些实施例中，保护层是连续的。在某些实施例中，保护层包括掩蔽膜，掩蔽膜密封气隙以防止材料沉积在气隙内。在某些实施例中，掩蔽膜是平面的单层或多层结构，平面的单层或多层结构包括选自半导体、介电材料及其任意组合的一种或多种二维材料。在某些实施例中，掩蔽膜的一种或多种二维材料选自石墨烯、六方氮化硼、聚酰亚胺及其任意组合。在某些实施例中，掩蔽膜的一种或多种材料具有大于50GPa的杨氏模量。在某些实施例中，保护层还包括位于掩蔽膜的顶部上的支撑膜，以加强掩蔽膜。在某些实施例中，支撑膜是平面的单层或多层结构，平面的单层或多层结构包括选自绝缘材料、半导体、导电材料及其任意组合的一种或多种材料。在某些实施例中，支撑膜由氧化铝制成。在某些实施例中，互连结构是大致竖直对准的线、配线、插塞、杆、支柱或其任意组合。在某些实施例中，互连结构包含选自导体、半导体、介电材料及其任意何组合的一种或多种材料。在某些实施例中，互连结构的纵横比在0.5至5的范围内。本公开提供了一种制造集成电路结构的方法，包括以下步骤：a)提供基板；b)在基板上产生多个互连结构，其中，互连结构中的每个包括侧表面和顶表面，并且侧表面直接在其间限定气隙，以将互连结构彼此隔离；以及c)在多个互连结构的顶部上添加平面的保护层，以覆盖所有气隙。在某些实施例中，其中，步骤c)包括通过以下方式在多个互连结构的顶上添加掩蔽膜：d)将掩蔽膜沉积在基底上；e)在掩蔽膜上涂覆保持层；f)从掩蔽膜移除基底；g)在掩蔽膜位于互连结构的顶上的情况下，将保持层和掩蔽膜的叠层转移到基板上；以及h)从掩蔽膜移除保持层。在某些实施例中，形成保持层和保护膜的叠层的步骤d)至f)远离基板和多个互连结构执行。在某些实施例中，基底由铜箔或硅晶片制成。在某些实施例中，保持层由能够溶解于有机溶液中或者能够通过等离子体处理分解的一种或多种材料制成。在某些实施例中，保持层由PMMA制成。在某些实施例中，步骤e)还包括在将保持层涂覆在掩蔽膜上之后对保持层进行烘烤。在某些实施例中，步骤g)包括在掩蔽膜位于互连结构的顶上的情况下，将保持层和掩蔽膜的叠层定位到基板上，并且加热掩蔽膜和互连结构以改善掩蔽膜和互连结构的顶表面之间的粘附性。在某些实施例中，保持层是热释放带。在某些实施例中，步骤g)包括在掩蔽膜位于互连结构的顶上的情况下，将保持层和掩蔽膜的叠层定位到基底上，并且在温和的热量下将保持层和掩蔽膜插入两个辊之间以将掩蔽膜转移到互连结构的顶表面上。在某些实施例中，掩蔽膜是平面的单层或多层结构，所述平面的单层或多层结构包括选自半导体、介电材料及其任意组合的一种或多种二维材料。在某些实施例中，通过化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、低压化学气相沉积、金属有机化学气相沉积、原子层沉积、蒸发、等离子体气相沉积或分子束外延，将掩蔽膜沉积在基底上。在某些实施例中，步骤c)还包括在掩蔽膜上沉积支撑膜以加强掩蔽膜。在某些实施例中，支撑膜是平面的单层或多层结构，所述平面的单层或多层结构包括选自绝缘材料、半导体、导电材料及其任意组合的一种或多种材料。在某些实施例中，通过化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、低压化学气相沉积、金属有机化学气相沉积、原子层沉积、蒸发、等离子体气相沉积或者分子束外延，将支撑膜沉积在掩蔽膜上。在某些实施例中，重复步骤a)至c)以产生多级集成电路结构。附图说明通过以下结合附图的详细描述，可以更全面地理解本公开，附图中：图1是根据本公开的某些实施例的集成电路结构的横截面图。图2是根据本公开的某些实施例的在其上具有多个互连结构的基板的横截面图。图3是根据本公开的某些实施例的在其上生长或沉积掩蔽膜的基底的横截面图。图4是根据本公开的某些实施例的图3的结构的横截面图，其中保持层位于掩蔽膜上。图5是根据本公开的某些实施例的图4的结构的横截面图，其中基底被移除。图6是根据本公开的某些实施例的图2的结构的横截面图，其中在图2的结构具有转移在其上的图5的结构。图7是据本公开的某些实施例的图6的结构的横截面图，其中保持层被移除。图8是根据本公开的某些实施例的图7的结构的横截面图，其中在掩蔽膜上具有额外的支撑膜。具体实施方式出于本公开的目的，示出了具有在互连结构之间的气隙和在互连结构的顶上的保护层的单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成电路结构，包括：基板；位于所述基板上的多个互连结构，其中，所述互连结构中的每个包括侧表面和顶表面，并且所述侧表面直接在所述侧表面之间限定气隙，以将所述互连结构彼此隔离；以及平面的保护层，所述保护层位于所述多个互连结构的顶部上以覆盖所有气隙。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.22 US 62/601,4161.一种集成电路结构，包括：基板；位于所述基板上的多个互连结构，其中，所述互连结构中的每个包括侧表面和顶表面，并且所述侧表面直接在所述侧表面之间限定气隙，以将所述互连结构彼此隔离；以及平面的保护层，所述保护层位于所述多个互连结构的顶部上以覆盖所有气隙。2.根据权利要求1所述的集成电路结构，其中，所述气隙基本上在所述互连结构的整个厚度上延伸。3.根据权利要求1所述的集成电路结构，其中，所述气隙的纵横比在0.5至5的范围内。4.根据权利要求1所述的集成电路结构，其中，所述保护层是连续的。5.根据权利要求1所述的集成电路结构，其中，所述保护层包括掩蔽膜，所述掩蔽膜密封所述气隙以防止材料沉积在所述气隙内。6.根据权利要求5所述的集成电路结构，其中，所述掩蔽膜是平面的单层或多层结构，所述平面的单层或多层结构包括选自半导体、介电材料及其任意组合的一种或多种二维材料。7.根据权利要求6所述的集成电路结构，其中，所述掩蔽膜的所述一种或多种二维材料选自石墨烯、六方氮化硼、聚酰亚胺及其任意组合。8.根据权利要求6所述的集成电路结构，其中，所述掩蔽膜的所述一种或多种材料具有大于50GPa的杨氏模量。9.根据权利要求5所述的集成电路结构，其中，所述保护层还包括位于所述掩蔽膜的顶部上的支撑膜，以加强所述掩蔽膜。10.根据权利要求9所述的集成电路结构，其中，所述支撑膜是平面的单层或多层结构，所述平面的单层或多层结构包括选自绝缘材料、半导体、导电材料及其任意组合的一种或多种材料。11.根据权利要求9所述的集成电路结构，其中，所述支撑膜由氧化铝制成。12.根据权利要求1所述的集成电路结构，其中，所述互连结构是大致竖直对准的线、配线、插塞、杆、支柱或其任意组合。13.根据权利要求1所述的集成电路结构，其中，所述互连结构包括选自由导体、半导体、介电材料及其任意组合组成的组中的一种或多种材料。14.根据权利要求1所述的集成电路结构，其中，所述互连结构的纵横比在0.5至5的范围内。15.一种制造集成电路结构的方法，包括以下步骤：a)提供基板；b)在所述基板上产生多个互连结构，其中，所述互连结构中的每个包括侧表面和顶表面，并且所述侧表面直接在所述侧表面之间限定气隙，以将所述互连结构彼此隔离；以及c)在所述多个互连结构的顶部上添加平面的保护层，以覆盖所有气隙。16.根据权利要求15所述的方法，其中，步骤c)包括通过以下方式在所述多个互连结构的顶上添加掩蔽膜：d)将所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·拉朱，陈文新，C·C·普拉武图，
申请(专利权)人：香港科技大学，
类型：发明
国别省市：中国香港,81