半导体器件结构及其制造工艺制造技术

公开了一种半导体器件结构及其制造工艺，在多层微电子集成电路中，空气构成永久线路层电介质，超低Ｋ材料作为通孔层电介质。在通过清洁的热分解以及通过ＩＣ结构中多孔的副产品的辅助扩散去除牺牲材料之后，将空气用于线路层。优选地，在通孔层电介质中的多孔内也包括空气。通过将空气并入本发明专利技术的广泛产品中，层内和层间电介质的值被最小化。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高密度多层微电子集成电路(IC)结构。具体言之，本专利技术涉及通过提供空气介质来降低每个线路层中导线之间的介电常数。在通孔层中提供多孔永久电介质，以便进一步优化功能器件中该结构的性能。
技术介绍
一直有强大动力来持续增加IC结构中的特征密度，并降低各特征的尺寸。目前，特征尺寸能够制造成为大约0.5微米或更小，并可通过小于5000埃分开。随着驱动力的持续，必须重复检查组成IC结构的材料和工艺，以便处理与增加接近度相关的问题。增加密度的主要问题是导线之间的容性电压耦合和串扰中增加的层内相互干扰，其最大分量位于给定的线路层中在临近导线之间的。增加的相互干扰导致IC在线路层具有更大的失效风险，该风险是不可接受的缓慢信号传播，即阻-容(R-C)延迟和增加功耗的形式。当延迟的分量较小时，层间相互干扰也明显减小，以便IC结构的有效的介电常数被最小化。在半导体晶片衬底上制造典型的IC。除了单晶硅之外，其它可能的半导体衬底是砷化镓、蓝宝石上硅、锗硅、绝缘体上硅和钻石等，如Soo等人在US 6251798 B1中所述。在衬底上和/或内可以包括如晶体管、双极型器件和二极管的特征。在衬底上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件结构的初始子集，在ＦＥＯＬ半导体衬底上包括：ａ．与该ＦＥＯＬ衬底电连接的铜通孔层，并且还包括固体永久的低Ｋ电介质材料，该材料在处理温度范围内是不可热分解的；ｃ．牺牲材料，其位于该固体永久的低Ｋ电介质材料上的线路 层中，在加热处理下被分解和去除；ｄ．在该牺牲材料上的气体可渗透的硬掩模；ｅ．在该硬掩模层处具有上表面并且与该通孔层电连接的铜布线；和ｆ．在该铜布线上表面上的薄的保护帽盖。

【技术特征摘要】
US 2003-12-8 10/731,3771.一种半导体器件结构的初始子集，在FEOL半导体衬底上包括a.与该FEOL衬底电连接的铜通孔层，并且还包括固体永久的低K电介质材料，该材料在处理温度范围内是不可热分解的；c.牺牲材料，其位于该固体永久的低K电介质材料上的线路层中，在加热处理下被分解和去除；d.在该牺牲材料上的气体可渗透的硬掩模；e.在该硬掩模层处具有上表面并且与该通孔层电连接的铜布线；和f.在该铜布线上表面上的薄的保护帽盖。2.一种半导体器件结构，在FEOL半导体衬底上包括a.与该FEOL衬底电连接的铜通孔层，并且还包括固体永久的低K电介质材料；b.在该永久电介质上的气体不可渗透的刻蚀停止层；c.在该刻蚀停止层上的永久的空气电介质层；d.在该空气电介质层上的气体可渗透的硬掩模；e.在该硬掩模层处具有上表面并且与该通孔层电连接的铜布线；和f.在该铜布线上表面上的薄的保护帽盖。3.一种包括多个权利要求2中所述的层a至f的半导体器件结构。4.如权利要求3所述的结构，其中该固体永久低K电介质材料包括多孔的固体永久低K电介质材料。5.如权利要求3所述的结构，其中该固体永久低K电介质材料包括气体可渗透的固体永久低K电介质材料。6.如权利要求4所述的结构，其中该多孔的固体永久低K电介质材料从包括多孔的SiLK、多孔的SiCOH和多孔的MSSQ的组中选择。7.如权利要求5所述的结构，其中该气体可渗透的固体永久低K电介质材料从包括SiLK、SiCOH、MSSQ和JSR的组中选择。8.如权利要求3所述的结构，其中在空气电介质层总数的少部分层与通孔层之间还包括加固层。9.如权利要求1所述的结构，在该通孔层与该线路层之间还包括气体不可渗透的刻蚀停止层。10.如权利要求3所述的结构，其中该硬掩模层从包括SiO2、SiN、SiC、SiCH和SiNCH的组中选择。11.如权利要求10所述的结构，其中该硬掩模层是双层的，该双层的每层选自包括SiO2、SiN、SiC、SiCH和SiNCH的组中不同的一个。12.如权利要求3所述的结构，其中该帽盖从包括CoWP、Ta、W、TaN、Ru及其任意组合的组中选择。13.一种半导体器件结构的初始子集，在FEOL半导体衬底上包括a.在该衬底上的气体不可渗透的刻蚀停止层；b.与该FEOL衬底电连接的第一铜线路层，该第一线路层还包括在该刻蚀停止层上的永久的空气电介质材料；c.在该第一铜线路层上的并与其电连接的第一铜通孔层，该第一通孔层还包括第一永久的多孔超低电介质材料；d.在该第一通孔层电连接的第二铜线路层，该第二线路层还包括牺牲材料，该牺牲材料在加热处理下被分解和去除；和e.在该第二线路层上的一层永久的超低电介质材料，该材料在加热处理下形成多孔。14.如权利要求13所述的结构，其中在加热处理下形成多孔的该永久的超低电介质材料从包括多孔的SiLK、多孔的SiCOH和多孔的MSSQ的组中选择。15.如权利要求13所述的结构，其中在加热处理下被分解和去除的该牺牲材料从包括聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚降莰烷和聚丙二醇的组中选择。16.如权利要求1所述的结构，其中在加热处理下被分解和去除的该牺牲材料从包括聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚降莰烷和聚丙二醇的组中选择。17.如权利要求13所述的结构，在所述线路层与通孔层之间还包括硬掩模层。18.如权利要求17所述的结构，其中该硬掩模层从...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈行聪，斯特芬尼鲁斯奇拉斯，马修伊尔科尔伯恩，蒂莫西约瑟夫达尔顿，杰弗里科蒂斯海德里克，黄遏明，考什克阿伦库马尔，迈克尔怀恩雷恩，凯利马龙，昌德拉塞克哈尔纳拉扬，萨特扬纳拉扬纳文卡塔尼塔，萨姆巴斯普鲁肖萨曼，罗伯特罗森伯格，克里斯蒂森塞尼什蒂伯格，虞蓉卿，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]