用于超低电容互连的有空气隙的半导体装置的制造制造方法及图纸

在固体结构特别是半导体结构内形成空气隙（２６）以降低电元件如金属线间电容耦合的方法，其中用降冰片烯型聚合物作为牺牲材料２０占据半导体结构中的封闭内体积。使牺牲材料（２０）分解成一或多个气态分解产物，通过外涂层（２４）（优选通过扩散）除去分解产物。牺牲材料的分解在预先由降冰片烯型聚合物占据的封闭内体积处形成空气隙（２６）。空气隙可分布在导线之间使其间的电容耦合最小。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
方法
本文所描述的专利技术一般地涉及半导体装置的制造，更具体地涉及用空气隙降低半导体装置中导体间电容耦合的半导体装置。
技术介绍
由于集成电路技术的发展，任何给定集成电路平面上金属线间的间距已变得越来越小，目前已延伸至亚微米范围。通过降低集成电路中导电元件间的间距，发生电容耦合增加。此电容耦合增加导致串话干扰较大、电容损耗较高和阻容时间常数增加。为降低电容耦合，许多努力集中在开发低介电常数(低-K)物质以取代置于给定层上和层间金属线间的传统介电物质。许多常规电绝缘体的介电常数在3.5至4.2的范围内。例如，二氧化硅的介电常数为4.2，聚酰亚胺的介电常数典型地为2.9至3.5。一些改进的聚合物介电常数在2.5至3.0的范围内。在1.8至2.0范围内的物质也是已知的，但这种物质伴随着严重的加工、成本、和原料问题。可能的最低(或理想的)介电常数是1.0，它是真空介电常数。空气几乎最好，介电常数为1.001。由于公认空气的介电常数低，所以试图制造金属导线间有空气隙的半导体装置，以降低导电元件间的紧密耦合。已开发的形成空气隙技术有不同程度的复杂性。US4 987 101描述了一种在一层材料上两线之间或在叠置的相邻材料层上线间提供电绝缘间隙的方法和结构。形成有多个从基件向上延伸的支承件的基件。在基件之上和支承件周围放置可去除的物料。然后在所述支承件和可去除物料上放置绝缘材料的盖件。在基件或盖件至少之一中形成通孔与可去除物料相通。通过该通孔除去可去除物料从而在盖件和基件间和支承件间形成空间。此步骤期间，在可去除物料让出的空间中可能产生部分真空(其中可分散一些惰性气体)。然后填满通孔在盖件和基件间形成密封的空间，有非常低的介电常数。US5 324 683描述了几种在半导体装置中形成空气隙或空气区域的技术。通过选择性地除去牺牲性保护间隔或选择性地除去牺牲性保护层形成空气区域。通过选择生长法或非保形的沉积技术密封、封闭或隔离空气区域。该空气区域可在任何压力、气体浓度或工艺条件下形成。上述专利中所公开的技术依靠孔或其它通道除去牺牲性保护材料。在US5 461 003中，通过多孔介电层除去牺牲性保护材料。根据该专利，在基片上形成金属导线，然后将可处理的固体层放在金属导线和基片之上。然后刻蚀可处理的固体层再露出金属导线的上部。然后将多孔介电层放置在金属导线和可处理层之上。然后除去可处理层，据说优选使装置暴露于高温(＞100℃)氧气或氧气等离子体中蒸发或烧掉所述可处理层。氧气移动通过多孔介电层达到可处理层并与之反应，从而使可处理层转化成气体通过多孔介电层离开。除去可处理层时，留下空气隙而提供低介电常数。最后，在多孔介电层之上放置非多孔介电层以密封多孔介电层防止湿气，提供改进的结构支承和导热率，钝化多孔介电层。此方法导致空气隙不延伸至相邻金属导线或金属线的整个高度。’003专利公开了补救该方法并增加利润的改进方法。此改进方法涉及进一步的工艺步骤，其中在金属导线上面形成氧化物层使可处理的介电层可延伸至高于金属导线。还注意到装置暴露于必须扩散通过多孔层的氧气等离子体不仅效率低，而且使装置的其它元件长时间暴露于有潜在破坏性的氧气等离子体中。特别可证明铜线暴露于氧气等离子体中是有害的。铜因电阻比铝低而成为半导体生产中的日益重要的金属。专利技术概述本专利技术提供一种在固体结构特别是半导体结构内形成空气隙的方法，以降低电元件如金属线间的电容耦合。该方法克服了与试图降低半导体结构如集成电路和组件中的电容耦合的上述现有技术相伴的一种或多种缺陷。根据本专利技术的一方面，在半导体结构中形成空气隙的方法包括以下步骤(i)用降冰片烯型聚合物作为牺牲性保护材料占据半导体结构中封闭的内体积；(ii)使所述牺牲性保护材料分解(优选在热处理时自分解)成一或多种气态分解产物；和(iii)通过与所述内体积邻接的至少一个固体层除去所述一或多种气态分解产物至少之一。牺牲性保护材料的分解在预先由降冰片烯型聚合物占据的封闭的内体积处形成空气隙。在优选实施方案中，所述固体层是介电层，所述一或多种气态分解产物至少之一可在不损害半导体结构的条件下扩散通过。而且，所述降冰片烯型聚合物优选为本文所述类型，它包括以下通式的重复单元 其中R1和R4独立地代表氢或线性或支化的(C1至C20)烷基；R2和R3独立地代表氢、线性或支化的(C1至C20)烷基或以下基团 R9独立地为氢、甲基或乙基；R10、R11、和R12独立地代表线性或支化的(C1至C20)烷基、线性或支化的(C1至C20)烷氧基、线性或支化的(C1至C20)烷基酰氧基、和取代或未取代的(C6至C20)芳氧基；m为0至4的数；和n为0至5的数；和取代基R2和R3至少之一选自前面式Ia所代表的甲硅烷基。更一般地，适用于本专利技术的牺牲性保护聚合物优选包括含有式I所示单体单元衍生的无规重复单元的均聚物和共聚物，或含有后面式II所示单体单元衍生的无规重复单元的均聚物或共聚物，含有后面式III所示单体单元衍生的重复单元的均聚物或共聚物，和包括式I和II、式I和III、式II和III、或式I、II和III所示重复单元组合的共聚物。根据本专利技术的另一方面，在半导体结构中形成一或多个空气隙的方法包括以下步骤(i)与半导体结构中要形成的一或多个空气隙模式相对应在基片上形成牺牲性保护材料的模式层；(ii)在所述牺牲性保护材料邻接区域内使第二种材料沉积在基片上；(iii)形成一外涂层覆盖在所述牺牲性保护材料模式层和所述牺牲性保护材料邻接区域内的第二种材料之上；(iv)使所述牺牲性保护材料分解成一或多种气态分解产物；和(v)通过所述外涂层除去所述一或多种气态分解产物至少之一从而在所述半导体结构内形成一或多个空气隙。本领域技术人员将理解所述方法特别适用于在金属沉积之前模制介电材料的镶铜法。所述第二种材料的沉积优选包括用导电材料在牺牲性保护材料部分的相对侧形成导线。形成所述外涂层之前，可形成高度低于相邻牺牲性保护材料高度的导电材料，使所得空气隙延伸至高于导线，要消除边效应可能希望这样。根据本专利技术的另一方面，在结构内形成空气隙的方法包括以下步骤(i)用牺牲性保护材料占据结构中封闭内体积；(ii)加热所述牺牲性保护材料使之分解成一或多种气态分解产物；和(iii)通过与所述内体积邻接的至少一固体层除去所述一或多种气态分解产物至少之一。如前所述，牺牲性保护材料的分解在预先由牺牲性保护性材料占据的封闭内体积处形成空气隙。本专利技术还提供按本专利技术方法生产的结构，特别是半导体结构。以下详细描述本专利技术的上述和其它特征，特别地在权利要求书中指出本专利技术的特征，以下描述和附图详细阐明一或多种举例说明性的本专利技术实施方案，然而这仅表示可用本专利技术原理的各种方式之一或几种。附图简述附图说明图1A-1D为部分半导体结构的截面图，说明根据本专利技术一方面的方法的几个步骤。图2A-2F为部分半导体结构的截面图，说明根据本专利技术另一方面的方法的几个步骤。图3A-3F为部分半导体结构的截面图，说明根据本专利技术再另一方面的方法的几个步骤。图3A-3F为部分半导体结构的截面图，说明根据本专利技术再另一方面的方法的几个步骤。图4A-4H为部分半导体结构的截面图，说明根据本专利技术方法一具体实施例的几个步骤。图5A-5J为部本文档来自技高网...

【技术保护点】
在半导体结构中形成空隙的方法，包括以下步骤： 用牺牲材料占据半导体结构中封闭内体积； 使所述牺牲材料分解成一或多种气态分解产物；和 通过与所述内体积邻接的至少一个固体层除去所述一或多种气态分解产物至少之一； 其中所述牺牲材料分解在预先被所述牺牲材料占据的封闭内体积处留下空气隙，和所述牺牲材料包括降冰片烯型聚合物。

【技术特征摘要】
US 1997-1-21 60/035,8481.在半导体结构中形成空隙的方法，包括以下步骤用牺牲材料占据半导体结构中封闭内体积；使所述牺牲材料分解成一或多种气态分解产物；和通过与所述内体积邻接的至少一个固体层除去所述一或多种气态分解产物至少之一；其中所述牺牲材料分解在预先被所述牺牲材料占据的封闭内体积处留下空气隙，和所述牺牲材料包括降冰片烯型聚合物。2.权利要求1的方法，其中所述至少一个固体层是介电材料，在不损害所述半导体结构的条件下所述一或多种气态分解产物至少之一可扩散通过所述介电材料。3.权利要求1的方法，其中所述至少一个固体层是多孔介电材料，在不损害所述半导体结构的条件下所述一或多种气态分解产物至少之一可通过所述多孔介电材料中的孔。4.权利要求1的方法，其中所述降冰片烯型聚合物包括以下通式的重复单元其中R1和R4独立地代表氢或线性或支化的(C1至C20)烷基；R2和R3独立地代表氢、线性或支化的(C1至C20)烷基或以下基团R9独立地为氢、甲基或乙基；R10、R11、和R12独立地代表线性或支化的(C1至C20)烷基、线性或支化的(C1至C20)烷氧基、线性或支化的(C1至C20)烷基酰氧基、线性或支化的(C1至C20)烷基过氧基、和取代或未取代的(C6至C20)芳氧基；m为0至4的数；和n为0至5的数；和取代基R2和R3至少之一选自式Ia所示甲硅烷基。5.权利要求4的方法，其中R10、R11、或R12至少之一选自线性或支化的(C1至C10)烷氧基和R9为氢。6.权利要求5的方法，其中R10、R11、和R12均相同，选自甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、和戊氧基。7.权利要求6的方法，其中n为0，R10、R11、和R12均为乙氧基。8.权利要求7的方法，其中R2或R3为三乙氧基甲硅烷基取代基。9.权利要求1的方法，其中在式I中，m优选为0或1，分别由以下结构Ib和Ic表示其中R1至R4如前面所定义，R2和R3至少之一为式Ia所示的甲硅烷基取代基。10.权利要求1的方法，其中R1和R4和与之相连的两个环碳原子一起包括以下结构式的重复单元其中B为亚甲基，q为2至6的数，R2和R3如前面所定义。11.权利要求1的方法，其中所述降冰片烯型聚合物还包括选自以下式II所示单元的烃基取代的多环重复单元其中R5、R6、R7、和R8独立地代表氢、线性和支化的(C1至C20)烷基、烃基取代和未取代的(C5至C12)环烷基、烃基取代和未取代的(C6至C40)芳基、烃基取代和未取代的(C7至C15)芳烷基、(C3至C20)炔基、线性和支化的(C3至C20)链烯基、或乙烯基；R5和R6或R7和R8之任何可一起形成(C1至C10)亚烷基，R5和R8和与之相连的两个环碳原子一起可代表含4至12个碳原子的饱和和不饱和环状基团或含6至17个碳原子的芳环；和p为0、1、2、3、或4。12.权利要求1的方法，其中所述降冰片烯型聚合物包括选自以下式II所示单元的烃基取代的多环重复单元其中R5、R6、R7、和R8独立地代表氢、线性和支化的(C1至C20)烷基、烃基取代和未取代的(C5至C12)环烷基、烃基取代和未取代的(C6至C40)芳基、烃基取代和未取代的(C7至C15)芳烷基、(C3至C20)炔基、线性和支化的(C3至C20)链烯基、或乙烯基；R5和R6或R7和R8之任何可一起形成(C1至C10)亚烷基，R5和R8和与之相连的两个环碳原子一起可代表含4至12个碳原子的饱和和不饱和环状基团或含6至17个碳原子的芳环；和p为0、1、2、3、或4。13.权利要求1的方法，其中所述降冰片烯型聚合物包括以下式III所示重复单元其中R9至R12独立地代表选自以下基团的极性取代基-(A)n-C(O)OR″、-(A)n-OR″、-(A)n-OC(O)R″、-(A)n-OC(O)OR″、-(A)n-C(O)R″、-(A)n-OC(O)C(O)OR″、-(A)n-O-A′-C(O)OR″、-(A)n-OC(O)-A′-C(O)OR″、-(A)n-C(O)O-A′-C(O)OR″、-(A)n-C(O)-A′-OR″、-(A)n-C(O)O-A′-OC(O)OR″、-(A)n-C(O)O-A′-O-A′-C(O)OR″、-(A)n-C(O)O-A′-OC(O)C(O)OR″、-(A)n-C(R″)2CH(R″)(C(O)OR″)、和-(A)n-C(R″)2CH(C(O)OR″)2，A和A′部分独立地代表二价桥或间隔基，选自二价烃基、二价环烃基、二价含氧基、和二价环醚和环二醚，n为0或1的整数。14.权利要求1的方法，其中所述降冰片烯型聚合物包括含式I和II、式I和III、式II和III、或式I、II和III所示重复单元组合的共聚物，其中式I为其中R1和R4独立地代表氢或线性或支化的(C1至C20)烷基；R2和R3独立地代表氢、线性或支化的(C1至C20)烷基或以下基团R9独立地为氢、甲基或乙基；R10、R11、和R12独立地代表线性或支化的(C1至C20)烷基、线性或支化的(C1至C20)烷氧基、线性或支化的(C1至C20)烷基酰氧基、和取代或未取代的(C6至C20)芳氧基；m为0至4的数；和n为0至5的数；和取代基R2和R3至少之一选自式Ia所示甲硅烷基；式II为其中R5、R6、R7、和R8独立地代表氢、线性和支化的(C1至C20)烷基、烃基取代和未取代的(C5至C12)环烷基、烃基取代和未取代的(C6至C40)芳基、烃基取代和未取代的(C7至C15)芳烷基、(C3至C20)炔基、线性和支化的(C3至C20)链烯基、或乙烯基；R5和R6或R7和R8之任何可一起形成(C1至C10)亚烷基，R5和R8和与之相连的两个环碳原子一起可代表含4至12个碳原子的饱和和不饱和环状基团或含6至17个碳原子的芳环；和p为0、1、2、3、或4；和式III为其中R9至R12独立地代表选自以下基团的极性取代基-(A)n-C(O)OR″、-(A)n-OR″、-(A)n-OC(O)R″、-(A)n-OC(O)OR″、-(A)n-C(O)R″、-(A)n-OC(O)C(O)OR″、-(A)n-O-A′-C(O)OR″、-(A)n-OC(O)-A′-C(O)OR″、-(A)n-C(O)O-A′-C(O)OR″、-(A)n-C(O)-A′-OR″、-(A)n-C(O)O-A′-OC(O)OR″、-(A)n-C(O)O-A′-O-A′-C(O)O...

【专利技术属性】
技术研发人员：PA科尔，赵强，SAB艾伦，
申请(专利权)人：BF谷德里奇公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]