用于低电容布线的可调节自对准空气间隙介质制造技术

一种可调节自对准低电容集成电路空气间隙结构，包括第一互连（６４ａ），与互连级上的第二互连（６４ｂ）相邻；隔离物（６０ｂ、６０ｃ），沿所述第一和第二互连的相邻侧面形成；以及空气间隙（６８），在所述第一和第二互连之间形成。所述空气间隙延伸到所述第一和第二互连的至少一个的上表面（７４ａ、７４ｂ）之上以及所述第一和第二互连的至少一个的下表面（７６ａ、７６ｂ）之下，以及所述隔离物之间的距离限定所述空气间隙的宽度。所述空气间隙与所述第一和第二互连的相邻侧面自对准。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体器件，具体涉及半导体器件中用于低电容布线的可调节自对准空气间隙介质
技术介绍
由于半导体芯片中的电路部件的尺寸持续减小，具有在下几个技术代中该
面临的一些互连布线挑战。在这些挑战中，一个问题是在电路布线之间的介质材料中的不希望的电容。一种正在进行以降低互连电容的方法是使用多孔介质。然而，因为这些材料通常具有降低的机械强度和热导率，很难制造芯片并在芯片运行期间散热。在下几个技术代中的其它挑战是预期在布线宽度开始接近其电子平均自由路径时铜布线的电阻率将开始上升。该电阻率上升由于铜的表面和界面粗糙度加剧。双镶嵌沟槽和过孔侧壁贯穿相邻多孔介质区域中的空隙，并使铜电阻率上升。65nm线宽代面临的另一挑战是物理气相沉积(PVD)或溅射阻挡层将需要替代为化学气相沉积(CVD)或原子气相沉积(ALD)阻挡层，以满足正在进行的厚度减小和一致性改善的需求。如果使用的多孔低k介质材料是开放单元型，如具有连接孔，那么CVD或ALD前体可以扩散进入介质，并降低它的低k特性。同样，依赖于多孔低k介质材料的最大孔尺寸，较薄衬里不能提供连续覆盖来阻止铜扩散进入临近的介质材料。例如，当阻挡层在65nm技术节点需要约50时，一些现有的多孔低k材料仍然具有200的最大孔尺寸。
技术实现思路
考虑到现有技术的问题和缺陷，因此，本专利技术的一个目的是提供用于半导体器件中具有低电容的介质。本专利技术的另一目的是提供当在半导体电路中铜线宽度减小时不具有多孔性问题的低电容介质。本专利技术进一步的目的是提供当在半导体电路中铜线宽度减小时不引起铜电阻率增加的低电容介质。本专利技术的另一个目的是提供与导线沉积工艺兼容的低电容介质。在本专利技术中实现了对于本领域的技术人员将是显而易见的上述和其它目的，本专利技术旨在可调节自对准低电容集成电路空气间隙结构。一方面，本专利技术提供了一种半导体器件，包括第一互连，与互连级上的第二互连相邻；隔离物，沿所述第一和第二互连的相邻侧面形成；以及空气间隙，在所述第一和第二互连之间形成。所述空气间隙延伸到所述第一和第二互连的至少一个的上表面之上以及所述第一和第二互连的至少一个的下表面之下，所述隔离物之间的距离限定所述空气间隙的宽度。所述空气间隙与所述第一和第二互连的相邻侧面自对准。所述半导体器件优选进一步包括，在所述第一和第二互连的至少一个之下的蚀刻停止层，所述蚀刻停止层位于下面的过孔绝缘层上，从而所述空气间隙延伸到所述第一和第二互连的至少一个的下表面之下相应于所述蚀刻停止层厚度的距离。优选，与所述第一和第二互连的侧面相邻的所述隔离物包括二氧化硅或氮化硅，所述蚀刻停止层包括碳化硅，以及所述下面的过孔绝缘层包括二氧化硅或氟化二氧化硅。所述半导体器件优选包括，在所述互连级和所述空气间隙之上的至少一个绝缘层，从而所述空气间隙延伸到所述绝缘层中。在所述互连级和所述空气间隙之上的所述至少一个绝缘层包括氮化硅或氮化硅碳作为覆层，用于所述互连和二氧化硅或氟化二氧化硅作为所述覆层上的绝缘层。所述半导体器件进一步包括二氧化硅或氮化硅硬掩模隔离物，与所述空气间隙的上部的任一侧自对准，以及所述互连级、所述空气间隙和所述硬掩模隔离物上的绝缘层。所述空气间隙在所述硬掩模隔离物之间延伸并向上延伸到所述绝缘层中。所述第一和第二互连通过镶嵌工艺或双镶嵌工艺形成，以及包括铜、铝、钨或金。在每个第一和第二互连上，具有可选金属沉积层，包括可选钨层或可选磷化钴钨层。所述半导体器件进一步包括，在所述第一和第二互连的一个之下的蚀刻停止层，所述蚀刻停止层位于下面的过孔绝缘层上，以及在所述下面的过孔绝缘层之下的第二互连级。在至少一个下面的过孔绝缘层和所述第二互连级之间，设置可选金属沉积层，所述可选金属沉积层包括可选钨层或可选磷化钴钨层。另一方面，本专利技术提供了一种用于在半导体器件的互连级上的一对互连之间形成空气间隙的方法，包括以下步骤沉积半导体器件的多个绝缘层；在所述多个绝缘层上沉积第一硬掩模绝缘层；以及除去部分所述第一硬掩模绝缘层，以暴露所述多个绝缘层的最上层的在其上将要形成互连的区域，所述在其上将要形成互连的区域被隔开。该方法还包括在所述第一硬掩模层和所述多个绝缘层的最上层的暴露区域上沉积第二硬掩模绝缘层，以及除去所述第一硬掩模绝缘层上的部分所述第二硬掩模绝缘层，以暴露所述多个绝缘层的最上层的在其上将要形成互连的区域。这保留与所述多个绝缘层的最上层的在其上将要形成互连的区域相邻的第二硬掩模隔离物。该方法进一步包括利用所述第一硬掩模绝缘层和第二硬掩模隔离物，蚀刻所述下面的多个绝缘层的至少一个以形成互连开口，沉积保形绝缘层以在所述互连开口的侧壁上形成隔离物，以及沉积与所述保形绝缘层隔离物相邻的导电金属，以在所述互连开口中形成互连。然后，该方法蚀刻所述互连和保形绝缘层隔离物之间的部分所述第一硬掩模绝缘层和下面的多个绝缘层，并保留与所述互连和保形绝缘层隔离物相邻的第二硬掩模隔离物，以形成延伸到至少一个所述互连之下的空气间隙，然后，在所述空气间隙上和在所述互连和保形绝缘层隔离物上沉积至少一个绝缘层，以密封所述空气间隙。优选，所述空气间隙延伸到所述互连之上，并延伸到所述至少一个绝缘层中。所述沉积半导体器件的多个绝缘层的步骤包括以下步骤沉积半导体器件的第一绝缘覆层；在所述第一绝缘覆层上沉积第二绝缘层；在所述第二绝缘覆层上沉积第三绝缘覆层蚀刻停止层；以及在所述第三绝缘蚀刻停止层上沉积第四绝缘层。在此情况下，除去部分所述第一硬掩模绝缘层的所述步骤暴露所述第四绝缘层的在其上将要形成互连的区域。这也导致在所述互连和保形绝缘层隔离物之间具有所述第一硬掩模绝缘层、第四绝缘层和第三绝缘蚀刻停止层的蚀刻部分，以保留与所述互连和保形绝缘层隔离物相邻的所述第二硬掩模隔离物，并以形成延伸到至少一个所述互连之下的所述空气间隙。在所述互连之上的所述至少一个绝缘层包括用于所述互连的第五绝缘覆层，和所述覆层之上的第六绝缘层，从而所述空气间隙延伸完全通过所述第五覆层并延伸到部分所述第六绝缘层中。附图说明在所附权利要求中具体描述了相信是新颖的本专利技术的特征以及本专利技术的元素特性。附图仅是为了说明目的并没有按比例绘制。然而，通过参考下面结合附图的详细描述可以最好地理解本专利技术本身的组织和操作方法，其中图1-11是截面正视图，示出了采用以进行在半导体器件中的本专利技术的空气间隙介质的一个实施例的工艺步骤。图12是截面正视图，示出了本专利技术的空气间隙介质的最终结构的可选实施例，其中用自对准、选择性金属沉积覆层替代下覆层。具体实施例方式在描述本专利技术的优选实施例的过程中，这里将参考附图的图1-12，其中相同的标号表示本专利技术的相同特征。在第一个实施例中，图1描述在先前现有的铜互连布线级上沉积的介质叠层。现有布线级具有衬底介质层20，衬底介质层20包括钨栓塞22、24、26，在衬底介质层20上是沉积的介质层28，介质层28包括在TaN/Ta阻挡层31中的铜线30、32。介质层可以由或不由相同成分构成；例如，介质层20是磷硅玻璃(PSG)而介质层28是未掺杂硅玻璃(USG)或含有硅、碳、氧和氢的玻璃(如甲醇化SiOx、SiCOH)。介质叠层从底部顺序包括覆层34如氮化硅Si3N4，具有良好机械特性和热导率的绝缘层36如USG或氟硅玻璃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：第一互连，与互连级上的第二互连相邻；隔离物，沿所述第一和第二互连的相邻侧面形成；以及空气间隙，在所述第一和第二互连之间形成，所述空气间隙延伸到所述第一和第二互连的至少一个的上表面之上以及所述第一 和第二互连的至少一个的下表面之下，所述隔离物之间的距离限定所述空气间隙的宽度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：RM格夫肯，WT莫特西夫，
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]