半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

本公开涉及半导体装置及其制造方法。一种半导体装置包括：衬底；以及设置于衬底之上的金属布线层，所述金属布线层包括相邻的第一金属线和第二金属线，所述第一金属线与所述第二金属线各自沿第一方向纵向延伸，其中，在由所述第一方向和第二方向限定的平面中，所述第一金属线的投影与所述第二金属线的投影至少部分地不重叠，所述第二方向平行于所述半导体装置的厚度方向，以及其中，在与所述第一方向和所述第二方向垂直的第三方向上，所述第一金属线与所述第二金属线通过电介质材料彼此分隔。线与所述第二金属线通过电介质材料彼此分隔。线与所述第二金属线通过电介质材料彼此分隔。

【技术实现步骤摘要】
半导体装置及其制造方法


[0001]本公开总体上涉及半导体领域，并且更具体而言，本公开涉及一种半导体装置及其制造方法。

技术介绍

[0002]随着半导体工艺从28纳米节点、14纳米节点发展到7纳米节点、5纳米节点，集成电路器件尺寸不断微缩，后端金属布线层中的金属线间距越来越小，金属线之间的寄生电容越来越大，使得集成电路的信号延迟越来越久，这在一定程度上阻碍了半导体工艺向更先进节点发展。

技术实现思路

[0003]根据本公开的一方面，提供了一种半导体装置，包括：衬底；以及设置于衬底之上的金属布线层，所述金属布线层包括相邻的第一金属线和第二金属线，所述第一金属线与所述第二金属线各自沿第一方向纵向延伸，其中，在由所述第一方向和第二方向限定的平面中，所述第一金属线的投影与所述第二金属线的投影至少部分地不重叠，所述第二方向平行于所述半导体装置的厚度方向，以及其中，在与所述第一方向和所述第二方向垂直的第三方向上，所述第一金属线与所述第二金属线通过电介质材料彼此分隔。
[0004]根据本公开的另一方面，提供了一种用于制造半导体装置的方法，包括：提供衬底；以及在所述衬底之上形成金属布线层，所述金属布线层包括相邻的第一金属线和第二金属线，所述第一金属线与所述第二金属线各自沿第一方向纵向延伸，其中，在由所述第一方向和第二方向限定的平面中，所述第一金属线的投影与所述第二金属线的投影至少部分地不重叠，所述第二方向平行于所述半导体装置的厚度方向，以及其中，在与所述第一方向和所述第二方向垂直的第三方向上，所述第一金属线与所述第二金属线通过电介质材料彼此分隔。
[0005]通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得更为清楚。
附图说明
[0006]从结合附图示出的本公开的实施例的以下描述中，本公开的前述和其它特征和优点将变得清楚。附图结合到本文中并形成说明书的一部分，进一步用于解释本公开的原理并使本领域技术人员能够制造和使用本公开。其中：
[0007]图1A示意性示出了常规的集成电路后端金属布线层的侧视截面图，图1B是图1A所示的集成电路后端金属布线层的仰视平面图；
[0008]图1C示意性示出了在常规的集成电路后端金属布线层的制造过程中因金属线切孔过大而导致相邻的金属线短路的情形；
[0009]图2A至图2C分别示意性示出了根据本公开的一些实施例的半导体装置的侧视截
面图；
[0010]图3A和图3B分别示意性示出了根据本公开的另一些实施例的半导体装置的侧视截面图；
[0011]图4示意性示出了根据本公开的又一些实施例的半导体装置的侧视截面图；
[0012]图5A示意性示出了根据本公开的又一些实施例的半导体装置的侧视截面图，图5B是图5A所示的半导体装置的俯视平面图；
[0013]图6A示意性示出了根据本公开的又一些实施例的半导体装置的侧视截面图，图6B是图6A所示的半导体装置的仰视平面图；
[0014]图7示意性示出了根据本公开的又一些实施例的半导体装置的俯视平面图；
[0015]图8示出了根据本公开的一些实施例的用于制造半导体装置的方法的流程图；
[0016]图9示出了根据本公开的一些实施例的用于制造半导体装置的方法的流程图；
[0017]图10至图12分别示意性示出了与实现图9的方法的几种非限制性示例过程的相应步骤对应的半导体装置的侧视截面图；
[0018]图13示出了根据本公开的另一些实施例的用于制造半导体装置的方法的流程图；
[0019]图14示意性示出了与实现图13的方法的一种非限制性示例过程的相应步骤对应的半导体装置的侧视截面图；
[0020]图15示出了根据本公开的又一些实施例的用于制造半导体装置的方法的流程图；
[0021]图16示意性示出了与实现图15的方法的一种非限制性示例过程的相应步骤对应的半导体装置的侧视截面图；
[0022]图17示出了根据本公开的又一些实施例的用于制造半导体装置的方法的流程图；
[0023]图18示意性示出了与实现图17的方法的一种非限制性示例过程的相应步骤对应的半导体装置的侧视截面图。
[0024]注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在一些情况中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0025]为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，本公开并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。
具体实施方式
[0026]下面将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
[0027]以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。也就是说，本文中的结构及方法是以示例性的方式示出，来说明本公开中的结构和方法的不同实施例。然而，本领域技术人员将会理解，它们仅仅说明可以用来实施的本公开的示例性方式，而不是穷尽的方式。此外，附图不必按比例绘制，一些特征可能被放大以显示具体结构的细节。
[0028]另外，对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但
在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0029]在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
[0030]图1A示意性示出了常规的集成电路后端金属布线层(以M0为例)的侧视截面图，图1B是图1A所示的集成电路后端金属布线层的仰视平面图。如图所示，金属布线层M0包括相邻的两条金属线L1、L2以及在金属线之间的相对介电常数为k的电介质材料。金属线L1、L2沿x方向延伸并且在y方向上以距离d彼此间隔开。金属线L1、L2同平面布置，即二者都布置在与xy平面平行的同一平面中。金属线L1、L2在xz平面上的投影彼此完全重叠，所述投影的面积即为金属线L1与金属线L2的面对面重叠面积S
ov
。根据平行板电容器公式，可以认为金属线L1与金属线L2之间的寄生电容近似等于其中ε0是真空介电常数，C
fringe
是除了重叠面积S
ov
之外的由电场边缘效应形成的边缘效应电容。相邻金属线之间的总体距离越大则C
fringe
越小，相邻金属线之间的总体距离越小则C
fringe
越大。随着金属布线密度增高，d将变得越来越小，使得金属线之间的寄生电容越来越大，进而造成信号延迟时间(其通常与金属线电阻和寄生电容的乘积成比例)不期望地变大。可以理解，在近似计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体装置，包括：衬底；以及设置于所述衬底之上的金属布线层，所述金属布线层包括相邻的第一金属线和第二金属线，所述第一金属线与所述第二金属线各自沿第一方向纵向延伸，其中，在由所述第一方向和第二方向限定的平面中，所述第一金属线的投影与所述第二金属线的投影至少部分地不重叠，所述第二方向平行于所述半导体装置的厚度方向，以及其中，在与所述第一方向和所述第二方向垂直的第三方向上，所述第一金属线与所述第二金属线通过电介质材料彼此分隔。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，在所述平面中，所述第一金属线的投影与所述第二金属线的投影在所述第二方向上彼此间隔开。3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述金属布线层包括沿所述第三方向排列的多条金属线，所述多条金属线各自沿所述第一方向纵向延伸并且在所述第三方向上通过电介质材料彼此分隔，以及其中，在所述平面中，所述多条金属线中的每对相邻金属线的投影至少部分地不重叠。4.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述金属布线层还包括沿所述第一方向纵向延伸的第三金属线，所述第三金属线与所述第二金属线相邻且与所述第一金属线相对，其中，在所述平面中，所述第三金属线的投影与所述第一金属线的投影至少部分地重叠，以及所述第三金属线的投影与所述第二金属线的投影至少部分地不重叠，以及其中，在所述第三方向上，所述第三金属线与所述第二金属线通过电介质材料彼此分隔。5.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述金属布线层还包括沿所述第一方向纵向延伸的第四金属线，所述第四金属线与所述第二金属线相邻且与所述第一金属线相对，其中，在所述平面中，所述第四金属线的投影与所述第一金属线的投影至少部分地不重叠，以及所述第四金属线的投影与所述第二金属线的投影至少部分地重叠，以及其中，在所述第三方向上，所述第四金属线与所述第二金属线通过电介质材料彼此分隔。6.根据权利要求1所述的半导体装置，还包括：设置于所述金属布线层之上并且沿所述第三方向交替排列的第一电介质材料部和第二电介质材料部，所述第一电介质材料部具有与所述第二电介质材料部不同的电介质材料，其中，所述第一电介质材料部位于所述第一金属线上方，所述第二电介质材料部位于所述第二金属线上方。7.根据权利要求1所述的半导体装置，还包括以下至少一项：第一向上连的自对准通孔，设置于所述第一金属线之上并且被配置为将所述第一金属线耦连至所述金属布线层的上层金属布线层中的第一上层金属线；第二向上连的自对准通孔，设置于所述第二金属线之上并且被配置为将所述第二金属线耦连至所述上层金属布线层中的第二上层金属线，其中，所述第一向上连的自对准通孔在所述第一方向上偏移于所述第二向上连的自对准通孔，
其中，所述第一上层金属线与所述第二上层金属线沿所述第三方向纵向延伸并且在所述第一方向上彼此间隔开。8.根据权利要求1所述的半导体装置，还包括以下至少一项：第一向下连的自对准通孔，设置于所述第一金属线之下并且被配置为将所述第一金属线耦连至所述金属布线层的下层金属布线层中的第一下层金属线；第二向下连的自对准通孔，设置于所述第二金属线之下并且被配置为将所述第二金属线耦连至所述下层金属布线层中的第二下层金属线，其中，所述第一向下连的自对准通孔在所述第一方向上偏移于所述第二向下连的自对准通孔，其中，所述第一下层金属线与所述第二下层金属线沿所述第三方向纵向延伸并且在所述第一方向上彼此间隔开。9.根据权利要求7或8所述的半导体装置，其中，所述半导体装置满足以下至少一项：所述第一金属线包括与所述第二金属线不同的金属材料；所述第一金属线和/或所述第二金属线包括与自对准通孔不同的金属材料。10.根据权利要求1所述的半导体装置，还包括以下至少一项：第一自对准切孔，设置于所述第一金属线处并且被配置为将所述第一金属线切断；第二自对准切孔，设置于所述第二金属线处并且被配置为将所述第二金属线切断。11.一种用于制造半导体装置的方法，包括：提供衬底；以及在所述衬底之上形成金属布线层，所述金属布线层包括相邻的第一金属线和第二金属线，所述第一金属线与所述第二金属线各自沿第一方向纵向延伸，其中，在由所述第一方向和第二方向限定的平面中，所述第一金属线的投影与所述第二金属线的投影至少部分地不重叠，所述第二方向平行于所述半导体装置的厚度方向，以及其中，在与所述第一方向和所述第二方向垂直的第三方向上，所述第一金属线与所述第二金属线通过电介质材料彼此分隔。12.根据权利要求11所述的方法，其中，在所述衬底之上形成金属布线层包括：在所述衬底之上形成第一金属层；刻蚀所述第一金属层和所述衬底以形成沿所述第一方向纵向延伸的沟槽，所述沟槽从所述第一金属层的上表面向下延伸穿过所述第一金属层进入所述衬底中；在所述沟槽的侧壁之上形成第一电介质材料层，所述第一电介质材料层在所述沟槽的侧壁之上的厚度小于所述沟槽的宽度的一半；在所述沟槽内形成第二金属层，其中，在所述平面中，所述第一金属层的投影与所述第二金属层的投影至少部分地不重叠，以及其中，在所述第三方向上，所述第一金属层与所述第二金属层通过所述第一电介质材料层彼此分隔；在所述沟槽内的所述第二金属层之上形成第二电介质材料层。13.根据权利要求12所述的方法，还包括以下...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈毅坚，李西军，
申请(专利权)人：西湖大学，
类型：发明
国别省市：