專利名稱：用于金屬互連的電介質(zhì)間隔體及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在集成電路的制造中利用金屬互連作為將各電子和/或半導(dǎo)體器件連 接成全局電路的方法。在制造這樣的金屬互連時，需要考慮的兩個關(guān)鍵因素是各金屬互連的電阻(R)和在所述金屬互連之間生成的耦合電容(C)， 即，串?dāng)_。這兩個因素均不利于金屬互連的效率。因而，希望降低金屬互 連中的電阻和電容，從而減少所謂的"RC延遲"。在過去的十年中，通過將銅互連結(jié)合到流水線處理序列的"后端"使 得集成電路-例如以微處理器為基礎(chǔ)的集成電路的性能得到了極大增強。這 樣的銅互連的存在與鋁互連相比極大地降低了所述互連的電阻，從而提高 了它們的傳導(dǎo)率和效率。對于降低在金屬互連之間生成的耦合電容的嘗試包括采用容納金屬互 連的低K (2.5-4)電介質(zhì)層，其中，K是所述電介質(zhì)層的介電常數(shù)。但是，事實證明結(jié)合這樣的膜是有挑戰(zhàn)性的。其他降低金屬互連之間的耦合電容 的嘗試主要關(guān)注于"空氣間隙"技術(shù)，其中在金屬線之間不存在電介質(zhì)層。 盡管該技術(shù)對于降低耦合電容是有效的，但是由于空氣的K值僅為1，因而 在不存在支撐電介質(zhì)層的情況下可能損害多個金屬互連的結(jié)構(gòu)完整性。 因而，這里描述一種用于減少多個金屬互連中的RC延遲的方法。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的帶有不連續(xù)間隔體的具有擴口輪廓 (flared profile)的多個互連的截面圖。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的帶有不連續(xù)間隔體的具有擴口輪廓 的一對互連的截面圖，其中，所述互連凹入到下層電介質(zhì)層內(nèi)。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的帶有不連續(xù)間隔體的具有擴口輪廓的多個互連的截面圖。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的帶有不連續(xù)間隔體的具有擴口輪廓 的多個互連的截面圖。圖5A-J示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的表示多個具有擴口輪廓的互連的 形成的截面圖，包括形成不連續(xù)電介質(zhì)間隔體的步驟。圖6A-C示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的表示帶有不連續(xù)間隔體的具有擴口輪廓的多個互連的形成的截面圖。
具體實施方式
下面描述用于集成電路中的多個具有電介質(zhì)間隔體的金屬互連，以及 所述多個金屬互連的制造工藝。在下述說明中，闡述了很多具體細節(jié)，例 如，具休的尺寸和化學(xué)狀態(tài)(chemical regime),以便提供對本發(fā)明的徹底 的理解。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然可以在不需要這些具體細節(jié)的情 況下實踐本發(fā)明。在其他情況下，沒有對諸如構(gòu)圖步驟的公知的工藝步驟 做出詳細說明，從而避免對本發(fā)明造成不必要的混淆。此外，應(yīng)當(dāng)理解， 圖中所示的各實施例只是示范性的圖示，未必一定是按比例繪制的。文中公開了用于金屬互連的電介質(zhì)間隔體和形成這種電介質(zhì)間隔體的 方法。按照鄰近金屬互連的側(cè)壁的方式結(jié)合電介質(zhì)間隔體可以為多個互連 及其連接通孔提供物理支撐，可以提供無著落點(imlanded)的通孔可以 位于其上的區(qū)域，并且可以使得各金屬互連之間的耦合電容相對較低。例 如，可以形成這樣的空氣間隙金屬互連結(jié)構(gòu)，其為結(jié)合到集成電路內(nèi)提供 了充分的結(jié)構(gòu)完整性，并且提供了無著落點的通孔可以"著落"于其上的 區(qū)域?？梢酝ㄟ^將電介質(zhì)間隔體結(jié)合到互連結(jié)構(gòu)內(nèi)來形成在各金屬互連之間 具有降低的耦合電容(即降低的串?dāng)_)的金屬互連。因而，可以在一系列 金屬互連中采用電介質(zhì)間隔體來減少RC延遲。例如，根據(jù)本發(fā)明的實施例， 在金屬互連之間結(jié)合了電介質(zhì)間隔體，這樣有助于在所述金屬互連之間的 間隙內(nèi)采用具有降低的介電常數(shù)的材料(例如，介電常數(shù)小于二氧化硅的 介電常數(shù)的材料)。這樣的具有降低的介電常數(shù)的材料的實施例包括低K電介質(zhì)層(介電常數(shù)為2-4的層，其中，二氧化硅的介電常數(shù)約為4)或乃至 介電常數(shù)為1的空氣。因而，在多個金屬互連之間包括電介質(zhì)間隔體可以 使電介質(zhì)層的結(jié)合僅限于存在通孔的級?？梢栽诓粨p害基于多個金屬互連 的電子結(jié)構(gòu)的完整性的情況下實施這種方案。因此，希望將電介質(zhì)間隔體結(jié)合成與多個金屬互連的側(cè)壁相鄰。根據(jù) 本發(fā)明的實施例，圖1示出了包括多個金屬互連的互連結(jié)構(gòu)100。金屬互連 102和104相互間隔開，并且位于電介質(zhì)層106A和106B之間。電介質(zhì)間隔 體108與金屬互連102和104的側(cè)壁相鄰，并位于金屬互連102和104的 下面。金屬互連102和104可以由任何適于傳導(dǎo)電流的材料構(gòu)成，例如，銅、 銀、鋁或其合金。在一個實施例中，金屬互連102和104由多晶銅構(gòu)成， 所述多晶銅的原子成分中具有97-100%范圍內(nèi)的銅原子。在另一實施例中， 金屬互連102和104由散布的碳納米管陣列構(gòu)成。金屬互連102和104可 以呈現(xiàn)任何不會顯著地降低其性能的截面形狀，例如，方形、矩形、圓形、 橢圓形、U形、V形、T形或A框架形截面形狀。根據(jù)本發(fā)明的實施例，金 屬互連102和104的截面形狀是用于形成金屬互連102和104的處理方案 中的人為因素。擴口輪廓是這樣的人為因素的例子，其特征可以是頂表面 寬于底表面，并且側(cè)壁從頂表面到底表面向內(nèi)傾斜。在一個實施例中，如 圖1所示，金屬互連102和104具有張角0處于90度和155度之間的擴口 輪廓。在具體實施例中，所述張角處于105-135度的范圍內(nèi)。電介質(zhì)層106A和106B可以包括任何適于為互連結(jié)構(gòu)100提供結(jié)構(gòu)完 整性的材料。在一個實施例中，電介質(zhì)層106A和106B的介電常數(shù)處于2-5. 5 的范圍內(nèi)。在另一實施例中，電介質(zhì)層106A和106B的介電常數(shù)處于2.5-4 的范圍內(nèi)。在一個實施例中，電介質(zhì)層106A和106B由選自由二氧化硅、 硅酸鹽、具有0-10%的孔隙度的摻碳氧化物或其氟化形式構(gòu)成的集合的材料 構(gòu)成。參考圖1，電介質(zhì)間隔體108與金屬互連102和104的側(cè)壁相鄰，并位 于金屬互連102和104的下面。電介質(zhì)間隔體108可以由任何適當(dāng)?shù)牟牧?構(gòu)成，所述材料能夠為互連結(jié)構(gòu)100提供結(jié)構(gòu)完整性，并且能夠為其提供 最小電容。在一個實施例中，電介質(zhì)間隔體108的介電常數(shù)處于3-7的范圍內(nèi)。在另一實施例中，電介質(zhì)間隔體的介電常數(shù)處于4-6的范圍內(nèi)，并 且大于電介質(zhì)層106的介電常數(shù)。在一個實施例中，電介質(zhì)間隔體108由 選自由氮化硅、碳化硅、摻氮碳化硅、摻氧碳化硅、摻硼氮化碳或者摻硼 碳化硅構(gòu)成的集合的材料構(gòu)成。在備選實施例中，電介質(zhì)間隔體108包括 選自由CoW或CoTOP構(gòu)成的集合的基于金屬的材料。電介質(zhì)間隔體108可 以與具有任何適當(dāng)?shù)慕孛嫘螤畹慕饘倩ミB共形。因而，根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，如圖1所示，將電介質(zhì)間隔體與具有擴口輪廓的金屬互連結(jié)合使 用。在一個實施例中，電介質(zhì)間隔體108有助于圍繞金屬互連102和104 形成密封。通過打破相鄰金屬互連的電介質(zhì)間隔體的連續(xù)性，可以打破金 屬互連之間的電容耦合路徑，從而減少RC延遲。因而，根據(jù)本發(fā)明的實施 例，同樣如圖1所示，金屬互連102和104的電介質(zhì)間隔體108彼此是不 連續(xù)的(即，并未相互連接)。具有擴口輪廓的第二級互連位于第二電介質(zhì)層106B之上，所述第二電 介質(zhì)層106B又位于金屬互連102和104之上。根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過 電介質(zhì)層106B內(nèi)容納的通孔112將第三金屬互連110連接至金屬互連102。 電介質(zhì)間隔體108可以具有足夠的寬度，從而在通孔112是無著落點的通 孔的情況下，提供用于著落通孔112的表面。在實施例中，如圖1所示， 使通孔112著落于金屬互連102的頂表面的一部分上，同時著落于電介質(zhì) 間隔體108的頂表面的一部分上。在一個實施例中，電介質(zhì)間隔體108的 寬度處于金屬互連的寬度的5-30%的范圍內(nèi)。在具體實施例中，電介質(zhì)間隔 體108的寬度處于5-20納米的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，為了與 無著落點的通孔112進行對比，圖1示出了具有著落點的通孔114。互連結(jié)構(gòu)100中的所述多個金屬互連還可以包括阻擋層116。阻擋層 116可以包括任何適于抑制來自金屬互連的電遷移、適于防止金屬互連的氧 化或者適于提供用于大馬士革工藝中的成核的表面的材料。在一個實施例 中，阻擋層116由選自由鉭、鈦、氮化鉭、氮化鈦或其組合構(gòu)成的集合的 材料構(gòu)成。在另一實施例中，阻擋層116的厚度處于50-150埃的范圍內(nèi)。 互連結(jié)構(gòu)100中的所述多個金屬互連還可以包括帽層118。帽層118可以包 括任何適于抑制來自金屬互連的電遷移或者適于防止金屬互連的氧化的材 料。在一個實施例中，帽層118包括選自由銥、釕、鈷、鈷/鎢合金、磷化鈷/鎢、磷化鈷硼或其組合構(gòu)成的集合的材料。參考圖1，間隙120存在于與相鄰的金屬互連102和104相關(guān)的電介質(zhì) 間隔體108之間。間隙120可以由使金屬互連102和104隔離的任何適當(dāng) 的材料或氣體構(gòu)成。在實施例中，間隙120的材料或氣體對于金屬互連102 和104之間的電容耦合的影響可以忽略不計。在一個實施例中，間隙120 的材料或氣體由空氣構(gòu)成。在另一實施例中，間隙120的材料或氣體的介 電常數(shù)處于1和2. 5之間。在具體的實施例中，間隙120由孔隙度為25-40% 的摻碳氧化物構(gòu)成。在實施例中，間隙120的材料或氣體的介電常數(shù)小于 電介質(zhì)層106A和106B的介電常數(shù)。間隙120可以足夠?qū)?，以減少相鄰金屬互連之間的串?dāng)_，但是就空氣-間隙的情況而言，間隙120可以在頂部充分窄，從而在電介質(zhì)層106B的沉 積過程中防止被電介質(zhì)層106B填充。在實施例中，間隙120充分寬，以減 少相鄰電介質(zhì)間隔體108之間的串?dāng)_。在一個實施例中，間隙120的頂部 寬度基本等于電介質(zhì)間隔體108的寬度。在另一實施例中，間隙120的頂 部寬度處于5-20納米的范圍內(nèi)。在具體實施例中，間隙120的頂部寬度大 約是相鄰金屬互連之間的距離的三分之一。結(jié)合了電介質(zhì)間隔體的多個金屬互連可能需要結(jié)構(gòu)加固。根據(jù)本發(fā)明 的實施例，使這樣的金屬互連凹陷到下面的電介質(zhì)層內(nèi)，從而"錨定"所 述金屬互連。參考圖2，使可以包括阻擋層216和帽層218的金屬互連202 和204凹入到電介質(zhì)層206內(nèi)。電介質(zhì)間隔體208可以是不連續(xù)的，并且 被間隙220隔離，如圖2所示。根據(jù)本發(fā)明的實施例，圖2所示的包括多 個金屬互連的互連結(jié)構(gòu)200具有增強的結(jié)構(gòu)完整性，這是由金屬互連202 和204的錨定實現(xiàn)的。在一個實施例中，通過大馬士革工藝形成凹陷的金 屬互連202和204，其中，在大馬士革構(gòu)圖步驟中形成向電介質(zhì)層206內(nèi)的 凹入，在下文中將對此進行更為詳細的說明。結(jié)合了電介質(zhì)間隔體的多個金屬互連可以包括由具有可變間距的有效 金屬互連構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。這種在有效金屬互連之間具有各種間距的結(jié)構(gòu)可以 抑制總空氣間隙結(jié)構(gòu)的形成，因為覆在上面的電介質(zhì)層可以填充較寬的間 隙，從而可能增大隔得較遠的金屬互連之間的耦合電容。根據(jù)本發(fā)明的實 施例，采用虛設(shè)金屬互連(即未連接至集成電路的有源部分的金屬互連)來保持金屬互連之間的相等間距。參考圖3，互連結(jié)構(gòu)300包括虛設(shè)金屬互 連330和電介質(zhì)間隔體。在一個實施例中，虛設(shè)金屬互連330防止電介質(zhì) 層306填充相鄰的有效金屬互連上的不連續(xù)電介質(zhì)間隔體之間的間隙。作為與圖3相關(guān)的結(jié)構(gòu)的替代方案，結(jié)合了電介質(zhì)間隔體的多個金屬 互連可以包括由具有可變間距的有效金屬互連構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，但是其未結(jié)合 虛設(shè)互連。根據(jù)本發(fā)明的實施例，與彼此相隔較遠的相鄰金屬互連相關(guān)的 電介質(zhì)間隔體之間的間隙實際上被覆在上面的電介質(zhì)層填充。參考圖4，相 鄰的金屬互連412和414比相鄰的金屬互連402和404隔得遠。因此，位 于金屬互連402和404上面的電介質(zhì)層406可能未填充金屬互連402和404 之間的間隙，而位于金屬互連412和414上面的電介質(zhì)層440卻可能填充 金屬互連412和414之間的間隙。在具體的實施例中，如圖4所示，頂部 寬度基本大于電介質(zhì)間隔體408的寬度的間隙被上面覆蓋的電介質(zhì)層440 填充。在一個實施例中，金屬互連412和414之間的間隙大于45納米。如 圖4所示，可以通過適于填充金屬互連412和414之間的間隙的技術(shù)來沉 積電介質(zhì)層440，其厚度足以使其隨后在金屬互連412和414之上和之間被 拋光成平坦表面，其中，所述間隙的寬度大于電介質(zhì)間隔體408的寬度。 因而，根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過旋涂工藝沉積電介質(zhì)層440，以填充金屬 互連412和414之間的間隙，其填充厚度足以在金屬互連412和414之上 和之間提供平坦表面，其中，所述間隙的寬度大于電介質(zhì)間隔體408的寬 度?？梢酝ㄟ^任何適當(dāng)?shù)姆椒ㄖ圃煊糜诮饘倩ミB的電介質(zhì)間隔體，所述方 法利用電介質(zhì)間隔體材料實現(xiàn)對金屬互連的側(cè)壁的完全覆蓋。根據(jù)本發(fā)明 的實施例，圖5A-J示出了用于多個金屬互連的不連續(xù)電介質(zhì)間隔體的形成。參考圖5A，在結(jié)構(gòu)500之上形成電介質(zhì)層502。結(jié)構(gòu)500可以是任何 在其上形成了多個金屬互連的結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的實施例，結(jié)構(gòu)500是在 硅襯底中制造并包覆于電介質(zhì)層中的互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)晶體 管的陣列?？梢栽谒鼍w管的上方以及周圍的電介質(zhì)層上形成多個金屬 互連(例如，按照下述步驟形成所述多個金屬互連)，并采用所述多個金屬 互連電連接所述晶體管，以形成集成電路?？梢酝ㄟ^任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)在結(jié)構(gòu)500之上沉積電介質(zhì)層502，所述技術(shù)實現(xiàn)電介質(zhì)層502的基本均勻的覆蓋，如圖5A所示。在一個實施例中，通 過選自由旋涂工藝、化學(xué)氣相沉積工藝或基于聚合物的化學(xué)氣相沉積工藝 構(gòu)成的集合的工藝來沉積電介質(zhì)層502。在具體實施例中，通過采用硅垸或 有機硅烷作為前體氣體的化學(xué)氣相沉積工藝來沉積電介質(zhì)層502。電介質(zhì)層 502可以由任何適于為具有電介質(zhì)間隔體的多個金屬互連充當(dāng)經(jīng)久耐用的 基底的材料構(gòu)成。在實施例中，電介質(zhì)層502由不會顯著增大隨后在電介 質(zhì)層502上形成的一系列金屬互連之間的串?dāng)_的材料構(gòu)成。在一個實施例 中，電介質(zhì)層502由低K到中K電介質(zhì)材料構(gòu)成，電介質(zhì)層502的介電常 數(shù)處于2-5.5的范圍內(nèi)。在另一實施例中，電介質(zhì)層502的介電常數(shù)處于 2.5-4的范圍內(nèi)。在具體實施例中，電介質(zhì)層502由選自由二氧化硅、硅酸 鹽或具有0-10%的孔隙度的摻碳氧化物構(gòu)成的集合的材料構(gòu)成。
可以通過任何適于提供圖案化的金屬結(jié)構(gòu)的技術(shù)在電介質(zhì)層502之上 形成金屬互連。在一個實施例中，通過對覆蓋(blanket)金屬膜實施減成 蝕刻工藝形成金屬互連。在另一實施例中，通過大馬士革技術(shù)形成金屬互 連。參考圖5C-5F，采用利用犧牲電介質(zhì)層504的大馬士革技術(shù)形成多個金 屬互連。犧牲電介質(zhì)層504可以由任何適于通過標(biāo)準(zhǔn)的光刻/蝕刻工藝進行 構(gòu)圖且/或適于隨后在不影響電介質(zhì)層502或者隨后形成的金屬互連的情況 下去除的材料構(gòu)成。在一個實施例中，犧牲電介質(zhì)層504由具有20-35%的 孔隙度的摻碳氧化硅構(gòu)成?？梢酝ㄟ^任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)沉積犧牲電介質(zhì)層 504，所述技術(shù)提供了犧牲電介質(zhì)層504在電介質(zhì)層502之上的基本均勻的 覆蓋，如圖5B所示。在一個實施例中，通過選自由旋涂工藝、化學(xué)氣相沉 積工藝或基于聚合物的化學(xué)氣相沉積工藝構(gòu)成的集合的工藝來沉積犧牲電 介質(zhì)層504。
參考圖5C，對犧牲電介質(zhì)層504進行構(gòu)圖，以形成圖案化的犧牲電介 質(zhì)層506，其暴露出電介質(zhì)層502的頂表面的一部分。在一個實施例中，采 用各向異性蝕刻工藝對犧牲電介質(zhì)層504進行構(gòu)圖。在另一實施例中，采 用包括碳氟化合物的垂直干法或等離子體蝕刻工藝對犧牲電介質(zhì)層504進 行構(gòu)圖，以形成圖案化的犧牲電介質(zhì)層506，其中，所述碳氟化合物的通式 為CxFy，其中，x和y是自然數(shù)。在具體實施例中，采用包括自由基碳氟化 合物的垂直干法或等離子體蝕刻工藝對犧牲電介質(zhì)層504進行構(gòu)圖。在備選實施例中，犧牲電介質(zhì)層504是可進行光限定的材料，并且直接采用光 刻工藝對其進行構(gòu)圖。
因而，形成了包括圖案化的犧牲電介質(zhì)層506的結(jié)構(gòu)，在所述圖案化 犧牲電介質(zhì)層506內(nèi)形成了一系列溝槽。在一個實施例中，形成于犧牲電 介質(zhì)層506內(nèi)的所述一系列溝槽的底部與電介質(zhì)層502的頂表面平齊。在 備選實施例中，使形成于犧牲電介質(zhì)層506內(nèi)的所述一系列溝槽的底部凹 入到電介質(zhì)層502內(nèi)，從而提供金屬互連的錨定點(如上文參考圖2所述)。 所述一系列溝槽的截面形狀可以決定形成于其內(nèi)的一系列金屬互連的最終 形狀。例如，根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述的一系列溝槽具有擴口輪廓，如 圖5C所示，因而接下來形成于其內(nèi)的一系列金屬互連也將具有擴口輪廓。 在一個實施例中，所述一系列溝槽的擴口輪廓具有處于90度和155度之間 的張角e。在具體實施例中，所述張角處于105-135度的范圍內(nèi)。圖5C所 示的一系列溝槽的擴口輪廓可以是用于形成所述一系列溝槽的圖案化工藝 (例如上述蝕刻工藝)的結(jié)果。例如，根據(jù)本發(fā)明的實施例，在采用各向 異性等離子體蝕刻工藝對犧牲電介質(zhì)層504進行構(gòu)圖的過程中形成擴口輪 廓。在一個實施例中，等離子體的局部偏置在犧牲電介質(zhì)層504的蝕刻過 程中發(fā)生變化，從而得到溝槽輪廓的漸細變化，其中，通過生成所述溝槽 形成了所述圖案化的犧牲電介質(zhì)層506。在另一實施例中，在刻蝕工藝過程 中緩慢侵蝕用于保留犧牲電介質(zhì)層504的一部分的掩模層，這樣將使得從 所述一系列溝槽的頂部去除的材料的量大于從所述一系列所述溝槽的底部 去除的材料的量。
參考圖5D，在圖案化的犧牲電介質(zhì)層506之上沉積間隔體-形成電介質(zhì) 層514。因而，根據(jù)本發(fā)明的實施例，在形成多個金屬互連之前沉積間隔體 -形成電介質(zhì)層514?？梢酝ㄟ^任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)沉積間隔體-形成電介質(zhì)層 514，所述技術(shù)提供與所述圖案化的犧牲電介質(zhì)層506共形或幾乎共形的層。 而且，可以通過任何不會使位于結(jié)構(gòu)500內(nèi)的任何電子或半導(dǎo)體器件過熱 的適當(dāng)技術(shù)來沉積間隔體-形成電介質(zhì)層514。在一個實施例中，在400° C 或更低的溫度下沉積間隔體-形成電介質(zhì)層514。在另一實施例中，通過選 自由原子層沉積或化學(xué)氣相沉積構(gòu)成的集合的沉積工藝來沉積間隔體-形 成電介質(zhì)層514?？梢杂扇魏芜m于減少隨后形成的多個金屬互連之間的串?dāng)_、同時為所述多個金屬互連增加結(jié)構(gòu)支撐的材料來形成間隔體-形成電介
質(zhì)層514。在一個實施例中，間隔體-形成電介質(zhì)層514由選自由氮化硅、 碳化硅、摻氮碳化硅、摻氧碳化硅、摻硼氮化碳或者慘硼碳化硅構(gòu)成的集 合的材料構(gòu)成。在另一實施例中，間隔體-形成電介質(zhì)層514由摻硼氮化碳 層構(gòu)成，其中，所述摻硼氮化碳層是通過使氣體甲烷、乙硼烷以及氨發(fā)生 反應(yīng)形成的。在備選實施例中，間隔體-形成電介質(zhì)層514包括選自由CoW 或CoWBP構(gòu)成的集合的基于金屬的材料。
參考圖5E，在間隔體-形成電介質(zhì)層514之上形成阻擋層508。所述阻 擋層508可以由任何材料構(gòu)成且可以具有足夠的厚度，所述材料和厚度適 于抑制金屬互連內(nèi)的金屬原子向外擴散。在一個實施例中，阻擋層508由 選自由鉭、鈦、氮化鉭、氮化鈦或其組合構(gòu)成的集合的材料構(gòu)成。在實施 例中，阻擋層508的厚度處于25-250埃的范圍內(nèi)?？梢酝ㄟ^任何適當(dāng)?shù)募?術(shù)沉積阻擋層508，所述技術(shù)在間隔體-形成電介質(zhì)層514上提供共形或接 近共形的層。在一個實施例中，可以通過選自由原子層沉積工藝、化學(xué)氣 相沉積工藝或物理氣相沉積工藝構(gòu)成的集合的工藝來沉積阻擋層508。
再次參考圖5E，在阻擋層508之上形成互連-形成金屬層540。可以通 過任何適于完全(或者在無意當(dāng)中形成了氣孔的情況下大部分)填充在圖 案化的犧牲電介質(zhì)層506內(nèi)形成的所述一系列溝槽的工藝和導(dǎo)電材料形成 互連-形成金屬層540。在實施例中，互連-形成金屬層540由選自由銅、銀、 鋁或其合金構(gòu)成的集合的材料構(gòu)成。在一個實施例中，互連-形成金屬層540 由多晶銅構(gòu)成，所述多晶銅中具有97-100%銅原子的范圍內(nèi)的原子組成。在 實施例中，通過選自由電化學(xué)沉積工藝、無電沉積工藝、化學(xué)氣相沉積工 藝、原子層沉積(ALD)工藝或回流工藝構(gòu)成的集合的技術(shù)來沉積互連-形 成金屬層540。
參考圖5F，去除所述間隔體-形成電介質(zhì)層514、阻擋層508和互連-形成金屬層540的位于圖案化的犧牲電介質(zhì)層506的頂表面之上的所有部 分。因而，形成了具有阻擋層508和電介質(zhì)間隔體516的一系列金屬互連， 包括金屬互連510。如圖5F所示，相鄰金屬互連的電介質(zhì)間隔體516可以 相互不連續(xù)?？梢酝ㄟ^任何適于在不顯著地侵蝕被圖案化的犧牲電介質(zhì)層 506包覆的部分的情況下去除這些部分的技術(shù)，來去除間隔體-形成電介質(zhì)層514、阻擋層508和互連-形成金屬層540的位于圖案化的犧牲電介質(zhì)層 506的頂表面之上的部分。根據(jù)本發(fā)明的實施例，采用選自由等離子體蝕刻 工藝、化學(xué)蝕刻工藝、化學(xué)機械拋光工藝或電拋光工藝構(gòu)成的集合的工藝 來去除間隔體-形成電介質(zhì)層514、阻擋層508和互連-形成金屬層540的位 于所述圖案化的犧牲電介質(zhì)層506的頂表面之上的部分。在具體實施例中， 通過采用由氧化鋁和氫氧化鉀構(gòu)成的漿體的化學(xué)機械拋光處理去除間隔體 -形成電介質(zhì)層514、阻擋層508和互連-形成金屬層540的位于圖案化的犧 牲電介質(zhì)層506的頂表面之上的部分。
參考圖5G，在包括金屬互連510的多個金屬互連的頂表面上形成帽層 512。帽層512可以由任何適于防止金屬線擠脫(extrusion)或者適于防止 來自金屬互連510的金屬原子向外擴散的材料構(gòu)成。此外，帽層512可以 提供抑制來自金屬互連510的電遷移和/或防止金屬互連510的頂表面氧化 的優(yōu)點。在一個實施例中，帽層512由選自由銥、釕、鈷、鈷/鎢合金、磷 化鈷/鎢、磷化鈷鉤硼、磷化鈷硼或其組合構(gòu)成的集合的導(dǎo)電層構(gòu)成?？梢?通過任何適于均勻覆蓋金屬互連510的頂表面的工藝形成帽層512。在一個 實施例中，通過選自由電化學(xué)沉積工藝、無電沉積工藝或原子層沉積(ALD) 工藝構(gòu)成的集合的技術(shù)來沉積帽層512。
可以去除圖案化的犧牲電介質(zhì)層506，以提供自立式金屬互連510,如 圖5G所示。可以通過任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)去除圖案化的犧牲電介質(zhì)層506，其 中，所述去除工藝不會影響電介質(zhì)層502或金屬互連510。根據(jù)本發(fā)明的一 個實施例，圖案化的犧牲電介質(zhì)層506由具有20-35%的孔隙度的摻碳氧化 物構(gòu)成，電介質(zhì)層502由具有0-10%的孔隙度的摻碳氧化物構(gòu)成，采用濕法 蝕刻化學(xué)試劑去除圖案化的犧牲電介質(zhì)層506，所述化學(xué)試劑包括占20-30% 的體積比例的氫氧化四甲銨。在實施例中，在形成帽層512之前去除圖案 化的犧牲電介質(zhì)層506。在另一實施例中，在去除圖案化的犧牲電介質(zhì)層 506之前形成帽層512。在替代實施例中，未去除圖案化的犧牲電介質(zhì)層506， 并將其保留在最終的互連結(jié)構(gòu)中。
參考圖5H，在包括金屬互連510的多個金屬互連之上以及電介質(zhì)間隔 體516之上沉積電介質(zhì)層518?？梢酝ㄟ^任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)沉積電介質(zhì)層518， 所述技術(shù)在包括金屬互連510和511的多個金屬互連之上以及電介質(zhì)間隔體516之上提供基本均勻的覆蓋，而基本上不會填充相鄰金屬互連510和 511的電介質(zhì)間隔體516之間的空間，如圖5H所示。在一個實施例中，通 過選自由旋涂工藝、化學(xué)氣相沉積工藝或基于聚合物的化學(xué)氣相沉積工藝 構(gòu)成的集合的工藝來沉積電介質(zhì)層518。電介質(zhì)層518可以包括任何適于充 當(dāng)新一級金屬互連的經(jīng)久耐用的基底的材料。在一個實施例中，電介質(zhì)層 518由選自由二氧化硅、硅酸鹽、具有0-10%的孔隙度的摻碳氧化物構(gòu)成的 集合的材料構(gòu)成。在備選實施例中，在形成電介質(zhì)層518之后接著通過選 自由高溫分解、熱分解或輻射構(gòu)成的集合的方法來去除圖案化的犧牲電介 質(zhì)層506。
再次參考圖5H，在相鄰金屬互連510和511的電介質(zhì)間隔體516之間 以及電介質(zhì)層502和518之間形成間隙520。間隙520可以由任何適當(dāng)?shù)牟?料或氣體構(gòu)成，所述材料或氣體能夠使金屬互連510和511之間的電容耦 合可以忽略不計。在一個實施例中，間隙520由空氣構(gòu)成。在另一實施例 中，間隙520由具有25-40%的孔隙度的摻碳氧化物構(gòu)成，在下文中將參考 圖6A-C對其形成加以討論。
參考圖51，可以對電介質(zhì)層518進行構(gòu)圖，從而在金屬互連511的一 部分或其相應(yīng)的帽層512之上形成通孔溝槽530。通孔溝槽530的一部分可 能并非位于金屬互連511的頂表面的正上方，而是位于電介質(zhì)間隔體516 的一部分之上，因而是"無著落點"的。因而，根據(jù)本發(fā)明的實施例，電 介質(zhì)間隔體516提供了能夠使這樣的"無著落點"的通孔溝槽530著落于 其上的表面，如圖5I所示。
參考圖5J，在電介質(zhì)層518之上形成包括金屬互連522和524的第二 級金屬互連。根據(jù)本發(fā)明的實施例，使金屬互連524通過"無著落點"的 通孔526與下層金屬互連511連接。因而，能夠形成具有不連續(xù)電介質(zhì)間 隔體的空氣間隙金屬互連結(jié)構(gòu)，其提供了可以使"無著落點"的通孔著落 于其上的區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，可以采用空氣以外的材料填充圖5H所示的 間隙520，如圖6A-C所示。參考圖6B，在圖6A所示的結(jié)構(gòu)(與圖5G所示 的結(jié)構(gòu)類似)上沉積填隙電介質(zhì)層660。填隙電介質(zhì)層660可以由任何適于 使包括金屬互連610的多個金屬互連之間的電容耦合可以忽略不計的材料構(gòu)成。在一個實施例中，填隙電介質(zhì)層660的介電常數(shù)處于1和2.5之間。 在另一實施例中，填隙電介質(zhì)層660由具有25-40%的孔隙度的摻碳氧化物 構(gòu)成。在一個實施例中，填隙電介質(zhì)層660的介電常數(shù)小于電介質(zhì)層602 的介電常數(shù)。
參考圖6C，然后在具有填隙電介質(zhì)層660的包括金屬互連610的多個 金屬互連之上沉積電介質(zhì)層618。電介質(zhì)層618可以由結(jié)合圖51所示的電 介質(zhì)層518討論的任何材料構(gòu)成。在一個實施例中，填隙電介質(zhì)層660的 介電常數(shù)小于電介質(zhì)層618的介電常數(shù)。因而，可以形成具有不連續(xù)的電 介質(zhì)間隔體的"超低K間隙"金屬互連結(jié)構(gòu)。
盡管上述實施例設(shè)想了用于金屬互連的電介質(zhì)間隔體，但是本發(fā)明不 限于金屬互連的使用。可以將導(dǎo)電碳納米管集束到一起并用作互連，從而 將電子或半導(dǎo)體器件結(jié)合到集成電路中。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，將電 介質(zhì)間隔體與基于導(dǎo)電碳納米管束的互連結(jié)合使用。在具體實施例中，作 為大馬士革工藝的制造結(jié)果，碳納米管束具有擴口輪廓。因而，可以在由 碳納米管束形成的互連的側(cè)壁上形成電介質(zhì)間隔體，以減少與這種互連相 關(guān)的RC延遲，使得所述互連結(jié)構(gòu)耐用，或者提供"無著落點"的通孔可以 著落到所述互連上的表面。
至此，已經(jīng)描述了結(jié)合了電介質(zhì)間隔體的多個金屬互連以及用于形成 這種電介質(zhì)間隔體的方法。在一個實施例中，所述電介質(zhì)間隔體鄰近具有 擴口輪廓的相鄰金屬互連，且所述電介質(zhì)間隔體彼此不連續(xù)。在另一實施 例中，所述電介質(zhì)間隔體提供了 "無著落點"的通孔能夠有效地著落于其 上的區(qū)域。
權(quán)利要求
1、一種具有多個互連的電子結(jié)構(gòu)，包括第一電介質(zhì)層；第一互連，其位于所述第一電介質(zhì)層之上，其中，所述第一互連包括第一電介質(zhì)間隔體，該第一電介質(zhì)間隔體與所述第一互連的側(cè)壁直接相鄰并且直接位于所述第一電介質(zhì)層和所述第一互連的底表面之間；第二互連，其位于所述第一電介質(zhì)層之上，其中，所述第二互連包括第二電介質(zhì)間隔體，該第二電介質(zhì)間隔體與所述第二互連的側(cè)壁直接相鄰并且直接位于所述第一電介質(zhì)層和所述第二互連的底表面之間，并且其中，所述第二電介質(zhì)間隔體與所述第一電介質(zhì)間隔體之間是不連續(xù)的；第二電介質(zhì)層，其中，所述第二電介質(zhì)層位于所述第一互連和所述第二互連之上；以及間隙，其位于所述第一電介質(zhì)層、所述第一互連、所述第二互連和所述第二電介質(zhì)層之間。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述第一和所述第二互連具有 擴口輪廓，所述擴口輪廓的張角在90度和155度之間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述張角在105-135度的范圍內(nèi)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述第二電介質(zhì)層與所述第一 電介質(zhì)間隔體和所述第二電介質(zhì)間隔體分別形成了圍繞所述第一互連和所 述第二互連的密封。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述間隙由空氣構(gòu)成。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述第一電介質(zhì)間隔體和所述 第二電介質(zhì)間隔體的介電常數(shù)大于所述第一電介質(zhì)層和所述第二電介質(zhì)層的介電常數(shù)，并且其中，所述第一電介質(zhì)層和所述第二電介質(zhì)層的介電常 數(shù)大于所述間隙的介電常數(shù)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述第一電介質(zhì)間隔體和所述 第二電介質(zhì)間隔體由選自由氮化硅、碳化硅、摻氮碳化硅、慘氧碳化硅、 摻硼氮化碳或摻硼碳化硅構(gòu)成的集合的材料構(gòu)成，其中，所述第一電介質(zhì) 層和所述第二電介質(zhì)層由選自由二氧化硅、硅酸鹽或具有0-10%的孔隙度的 摻碳氧化物構(gòu)成的集合的材料構(gòu)成，并且其中，所述間隙由具有25-40%的 孔隙度的慘碳氧化物構(gòu)成。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述第一電介質(zhì)間隔體和所述 第二電介質(zhì)間隔體的寬度基本等于所述間隙的頂部寬度。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述第一電介質(zhì)間隔體和所述 第二電介質(zhì)間隔體的寬度在5-20納米的范圍內(nèi)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)，還包括位于所述第二電介質(zhì)層內(nèi)的通孔，其中，所述通孔的第一部分位于所 述第一互連的頂表面上，并且其中，所述通孔的第二部分位于所述第一電 介質(zhì)間隔體的頂表面上。
11、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)，其中，使所述第一互連和所述第二 互連凹入到所述第一電介質(zhì)層內(nèi)。
12、 一種具有多個互連的電子結(jié)構(gòu)的形成方法，包括 形成第一電介質(zhì)層；在所述第一 電介質(zhì)層之上形成第二電介質(zhì)層；對所述第二電介質(zhì)層進行構(gòu)圖，以形成具有一系列溝槽的圖案化的電 介質(zhì)層，其中，所述一系列溝槽的底部暴露出所述第一電介質(zhì)層的頂表面; 在所述一系列溝槽內(nèi)形成間隔體-形成電介質(zhì)層，以部分填充所述一系列溝槽，其中，所述間隔體-形成電介質(zhì)層覆蓋所述圖案化的電介質(zhì)層的頂 表面；在所述間隔體-形成電介質(zhì)層之上形成互連-形成金屬層，以完全填充 所述一系列溝槽的剩余部分；使所述互連-形成金屬層和所述間隔體-形成電介質(zhì)層平面化，以暴露 出所述圖案化的電介質(zhì)層的頂表面，并形成具有不連續(xù)的電介質(zhì)間隔體的 一系列互連；去除所述圖案化的電介質(zhì)層；以及在所述一系列互連之上形成第三電介質(zhì)層，其中，所述第三電介質(zhì)層、 所述第一電介質(zhì)層以及所述具有不連續(xù)電介質(zhì)間隔體的一系列互連形成了 一系列間隙。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述一系列溝槽具有擴口輪 廓，所述擴口輪廓的張角在90度和155度之間。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述張角在105-135度的范 圍內(nèi)。
15、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述間隔體-形成電介質(zhì)層 的介電常數(shù)大于所述第一電介質(zhì)層和所述第三電介質(zhì)層的介電常數(shù)，并且 其中，所述第一電介質(zhì)層和所述第三電介質(zhì)層的介電常數(shù)大于所述一系列 間隙的介電常數(shù)。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述間隔體-形成電介質(zhì)層 由選自由氮化硅、碳化硅、摻氮碳化硅、摻氧碳化硅、摻硼氮化碳或摻硼 碳化硅構(gòu)成的集合的材料構(gòu)成，其中，所述第一電介質(zhì)層和所述第三電介 質(zhì)層由選自由二氧化硅、硅酸鹽或具有0_10%的孔隙度的摻碳氧化物構(gòu)成的 集合的材料構(gòu)成，并且其中，所述一系列間隙由具有25-40%的孔隙度的摻 碳氧化物構(gòu)成。
17、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述一系列間隙由空氣構(gòu)成。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述第二電介質(zhì)層由具有 20-35%的孔隙度的摻碳氧化物構(gòu)成。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，通過選自由化學(xué)氣相沉積工 藝或原子層沉積工藝構(gòu)成的集合的工藝沉積所述間隔體-形成電介質(zhì)層，并 且其中，所述間隔體-形成電介質(zhì)層由選自由氮化硅、碳化硅、摻氮碳化硅、 摻氧碳化硅、摻硼氮化碳或摻硼碳化硅構(gòu)成的集合的材料構(gòu)成。
20、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括 在所述第三電介質(zhì)層內(nèi)形成無著落點的通孔。
全文摘要
描述了用于多個金屬互連的電介質(zhì)間隔體和用于形成這種電介質(zhì)間隔體的方法。在一個實施例中，使所述電介質(zhì)間隔體鄰近具有擴口輪廓的相鄰金屬互連，且所述電介質(zhì)間隔體彼此不連續(xù)。在另一實施例中，所述電介質(zhì)間隔體提供了無著落點的通孔可以有效地著落于其上的區(qū)域。
文檔編號H01L21/28GK101506955SQ200780031072
公開日2009年8月12日 申請日期2007年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月21日
發(fā)明者B·博亞諾夫, J·D·比勒費爾德 申請人:英特爾公司