在半导体器件中的间隙型导电互连结构.pdf

一种形成半导体器件的方法，以及这样形成的器件。沉积第一介质材料(12a－f)和第二介质材料(14a－f)的交替层，其中第一和第二介质材料可以不同的速率选择蚀刻。在介质材料的交替层中形成第一部件(22，24)。选择蚀刻介质材料的交替层以在具有第一介质材料的每层中除去第一介质材料的至少部分(26)并且留下第二介质材料基本上未蚀刻。

1.  一种形成半导体器件的方法，包括如下步骤：
沉积第一和第二介质材料的交替层，其中所述第一和第二介质材料可以不同的速率选择蚀刻；
在所述介质材料的交替层中形成第一部件；以及
选择蚀刻所述介质材料的交替层，以在具有所述第一介质材料的每层中除去所述第一介质材料的至少部分但非全部，并且留下所述第二介质材料基本上未蚀刻。

2.  根据权利要求1的方法，其中所述第一介质材料包括对所述第二介质材料具有选择性地蚀刻的材料。

3.  根据权利要求1的方法，其中所述第一介质材料包括有机介质材料并且所述第二介质材料包括无机介质材料。

4.  根据权利要求1的方法，其中所述第一介质材料包括有机介质材料，选自：聚亚芳基醚(SILK^TM)，聚对二甲苯(N)，聚对二甲苯(F)，聚四氟乙烯，多孔聚亚芳基醚(SILK^TM)，多孔聚对二甲苯(N)，多孔聚对二甲苯(F)和多孔聚四氟乙烯，并且其中所述第二介质材料包括无机介质材料，选自OSG，SiO₂，FSG，MSQ，多孔OSG，多孔SiO₂，多孔FSG和多孔MSQ。

5.  根据权利要求1的方法，其中所述第一部件包括单镶嵌部件或双镶嵌部件。

6.  根据权利要求5的方法，其中从所述双镶嵌部件的布线沟槽部分而不从所述双镶嵌部件的过孔沟槽部分除去所述第一介质材料的部分。

7.  根据权利要求1的方法，其中在所述选择蚀刻所述介质材料的交替层的步骤之后还包括：
在所述介质材料的交替层的表面上沉积保形衬里以密封所述交替层。

8.  根据权利要求7的方法，其中所述保形衬里包括选自SiCOH，SiO₂，SiN，SiC和SiCN的材料。

9.  根据权利要求7的方法，其中在所述沉积保形衬里的步骤之后还包括：
在所述器件的表面上沉积导体材料层，填充所述第一部件；以及
抛光所述器件的所述表面，以除去在所述器件的所述表面上的多余导体材料，留下在所述第一部件中的所述导体材料。

10.  一种形成半导体器件的方法，包括如下步骤：
沉积第一和第二绝缘材料的交替层；
在所述第一和第二绝缘材料的交替层中形成第一部件；以及
在所述第一绝缘材料层中形成开口。

11.  根据权利要求10的方法，其中所述第一绝缘材料包括对所述第二绝缘材料具有选择性地蚀刻的材料。

12.  根据权利要求10的方法，其中所述第一绝缘材料包括有机介质材料，选自：聚亚芳基醚(SILK^TM)，聚对二甲苯(N)，聚对二甲苯(F)，聚四氟乙烯，多孔聚亚芳基醚(SILK^TM)，多孔聚对二甲苯(N)，多孔聚对二甲苯(F)和多孔聚四氟乙烯，并且其中所述第二绝缘材料包括无机介质材料，选自OSG，SiO₂，FSG，MSQ，多孔OSG，多孔SiO₂，多孔FSG和多孔MSQ。

13.  根据权利要求10的方法，其中所述第一部件包括单镶嵌部件或双镶嵌部件。

14.  根据权利要求13的方法，其中从所述双镶嵌部件的布线沟槽部分而不从过孔沟槽部分除去所述第一绝缘材料。

15.  根据权利要求10的方法，其中在所述在所述第一绝缘材料层中形成开口的步骤之后还包括：
在介质材料的交替层的表面上沉积保形衬里以密封所述交替层，其中所述保形衬里包括选自SiCOH，SiO₂，SiN，SiC和SiCN的材料。

16.  一种半导体器件，包括：
金属布线级，具有第一介质材料和第二介质材料的交替层并且具有在第一和第二介质材料的交替层中形成的第一部件；以及
在所述第一介质材料中的多个开口。

17.  根据权利要求16的半导体器件，其中所述第一介质材料包括对所述第二介质材料具有选择性地蚀刻的材料。

18.  根据权利要求16的半导体器件，其中所述第一介质材料包括有机介质材料，选自：聚亚芳基醚(SILK^TM)，聚对二甲苯(N)，聚对二甲苯(F)，聚四氟乙烯，多孔聚亚芳基醚(SILK^TM)，多孔聚对二甲苯(N)，多孔聚对二甲苯(F)和多孔聚四氟乙烯，并且其中所述第二介质材料包括无机介质材料，选自OSG，SiO₂，FSG，MSQ，多孔OSG，多孔SiO₂，多孔FSG和多孔MSQ。

19.  根据权利要求18的半导体器件，其中从所述双镶嵌部件的布线沟槽部分而不从过孔沟槽部分除去所述第一介质材料。

20.  根据权利要求16的半导体器件，还包括：
在介质材料的交替层的表面上的保形衬里以密封交替层，其中所述保形衬里包括选自SiCOH，SiO₂，SiN，SiC和SiCN的材料。

21.  根据权利要求16的半导体器件，还包括：
在所述第一部件中的导体材料。

22.  根据权利要求16的半导体器件，还包括：
第二金属布线级，具有第一介质材料和第二介质材料的交替层，在所述金属布线级上形成，在所述第二金属布线级的所述第一介质材料中具有开口；
第二部件，在所述第二金属布线级的第一和第二介质材料的所述交替层中形成；以及
多个开口，在所述第二金属布线级的所述第一介质材料中。

23.  一种半导体器件，包括：
多个交替的第一和第二绝缘层，其中所述第一和第二绝缘层具有不同的蚀刻速率；
第一部件，在所述第一和第二绝缘层中形成；
多个开口，在多个第一绝缘层中，在选择蚀刻期间形成。

24.  根据权利要求23的半导体器件，其中所述第一绝缘层包括对所述第二绝缘层具有选择性地蚀刻的材料。

25.  根据权利要求23的半导体器件，其中所述第一绝缘层包括有机介质材料并且所述第二绝缘层包括无机介质材料。

26.  根据权利要求23的半导体器件，其中所述第一绝缘层包括有机介质材料，选自：聚亚芳基醚(SILK^TM)，聚对二甲苯(N)，聚对二甲苯(F)，聚四氟乙烯，多孔聚亚芳基醚(SILK^TM)，多孔聚对二甲苯(N)，多孔聚对二甲苯(F)和多孔聚四氟乙烯，并且其中所述第二绝缘层包括无机介质材料，选自OSG，SiO₂，FSG，MSQ，多孔OSG，多孔SiO₂，多孔FSG和多孔MSQ。

27.  根据权利要求23的半导体器件，其中所述第一部件包括单镶嵌部件或双镶嵌部件。

28.  根据权利要求27的半导体器件，其中所述开口在所述双镶嵌部件的布线沟槽部分中而不在过孔沟槽部分中。

29.  根据权利要求23的半导体器件，还包括：
在介质材料的交替层的表面上的保形衬里以密封交替层，其中所述保形衬里包括选自SiCOH，SiO₂，SiN，SiC和SiCN的材料。

30.  根据权利要求23的半导体器件，还包括：
在所述第一部件中的导体材料。

在半导体器件中的 间隙型导电互连结构
技术领域
本发明一般涉及半导体器件，更具体地说，涉及形成在布线级中具有气隙的半导体器件的方法，以及这样形成的结构。
背景技术
随着半导体器件的持续缩小，器件部件之间的距离连续减小。在金属布线层中，部件之间距离的减小引起了电容的增加。因此，工业上需要一种方法，用于形成在器件部件之间的距离减小时，能够保持低电容的半导体器件的方法，以克服上述和其它问题。
发明内容
本发明提供了一种形成在金属布线级中具有气隙的半导体器件的方法，以及这样形成的结构，其解决了上述问题。
本发明的第一方面提供了一种形成半导体器件的方法，包括如下步骤：沉积第一和第二介质材料的交替层，其中所述第一和第二介质材料可以不同的速率选择蚀刻；在所述介质材料的交替层中形成第一部件；以及选择蚀刻所述介质材料的交替层，以在具有所述第一介质材料的每层中除去所述第一介质材料的至少部分但非全部，并且留下所述第二介质材料基本上未蚀刻。
本发明的第二方面提供了一种形成半导体器件的方法，包括如下步骤：沉积第一和第二绝缘材料的交替层；形成镶嵌部件；以及在所述第一绝缘材料层中形成开口。
本发明的第三方面提供了一种半导体器件，包括：半导体器件，包括：金属布线级，具有第一介质材料和第二介质材料的交替层并且具有在第一和第二介质材料的交替层中形成的第一部件；以及在所述第一介质材料中的多个开口。
本发明的第四方面提供了一种半导体器件，包括：多个交替的第一和第二绝缘层，其中所述第一和第二绝缘层具有不同的蚀刻速率；第一部件，在所述第一和第二绝缘层中形成；多个开口，在多个第一绝缘层中，在选择蚀刻期间形成。
在随后对本发明的实施例的更具体地描述中本发明的前述和其它特征和优点将更加明显。
附图说明
参考后面的图对本发明的实施例进行详细描述，其中相似的标号标注相似的元件，其中：
图1根据本发明的实施例，示出了包括预金属介质层和在其上的第一绝缘层的器件截面图；
图2示出了图1的器件，在其上具有第二绝缘层；
图3示出了图2的器件，在其上具有第三绝缘层；
图4示出了图3的器件，在其上具有第四绝缘层；
图5示出了图4的器件，在其上具有形成第一金属布线级的多个绝缘层；
图6示出了图5的器件，在其中形成一对镶嵌部件；
图7示出了图6的器件，具有在选定的绝缘层中形成的多个气隙；
图8示出了图7的器件，在其上具有保形衬里；
图9示出了图8的器件，具有在其上沉积的导体层；
图10示出了抛光后图9的器件；
图11示出了图10的器件，具有在第一金属布线级上形成的绝缘层；
图12示出了图11的器件，具有形成第二金属布线级的多个绝缘层；
图13示出了图12的器件，具有在其中形成的第一镶嵌部件；
图14示出了图13的器件，具有在其中形成的第二镶嵌部件；
图15示出了图14的器件，具有在选定的绝缘层中形成的多个气隙；
图16示出了图15的器件，具有在其上沉积的导体层；以及
图17示出了抛光后图16的器件。
具体实施方式
虽然从细节上示出并描述本发明的特定实施例，但是应该明白，在附加权利要求的范围内可以进行各种变化和修正。本发明的范围不受组成部分的个数，其材料，其外形，其相对排列等等的限制。虽然附图意图示出本发明，但是附图没必要按比例画出。
图1示出了在其上形成有第一绝缘层12a的预金属介质层(PMD)10截面图。PMD10包括一种或更多介质材料，例如SiO₂基材料即SiO₂，PSG，BPSG，SiCOH(OSG)，SiLK^TM(Dow Chemical Corp.)，SiN，SiC，SiCN，C-H等。第一绝缘层12a包括介质材料，在此实例中，为有机介质材料，如聚亚芳基醚(SILK^TM)，聚对二甲苯(N或F)，聚四氟乙烯，或这些膜的其它多孔形式。有机介质材料的类型依赖于使用的沉积技术。例如，如果使用化学气相沉积(CVD)或等离子体增强化学气相沉积(PECVD)形成第一绝缘层12a，可以使用聚对二甲苯(N或F)，聚四氟乙烯，或这些膜的其它多孔形式。然而如果使用旋涂沉积形成第一绝缘层12a，可以使用SILK^TM。形成的第一绝缘层12a可以具有在5-10nm范围内的厚度。
随后在第一绝缘层12a上形成第二绝缘层14a，如图2中所示。第二绝缘层14a包括介质材料，在此实例中，为无机介质材料，如SiCOH(OSG)，SiO₂，氟化SiO₂(FSG)如甲基硅倍半氧烷(MSQ)，或这些材料的多孔形式。如第一绝缘层12a，可以使用CVD，PECVD，旋涂沉积或其它类似的沉积技术形成第二绝缘层14a。形成的第二绝缘层14a可以具有在5-10nm范围内的厚度。
如图3中示出，在第二绝缘层14a上形成第三绝缘层12b。第三绝缘层12b包括类似于第一绝缘层12a的有机介质材料。使用与第一绝缘层12a类似的技术形成第三绝缘层12b，并且具有与第一绝缘层12a类似的厚度。
如图4中所示，在第三绝缘层12b上形成第四绝缘层14b。第四绝缘层14b包括类似于第二绝缘层14a的有机介质材料。使用与第二绝缘层14a类似的技术形成第四绝缘层14b，并且具有与第二绝缘层14a类似的厚度。
可以以这样的方式在衬底10上形成有机和无机介质材料的交替层，如图5中所示，直到第一金属布线级20期望的厚度。在本实例中，层12c-12f包括类似于第一和第三绝缘层12a，12b的有机介质材料。同样，层14c-14f包括类似于第二和第四绝缘层14a，14b的无机介质材料。在本发明中示出的层的数目仅用于说明目的，并且没有意图以任何方式限制，只要至少存在一个有机层和一个无机层。同样，应该注意到在本实例中首先沉积有机介质材料仅用于说明目的。无机或有机介质材料都可以首先沉积。
同样应该注意，可以在原位沉积有机和无机绝缘材料的交替层。例如，可以使用单PECVD室沉积无机和有机两种层而不离开室。同样，可以使用旋转施加轨道，其中可以在相同的室内沉积和固化交替层。使用任一技术，可以可选地沉积具有两倍期望厚度的第一绝缘层12a。其后，将第一绝缘层12a暴露于等离子体或热处理，其中第一绝缘层12a的上面部分转化为第二绝缘层14a中需要的材料。这些方法可以帮助降低有机和无机绝缘层之间厚度的不均衡，并且可以增加有机和无机绝缘层之间的粘附性。
如图6所示，在达到第一布线级20的期望厚度后，在第一布线级20中形成第一部件22和在此实例中的第二部件24。第一和第二部件22，24是布线沟槽，用于可以使用常规的构图和蚀刻技术形成的布线。
在第一和第二部件22，24形成后，进行选择蚀刻以在第一布线级20中除去至少部分有机介质材料，此实例中，在层12a-12f(图7)中。在本实例中，在有机介质材料包括p-SILK^TM和无机介质材料包括p-OSG的情况下，可以使用N₂等离子体，H₂等离子体或其它类似的等离子体蚀刻以选择除去有机介质材料。可以在约3-200mT的压力范围内在典型的平行板或高密度等离子体功率和电流条件下进行N₂或H₂蚀刻。可选地，可以使用如100∶1 DHF的湿蚀刻剂蚀刻无机介质材料(p-OSG)部分，在层14a-14f中留下SiLK^TM材料。
如图7所示，在选择蚀刻层12a-12f中的有机介质材料后形成开口或气隙26。在层12a-12f的有机介质材料中而不是在层14a-14f的无机介质材料中，形成气隙26，因为层12a-12f的有机介质材料的蚀刻速率比层14a-14f的无机介质材料的蚀刻速率快。在第一布线级20中的气隙26减小了整个器件的电容。通过校准选择蚀刻以除去有机介质材料的一部分但非全部来确定气隙26的尺寸。在选择蚀刻后，应该保留至少一些有机介质材料以防止器件的机械故障如无机介质层14a-14f的倒塌。
下面示出的表1粗略比较了使用不同的无机和有机材料，具有和没有气隙26的器件的电容值。更具体地说，该数据是模拟具有第一布线级20的宽度约100nm并且布线间隔约100nm，其中在布线间隔中的100nm的有机介质的约33nm被除去的样品得到的。此结果在Keff(器件的有效介电常数)中有约20％的减小，这可以转化为器件的电容约20％的减小，因为Keff与器件的电容成比例。
        表1：具有气隙的Keff和没有气隙的Keff的比较