用于減小垂直裂紋傳播的結(jié)構(gòu)與方法
【專利摘要】本申請(qǐng)涉及用于減小垂直裂紋傳播的結(jié)構(gòu)與方法。一種設(shè)備包括絕緣體和在絕緣體上的各層。這些層中每一層都包括第一金屬導(dǎo)體和位于所述第一金屬導(dǎo)體附近的第二金屬導(dǎo)體。第一金屬導(dǎo)體包括第一垂直堆疊結(jié)構(gòu)，以及第二金屬導(dǎo)體包括第二垂直堆疊結(jié)構(gòu)。至少一個(gè)空氣間隙位于第一垂直堆疊的結(jié)構(gòu)和第二垂直堆疊的結(jié)構(gòu)之間。所述間隙可包括金屬填充物。
【專利說(shuō)明】用于減小垂直裂紋傳播的結(jié)構(gòu)與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文的實(shí)施例涉及減小半導(dǎo)體設(shè)備中的垂直電介質(zhì)膜裂紋傳播的結(jié)構(gòu)與方法，并且更具體地說(shuō)，涉及使用位于導(dǎo)電金屬線堆疊之間的一個(gè)空氣間隙、一系列空氣間隙和/或金屬虛擬(du_y)填充形狀的內(nèi)部裂紋停止設(shè)計(jì)，以防止相鄰金屬線堆疊之間電介質(zhì)膜中的裂紋傳播。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]根據(jù)一種實(shí)施例，一種半導(dǎo)體設(shè)備，包括:絕緣體和位于該絕緣體上的垂直堆疊層。每個(gè)垂直堆疊層包括第一電介質(zhì)絕緣體部分、嵌在第一電介質(zhì)絕緣體部分中的第一金屬導(dǎo)體、覆蓋第一金屬導(dǎo)體的第一氮化物罩、第二電介質(zhì)絕緣體部分、嵌在第二電介質(zhì)絕緣體部分中的第二金屬導(dǎo)體以及覆蓋第二金屬導(dǎo)體的第二氮化物罩。層中第一垂直堆疊導(dǎo)體部分與層中第二垂直堆疊導(dǎo)體部分接近或相鄰。堆疊間材料位于第一垂直堆疊導(dǎo)體層和第二垂直堆疊導(dǎo)體層之間，以及該堆疊間材料包括至少一個(gè)空氣間隙。
[0003]根據(jù)另一種實(shí)施例，一種半導(dǎo)體設(shè)備，包括:絕緣體和該絕緣體上的層。每一層都包括第一金屬導(dǎo)體和接近該第一金屬導(dǎo)體的第二金屬導(dǎo)體。第一金屬導(dǎo)體包括第一垂直堆疊結(jié)構(gòu)，以及第二金屬導(dǎo)體包括第二垂直堆疊結(jié)構(gòu)。至少一個(gè)空氣間隙位于第一垂直堆疊結(jié)構(gòu)和第二垂直堆疊結(jié)構(gòu)之間。
[0004]根據(jù)另一種實(shí)施例中，一種制造半導(dǎo)體設(shè)備的方法，包括:形成絕緣體，以及有可能同時(shí)形成彼此接近(臨近)的多個(gè)第一垂直堆疊金屬層和多個(gè)第二垂直堆疊金屬層。堆疊間材料也在第一垂直堆疊金屬層和第二垂直堆疊金屬層之間形成。該堆疊間材料形成為包括至少一個(gè)空氣間隙。
[0005]根據(jù)另一種實(shí)施例，一種制造半導(dǎo)體設(shè)備的方法，包括:形成絕緣體、在絕緣體上形成層。每一層包括電介質(zhì)絕緣體部分、第一金屬導(dǎo)體、與第一金屬導(dǎo)體接近的第二金屬導(dǎo)體、以及氮化物罩。第一垂直堆疊金屬結(jié)構(gòu)是通過(guò)把每一層的每個(gè)第一金屬導(dǎo)體彼此垂直對(duì)準(zhǔn)來(lái)提供的，以及第二垂直堆疊金屬結(jié)構(gòu)是通過(guò)把每一層的每個(gè)第二金屬導(dǎo)體彼此垂直對(duì)準(zhǔn)來(lái)提供的。在第一垂直堆疊金屬結(jié)構(gòu)和第二垂直堆疊金屬結(jié)構(gòu)之間蝕刻至少一個(gè)空氣間隙。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0006]參考附圖根據(jù)以下具體描述，本文的實(shí)施例將得到更好的理解，其中附圖不一定是按比例繪制的并且其中:
[0007]圖1A是半導(dǎo)體設(shè)備的示意圖；
[0008]圖1B是半導(dǎo)體設(shè)備的示意圖；
[0009]圖1C是半導(dǎo)體設(shè)備的示意圖；
[0010]圖2是半導(dǎo)體設(shè)備的示意圖；
[0011]圖3是根據(jù)一種實(shí)施例的半導(dǎo)體設(shè)備的示意圖；[0012]圖4是根據(jù)另一種實(shí)施例的半導(dǎo)體設(shè)備的示意圖；
[0013]圖5是根據(jù)另一種實(shí)施例的半導(dǎo)體設(shè)備的示意圖；
[0014]圖6是根據(jù)另一種實(shí)施例的半導(dǎo)體設(shè)備的示意圖；
[0015]圖7是根據(jù)另一種實(shí)施例的半導(dǎo)體設(shè)備的示意圖；
[0016]圖8是根據(jù)一種實(shí)施例的制造方法的邏輯流程圖；
[0017]圖9是根據(jù)另一種實(shí)施例的方法的另一個(gè)邏輯流程圖；以及
[0018]圖10是根據(jù)另一種實(shí)施例的半導(dǎo)體設(shè)備的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]電介質(zhì)膜破裂給高級(jí)半導(dǎo)體制造技術(shù)造成了顯著的可靠性風(fēng)險(xiǎn)。膜的破裂導(dǎo)致芯片可靠性故障，諸如金屬線隆起和腐蝕。例如，當(dāng)非常粗的金屬線堆疊在彼此頂部時(shí)，已經(jīng)觀察到了電介質(zhì)膜破裂，以及垂直裂紋的傳播導(dǎo)致熱循環(huán)應(yīng)力期間下層金屬布線隆起。當(dāng)布線內(nèi)的間距窄時(shí)，由于與材料中不同熱膨脹系數(shù)相關(guān)的巨大應(yīng)力量，這個(gè)問(wèn)題特別嚴(yán)重。目前已知的解決方案是增加電線之間的間距，這減小了應(yīng)力。但不幸的是，寬金屬間距會(huì)導(dǎo)致顯著大的芯片尺寸，這對(duì)客戶來(lái)說(shuō)是不可接受的。
[0020]參考圖1A-1C，示出了用于構(gòu)造金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)的包含基本金屬的層。圖1A說(shuō)明了具有直接沉積在襯底100上的層El的硅襯底100，其中層El包括一層電介質(zhì)102。圖1B說(shuō)明了已經(jīng)有可能通過(guò)化學(xué)蝕刻電介質(zhì)層102的上表面以形成兩個(gè)溝槽、然后用金屬導(dǎo)體(104A/B)填充溝槽而同時(shí)沉積到電介質(zhì)102的上表面中的兩個(gè)金屬導(dǎo)體104A和104B。金屬導(dǎo)體可以是Cu或者任何其它適于金屬堆疊鑲嵌構(gòu)建的導(dǎo)電金屬或金屬合金。此外，金屬導(dǎo)體104A和104B可以機(jī)械或化學(xué)拋光到電介質(zhì)102上表面的水平。圖1C說(shuō)明了金屬層El的最后處理，其中氮化物罩106在金屬導(dǎo)體104A/B以及電介質(zhì)102的上表面之上密封。
[0021]參考圖2，示出了典型的半導(dǎo)體設(shè)備200，具有金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)部分202和上部半導(dǎo)體層204，層204包括金屬“VV”層206、電介質(zhì)層206b、金屬鍵合“LD”層208 (其中層206和208可以由鋁形成)、電介質(zhì)210和保護(hù)性多胺罩212。
[0022]金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)部分202包括以垂直相繼模式堆疊的多個(gè)與圖1C的El相似的金屬層，如通過(guò)層E2、En (表示層E3至EZ-1的任何數(shù)字)至EZ所說(shuō)明的，鑲嵌金屬層最上面也是最后一層與上部半導(dǎo)體設(shè)備204相鄰。因而，圖2左側(cè)的所有金屬導(dǎo)體，即104A、104A’至104A”，全都是在相對(duì)垂直堆疊的形成中構(gòu)造的，使得一個(gè)金屬導(dǎo)體在其下和/或其上的任何金屬導(dǎo)體的垂直剖面A中定向。同樣，圖2右側(cè)的所有金屬導(dǎo)體，即1048、1048’至1048”，全都是在相對(duì)垂直堆疊的形成中構(gòu)造的，使得一個(gè)金屬導(dǎo)體在其下和/或其上的任何金屬導(dǎo)體的垂直剖面B中定向。此外，寬度W分開(kāi)金屬導(dǎo)體堆疊。寬度W可以主要用每一層的電介質(zhì)材料(102、102'102”)和每個(gè)對(duì)應(yīng)層的氮化物罩薄層(106、106'106”)填充。就是金屬導(dǎo)體堆疊A和B之間的這個(gè)區(qū)域W可以積聚由于金屬導(dǎo)體對(duì)電介質(zhì)層中不同熱膨脹系數(shù)所造成的巨大應(yīng)力量。
[0023]參考圖3，半導(dǎo)體設(shè)備300說(shuō)明了在金屬導(dǎo)體堆疊A和B之間區(qū)域W中形成空氣間隙302的一種實(shí)施例。在這種實(shí)施例中，在形成上部半導(dǎo)體層204之前，上部金屬線層EZ最上面的部分被遮蔽以及通過(guò)下至最下面的金屬線層El除去材料形成空氣間隙302(利用任何材料去除工藝，諸如像蝕刻、化學(xué)去除工藝等)?？諝忾g隙302的寬度形成為使得每個(gè)對(duì)應(yīng)的相鄰金屬線堆疊的邊緣與空氣間隙的內(nèi)邊緣之間的距離(表示為D)小于某個(gè)測(cè)量值，諸如 50 μ m、25 μ m、10 μ m 等。
[0024]參考圖4，圖3所示實(shí)施例的一種備選實(shí)施例，空氣間隙302a可以通過(guò)非保形電介質(zhì)，諸如通過(guò)沉積等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(PECVD)沉積的SiO2，而“被夾斷”。為了增強(qiáng)在空氣間隙頂部的夾斷，可能期望使用一系列窄空氣間隙302a(寬度=0.1至5μπι)，如圖4中所示，而不是如圖3中所示的一個(gè)寬空氣間隙302。
[0025]圖10是圖4的一種備選實(shí)施例，其中圖10左側(cè)的所有備選金屬導(dǎo)體，S卩105Α、105Α’至105Α”，全都是在相對(duì)垂直堆疊的形成中構(gòu)造的，使得一個(gè)金屬導(dǎo)體在其下和/或其上的任何金屬導(dǎo)體的垂直剖面A中定向。同樣，圖10右側(cè)的所有備選金屬導(dǎo)體，即105Β、105Β’至105Β”，全都是在相對(duì)垂直堆疊的形成中構(gòu)造的，使得一個(gè)金屬導(dǎo)體在其下和/或其上的任何金屬導(dǎo)體的垂直剖面B中定向。這種實(shí)施例的不同之處在于金屬導(dǎo)體彼此接觸，或者說(shuō)通過(guò)每個(gè)對(duì)應(yīng)層的氮化物罩薄層(106、106’、106”)彼此電連接。此外，金屬導(dǎo)體105Α、105Α’至105Α”及同樣還有105Β、105Β’至105Β”可以具有大于I μ m的垂直厚度。
[0026]參考圖5，半導(dǎo)體設(shè)備400說(shuō)明了在金屬導(dǎo)體堆疊A和B之間的區(qū)域W中具有多個(gè)空氣間隙的一種備選實(shí)施例。在這種實(shí)施例中，在金屬線層El的形成結(jié)束時(shí),層El的上表面被遮蔽并且空氣間隙402形成，以基本上透入層El (利用任何材料去除工藝)。隨后，附加的層(E2、En、EZ)添加到層El的頂部，并且層EZ的上表面被遮蔽，以類(lèi)似地形成基本上穿透那一層的第二空氣間隙404。雖然只示出了兩個(gè)空氣間隙，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，可以形成任何數(shù)量的空氣間隙。上部半導(dǎo)體層204是在空氣間隙402/404的組合之上制造的。
[0027]參考圖6,圖5的一種備選實(shí)施例，罩層106”中的一系列窄開(kāi)口 404b便于空氣間隙的“夾斷”。在這種情況下，窄開(kāi)口 404b利用光刻和反應(yīng)性離子蝕刻形成。然后，各向同性蝕刻(諸如稀釋HF濕蝕刻)用于在電介質(zhì)層中形成大的空氣間隙404。小的開(kāi)口 404b可以容易地被后續(xù)沉積的非保形電介質(zhì)206b夾斷。
[0028]作為替代，從E2到EZ的任何其它層可以在形成之后被蝕刻，取決于半導(dǎo)體設(shè)備的設(shè)計(jì)需求，以類(lèi)似的方式形成可以只穿透新形成的層或者穿透其下面任何數(shù)量的層的任何其它空氣間隙，以減小區(qū)域W中的應(yīng)力量。
[0029]參考圖7，半導(dǎo)體設(shè)備500說(shuō)明了在一層中(在這個(gè)例子中是層El)形成金屬填充物502的一種附加的備選實(shí)施例。金屬填充物502可以與金屬線104A和104B同時(shí)制造，并且相對(duì)于相鄰金屬線堆疊的側(cè)邊緣(在A和B)具有與空氣間隙寬度相類(lèi)似的尺寸屬性小于10 μ m,如由D表不的。金屬填充物502將以類(lèi)似于空氣間隙的方式釋放金屬堆疊A和B之間寬度為W的區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力，因?yàn)榻饘偬畛湮?02具有與金屬導(dǎo)體104A和104B相同的熱膨脹系數(shù)。
[0030]此外，空氣間隙504可以在金屬填充物502之上被蝕刻通過(guò)基本上所有無(wú)金屬填充物的層(即，E2、En和EZ)，或者空氣間隙可以貫穿如圖4中所示并且在上面討論的金屬線堆疊層在單層或多層中形成。最后，上部半導(dǎo)體層204在金屬填充物502/空氣間隙504的組合之上制造。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的，任何數(shù)量的這種金屬填充物結(jié)構(gòu)和這種空氣間隙都可以在結(jié)構(gòu)之上一層一層地形成(潛在地是交替空氣間隙和金屬填充物)。
[0031]參考圖8，在邏輯流程圖中示出了根據(jù)一種實(shí)施例的制造半導(dǎo)體設(shè)備的方法，該流程提供絕緣體600以及提供第一多個(gè)垂直堆疊金屬層602和接近所述第一多個(gè)垂直堆疊金屬層的第二多個(gè)垂直堆疊金屬層604。步驟602和604可以同時(shí)執(zhí)行。然后，在所述第一多個(gè)垂直堆疊金屬層和所述第二多個(gè)垂直堆疊金屬層之間蝕刻至少一個(gè)空氣間隙606。
[0032]空氣間隙和金屬填充物定位成在第一多個(gè)垂直堆疊金屬層的第一側(cè)邊緣和第二多個(gè)垂直堆疊金屬層的第二側(cè)邊緣之間小于某個(gè)測(cè)量值，諸如50 μ m、25 μ m、10 μ m等。如上所示，可以在第一垂直堆疊金屬層和第二垂直堆疊金屬層之間蝕刻至少一個(gè)第二空氣間隙。同樣，第一空氣間隙和第二空氣間隙之間的部分包括電介質(zhì)絕緣材料。至少一個(gè)金屬填充物可以沉積在第一垂直堆疊金屬層和第二垂直堆疊金屬層之間。同樣，金屬堆疊之間的電介質(zhì)絕緣材料部分可以包括至少一個(gè)金屬填充物和至少一個(gè)空氣間隙。
[0033]此外，第一垂直堆疊金屬層中每一層可以通過(guò)形成第一電介質(zhì)絕緣體、把第一金屬導(dǎo)體嵌入第一電介質(zhì)絕緣體中并且用第一氮化物罩覆蓋第一金屬導(dǎo)體來(lái)制造。通過(guò)同時(shí)形成第二電介質(zhì)絕緣體、把第二金屬導(dǎo)體嵌入第二電介質(zhì)絕緣體中并且用第二氮化物罩覆蓋第二金屬導(dǎo)體，這個(gè)過(guò)程可以同時(shí)形成第二多個(gè)垂直堆疊金屬層中的每一層。
[0034]參考圖9，在形成絕緣體的邏輯流程圖700中示出了根據(jù)一種實(shí)施例的制造半導(dǎo)體設(shè)備的方法。在絕緣體上形成多個(gè)層。所述多個(gè)層中的每一層都包括電介質(zhì)絕緣體、第一金屬導(dǎo)體和接近第一金屬導(dǎo)體的第二金屬導(dǎo)體、以及氮化物罩702。通過(guò)重復(fù)步驟702多次以把多個(gè)層中每一層的每個(gè)第一金屬導(dǎo)體彼此垂直對(duì)準(zhǔn)來(lái)形成第一垂直堆疊金屬結(jié)構(gòu)，并且把多個(gè)層中每一層的每個(gè)第二金屬導(dǎo)體彼此垂直對(duì)準(zhǔn)(以形成第二垂直堆疊金屬結(jié)構(gòu))704。在第一垂直堆疊金屬結(jié)構(gòu)與第二垂直堆疊金屬結(jié)構(gòu)之間形成至少一個(gè)空氣間隙706。
[0035]空氣間隙定位成在第一垂直堆疊金屬結(jié)構(gòu)的第一側(cè)邊緣和第二垂直堆疊金屬結(jié)構(gòu)的第二側(cè)邊緣之間小于某個(gè)測(cè)量值，諸如50 μ m、25 μ m、10 μ m等?？梢栽诘谝淮怪倍询B金屬結(jié)構(gòu)和第二垂直堆疊金屬結(jié)構(gòu)之間蝕刻附加的空氣間隙。第一空氣間隙和第二空氣間隙之間的部分包括電介質(zhì)絕緣材料。至少一個(gè)金屬填充物也可以沉積成位于第一垂直堆疊金屬結(jié)構(gòu)和第二垂直堆疊金屬結(jié)構(gòu)之間。至少一個(gè)金屬填充物和至少一個(gè)空氣間隙之間的部分包括電介質(zhì)絕緣材料。
[0036]該方法還可以在電介質(zhì)絕緣體中嵌入第一屬導(dǎo)體和第二金屬導(dǎo)體中，以及用第一氮化物罩覆蓋第一金屬導(dǎo)體和第二金屬導(dǎo)體。
[0037]上述方法用于制造集成電路芯片。結(jié)果產(chǎn)生的集成電路芯片可以由制造者以原始晶片形式(即，作為具有多個(gè)未封裝芯片的單個(gè)晶片)、作為裸管芯或者以封裝形式分發(fā)。在后一種情況下，芯片安裝在單芯片封裝中(諸如塑料載體，具有附連到母板或其它更高級(jí)載體的導(dǎo)線)或者多芯片封裝中(諸如具有任何一個(gè)或者兩個(gè)表面互連或掩埋互連的陶瓷載體)。在任何一種情況下，芯片隨后都與其它芯片、分立的電路元件和/或其它信號(hào)處理設(shè)備集成，作為(a)中間產(chǎn)品，諸如母板，或者(b)最終產(chǎn)品的一部分。最終產(chǎn)品可以是包括集成電路芯片的任何產(chǎn)品，從玩具和其它低端應(yīng)用到具有顯示器、鍵盤(pán)或其它輸入設(shè)備和中央處理器的高級(jí)計(jì)算機(jī)產(chǎn)品。
[0038]對(duì)于本文的目的，“絕緣體”是一個(gè)相對(duì)術(shù)語(yǔ)，指允許比“導(dǎo)體”基本上少(〈95%)的電流流動(dòng)的材料或結(jié)構(gòu)。本文提到的電介質(zhì)(絕緣體)可以例如從干氧環(huán)境或蒸汽生長(zhǎng)，然后構(gòu)圖。作為替代，本文的電介質(zhì)可以從許多種候選的高介電常數(shù)(高-k)材料形成，包括但不限于氮化硅、氮氧化硅、SiO2和Si3N4的柵極電介質(zhì)堆疊、以及像氧化鉭的金屬氧化物。本文電介質(zhì)的厚度可以隨所需的設(shè)備性能而變。本文所提到的導(dǎo)體可以由任何導(dǎo)電材料形成，諸如通過(guò)合適摻雜劑存在而變得導(dǎo)通的多晶娃(polysilicon)、非晶娃、非晶娃與多晶硅的組合及多晶硅-鍺。作為替代，本文的導(dǎo)體可以是一種或多種金屬，諸如鎢、鉿、鉭、鑰、鈦或鎳，或者金屬硅化物、此類(lèi)金屬的任何合金，并且可以利用物理汽相沉積、化學(xué)汽相沉積或者本領(lǐng)域中已知的任何其它技術(shù)來(lái)沉積。
[0039]本文在構(gòu)圖任何材料時(shí)，要構(gòu)圖的材料可以任何已知的方式生長(zhǎng)或沉積并且構(gòu)圖層(諸如有機(jī)光致抗蝕劑)可以在該材料上形成。構(gòu)圖層(抗蝕劑)可以暴露給曝光圖案中所提供的某種形式的光輻射(例如，構(gòu)圖曝光、激光曝光等)，然后抗蝕劑利用化學(xué)試劑來(lái)顯影。這個(gè)過(guò)程改變了抗蝕劑暴露給光的部分的特性。然后，抗蝕劑的一部分可以被沖洗掉，留下抗蝕劑的另一部分保護(hù)要被構(gòu)圖的材料。然后執(zhí)行材料去除過(guò)程(例如，等離子蝕刻等)，以除去材料要被構(gòu)圖的未受保護(hù)部分。抗蝕劑隨后被除去，以留下根據(jù)曝光圖案構(gòu)圖的底層材料。
[0040]雖然在附圖中只說(shuō)明了一個(gè)或有限數(shù)量的晶體管，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，許多不同類(lèi)型的晶體管可以利用本文的實(shí)施例同時(shí)形成，而且附圖是要顯示多種不同類(lèi)型晶體管的同時(shí)形成；但是，為了清晰并允許讀者更容易認(rèn)識(shí)到所說(shuō)明的不同特征，附圖簡(jiǎn)化成了只顯示有限數(shù)量的晶體管。這不是要限定本文的實(shí)施例，因?yàn)椋绫绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的，實(shí)施例適用于包括許多附圖中所示每種類(lèi)型晶體管的結(jié)構(gòu)。
[0041]此外，當(dāng)其在附圖中定向和說(shuō)明時(shí)，本文所使用的諸如“右”、“左”、“垂直”、“水平”、“頂部”、“底部”、“上部”、“下部”、“在...之下”、“在...下面”、“在...之上”、“在...上面”、“平行”、“垂直”等術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)理解為是相對(duì)位置(除非另外指出)。諸如“接觸”、“...上面”、“直接接觸”、“鄰接”、“直接相鄰”等術(shù)語(yǔ)意味著至少一個(gè)元件物理地接觸另一個(gè)元件(沒(méi)有其它元件隔開(kāi)所述元件)。
[0042]本文所使用的術(shù)語(yǔ)僅僅是為了描述特定的實(shí)施例而不是要作為本發(fā)明的限制。如在此所使用的，除非上下文明確地另外指出，否則單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”和“這個(gè)”是要也包括復(fù)數(shù)形式。還應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“包括”和/或“包含”規(guī)定所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件的存在，但是并不排除一個(gè)或多個(gè)其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或其組的存在或添加。
[0043]以下權(quán)利要求中所有裝置或步驟加功能元素的對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)、材料、動(dòng)作及等價(jià)物都是要包括用于結(jié)合具體所述的其它所述元素執(zhí)行所述功能的任何結(jié)構(gòu)、材料或行為。已經(jīng)為了說(shuō)明和描述給出了本文實(shí)施例的描述，但這不是詳盡的或者要把本發(fā)明限定到所公開(kāi)的形式。在不背離本文實(shí)施例的范圍與主旨的情況下，許多修改和變化對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都將是顯而易見(jiàn)的。實(shí)施例的選擇和描述是為了最好地解釋本發(fā)明的原理和實(shí)踐應(yīng)用，并使本領(lǐng)域其他普通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明具有適于預(yù)期特定使用的各種修改的各種實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體設(shè)備，包括: 絕緣體；以及 所述絕緣體上的多個(gè)垂直堆疊層，所述垂直堆疊層中的每一層都包括: 至少一個(gè)第一電介質(zhì)絕緣體部分； 所述第一電介質(zhì)絕緣體部分中的至少一個(gè)第一導(dǎo)體； 覆蓋所述第一導(dǎo)體的至少一個(gè)第一氮化物罩； 至少一個(gè)第二電介質(zhì)絕緣體部分； 所述第一電介質(zhì)絕緣體部分中的至少一個(gè)第二導(dǎo)體；以及 覆蓋所述第二導(dǎo)體的第二氮化物罩， 所述垂直堆疊層中的所述第一導(dǎo)體形成第一垂直堆疊導(dǎo)體層， 所述垂直堆疊層中的所述第二導(dǎo)體形成第二垂直堆疊導(dǎo)體層， 所述第一垂直堆疊導(dǎo)體層接近所述第二垂直堆疊導(dǎo)體層， 所述垂直堆疊層中的每一層還包括位于所述第一垂直堆疊導(dǎo)體層和所述第二垂直堆疊導(dǎo)體層之間的堆疊 間材料，以及 所述堆疊間材料包括至少一個(gè)空氣間隙。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體設(shè)備，所述空氣間隙定位成在所述第一垂直堆疊層的第一側(cè)邊緣與所述第二垂直堆疊層的第二側(cè)邊緣之間小于10 μ m。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體設(shè)備，所述空氣間隙包括位于第二空氣間隙下面的第一空氣間隙，以及 所述堆疊間材料包括電介質(zhì)絕緣材料。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體設(shè)備，所述堆疊間材料還包括: 至少一個(gè)金屬填充物， 所述金屬填充物和所述空氣間隙之間的所述堆疊間材料的一部分包括電介質(zhì)絕緣材料。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體設(shè)備，所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體包括銅。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體設(shè)備，所述至少一個(gè)第一導(dǎo)體與所述第二導(dǎo)體電連接并直接接觸， 所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體中的所述至少一個(gè)導(dǎo)體具有大于I μ m的垂直厚度。
7.一種半導(dǎo)體設(shè)備，包括: 絕緣體； 所述絕緣體上的多個(gè)層，所述層中的每一層都包括第一導(dǎo)體和接近所述第一導(dǎo)體的第二導(dǎo)體； 所述層中的所述第一導(dǎo)體包括第一垂直堆疊結(jié)構(gòu)，以及所述層中的所述第二導(dǎo)體包括第二垂直堆疊結(jié)構(gòu)；以及 所述層中的至少一個(gè)空氣間隙位于所述第一垂直堆疊結(jié)構(gòu)和所述第二垂直堆疊結(jié)構(gòu)之間。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體設(shè)備，所述空氣間隙定位成在所述第一垂直堆疊結(jié)構(gòu)的第一側(cè)邊緣與所述第二垂直堆疊結(jié)構(gòu)的第二側(cè)邊緣之間小于10 μ m。
9.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體設(shè)備，所述空氣間隙包括位于第二空氣間隙下面的第一空氣間隙， 所述第一空氣間隙和所述第二空氣間隙之間的所述層的一部分包括電介質(zhì)絕緣材料。
10.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體設(shè)備，還包括: 位于所述第一垂直堆疊結(jié)構(gòu)和所述第二垂直堆疊結(jié)構(gòu)之間的至少一個(gè)金屬填充物， 所述金屬填充物和所述空氣間隙之間的一部分包括電介質(zhì)絕緣材料。
11.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體設(shè)備，所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體包括銅。
12.一種制造半導(dǎo)體設(shè)備的方法，所述方法包括: 形成絕緣體； 以下述過(guò)程在所述絕緣體上形成多個(gè)垂直堆疊絕緣體層，所述過(guò)程包括:把第一金屬導(dǎo)體和第二金屬導(dǎo)體嵌入所述堆疊絕緣體層中的每一層，以形成多個(gè)第一垂直堆疊金屬層和接近所述第一垂直堆疊金屬層的多個(gè)第二垂直堆疊金屬層；以及 在所述第一垂直堆疊金屬層和所述第二垂直堆疊金屬層之間的所述垂直堆疊絕緣體層的堆疊間材料中形成至少一個(gè)空氣間隙。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括: 把所述空氣間隙定位成在所述第一多個(gè)垂直堆疊金屬層的第一側(cè)邊緣與所述第二多個(gè)垂直堆疊金屬層的第二側(cè)邊緣之間小于10 μ m。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括: 在所述堆疊間材料中形成第二空氣間隙， 所述第一空氣間隙和所述第二空氣間隙之間的所述堆疊間材料的一部分包括電介質(zhì)絕緣材料。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括: 在所述堆疊間材料中形成至少一個(gè)金屬填充物， 位于所述金屬填充物和所述空氣間隙之間的所述堆疊間材料的一部分包括電介質(zhì)絕緣材料。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，所述形成所述第一多個(gè)垂直堆疊金屬層中的每一層還包括: 形成第一電介質(zhì)絕緣體部分； 把所述第一金屬導(dǎo)體中的一個(gè)嵌入到所述第一電介質(zhì)絕緣體部分中；以及 用第一氮化物罩覆蓋所述第一金屬導(dǎo)體； 所述形成所述第二多個(gè)垂直堆疊金屬層中的每一層還包括: 形成第二電介質(zhì)絕緣體部分； 把所述第二金屬導(dǎo)體中的一個(gè)嵌入到所述第二電介質(zhì)絕緣體部分中；以及 用第二氮化物罩覆蓋所述第二金屬導(dǎo)體。
17.—種制造半導(dǎo)體設(shè)備的方法，所述方法包括: 形成絕緣體； 在所述絕緣體上形成多個(gè)層，所述層中的每一層都包括電介質(zhì)絕緣體部分、第一金屬導(dǎo)體和接近所述第一金屬導(dǎo)體的第二金屬導(dǎo)體、以及氮化物罩； 通過(guò)在所述層相繼地在 所述絕緣體上形成時(shí)彼此垂直對(duì)準(zhǔn)所述層中的每一層的每個(gè)所述第一金屬導(dǎo)體來(lái)形成第一垂直堆疊金屬結(jié)構(gòu)，以及通過(guò)在所述層相繼地在所述絕緣體上形成時(shí)垂直對(duì)準(zhǔn)每個(gè)所述第二金屬導(dǎo)體來(lái)形成第二垂直堆疊金屬結(jié)構(gòu)；以及 蝕刻所述第一垂直堆疊金屬結(jié)構(gòu)與所述第二垂直堆疊金屬結(jié)構(gòu)之間的所述層中的至少一個(gè)空氣間隙。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括: 把所述空氣間隙定位成在所述第一垂直堆疊金屬結(jié)構(gòu)的第一側(cè)邊緣與所述第二垂直堆疊金屬結(jié)構(gòu)的第二側(cè)邊緣之間小于10 μ m。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括: 在所述第一垂直堆疊金屬結(jié)構(gòu)與所述第二垂直堆疊金屬結(jié)構(gòu)之間的所述層中蝕刻第二空氣間隙， 所述第一空氣間隙和所述第二空氣間隙之間的所述層的一部分包括電介質(zhì)絕緣材料。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括: 在所述第一垂直堆疊金屬結(jié)構(gòu)和所述第二垂直金屬堆疊結(jié)構(gòu)之間沉積至少一個(gè)金屬填充物， 所述金屬填充物和所述空氣間隙之間的所述層的一部分包括電介質(zhì)絕緣材料。
21.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括:在所述第一垂直堆疊金屬結(jié)構(gòu)和所述第二垂直堆疊金屬結(jié)構(gòu)之間的所述層中形成多個(gè)交替的空氣間隙和金屬填充物結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】H01L21/4763GK103843121SQ201280045981
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月22日
【發(fā)明者】E·C·庫(kù)尼, 杰弗里·P·甘比諾, 何忠祥, 劉小虎, 托馬斯·L·麥克德維特, G·L·米洛, 威廉·J·墨菲 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司