專利名稱：利用先橋后金屬噴鍍制造順序的堅(jiān)固超低k互連結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生產(chǎn)大規(guī)模集成電路(VLSI)和超大規(guī)模集成(ULSI)器件以及高性能封裝中的層內(nèi)和層間空橋(air bridge)結(jié)構(gòu)的工藝。
背景技術(shù)：
大規(guī)模集成電路(VLSI)或超大規(guī)模集成電路(ULSI)的制造需要將半導(dǎo)體芯片中單獨(dú)的器件相互連接起來的金屬配線。在如此之小的尺寸上產(chǎn)生這樣的配線網(wǎng)絡(luò)的一種方法是如圖1示意性示出的雙嵌刻(DD)方法。在標(biāo)準(zhǔn)的DD方法中，如兩個(gè)層110、120所示的層間電介質(zhì)(ILD)被涂在基底100上，見圖1a。為了清楚描述工藝流程，分別地示出通孔層(via level)電介質(zhì)110和導(dǎo)線層(line level)電介質(zhì)120。一般地，這兩層可以由相同或不同的絕緣膜制成，并且在前一種情況下可用作單個(gè)的單片層?？蛇x地，硬掩膜層130被用來促進(jìn)蝕刻選擇性，并如后所示被用作拋光停止(polish stop)。配線互連網(wǎng)絡(luò)包括兩種類型的部件在芯片上橫貫一段距離的導(dǎo)線部件，和將不同層中的導(dǎo)線連接起來的通孔部件。歷史上兩個(gè)層都是由無機(jī)玻璃制成，比如二氧化硅(SiO2)或通過等離子增強(qiáng)型化學(xué)汽相沉積(PECVD)方法沉積的氟化硅薄膜。
在雙嵌刻(dual damascene)工藝中，導(dǎo)線150和通孔170的位置是在圖1b和1d所示的光致抗蝕劑層140中用光刻法定義，并利用活性離子蝕刻工藝被轉(zhuǎn)移到硬掩膜和ILD層中。圖1中示出的工藝順序被稱為導(dǎo)線優(yōu)先(line-first)方案，因?yàn)閷⒁菁{導(dǎo)線部件的槽160被優(yōu)先蝕刻，見圖1c。在槽形成之后，使用光刻法在光致抗蝕劑層140中定義通孔圖案170，該圖案被轉(zhuǎn)移到電介質(zhì)材料中以產(chǎn)生通孔開口180，見圖1d。在光致抗蝕劑被剝?nèi)ズ螅p嵌刻槽和通孔結(jié)構(gòu)190就如圖1e所示。導(dǎo)電襯墊材料或材料堆疊(stack)200被涂在該結(jié)構(gòu)190上，其用于保護(hù)導(dǎo)體金屬導(dǎo)線和通孔，并用作導(dǎo)體和ILD之間的粘合層。然后在經(jīng)過光刻(patterned)的基底表面上用導(dǎo)電填充材料210填滿這個(gè)凹口。該填充最通常地用銅的電鍍實(shí)現(xiàn)，不過也可以使用其他方法，比如化學(xué)汽相沉積(CVD)，和其它材料，比如鋁或金。然后該填充和襯墊材料被化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)以與硬掩膜的表面共面，該步驟的結(jié)構(gòu)如圖1f所示。覆蓋(capping)材料220被沉積在金屬上或作為覆蓋薄膜，如圖1g所示，以鈍化暴露的金屬表面，并作為在金屬和任何沉積其上的附加ILD層之間的擴(kuò)散屏障。通過PECVD沉積的氮化硅、碳化硅和碳氮化硅薄膜通常被用作覆蓋材料220。對器件上互連的每一層重復(fù)該工藝順序。由于定義兩種互連部件以通過單個(gè)拋光步驟形成絕緣體內(nèi)部的嵌入導(dǎo)體，該工藝被稱為雙嵌刻工藝。與任何電路一樣，半導(dǎo)體芯片容易具有由導(dǎo)線電阻R和互連電容C的乘積決定的信號傳播延遲。為了改善半導(dǎo)體芯片的性能，制造商已通過用銅替代鋁導(dǎo)線來減少制造中使用的金屬的電阻。通過采用較低電介質(zhì)常數(shù)(k)材料，制造商也已經(jīng)開始減少電路中的電容C。用于描述電介質(zhì)膜的常用術(shù)語是將它們分類為標(biāo)準(zhǔn)k(4.5＜k＜10)，低k(k＜3.0)，超低k(2.0＜k＜2.5)和極低k(1.5＜k＜2.0)。超低k和極低k電介質(zhì)在其結(jié)構(gòu)中通常會(huì)具有多孔性，其中帶有有意設(shè)計(jì)的空隙。由于最低可能的電介質(zhì)常數(shù)是由空氣或真空定義(kvac＝1)，很多人已開發(fā)出在電介質(zhì)中產(chǎn)生空隙的方法。當(dāng)空隙體積擴(kuò)展并占據(jù)導(dǎo)線之間間隙的基本鄰接區(qū)域時(shí)，就會(huì)獲得互連結(jié)構(gòu)，其中作為ILD材料的空氣或真空微小地(nominally)隔離了導(dǎo)線。在下面的說明中，術(shù)語空橋用來說明這樣的互連結(jié)構(gòu)，以將它區(qū)別于其它結(jié)構(gòu)，在其它結(jié)構(gòu)中ILD具有多孔性，其中帶有微小鄰接的實(shí)心電介質(zhì)內(nèi)部散布的空隙體積。
圖2中示出了空橋構(gòu)造的一種現(xiàn)有技術(shù)。在該工藝中，在金屬沉積步驟之后構(gòu)造低k結(jié)構(gòu)以形成互連，與DD工藝的例子一樣。為參照起見，這些類型的工藝在本申請中被稱為與使用的工藝順序一致的先金屬后空橋(MAB)方法。遵循該方法的多數(shù)工藝從標(biāo)準(zhǔn)DD制造順序開始。因此圖2a，2b，2c和2d重復(fù)了圖1a，1b，1c，1d，1e和1f的方法流程，不過是以簡化的方式。因此，比如圖2d所示的結(jié)構(gòu)與圖1f所示的DD結(jié)構(gòu)相同。在這樣完成了標(biāo)準(zhǔn)DD結(jié)構(gòu)后，在互連導(dǎo)線部件之間的所有或選定子集的間隙中用光刻法定義開口，并將開口蝕刻到覆蓋層220和硬掩膜層130的頂部表面中。這些開口平行于導(dǎo)線邊緣，然后被用來清除下面的ILD以產(chǎn)生如圖2e所示穿越導(dǎo)線長度的金屬間導(dǎo)線空穴230。然后進(jìn)行電介質(zhì)膜240，比如二氧化硅的化學(xué)汽相沉積(CVD)或等離子增強(qiáng)型CVD(PECVD)以在空穴的內(nèi)部形成共形涂層，并同時(shí)在空穴入口附近產(chǎn)生夾點(diǎn)(pinch point)，從而產(chǎn)生如圖2f所示的空橋結(jié)構(gòu)250。然后在如圖2g所示的空橋?qū)由戏揭韵嗤姆绞街圃旄郊訉印?br> 這些MAB方法需要對用于沉積收聚(pinch off)電介質(zhì)240的CVD或PECVD工藝有廣泛的知識和操作，對于帶有可變導(dǎo)線間距的互連會(huì)有相當(dāng)大的難度。比如，更寬的導(dǎo)線間間隙會(huì)比更窄的導(dǎo)線間間隙需要厚得多的薄膜沉積用于收聚。此外，隨著未來技術(shù)換代中導(dǎo)線寬度和間隔的減少，共形側(cè)壁涂層所占據(jù)的導(dǎo)線間間隙的部分會(huì)變大，因而增大導(dǎo)線間電容。由于沉積是在構(gòu)造了初始結(jié)構(gòu)之后進(jìn)行的，視間隙的縱橫比而定，側(cè)壁的一些部分可能未被覆蓋，這會(huì)導(dǎo)致暴露的金屬導(dǎo)線或金屬通孔的可靠性問題。此外，多數(shù)MAB工藝需要逐層形成空橋。因此，當(dāng)完成了建造上面的互連層的后續(xù)工藝時(shí)，可能會(huì)破壞空橋空穴的完整性。比如參照圖2g，如果上層290的通孔部分310未良好地與第一層的下部金屬導(dǎo)線210對準(zhǔn)，通孔蝕刻會(huì)經(jīng)過橋通到下面的空氣間隙。在這種情況下，當(dāng)進(jìn)行上層的金屬噴鍍時(shí)，下面的空氣間隙會(huì)被填滿金屬，從而造成導(dǎo)線之間的電短路。
因此，顯然需要一種避免MAB方法的上述具體局限性的替代方法，以制造出可靠的多層空橋結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及多種極低k的互連結(jié)構(gòu)，該互連結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)體，該導(dǎo)體被裝入到電介質(zhì)殼中，被延伸到相鄰互連導(dǎo)線的橋構(gòu)件橫向地支撐，并被通孔層縱向地支撐；和電介質(zhì)支撐物，其被延續(xù)或光刻以僅位于金屬導(dǎo)線之下。相鄰導(dǎo)體導(dǎo)線之間的區(qū)域被空氣(空橋結(jié)構(gòu))或超低k、極低k或低k電介質(zhì)占據(jù)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，自對準(zhǔn)支撐電介質(zhì)層具有結(jié)構(gòu)剛性，并且在形成導(dǎo)體部件之前形成沉積側(cè)壁和橋?qū)?，從而分別在導(dǎo)體和鈍化層的頂部之間形成橋?qū)印?br> 在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，以超低k電介質(zhì)或由可被析取(extract)以形成導(dǎo)線之間空氣間隙的犧牲電介質(zhì)填充導(dǎo)體之間的區(qū)域。
通過閱讀下面的說明以及附圖，本發(fā)明的前述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，以及根據(jù)本發(fā)明目前的優(yōu)選實(shí)施例和用于制造集成電路結(jié)構(gòu)的最知名技術(shù)將會(huì)更為清楚。


圖1是雙嵌刻(DD)工藝(現(xiàn)有技術(shù))的步驟的示意圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)的先金屬后空橋方法(MAB)的示意圖。
圖3是先層支撐空橋后金屬(LsABM)方法的示意工藝流程。
圖4是先光刻支撐(patterned support)空橋后金屬(PsABM)方法的示意工藝流程。
圖5是先空橋后金屬(ABM)方法的示意工藝流程。
圖6是示出了橋?qū)由闲】钻嚵械膾呙桦娮语@微圖。
圖7是導(dǎo)線蝕刻優(yōu)先，自對準(zhǔn)集成構(gòu)造(SAIB-LF)的示意工藝流程。
圖8是帶橋的導(dǎo)線蝕刻優(yōu)先，自對準(zhǔn)集成構(gòu)造(SAIB-LFB)的示意工藝流程。
圖9是具有逐層析取的自對準(zhǔn)空橋(SAAB)形成的示意工藝流程。
圖10是具有多層析取的自對準(zhǔn)空橋(SAAB-MLE)形成的示意工藝流程。
圖11是使用替代色調(diào)(Alternative Tone)的帶橋的導(dǎo)線蝕刻優(yōu)先，自對準(zhǔn)集成構(gòu)造方法(SAIB-LFBA)的示意工藝流程。
圖12是帶橋的通孔蝕刻優(yōu)先，自對準(zhǔn)集成構(gòu)造方法(SAIB-VF)的示意工藝流程。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明方法的第一實(shí)施例如圖3中詳細(xì)說明，其被標(biāo)識為先橋后金屬(ABM)方法的更大范疇的一部分。該工藝從標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)線優(yōu)選DD工藝步驟開始，但在金屬噴鍍之前有所不同。也可以改造ILD以產(chǎn)生多種最終的結(jié)構(gòu)。在該第一發(fā)明結(jié)構(gòu)，即分層支撐先空橋后金屬結(jié)構(gòu)(LsABM)中，ILD包括帶有兩個(gè)電介質(zhì)層3110和3270的雙層堆疊，其被這樣選擇，使得在兩種材料之間有良好的活性離子蝕刻(RIE)選擇性。一個(gè)例子是在無機(jī)玻璃3110上的有機(jī)層3270。另外地，與標(biāo)準(zhǔn)DD方法一樣，包括一個(gè)或更多層的硬掩膜3130被沉積在ILD層3270上，并且在光致抗蝕劑3140中用光刻法產(chǎn)生導(dǎo)線層圖案3150，見圖3a。在下一步驟中，導(dǎo)線層圖案被蝕刻到電介質(zhì)層3270中以形成導(dǎo)線層槽3160，并清除抗蝕劑3140，見圖3b。在此處的結(jié)構(gòu)上，電介質(zhì)橋材料3280被共形地沉積，然后用光刻法產(chǎn)生通孔圖案3170，見圖3c。該通孔圖案被蝕刻透過橋?qū)雍屯讓覫LD以形成通孔開口3180和最終的雙嵌刻結(jié)構(gòu)3190，見圖3d。導(dǎo)線層3200在該結(jié)構(gòu)上被沉積，接著是金屬填充3210，該表面被拋光降至橋材料的頂端，并且覆蓋層3220作為覆蓋薄膜在該結(jié)構(gòu)上被沉積，如圖3e所示?？蛇x地，覆蓋層3220可利用比如待審IBM申請＿＿＿＿中所述的方法，僅在金屬導(dǎo)線部件上被選擇性地沉積。
接下來，利用光致抗蝕劑或運(yùn)用二嵌段共聚物析相(diblockcopolymer phase separation)和蝕刻的方法，將小孔3290的陣列圖案模版形成在覆蓋層的頂部上。說明性地，為了保護(hù)金屬，金屬上方的覆蓋層未被光刻。如果覆蓋層僅在金屬上方形成并且也是抗蝕刻的，則小孔圖案就可以是一致(uniform)的。術(shù)語“小孔”意為小于最接近距離的相關(guān)基本規(guī)則(ground rule)。這些孔可以bsublithography(對于標(biāo)準(zhǔn)光子光刻法)。諸如電子束或短波光子的技術(shù)也可用來定義用于該孔的掩膜。孔大小的上限是由用于收聚這些孔從而為下一層提供堅(jiān)固基礎(chǔ)的材料的實(shí)用性而決定。發(fā)明人已形成直徑小于14nm的孔陣。小孔陣列被復(fù)制到覆蓋、硬掩膜和橋?qū)又校又鋈?dǎo)線層ILD3270，將后面的空氣3310留做ILD，因而形成如圖3g所示的空橋結(jié)構(gòu)。犧牲ILD材料3270可用多個(gè)方法清除。這些方法包括濕或干蝕刻工藝、熱循環(huán)、放射、基于超臨界流態(tài)的析取和其它類似方法。
該工藝在導(dǎo)線之間產(chǎn)生空橋3300，并具有實(shí)心的平坦通孔層支撐3110。如圖3h所示，小孔被可選覆蓋層3320，和下一層ILD涂層3310和3370收聚。由于析取孔設(shè)計(jì)得很小并且在大小上一致，收聚均衡地發(fā)生并獨(dú)立于下面導(dǎo)線層的圖案密度變化。該方法并不專門針對覆蓋或破裂問題，而是通過使側(cè)壁厚度一致來解決可靠性問題。此外，導(dǎo)線間隙可在收聚之前填充以惰性氣體，比如N2、Ar、He、SF6。
如果雙層ILD堆疊以圖4所示的方式被沉積，可構(gòu)造第二發(fā)明實(shí)施例，即先光刻支撐空橋后金屬(PsABM)，使得在最終的結(jié)構(gòu)中僅在金屬導(dǎo)線之下有支撐電介質(zhì)層。首先，ILD堆疊的底層4110與可選硬掩膜層4130被沉積。光致抗蝕劑4140被涂敷和光刻，圖案被轉(zhuǎn)移到硬掩膜4130和ILD 4110中以形成如圖4a所示的構(gòu)形4330。ILD材料4110通常是可用作如圖1和2所示結(jié)構(gòu)中通孔層電介質(zhì)和如圖3所示導(dǎo)線支撐電介質(zhì)層3110的電介質(zhì)材料。理想地，剩余ILD被安置在以后期望具有互連金屬導(dǎo)線的位置。然后在剝?nèi)タ刮g劑和硬掩膜之后，ILD堆疊4270的第二層被沉積在ILD堆疊的光刻的第一層上。該第二層可能需要拋光步驟以使它平坦化或獲得必要的層厚度，在頂部涂敷硬掩膜層4130，見圖4b。然后導(dǎo)線層圖案被形成在硬掩膜4130上的光致抗蝕劑層4150上，見圖4c。該圖案被轉(zhuǎn)移到硬掩膜4130和ILD 4270中，共形的橋?qū)?280被沉積，在其頂部形成光致抗蝕劑4140中的通孔層圖案，見圖4d。共形的電介質(zhì)可通過CVD、PECVD或甚至根據(jù)需要的自旋涂和固化而沉積。通孔圖案通過RIE被轉(zhuǎn)移到導(dǎo)線支撐ILD 4110中，并且金屬噴鍍、金屬CMP和覆蓋工藝象在LsABM工藝流程中那樣被執(zhí)行以獲得如圖4e所示的結(jié)構(gòu)。圖4e示出的結(jié)構(gòu)帶有僅形成于金屬導(dǎo)線部件頂部上的選擇性覆蓋4220。然后可完成與如圖3f和3g所示的步驟相似的步驟，以在覆蓋、橋和硬掩膜層中形成大小一致的小孔陣列，接著從導(dǎo)線間間隔析取ILD 4270，以形成如圖4f所示的空橋結(jié)構(gòu)4340。然后，如圖4g所示，在該空橋的頂部上，通過涂上可選屏障層4320、用于下一層4110的通孔層電介質(zhì)和下一可選硬掩膜4130，可以繼續(xù)下一層的構(gòu)建。通過最初以空氣填充導(dǎo)線間間隙的所有電介質(zhì)的完全而非部分的替換，該方法形成的PsABM結(jié)構(gòu)具有比LsABM方法更低的有效k，LsABM方法是帶有實(shí)心通孔層的ABM工藝。通過使用選擇性的覆蓋層而非覆蓋電介質(zhì)覆蓋，可以額外降低有效k。
最低有效k結(jié)構(gòu)，如圖5所示的完全先空橋后金屬結(jié)構(gòu)(ABM)，通過使用包括單個(gè)犧牲材料(5270)的ILD堆疊來產(chǎn)生。該工藝流程通常與LsABM和PsABM工藝相似，不同的是形成了全空橋5350，使得當(dāng)析取犧牲材料時(shí)導(dǎo)線和通孔被空氣間隙包圍，即在最終的結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)線僅僅由通孔和穿孔層5330支撐。犧牲材料被設(shè)計(jì)得足夠堅(jiān)固，以在允許析取的同時(shí)能承受CMP的考驗(yàn)。由于缺乏導(dǎo)線下方的電介質(zhì)支撐，可選地，最好提供無論什么情況下都切實(shí)可行的機(jī)械支撐通孔(金屬)，而不會(huì)造成上層和下層導(dǎo)線之間的短路。
上述革新的工藝具有能形成由光刻法和蝕刻定義的精確構(gòu)形的優(yōu)點(diǎn)，在該構(gòu)形上在金屬噴鍍之前沉積橋材料。某種意義上，橋?qū)映洚?dāng)保護(hù)涂層，其被并入結(jié)構(gòu)中并且圍繞在最終互連中金屬導(dǎo)線周圍。此外，由于金屬噴鍍是在橋上完成的，相比于在MAB現(xiàn)有技術(shù)方案的收聚步驟期間所沉積的側(cè)壁電介質(zhì)所提供的保護(hù)，金屬被橋更均勻地保護(hù)著。橋?qū)涌杀贿x擇以在具有低k值的同時(shí)為金屬導(dǎo)線提供盡可能最佳的保護(hù)，但不需要執(zhí)行象在現(xiàn)有技術(shù)MAB方案中使用的橋?qū)拥那闆r下那樣的收聚功能。因此，不受限于圖案密度或收聚的方式選擇和沉積橋材料，因而可有更寬的材料和方法選擇范圍。如上所述，通過利用規(guī)則小型孔的陣列來析取犧牲材料，使得收聚工藝更可控和更獨(dú)立于下面導(dǎo)線層的圖案密度。
而且，如果上述工藝LsABM、PsABM或ABM中使用的犧牲材料(3270，4270)被替換為低k、永久超低k或極低k材料(不被析取的一種)，這些工藝可直接用于具有堅(jiān)固支撐層和附加好處的超低k和極低k集成方案，該附加好處是使橋材料共形地保護(hù)金屬導(dǎo)線。該類型的集成將ILD的電介質(zhì)性質(zhì)與半導(dǎo)體芯片的可靠性約束分離。這提供了一種折衷，以便以橋和支撐層的存在所造成的有效k的名義(nominal)增加為代價(jià)來獲得更高的可靠性。
在ABM、PsABM和LsABM方法中，經(jīng)過橋?qū)游鋈奚牧峡稍诿恳换ミB層之后或在多個(gè)互連層構(gòu)造結(jié)束后完成，緊接著是單個(gè)的析取以產(chǎn)生多層空橋結(jié)構(gòu)。后一種方法避免了與結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)MAB工藝流程描述的多層構(gòu)造期間的空橋破裂有關(guān)的諸多問題。在LsABM工藝的情況下，在多層構(gòu)造之后完成的析取要求支撐層在析取過程期間對從犧牲材料變化而來的物類(species)具有足夠的滲透性。在空橋結(jié)構(gòu)中，分別在圖3、4和5中產(chǎn)生小孔3300、4300和5300的可選步驟可以通過許多方式實(shí)現(xiàn)?？讏D案模版(3290、4290和5290)可用光刻法形成，無論成像是通過電子、X射線、特紫外線、離子還是深紫外線光子完成。本領(lǐng)域已知的各種技術(shù)，比如壓印光刻法(imprint lithography)、軟光刻法、毫微晶體(nanocrystals)(比如CdSe和硅)、自組裝工藝、亞穩(wěn)線分解(spinoidal decomposition)或者聚合物摻合物、共聚物、嵌段共聚物或復(fù)合物的析相(phaseseparation)也可用于形成這些孔。比如，聚(甲基丙烯酸甲酯)-b-(聚苯乙烯)(poly(methyl methacrylate)-b-(polystyrene))，聚(二甲基硅氧烷)-b-(已內(nèi)酯)(poly(dimethylsiloxane)-b-(caprolactone))，和其它嵌段共聚物或摻合物系(system)，其中可使用析相，以在基底的表面上產(chǎn)生自光刻(self-patterned)(比如孔與孔之間相互隔離)結(jié)構(gòu)。
對橋?qū)舆M(jìn)行光刻的一種方法是通過選擇性地清除二嵌段共聚物結(jié)構(gòu)的一種成分(component)，并將它用作橋?qū)拥奈g刻掩膜。使用經(jīng)過析相的二嵌段共聚物，薄膜的一個(gè)相位(phase)被選擇性地清除以留下帶有具有毫微米尺寸直徑的孔9290的規(guī)則陣列的圖案。
這些圖案可被轉(zhuǎn)移到覆蓋(cap)、橋和硬掩膜層中。在某些情況下，光刻的聚合物可直接地并入最終的結(jié)構(gòu)中。二嵌段共聚物在犧牲材料-橋?qū)佣询B上形成孔的例子如圖6所示。
雖然圖1-5所示的結(jié)構(gòu)各有好處，然而仍然期望產(chǎn)生符合剛性金屬導(dǎo)線的支撐結(jié)構(gòu)，而無需象在PsABM方法的情況中那樣使用附加的光刻法步驟。下面的革新方法教導(dǎo)了一種先空橋后金屬方法，以在金屬導(dǎo)線之下產(chǎn)生自對準(zhǔn)支撐，而無需附加的光刻。第一發(fā)明工藝流程，即自對準(zhǔn)集成構(gòu)造(SAIB)產(chǎn)生一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在導(dǎo)線下方具有堅(jiān)固的自對準(zhǔn)電介質(zhì)支撐，在導(dǎo)線之間具有更易碎的低k、超低k或者極低k材料。這會(huì)形成keff小于3.0的低或超低有效k互連。如果導(dǎo)線之間的材料是犧牲材料并且被析取以形成空橋，那么該方法被稱為自對準(zhǔn)空橋構(gòu)造(SAAB)，最終的結(jié)構(gòu)是一種空橋互連。期望的SAIB工藝是這樣的，其中支撐是1)在導(dǎo)線層金屬下方自對準(zhǔn)，2)可擴(kuò)展到超低k和極低k電介質(zhì)層，3)能夠保護(hù)金屬與超低k和極低k電介質(zhì)免受惡劣工藝環(huán)境，比如溶解劑或蝕刻劑的影響，以及4)能夠經(jīng)受住用于制造上層互連的后續(xù)工藝。工藝步驟的順序?qū)τ谝恢滦?、可重?fù)性和結(jié)構(gòu)精度也有牽連。有SAIB工藝的兩種優(yōu)選實(shí)施例i)導(dǎo)線優(yōu)先自對準(zhǔn)集成構(gòu)造(SAIB-LF)，如圖7所示，以及ii)帶有橋的導(dǎo)線優(yōu)先自對準(zhǔn)集成構(gòu)造(SAIB-LFB)，如圖8所示。這些工藝克服了產(chǎn)生異質(zhì)電介質(zhì)結(jié)構(gòu)的許多現(xiàn)有技術(shù)金屬優(yōu)先方法的缺點(diǎn)。其目標(biāo)是產(chǎn)生精確、一致的低k結(jié)構(gòu)，其能夠被逐層復(fù)制，以及產(chǎn)生這樣一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展到超低k和極低k材料，而無需附加的光刻法步驟。
在SAIB工藝的第一優(yōu)選實(shí)施例中，如圖7所示，標(biāo)識為SAIB-LF，進(jìn)行了導(dǎo)線層光刻和活性離子蝕刻，從而產(chǎn)生了延伸到電介質(zhì)材料中的通孔和導(dǎo)線層中的導(dǎo)線槽7160，見圖7a。電介質(zhì)7270最好是低k、超低k或極低k電介質(zhì)材料。然后該間隙7160用支撐材料7360填充，并通過CMP被平坦化以與硬掩膜層7130的表面共面，見圖7b。進(jìn)行活性離子蝕刻以清除合適數(shù)量的支撐物7370，使得剩余的厚度等于通孔層厚度，見圖7c。可選地，在該步驟中硬掩膜也可通過根據(jù)需要改變蝕刻氣體化學(xué)成分而被清除。可選地，濕蝕刻工藝也可用于產(chǎn)生該凹陷。光致抗蝕劑7140被旋涂在硬掩膜和蝕刻的支撐材料的表面上。通孔圖案7170被成像到抗蝕劑上，然后顯影，見圖7d。由于構(gòu)形的緣故，雙層或三層光刻方案對于本申請?jiān)搼?yīng)用具有優(yōu)于單層抗蝕劑的好處。然后通孔圖案被蝕刻透過下面的支撐層，以產(chǎn)生通孔開口7180和類似于雙嵌刻的電介質(zhì)堆疊結(jié)構(gòu)7190，見圖7e。硬掩膜7130仍然保護(hù)電介質(zhì)材料7270，并可選地被清除以減少有效電介質(zhì)常數(shù)。襯墊7200和金屬填充7210通過CMP被沉積和拋光到硬掩膜的表面。然后覆蓋層7220僅在金屬上沉積，以作為覆蓋薄膜，或可選地，作為選擇層僅在導(dǎo)線金屬部件上沉積，如圖7f所示。重要的結(jié)果是，導(dǎo)線支撐層是自對準(zhǔn)和堅(jiān)固的，結(jié)果該結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是機(jī)械穩(wěn)定的，并且能經(jīng)受住后續(xù)的加工。針對其低k值和借助于支撐層經(jīng)受DD CMP步驟考驗(yàn)的能力來選擇導(dǎo)線間電介質(zhì)，使得可以產(chǎn)生如圖7f所示的最終結(jié)構(gòu)。由于支撐層在一個(gè)光刻法步驟中在導(dǎo)線圖案內(nèi)部以自對準(zhǔn)方式形成，它們確切地相互吻合。
SAIB方法的第二優(yōu)選實(shí)施例，標(biāo)記為SAIB-LFB，的特征在于在導(dǎo)線優(yōu)選SAIB工藝中附加了橋?qū)?。如圖8所示，在這種情況下，再次進(jìn)行導(dǎo)線層光刻和活性離子蝕刻，以產(chǎn)生經(jīng)過電介質(zhì)材料8270中的通孔和導(dǎo)線層的導(dǎo)線槽圖案。電介質(zhì)8270最好是低k、超低k或極低k電介質(zhì)材料。然后該導(dǎo)線槽8160用支撐材料8360填充，并被化學(xué)機(jī)械拋光到硬掩膜層8130的表面。進(jìn)行RIE步驟以清除適當(dāng)數(shù)量的支撐物?？蛇x地，在該步驟中通過根據(jù)需要改變蝕刻氣體化學(xué)成分也可清除硬掩膜。然后橋?qū)?280被共形地沉積在整個(gè)表面上。這在任何光刻法再加工期間均可保護(hù)該結(jié)構(gòu)。光致抗蝕劑8140被旋涂在橋材料的表面上。通孔圖案8170被成像在抗蝕劑上，并且顯影。由于構(gòu)形的緣故，雙層或三層光刻方案對于該應(yīng)用具有優(yōu)于單層抗蝕劑的好處。然后通孔圖案被蝕刻透過支撐層和橋材料，以產(chǎn)生通孔開口8180，因而完成雙嵌刻結(jié)構(gòu)8190，見圖8e。這考慮了與下面導(dǎo)線層的接觸。襯墊8200和金屬8210被沉積和拋光到橋材料8280的表面。SAIB-LFB的一種可替代工藝是在CMP期間清除橋，使得其僅留存在導(dǎo)線槽的側(cè)壁和底部上。這將減少互連結(jié)構(gòu)的有效k。然后要么金屬或電介質(zhì)覆蓋8220如圖8f所示選擇性地在金屬上沉積，要么作為覆蓋薄膜覆蓋整個(gè)頂部表面的電介質(zhì)覆蓋被沉積。因此金屬導(dǎo)線免受任何周圍物類(溶解劑、潮濕劑等等)的影響，這些物類在后續(xù)加工期間或在器件的實(shí)際使用期間無處不在，并且輕易地滲透過超低k或極低k ILD 8270。橋也共形地順著低k和超低k電介質(zhì)的側(cè)壁排列，因此減輕了金屬經(jīng)過任何橫切側(cè)壁輪廓的暴露或張開的孔穿透到電介質(zhì)層8270的問題。
其它工藝能夠在導(dǎo)線之間產(chǎn)生具有低k或超低k電介質(zhì)并同時(shí)在導(dǎo)線下方具有剛性支撐的雙嵌刻結(jié)構(gòu)。然而，上面兩種SAIB實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了這個(gè)相同的目標(biāo)，而無需將金屬導(dǎo)線暴露于諸如活性離子蝕刻等惡劣的工藝環(huán)境下，也無需在通過光刻法定義兩層DD電介質(zhì)堆疊所需的兩步驟之外的附加光刻步驟。該工藝通過在金屬的沉積和CMP之前在金屬導(dǎo)線下方產(chǎn)生支撐層，確保了構(gòu)造期間結(jié)構(gòu)的完整性。這就適應(yīng)了對機(jī)械性很弱的超低k和極低k電介質(zhì)材料的使用。此外，第二實(shí)施例通過在通孔光刻步驟之前產(chǎn)生橋，從而保護(hù)了電介質(zhì)材料。除上述優(yōu)點(diǎn)之外，共形橋?qū)颖Ｗo(hù)該結(jié)構(gòu)免受抗蝕劑再加工處理期間的氧化的影響。如ABM工藝中所進(jìn)行的穿透橋?qū)拥奶幚硎且环N在構(gòu)造過程中在橋已成功保護(hù)金屬導(dǎo)線之后進(jìn)一步減少有效k的手段。
如果金屬導(dǎo)線之間的材料(在SAIB-LFB方法的圖8中的8270)是犧牲性的，自對準(zhǔn)集成構(gòu)造方法可擴(kuò)展到空橋結(jié)構(gòu)。期望的工藝是這樣的，其中空橋結(jié)構(gòu)被創(chuàng)建和支撐。優(yōu)選地，該支撐在導(dǎo)線層金屬下方是自對準(zhǔn)的；該橋保護(hù)金屬導(dǎo)線和電介質(zhì)免受諸如溶解劑或蝕刻劑等工藝環(huán)境的影響；該結(jié)構(gòu)能夠經(jīng)受住后續(xù)的加工。工藝的順序?qū)υ摻Y(jié)構(gòu)的一致性、可靠性和精確性也有牽連。
一種優(yōu)選實(shí)施例，即自對準(zhǔn)空橋(SAAB)如圖9所示。對于SAAB工藝，SAIB工藝中使用的電介質(zhì)材料8270被替換為犧牲性的材料9270。犧牲材料9270被選擇為可以相對橋?qū)雍椭螌右赃x擇性的方式被清除。如果滿足該析取約束，犧牲材料實(shí)際上可與SAIB-LFB工藝中能夠使用的材料相同。
SAAB工藝同SAIB-LFB工藝一樣地開始。進(jìn)行導(dǎo)線層光刻和活性離子蝕刻，從而在犧牲材料9270中產(chǎn)生經(jīng)過通孔和導(dǎo)線層的導(dǎo)線槽。間隙9160用支撐電介質(zhì)材料9360填充，材料9360被化學(xué)機(jī)械拋光到犧牲材料9270上硬掩膜層9130的表面。進(jìn)行RIE以清除導(dǎo)線槽內(nèi)適當(dāng)數(shù)量的支撐物9370；可選地，在RIE期間可消耗掉一些或所有的硬掩膜。RIE的深度由導(dǎo)線厚度決定。然后，橋?qū)?280被共形地沉積在整個(gè)表面上。這在光刻再加工或RIE期間保護(hù)了電介質(zhì)。光致抗蝕劑9140被旋涂在橋?qū)拥谋砻嫔?。通孔圖案被成像在抗蝕劑上，并且顯影。然后通孔圖案9170被蝕刻到下面的金屬結(jié)構(gòu)的深度，因此可產(chǎn)生金屬接觸。最終的通孔開口9180被置于支撐材料9360中，并產(chǎn)生雙嵌刻結(jié)構(gòu)9190。與SAIB工藝中一樣，由于構(gòu)形的緣故，雙層或三層光刻法方案對于該應(yīng)用具有優(yōu)于單層抗蝕劑的好處。襯墊9200和填充金屬9210被沉積和拋光到橋材料的表面。要么導(dǎo)電或絕緣的覆蓋層9220如圖9f所示那樣被選擇性地沉積在金屬上，要么覆蓋電介質(zhì)覆蓋薄膜被涂在整個(gè)頂部表面上?？捎每?300對橋?qū)雍透采w罩層(如果被使用)進(jìn)行光刻，從而使得犧牲材料的后續(xù)析取成為可能。
對橋?qū)舆M(jìn)行光刻的一種方法是選擇性地清除二嵌段聚合物結(jié)構(gòu)的一種成分，并將它作為用于橋?qū)拥奈g刻掩膜。利用經(jīng)過析相的二嵌段聚合物薄膜，薄膜的一個(gè)相位被選擇性地清除，以留下帶有毫微米尺寸直徑的孔9290的規(guī)則陣列的圖案。然后該孔陣列被蝕刻到可選的全覆蓋(full cap)和橋中，以產(chǎn)生穿孔薄膜9300。然后下面的材料經(jīng)受必要的清除處理以通過穿孔電介質(zhì)層產(chǎn)生在頂部分布的空氣間隙。清除犧牲材料可發(fā)生在每個(gè)導(dǎo)線層的建構(gòu)之后，因而產(chǎn)生單層空橋9380，見圖9g，在其上可建構(gòu)其它層，見圖9h。優(yōu)選地，析取可發(fā)生在建構(gòu)了若干層10390、10400之后，從而形成如圖10a至10i所示的多層空橋10410。每建構(gòu)多層和析取一次的方式通過消除會(huì)導(dǎo)致電短路缺陷的通孔錯(cuò)位的影響，增強(qiáng)了該工藝的可制造性。最好在導(dǎo)線的圖案較大的層上進(jìn)行多層析取，從而使得通孔錯(cuò)位的可能性最小。另一好處是可以減少CMP暴露于空橋的次數(shù)，進(jìn)一步增強(qiáng)可制造性。
前面詳細(xì)描述的SAIB和SAAB工藝示出了被涂到光刻的材料(7270，8270，9279，10270)中的支撐材料(7360，8380，9360和10360)。這些工藝也可反向(opposite tone)地進(jìn)行(見圖11)，其中犧牲材料11270被涂在光刻的支撐材料11360上。一旦該結(jié)構(gòu)被平坦化，支撐材料可被蝕刻到通孔層的深度，從而產(chǎn)生凹陷11370。這使得該結(jié)構(gòu)與進(jìn)行硬掩膜清除步驟的SAIB工藝是一樣的。一旦形成該結(jié)構(gòu)，該工藝依次繼續(xù)可選橋11280的沉積、通孔11180的產(chǎn)生、襯墊11200和導(dǎo)電填充物金屬11210的沉積、襯墊11210和11200的CMP，以及覆蓋11210的沉積。對于空橋應(yīng)用，橋可被穿孔以增強(qiáng)犧牲材料析取。SAIB和SAAB工藝也能以通孔優(yōu)先的方式進(jìn)行。圖12中示例地示出一種實(shí)施例。較低k或犧牲材料12270被涂在基底12100上。硬掩膜堆疊12130被沉積在材料12770的頂部。光刻法用于產(chǎn)生被蝕刻到支撐材料中的導(dǎo)線圖案，從而產(chǎn)生間隙12160，見圖12a。支撐材料12360被旋涂在構(gòu)形的表面上。它被齊平地拋光到硬掩膜的表面，見圖12b。然后使用光刻法產(chǎn)生被蝕刻到支撐物中的通孔圖案12170，以產(chǎn)生部分的通孔12430，見圖12c。繼續(xù)蝕刻以產(chǎn)生雙嵌刻結(jié)構(gòu)，見圖12d。可選地，在該接合處沉積橋?qū)印Ｒr墊12200被沉積，之后是金屬12210的沉積。該金屬被拋光到硬掩膜12130的表面。覆蓋層12220可如圖12e所示選擇性地僅僅在金屬部件上，或者作為覆蓋薄膜被沉積。然后與上所述各種實(shí)施例一樣，后續(xù)的工藝可以獲得超低k或極低k互連或空橋互連。
犧牲和支撐層材料可從無機(jī)和有機(jī)電介質(zhì)中選擇，只要在空橋工藝的析取步驟期間這二者之間具有選擇性。犧牲材料的例子包括聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate)，聚丁二烯(polybutadiene)，聚苯乙烯(polystryene)，parylenene，聚氧化乙烯(polyethylene oxide)，聚氨基甲酸酯(poly ureathanes)，polycarbosilanes，poly silizanes，poly methylene oxide，聚降冰片烯(poly(norborene))，聚四氟乙烯(teflon)，聚乙烯(polyethylene)，交聯(lián)不飽和聚合物，多孔交聯(lián)聚合物，線性聚合物，支化聚合物，超支化聚合物，樹枝狀聚合物，脂肪聚合物，芳香聚合物，類鉆石碳(DLC)，methylsilsesquioxanes，hydrosilsequioxanes，二甲基硅氧烷(dimethylsiloxanes)，功能化二甲基硅氧烷，無機(jī)聚合物，有機(jī)玻璃和自旋玻璃(spin-on-glasses)。這些材料可通過超臨界溶解析取、熱解、氧化、流態(tài)溶解相位減少、活性離子蝕刻、濕化學(xué)蝕刻、電子束協(xié)助的分解、UV降解、電子收縮、離子損害等被清除。支撐層材料選擇包括有機(jī)電介質(zhì)，比如SiLK；氧化硅，包含Si，C，O和H的PECVD低k電介質(zhì)類；自旋玻璃，比如methylsilsesquioxanes，hydrosilsequioxanes或混合silsesquioxanes；以及上面所有材料的多孔版本。犧牲(SAAB)和低k(SAIB)材料中的導(dǎo)線層圖案可利用通過光刻法將材料直接光刻，將圖案活性離子蝕刻到材料中，或?qū)⒉牧铣练e在圖案上而實(shí)現(xiàn)。多層抗蝕劑光刻方案可改善對導(dǎo)線和通孔層光刻的工藝窗。除了上述方法之外，也可以使用正和負(fù)色調(diào)成像方案或使用特制的硬掩膜堆疊。
橋材料必須經(jīng)受住析取步驟，并可包括不同材料或分級薄膜的多個(gè)堆疊。橋?qū)硬牧系睦影ǖ幌抻谘趸?、碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、methylsilsesquioxane，hydrosilsequioxane，聚對亞苯基二甲基(parylene)，功能化聚對亞苯基二甲基，polysilizanes，polycarbosilane，聚二甲基矽氧烷(poly dimethylsiloxane)，硅烷化有機(jī)聚合物(silylated organic polymers)，polyhalocarbons，polyfluorocarbons，四乙基原硅酸鹽(tetraethylorthosilicate)，自旋玻璃，高Tg聚合物，CVD聚合物薄膜，有機(jī)和無機(jī)CVD薄膜，以及包含Si，C，O或H的有機(jī)PECVD薄膜?？蓱?yīng)用的前體的例子包括但不限于硅烷、單功能到多功能的alkylsilanes，環(huán)硅氧烷前體，乙炔，碳氟化合物，鹵烴，或任何其它聚合化學(xué)成分或其組合。理想地，橋?qū)泳哂辛己玫臒岱€(wěn)定性，可作為良好的導(dǎo)體和良好的擴(kuò)散屏障。由于它包裹著多條導(dǎo)線，一旦完全地被工藝就不會(huì)導(dǎo)電。
支撐材料可以是選擇性地經(jīng)受住犧牲材料析取工藝的任何材料。幾個(gè)例子是類鉆石碳、交聯(lián)有機(jī)聚合物(脂肪族和芳香族)，多孔的有機(jī)薄膜(脂肪族和芳香族)、氧化硅、碳化硅、氮化硅、聚酰亞胺、methylsilsesquioxanes，hydrosilsequioxanes，polysilizanes，polycarbosilane，聚二甲基矽氧烷，硅烷化聚合物，聚酰亞胺，CORAL，黑鉆石、聚對亞苯基二甲基、功能化聚對亞苯基二甲基，聚四氟乙烯，SILK，高Tg聚合物，CVD聚合物薄膜，CVD無機(jī)薄膜，SuCOH PECVD薄膜。其它薄膜包括被PECVD沉積有從硅烷、單功能到多功能的alkylsilanes，環(huán)硅氧烷前體，乙炔，任何聚合化學(xué)成分的薄膜，或者是從前體的混合物中沉積的薄膜。
在SAAB工藝情況下，選擇支撐材料和犧牲材料的一個(gè)重要方面是在析取犧牲材料期間的選擇性?；瘜W(xué)反應(yīng)是一種實(shí)現(xiàn)方法。比如，有機(jī)聚合物和氧化硅在暴露于氧氣等離子時(shí)在蝕刻速度方面展現(xiàn)了極大的差異。另一例子是在蝕刻不同密度(或多孔性)的材料時(shí)在獲得的蝕刻速度方面會(huì)有極大的差異。具有高程度多孔性的材料會(huì)比更稠密(較少多孔性)版本的相同材料展現(xiàn)出更快的標(biāo)稱(nominal)蝕刻速度。這種密度差異可以多種方式獲得，比如不同的合成化學(xué)工序、相同材料的不同工藝環(huán)境、或甚至是按配方制造支撐porogen。間隙填充的任何材料在SAIB和SAAB方案中是優(yōu)選的。
襯墊和覆蓋材料是根據(jù)擴(kuò)散、電遷移和熱循環(huán)兼容性而被選擇。襯墊金屬是根據(jù)抗蝕性、可靠性和可制造性而被選擇。盡管本發(fā)明已關(guān)于有限數(shù)量的實(shí)施例被加以說明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)可在下面權(quán)利要求的實(shí)質(zhì)和范疇內(nèi)可構(gòu)造出其它的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種用于制造一組互連結(jié)構(gòu)的方法，包括步驟(A)在基底表面上形成至少一個(gè)電介質(zhì)的層；(B)在所述電介質(zhì)層中，形成一組具有槽底部表面的導(dǎo)線槽，所述導(dǎo)線槽中最接近的槽相隔基本規(guī)則距離；(C)在所述電介質(zhì)層的表面上沉積電介質(zhì)橋?qū)?，其中所述橋?qū)釉谙噜彽膶?dǎo)線之間形成機(jī)械的連接；(D)在所述導(dǎo)線槽中生成延伸經(jīng)過所述電介質(zhì)層的一組通孔；(E)以導(dǎo)電襯墊和導(dǎo)電填充金屬沉積和填充所述通孔和導(dǎo)線槽，從而形成一組金屬導(dǎo)線；(F)通過化學(xué)機(jī)械拋光將所述金屬和所述襯墊層平坦化，使得該金屬與所述橋?qū)拥捻敳抗裁?；以?G)從所述金屬導(dǎo)線組之間析取所述至少一個(gè)電介質(zhì)的至少一個(gè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括的步驟是，在形成所述通孔組的所述步驟之前，在所述導(dǎo)線槽組內(nèi)形成共形的電介質(zhì)側(cè)壁層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述析取步驟繼續(xù)下去的步驟是，在所述橋?qū)又行纬杉?xì)孔陣列，這些細(xì)孔具有比所述基本規(guī)則距離還要小的直徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述橋?qū)邮怯砂?xì)孔的多孔材料形成，這些細(xì)孔具有比所述基本規(guī)則距離還要小的直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述析取步驟繼續(xù)下去的步驟是，在所述橋?qū)又行纬杉?xì)孔陣列，這些細(xì)孔具有比所述基本規(guī)則距離還要小的直徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述至少一個(gè)電介質(zhì)層包括一個(gè)下電介質(zhì)層和一個(gè)上電介質(zhì)層，前者具有與所述導(dǎo)線槽組的所述槽底部表面共面的頂部表面，后者從所述下電介質(zhì)層延伸到所述橋?qū)?；析取至少一個(gè)電介質(zhì)的至少一個(gè)的所述步驟包括僅僅析取所述上電介質(zhì)層，從而所述下電介質(zhì)層保留在所述導(dǎo)線槽組之下和之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述至少一個(gè)電介質(zhì)層包括一個(gè)下電介質(zhì)層和第二電介質(zhì)層，前者具有與所述導(dǎo)線槽組的底部表面共面的頂部表面，并且僅在所述導(dǎo)線槽組下方橫向地延伸，后者從所述基底表面的下電介質(zhì)層延伸到所述下電介質(zhì)層以外的所述橋?qū)?；形成所述下電介質(zhì)層的所述步驟包括的步驟是，對與所述導(dǎo)線槽組橫向同延的所述下電介質(zhì)層進(jìn)行光刻；以及析取至少一個(gè)電介質(zhì)的至少一個(gè)的所述步驟包括僅僅析取所述第二電介質(zhì)層，從而所述下電介質(zhì)層保留在所述導(dǎo)線槽組之下。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述至少一個(gè)電介質(zhì)層包括單層的可析取電介質(zhì)；以及析取所述至少一個(gè)電介質(zhì)的所述步驟包括析取所述單層，從而所述電介質(zhì)層從所述槽底表面之下被清除。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括重復(fù)所述步驟(A)至(F)至少一次，從而形成至少兩層的一組，并在所述至少兩層的組上進(jìn)行析取所述電介質(zhì)的所述步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，還包括重復(fù)所述步驟(A)至(F)至少一次，從而形成至少兩層的一組，并在所述至少兩層的組上進(jìn)行析取所述電介質(zhì)的所述步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，還包括重復(fù)所述步驟(A)至(F)至少一次，從而形成至少兩層的一組；清除頂部橋?qū)酉碌乃袠驅(qū)?；以及通過所述頂部橋?qū)又械乃黾?xì)孔陣列，在所述至少兩層的組上進(jìn)行析取所述電介質(zhì)的所述步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在基底表面上形成至少一個(gè)電介質(zhì)層的所述步驟包括形成可析取電介質(zhì)層的步驟；還包括的步驟是，在所述可析取電介質(zhì)層中形成一組互連縫隙，并用支撐電介質(zhì)填充所述互連縫隙組；以及在所述支撐電介質(zhì)中形成所述導(dǎo)線槽組和所述通孔組。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中形成所述導(dǎo)線槽組和所述通孔組的所述步驟還包括如下步驟使所述支撐電介質(zhì)凹陷至一個(gè)通孔深度；以及在所述凹陷的支撐電介質(zhì)中形成所述通孔縫隙組。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中形成所述導(dǎo)線槽組和所述通孔組的所述步驟包括如下步驟使所述支撐電介質(zhì)凹陷至一個(gè)通孔深度；沉積所述橋?qū)?；以及通過所述橋?qū)釉谒霭枷莸闹坞娊橘|(zhì)中形成所述通孔縫隙組。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在基底表面上形成至少一個(gè)電介質(zhì)層和硬掩膜的所述步驟包括形成支撐電介質(zhì)層的步驟；還包括的步驟是，在所述支撐電介質(zhì)層中形成一間隔的縫隙組，并用可析取電介質(zhì)填充所述間隔的縫隙組；以及在所述支撐電介質(zhì)中形成所述導(dǎo)線槽組和所述通孔組。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中形成所述導(dǎo)線槽組和所述通孔組的所述步驟包括如下步驟使所述支撐電介質(zhì)凹陷至一個(gè)通孔深度；以及通過所述橋?qū)釉谒霭枷莸闹坞娊橘|(zhì)中形成所述通孔縫隙組。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中形成所述導(dǎo)線槽組和所述通孔組的所述步驟包括如下步驟使所述支撐電介質(zhì)凹陷至一個(gè)通孔深度；在所述凹陷的支撐電介質(zhì)中形成所述通孔，并沉積所述橋?qū)印?br> 18.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括步驟通過在所述橋?qū)由铣练e屏障電介質(zhì)和一層所述的支撐電介質(zhì)而形成空橋，使得在導(dǎo)線之間形成空橋的小孔陣列被密封。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述共形的橋?qū)邮菑陌ǘ趸?、碳化硅、氮化硅、氮碳化硅、methylsilsesquioxane、hydrido-silsesquioxane、聚對亞苯基二甲基、功能化聚對亞苯基二甲基、polysilizanes、polycarbosilane、聚二甲基硅氧烷、硅烷化有機(jī)聚合物、polyhalocarbons、polyfluorocarbons、四乙基原硅酸鹽、自旋玻璃、CVD聚合物薄膜及其組合的組中選擇。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述可析取的電介質(zhì)是從包括以下實(shí)心和多孔物的組中選擇至少包括methyl silsesquioxane、hydrido-silsesquioxane以及混合silsesquioxanes的spin on glasses；包括硅和碳、氫、氧、氮四者至少之一的無定形氫化電介質(zhì)膜；至少包括基于聚亞苯醚(polyphenylene ethers)的聚亞酰胺，benzocyclobutene，polybenzoxadoles和芳香熱固性聚合物的自旋有機(jī)電介質(zhì)；至少包括poly paraxylylene的化學(xué)汽相沉積的聚合物；以及其組合。
21.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述小孔陣列的形成是通過一種工藝實(shí)現(xiàn)，該工藝可從包括光刻法，聚合物摻合物的析相，二嵌段共聚物析相，活性離子蝕刻微粒分離，浮雕(emboss)，壓印光刻法及其組合的組中選擇。
22.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中用于所述支撐電介質(zhì)的材料可從包括交聯(lián)有機(jī)電介質(zhì)，熱塑有機(jī)電介質(zhì)；類鉆石碳；二氧化硅，以無定形的形式包含硅、碳、氧、氫的PECVD低k電介質(zhì)；至少包括methylsilsesquioxanes，hydrido-silsequioxanes，或混合silsequioxanes的自旋玻璃；以及上述所有材料的多孔版本的組中選擇。
23.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述第二電介質(zhì)可從包括聚甲基丙烯酸甲酯，聚丁二烯，聚苯乙烯，parylenene，聚氧化乙烯，聚氨基甲酸酯，poly carbosilanes，poly silizanes，polymethylene oxide，聚降冰片烯，聚四氟乙烯，聚乙烯，交聯(lián)不飽和聚合物，多孔交聯(lián)聚合物，線性聚合物，支化聚合物，超支化聚合物，樹枝狀聚合物，脂肪聚合物，芳香聚合物，類鉆石碳(DLC)，methylsilsesquioxanes，hydrido-silsequioxanes，二甲基硅氧烷，功能化二甲基硅氧烷，無機(jī)聚合物，有機(jī)玻璃和自旋玻璃的組中選擇。
24.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述第二電介質(zhì)的析取可通過一種工藝實(shí)現(xiàn)，該工藝可從包括濕蝕刻、等離子蝕刻、活性離子蝕刻、熱高溫分解、光子中介分解、離子中介分解、電子中介分解、超臨界流態(tài)析取裝置及其組合的組中選擇。
25.一種光刻的支撐空橋結(jié)構(gòu)，包括帶有至少一層金屬導(dǎo)線的基底，所述金屬導(dǎo)線包括在所述基底上沉積的一組導(dǎo)線和通孔，所述導(dǎo)線被所述通孔垂直地支撐；導(dǎo)線之間的多個(gè)空氣間隙，被所述共形的橋?qū)涌缭?，從而所述金屬?dǎo)線被所述橋?qū)哟怪钡刂巍?br> 26.根據(jù)權(quán)利要求25的結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)支撐電介質(zhì)被沉積在所述導(dǎo)線之下，并具有與所述通孔的下表面共面的下表面，和與所述導(dǎo)線的下表面相鄰的上表面。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的結(jié)構(gòu)，其中支撐電介質(zhì)僅在所述導(dǎo)線之下被光刻。
28.根據(jù)權(quán)利要求25的結(jié)構(gòu)，其中所述導(dǎo)線和通孔順著一部分所述共形的橋?qū)优帕小?br> 全文摘要
一種用于在基底上構(gòu)造低k和超低k多層互連結(jié)構(gòu)的方法包括被空氣間隙橫向分離的一組互連；僅在金屬導(dǎo)線下方的雙嵌刻結(jié)構(gòu)的通孔層中形成支撐層；經(jīng)過連接互連頂部表面的打孔橋?qū)?，清除犧牲電介質(zhì)；進(jìn)行犧牲電介質(zhì)的多層析??；以可控的方式密封該橋；以及通過利用亞光學(xué)(sub－optical)光刻法光刻技術(shù)對其打孔，降低隔膜的有效電介質(zhì)常數(shù)。
文檔編號H01L23/522GK1514478SQ20031012432
公開日2004年7月21日 申請日期2003年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月27日
發(fā)明者馬修·E·庫波恩, 埃爾伯特·E·璜, 薩特雅納拉雅納·V·尼塔, 賽姆帕斯·普魯舒撒曼, 凱瑟琳·L·莘格爾, L 莘格爾, 斯 普魯舒撒曼, 特 E 璜, 納拉雅納 V 尼塔, 馬修 E 庫波恩 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司