專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及半導(dǎo)體器件處理，更具體而言，涉及在鄰近的導(dǎo)電線 路之間具有空氣間隙的互連結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
集成電路向更高復(fù)雜性和降低尺寸的方向發(fā)展，導(dǎo)致了導(dǎo)電布線(線 路)之間的較小間隔。由此增加的電容會(huì)產(chǎn)生時(shí)間延遲并在布線單元之間 產(chǎn)生串?dāng)_。典型地，當(dāng)前的半導(dǎo)體制造技術(shù)包括多個(gè)導(dǎo)電布線層以完成集 成電路的最終操作。
典型地，使用稱為"互連結(jié)構(gòu)，，的結(jié)構(gòu)將半導(dǎo)體器件連接到一起以形成 實(shí)用的集成電路。典型地，這些集成電路由導(dǎo)體例如銅或鋁以及介質(zhì)材料 例如二氧化硅構(gòu)成?？梢源致缘丶俣ǎ@些互連的速度與產(chǎn)品的線路電阻
和線路間電容的乘積成反比。為了減小延遲并增加速度，希望減小電容。 在本領(lǐng)域中，公知使用空氣間隙減小這些電容損耗。注意，在本領(lǐng)域中雖 然使用術(shù)語"空氣間隙"或"空氣腔"，但實(shí)際上這些間隙其實(shí)是"真空腔"， 在概念上與燈泡相似。
Strane的美國專利7，041，571，公開了以該方式使用空氣間隙，在這里 將其并入作為參考。然而，對(duì)于空氣間隙的使用而言，仍然有改進(jìn)的空間。 在現(xiàn)有的實(shí)施過程中，在空氣間隙密封工藝期間，層間介質(zhì)(ILD)材料 會(huì)部分地粘附到空氣間隙的側(cè)壁，由此增大電容，從而降低了半導(dǎo)體器件 的性能。因此，需要用于在半導(dǎo)體器件中實(shí)施空氣間隙的改善的方法
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種在半導(dǎo)體器件內(nèi)形成腔的方法，包括以下步驟 在所述半導(dǎo)體器件的第一介質(zhì)層內(nèi)形成開放的腔，所述笫一介質(zhì)層具有在其上設(shè)置的氧化物層，所述氧化物層具有頂表面，并且所述開放的腔具有內(nèi)表面；在所述氧化物層上淀積抗成核層，由此所述抗成核層粘附到所述開訪文 的腔的所述內(nèi)表面；從所述第一介質(zhì)層的所述頂表面去除所述抗成核層，由此所迷抗成核 層4呆留在所述開放的腔的所述內(nèi)表面上；以及在所述半導(dǎo)體器件上淀積第二介質(zhì)層，由此形成密封的腔。此外，根據(jù)本發(fā)明，在前述方法中，淀積抗成核層的所述步驟包括淀 積類金剛石碳(DLC)層。此外，根據(jù)本發(fā)明，在前述方法中，淀積所述DLC層的所述步驟包 括淀積具有約1納米到約20納米范圍的厚度的DLC層。此外，根據(jù)本發(fā)明，在前述方法中，使用濺射淀積工具進(jìn)行從所述氧 化物層的所述頂表面去除所迷抗成核層的所迷步驟。此外，根據(jù)本發(fā)明，在前述方法中，使用旋涂:汰術(shù)進(jìn)行在所迷氧化物 層上淀積抗成核層的所述步驟。此外，根據(jù)本發(fā)明，在前述方法中，使用化學(xué)溶液淀積進(jìn)行在所述氧 化物層上淀積抗成核層的所述步驟。此外，根據(jù)本發(fā)明，在前述方法中，使用化學(xué)氣相淀積進(jìn)行在所述氧 化物層上淀積抗成核層的所述步驟。此外，根據(jù)本發(fā)明，在前述方法中，使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積 進(jìn)行在所述氧化物層上淀積抗成核層的所述步驟。此外，根據(jù)本發(fā)明，在前述方法中，使用等離子體蝕刻方法進(jìn)行從所 述氧化物層的所述頂表面去除所述抗成核層的所述步驟。此外，根據(jù)本發(fā)明，在前述方法中，使用反應(yīng)離子蝕刻方法進(jìn)行從所 述氧化物層的所述頂表面去除所迷抗成核層的所述步驟。此外，根據(jù)本發(fā)明，在前述方法中，使用離子束銑方法進(jìn)行從所迷氧化物層的所述頂表面去除所述抗成核層的所述步驟。
此外，根據(jù)本發(fā)明，在前述方法中，在所述半導(dǎo)體器件上淀積第二介
質(zhì)層的所述步驟包括淀積選自Si02、 SiOF、 SiCOH、 SiC、和SiCN、及 其多孔形式的介質(zhì)的步驟。
此外，根據(jù)本發(fā)明，在前述方法中，淀積抗成核層的所述步驟包括淀 積選自Si02、 SiOF、 SiCOH、 SiC、以及SiCN的抗成核層。
此外，根據(jù)本發(fā)明，在前述方法中，淀積抗成核層的所述步驟包括淀 積選自Ge02、 GeC、以及GeCN的抗成核層。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括
第一介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層包括在其上設(shè)置的多個(gè)空氣腔，所述多 個(gè)空氣腔中的每一個(gè)具有內(nèi)表面；
所述多個(gè)空氣腔中的每一個(gè)包括在所述空氣腔的所述內(nèi)表面上設(shè)置的 抗成核層；以及
笫二介質(zhì)層，設(shè)置在所述第一介質(zhì)層之上，由此密封每一個(gè)所述空氣腔。
此外，根據(jù)本發(fā)明，在前述器件中，所述抗成核層包括DLC。
此外，根據(jù)本發(fā)明，在前述器件中，所述抗成核層包括選自Ge02、 GeC以及GeCN的材料。
此外，才艮據(jù)本發(fā)明，在前述器件中，所迷抗成核層包括選自Si02、 SiOF、 SiCOH、 SiC、以及SiCN的材料。
此外，根據(jù)本發(fā)明，在前述器件中，所述抗成核層具有范圍為約lnm 到約20nm的厚度。


在結(jié)合附圖(多個(gè)圖)考慮下列描述時(shí)，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、操作、以及 優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯而易見。附圖旨在示例，而不是限制。
為了清楚地示例，在一些附圖中某些單元被略去了，或者未按比例示 例。為了清楚地示例清，截面視圖是"片"或"近視"截面視圖，略去了否則
6在"真實(shí)"截面圖中可見的某些背景線。為了清楚地示例，方框圖未示例對(duì) 于本發(fā)明的實(shí)施或操作而言不關(guān)鍵的某些連接。在下列附圖的描述中，通常使用參考標(biāo)號(hào)和圖例(標(biāo)識(shí)、文字描述) 來識(shí)別單元。如果提供了圖例，它們僅僅旨在幫助讀者，不應(yīng)以任何方式 將其解釋為限制。通常，在附圖的各個(gè)圖(多個(gè)圖)中，相似的單元用相似的的標(biāo)號(hào)表 示，典型地，在該情況中，后兩位的重要數(shù)字是相同的，最重要的數(shù)字是 附圖(圖)標(biāo)號(hào)。圖l和2示例了現(xiàn)有技術(shù)的空氣間隙形成工藝；圖3-5示例了才艮據(jù)本發(fā)明形成空氣間隙的實(shí)施例；圖6示出了用于實(shí)施本發(fā)明的方法的工藝步驟的流程圖。
具體實(shí)施方式
為了解釋本發(fā)明，將簡要討論現(xiàn)有技術(shù)工藝的相關(guān)部分。現(xiàn)在參考圖 1，其示出了現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體器件100的一部分的截面視圖。示出了在第一 ILD層102中的多個(gè)金屬區(qū)域104A、 104B和104C。金屬區(qū)域可以是互連 線路(例如104A和104B)，或者過孔，如104C的情況。在第一ILD層 102的頂上是具有頂表面107的氧化物層106。在圖1示例的實(shí)例中，希望 在互連104A與互連104B之間形成空氣間隙。用于產(chǎn)生圖1的半導(dǎo)體器件 100的工藝步驟包括進(jìn)行蝕刻(例如反應(yīng)離子蝕刻(RIE))，以及采用 蝕刻后清洗工藝，以形成具有內(nèi)表面109的開放的腔108。圖2示出了^f吏用形成空氣間隙的現(xiàn)有方法對(duì)半導(dǎo)體器件100進(jìn)行后續(xù) 的步驟之后的現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體器件200的 一部分的截面視圖。在該步驟中， 將第二介質(zhì)層210淀積到氧化物層206上。第二介質(zhì)層210是可以通過等 離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)淀積的任何的典型的IC芯片絕緣膜， 例如，Si02、 SiOF、 SiCOH、 SiC、 SiCN、或它們的多孔形式。作為Cu/ 低k( k<4.0的介質(zhì))多層布線技術(shù)的實(shí)例，笫二介質(zhì)層210可以是PECVD SiCOH。如上所述，相似的數(shù)字代表相似的特征，圖2的氧化物層206與圖1的氧化物層106相似。第二介質(zhì)層210在互連204A與204B之間形成 了密封的空氣腔208。在淀積笫二介質(zhì)層210的工藝期間， 一些第二介質(zhì) 層材料(表示為212)被淀積在腔208的內(nèi)部。這增加了電容并會(huì)產(chǎn)生不 利的影響。因此，希望形成密封的空氣腔，而不會(huì)將介質(zhì)材料淀積在空氣 腔內(nèi)。空氣腔208的優(yōu)選的尺寸依賴于互連的高度和使用的間隔。在當(dāng)前 的CMOS布線中，腔的深度和寬度的尺寸范圍為約50nm(納米)到約lrnn (1000nm )。最優(yōu)選，腔208的深度比互連溝槽底部(表示為205A和205B ) 的深度大約8%到約12%，優(yōu)選約10%,所以邊緣電場基本上被包含在腔 內(nèi)而不是被包含在剩余的介質(zhì)中。通過本發(fā)明有效地實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)，將在 下列段落中詳細(xì)地描述本發(fā)明。
圖3示出了為了形成根據(jù)本發(fā)明的空氣間隙對(duì)半導(dǎo)體器件100進(jìn)行后 續(xù)的步驟之后的半導(dǎo)體器件300的一部分的截面視圖。在該步驟中，將抗 成核層318淀積到氧化物層306上?？钩珊藢?18同樣在腔308的內(nèi)部增 加了襯里?？钩珊藙?阻止籽晶種生長的試劑，為隨后的淀積步驟提供了 選擇性。通過描述隨后的附圖，來討論這一點(diǎn)。使用公知的方法包括旋涂 技術(shù)、化學(xué)溶液淀積、或化學(xué)氣相淀積，淀積抗成核層318。
在一個(gè)實(shí)施例中，抗成核層318包括類金剛石碳(DLC)。該材料是 氫化(hydrogeimted)碳，其相對(duì)硬并耐用，還可用作"防粘"膜。DLC層 的典型的厚度值的范圍為lnm到20nm。除了 DLC之外，還涵蓋其它抗 成核材料，其包括，但不限于，非晶碳(a-C)，或無機(jī)介質(zhì)例如選自Si02、 SiOF、 SiCOH、 SiC以及SiCN的旋涂(spin on )或PECVD淀積的膜。 還涵蓋使用基于鍺的化合物例如Ge02、 GeC以及GeCN。
可以通過各種淀積工藝?yán)缁瘜W(xué)氣相淀積(CVD)、等離子體氣相淀 積(PVD)、濺射等等施加DLC (或非晶碳(a-C))的抗成核層318。 DLC層318具有與金剛石層相似的特性，但是比不上100。/。的金剛石。因 此，DLC層318可以具有并入其中的其它元素例如硅或鍺。
圖4示出了為了形成根據(jù)本發(fā)明的空氣間隙對(duì)半導(dǎo)體器件300進(jìn)行后 續(xù)的步驟之后的半導(dǎo)體器件400的一部分的截面視圖。如上所述，抗成核層418 (比較318 )作為"防粘"層。隨后淀積的介質(zhì)將不會(huì)粘附到抗成核層 418。希望隨后的介質(zhì)粘附到氧化物層406上。因此，從氧化物層406的表 面去除抗成核層418。然而，仍然在腔408的內(nèi)表面上^f呆留抗成核層418
(比較圖3的層318)。在一個(gè)實(shí)施例中，通過濺射淀積工具從氧化物層 406的頂表面去除抗成核層?？梢允褂酶鞣N其它的技術(shù)用于去除抗成核層 418。這些技術(shù)包括各向異性蝕刻方法例如等離子體蝕刻、反應(yīng)離子蝕刻
(RIE)、濺射清洗、或離子束銑。用于去除抗成核層的處理工具包括RIE 蝕刻器、PVD金屬工具(其包含濺射預(yù)清洗腔)、等離子體蝕刻器和灰化 器(asher)、以及離子束銑。
圖5示出了為了形成根據(jù)本發(fā)明的空氣間隙對(duì)半導(dǎo)體器件400進(jìn)行后 續(xù)的步驟之后的半導(dǎo)體器件500的一部分的截面視圖。在該步驟中，將第 二介質(zhì)層510淀積到氧化物層506上。由于抗成核層518仍保留在密封的 空氣腔508的內(nèi)表面上，所以介質(zhì)材料不會(huì)粘附到腔508的內(nèi)表面。因此， 空氣間隙的電容小于先前描述的現(xiàn)有技術(shù)方法的空氣間隙的電容。依賴于 所使用的材料類型，由于使用了抗成核層518,電容減小了約5%到20%。 圖6示出了用于實(shí)施本發(fā)明的方法的流程圖。在工藝步驟642中，形 成開放的腔，例如圖1中的108。在工藝步驟644中，淀積抗成核層，例 如圖3中的318。在步驟646中，從頂表面去除抗成核層318,如圖4所示
(比較圖3)。最后，在步驟646中，淀積第二介質(zhì)層，例如圖5中的層 510。
對(duì)于多層半導(dǎo)體器件內(nèi)的各種層，根據(jù)需要，可以重復(fù)該方法。通過 減小互連間的電容，本發(fā)明改善了半導(dǎo)體性能。
應(yīng)該理解，本發(fā)明可以具有各種其它的實(shí)施例。此外，雖然這里示出 和描述的本發(fā)明的形式構(gòu)成了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是其不旨在示例本 發(fā)明的所有可能的形式。還應(yīng)該理解，使用的詞語是描述性的詞語而不是 限制，并且可以做出各種改變而不背離公開的本發(fā)明的精神和范圍。因此， 應(yīng)該通過所附權(quán)利要求及其法律等價(jià)物而不是僅僅通過給出的實(shí)例來確定 本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種在半導(dǎo)體器件內(nèi)形成腔的方法，包括以下步驟在所述半導(dǎo)體器件的第一介質(zhì)層內(nèi)形成開放的腔，所述第一介質(zhì)層具有在其上設(shè)置的氧化物層，所述氧化物層具有頂表面，并且所述開放的腔具有內(nèi)表面；在所述氧化物層上淀積抗成核層，由此所述抗成核層粘附到所述開放的腔的所述內(nèi)表面；從所述第一介質(zhì)層的所述頂表面去除所述抗成核層，由此所述抗成核層保留在所述開放的腔的所述內(nèi)表面上；以及在所述半導(dǎo)體器件上淀積第二介質(zhì)層，由此形成密封的腔。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中淀積抗成核層的所述步驟包括淀積 DLC層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中淀積所述DLC層的所述步驟包括淀 積具有約10到約200埃的厚度的DLC層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中使用濺射淀積工具進(jìn)行從所述氧化物 層的所述頂表面去除所述抗成核層的所述步驟。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中使用旋涂技術(shù)進(jìn)行在所述氧化物層上 淀積抗成核層的所述步驟。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中使用化學(xué)溶液淀積進(jìn)行在所述氧化物 層上淀積抗成核層的所述步驟。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中使用化學(xué)氣相淀積進(jìn)行在所述氧化物 層上淀積抗成核層的所述步驟。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積進(jìn)行 在所述氧化物層上淀積抗成核層的所述步驟。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中使用等離子體蝕刻方法進(jìn)行從所述氧 化物層的所述頂表面去除所述抗成核層的所述步驟。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中使用反應(yīng)離子蝕刻方法進(jìn)行從所述氧化物層的所述頂表面去除所述抗成核層的所述步驟。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中使用離子束銑方法進(jìn)行從所述氧化 物層的所述頂表面去除所述抗成核層的所述步驟。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在所述半導(dǎo)體器件上淀積第二介質(zhì) 層的所述步驟包括淀積選自Si02、 SiOF、 SiCOH、 SiC、和SiCN、及其 多孔形式的介質(zhì)的步驟。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中淀積抗成核層的所述步驟包括淀積 選自SK)2、 SiOF、 SiCOH、 SiC、以及SiCN的抗成核層。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中淀積抗成核層的所述步驟包括淀積 選自Ge02、 GeC以及GeCN的抗成核層。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中淀積抗成核層的所述步驟包括淀積 非晶碳層。
16. —種半導(dǎo)體器件，包括第一介質(zhì)層，所述笫一介質(zhì)層包括設(shè)置在其上的多個(gè)腔，所述多個(gè)腔 中的每一個(gè)具有內(nèi)表面；所述多個(gè)腔中的每一個(gè)包括在所述腔的所述內(nèi)表面上設(shè)置的抗成核 層；以及笫二介質(zhì)層，設(shè)置在所迷第一介質(zhì)層之上，由此密封每一個(gè)所述腔。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16的半導(dǎo)體器件，其中所述抗成核層包括DLC。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16的半導(dǎo)體器件，其中所述抗成核層包括選自 Ge02、 GeC以及GeCN的材料。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16的半導(dǎo)體器件，其中所述抗成核層包括選自 Si02、 SiOF、 SiCOH、 SiC、以及SiCN的材料。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16的半導(dǎo)體器件，其中所述抗成核層包括非晶碳。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法。公開了一種在半導(dǎo)體器件內(nèi)形成腔的方法。所述方法包括在半導(dǎo)體器件的ILD層內(nèi)的腔的內(nèi)表面上淀積抗成核層。所述抗成核層防止了在所述腔內(nèi)形成隨后淀積的介質(zhì)層。通過防止這些層的形成，減小了電容，并由此改善半導(dǎo)體的性能。
文檔編號(hào)H01L23/522GK101299419SQ20081008607
公開日2008年11月5日 申請(qǐng)日期2008年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月30日
發(fā)明者D·C·埃德爾斯坦, G·布雷塔, L·A·克萊文格, M·E·科爾伯恩, S·波諾斯 申請(qǐng)人:國際商業(yè)機(jī)器公司