本發(fā)明的實施例總體上涉及半導體器件的制造。具體而言，本發(fā)明的實施例涉及用于半導體器件的互連結(jié)構(gòu)以及用于制造這種器件的方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代集成電路使用導電互連層來連接芯片上的各個器件和/或發(fā)送和/或接收器件外部的信號。通常類型的互連層包括耦合到各個器件的銅和銅合金互連線，包括通過過孔互連的其它互連線。集成電路具有多級互連并不罕見。例如，兩個或多個互連層可以通過電介質(zhì)材料彼此分離。分離互連級的電介質(zhì)層通常被稱為層間電介質(zhì)(ild)。

由于這些互連層由具有較小間距的互連線制造以適應(yīng)較小芯片的需要，所以越來越難以將過孔與期望的互連層正確對準。特別地，在制造期間，由于自然產(chǎn)生的制造變化，過孔邊緣的位置相對于其要接觸的互連層或線可能沒有對準。但過孔必須允許將一個互連層的一個互連線連接到期望的下層或線，而不會錯誤地連接到不同的互連層或線。如果過孔沒有對準并接觸錯誤的金屬部件，則芯片可能會短路，導致電氣性能下降。解決這個問題的一個解決方案是減小過孔尺寸，例如通過使過孔變窄。然而，減小過孔尺寸導致電阻的增大并且降低制造期間的產(chǎn)量。

附圖說明

圖1是根據(jù)實施例的包括自對準的頂上過孔(overheadvia)和自對準的貫穿過孔的互連結(jié)構(gòu)的截面圖。

圖2是根據(jù)實施例的包括互連線之間的氣隙的互連結(jié)構(gòu)的截面圖。

圖3a-3p是示出根據(jù)實施例的形成包括自對準的頂上過孔和自對準的貫穿過孔的互連結(jié)構(gòu)的方法的截面圖。

圖4a-4c是示出根據(jù)實施例的改進頂上過孔和相鄰觸點之間的短路余量的方法的截面圖。

圖5a-5d是示出根據(jù)實施例的形成包括互連線之間的氣隙的互連結(jié)構(gòu)的方法的截面圖。

圖6是實現(xiàn)本發(fā)明的一個或多個實施例的內(nèi)插件的截面圖。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的實施例構(gòu)建的計算裝置的示意圖。

具體實施方式

本文說明的是：包括互連結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，該互連結(jié)構(gòu)允許形成與包括自對準的頂上過孔和自對準的貫穿過孔的密集間距的互連線的接觸；以及形成這種器件的方法。在下面的說明中，將使用本領(lǐng)域技術(shù)人員通常使用的術(shù)語來說明說明性實施方式的各個方面，以將其工作的實質(zhì)傳達給本領(lǐng)域其他技術(shù)人員。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，本發(fā)明可以僅用所說明的方面中的一些來實現(xiàn)。為了解釋的目的，闡述了具體的數(shù)字、材料和配置，以提供對說明性實施方式的透徹理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，可以在沒有這些具體細節(jié)的情況下實踐本發(fā)明。在其他情況下，省略或簡化了公知的特征，以免使得說明性實施方式難以理解。

將以最有助于理解本發(fā)明的方式將多個操作作為依次的多個分離的操作進行說明，但說明的順序不應(yīng)解釋為暗示這些操作必定是順序相關(guān)的。具體而言，這些操作不必按照所呈現(xiàn)的順序執(zhí)行。

本發(fā)明的實施方式可以在諸如半導體襯底的襯底上形成或執(zhí)行。在一個實施方式中，半導體襯底可以是使用體硅或絕緣體上硅下部結(jié)構(gòu)形成的晶體襯底。在其他實施方式中，半導體襯底可以使用替代材料形成，所述替代材料可以或可以不與硅組合，其包括但不限于鍺、銻化銦、碲化鉛、砷化銦、磷化銦、砷化鎵、銦鎵砷化物、銻化鎵、或者iii-v族或iv族材料的其他組合。盡管這里說明了可以形成襯底的材料的幾個示例，但是可以用作其上可以構(gòu)建半導體器件的基礎(chǔ)的任何材料都落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的互連結(jié)構(gòu)100的截面圖?；ミB結(jié)構(gòu)100可以與利用一個或多個互連層的諸如ic電路等的任何半導體器件結(jié)合使用?；ミB結(jié)構(gòu)100形成在層間電介質(zhì)(ild)103中。本發(fā)明的實施例利用本領(lǐng)域通常已知的用作ild(例如二氧化硅)的低k電介質(zhì)材料。根據(jù)本發(fā)明的實施例，適合于形成ild103的低k電介質(zhì)材料還可以包括但不限于諸如摻碳二氧化硅、多孔二氧化硅或氮化硅的材料。本發(fā)明的另外的實施例可以包括由k值小于5的電介質(zhì)材料形成的ild103。實施例還可以包括k值小于2的ild。根據(jù)本發(fā)明的實施例，ild103可以小于100nm厚。根據(jù)另外的實施例，ild103可以小于40nm厚。本發(fā)明的另外的實施例還可以包括厚度在40nm和80nm之間的ild103。另外的實施例包括大約60nm厚的ild103。

在實施例中，蝕刻停止層104形成在ild103的頂表面之上。作為示例，蝕刻停止層104可以是電介質(zhì)材料，例如氮化物或氧化物。根據(jù)實施例，蝕刻停止層104耐受蝕刻工藝，該蝕刻工藝可用于蝕刻穿過第二互連層180，例如用于形成互連的附加ild層，其可以形成在蝕刻停止層104上方。本發(fā)明的實施例包括厚度在3nm和10nm之間的蝕刻停止層。

根據(jù)實施例，互連結(jié)構(gòu)100包括以交替圖案形成在ild103中的第一互連線121和第二互連線122，如圖1所示。第一互連線121和第二互連線122由導電材料形成。示例性而非限制性地，用于形成互連線的導電材料可以包括cu、co、w、nisi、tin、mo、ni、ru、au、ag或pt。在實施例中，相同的導電材料用于形成第一互連線121和第二互連線122。根據(jù)替代實施例，第一互連線121和第二互連線122由不同的導電材料形成。

互連線121、122彼此隔開間距p。本發(fā)明的實施例包括具有小于60nm的間距p的高密度互連線。本發(fā)明的其它實施例包括小于30nm的間距p。本發(fā)明的實施例包括小于30nm的互連線寬度w。本發(fā)明的另外實施例包括小于15nm的互連線寬度w。

在實施例中，第一互連線121和第二互連線122是凹陷的，使得ild103的頂表面形成在互連線121、122的頂表面上方。根據(jù)本發(fā)明的實施例，互連線121、122的凹陷在ild中提供了空間，用于在每個互連線121、122上方形成電介質(zhì)蓋層125、126或頂上過孔117、118。根據(jù)實施例，第一頂上過孔117和第二頂上過孔118分別形成在與第一互連線121和第二互連線122相同的溝槽內(nèi)，因此在本文中被稱為與互連線121、122“自對準”。由于自對準，互連線和頂上過孔之間的對準基本上是無誤差的。

示出了在第一頂上過孔117和第一互連線121之間以及在第二頂上過孔118和第二互連線122之間的虛線，以更清楚地指示互連線結(jié)束和貫穿過孔開始的位置。然而，應(yīng)當理解，兩個部件可以由相同的材料形成，并且當從圖1所示的截面圖中觀察時，它們之間可以沒有可辨別的接合部。簡要地參考圖4a，提供了與圖1的視圖正交的截面圖，以便更清楚地示出互連線和頂上過孔之間的差異。如圖4a所示，第一互連線421的長度大于第一頂上過孔417的長度。下面將更詳細地討論圖4a的其余部分。

如圖1所示，第一電介質(zhì)蓋層125可以形成在第一互連線121上方。在實施例中，第一電介質(zhì)蓋層125的頂表面可以與ild層103的頂表面基本上共面。本發(fā)明的實施例還包括形成在第二互連線122上方的第二電介質(zhì)蓋層126。在實施例中，第二電介質(zhì)蓋層126的頂表面可以與ild層103的頂表面基本上共面。

本發(fā)明的實施例包括由電介質(zhì)材料(例如sioxcynz、非導電金屬氧化物和氮化物(例如但不限于tio、zro、tialzro、alo)或有機材料)制成的第一電介質(zhì)蓋層125和第二電介質(zhì)蓋層126。根據(jù)實施例，第一電介質(zhì)蓋層和第二電介質(zhì)蓋層由相同的材料制成。根據(jù)另外的實施例，第一電介質(zhì)蓋層125和第二電介質(zhì)蓋層126由不同的材料制成。

本發(fā)明的實施例還可以包括一個或多個第一貫穿過孔123和第二貫穿過孔124。根據(jù)本發(fā)明的實施例，第一貫穿過孔123和第二貫穿過孔124被集成到第一互連線121和第二互連線122的交替圖案中。因此，在本發(fā)明的實施例中，第一貫穿過孔123形成在第一互連線121下方，第二貫穿過孔124形成在第二互連線122下方。根據(jù)實施例，第一貫穿過孔123和第二貫穿過孔124提供通過ild103到較低一級進行電連接的能力。例如，可以將到較低一級的電連接實現(xiàn)為到導電線、晶體管器件的s/d觸點或需要電連接的半導體器件的任何其它部件。在本發(fā)明的附圖中示出的圖示省略了可以由第一和第二貫穿過孔接觸的較低一級的結(jié)構(gòu)，以避免不必要地使本發(fā)明難以理解。

類似于第一頂上過孔117和第二頂上過孔118，第一貫穿過孔123和第二貫穿過孔124分別形成在與第一互連線121和第二互連線122相同的溝槽內(nèi)，因此在本文中被稱為是與互連線121、122“自對準”。由于自對準，互連線和貫穿過孔之間的對準基本上是無誤差的。

示出了在第一貫穿過孔123和第一互連線121之間以及在第二貫穿過孔124和第二互連線122之間的虛線，以更清楚地指示互連線結(jié)束和貫穿過孔開始的位置。然而，應(yīng)當理解，兩個部件可以由相同的材料形成，并且當從圖1所示的截面圖中觀察時，它們之間可以沒有可辨別的接合部。簡要地參考圖4a，提供了與圖1的視圖正交的截面圖，以便更清楚地示出互連線和貫穿過孔之間的差異。如圖4a所示，第一互連線421的長度大于第一貫穿過孔423的長度。下面將更詳細地討論圖4a的其余部分。

現(xiàn)在參考圖2，示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的互連結(jié)構(gòu)200?；ミB結(jié)構(gòu)200基本上類似于互連結(jié)構(gòu)100，除了在每個互連線121、122之間提供氣隙299。隨著互連線之間的間距減小，線之間的電容耦合成為越來越難以克服的問題。通常，可以通過為ild層203選擇低k電介質(zhì)材料來最小化電容耦合。然而，某些應(yīng)用可能必須需要低于目前用于形成ild層的材料的k值的k值。因此，本發(fā)明的實施例利用氣隙299來最小化電容耦合。例如，氣隙具有大約1的k值。

根據(jù)實施例，氣隙599的底表面由ild層203形成。在實施例中，氣隙299可以具有位于第一互連線221和第二互連線222的底表面下方的底表面。根據(jù)另外的實施例，氣隙可以不延伸到第一互連線221和第二互連線222的底表面下方。本發(fā)明的實施例可以利用ild填充材料297形成氣隙299的上表面。作為示例，ild填充材料297可以是具有填充特性的ild材料，該填充特性不允許在相鄰互連線之間形成的溝槽被材料填充。作為示例，ild填充材料可以是二氧化硅、摻碳二氧化硅、多孔二氧化硅、氮化硅等。在實施例中，填充ild材料297的底表面可以延伸到第一互連線221和第二互連線222的頂表面下方。根據(jù)另外的實施例，填充ild材料297的底表面可以不延伸到第一互連線221和第二互連線222的頂表面下方。

由于互連線221、222在ild層203內(nèi)的定位，本發(fā)明的實施例極大地受益于氣隙299的使用。由于第一互連線221和第二互連線222的頂表面凹進到ild層203的頂表面下方，將氣隙299定位為靠近互連線的側(cè)壁。根據(jù)實施例，氣隙299可以沿著互連線的側(cè)壁的長度的至少一半延伸。在某些實施例中，氣隙299可以至少沿互連線的側(cè)壁的基本上整個長度延伸。相反，傳統(tǒng)的互連線被形成為使得它們的頂表面與ild層103的頂表面基本上共面。因此，當在這些傳統(tǒng)的互連結(jié)構(gòu)中嘗試形成氣隙時，填充ild沿互連線的側(cè)壁的大部分形成。因此，沒有完全實現(xiàn)如根據(jù)本發(fā)明的實施例所述的低k值的益處。

根據(jù)本發(fā)明的實施例的互連結(jié)構(gòu)可以根據(jù)關(guān)于圖3a-3p說明的過程制造?，F(xiàn)在參考圖3a，示出了ild層303。作為示例，ild層303可以是本領(lǐng)域已知的任何ild材料，例如摻碳二氧化硅、多孔二氧化硅或氮化硅。根據(jù)實施例，可以在ild層303之上形成諸如氮化物或氧化物材料的第一硬掩模層305。根據(jù)實施例，ild303可以形成在一個或多個附加互連結(jié)構(gòu)(未示出)之上，或ild303可以形成在器件襯底之上，例如其上形成有電路的半導體襯底(未示出)。

主干層(backbonelayer)316可以形成在第一硬掩模層305上方。主干316可以是適于形成硬掩模層的任何材料，例如非晶硅、多晶硅、無定形碳、氮化硅、碳化硅、鍺等。主干316可以用任何常規(guī)的圖案化工藝(例如光刻、蝕刻和濕法清洗)進行圖案化。在一個具體實施例中，主干316可以用多重圖案化工藝形成，以獲得所期望的間距。

現(xiàn)在參考圖3b，間隔物309可以沿主干316的側(cè)壁形成。間隔物形成沉積和蝕刻工藝可用于形成間隔物309。例如，可以將間隔物材料的共形層均厚沉積在主干316和第一硬掩模層305的表面之上。在均厚沉積之后，可以實施間隔物形成蝕刻。實施例包括各向異性干法蝕刻工藝，其選擇性地去除在水平表面上形成的沉積層的部分，從而沿著主干316的側(cè)壁留下間隔物309。根據(jù)實施例，間隔物309可以是共形材料，例如但不限于sio2、sin、hfo2、tio、zro、aln、alo及其組合。根據(jù)本發(fā)明的實施例，用于形成主干316的材料可以在給定的蝕刻工藝期間對用于形成間隔物309的材料具有高蝕刻選擇性。根據(jù)這樣的實施例，間隔物309耐受將易于蝕刻掉主干316的蝕刻工藝。作為示例，當主干316由非晶硅制成時，間隔物309可以由氧化鈦制成。

現(xiàn)在參考圖3c，使用第一溝槽蝕刻工藝穿過第一硬掩模層305并且進入到ild303中來形成第一溝槽341。第一溝槽蝕刻工藝利用間隔物309作為掩模，以便提供第一溝槽341之間適當?shù)拈g隔，并形成具有期望寬度w的第一溝槽341。根據(jù)本發(fā)明的實施例，寬度w小于約30nm。本發(fā)明的另外的實施例包括小于15nm的寬度w。在實施例中，第一溝槽341可以具有在大約20nm和大約60nm之間的深度。本發(fā)明的另外的實施例包括將第一溝槽341形成為大約40nm的深度。

現(xiàn)在參考圖3d，可以根據(jù)本發(fā)明的實施例實施貫穿過孔遮蔽工藝。碳硬掩模335形成在溝槽341中并且在間隔物309上方。如圖3d所示，可以圖案化碳硬掩模335以在第一溝槽341之一上方形成開口330。根據(jù)實施例，由于僅形成了第一溝槽341，所以用于限定碳硬掩模的邊緣的可允許誤差容限大約是間距p的四分之三。因此，可以將碳硬掩模335的邊緣瞄準并落在主干316的中心上，該中心與期望有過孔開口330的位置直接相鄰。例如，如果已經(jīng)形成隨后將形成在主干316下方的第二溝槽344，則碳硬掩模335的邊緣將需要在最近的相鄰間隔物309上居中，而不是在最近的相鄰主干316的中心之上。因此，本發(fā)明的實施例允許硬掩模335中的開口的尺寸以及硬掩模335的開口的相對位置的大約是現(xiàn)有技術(shù)的三倍的變化。具體地，本發(fā)明的實施例允許圖案化的碳硬掩模335的側(cè)壁對準的大約是間距p的四分之三的誤差，而現(xiàn)有技術(shù)僅允許對準誤差為間距p的四分之一。

現(xiàn)在參考圖3e，貫穿過孔蝕刻工藝蝕刻穿過第一溝槽底部下方的ild303的剩余部分，以形成第一貫穿過孔開口342。由于穿過第一溝槽的底部形成第一貫穿過孔開口342，應(yīng)當理解，貫穿過孔開口與第一溝槽341自對準。因此，第一互連線與第一貫穿過孔之間的對準將基本上是無誤差的。第一貫穿過孔開口342可以提供到ild303下方的層或部件的連接。在實施例中，例如，過孔蝕刻工藝也可以蝕刻穿過較低互連級的一個或多個層以及蝕刻停止層(未示出)。雖然示出了單個第一貫穿過孔開口342，但實施例還可以包括具有多于一個第一貫穿過孔開口342的互連級。

現(xiàn)在參考圖3f，根據(jù)實施例，去除碳硬掩模層335的剩余部分，可以在第一溝槽341中形成導電層以形成第一互連線321，并在貫穿過孔開口342中形成導電層以形成第一貫穿過孔323和第一互連線321。應(yīng)當理解，第一貫穿過孔323與上方形成的第一互連線自對準。示出了虛線以更清楚地指示第一互連線321結(jié)束并且第一貫穿過孔323開始的位置，然而，應(yīng)當理解，兩個部件可以由相同的材料形成，并且當在圖3f所示的截面圖中觀察時，它們之間可以沒有可辨別的接合部。簡要地參考圖4a，提供了與圖3f的視圖正交的截面圖，以便更清楚地示出第一互連線321和第一貫穿過孔323之間的差異。如圖所示，圖4a中的第一互連線421的長度大于第一貫穿過孔423的長度。

本發(fā)明的實施例包括以導電材料形成的第一互連線321和第一貫穿過孔323，所述導電材料可以是用于互連線的任何導電金屬，例如銅、鈷、鎢等。實施例包括通過本領(lǐng)域已知的沉積工藝(例如但不限于化學氣相沉積(cvd)、原子層沉積(ald)或電鍍)將導電材料設(shè)置到第一溝槽341和貫穿過孔開口342中。根據(jù)實施例，第一互連線321的頂表面332可以與間隔物309的頂表面平面化，以便從金屬沉積物去除溢出材料。根據(jù)實施例，平面化可以通過諸如化學機械平面化(cmp)或蝕刻工藝的工藝進行。

現(xiàn)在參考圖3g，通過蝕刻工藝使第一互連線321的頂表面332凹陷，以在間隔物309之間形成凹槽371。根據(jù)實施例，使頂表面332凹陷，以使得它們低于第一硬掩模層305的頂表面327。根據(jù)實施例，第一互連線321的凹陷可以通過蝕刻工藝來實現(xiàn)。作為示例，蝕刻工藝可以是濕法或干法蝕刻工藝。在利用銅或鈷材料形成第一互連線321的具體實施例中，可以使用利用檸檬酸的濕法蝕刻工藝。在利用鎢或釕材料形成第一互連線321的另一實施例中，可以使用干法蝕刻工藝。

在圖3h和3i中，示出了根據(jù)實施例的頂上過孔圖案化工藝。如圖所示，每個第一互連線321的上部可以被認為是第一頂上過孔317。因此，圖3h所示的器件可以包括在可能需要過孔的任何可能位置處的第一頂上過孔317。由于第一頂上過孔317形成在與第一互連線321相同的溝槽中，應(yīng)當理解，第一頂上過孔317與第一互連線321自對準。因此，第一互連線321和第一頂上過孔317之間的對準將基本上是無誤差的。在實施例中，可以通過圖案化和蝕刻工藝選擇性地去除不需要第一頂上過孔317的位置。

在圖3h中，可以將硬掩模層375設(shè)置在第一互連線上方的凹槽371中以及主干316和間隔物309之上。然后可以在選擇的第一互連線321上方將開口圖案化到硬掩模375中。選擇的第一互連線321是不會經(jīng)由第一頂上過孔317從上方接觸到的線。如圖所示，硬掩模375中的開口的邊緣可以位于與選擇的第一互連線321直接相鄰的主干316的中心附近。因此，根據(jù)實施例，邊緣放置誤差的容限在任一方向上大約是間距p的四分之三。

此后，在圖3i中，去除暴露的第一頂上過孔以形成凹槽385。根據(jù)實施例，可以用蝕刻工藝去除第一頂上過孔317。作為示例，蝕刻工藝可以是濕法或干法蝕刻工藝。在利用銅或鈷材料形成第一頂上過孔317的具體實施例中，可以使用利用檸檬酸的濕法蝕刻工藝。在利用鎢或釕材料形成第一頂上過孔317的另一實施例中，可以使用干法蝕刻工藝。根據(jù)實施例，剩余的第一互連線321具有基于互連線的期望電阻而選擇的高寬比。作為示例，第一互連線321的高寬比可以為大約2:1或更大。

根據(jù)另外的實施例，一個或多個第一頂上過孔317可以通過金屬生長操作來形成，而不是上面關(guān)于圖3h和3i說明的金屬蝕刻操作。在這樣的實施例中，可以蝕刻每個金屬填充第一溝槽以去除所有的第一頂上過孔。此后，將硬掩模沉積在每個第一互連線317上方。接下來，可以圖案化硬掩模以僅暴露出期望有第一頂上過孔317的第一互連線321的頂表面332。此后，第一互連317可以在暴露的第一互連線321之上生長回來。在實施例中，第一頂上過孔可以用鑲嵌工藝生長。例如，可以首先沉積種子層，然后進行化學鍍，或者可以使用諸如ald工藝的沉積工藝。

參考圖3j，第一電介質(zhì)蓋層325可以沉積到第一頂上過孔317上方的凹槽385中，以及第一互連線321上方的凹槽371中。例如，第一電介質(zhì)蓋層325可以用cvd、pvd或旋涂工藝沉積。根據(jù)實施例，任何覆蓋層(overburden)材料可以通過平面化工藝(例如cmp工藝)凹陷。本發(fā)明的實施例可以將諸如sioxcynz、非導電金屬氧化物或金屬氮化物的材料用于第一電介質(zhì)蓋層325。本發(fā)明的另外的實施例可以選擇對第一硬掩模層305具有高蝕刻選擇性的材料用于第一電介質(zhì)蓋層325。例如，可以用蝕刻或cmp工藝將來自電介質(zhì)蓋層325的沉積的任何覆蓋層材料與間隔物309和主干316的頂表面平面化。

現(xiàn)在參考圖3k，蝕刻掉主干316，在ild303中可以制成第二溝槽344和第二貫穿過孔開口345。根據(jù)實施例，間隔物309的其余部分提供蝕刻第二溝槽344和第二貫穿過孔開口345的過程中使用的掩模層。根據(jù)實施例，第二溝槽344的深度可以基本上類似于第一溝槽341的深度。根據(jù)替代實施例，第二溝槽344的深度可以大于或小于第一溝槽341的深度。根據(jù)實施例，用于形成第二貫穿過孔開口345的過程基本上類似于以上關(guān)于圖3c和3e所述的用于形成第一貫穿過孔開口342的過程，因此這里不再重復。

第二貫穿過孔開口345可以提供到ild303下方的層或部件的連接。在實施例中，過孔蝕刻工藝也可以蝕刻穿過較低互連級的一個或多個層，例如蝕刻停止層(未示出)。雖然示出了單個第二貫穿過孔開口345，但是實施例還可以包括具有多于一個第二貫穿過孔開口345的互連結(jié)構(gòu)。由于第二貫穿過孔開口345穿過第二溝槽344的底部形成，因此會理解，第二貫穿過孔開口345與第二溝槽344自對準。因此，第二互連線和第二貫穿過孔之間的對準將基本上是無誤差的。

現(xiàn)在參考圖3l，用導電材料填充第二溝槽344和第二貫穿過孔開口345，可以回拋光任何覆蓋層以形成第二互連322和第二頂上過孔318。在實施例中，導電材料可以是與用于形成第一互連322的相同的導電材料。在另外的實施例中，導電材料可以不同于用于第一互連322的金屬。作為示例，導電材料可以是通常用于互連線的任何金屬，例如銅、鈷、鎢、釕等。如圖3l所示，去除覆蓋層的拋光工藝也可以去除間隔物309的一部分和第一電介質(zhì)蓋層325的一部分。

在圖3m和3n中，示出了根據(jù)實施例的頂上過孔圖案化工藝。如圖所示，每個第二互連線322的上部可以被認為是第二頂上過孔318。因此，圖3m所示的器件可以包括在可能需要過孔的任何可能位置處的第二頂上過孔318。由于第二頂上過孔318形成在與第二互連線322相同的溝槽中，因此應(yīng)當理解，第二頂上過孔318與第二互連線322自對準。因此，第二互連線322和第二頂上過孔318之間的對準將基本上是無誤差的。在實施例中，可以通過圖案化和蝕刻工藝選擇性地去除不需要第二頂上過孔318的位置。

在圖3m中，硬掩模層335可以設(shè)置在器件的暴露的頂表面之上。然后可以在選擇的第二互連線322上方將一個或多個開口圖案化到硬掩模335中。選擇的第二互連線322是不會經(jīng)由第二頂上過孔從上方接觸到的線322。如圖所示，硬掩模層335的邊緣可以位于與選擇的第二互連線322直接相鄰的第一電介質(zhì)蓋層325的中心附近。因此，根據(jù)實施例，邊緣放置誤差的容限在任一方向上大約是間距p的四分之三。

此后，在圖3n中，去除暴露的第二頂上過孔以形成凹槽386。根據(jù)實施例，可以用蝕刻工藝去除第二頂上過孔318。作為示例，蝕刻工藝可以是濕法或干法蝕刻工藝。在利用銅或鈷材料形成第一頂上過孔318的具體實施例中，可以使用利用檸檬酸的濕法蝕刻工藝。在利用鎢或釕材料形成第一頂上過孔318的另一實施例中，可以使用干法蝕刻工藝。

根據(jù)另外的實施例，一個或多個第二頂上過孔318可以用金屬生長操作來形成，而不是上面關(guān)于圖3m和3n說明的金屬蝕刻操作。在這種實施例中，可以蝕刻每個金屬填充的第二溝槽以去除所有第二頂上過孔。此后，將硬掩模沉積在每個第一互連線317上方。接下來，可以圖案化硬掩模以僅暴露出期望有第二頂上過孔的第二互連線322的頂表面332。此后，第二互連317可以在暴露的第二互連線321上方生長回來。在實施例中，第二頂上過孔可以用鑲嵌工藝生長。例如，可以首先沉積種子層，然后進行化學鍍，或者可以使用諸如ald工藝的沉積工藝。

參考圖3o，第二電介質(zhì)蓋層326可以沉積到第一互連線321上方的凹槽386中。例如，第二電介質(zhì)蓋層326可以用cvd、pvd或旋涂工藝沉積。本發(fā)明的實施例可以將諸如sioxcynz、非導電金屬氧化物或金屬氮化物的材料用于第二電介質(zhì)蓋層326。在實施例中，用于第二電介質(zhì)蓋層326的材料可以是與用于第一電介質(zhì)蓋層325的材料相同的材料?？商鎿Q地，第二電介質(zhì)蓋層326可以是與第一電介質(zhì)蓋層325不同的材料。根據(jù)實施例，任何覆蓋層材料可以通過平面化工藝(例如cmp工藝)凹陷。根據(jù)實施例，平面化工藝還可以去除間隔物309和第一硬掩模層305的剩余部分。

根據(jù)實施例，所得到的結(jié)構(gòu)包括在ild層303內(nèi)以交替圖案形成的多個第一互連線321和第二互連線322。暴露出頂上過孔317和318，并在基本上沒有重疊誤差的情況下在相應(yīng)的互連線321、322上方對準。此外，貫穿過孔323、324在基本上沒有重疊誤差的情況下在相應(yīng)的互連線321、322下方對準。不需要頂上過孔的互連線321、322借助第一或第二電介質(zhì)蓋層而與頂表面電隔離。

現(xiàn)在參考圖3p，根據(jù)實施例，可以將蝕刻停止層304沉積在ild層303、第一電介質(zhì)蓋層325和第二電介質(zhì)蓋層326以及第一頂上過孔317和第二頂上過孔318的頂表面上。在實施例中，然后可以在蝕刻停止層304的頂表面之上沉積第二ild層380。因此，隨后可以在第二ild層380中圖案化一個或多個觸點或額外的互連層。

現(xiàn)在參考圖4a-4c，示出了根據(jù)實施例的沿著互連線421的長度的互連層100的截面圖。圖4a-4c所示的視圖與圖3a-3p所示的截面圖是正交的(即旋轉(zhuǎn)90度)。如圖4a所示，以與上面關(guān)于圖3a-3p所述的基本相同的方式，在ild中形成互連線421。在所示的實施例中，貫穿過孔423和頂上過孔417也沿著互連線421形成。電觸點481已經(jīng)形成在第二ild480中。根據(jù)實施例，第二觸點481可以以用于制造電觸點481的已知的金屬沉積和光刻工藝形成。

雖然根據(jù)本發(fā)明的實施例形成的頂上過孔417與互連線421自對準，但是它們可以與形成在第二ild480中的電觸點481沒有完全對準。如圖所示，在頂上過孔417之上的電觸點481的長度小于頂上過孔417的長度。因此，在本發(fā)明的實施例中，頂上過孔417的邊緣可以形成在相鄰觸點481附近。因此，為了降低將頂上過孔417與相鄰觸點418短路的可能性，本發(fā)明的實施例可以包括如圖4b和4c所示的頂上過孔蝕刻工藝。

現(xiàn)在參考圖4b，溝槽495形成在相鄰觸點481之間。在實施例中，溝槽用蝕刻工藝形成，該蝕刻工藝去除形成在觸點481之間的ild480和蝕刻停止層404。蝕刻工藝還可以蝕刻穿過頂上過孔417和ild403的一部分。如圖所示，凹口498形成在頂上過孔417中。凹口的存在增大了頂上過孔417與相鄰觸點481之間的間隔。在實施例中，相對于用于形成觸點481的金屬，蝕刻工藝對于用于形成頂上過孔的金屬可以是有選擇性的。作為示例，頂上過孔可以是與用于形成觸點的材料不同的材料。根據(jù)另外的實施例，可以用光致抗蝕劑或硬掩模材料(未示出)來保護觸點481，可以使用定向蝕刻來去除頂上過孔417的暴露部分而不蝕刻掉觸點481。因此，本發(fā)明的實施例允許對于克服將頂上過孔417與錯誤的觸點481短路而言更大的余量。在形成溝槽495之后，可以用ild填充材料483填充溝槽，以便將頂上過孔417電隔離，如圖4c所示。作為示例，ild填料483可以用諸如cvd的典型工藝沉積。

現(xiàn)在參考圖5a-5d，示出了用于形成基本上類似于圖2所示的互連層200的工藝?，F(xiàn)在參考圖5a，所示的互連層基本上類似于上面關(guān)于圖3o說明的互連層。因此，互連層可以以上面相關(guān)于圖3a-3o說明的那些基本相似的處理操作形成，因此這里不再重復。

現(xiàn)在參考圖5b，執(zhí)行ild凹陷操作，以便將溝槽596形成到ild503中。根據(jù)實施例，凹陷操作可以用選擇性地去除ild層503的濕法或干法蝕刻工藝進行。例如，干法蝕刻工藝可以使用cf4蝕刻化學品，濕法蝕刻可以使用稀釋的氫氟酸(dhf)蝕刻。在實施例中，溝槽597可以形成為在第一互連線521和第二互連線522的底表面下方的深度。根據(jù)另外的實施例，溝槽596可以不延伸到第一互連線521和第二互連線522的底表面下方。

現(xiàn)在參考圖5c，可以沉積部分填充溝槽596的填充ild材料597。作為示例，填充ild材料597可能具有差的填充特性，因此，由于相鄰互連線之間的間距較窄，可能無法填充溝槽。在實施例中，填充ild材料597的底表面可以延伸到第一互連線521和第二互連線522的頂表面下方。根據(jù)另外的實施例，填充ild材料597的底表面可以不延伸到第一互連線521和第二互連線522的頂表面下方。因此，氣隙599形成在每個第一互連線521和第二互連線522之間。如上所述，氣隙599的存在提供非常低的介電常數(shù)(例如，約為1的k值)，因此允許相鄰互連之間的電容耦合減小。

現(xiàn)在參考圖5d，根據(jù)實施例，蝕刻停止層504可以沉積在ild填充材料597、第一電介質(zhì)蓋層525和第二電介質(zhì)蓋層526以及第一頂上過孔517和第二頂上過孔518的頂表面之上。在實施例中，然后可以在蝕刻停止層504的頂表面之上沉積第二ild層580。因此，隨后可以在第二ild層580中圖案化一個或多個觸點或附加互連層。

圖6示出了包括本發(fā)明的一個或多個實施例的內(nèi)插件1000。內(nèi)插件1000是用于將第一襯底1002橋接到第二襯底1004的居間襯底。第一襯底1002可以是例如集成電路管芯。第二基板1004可以是例如存儲器模塊、計算機主板或另一集成電路管芯。通常，內(nèi)插件1000的目的是將連接擴展到更寬的間距或者將連接改線到不同的連接。例如，內(nèi)插件1000可以將集成電路管芯耦合到球柵陣列(bga)1006，球柵陣列1006可以隨后耦合到第二襯底1004。在一些實施例中，第一襯底1002和第二襯底1004附接到內(nèi)插件1000的相對側(cè)面。在其他實施例中，第一襯底1002和第二襯底1004附接到內(nèi)插件1000的同一側(cè)。在另外的實施例中，三個或更多個襯底通過內(nèi)插件1000互連。

內(nèi)插件1000可以由環(huán)氧樹脂、玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂、陶瓷材料或諸如聚酰亞胺的聚合物材料形成。在進一步的實施方式中，內(nèi)插件可以由交替的剛性或柔性材料形成，其可以包括與上述半導體襯底中所使用材料的相同材料，例如硅、鍺以及其它iii-v族和iv族材料。

內(nèi)插件可以包括金屬互連1008和過孔1010，包括但不限于穿硅過孔(tsv)1012。內(nèi)插件1000還可以包括嵌入式器件1014，包括無源器件和有源器件。這樣的器件包括但不限于電容器、去耦電容器、電阻器、電感器、熔斷器、二極管、變壓器、傳感器和靜電放電(esd)器件。諸如射頻(rf)器件、功率放大器、電源管理器件、天線、陣列、傳感器和mems器件之類的更復雜的器件也可以形成在內(nèi)插件1000上。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，本文公開的裝置或過程可以在內(nèi)插件1000的制造和器件1014中使用。

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的計算設(shè)備1200。計算設(shè)備1200可以包括多個部件。在一個實施例中，這些部件附接到一個或多個主板。在替代實施例中，這些部件被制造在單個片上系統(tǒng)(soc)管芯而不是主板上。計算設(shè)備1200中的部件包括但不限于集成電路管芯1202和至少一個通信芯片1208。在一些實施方式中，通信芯片1208被制造為集成電路管芯1202的一部分。集成電路管芯1202可以包括cpu1204以及通常用作高速緩存存儲器的管芯上存儲器1206，其可以由諸如嵌入式dram(edram)或自旋轉(zhuǎn)移矩存儲器(sttm或sttm-ram)的技術(shù)提供。

計算設(shè)備1200可以包括其他部件，其可以或可以不物理且電耦合到主板或在soc管芯內(nèi)制造。這些其他部件包括但不限于，易失性存儲器1210(例如，dram)、非易失性存儲器1212(例如rom或閃存)、圖形處理單元1214(gpu)、數(shù)字信號處理器1216、密碼處理器1242(在硬件內(nèi)執(zhí)行密碼算法的專用處理器)、芯片組1220、天線1222、顯示器或觸摸屏顯示器1224、觸摸屏控制器1226、電池1228或其他電源、功率放大器(未示出)、全球定位系統(tǒng)(gps)設(shè)備1228、羅盤1230、運動協(xié)處理器或傳感器1232(其可以包括加速度計、陀螺儀和羅盤)、揚聲器1234、相機1236、用戶輸入設(shè)備1238(例如鍵盤、鼠標、觸控筆和觸摸板)和大容量儲存設(shè)備1240(例如，硬盤驅(qū)動器、光盤(cd)、數(shù)字多用途盤(dvd)，等等)。

通信芯片1208實現(xiàn)了無線通信，用于往來于計算設(shè)備1200傳送數(shù)據(jù)。術(shù)語“無線”及其派生詞可以用于描述可以通過非固態(tài)介質(zhì)借助使用調(diào)制電磁輻射來傳送數(shù)據(jù)的電路、設(shè)備、系統(tǒng)、方法、技術(shù)、通信信道等。該術(shù)語并非暗示相關(guān)設(shè)備不包含任何導線，盡管在一些實施例中它們可以不包含。通信芯片1208可以實施多個無線標準或協(xié)議中的任意一個，包括但不限于wi-fi(ieee802.11族)、wimax(ieee802.16族)、ieee802.20、長期演進(lte)、ev-do、hspa+、hsdpa+、hsupa+、edge、gsm、gprs、cdma、tdma、dect、藍牙、其派生物，以及被指定為3g、4g、5g以及更高代的任何其他無線協(xié)議。計算設(shè)備1200可以包括多個通信芯片1208。例如，第一通信芯片1208可以專用于近距離無線通信，例如wi-fi和藍牙，第二通信芯片1208可以專用于遠距離無線通信，例如gps、edge、gprs、cdma、wimax、lte、ev-do等。

計算設(shè)備1200的處理器1204包括一個或多個器件，例如耦合到形成在互連結(jié)構(gòu)中的一個或多個互連線的晶體管，該互連結(jié)構(gòu)包括根據(jù)本發(fā)明的實施例的自對準頂上過孔和自對準貫穿過孔。術(shù)語“處理器”可以指代任何設(shè)備或設(shè)備的部分，其處理來自寄存器和/或存儲器的電子數(shù)據(jù)，以便將所述電子數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢源鎯υ诩拇嫫骱?或存儲器中的其他電子數(shù)據(jù)。

通信芯片1208也可以包括一個或多個器件，例如耦合到形成在互連結(jié)構(gòu)中的一個或多個互連線的晶體管，該互連結(jié)構(gòu)包括根據(jù)本發(fā)明的實施例的自對準頂上過孔和自對準貫穿過孔。

在進一步的實施方式中，容納在計算設(shè)備1200中的另一個部件可以包含一個或多個器件，例如耦合到形成在互連結(jié)構(gòu)中的一個或多個互連線的晶體管，該互連結(jié)構(gòu)包括根據(jù)本發(fā)明的實施例的自對準頂上過孔和自對準貫穿過孔。

在多個實施例中，計算設(shè)備1200可以是膝上型電腦、上網(wǎng)本電腦、筆記本電腦、超級本電腦、智能電話、平板電腦、個人數(shù)字助理(pda)、超移動pc、移動電話、臺式計算機、服務(wù)器、打印機、掃描器、監(jiān)視器、機頂盒、娛樂控制單元、數(shù)碼相機、便攜式音樂播放器、或數(shù)碼攝像機。在進一步的實施方式中，計算設(shè)備1200可以是處理數(shù)據(jù)的任何其他電子設(shè)備。

包括摘要中所述的本發(fā)明的所示實施方式的以上說明并非旨在是窮舉性的或者將本發(fā)明局限于所公開的準確形式。盡管出于例證性目的在此說明了本發(fā)明的具體實施方式和示例，但是如相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到的，在本發(fā)明的范圍內(nèi)的各種等效修改是可能的。

根據(jù)上述具體實施方式部分，可以對本發(fā)明進行這些修改。以下權(quán)利要求書中使用的術(shù)語不應(yīng)被解釋為將本發(fā)明局限于說明書和權(quán)利要求書中公開的具體實施方式。相反，本發(fā)明的范圍將完全由以下權(quán)利要求確定，這些權(quán)利要求將根據(jù)確立的權(quán)利要求解讀的原則來解釋。

本發(fā)明的實施例包括一種互連結(jié)構(gòu)，包括：層間電介質(zhì)(ild)；ild中的一個或多個第一互連線，其中，每個第一互連線的頂表面凹陷到ild的頂表面下方；以與第一互連線交替的圖案布置的ild中的一個或多個第二互連線，其中，每個第二互連線的頂表面凹陷到ild的頂表面下方；以及第一互連線中的一個或多個或者第二互連線中的一個或多個之上的自對準頂上過孔，其中，所述自對準頂上過孔包括與所述ild的頂表面基本上共面的頂表面。另外的實施例包括互連結(jié)構(gòu)，還包括第一互連線中的一個或多個或者第二互連線中的一個或多個下方的一個或多個自對準貫穿過孔。另外的實施例包括互連結(jié)構(gòu)，其中，電介質(zhì)蓋層形成在在其上沒有形成有自對準頂上過孔的第一互連線和第二互連線之上。另外的實施例包括互連結(jié)構(gòu)，其中，電介質(zhì)蓋層是sioxcynz材料、金屬氧化物材料或金屬氮化物材料。另外的實施例包括互連結(jié)構(gòu)，其中，自對準頂上過孔包括凹口。另外的實施例包括互連結(jié)構(gòu)，還包括形成在頂上過孔的頂表面之上的觸點金屬。另外的實施例包括互連結(jié)構(gòu)，其中，觸點金屬是不同于頂上過孔的材料。另外的實施例包括互連結(jié)構(gòu)，其中，在第一互連線和第二互連線中的一個或多個之間的空間中形成氣隙。另外的實施例包括互連結(jié)構(gòu)，其中，氣隙沿著第一互連線和第二互連線的側(cè)壁的至少一半高度延伸。另外的實施例包括互連結(jié)構(gòu)，其中，氣隙沿著第一互連線和第二互連線的側(cè)壁的整個高度延伸。另外的實施例包括互連結(jié)構(gòu)，其中，第一互連線和第二互連線的高寬比為2:1或更大。另外的實施例包括互連結(jié)構(gòu)，其中，第一互連線與第二互連線間隔小于30nm。

另外的實施例包括一種形成互連結(jié)構(gòu)的方法，包括：將多個第一溝槽形成到層間電介質(zhì)(ild)中；將第一金屬設(shè)置到第一溝槽中以形成第一互連線和在第一互連線之上的第一自對準頂上過孔；去除第一自對準過孔中的一個或多個以暴露出所述第一互連線中的一個或多個的頂表面；在所述第一互連線的暴露的頂表面上方形成第一電介質(zhì)蓋層；以與第一溝槽交替的圖案將一個或多個第二溝槽形成到ild中；將第二金屬設(shè)置到所述一個或多個第二溝槽中以形成第二互連線和第二自對準頂上過孔；去除所述第二自對準頂上過孔中的一個或多個，以暴露出第二互連線中的一個或多個的頂表面；以及在所述第二互連線的暴露的頂表面上方形成第二電介質(zhì)蓋層。另外的實施例包括形成互連結(jié)構(gòu)的方法，其中，形成第一溝槽包括：在形成在ild之上的第一硬掩模層上方形成主干層；在主干層上形成間隔物，其中，第一硬掩模層的一部分保持暴露在間隔物之間；以及蝕刻穿過第一硬掩模層的暴露部分并進入第一硬掩模層的暴露部分下方的ild中。另外的實施例包括形成互連結(jié)構(gòu)的方法，其中，形成第二溝槽包括：蝕刻穿過主干層；以及蝕刻穿過第一硬掩模層的部分并進入ild中。另外的實施例包括形成互連結(jié)構(gòu)的方法，還包括：在將第一金屬設(shè)置到第一溝槽中之前，蝕刻穿過在第一溝槽中的一個或多個下方的ild的部分，以形成一個或多個第一貫穿過孔開口，并且其中，將所述第一金屬設(shè)置到所述第一溝槽中還包括在所述第一貫穿過孔開口中形成第一自對準貫穿過孔。另外的實施例包括形成互連結(jié)構(gòu)的方法，還包括：在將第二金屬設(shè)置到所述第二溝槽中之前，蝕刻穿過在第二溝槽中的一個或多個下方的ild的部分，以形成第二貫穿過孔開口，并且其中，將所述第二金屬設(shè)置到所述第二溝槽中還包括在所述第二貫穿過孔開口中形成第二自對準貫穿過孔。另外的實施例包括形成互連結(jié)構(gòu)的方法，其中，第一互連線和第二互連線的高寬比為2:1或更大。另外的實施例包括形成互連結(jié)構(gòu)的方法，還包括：從所述第一互連線和所述第二互連線中的一個或多個之間去除所述ild；以及將ild填充材料設(shè)置在所述互連結(jié)構(gòu)上，所述ild填充材料不填充靠近所述第一互連線和所述第二互連線的側(cè)壁的空間。另外的實施例包括形成互連結(jié)構(gòu)的方法，其中，第一互連線和第二互連線的側(cè)壁沒有被ild或ild填充材料接觸。另外的實施例包括形成互連結(jié)構(gòu)的方法，其中，第一。另外的實施例包括形成互連結(jié)構(gòu)的方法，其中，電介質(zhì)蓋層是sioxcynz材料、金屬氧化物材料或金屬氮化物材料。

另外的實施例包括一種形成互連結(jié)構(gòu)的方法，包括：在形成于ild上的第一硬掩模層上方形成主干層；在所述主干層上形成間隔物，其中，所述第一硬掩模層的一部分保持暴露在所述間隔物之間；蝕刻穿過所述第一硬掩模層的暴露部分并進入所述第一硬掩模層的暴露部分下方的ild，以將多個第一溝槽形成到層間電介質(zhì)(ild)中；將第一金屬設(shè)置到所述第一溝槽中以形成第一互連線和在第一互連線之上的第一自對準頂上過孔；去除第一自對準過孔中的一個或多個以暴露出所述第一互連線中的一個或多個的頂表面；在所述第一互連線的暴露的頂表面上方形成第一電介質(zhì)蓋層；蝕刻穿過所述主干層；蝕刻穿過所述第一硬掩模層的一部分并進入ild中，以便以與所述第一溝槽交替的圖案將一個或多個第二溝槽形成到ild中，其中，所述第一溝槽與所述第二溝槽間隔小于30nm；將第二金屬設(shè)置到所述一個或多個第二溝槽中以形成第二互連線和第二自對準頂上過孔；去除所述第二自對準頂上過孔中的一個或多個，以暴露出所述第二互連線中的一個或多個的頂表面；以及在所述第二互連線的暴露的頂表面上方形成第二電介質(zhì)蓋層。另外的實施例包括形成互連結(jié)構(gòu)的方法，其中，所述第一互連線和所述第二互連線的高寬比為2:1或更大。另外的實施例包括形成互連結(jié)構(gòu)的方法，還包括：從所述第一互連線和所述第二互連線中的一個或多個之間去除所述ild；以及將ild填充材料設(shè)置在所述互連結(jié)構(gòu)上，所述ild填充材料不填充靠近所述第一互連線和所述第二互連線的側(cè)壁的空間。