DE102024109927A1 - Interconnect-struktur mit hoher wärmeleitfähigkeit und geringer parasitärer kapazität - Google Patents

Abstract

Es werden Halbleiterstrukturen und Verfahren zum Bilden derselben bereitgestellt. Ein beispielhaftes Verfahren umfasst: Bilden einer Metallschicht über einem Substrat, Strukturieren der Metallschicht, um eine erste und eine zweite Metallleitung mit einem Graben dazwischen zu bilden, Abscheiden einer Opferschicht in einem unteren Abschnitt des Grabens, Bilden einer ersten dielektrischen Schicht auf der Opferschicht, selektives Entfernen der Opferschicht, um einen Luftspalt zwischen der ersten und der zweiten Metallleitung nach dem Bilden der ersten dielektrischen Schicht zu bilden, und Abscheiden einer zweiten dielektrischen Schicht über der ersten dielektrischen Schicht und in einem oberen Abschnitt des Grabens.

Description

• PRIORITÄTSDATEN
• Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 27. Oktober 2023 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung Nr. 63/593,700 , die hiermit durch Bezugnahme in vollem Umfang in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
• HINTERGRUND
• Die Elektronikindustrie erlebt eine immer größer werdende Nachfrage nach kleineren und schnelleren elektronischen Vorrichtungen, die gleichzeitig eine größere Anzahl von immer komplexeren und anspruchsvolleren Funktionen unterstützen können. Dementsprechend hält der Trend in der Halbleiterindustrie an, kostengünstige, leistungsstarke und stromsparende integrierte Schaltkreise (ICs) herzustellen. Bisher wurden diese Ziele weitgehend erreicht, indem die Abmessungen der Halbleiter-ICs reduziert (zum Beispiel die minimale Strukturelementgröße) und damit die Produktionseffizienz verbessert und die damit verbundenen Kosten gesenkt wurden. Diese Skalierung hat jedoch auch zu einer erhöhten Komplexität des Halbleiterherstellungsprozesses geführt. Die Realisierung weiterer Fortschritte bei Halbleiter-ICs und -Vorrichtungen erfordert daher ähnliche Fortschritte bei den Prozessen und Technologien der Halbleiterherstellung.
• Mit den immer kleiner werdenden Vorrichtungsabmessungen werden immer höhere Anforderungen an die Leistung von Back-End-of-Line-Interconnect-Strukturen (BEOL-Interconnect-Strukturen) gestellt. Wenn zum Beispiel die Distanz zwischen zwei benachbarten leitfähigen Strukturelementen kleiner wird, um die Designanforderungen kleinerer Technologieknoten zu erfüllen, so kann eine hohe parasitäre Kapazität zu einer geringeren Vorrichtungsgeschwindigkeit (zum Beispiel RC-Verzögerungen) führen. Es sind Materialien mit niedriger Dielektrizitätskonstante (niedrigem k-Wert) in Interconnect-Strukturen integriert worden, um die parasitäre Kapazität zu verringern. Zwar erfüllen die Materialien mit niedrigem k-Wert ihren Zweck, die parasitäre Kapazität zu verringern, doch ihre unzureichenden Wärmeleitfähigkeitseigenschaften führen zu Herausforderungen bei der Wärmedissipation von Front-End-of-Line-Vorrichtungen (FEOL-Vorrichtungen).
• KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden am besten anhand der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Figuren gelesen wird. Es ist anzumerken, dass gemäß der gängigen Praxis in der Industrie verschiedene Strukturelemente nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Die Abmessungen der verschiedenen Strukturelemente können vielmehr im Interesse der besseren Übersichtlichkeit der Besprechung nach Bedarf vergrößert oder verkleinert werden.
• 1 ist eine fragmentarische Querschnittsansicht einer beispielhaften Halbleiterstruktur gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
• 2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bilden von Interconnect-Schichten der Halbleiterstruktur gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
• 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28 und 29 sind fragmentarische Querschnittsansichten eines Werkstücks auf verschiedenen Fertigungsstufen gemäß dem Verfahren in 2 gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
• 13 ist eine fragmentarische Draufsicht auf das in 12 gezeigte Werkstück gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
• Die folgende Offenbarung stellt viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zum Implementieren verschiedener Merkmale des hier besprochenen Gegenstandes bereit. Im Folgenden werden konkrete Beispiele von Komponenten und Anordnungen beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind natürlich nur Beispiele und dienen nicht der Einschränkung. Zum Beispiel kann die Bildung eines ersten Strukturelements über oder auf einem zweiten Strukturelement in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, bei denen das erste und das zweite Strukturelement in direktem Kontakt gebildet sind, und kann auch Ausführungsformen umfassen, bei denen zusätzliche Strukturelemente zwischen dem ersten und dem zweiten Strukturelement gebildet sein können, so dass das erste und das zweite Strukturelement nicht unbedingt in direktem Kontakt stehen. Darüber hinaus kann die vorliegende Offenbarung Bezugszahlen und/oder - buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient dem Zweck der Einfachheit und Klarheit und schafft nicht automatisch eine Beziehung zwischen den verschiedenen besprochenen Ausführungsformen und/oder Einrichtungen.
• Räumlich relative Begriffe, wie zum Beispiel „unterhalb“, „unter“, „unterer“, „oberhalb“, „oberer“ und dergleichen können im vorliegenden Text zur Vereinfachung der Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem oder mehreren anderen Elementen oder Merkmalen, wie in den Figuren veranschaulicht, zu beschreiben. Die räumlich relativen Begriffe sollen auch andere Ausrichtungen der Vorrichtung im Gebrauch oder Betrieb neben der in den Figuren gezeigten Ausrichtung umfassen. Die Vorrichtung kann auch anders ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht, oder sonstige Ausrichtungen), und die im vorliegenden Text verwendeten räumlich relativen Deskriptoren können gleichermaßen entsprechend interpretiert werden.
• Des Weiteren soll, wenn eine Zahl oder ein Bereich von Zahlen mit „etwa“, „ungefähr“ und dergleichen beschrieben wird, der Begriff auch Zahlen umfassen, die innerhalb eines sinnvollen Bereichs liegen, der Variationen berücksichtigt, die jedem Herstellungsprozess inhärent sind, so wie der Durchschnittsfachmann sie verstehen würde. Zum Beispiel umfasst die Zahl oder der Bereich von Zahlen einen sinnvollen Bereich, der die angegebene Zahl sowie eine Spanne von zum Beispiel ± 10 % der angegebenen Zahl - auf der Grundlage bekannter Fertigungstoleranzen im Zusammenhang mit der Herstellung eines Strukturelements, das eine mit der Zahl verknüpfte Eigenschaft aufweist - enthält. Zum Beispiel kann eine Materialschicht, die eine Dicke von „etwa 5 nm“ aufweist, einen Abmessungsbereich von 4,5 nm bis 5,5 nm umfassen, wenn der Durchschnittsfachmann weiß, dass die mit dem Abscheiden der Materialschicht verknüpften Herstellungstoleranzen ± 10 % betragen.
• In dem Maße, wie die Front-End-of-Line-Vorrichtungen (FEOL-Vorrichtungen) immer kleiner werden, kommt den Back-End-of-Line-Interconnect-Strukturen (BEOL-Interconnect-Strukturen) eine zunehmend größere Rolle in dem Bemühen zu, mit den Anforderungen an Stromverbrauch, Leistung und Fläche Schritt zu halten. Die BEOL-Interconnect-Strukturen können ein dielektrisches Material mit niedrigem k-Wert enthalten, um die parasitäre Kapazität gering zu halten. Im Allgemeinen besitzen dielektrische Materialien mit niedrigem k-Wert schlechtere Wärmeleitfähigkeitseigenschaften als dielektrische Materialien, Metalle oder Halbleitermaterialien mit hohem k-Wert. Die schlechten Wärmeleitfähigkeitseigenschaften von dielektrischen Materialien mit niedrigem k-Wert behindern ihre Fähigkeit, die durch die FEOL-Vorrichtungen erzeugte Wärme effektiv zu dissipieren. Darüber hinaus wird es immer schwieriger, alle leitfähigen Strukturelemente auf ein und dieselbe Seite eines Substrats zu packen. Um die Packungsdichte zu verringern, können Routungsstrukturelemente teilweise auf die Rückseite des Substrats verlegt werden. Zu solchen Routungsstrukturelementen können rückseitige Stromschienen und/oder rückseitige Kontakte gehören. Allerdings wird durch das Bilden rückseitiger Routungsstrukturelemente der Wärmestau aufgrund einer größeren Distanz zwischen Vorrichtungen und einem Kühlkörper verstärkt. Die Industrie sucht angestrengt nach einer Lösung, mit der Interconnect-Strukturen eine hohe Wärmeleitfähigkeit erreichen können, während gleichzeitig die parasitäre Kapazität niedrig gehalten wird.
• Die vorliegende Offenbarung stellt Verfahren zum Bilden einer dielektrischen Struktur bereit, die zwischen benachbarten Metallleitungen zum Zweck der Wärmedissipation und der Verringerung der parasitären Kapazität angeordnet ist. In einem beispielhaften Prozess wird eine Metallschicht so strukturiert, dass Metallleitungen mit Gräben dazwischen gebildet werden. Dann wird eine Opferschicht abgeschieden, um tiefer liegende Abschnitte der Gräben zu füllen. Auf der Opferschicht wird eine Aufrechterhaltungsschicht abgeschieden. Nach dem Bilden der Aufrechterhaltungsschicht wird eine Wärmebehandlung durchgeführt, um die Opferschicht selektiv zu entfernen, wodurch Luftspalte zwischen den strukturierten Metallleitungen gebildet werden. Nach dem Entfernen der Opferschicht wird eine Schicht aus nichtleitfähigem Material mit hohem Kappa-Wert auf der Aufrechterhaltungsschicht gebildet, um obere Abschnitte der Gräben zu füllen. Die Schicht aus nichtleitfähigem Material mit hohem Kappa-Wert, die aus Materialien mit guten Wärmeleitfähigkeitseigenschaften gebildet ist, unterstützen die Wärmedissipation. Die Luftspalte zwischen den Metallleitungen helfen, eine niedrige Kapazität beizubehalten.
• Die verschiedenen Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden nun unter Bezug auf die Figuren ausführlicher beschrieben. In dieser Hinsicht ist 1 eine fragmentarische Querschnittsansicht einer beispielhaften Halbleiterstruktur gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung. 2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 100 zum Bilden von Interconnect-Schichten der Halbleiterstruktur gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Das Verfahren 100 ist lediglich ein Beispiel und soll die vorliegende Offenbarung nicht auf das beschränken, was ausdrücklich in dem Verfahren 100 veranschaulicht ist. Zusätzliche Schritte können vor, während und nach dem Verfahren 100 ausgeführt werden, und einige beschriebene Schritte können ersetzt, weggelassen oder verschoben werden, um zusätzliche Ausführungsformen des Verfahrens 100 zu erhalten. Der Einfachheit halber werden hier nicht alle Schritte im Detail beschrieben. Das Verfahren 100 wird unten in Verbindung mit 3-29 beschrieben, die fragmentarische Drauf- oder Querschnittsansichten eines Werkstücks 200 auf verschiedenen Fertigungsstufen gemäß Ausführungsformen des Verfahrens 100 sind. Weil das Werkstück 200 nach Abschluss der Fertigungsprozesse zu einer Halbleitervorrichtung 200 geworden ist, kann das Werkstück 200 je nach Kontext als eine Halbleiterstruktur 200 bezeichnet werden. Außerdem bezeichnen in der vorliegenden Anmeldung und in den verschiedenen Ausführungsformen gleiche Bezugszahlen gleiche Strukturelemente mit ähnlichen Strukturen und Zusammensetzungen, sofern nichts anderes angegeben ist. Eine oder mehrere Source/Drain-Regionen können sich - je nach Kontext einzeln oder gemeinsam - auf eine Source oder einen Drain beziehen.
• 1 ist eine fragmentarische schaubildhafte Querschnittsansicht verschiedener Schichten (Ebenen), die über einem Halbleitersubstrat (oder Wafer) 60 gefertigt werden können, um einen Abschnitt einer Halbleiterstruktur zu bilden, gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung. Wie in 1 dargestellt, umfassen die verschiedenen Schichten eine Vorrichtungsschicht (Device Layer) DL und eine vorderseitige mehrschichtige Interconnect-Struktur (Frontside Multilayer Interconnect Structure) FMLI, die über der Vorrichtungsschicht DL angeordnet ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Struktur auch eine rückseitige mehrschichtige Interconnect-Struktur (Backside Multilayer Interconnect Structure) BMLI enthalten, die unter der Vorrichtungsschicht DL angeordnet ist. Die rückseitige mehrschichtige Interconnect-Struktur BMLI kann der vorderseitigen mehrschichtigen Interconnect-Struktur FMLI ähneln.
• Die Vorrichtungsschicht DL umfasst Vorrichtungen (zum Beispiel Transistoren, Widerstände, Kondensatoren und/oder Induktivitäten) und/oder Vorrichtungskomponenten (zum Beispiel dotierte Mulden, Gate-Strukturen und/oder Source/Drain-Strukturelemente). In durch 1 dargestellten Ausführungsformen umfasst die Vorrichtungsschicht DL ein Substrat 60, dotierte Regionen 62 (zum Beispiel n-Mulden und/oder p-Mulden), die in dem Substrat 60 angeordnet sind, ein Isolationsstrukturelement 64 und Transistoren T. In der abgebildeten Ausführungsform umfassen die Transistoren T suspendierte Kanalschichten 70 und Gate-Strukturen 68, die zwischen Source/Drain-Strukturelementen 72 angeordnet sind, wobei sich die Gate-Strukturen 68 um die suspendierten Kanalschichten 70 herum legen und/oder diese umgeben. Jede Gate-Struktur 68 hat einen Metall-Gate-Stapel, der aus einer Gate-Elektrode 74, die über einer Gate-Dielektrikumschicht 76 angeordnet ist, und Gate-Abstandshaltern 78, die entlang von Seitenwänden des Metall-Gate-Stapels angeordnet sind, gebildet wird.
• Die mehrschichtigen Interconnect-Strukturen FMLI und BMLI koppeln verschiedene Vorrichtungen und/oder Komponenten der Vorrichtungsschicht DL elektrisch so, dass die verschiedenen Vorrichtungen und/oder Komponenten gemäß den Vorgaben der Designanforderungen arbeiten können. Jede der mehrschichtigen Interconnect-Strukturen FMLI und BMLI kann eine oder mehrere Interconnect-Schichten aufweisen. In der abgebildeten Ausführungsform umfasst die vorderseitige mehrschichtige Interconnect-Struktur FMLI eine Kontakt-Interconnect-Schicht (CO-Ebene), eine Durchkontaktierung-Null-Interconnect-Schicht (Vo-Ebene), eine Metall-Null-Interconnect-Schicht (Mo-Ebene), eine Durchkontaktierung-Eins-Interconnect-Schicht (V1-Ebene) eine Metall-Eins-Interconnect-Schicht (M1-Ebene), eine Durchkontaktierung-Zwei-Interconnect-Schicht (V2-Ebene), eine Metall-Zwei-Interconnect-Schicht (M2-Ebene), eine Durchkontaktierung-Drei-Interconnect-Schicht (V3-Ebene) und eine Metall-Drei-Interconnect-Schicht (M3-Ebene). Die CO-Ebene, die Vo-Ebene, die Mo-Ebene, die V1-Ebene, die M1-Ebene, die V2-Ebene, die M2-Ebene, die V3-Ebene und die M3-Ebene können jeweils als eine Metallebene bezeichnet werden. Metallleitungen, die auf der Mo-Ebene gebildet werden, können als Mo-Metallleitungen bezeichnet werden. Gleichermaßen können Durchkontaktierungen oder Metallleitungen, die auf der V1-Ebene, der M1-Ebene, der V2-Ebene, der M2-Ebene, der V3-Ebene und der M3-Ebene gebildet werden, als V1-Durchkontaktierungen, M1-Metallleitungen, V2-Durchkontaktierungen, M2-Metallleitungen, V3-Durchkontaktierungen bzw. M3-Metallleitungen bezeichnet werden. Die vorliegende Offenbarung zieht eine mehrschichtige Interconnect-Struktur FMLI in Betracht, die mehr oder weniger Interconnect-Schichten und/oder -Ebenen aufweist, zum Beispiel eine Gesamtzahl von N Interconnect-Schichten (Ebenen) der vorderseitigen mehrschichtigen Interconnect-Struktur FMLI, wobei N eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 10 ist. Jede Ebene der vorderseitigen mehrschichtigen Interconnect-Struktur FMLI weist leitfähige Strukturelemente (zum Beispiel Metallleitungen, Metalldurchkontaktierungen und/oder Metallkontakte) auf, die in einer oder mehreren dielektrischen Schichten (zum Beispiel einer Zwischenschichtdielektrikum-Schicht (Interlayer Dielectric, ILD-Schicht) und einer Ätzstoppschicht (Etch Stop Layer, ESL)) angeordnet sind. Die dielektrischen Schichten der vorderseitigen mehrschichtigen Interconnect-Struktur FMLI werden zusammen als eine dielektrische Struktur 66 bezeichnet. In einigen Ausführungsformen werden leitfähige Strukturelemente auf einer selben Ebene der mehrschichtigen Interconnect-Struktur FMLI, wie zum Beispiel der Mo-Ebene, gleichzeitig gebildet. In einigen Ausführungsformen haben leitfähige Strukturelemente auf einer selben Ebene der mehrschichtigen Interconnect-Struktur FMLI Oberseiten, die zueinander im Wesentlichen planar verlaufen, und/oder Unterseiten, die zueinander im Wesentlichen planar verlaufen.
• In durch 1 dargestellten Ausführungsformen weist die CO-Ebene Source/Drain-Kontakte MD auf, die in der dielektrischen Struktur 66 angeordnet sind. Die Source/Drain-Kontakte MD können auf, und in Kontakt mit, Silicidschichten gebildet werden, die direkt auf den Source/Drain-Strukturelementen 72 angeordnet sind. Die Vo-Ebene umfasst Gate-Durchkontaktierungen VG, die auf den Gate-Strukturen 68 angeordnet sind, und Source/Drain-Kontakt-Durchkontaktierungen VD, die auf den Source/Drain-Kontakten MD angeordnet sind, wobei Gate-Durchkontaktierungen VG Gate-Strukturen 68 mit Mo-Metallleitungen verbinden und Source/Drain-Durchkontaktierungen Vo Source/Drain-Kontakte MD mit Mo-Metallleitungen verbinden. In einigen Ausführungsformen kann die Vo-Ebene auch Kuppenkontakte umfassen, die in der dielektrischen Struktur 66 angeordnet sind. Die V1-Ebene weist V1-Durchkontaktierungen auf, die in der dielektrischen Struktur 66 angeordnet sind, wobei V1-Durchkontaktierungen Mo-Metallleitungen mit M1-Metallleitungen verbinden. Die M1-Ebene weist M1-Metallleitungen auf, die in der dielektrischen Struktur 66 angeordnet sind. Die V2-Ebene weist V2-Durchkontaktierungen auf, die in der dielektrischen Struktur 66 angeordnet sind, wobei V2-Durchkontaktierungen M1-Metallleitungen mit M2-Metallleitungen verbinden. Die M2-Ebene weist M2-Metallleitungen auf, die in der dielektrischen Struktur 66 angeordnet sind. Die V3-Ebene weist V3-Durchkontaktierungen auf, die in der dielektrischen Struktur 66 angeordnet sind, wobei V3-Durchkontaktierungen M2-Metallleitungen mit M3-Metallleitungen verbinden. 1 wurde im Interesse der besseren Übersichtlichkeit vereinfacht, um die erfinderischen Konzepte der vorliegenden Offenbarung besser zu verstehen.
• Unter Bezug auf 2 und 3 umfasst das Verfahren 100 einen Block 102, in dem ein Werkstück 200 empfangen (oder bereitgestellt) wird. Das Werkstück 200 weist ein Substrat 202 auf. In einigen Ausführungsformen enthält das Substrat 202 Silizium. Alternativ kann das Substrat 202 gemäß einigen Ausführungsformen auch einen anderen elementaren Halbleiter wie zum Beispiel Germanium enthalten. In einigen Ausführungsformen enthält das Substrat 202 zusätzlich oder alternativ einen Verbundhalbleiter wie zum Beispiel Siliziumcarbid, Gallium-Arsen, Indium-Arsenid und Indium-Phosphid. In einigen Ausführungsformen enthält das Substrat 202 einen Legierungshalbleiter wie zum Beispiel Silizium-Germanium, Silizium-Germanium-Carbid, Gallium-Arsen-Phosphid oder Gallium-Indium-Phosphid.
• In einigen Ausführungsformen weist das Substrat 202 eine Halbleiter-auf-Isolator-Struktur (Semiconductor-On-Insulator, SOI-Struktur) auf. Zum Beispiel kann das Substrat eine vergrabene Oxidschicht (Buried Oxide, BOX-Schicht) aufweisen, die durch einen Prozess wie zum Beispiel Trennung durch implantierten Sauerstoff (Separation By Implanted Oxygen, SIMOX) gebildet wird. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Substrat 202 verschiedene p-dotierte Regionen und/oder n-dotierte Regionen, wie zum Beispiel p-Mulden, n-Mulden, p-Source/Drain-Strukturelemente und/oder n-Source/Drain-Strukturelemente, die durch einen Prozess wie zum Beispiel Ionenimplantation und/oder - diffusion gebildet werden. Das Substrat 202 kann noch weitere funktionale Strukturelemente wie zum Beispiel einen Widerstand, einen Kondensator, eine Diode, Transistoren (zum Beispiel Feldeffekttransistoren (FETs)) sowie Source/Drain-Kontakte und Gate-Kontakte aufweisen, die sich zu Source/Drain-Strukturelementen und Gate-Strukturen von darunter liegenden Transistoren erstrecken und mit diesen elektrisch gekoppelt sind. Ein leitfähiges Strukturelement 203 ist in einem oberen Abschnitt des Substrats 202 angeordnet. In verschiedenen Ausführungsformen kann das leitfähige Strukturelement 203 eine der Gate-Elektroden 74 oder einer der Source/Drain-Kontakte MD sein, wie in 1 veranschaulicht.
• Das Werkstück 200 weist außerdem eine Zwischenebenendielektrikum-Schicht (Inter-Level Dielectric, ILD-Schicht) 204 auf, die über dem Substrat 202 abgeschieden wird. In einigen Ausführungsformen kann die ILD-Schicht 204 dielektrisches Material wie zum Beispiel Tetraethylorthosilicat-Oxid (TEOS-Oxid), undotiertes Silicatglas oder dotiertes Siliziumoxid, wie zum Beispiel Borphosphosilicatglas (BPSG), Quarzglas (Fused Silica Glass, FSG), Phosphosilicatglas (PSG), bordotiertes Siliziumglas (BSG) und/oder andere geeignete dielektrische Materialien umfassen. Das dielektrische Material kann durch plasmaverstärkte chemische Aufdampfung (Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD), fließfähige chemische Aufdampfung (Flowable Chemical Vapor Deposition, FCVD) oder andere geeignete Verfahren gebildet werden. In einigen Ausführungsformen wird das dielektrische Material aus einem dielektrischen Material mit niedrigem k-Wert (zum Beispiel einem Dielektrizitätskonstantenwert von etwa 3,9) oder einem dielektrischen Material mit extrem niedrigem k-Wert (zum Beispiel einem Dielektrizitätskonstantenwert von etwa 2,5), wie zum Beispiel kohlenstoffhaltigen dielektrischen Materialien, gebildet und kann des Weiteren Stickstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Kombinationen davon enthalten. Wenn ein dielektrisches Material mit extrem niedrigem k-Wert verwendet wird, so kann nach dem Abscheiden des dielektrischen Materials mit extrem niedrigem k-Wert ein Aushärtungsprozess folgen, um seine Porenhaltigkeit zu erhöhen, den k-Wert zu senken und die mechanischen Festigkeitseigenschaften zu verbessern. Die ILD-Schicht 204 weist Durchkontaktierungen, die sich durch die ILD-Schicht 204 erstrecken und eine elektrische Kopplung mit den leitfähigen Strukturelementen in dem Substrat 202 herstellen. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Durchkontaktierung 205 veranschaulicht. Die Durchkontaktierung 205 erstreckt sich bis zu dem darunter liegenden leitfähigen Strukturelement 203 und ist mit diesem elektrisch gekoppelt. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Durchkontaktierung 205 eine der Gate-Durchkontaktierungen VG oder eine der Source/Drain-Kontakt-Durchkontaktierungen VD sein, wie in 1 veranschaulicht.
• Unter Bezug auf 2 und 4 umfasst das Verfahren 100 einen Block 104, in dem eine Klebeschicht 206, eine Metallschicht 208 und eine Hartmaske 210 über der ILD-Schicht 204 gebildet werden. Die Klebeschicht 206 sorgt funktional für Haftung zwischen der ILD-Schicht 204 und der anschließend abgeschiedenen Metallschicht 208. Die Klebeschicht 206 fungiert außerdem als eine Ätzstoppschicht und stellt eine Endpunktkontrolle während anschließender Ätzprozesse bereit. Die Materialzusammensetzungen der Klebeschicht 206 werden so gewählt, dass zwischen der Klebeschicht und der darauf zu bildenden Metallschicht eine Ätzselektivität vorhanden ist, dergestalt, dass ein Ätzprozess, der durch die Metallschicht ätzt, an der Klebeschicht 206 stoppt, ohne Ätzschäden an der oder den darunter liegenden Schichten zu verursachen. Die Klebeschicht 206 kann Tantalnitrid (TaN), Titannitrid (TiN), Wolframnitrid (WN) oder ein anderes geeignetes Metallnitrid umfassen. Die Klebeschicht 206 kann unter Verwendung von Atomschichtabscheidung (Atomic Layer Deposition, ALD), physikalischer Aufdampfung (Physical Vapor Deposition, PVD), chemischer Aufdampfung (Chemical Vapor Deposition, CVD), plasmaverstärkter CVD (Plasma Enhanced CVD, PECVD) oder anderer geeigneter Verfahren abgeschieden werden. In einigen Ausführungsformen hat die Klebeschicht 206 eine Dicke im Bereich von etwa 2 Å bis etwa 100 Å.
• Die Metallschicht 208 wird über der Klebeschicht 206 abgeschieden. Wie noch ausführlicher besprochen wird, soll die Metallschicht 208 zu Metallleitungen strukturiert werden, von denen eine elektrisch mit der Durchkontaktierung 205 und dem darunter liegenden leitfähigen Strukturelement 203 gekoppelt ist.
• Ein üblicher Prozess zum Bilden von Metallleitungen oder Durchkontaktierungen in einer Zwischenmetalldielektrikum-Schicht (Inter-Metal Dielectric, IMD-Schicht) einer Interconnect-Struktur ist als „Damaszen“-Prozess bekannt. Allgemein werden bei einem Damaszen-Prozess grabenartige Öffnungen in einer IMD-Schicht gebildet. Eine grabenartige Öffnung wird in der Regel unter Verwendung herkömmlicher lithografischer und Ätztechniken gebildet. Nachdem die grabenartige Öffnung gebildet wurde, werden eine Diffusionssperrschicht und eine Haftschicht innerhalb der grabenartigen Öffnung abgeschieden. Anschließend wird die grabenartige Öffnung unter Verwendung eines elektrochemischen Plattierungsprozesses mit Metall oder Metalllegierungen gefüllt, um eine Metallleitung und möglicherweise auch eine Durchkontaktierung unterhalb der Metallleitung zu bilden. Überschüssiges Metallmaterial auf der Oberfläche der IMD-Schicht wird anschließend durch einen CMP-Prozess entfernt.
• Mit zunehmender Packungsdichte in mikroelektronischen Vorrichtungen wurde - neben anderen verfügbaren Metallmaterialien - Kupfer (Cu) aufgrund seiner hervorragenden elektrischen Leitfähigkeit (5,96 × 10⁷ S/m) und seiner ausgezeichneten Beständigkeit gegen Elektromigration als ein Interconnect-Metall verwendet. Üblicherweise wird der Damaszen-Prozess mit Kupfer, der eine Kupfer-Elektroplattierung mit einem anschließenden CMP des Kupfers umfasst, zum Strukturieren von Kupfer verwendet. Angesichts immer kleiner werdender Halbleitervorrichtungen ergeben sich aber beim Damaszen-Prozess mit Kupfer derweil auch eine Reihe potenzieller Probleme, die die Qualität der Metallisierungsschichten beeinträchtigen können. Wenn zum Beispiel die kritische Abmessung (Critical Dimension, CD) einer Metallleitung unter 20 Nanometern (nm) liegt, so kann eine grabenartige Öffnung zu schmal werden und ein entsprechend hohes Seitenverhältnis aufweisen, und der Stapel aus Diffusionssperrschicht und Haftschicht nimmt einen beträchtlichen Teil der Öffnungen ein, wodurch weniger Platz für das leitfähigere Kupfer bleibt. Die verbleibende geringere Menge an Kupfer hat einen höheren Widerstand und verschlechtert somit die Leistung der Halbleitervorrichtung. Dieses Problem tritt insbesondere bei grabenartigen Öffnungen mit hohem Seitenverhältnis (zum Beispiel >3) und geringer Breite zutage. Darüber hinaus kann es passieren, dass die grabenartigen Öffnungen durch einen Damaszen-Prozess nicht ordnungsgemäß gefüllt werden. Das heißt, der obere Abschnitt der Öffnungen könnte blockiert werden, wodurch darunter eine Leerstelle entstehen und die Leistung der Vorrichtung beeinträchtigt werden kann. Außerdem können schmalere Kupferleitungen eine kürzere Lebensdauer haben, bevor eine anschließende höhere Stromdichte sie durch Elektromigration zerstört.
• Im Vergleich dazu haben Edelmetalle als leitfähige Strukturelemente in integrierten Schaltkreisen technologische Bedeutung erlangt. Der Begriff „Edelmetalle“ im Sinne des vorliegenden Textes bezeichnet Metalle, die aus Ruthenium (Ru), Iridium (Ir), Rhodium (Rh), Platin (Pt), Palladium (Pd), Osmium (Os), Silber (Ag) und Gold (Au) ausgewählt sind. Alle anderen Metalle werden im vorliegenden Text als Nichtedelmetalle eingestuft. Im Gegensatz zu einigen Nichtedelmetallen, wie zum Beispiel Kupfer, das sich nicht für eine direkte Strukturierung eignet, können Edelmetalle strukturiert werden, um Metallleitungen mit CDs von weniger als etwa 20 nm zu bilden, da sie sich für eine direkte Strukturierung in Trockenätzprozessen (zum Beispiel in reaktiven Ionenätzprozessen (Reactive Ion Etching, RIE)) eignen. In einigen Ausführungsformen enthält die Metallschicht 208 ein Edelmetall, eine Legierung aus zwei oder mehr Edelmetallen oder eine Legierung aus einem oder mehreren Edelmetallen, die mit einem oder mehreren Nicht-Edelmetallen, wie zum Beispiel Kupfer (Cu), Kobalt (Co), Molybdän (Mo), Chrom (Cr), Wolfram (W), Mangan (Mn) und Aluminium (Al), gemischt sind. In einigen Ausführungsformen enthält die Metallschicht 208 ein Edelmetall, das aus der Gruppe von Ru, Ir, Rh und Pt ausgewählt ist, wie zum Beispiel Ru in einem konkreten Beispiel. In einer anderen Ausführungsform enthält die Metallschicht 208 eine Legierung von Edelmetallen mit Edel- oder Nichtedelmetallen, wie zum Beispiel PtIr, PdPt oder PdNi. In einer weiteren Ausführungsform ist das Metall, das zum Bilden der Metallschicht 208 verwendet wird, nicht auf Edelmetalle beschränkt, solange das Metall für eine direkte Strukturierung geeignet ist, wie zum Beispiel Co, Mo und W. Die Metallschicht 208 kann durch ALD, CVD, PVD, Elektroplattierung oder andere geeignete Verfahren abgeschieden werden. Die Metallschicht 208 kann gemäß einigen Ausführungsformen eine Dicke im Bereich von etwa 50 Å bis etwa 500 Å aufweisen.
• Die Hartmaske 210 wird unter Verwendung von ALD, CVD, PVD oder anderen geeigneten Verfahren auf der Metallschicht 208 abgeschieden. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Hartmaske 210 eine Zweischichtstruktur und umfasst eine erste Schicht 210a und eine zweite Schicht 210b, die auf der ersten Schicht 210a gebildet wird. Die erste Schicht 210a und die zweite Schicht 210b haben unterschiedliche Zusammensetzungen und können aus Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumcarbonitrid, Siliziumoxycarbid, Siliziumoxynitrid, Siliziumoxycarbonitrid, anderen geeigneten Materialien oder Kombinationen davon gebildet werden.
• Unter Bezug auf 2 und 5 umfasst das Verfahren 100 einen Block 106, wo die Hartmaske 210 in einem Lithografieprozess und einem Ätzprozess strukturiert wird und anschließend die Metallschicht 208 in einem Metallätzprozess strukturiert wird, um Metallleitungen zu bilden. Unter Bezug auf 5 werden nach dem Strukturieren der Metallschicht 208 Gräben 212 gebildet.
• Die Hartmaske 210 wird unter Verwendung geeigneter Prozess strukturiert, einschließlich Doppelstrukturierungsprozesse, Mehrfachstrukturierungsprozesse, Fotolithografie, selbstausrichtende Prozesse und Dorn-Abstandshalter-Prozesse, um eine Struktur aus Leitungen zu definieren, die zu der darunter liegenden Metallschicht 208 übertragen wird. In der veranschaulichten Ausführungsform wird eine Photoresistschicht (nicht gezeigt) auf der Hartmaske 210 unter Verwendung eines Aufschleuderprozesses und eines Weichbrennprozesses gebildet. Dann wird die Photoresistschicht bestrahlt. Die Strahlung kann eine extreme ultraviolette Strahlung (EUV-Strahlung) mit einer Wellenlänge von 13,6 nm, eine UV-Strahlung mit einer Wellenlänge von 436 nm, 405 nm oder 365 nm oder eine DUV-Strahlung mit einer Wellenlänge von 248 nm, 193 nm oder 157 nm oder eine andere verfügbare Strahlung für Lithografie, wie zum Beispiel ein e-Strahl, sein. Anschließend wird die belichtete Photoresistschicht unter Verwendung von Brennen nach dem Belichten (Post-Exposure Baking, PEB), Entwickeln und Hartbrennen entwickelt, wodurch eine strukturierte Photoresistschicht über der Hartmaske 210 entsteht. Die Hartmaske 210 wird durch die in der strukturierten Photoresistschicht definierten Öffnungen geätzt, wodurch eine strukturierte Hartmaske 210 entsteht. Die strukturierte Fotoresistschicht wird danach unter Verwendung eines geeigneten Prozesses, wie zum Beispiel Nassabziehen oder Plasma-Ashing, entfernt.
• Die Metallschicht 208 wird anschließend in einem Metallätzprozess geätzt, wobei die strukturierte Hartmaske 210 als eine Ätzmaske verwendet wird. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Metallätzprozess ein Trockenätzprozess, wie zum Beispiel ein Plasmaätzprozess. In Weiterführung der Ausführungsform umfasst der Metallätzprozess einen RIE-Prozess. Der RIE-Prozess kann Prozessparameter wie zum Beispiel einen Reaktorbetriebsdruck im Bereich von etwa 10 mTorr bis etwa 300 mTorr, eine HF-Leistung von weniger als 2700 W (zum Beispiel im Bereich von etwa 900 W bis etwa 1600 W), eine Vorspannung von weniger als etwa 4500 W, eine Temperatur im Bereich von etwa 10 °C bis etwa 80 °C und eine RIE-Ätzdauer im Bereich von etwa 200 Sekunden bis etwa 500 Sekunden umfassen. Das RIE-Quellengas kann eine Ionenzusammensetzung, wie zum Beispiel Argon (Ar), ein fluorhaltiges Gas (zum Beispiel CF₄, SF₆, CH₂F₂, CHF₃, C₄F₈, C₂F₆) oder eine Kombination davon enthalten. Das RIE-Quellengas kann des Weiteren bestimmte chemische Ätzmittel wie zum Beispiel ein chlorhaltiges Gas (zum Beispiel Cl₂, CHCl₃, CCl₄) für chemisches Ätzen enthalten. In einigen Ausführungsformen umfasst das chemische Ätzmittel Bor (B) (zum Beispiel B₂F₄, BCl₃, B₄Cl₄, BBr₃). In einer konkreten Ausführungsform umfasst das chemische Ätzmittel eine Kombination aus Bor und Chlor. In einigen Ausführungsformen beträgt die Gesamtströmungsrate des Ätzmittels weniger als 1800 sccm, wie zum Beispiel etwa 1200 sccm. Das chemische Ätzmittel kann eine Strömungsrate etwa 30 % bis etwa 50 % der Gesamtströmungsrate des Ätzmittels betragen, wie zum Beispiel etwa 40 %. Die nach dem Strukturieren der Metallschicht 208 entstandenen Metallleitungen können eine kritische Abmessung (CD) im Bereich unter 20 nm aufweisen. Wie oben besprochen, gewährleistet die Auswahl der Metallzusammensetzungen (zum Beispiel Edelmetall) für die Metallschicht 208 eine Volumen-Metallzusammensetzung mit niedrigem spezifischen Widerstand für schmale Metallleitungen. Der Einfachheit halber werden die aus der Metallschicht 208 strukturierten Metallleitungen nach den Operationen in Block 106 als die Metallleitungen 208L bezeichnet. Gräben (oder Öffnungen) 212 sind zwischen benachbarten Metallleitungen 208L aufgenommen, wodurch die Oberseite der Klebeschicht 206 frei gelegt wird. Die Klebeschicht 206 schützt die ILD-Schicht 204 als eine Ätzstoppschicht vor dem RIE-Prozess. Anschließend werden die frei gelegten Abschnitte der Klebeschicht 206 in einem anderen Ätzprozess geätzt, wie zum Beispiel einem Nassätzprozess, einem Trockenätzprozess oder einer Kombination davon. Die Gräben 212 erstrecken sich nach unten bis zur Oberseite der ILD-Schicht 204. Das Ätzen der Hartmaske 210, der Metallschicht 208 und der Klebeschicht 206 kann in-situ vorgenommen werden.
• Unter Bezug auf 2 und 6 umfasst das Verfahren 100 einen Block 108, in dem eine dielektrische Kappschicht 214 über dem Werkstück 200 gebildet wird. In einer Ausführungsform wird die dielektrische Kappschicht 214 unter Verwendung von ALD, CVD, plasmaverstärkter CVD (Plasma Enhanced CVD, PECVD), plasmaverstärkter ALD (Plasma Enhanced ALD, PEALD) oder anderer geeigneter Verfahren konform über dem Werkstück 200, einschließlich in den Gräben 212, abgeschieden. Der Begriff „konform“ kann im vorliegenden Text zur einfacheren Beschreibung einer Schicht mit im Wesentlichen gleichmäßiger Dicke über verschiedenen Regionen verwendet werden. Die Abscheidungsdicke der dielektrischen Kappschicht 214 kann zwischen etwa 20 Å und etwa 50 Å betragen. In einer Ausführungsform wird die dielektrische Kappschicht 214 aus einem Material mit hohem Kappawert gebildet. Der Begriff „Material mit hohem Kappawert“ bezieht sich auf ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von nicht weniger als 10 W/m·K (Watt pro Meter-Kelvin). Ein Material mit hohem Kappawert erweist sich beim Leiten von Wärme als besonders effektiv und wird auch als eine wärmeleitfähiges Material bezeichnet. Das bedeutet, dass die aus einem Material mit hohem Kappa-Wert hergestellte dielektrische Kappschicht 214 Wärme schnell und effizient durch sich hindurch leiten kann. Als nicht-einschränkendes Beispiel kann die dielektrische Kappschicht 214 ein Material mit hohem Kappawert wie zum Beispiel Aluminiumnitrid (AlN), hexagonales Bornitrid (h-BN), Graphenoxid, Diamant, diamantähnlicher Kohlenstoff, Siliziumcarbid (SiC), Siliziumkohlenstoffnitrid (SiCN), Übergangsmetalldichalcogenide (Transition Metal Dichalcogenides, TMDs) (zum Beispiel MoS₂, MoSe₂, WS₂ oder WSe₂) oder jedes andere geeignete Material mit hohem Kappa-Wert enthalten. Aluminiumnitrid besitzt eine hohe Wärmeleitfähigkeit von etwa 370 W/m·K. TMDs besitzen allgemein eine Wärmeleitfähigkeit über 10 W/m·K. h-BN hat eine Schichtstruktur in einer kristallinen Form ähnlich wie Graphit und besitzt eine Wärmeleitfähigkeit in der Ebene von über 390 W/m·K bei Raumtemperatur. Zum Vergleich dazu hat amorphes BN (a-BN) eine nichtkristalline amorphe Form und besitzt eine Wärmeleitfähigkeit in der Ebene von lediglich etwa 3 W/m·K, was im Kontext der vorliegenden Offenlegung nicht als ein Material mit hohem Kappa-Wert angesehen wird.
• Unter Bezug auf 2 und 7-8 umfasst das Verfahren 100 einen Block 110, wo eine Opferschicht 216 über der dielektrischen Kappschicht 214 gebildet wird, um die Gräben 212 teilweise zu füllen. In einem beispielhaften Prozess wird eine organische Schicht (wie zum Beispiel eine Polymerschicht), die C, O, N und H enthält, über dem Werkstück 200 abgeschieden, wie in 7 gezeigt. Die organische Schicht kann unter Verwendung von CVD, PECVD, fließfähiger CVD (FCVD), ALD, PEALD oder Aufschleuderbeschichtung abgeschieden werden. Die abgeschiedene organische Schicht kann erwärmt werden, um ihre Fließfähigkeit zu erhöhen und so eine glattere Oberfläche zu erhalten. Dann kann ein Aushärtungsprozess durchgeführt werden, um die organische Schicht auszuhärten. In einigen Fällen kann der Aushärtungsprozess einen Brennprozess, einen Temperungsprozess, einen Trocknungsprozess oder einen Ultraviolettstrahlungsprozess (UV-Strahlungsprozess) umfassen. Die ausgehärtete organische Schicht wird dann planarisiert und selektiv zurückgeätzt, wodurch die Opferschicht 216 im unteren Abschnitt der Gräben 212 gebildet wird, wie in 8 gezeigt. Die Opferschicht 216 kann gemäß einigen Ausführungsformen eine Dicke im Bereich Opferschichten 10 Å bis etwa 100 Å aufweisen. Wie noch ausführlicher zu besprechen ist, wird das Zurückätzen der organischen Schicht verwendet, um eine Höhe von Luftspalten zwischen den Metallleitungen 208L zu definieren, indem die Opferschicht 216 in einem anschließenden Schritt entfernt wird. Obgleich die Opferschicht 216 in einem anschließenden Schritt entfernt wird, wird sie so gewählt, dass sie dem Planarisierungsprozess und der Abscheidung einer Aufrechterhaltungsschicht (die unten noch zu beschreiben ist) widerstehen kann, ohne strukturell beeinträchtigt zu werden. Aus diesen Gründen muss die Opferschicht 216 leicht zu entfernen sein und dennoch bei etwa der Abscheidungstemperatur der Aufrechterhaltungsschicht stabil bleiben. Auf der Grundlage dieser Kriterien kann die Opferschicht 216 Polyvinylalkohol (PVA), Polyacrylat, Polydimethylsiloxan (PDMS), Polycarbonat (PC) oder andere geeignete Polymere enthalten.
• Unter Bezug auf 2 und 9 umfasst das Verfahren 100 einen Block 112, wo eine Aufrechterhaltungsschicht 220 über dem Werkstück 200 gebildet wird. In einigen Ausführungsformen wird ein dielektrisches Material mit niedrigem k-Wert konform über dem Werkstück 200, einschließlich auf der Opferschicht 216 und der dielektrischen Kappschicht 214, abgeschieden, um eine Aufrechterhaltungsschicht 220 zu bilden, die eine lose Struktur aufweist und die Opferschicht 216 bedeckt. In einigen Ausführungsformen weist die Aufrechterhaltungsschicht 220 eine porenhaltige Struktur auf. Die Abscheidung zum Bilden der Aufrechterhaltungsschicht 220 kann durch PVD, CVD, ALD, PECVD, PEALD oder andere geeignete Prozess implementiert werden. In einigen Ausführungsformen enthält die Aufrechterhaltungsschicht 220 Siliziumoxid, Siliziumkohlenstoffoxid, Siliziumoxynitrid, Siliziumkohlenstoffnitrid, Siliziumkohlenstoffoxynitrid oder ein anderes geeignetes dielektrisches Material. Die Aufrechterhaltungsschicht 220 kann gemäß einigen Ausführungsformen eine Dicke im Bereich von etwa 2 Å bis etwa 100 Å aufweisen.
• Unter Bezug auf 2 und 10 umfasst das Verfahren 100 einen Block 114, wo die Opferschicht 216 selektiv entfernt wird, um Luftspalte 222 zwischen den Metallleitungen 208L und unter der Aufrechterhaltungsschicht 220 zu bilden. In einigen Ausführungsformen kann eine Wärmebehandlung (zum Beispiel ein Temperungsprozess, ein Brennprozess) und/oder ein Ultraviolettprozess durchgeführt werden, um die Opferschicht 216 zu einer flüchtigen Verbindung zu zersetzen, die durch die porenhaltige Struktur der Aufrechterhaltungsschicht 220 hindurchdiffundiert werden kann. Durch das Entfernen der Opferschicht 216 werden Luftspalte 222 gebildet. Wie durch 10 gezeigt, wird jeder der Luftspalte 222 durch die dielektrische Kappschicht 214 und die Aufrechterhaltungsschicht 220 begrenzt. Weil Luft eine Dielektrizitätskonstante nahe 1 hat, senken die Luftspalte 222 die effektive Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Strukturen zwischen den Metallleitungen 208L.
• Unter Bezug auf 2 und 11 umfasst das Verfahren 100 einen Block 116, wo eine Materialschicht 224 mit hoher Wärmeleitfähigkeit (hohem Kappa-Wert) über der Aufrechterhaltungsschicht 220 unter Verwendung von ALD, CVD, plasmaverstärkter CVD (PECVD) oder Mikrowellen-PECVD gebildet wird. In einigen Ausführungsformen kann die Schicht 224 aus Material mit hohem Kappa-Wert Diamant oder diamantartigen Kohlenstoff enthalten. In einigen anderen Ausführungsformen enthält die Schicht 224 aus Material mit hohem Kappa-Wert Aluminiumnitrid (AlN), hexagonales Bornitrid (h-BN), Graphenoxid, Siliziumcarbid (SiC) oder Siliziumkohlenstoffnitrid (SiCN). In Weiterführung einiger Ausführungsformen ist das Material mit hohem Kappa-Wert ein dielektrisches Material mit niedrigem k-Wert (zum Beispiel einer Dielektrizitätskonstante von etwa 3,9). Die Schicht 224 aus Material mit hohem Kappa-Wert kann gemäß einigen Ausführungsformen eine Dicke im Bereich von etwa 10 Å bis etwa 700 Å haben. Die Materialien mit hohem Kappa-Wert in der dielektrischen Kappschicht 214 und der Schicht 224 aus Material mit hohem Kappa-Wert können die gleichen oder können unterschiedlich sein. Zum Beispiel kann die Schicht 224 aus Material mit hohem Kappa-Wert eine höhere Wärmeleitfähigkeit besitzen als die dielektrische Kappschicht 214. Die Aufrechterhaltungsschicht 220 trennt die Schicht 224 aus Material mit hohem Kappa-Wert von einem Kontaktieren der dielektrischen Kappschicht 214.
• Unter Bezug auf 2 und 12 umfasst das Verfahren 100 einen Block 118, wo das Werkstück 200 planarisiert wird, um die Metallleitungen 208L frei zu legen. Nach dem Bilden der Schicht 224 aus Material mit hohem Kappa-Wert wird ein Planarisierungsprozess an dem Werkstück 200 durchgeführt. In einer Ausführungsform stoppt der Planarisierungsprozess nach dem Freilegen der Oberseite der Metallleitungen 208L. Nach Vollendung des Planarisierungsprozesses sind die oberste Fläche der dielektrischen Kappschicht 214, die oberste Fläche der Aufrechterhaltungsschicht 220 und eine Oberseite der Schicht 224 aus Material mit hohem Kappa-Wert koplanar. Die Aufrechterhaltungsschicht 220 erstreckt sich entlang von Boden- und Seitenwandflächen der Schicht 224 aus Material mit hohem Kappa-Wert und steht mit der dielektrischen Kappschicht 214 in Kontakt. Die dielektrische Kappschicht 214, die Aufrechterhaltungsschicht 220, die Schicht 224 aus Material mit hohem Kappa-Wert und der Luftspalt 222, der zwischen der dielektrischen Kappschicht 214 und der Aufrechterhaltungsschicht 220 eingeschlossen ist, bilden zusammen die dielektrische Struktur, die zwischen zwei benachbarten Metallleitungen 208L angeordnet ist. Da Luft eine Dielektrizitätskonstante nahe 1 hat, senken die Luftspalte 222 die effektive Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Strukturen zwischen den Metallleitungen 208L. Mit anderen Worten: Die Luftspalte 222 zwischen Metallleitungen helfen, die parasitäre Kapazität zwischen den Metallleitungen 208L niedrig zu halten. Dank der Eigenschaft eines hohen Kappa-Wertes durch das Verwenden von Materialien mit hohem Kappa-Wert in der Kombination aus der dielektrischen Kappschicht 214, der Aufrechterhaltungsschicht 220 und der Schicht 224 aus Material mit hohem Kappa-Wert kann sich Wärme horizontal zwischen den Metallleitungen 208L so ausbreiten, dass die Wahrscheinlichkeit sinkt, dass sich Wärme in dieser Metallleitungsschicht staut. In einigen Ausführungsformen beträgt eine Höhe H2, von der Oberseite der Schicht 224 aus Material mit hohem Kappa-Wert bis zur Unterseite der Aufrechterhaltungsschicht 220 gemessen, etwa 20 % bis etwa 50 % einer Höhe H1 der Metallleitungen 208L. Der Bereich von etwa 20 % bis etwa 50 % ist weder trivial noch willkürlich. Ist das Verhältnis H2/H1 kleiner als etwa 20 %, so kann die Wärmedissipationsfähigkeit aufgrund der recht dünnen Schicht 224 aus Material mit hohem Kappa-Wert beeinträchtigt werden; ist das Verhältnis H2/H1 größer als etwa 50 %, so kann die parasitäre Kapazität zu groß werden und somit die Schaltkreisgeschwindigkeit aufgrund des recht kleinen Volumens der Luftspalte 222 verringern.
• 13 zeigt eine fragmentarische Draufsicht auf das in 12 gezeigte Werkstück nach Abschluss der Operationen in Block 118. Genauer gesagt, sind die 3-12 entlang der Linie A-A in 13 geschnitten. 13 veranschaulicht die Metallleitungen 208L, die sich jeweils längs in der Y-Richtung erstrecken und in der X-Richtung angeordnet sind. Die Metallleitungen 258L, die anschließend in einer einzelnen Metallleitungsschicht unmittelbar über den Metallleitungen 208L zu bilden sind, sind in gestrichelten rechteckigen Kästchen gezeigt. Die Durchkontaktierungen 250, die zum elektrischen Verbinden der Metallleitungen 208L mit den Metallleitungen 258L zu bilden sind, sind in gestrichelten Kreisen gezeigt. Die Metallleitungen 258L erstrecken sich jeweils längs in der X-Richtung und sind in der Y-Richtung angeordnet. In einer Ausführungsform stellen die Metallleitungen 208L die Mo-Metallleitungen dar, und die Durchkontaktierung 205 stellt eine der Vo-Durchkontaktierungen dar, so dass die zu bildenden Metallleitungen 258L die M1-Metallleitungen darstellen und die zu bildenden Durchkontaktierungen 250 die V1-Durchkontaktierungen darstellen. In einer anderen Ausführungsform können die Metallleitungen 208L die M1-Metallleitungen darstellen, und die Durchkontaktierung 205 stellt eine der V1-Durchkontaktierungen dar, so dass die zu bildenden Metallleitungen 258L die M2-Metallleitungen darstellen und die zu bildenden Durchkontaktierungen 250 die V2-Durchkontaktierungen darstellen. 14-26 zeigen die Bildung der Metallleitungen 258L und einer der Durchkontaktierungen 250, die entlang des Schnitts B-B in 13 verlaufen.
• Unter Bezug auf 2 und 14 umfasst das Verfahren 100 einen Block 120, wo eine erste Ätzstoppschicht (ESL) 240, eine dielektrische Schicht 242 mit niedriger Dielektrizitätskonstante (oder mit niedrigem k-Wert) und eine Hartmaske 244 über den Metallleitungen 208L sowie auf der dielektrischen Kappschicht 214, der Aufrechterhaltungsschicht 220 und der Schicht 224 aus Material mit hohem Kappa-Wert gebildet werden (12). In einigen Ausführungsformen kann die erste ESL 240 Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid, Siliziumoxycarbid, Siliziumcarbonitrid oder eine Kombination davon enthalten und kann unter Verwendung von Atomschichtabscheidung (ALD), physikalischer Aufdampfung (PVD), chemischer Aufdampfung (CVD) oder plasmaverstärkter CVD (PECVD) abgeschieden werden. Nach dem Bilden der ersten ESL 240 wird die dielektrische Schicht 242 mit niedrigem k-Wert gebildet. Die dielektrische Schicht 242 mit niedrigem k-Wert hat eine kleinere Dielektrizitätskonstante als Siliziumoxid, die etwa 3,9 beträgt. Zum Beispiel kann die dielektrische Schicht 242 mit niedrigem k-Wert einen porenhaltigen Organosilicat-Dünnfilm (zum Beispiel SiCOH), Tetraethylorthosilicat-Oxid (TEOS-Oxid), undotiertes Silicatglas, Borphosphosilicatglas (BPSG), Fluorsilicatglas (FSG), Phosphosilicatglas (PSG), fluordotiertes Siliziumdioxid, kohlenstoffdotiertes Siliziumdioxid, porenhaltiges Siliziumdioxid, porenhaltiges kohlenstoffdotiertes Siliziumdioxid, Siliziumoxycarbonitrid (SiOCN), Borcarbonitrid, polymere Aufschleuder-Dielektrika auf Siliziumbasis oder Kombinationen davon enthalten. Die Hartmaske 244 wird auf der dielektrischen Schicht 242 mit niedrigem k-Wert unter Verwendung von ALD, CVD, PVD oder anderer geeigneter Verfahren abgeschieden. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Hartmaske 244 eine einschichtige Struktur oder eine zweischichtige Struktur. Die Hartmaske 244 kann aus Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumcarbonitrid, Siliziumoxycarbid, Siliziumoxynitrid, Siliziumoxycarbonitrid, anderen geeigneten Materialien oder Kombinationen davon gebildet werden.
• Unter Bezug auf 2 und 15 umfasst das Verfahren 100 einen Block 122, wo die Hartmaske 244, die dielektrische Schicht 242 mit niedrigem k-Wert und die erste ESL 240 strukturiert werden, um eine Durchkontaktierungsöffnung 246 zu bilden. Das Strukturieren der Hartmaske 244, der dielektrischen Schicht 242 mit niedrigem k-Wert und der ersten ESL 240 kann Fotolithografieprozesse und Ätzprozesse umfassen, wie zum Beispiel die Abscheidung einer Photoresistschicht, das fotolithografische Strukturieren der Photoresistschicht, das Ätzen der Hartmaske 244 und anschließend der dielektrischen Schicht 242 mit niedrigem k-Wert und der ersten ESL 240 unter Verwendung der strukturierten Photoresistschicht und der strukturierten Hartmaske 244 als eine Ätzmaske, sowie das selektive Entfernen der Photoresistschicht. Die Photoresistschicht kann Kohlenwasserstoffe enthalten und kann unter Verwendung von Aufschleuderbeschichtung abgeschieden werden. Das Ätzen der dielektrischen Schicht 242 mit niedrigem k-Wert und der ersten ESL 240 kann Trockenätzen, Nassätzen, reaktives Ionenätzen (RIE) und/oder andere geeignete Prozesse umfassen. Nach dem Bilden der Durchkontaktierungsöffnung 246 kann die Photoresistschicht durch Ashing oder selektives Ätzen entfernt werden.
• Unter Bezug auf 2 und 16 umfasst das Verfahren 100 einen Block 124, wo eine Durchkontaktierung 250 in der Durchkontaktierungsöffnung 246 gebildet wird. Die Durchkontaktierung 250 erstreckt sich durch die dielektrische Schicht 242 mit niedrigem k-Wert und die erste ESL 240, um mit der Metallleitung 208L gekoppelt zu werden. In einigen Ausführungsformen wird zuerst eine Metallmaterialschicht über dem Werkstück 200, einschließlich in der Durchkontaktierungsöffnung 246, abgeschieden. In einigen Ausführungsformen enthält die Metallmaterialschicht (und die daraus gebildete Durchkontaktierung 250) Ruthenium (Ru), Wolfram (W), Molybdän (Mo), Kombinationen davon oder andere geeignete leitfähige Materialien, die für Diffusionsprobleme weniger anfällig sind. In einigen Ausführungsformen wird die Durchkontaktierung 250 aus einem anderen Metall als die Metallleitungen 208L gebildet. In einigen alternativen Ausführungsformen werden die Durchkontaktierung 250 und die Metallleitungen 208L aus demselben Metall hergestellt. Die Metallmaterialschicht kann unter Verwendung von ALD, CVD, PEALD, PECVD, Elektroplattierung oder stromloser Abscheidung abgeschieden werden. Nach der Abscheidung der Metallmaterialschicht wird ein Planarisierungsprozess, wie zum Beispiel ein chemisch-mechanischer Polierprozess (CMP-Prozess), durchgeführt, um überschüssige Metallmaterialschicht und die Hartmaske 244 zu entfernen, um die Oberseite der dielektrischen Schicht 242 mit niedrigem k-Wert frei zu legen. Nach dem Planarisierungsprozess wird die Durchkontaktierung 250 in der Durchkontaktierungsöffnung 246 gebildet. Um einen parasitären Widerstand zu verringern, kann die Durchkontaktierung 250 aus Metall gebildet werden und enthält keine Sperrschicht. Das Bilden einer barrierefreien Durchkontaktierung 250 reduziert vorteilhafterweise den parasitären Widerstand (zum Beispiel Kontaktwiderstand) des Werkstücks 200.
• Unter Bezug auf 2 und 17 umfasst das Verfahren 100 einen Block 126, wo eine Klebeschicht 256, eine Metallschicht 258 und eine Hartmaske 260 über der dielektrischen Schicht 242 mit niedrigem k-Wert und der Durchkontaktierung 250 gebildet werden. Die Klebeschicht 256 sorgt funktional für Haftung zwischen der dielektrischen Schicht 242 mit niedrigem k-Wert und der anschließend abgeschiedenen Metallschicht 258. Die Klebeschicht 256 fungiert außerdem als eine Ätzstoppschicht und stellt eine Endpunktkontrolle während anschließender Ätzprozesse bereit. Die Materialzusammensetzungen der Klebeschicht 256 werden so gewählt, dass zwischen der Klebeschicht und der darauf zu bildenden Metallschicht eine Ätzselektivität vorhanden ist, dergestalt, dass ein Ätzprozess, der durch die Metallschicht ätzt, an der Klebeschicht 256 stoppt, ohne Ätzschäden an der oder den darunter liegenden Schichten zu verursachen. Die Klebeschicht 256 kann Tantalnitrid (TaN), Titannitrid (TiN), Wolframnitrid (WN) oder ein anderes geeignetes Metallnitrid umfassen. Die Klebeschicht 256 kann unter Verwendung von Atomschichtabscheidung (Atomic Layer Deposition, ALD), physikalischer Aufdampfung (Physical Vapor Deposition, PVD), chemischer Aufdampfung (Chemical Vapor Deposition, CVD), plasmaverstärkter CVD (Plasma Enhanced CVD, PECVD) oder anderer geeigneter Verfahren abgeschieden werden. In einigen Ausführungsformen hat die Klebeschicht 256 eine Dicke im Bereich von etwa 2 Å bis etwa 100 Å.
• Die Metallschicht 258 wird über der Klebeschicht 206 abgeschieden. Ähnlich der Metallschicht 208 wird die Metallschicht 258 aus einem Metall gebildet, das für ein direkte Strukturieren geeignet ist. In einigen Ausführungsformen enthält die Metallschicht 258 ein Edelmetall wie zum Beispiel Ruthenium (Ru), Iridium (Ir), Rhodium (Rh), Platin (Pt), Palladium (Pd), Osmium (Os), Silber (Ag) und Gold (Au). In einigen Ausführungsformen enthält die Metallschicht 258 eine Legierung aus zwei oder mehr Edelmetallen oder eine Legierung aus einem oder mehreren Edelmetallen, die mit einem oder mehreren Nicht-Edelmetallen, wie zum Beispiel Kupfer (Cu), Kobalt (Co), Molybdän (Mo), Chrom (Cr), Wolfram (W), Mangan (Mn) und Aluminium (Al), gemischt sind. In einigen Ausführungsformen enthält die Metallschicht 258 ein Edelmetall, das aus der Gruppe von Ru, Ir, Rh und Pt ausgewählt ist, wie zum Beispiel Ru in einem konkreten Beispiel. In einer anderen Ausführungsform enthält die Metallschicht 258 eine Legierung von Edelmetallen mit Edel- oder Nichtedelmetallen, wie zum Beispiel PtIr, PdPt oder PdNi. In einer weiteren Ausführungsform ist das Metall, das zum Bilden der Metallschicht 258 verwendet wird, nicht auf Edelmetalle beschränkt, solange das Metall für ein direktes Strukturieren geeignet ist, wie zum Beispiel Co, Mo und W. In einigen Ausführungsformen enthalten die Metallschicht 208 und die Metallschicht 258 verschiedene Metalle, wie zum Beispiel zwei verschiedene Edelmetalle. Alternativ können die Metallschicht 208 und die Metallschicht 258 das gleiche Metall enthalten, wie zum Beispiel das gleiche Edelmetall (zum Beispiel Ru). Die Metallschicht 258 kann durch ALD, CVD, PVD, Elektroplattierung oder andere geeignete Verfahren abgeschieden werden. Die Metallschicht 208 kann gemäß einigen Ausführungsformen eine Dicke im Bereich von etwa 50 Å bis etwa 500 Å aufweisen.
• Die Hartmaske 260 wird unter Verwendung von ALD, CVD, PVD oder anderen geeigneten Verfahren auf der Metallschicht 258 abgeschieden. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Hartmaske 260 eine einschichtige Struktur oder eine zweischichtige Struktur. Die Hartmaske 260 kann aus Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumcarbonitrid, Siliziumoxycarbid, Siliziumoxynitrid, Siliziumoxycarbonitrid, anderen geeigneten Materialien oder Kombinationen davon gebildet werden.
• Unter Bezug auf 2 und 18 umfasst das Verfahren 100 einen Block 128, wo die Hartmaske 260 in einem Lithografieprozess und einem Ätzprozess strukturiert wird und anschließend die Metallschicht 258 in einem Metallätzprozess strukturiert wird, um Metallleitungen zu bilden. Nach dem Strukturieren der Metallschicht 208 werden Gräben 262 gebildet.
• Die Hartmaske 260 wird unter Verwendung geeigneter Prozess strukturiert, einschließlich Doppelstrukturierungsprozesse, Mehrfachstrukturierungsprozesse, Fotolithografie, selbstausrichtende Prozesse und Dorn-Abstandshalter-Prozesse, um eine Struktur aus Leitungen zu definieren, die zu der darunter liegenden Metallschicht 258 übertragen wird. In der veranschaulichten Ausführungsform wird eine Photoresistschicht (nicht gezeigt) auf der Hartmaske 260 unter Verwendung eines Aufschleuderprozesses und eines Weichbrennprozesses gebildet. Dann wird die Photoresistschicht bestrahlt. Die Strahlung kann eine extreme ultraviolette Strahlung (EUV-Strahlung) mit einer Wellenlänge von 13,6 nm, eine UV-Strahlung mit einer Wellenlänge von 436 nm, 405 nm oder 365 nm oder eine DUV-Strahlung mit einer Wellenlänge von 248 nm, 193 nm oder 157 nm oder eine andere verfügbare Strahlung für Lithografie, wie zum Beispiel ein e-Strahl, sein. Anschließend wird die belichtete Photoresistschicht unter Verwendung von Brennen nach dem Belichten (Post-Exposure Baking, PEB), Entwickeln und Hartbrennen entwickelt, wodurch eine strukturierte Photoresistschicht über der Hartmaske 260 entsteht. Die Hartmaske 260 wird durch die in der strukturierten Photoresistschicht definierten Öffnungen geätzt, wodurch eine strukturierte Hartmaske 260 entsteht. Die strukturierte Fotoresistschicht wird danach unter Verwendung eines geeigneten Prozesses, wie zum Beispiel Nassabziehen oder Plasma-Ashing, entfernt.
• Die Metallschicht 258 wird anschließend in einem Metallätzprozess geätzt, wobei die strukturierte Hartmaske 260 als eine Ätzmaske verwendet wird. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Metallätzprozess ein Trockenätzprozess, wie zum Beispiel ein Plasmaätzprozess. In Weiterführung der Ausführungsform umfasst der Metallätzprozess einen RIE-Prozess. Der RIE-Prozess kann jenem ähneln, der beim Ätzen der Metallschicht 208 angewendet wird. Der Einfachheit halber werden die aus der Metallschicht 258 strukturierten Metallleitungen nach den Operationen in Block 128 als die Metallleitungen 258L bezeichnet. Gräben (oder Öffnungen) 262 sind zwischen benachbarten Metallleitungen 258L aufgenommen, wodurch die Oberseite der Klebeschicht 256 frei gelegt wird. Die Klebeschicht 206 schützt die dielektrische Schicht 242 mit niedrigem k-Wert als eine Ätzstoppschicht vor dem RIE-Prozess. Anschließend werden die frei gelegten Abschnitte der Klebeschicht 206 in einem anderen Ätzprozess geätzt, wie zum Beispiel einem Nassätzprozess, einem Trockenätzprozess oder einer Kombination davon. Die Gräben 262 erstrecken sich nach unten bis zur Oberseite der dielektrischen Schicht 242 mit niedrigem k-Wert. Das Ätzen der Hartmaske 260, der Metallschicht 258 und der Klebeschicht 256 kann in-situ vorgenommen werden. Wie in 18 gezeigt, kann je nach der Position der Gräben 262 eine Oberseite der Durchkontaktierung 250 in einem oder mehreren der Gräben 262 teilweise frei gelegt werden.
• Unter Bezug auf 2 und 19 umfasst das Verfahren 100 einen Block 130, in dem eine dielektrische Kappschicht 264 über dem Werkstück 200 gebildet wird. In einer Ausführungsform wird die dielektrische Kappschicht 264 unter Verwendung von ALD, CVD, plasmaverstärkter CVD (Plasma Enhanced CVD, PECVD), plasmaverstärkter ALD (Plasma Enhanced ALD, PEALD) oder anderer geeigneter Verfahren konform über dem Werkstück 200, einschließlich in den Gräben 262, abgeschieden. Die Abscheidungsdicke der dielektrischen Kappschicht 214 kann zwischen etwa 20 Å und etwa 50 Å betragen. In einer Ausführungsform wird die dielektrische Kappschicht 214 aus einem Material mit hohem Kappa-Wert und mit einer Wärmeleitfähigkeit von nicht weniger als 10 W/m·K gebildet. Das bedeutet, dass die aus einem Material mit hohem Kappa-Wert hergestellte dielektrische Kappschicht 264 Wärme schnell und effizient durch sich hindurch leiten kann. Als nicht-einschränkendes Beispiel kann die dielektrische Kappschicht 264 ein Material mit hohem Kappawert wie zum Beispiel Aluminiumnitrid (AlN), hexagonales Bornitrid (h-BN), Graphenoxid, Diamant, diamantähnlicher Kohlenstoff, Siliziumcarbid (SiC), Siliziumkohlenstoffnitrid (SiCN), Übergangsmetalldichalcogenide (Transition Metal Dichalcogenides, TMDs) (zum Beispiel MoS₂, MoSe₂, WS₂ oder WSe₂) oder jedes andere geeignete Material mit hohem Kappa-Wert enthalten. In einigen Ausführungsformen können die dielektrische Kappschicht 264 und die darunter liegende dielektrische Kappschicht 214 unterschiedliche Materialien mit hohem Kappa-Wert enthalten. Alternativ können die dielektrische Kappschicht 264 und die darunter liegende dielektrische Kappschicht 214 das gleiche Material mit hohem Kappa-Wert enthalten. Falls in der veranschaulichten Ausführungsform eine Oberseite der Durchkontaktierung 250 in einem oder mehreren der Gräben 262 teilweise frei liegt, so steht die dielektrische Kappschicht 214 mit der Durchkontaktierung 250 in Kontakt.
• Unter Bezug auf 2 und 20-21 umfasst das Verfahren 100 einen Block 132, wo eine Opferschicht 266 über der dielektrischen Kappschicht 264 gebildet wird, um die Gräben 262 teilweise zu füllen. In einem beispielhaften Prozess wird eine organische Schicht (wie zum Beispiel eine Polymerschicht), die C, O, N und H enthält, über dem Werkstück 200 abgeschieden, wie in 20 gezeigt. Die organische Schicht kann unter Verwendung von CVD, PECVD, fließfähiger CVD (FCVD), ALD, PEALD oder Aufschleuderbeschichtung abgeschieden werden. Die abgeschiedene organische Schicht kann erwärmt werden, um ihre Fließfähigkeit zu erhöhen und so eine glattere Oberfläche zu erhalten. Dann kann ein Aushärtungsprozess durchgeführt werden, um die organische Schicht auszuhärten. In einigen Fällen kann der Aushärtungsprozess einen Brennprozess, einen Temperungsprozess, einen Trocknungsprozess oder einen Ultraviolettstrahlungsprozess (UV-Strahlungsprozess) umfassen. Die ausgehärtete organische Schicht wird dann planarisiert und selektiv zurückgeätzt, wodurch die Opferschicht 266 im unteren Abschnitt der Gräben 262 gebildet wird, wie in 21 gezeigt. Die Opferschicht 266 kann gemäß einigen Ausführungsformen eine Dicke im Bereich Opferschichten 10 Å bis etwa 100 Å aufweisen. Wie noch ausführlicher zu besprechen ist, wird das Zurückätzen der organischen Schicht verwendet, um eine Höhe von Luftspalten zwischen den Metallleitungen 258L zu definieren, indem die Opferschicht 266 in einem anschließenden Schritt entfernt wird. Obgleich die Opferschicht 266 in einem anschließenden Schritt entfernt wird, wird sie so gewählt, dass sie dem Planarisierungsprozess und der Abscheidung einer Aufrechterhaltungsschicht (die unten noch zu beschreiben ist) widerstehen kann, ohne strukturell beeinträchtigt zu werden. Aus diesen Gründen muss die Opferschicht 266 leicht zu entfernen sein und dennoch bei etwa der Abscheidungstemperatur der Aufrechterhaltungsschicht stabil bleiben. Auf der Grundlage dieser Kriterien kann die Opferschicht 266 Polyvinylalkohol (PVA), Polyacrylat, Polydimethylsiloxan (PDMS), Polycarbonat (PC) oder andere geeignete Polymere enthalten. In einigen Ausführungsformen können die Opferschicht 266 und die darunter liegende Opferschicht 216 unterschiedliche organische Materialien enthalten. Alternativ können die Opferschicht 266 und die darunter liegende Opferschicht 216 das gleiche organische Material enthalten.
• Unter Bezug auf 2 und 22 umfasst das Verfahren 100 einen Block 134, wo eine Aufrechterhaltungsschicht 270 über dem Werkstück 200 gebildet wird. In einigen Ausführungsformen wird ein dielektrisches Material mit niedrigem k-Wert konform über dem Werkstück 200, einschließlich auf der Opferschicht 266 und der dielektrischen Kappschicht 264, abgeschieden, um eine Aufrechterhaltungsschicht 270 zu bilden, die eine lose Struktur aufweist und die Opferschicht 266 bedeckt. In einigen Ausführungsformen weist die Aufrechterhaltungsschicht 270 eine porenhaltige Struktur auf. Die Abscheidung zum Bilden der Aufrechterhaltungsschicht 270 kann durch PVD, CVD, ALD, PECVD, PEALD oder andere geeignete Prozess implementiert werden. In einigen Ausführungsformen enthält die Aufrechterhaltungsschicht 270 Siliziumoxid, Siliziumkohlenstoffoxid, Siliziumoxynitrid, Siliziumkohlenstoffnitrid, Siliziumkohlenstoffoxynitrid oder ein anderes geeignetes dielektrisches Material. In einigen Ausführungsformen können die Aufrechterhaltungsschicht 270 und die darunter liegende Aufrechterhaltungsschicht 220 unterschiedliche Materialzusammensetzungen enthalten. Alternativ können die Aufrechterhaltungsschicht 270 und die darunter liegende Aufrechterhaltungsschicht 220 die gleiche Materialzusammensetzung enthalten. Die Aufrechterhaltungsschicht 270 kann gemäß einigen Ausführungsformen eine Dicke im Bereich von etwa 2 Å bis etwa 100 Å aufweisen.
• Unter Bezug auf 2 und 23 umfasst das Verfahren 100 einen Block 136, wo die Opferschicht 266 selektiv entfernt wird, um Luftspalte 272 zwischen den Metallleitungen 258L und unter der Aufrechterhaltungsschicht 270 zu bilden. In einigen Ausführungsformen kann eine Wärmebehandlung (zum Beispiel ein Temperungsprozess, ein Brennprozess) und/oder ein Ultraviolettprozess durchgeführt werden, um die Opferschicht 266 zu einer flüchtigen Verbindung zu zersetzen, die durch die porenhaltige Struktur der Aufrechterhaltungsschicht 270 hindurchdiffundiert werden kann. Durch das Entfernen der Opferschicht 266 werden Luftspalte 272 gebildet. Wie durch 23 gezeigt, wird jeder der Luftspalte 272 durch die dielektrische Kappschicht 264 und die Aufrechterhaltungsschicht 270 begrenzt. Weil Luft eine Dielektrizitätskonstante nahe 1 hat, senken die Luftspalte 272 die effektive Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Strukturen zwischen den Metallleitungen 258L.
• Unter Bezug auf 2 und 24 umfasst das Verfahren 100 einen Block 138, wo eine Materialschicht 274 mit hoher Wärmeleitfähigkeit (hohem Kappa-Wert) über der Aufrechterhaltungsschicht 270 unter Verwendung von ALD, CVD, plasmaverstärkter CVD (PECVD) oder Mikrowellen-PECVD gebildet wird. In einigen Ausführungsformen kann die Schicht 274 aus Material mit hohem Kappa-Wert Diamant oder diamantartigen Kohlenstoff enthalten. In einigen anderen Ausführungsformen enthält die Schicht 274 aus Material mit hohem Kappa-Wert Aluminiumnitrid (AlN), hexagonales Bornitrid (h-BN), Graphenoxid, Siliziumcarbid (SiC) oder Siliziumkohlenstoffnitrid (SiCN). In Weiterführung einiger Ausführungsformen ist das Material mit hohem Kappa-Wert ein dielektrisches Material mit niedrigem k-Wert (zum Beispiel einer Dielektrizitätskonstante von etwa 3,9). Die Schicht 274 aus Material mit hohem Kappa-Wert kann gemäß einigen Ausführungsformen eine Dicke im Bereich von etwa 10 Å bis etwa 700 Å haben. Die Materialien mit hohem Kappa-Wert in der dielektrischen Kappschicht 264 und der Schicht 274 aus Material mit hohem Kappa-Wert können die gleichen oder können unterschiedlich sein. Zum Beispiel kann die Schicht 274 aus Material mit hohem Kappa-Wert eine höhere Wärmeleitfähigkeit besitzen als die dielektrische Kappschicht 264. Des Weiteren können in einigen Ausführungsformen die Schicht 274 aus Material mit hohem Kappa-Wert und die darunter liegende Schicht 224 aus Material mit hohem Kappa-Wert unterschiedliche Materialien mit hohem Kappa-Wert enthalten. Alternativ können die Schicht 274 aus Material mit hohem Kappa-Wert und die darunter liegende Schicht 224 aus Material mit hohem Kappa-Wert das gleiche Material mit hohem Kappa-Wert enthalten. Die Aufrechterhaltungsschicht 270 trennt die Schicht 274 aus Material mit hohem Kappa-Wert von einem Kontaktieren der dielektrischen Kappschicht 264.
• Unter Bezug auf 2 und 25 umfasst das Verfahren 100 einen Block 140, wo das Werkstück 200 planarisiert wird, um die Metallleitungen 258L frei zu legen. Nach dem Bilden der Schicht 274 aus dielektrischem Material mit hohem Kappa-Wert wird ein Planarisierungsprozess an dem Werkstück 200 durchgeführt. In einer Ausführungsform stoppt der Planarisierungsprozess nach dem Freilegen der Oberseite der Metallleitungen 258L. Nach Vollendung des Planarisierungsprozesses sind die oberste Fläche der dielektrischen Kappschicht 264, die oberste Fläche der Aufrechterhaltungsschicht 270 und eine Oberseite der Schicht 274 aus Material mit hohem Kappa-Wert koplanar. Die Aufrechterhaltungsschicht 270 erstreckt sich entlang von Boden- und Seitenwandflächen der Schicht 274 aus Material mit hohem Kappa-Wert und steht mit der dielektrischen Kappschicht 264 in Kontakt. Die dielektrische Kappschicht 264, die Aufrechterhaltungsschicht 270, die Schicht 274 aus Material mit hohem Kappa-Wert und der Luftspalt 272, der zwischen der dielektrischen Kappschicht 264 und der Aufrechterhaltungsschicht 270 eingeschlossen ist, bilden zusammen die dielektrische Struktur, die zwischen benachbarten Metallleitungen 258L angeordnet ist. Da Luft eine Dielektrizitätskonstante nahe 1 hat, senken die Luftspalte 272 die effektive Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Strukturen zwischen den Metallleitungen 258L. Mit anderen Worten: Die Luftspalte 272 zwischen Metallleitungen helfen, die parasitäre Kapazität zwischen den Metallleitungen 258L niedrig zu halten. Dank der Eigenschaft eines hohen Kappa-Wertes durch das Verwenden von Materialien mit hohem Kappa-Wert in der Kombination aus der dielektrischen Kappschicht 264, der Aufrechterhaltungsschicht 270 und der Schicht 274 aus Material mit hohem Kappa-Wert kann sich Wärme horizontal zwischen den Metallleitungen 258L so ausbreiten, dass die Wahrscheinlichkeit sinkt, dass sich Wärme in dieser Metallleitungsschicht staut. In einigen Ausführungsformen beträgt eine Höhe H2', von der Oberseite der Schicht 274 aus Material mit hohem Kappa-Wert bis zur Unterseite der Aufrechterhaltungsschicht 270 gemessen, etwa 20 % bis etwa 50 % einer Höhe H1' der Metallleitungen 258L. Der Bereich von etwa 20 % bis etwa 50 % ist weder trivial noch willkürlich. Ist das Verhältnis H2'/H1' kleiner als etwa 20 %, so kann die Wärmedissipationsfähigkeit aufgrund der recht dünnen Schicht 274 aus Material mit hohem Kappa-Wert beeinträchtigt werden; ist das Verhältnis H2'/H1' größer als etwa 50 %, so kann die parasitäre Kapazität zu groß werden und die Schaltkreisgeschwindigkeit aufgrund des recht kleinen Volumens der Luftspalte 272 verringern. In einigen Ausführungsformen kann die Höhe H2' größer sein als die Höhe H2 (12). Alternativ kann die Höhe H2' die gleiche sein wie die Höhe H2. In einigen Ausführungsformen kann die Höhe H1' größer sein als die Höhe H1 (12). Alternativ kann die Höhe H1' die gleiche sein wie die Höhe H1.
• Wir bleiben bei 25. Die Metallleitung 258L, die mit der Durchkontaktierung 250 elektrisch gekoppelt ist, ist eine funktionale Metallleitung zum Leiten von Signalen und/oder Strom. Die beiden unmittelbar benachbarten Metallleitungen 258L können ebenfalls funktionale Metallleitungen sein. Alternativ können die beiden unmittelbar benachbarten Metallleitungen 258L nicht-funktionale Metallleitungen (oder Dummy-Metallleitungen) sein, wie zum Beispiel Metallfüllleitungen zum Verbessern der Metalldichte in der jeweiligen Metallleitungsschicht und/oder als geerdete Metallleitungen zum Abschirmen von Störungen für die dazwischen aufgenommene Metallleitung. Des Weiteren ist, wie in 25 gezeigt, die Dicke der dielektrischen Kappschicht 264 geringer als die Dicke der Klebeschicht 256. In einen alternativen Ausführungsform, wie in 26 gezeigt, kann die Dicke der dielektrischen Kappschicht 264 größer sein als die Dicke der Klebeschicht 256, dergestalt, dass ein horizontaler Abschnitt der dielektrischen Kappschicht 264 zwei benachbarte Metallleitungen 258L überbrückt. Das Überbrücken zweier benachbarter Metallleitungen 258L mit dem horizontalen Abschnitt der dielektrischen Kappschicht 264 stellt einen zusätzlichen Wärmedissipationspfad in der horizontalen Richtung bereit, dergestalt, dass Wärme auch direkt durch den horizontalen Abschnitt der dielektrischen Kappschicht 264 transportiert werden kann. Wie in 26 gezeigt, ist der horizontale Abschnitt der dielektrischen Kappschicht 264 dicker als vertikale Abschnitte der dielektrischen Kappschicht 264, was auf einen selektiven Abscheidungsprozess zurückzuführen sein kann, dank dem die Abscheidungsrate eines Materials mit hohem Kappa-Wert auf der dielektrischen Oberfläche der dielektrischen Schicht 242 mit niedrigem k-Wert höher sein kann als auf der Metalloberfläche der Metallleitungen 258L. Alternativ kann die Dicke der dielektrischen Kappschicht 264 konform sein, dergestalt, dass die vertikalen Abschnitte der dielektrischen Kappschicht 264 ebenfalls dicker sind als die Klebeschicht 256.
• Nach dem Bilden der Metallleitungen 258L geht das Verfahren zu Block 142 über, um weitere Prozesse zum Vervollständigen der Herstellung der Halbleitervorrichtung durchzuführen. Zum Beispiel können Operationen in den Blöcken 120-140 wiederholt werden, um Interconnect-Schichten über den Metallleitungen 258L zu bilden. Solche weiteren Prozesse können das Bilden einer rückseitigen mehrschichtigen Interconnect-Struktur BMLI unter der Vorrichtungsebene DL (1) umfassen. Alternativ kann ein anderer Damaszen-Prozess als in den Operationen in den Blöcken 120-140 angewendet werden, um Interconnect-Schichten über den Metallleitungen 258L zu bilden, was in den 27-29 näher veranschaulicht ist.
• Unter Bezug auf 27 werden eine zweite Ätzstoppschicht (ESL) 280, eine dielektrische Schicht 282 mit niedrigem k-Wert und eine Hartmaske 284 über den Metallleitungen 258L sowie auf der dielektrischen Kappschicht 264, der Aufrechterhaltungsschicht 270 und der Schicht 274 aus Material mit hohem Kappa-Wert gebildet. In einigen Ausführungsformen kann die zweite ESL 280 Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid, Siliziumoxycarbid, Siliziumcarbonitrid oder eine Kombination davon enthalten. Nach dem Bilden der zweiten ESL 280 wird die dielektrische Schicht 282 mit niedrigem k-Wert gebildet. Die dielektrische Schicht 282 mit niedrigem k-Wert hat eine kleinere Dielektrizitätskonstante als Siliziumoxid, die etwa 3,9 beträgt. Zum Beispiel kann die dielektrische Schicht 282 mit niedrigem k-Wert einen porenhaltigen Organosilicat-Dünnfilm (zum Beispiel SiCOH), Tetraethylorthosilicat-Oxid (TEOS-Oxid), undotiertes Silicatglas, Borphosphosilicatglas (BPSG), Fluorsilicatglas (FSG), Phosphosilicatglas (PSG), fluordotiertes Siliziumdioxid, kohlenstoffdotiertes Siliziumdioxid, porenhaltiges Siliziumdioxid, porenhaltiges kohlenstoffdotiertes Siliziumdioxid, Siliziumoxycarbonitrid (SiOCN), Borcarbonitrid, polymere Aufschleuder-Dielektrika auf Siliziumbasis oder Kombinationen davon enthalten. Die Hartmaske 284 wird auf der dielektrischen Schicht 282 mit niedrigem k-Wert abgeschieden. Die Hartmaskenschicht kann eine einschichtige Struktur oder eine zweischichtige Struktur sein. Die Hartmaske 284 kann aus Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumcarbonitrid, Siliziumoxycarbid, Siliziumoxynitrid, Siliziumoxycarbonitrid, anderen geeigneten Materialien oder Kombinationen davon gebildet werden.
• Unter Bezug auf 28 werden die Grabenöffnung 286 und die Durchkontaktierungsöffnung 288 durch einen oder mehrere Fotolithografieprozesse und Ätzprozesse gebildet. In einigen Ausführungsformen umfasst das Bilden der Öffnungen das Strukturieren der Hartmaske 284 in einem ersten Ätzprozess und das Entfernen eines oberen Abschnitts der dielektrischen Schicht 282 in einem zweiten Ätzprozess, um die Grabenöffnung 286 zu bilden. Der zweite Ätzprozess wird - zum Beispiel durch Steuern der Ätzdauer - so implementiert, dass die dielektrische Schicht 282 nur teilweise geätzt wird. Während des zweiten Ätzprozesses wird die dielektrische Schicht 282 innerhalb der durch die Grabenöffnung 286 definierten Region nur ausgespart, das heißt, die dielektrische Schicht 282 wird nicht vollständig durchdrungen. Die dielektrische Schicht 282 wird durch einen dritten Ätzprozess weiter durch die Grabenöffnung 286 hindurch geätzt, um die Durchkontaktierungsöffnung 288 zu bilden. Der dritte Ätzprozess ist dafür ausgelegt, die dielektrische Schicht 282 selektiv zu ätzen, während die zweite ESL 280 im Wesentlichen intakt bleibt. Der dritte Ätzprozess erweitert die Durchkontaktierungsöffnung 288 nach unten und erreicht die zweite ESL 280. Die Bildung der Durchkontaktierungsöffnung 288 kann außerdem durch einen Photoresist unterstützt werden, um Strukturen zu definieren. Der Photoresist wird dann in einem geeigneten Prozess, wie zum Beispiel Resist-Abziehen oder Plasma-Ashing, entfernt. Anschließend wird ein vierter Ätzprozess angewendet, um die zweite ESL 280 zu öffnen. Nach dem vierten Ätzprozess sind sowohl die Grabenöffnung 286 für eine Metallleitung als auch die Durchkontaktierungsöffnung 288 für eine Durchkontaktierung gemeinsam in der dielektrischen Schicht 282 gebildet. Die Grabenöffnung 286 wird im oberen Abschnitt der dielektrischen Schicht 282 gebildet, und die Durchkontaktierungsöffnung 288 wird im unteren Abschnitt der dielektrischen Schicht 282 gebildet.
• Unter Bezug auf 29 wird eine Metallleitung 290 in der Grabenöffnung 286 gebildet, und eine Durchkontaktierung 292 wird in der Durchkontaktierungsöffnung 288 gebildet. In einigen Ausführungsformen werden die Metallleitung 290 und die Durchkontaktierung 292 als eine Volumen-Metallschicht gebildet, indem ein leitfähiges Material in die Grabenöffnung 286 und die Durchkontaktierungsöffnung 288 gefüllt wird. Das leitfähige Material kann durch geeignete Techniken wie zum Beispiel einen Elektroplattierungsprozess, PVD oder andere geeignete Verfahren abgeschieden werden. Eine Diffusionssperrschicht und eine Haftschicht (nicht gezeigt) können innerhalb der Grabenöffnung 286 und der Durchkontaktierungsöffnung 288 vor der Abscheidung der Volumen-Metallschicht abgeschieden werden. Ein vorteilhaftes Merkmal des Bildens der Volumen-Metallschicht in einem Damaszen-Prozess ist, dass ein niederohmiges leitfähiges Material (zum Beispiel Kupfer), das eigentlich nicht für einen Metallätzprozess geeignet ist, abgeschieden werden kann. In einigen Ausführungsformen ist das leitfähige Material ein anderes als das Metall, das in den relativ schmaleren darunter liegenden Metallleitungen 208L und 258L verwendet wird. In einigen Ausführungsformen enthalten die Metallleitungen 208L und 258L ein oder mehrere Edelmetalle, wie oben besprochen, während die Volumen-Metallschicht für die Metallleitung 290 und die Durchkontaktierung 292 ein oder mehrere Nichtedelmetalle enthält. Zum Beispiel kann die Volumen-Metallschicht für die Metallleitung 290 und die Durchkontaktierung 292 Kupfer (Cu) enthalten, obgleich alternativ auch andere geeignete Materialien wie zum Beispiel Wolfram (W), Kobalt (Co), Nickel (Ni), Aluminium (Al), Kombinationen davon und/oder dergleichen verwendet werden können. In einigen Ausführungsformen enthält die Volumen-Metallschicht außerdem ein Edelmetall, das sich aber von dem einen oder den mehreren Edelmetallen unterscheidet, die in den Metallleitungen 208L und 258L verwendet werden. Zum Beispiel kann die Volumen-Metallschicht 248 Pt enthalten, während die Metallleitungen 208L Rh oder Au enthalten können und die Metallleitungen 258L Ru enthalten können. Da die Metallleitungen 208L und 258L durch direktes Strukturieren gebildet werden, haben des Weiteren die Metallleitungen 208L und 258L jeweils einen schmaleren oberen Abschnitt und einen breiteren unteren Abschnitt. Im Vergleich dazu haben die Metallleitung 290, die Durchkontaktierung 292 und die Durchkontaktierung 250 jeweils einen breiteren oberen Abschnitt und einen schmaleren unteren Abschnitt, da sie durch Füllen von Gräben in jeweiligen dielektrischen Schichten anstelle eines direkten Strukturierens gebildet werden. Im Vergleich zu der Durchkontaktierung 250 und der Durchkontaktierung 292 ist die Durchkontaktierung 250 in einigen Ausführungsformen eine barrierefreie Durchkontaktierung, wie oben besprochen, während die Durchkontaktierung 292 eine Sperrschicht enthält, um zu verhindern, dass das Metallelement (zum Beispiel Kupfer) in die dielektrische Schicht 282 diffundiert.
• Ohne eine Einschränkung zu beabsichtigen, können eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung viele Nutzeffekte für eine Halbleiterstruktur und deren Bildung realisieren. Zum Beispiel stellt die vorliegende Offenbarung eine dielektrische Struktur, die zwischen zwei benachbarten Metallleitungen angeordnet ist, und Verfahren zu deren Herstellung bereit. Die dielektrische Struktur enthält eine Schicht aus dielektrischem Material mit hohem Kappa-Wert, um die Wärmedissipation zu unterstützen. Die dielektrische Struktur enthält außerdem einen Luftspalt, wodurch die effektive Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Struktur und die parasitäre Kapazität der Halbleiterstruktur reduziert werden.
• Die vorliegende Offenbarung erlaubt viele verschiedene Ausführungsformen. Im vorliegenden Text werden Halbleiterstrukturen und Verfahren zu ihrer Fertigung offenbart. In einem beispielhaften Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren. Das Verfahren umfasst: Bilden einer Metallschicht über einem Substrat, Strukturieren der Metallschicht, um eine erste und eine zweite Metallleitung mit einem Graben dazwischen zu bilden, Abscheiden einer Opferschicht in einem unteren Abschnitt des Grabens, Bilden einer ersten dielektrischen Schicht auf der Opferschicht, nach dem Bilden der ersten dielektrischen Schicht, selektives Entfernen der Opferschicht, um einen Luftspalt zwischen der ersten und der zweiten Metallleitung zu bilden, und Abscheiden einer zweiten dielektrischen Schicht über der ersten dielektrischen Schicht und in einem oberen Abschnitt des Grabens. In einigen Ausführungsformen enthält die Metallschicht ein Edelmetall. In einigen Ausführungsformen hat die zweite dielektrische Schicht eine Wärmeleitfähigkeit von nicht weniger als etwa 10 W/m·K. In einigen Ausführungsformen ist die erste dielektrische Schicht eine porenhaltige dielektrische Schicht, dergestalt, dass die Opferschicht zu einer flüchtigen Verbindung zersetzt wird, die während des selektiven Entfernens der Opferschicht durch die porenhaltige dielektrische Schicht diffundiert. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren des Weiteren vor dem Bilden der Opferschicht das Abscheiden einer Kappschicht. Der Luftspalt befindet sich vertikal zwischen der Kappschicht und der ersten dielektrischen Schicht. In einigen Ausführungsformen enthält die Kappschicht ein wärmeleitfähiges Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens etwa 10 W/m·K. In einigen Ausführungsformen umfasst das Bilden der Opferschicht: Abscheiden einer Polymerschicht in dem Graben und über der ersten und der zweiten Metallleitung, Planarisieren der Polymerschicht, und Zurückätzen der Polymerschicht. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren des Weiteren: vor dem Bilden der Metallschicht, Bilden einer dielektrischen Schicht über dem Substrat mit einer Durchkontaktierung durch die dielektrische Schicht. Die Durchkontaktierung befindet sich direkt unter einer der ersten und der zweiten Metallleitung, und wobei der Graben teilweise eine Oberseite der Durchkontaktierung frei legt. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren des Weiteren: nach dem Abscheiden der zweiten dielektrischen Schicht, Durchführen eines Planarisierungsprozesses, um die erste Metallleitung und die zweite Metallleitung frei zu legen. In einigen Ausführungsformen beträgt nach dem Durchführen des Planarisierungsprozesses eine Dicke, von einer Oberseite der zweiten dielektrischen Schicht bis zu einer Unterseite der ersten dielektrischen Schicht gemessen, etwa 20 % bis etwa 50 % der Dicke der ersten und der zweiten Metallleitung.
• In einem anderen beispielhaften Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren. Das Verfahren umfasst: Bilden einer Metallschicht über einem Substrat, Strukturieren der Metallschicht, um einen Graben zu bilden, der die Metallschicht in mindestens einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt trennt, Bilden einer Kappschicht, die sich entlang der Ober- und Seitenwandflächen des ersten und des zweiten Abschnitts der Metallschicht erstreckt, Abscheiden einer Aufrechterhaltungsschicht zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt der Metallschicht, um den Graben zu versiegeln und einen Luftspalt zu bilden, Abscheiden einer wärmeleitfähigen Schicht über der Aufrechterhaltungsschicht und über dem ersten und dem zweiten Abschnitt der Metallschicht, wobei die wärmeleitfähige Schicht eine Wärmeleitfähigkeit von nicht weniger als etwa 10 W/m·K aufweist, und Durchführen eines Planarisierungsprozesses, um die wärmeleitfähige Schicht teilweise zu entfernen und den ersten und den zweiten Abschnitt der Metallschicht frei zu legen. In einigen Ausführungsformen hat die Kappschicht eine Wärmeleitfähigkeit von nicht weniger als etwa 10 W/m·K. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren des Weiteren: Abscheiden einer Polymerschicht über der Kappschicht und unter der Aufrechterhaltungsschicht, um den Graben teilweise zu füllen, und selektives Entfernen der Polymerschicht nach dem Abscheiden der Aufrechterhaltungsschicht, um den Luftspalt zu bilden. In einigen Ausführungsformen umfasst das selektive Entfernen der Polymerschicht das Zersetzen der Polymerschicht zu einer flüchtigen Verbindung, die durch die Aufrechterhaltungsschicht diffundiert. In einigen Ausführungsformen enthält die Metallschicht ein Edelmetall. In einigen Ausführungsformen ist die wärmeleitfähige Schicht ein Diamant oder ein diamantartiger Kohlenstoff.
• In einem weiteren beispielhaften Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung eine Halbleiterstruktur. Die Halbleiterstruktur umfasst eine leitfähige Durchkontaktierung, die sich durch eine erste dielektrische Schicht erstreckt, eine erste Metallleitung über und in elektrischem Kontakt mit der leitfähigen Durchkontaktierung, und eine zweite Metallleitung, die sich über der ersten dielektrischen Schicht befindet und von der ersten Metallleitung durch eine dielektrische Struktur getrennt ist. Eine Oberseite der dielektrischen Struktur ist mit Oberseiten der ersten und der zweiten Metallleitung koplanar. Die dielektrische Struktur umfasst eine obere Auskleidung, die sich zwischen der ersten und der zweiten Metallleitung erstreckt, eine wärmeleitfähige Schicht über der oberen Auskleidung, wobei sich die obere Auskleidung entlang von Boden- und Seitenwandflächen der wärmeleitfähigen Schicht erstreckt, und einen Luftspalt, der durch die obere Auskleidung begrenzt wird. In einigen Ausführungsformen umfasst die Halbleiterstruktur des Weiteren eine untere Auskleidung, die sich zwischen der ersten und der zweiten Metallleitung erstreckt und mit der ersten dielektrischen Schicht in Kontakt steht, wobei sich der Luftspalt vertikal zwischen der unteren Auskleidung und der oberen Auskleidung befindet. In einigen Ausführungsformen steht die obere Auskleidung mit der unteren Auskleidung in Kontakt. In einigen Ausführungsformen hat jede der ersten und der zweiten Metallleitung eine obere Breite, die schmaler als eine untere Breite ist.
• Das oben Dargelegte umreißt Merkmale verschiedener Ausführungsformen, so dass der Fachmann die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen kann. Dem Fachmann ist klar, dass er die vorliegende Offenbarung ohne Weiteres als Grundlage für das Entwerfen oder Modifizieren anderer Prozesse und Strukturen verwenden kann, um die gleichen Zwecke und/oder die gleichen Vorteile wie bei den im vorliegenden Text vorgestellten Ausführungsformen zu erreichen. Dem Fachmann sollte auch klar sein, dass solche äquivalenten Bauformen nicht das Wesen und den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung verlassen, und dass er verschiedene Änderungen, Substituierungen und Modifizierungen an der vorliegenden Erfindung vornehmen kann, ohne vom Wesen und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• US 63/593,700 [0001]

Claims (20)

1. Verfahren umfassend: Bilden einer Metallschicht über einem Substrat; Strukturieren der Metallschicht, um eine erste Metallleitung und eine zweite Metallleitung mit einem Graben dazwischen zu bilden; Abscheiden einer Opferschicht in einem unteren Abschnitt des Grabens; Bilden einer ersten dielektrischen Schicht auf der Opferschicht; nach dem Bilden der ersten dielektrischen Schicht, selektives Entfernen der Opferschicht, um einen Luftspalt zwischen der ersten Metallleitung und der zweiten Metallleitung zu bilden; und Abscheiden einer zweiten dielektrischen Schicht über der ersten dielektrischen Schicht und in einem oberen Abschnitt des Grabens.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Metallschicht ein Edelmetall enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite dielektrische Schicht eine Wärmeleitfähigkeit von nicht weniger als etwa 10 W/m·K aufweist.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste dielektrische Schicht eine porenhaltige dielektrische Schicht ist, dergestalt, dass die Opferschicht zu einer flüchtigen Verbindung zersetzt wird, die während des selektiven Entfernens der Opferschicht durch die porenhaltige dielektrische Schicht diffundiert.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das ferner umfasst: vor dem Bilden der Opferschicht, Abscheiden einer Kappschicht, wobei sich der Luftspalt vertikal zwischen der Kappschicht und der ersten dielektrischen Schicht befindet.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Kappschicht ein wärmeleitfähiges Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von nicht weniger als etwa 10 W/m·K enthält.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Bilden der Opferschicht umfasst: Abscheiden einer Polymerschicht in dem Graben und über der ersten Metallleitung und der zweiten Metallleitung; Planarisieren der Polymerschicht; und Zurückätzen der Polymerschicht.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das ferner umfasst: vor dem Bilden der Metallschicht, Bilden einer dielektrischen Schicht über dem Substrat mit einer Durchkontaktierung durch die dielektrische Schicht, wobei sich die Durchkontaktierung direkt unter einer der ersten Metallleitung und der zweiten Metallleitung befindet, und wobei der Graben teilweise eine Oberseite der Durchkontaktierung frei legt.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das des Weiteren umfasst: nach dem Abscheiden der zweiten dielektrischen Schicht, Durchführen eines Planarisierungsprozesses, um die erste Metallleitung und die zweite Metallleitung freizulegen.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei eine Dicke, gemessen von einer Oberseite der zweiten dielektrischen Schicht bis zu einer Unterseite der ersten dielektrischen Schicht, nach dem Durchführen des Planarisierungsprozesses etwa 20 % bis etwa 50 % der Dicke der ersten und der zweiten Metallleitung beträgt.
11. Verfahren umfassend: Bilden einer Metallschicht über einem Substrat; Strukturieren der Metallschicht, um einen Graben zu bilden, der die Metallschicht in mindestens einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt trennt; Bilden einer Kappschicht, die sich entlang der Ober- und Seitenwandflächen des ersten und des zweiten Abschnitts der Metallschicht erstreckt; Abscheiden einer Aufrechterhaltungsschicht zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt der Metallschicht, um den Graben zu versiegeln und einen Luftspalt zu bilden; Abscheiden einer wärmeleitfähigen Schicht über der Aufrechterhaltungsschicht und über dem ersten und dem zweiten Abschnitt der Metallschicht, wobei die wärmeleitfähige Schicht eine Wärmeleitfähigkeit von nicht weniger als etwa 10 W/m·K aufweist; und Durchführen eines Planarisierungsprozesses, um die wärmeleitfähige Schicht teilweise zu entfernen und den ersten und den zweiten Abschnitt der Metallschicht frei zu legen.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Kappschicht eine Wärmeleitfähigkeit von nicht weniger als etwa 10 W/m·K aufweist.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, das ferner umfasst: Abscheiden einer Polymerschicht über der Kappschicht und unter der Aufrechterhaltungsschicht, um den Graben teilweise zu füllen; und selektives Entfernen der Polymerschicht nach dem Abscheiden der Aufrechterhaltungsschicht, um den Luftspalt zu bilden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das selektive Entfernen der Polymerschicht umfasst: Zersetzen der Polymerschicht zu einer flüchtigen Verbindung, die durch die Aufrechterhaltungsschicht diffundiert.
15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 14, wobei die Metallschicht ein Edelmetall enthält.
16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 15, wobei die wärmeleitfähige Schicht ein Diamant oder ein diamantartiger Kohlenstoff ist.
17. Halbleiterstruktur aufweisend: eine leitfähige Durchkontaktierung, die sich durch eine erste dielektrische Schicht erstreckt; eine erste Metallleitung über, und in elektrischem Kontakt mit, der leitfähigen Durchkontaktierung; und eine zweite Metallleitung, die sich über der ersten dielektrischen Schicht befindet und durch eine dielektrische Struktur von der ersten Metallleitung getrennt ist, wobei eine Oberseite der dielektrischen Struktur mit einer Oberseite der ersten Metallleitung und einer Oberseite der zweiten Metallleitung komplanar ist, und wobei die dielektrische Struktur aufweist: - eine obere Auskleidung, die sich zwischen der ersten und der zweiten Metallleitung erstreckt, - eine wärmeleitfähige Schicht über der oberen Auskleidung, wobei sich die obere Auskleidung entlang von Boden- und Seitenwandflächen der wärmeleitfähigen Schicht erstreckt, und - einen Luftspalt, der durch die obere Auskleidung begrenzt wird.
18. Halbleiterstruktur nach Anspruch 17, ferner aufweisend: eine untere Auskleidung, die sich zwischen der ersten Metallleitung und der zweiten Metallleitung erstreckt und mit der ersten dielektrischen Schicht in Kontakt steht, wobei sich der Luftspalt vertikal zwischen der unteren Auskleidung und der oberen Auskleidung befindet.
19. Halbleiterstruktur nach Anspruch 18, wobei die obere Auskleidung mit der unteren Auskleidung in Kontakt steht.
20. Halbleiterstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche 17 bis 19, wobei die erste Metallleitung und die zweite Metallleitung jeweils eine obere Breite aufweisen, die schmaler als eine untere Breite ist.

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