[发明专利]具有气隙和保护层的IC结构及其制造方法

说明书

提供了一种集成电路结构及其制造方法。该集成电路结构包括：基板；位于基板上的多个互连结构，该互连结构中的每个包括侧表面和顶表面，该侧表面在其间直接限定气隙，以将互连结构彼此隔离；以及平面的保护层，保护层位于多个互连结构的顶部上以覆盖所有气隙。保护层包括掩蔽膜和支撑膜。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年3月22日提交的题为“AIR-GAP STRUCTURE IN INTEGRATEDCIRCUITS(集成电路中的气隙结构)”的申请序列号为62/601,416的美国临时专利申请的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及集成电路(IC)结构及其制造方法，并且尤其涉及具有气隙和保护层的IC结构及其制造方法。

背景技术

集成电路的发展已导致更高的复杂性且减小的尺寸。许多半导体元件或器件被封装在单个小半导体基板上。这些半导体元件或器件通常使用互连结构结合在一起以形成集成电路。互连结构通常由导体(诸如铜(Cu)、铝(Al))或介电材料(诸如二氧化硅(SiO₂))制成。互连结构之间的电隔离是集成电路设计的重要且不可或缺的部分，用于防止相邻的互连结构之间的不希望的电耦合和串扰。间隙结构和介电材料通常位于互连结构之间用于电隔离。

可以粗略地假设互连结构的速度与线电阻R和互连结构之间的电容C(寄生电容)的乘积成反比。集成电路的配线级中的RC(电阻-电容谐振)损耗是最终半导体产品的最终性能的重要限制因素。随着集成电路的发展，RC延迟对半导体产品的整体延迟的贡献大于晶体管延迟。还存在其他问题，诸如互连结构之间的串扰。为了提高半导体产品的最终性能，必须降低RC损耗。这可以通过减小电容C来完成，并且更具体地通过减小互连结构之间的介电材料的介电常数(k)来完成。

然而，在互连结构之间使用低k介电材料可能存在问题，低k介电材料诸如为纯SiO₂(具有4.2的k)、多孔碳掺杂的氧化硅(具有2.4至2的k，取决于孔隙率)、气凝胶和聚合物。使用这些材料可能会导致材料可靠性、可制造性和集成挑战的问题。在互连结构之间形成的气隙或空隙解决了与使用低k介电材料相关的一些问题。空气具有接近1的低介电常数，因此其是合适的低k介电材料。

然而，采用气隙的当前技术具有其自身的问题。一个主要问题是由于气隙的污染导致的集成电路的失灵或者甚至故障。污染可以来自IC结构制造中的各种过程。一些技术使用介电材料来形成和封闭气隙。然而，残留在气隙中的残余介电材料仍可能导致污染。另外，形成气隙的一些技术、诸如牺牲材料以形成气隙的方法通常采用需要长处理时间的许多处理步骤。去除这种牺牲材料也可能是复杂和困难的。

因此，需要一种具有气隙以减小互连结构之间的寄生电容的集成电路结构。此外，需要改进现有技术中的这种集成电路结构，以便能够至少部分地弥补当前结构及其制造中固有的问题。

发明内容

本公开提供一种集成电路结构，包括：基板；位于基板上的多个互连结构，其中，互连结构中的每个包括侧表面和顶表面，并且侧表面直接在其间限定气隙，以将互连结构彼此隔离；以及平面的保护层，保护层位于多个互连结构的顶部上以覆盖所有气隙。

在某些实施例中，气隙基本上在互连结构的整个厚度上延伸。

在某些实施例中，气隙的纵横比在0.5至5的范围内。

在某些实施例中，保护层是连续的。

在某些实施例中，保护层包括掩蔽膜，掩蔽膜密封气隙以防止材料沉积在气隙内。

在某些实施例中，掩蔽膜是平面的单层或多层结构，平面的单层或多层结构包括选自半导体、介电材料及其任意组合的一种或多种二维材料。

在某些实施例中，掩蔽膜的一种或多种二维材料选自石墨烯、六方氮化硼、聚酰亚胺及其任意组合。