[发明专利]用于减小垂直裂纹传播的结构与方法

说明书

技术领域

本文的实施例涉及减小半导体设备中的垂直电介质膜裂纹传播的结构与方法，并且更具体地说，涉及使用位于导电金属线堆叠之间的一个空气间隙、一系列空气间隙和/或金属虚拟（dummy）填充形状的内部裂纹停止设计，以防止相邻金属线堆叠之间电介质膜中的裂纹传播。

发明内容

根据一种实施例，一种半导体设备，包括：绝缘体和位于该绝缘体上的垂直堆叠层。每个垂直堆叠层包括第一电介质绝缘体部分、嵌在第一电介质绝缘体部分中的第一金属导体、覆盖第一金属导体的第一氮化物罩、第二电介质绝缘体部分、嵌在第二电介质绝缘体部分中的第二金属导体以及覆盖第二金属导体的第二氮化物罩。层中第一垂直堆叠导体部分与层中第二垂直堆叠导体部分接近或相邻。堆叠间材料位于第一垂直堆叠导体层和第二垂直堆叠导体层之间，以及该堆叠间材料包括至少一个空气间隙。

根据另一种实施例，一种半导体设备，包括：绝缘体和该绝缘体上的层。每一层都包括第一金属导体和接近该第一金属导体的第二金属导体。第一金属导体包括第一垂直堆叠结构，以及第二金属导体包括第二垂直堆叠结构。至少一个空气间隙位于第一垂直堆叠结构和第二垂直堆叠结构之间。

根据另一种实施例中，一种制造半导体设备的方法，包括：形成绝缘体，以及有可能同时形成彼此接近（临近）的多个第一垂直堆叠金属层和多个第二垂直堆叠金属层。堆叠间材料也在第一垂直堆叠金属层和第二垂直堆叠金属层之间形成。该堆叠间材料形成为包括至少一个空气间隙。

根据另一种实施例，一种制造半导体设备的方法，包括：形成绝缘体、在绝缘体上形成层。每一层包括电介质绝缘体部分、第一金属导体、与第一金属导体接近的第二金属导体、以及氮化物罩。第一垂直堆叠金属结构是通过把每一层的每个第一金属导体彼此垂直对准来提供的，以及第二垂直堆叠金属结构是通过把每一层的每个第二金属导体彼此垂直对准来提供的。在第一垂直堆叠金属结构和第二垂直堆叠金属结构之间蚀刻至少一个空气间隙。

附图说明

参考附图根据以下具体描述，本文的实施例将得到更好的理解，其中附图不一定是按比例绘制的并且其中：

图1A是半导体设备的示意图；

图1B是半导体设备的示意图；

图1C是半导体设备的示意图；

图2是半导体设备的示意图；

图3是根据一种实施例的半导体设备的示意图；

图4是根据另一种实施例的半导体设备的示意图；

图5是根据另一种实施例的半导体设备的示意图；

图6是根据另一种实施例的半导体设备的示意图；

图7是根据另一种实施例的半导体设备的示意图；

图8是根据一种实施例的制造方法的逻辑流程图；

图9是根据另一种实施例的方法的另一个逻辑流程图；以及

图10是根据另一种实施例的半导体设备的示意图。

具体实施方式

电介质膜破裂给高级半导体制造技术造成了显著的可靠性风险。膜的破裂导致芯片可靠性故障，诸如金属线隆起和腐蚀。例如，当非常粗的金属线堆叠在彼此顶部时，已经观察到了电介质膜破裂，以及垂直裂纹的传播导致热循环应力期间下层金属布线隆起。当布线内的间距窄时，由于与材料中不同热膨胀系数相关的巨大应力量，这个问题特别严重。目前已知的解决方案是增加电线之间的间距，这减小了应力。但不幸的是，宽金属间距会导致显著大的芯片尺寸，这对客户来说是不可接受的。

参考图1A-1C，示出了用于构造金属镶嵌结构的包含基本金属的层。图1A说明了具有直接沉积在衬底100上的层E1的硅衬底100，其中层E1包括一层电介质102。图1B说明了已经有可能通过化学蚀刻电介质层102的上表面以形成两个沟槽、然后用金属导体（104A/B）填充沟槽而同时沉积到电介质102的上表面中的两个金属导体104A和104B。金属导体可以是Cu或者任何其它适于金属堆叠镶嵌构建的导电金属或金属合金。此外，金属导体104A和104B可以机械或化学抛光到电介质102上表面的水平。图1C说明了金属层E1的最后处理，其中氮化物罩106在金属导体104A/B以及电介质102的上表面之上密封。

参考图2，示出了典型的半导体设备200，具有金属镶嵌结构部分202和上部半导体层204，层204包括金属“VV”层206、电介质层206b、金属键合“LD”层208（其中层206和208可以由铝形成）、电介质210和保护性多胺罩212。