用于金属互连的电介质间隔体及其形成方法.pdf

描述了用于多个金属互连的电介质间隔体和用于形成这种电介质间隔体的方法。在一个实施例中，使所述电介质间隔体邻近具有扩口轮廓的相邻金属互连，且所述电介质间隔体彼此不连续。在另一实施例中，所述电介质间隔体提供了无着落点的通孔可以有效地着落于其上的区域。

1、  一种具有多个互连的电子结构，包括：
第一电介质层；
第一互连，其位于所述第一电介质层之上，其中，所述第一互连包括第一电介质间隔体，该第一电介质间隔体与所述第一互连的侧壁直接相邻并且直接位于所述第一电介质层和所述第一互连的底表面之间；
第二互连，其位于所述第一电介质层之上，其中，所述第二互连包括第二电介质间隔体，该第二电介质间隔体与所述第二互连的侧壁直接相邻并且直接位于所述第一电介质层和所述第二互连的底表面之间，并且其中，所述第二电介质间隔体与所述第一电介质间隔体之间是不连续的；
第二电介质层，其中，所述第二电介质层位于所述第一互连和所述第二互连之上；以及
间隙，其位于所述第一电介质层、所述第一互连、所述第二互连和所述第二电介质层之间。

2、  根据权利要求1所述的结构，其中，所述第一和所述第二互连具有扩口轮廓，所述扩口轮廓的张角在90度和155度之间。

3、  根据权利要求2所述的结构，其中，所述张角在105-135度的范围内。

4、  根据权利要求2所述的结构，其中，所述第二电介质层与所述第一电介质间隔体和所述第二电介质间隔体分别形成了围绕所述第一互连和所述第二互连的密封。

5、  根据权利要求4所述的结构，其中，所述间隙由空气构成。

6、  根据权利要求2所述的结构，其中，所述第一电介质间隔体和所述第二电介质间隔体的介电常数大于所述第一电介质层和所述第二电介质层的介电常数，并且其中，所述第一电介质层和所述第二电介质层的介电常数大于所述间隙的介电常数。

7、  根据权利要求6所述的结构，其中，所述第一电介质间隔体和所述第二电介质间隔体由选自由氮化硅、碳化硅、掺氮碳化硅、掺氧碳化硅、掺硼氮化碳或掺硼碳化硅构成的集合的材料构成，其中，所述第一电介质层和所述第二电介质层由选自由二氧化硅、硅酸盐或具有0-10％的孔隙度的掺碳氧化物构成的集合的材料构成，并且其中，所述间隙由具有25-40％的孔隙度的掺碳氧化物构成。

8、  根据权利要求2所述的结构，其中，所述第一电介质间隔体和所述第二电介质间隔体的宽度基本等于所述间隙的顶部宽度。

9、  根据权利要求8所述的结构，其中，所述第一电介质间隔体和所述第二电介质间隔体的宽度在5-20纳米的范围内。

10、  根据权利要求2所述的结构，还包括：
位于所述第二电介质层内的通孔，其中，所述通孔的第一部分位于所述第一互连的顶表面上，并且其中，所述通孔的第二部分位于所述第一电介质间隔体的顶表面上。

11、  根据权利要求2所述的结构，其中，使所述第一互连和所述第二互连凹入到所述第一电介质层内。

12、  一种具有多个互连的电子结构的形成方法，包括：
形成第一电介质层；
在所述第一电介质层之上形成第二电介质层；
对所述第二电介质层进行构图，以形成具有一系列沟槽的图案化的电介质层，其中，所述一系列沟槽的底部暴露出所述第一电介质层的顶表面；
在所述一系列沟槽内形成间隔体-形成电介质层，以部分填充所述一系列沟槽，其中，所述间隔体-形成电介质层覆盖所述图案化的电介质层的顶表面；
在所述间隔体-形成电介质层之上形成互连-形成金属层，以完全填充所述一系列沟槽的剩余部分；
使所述互连-形成金属层和所述间隔体-形成电介质层平面化，以暴露出所述图案化的电介质层的顶表面，并形成具有不连续的电介质间隔体的一系列互连；
去除所述图案化的电介质层；以及
在所述一系列互连之上形成第三电介质层，其中，所述第三电介质层、所述第一电介质层以及所述具有不连续电介质间隔体的一系列互连形成了一系列间隙。

13、  根据权利要求12所述的方法，其中，所述一系列沟槽具有扩口轮廓，所述扩口轮廓的张角在90度和155度之间。

14、  根据权利要求13所述的方法，其中，所述张角在105-135度的范围内。

15、  根据权利要求12所述的方法，其中，所述间隔体-形成电介质层的介电常数大于所述第一电介质层和所述第三电介质层的介电常数，并且其中，所述第一电介质层和所述第三电介质层的介电常数大于所述一系列间隙的介电常数。

16、  根据权利要求15所述的方法，其中，所述间隔体-形成电介质层由选自由氮化硅、碳化硅、掺氮碳化硅、掺氧碳化硅、掺硼氮化碳或掺硼碳化硅构成的集合的材料构成，其中，所述第一电介质层和所述第三电介质层由选自由二氧化硅、硅酸盐或具有0-10％的孔隙度的掺碳氧化物构成的集合的材料构成，并且其中，所述一系列间隙由具有25-40％的孔隙度的掺碳氧化物构成。

17、  根据权利要求12所述的方法，其中，所述一系列间隙由空气构成。

18、  根据权利要求17所述的方法，其中，所述第二电介质层由具有20-35％的孔隙度的掺碳氧化物构成。

19、  根据权利要求18所述的方法，其中，通过选自由化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺构成的集合的工艺沉积所述间隔体-形成电介质层，并且其中，所述间隔体-形成电介质层由选自由氮化硅、碳化硅、掺氮碳化硅、掺氧碳化硅、掺硼氮化碳或掺硼碳化硅构成的集合的材料构成。

20、  根据权利要求12所述的方法，还包括：
在所述第三电介质层内形成无着落点的通孔。

用于金属互连的电介质间隔体及其形成方法
技术领域
本发明涉及集成电路领域。
背景技术
在集成电路的制造中利用金属互连作为将各电子和/或半导体器件连接成全局电路的方法。在制造这样的金属互连时，需要考虑的两个关键因素是各金属互连的电阻(R)和在所述金属互连之间生成的耦合电容(C)，即，串扰。这两个因素均不利于金属互连的效率。因而，希望降低金属互连中的电阻和电容，从而减少所谓的“RC延迟”。
在过去的十年中，通过将铜互连结合到流水线处理序列的“后端”使得集成电路-例如以微处理器为基础的集成电路的性能得到了极大增强。这样的铜互连的存在与铝互连相比极大地降低了所述互连的电阻，从而提高了它们的传导率和效率。
对于降低在金属互连之间生成的耦合电容的尝试包括采用容纳金属互连的低K(2.5-4)电介质层，其中，K是所述电介质层的介电常数。但是，事实证明结合这样的膜是有挑战性的。其他降低金属互连之间的耦合电容的尝试主要关注于“空气间隙”技术，其中在金属线之间不存在电介质层。尽管该技术对于降低耦合电容是有效的，但是由于空气的K值仅为1，因而在不存在支撑电介质层的情况下可能损害多个金属互连的结构完整性。
因而，这里描述一种用于减少多个金属互连中的RC延迟的方法。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施例的带有不连续间隔体的具有扩口轮廓(flared profile)的多个互连的截面图。
图2示出了根据本发明的实施例的带有不连续间隔体的具有扩口轮廓的一对互连的截面图，其中，所述互连凹入到下层电介质层内。
图3示出了根据本发明的实施例的带有不连续间隔体的具有扩口轮廓的多个互连的截面图。
图4示出了根据本发明的实施例的带有不连续间隔体的具有扩口轮廓的多个互连的截面图。
图5A-J示出了根据本发明的实施例的表示多个具有扩口轮廓的互连的形成的截面图，包括形成不连续电介质间隔体的步骤。
图6A-C示出了根据本发明的实施例的表示带有不连续间隔体的具有扩口轮廓的多个互连的形成的截面图。
具体实施方式
下面描述用于集成电路中的多个具有电介质间隔体的金属互连，以及所述多个金属互连的制造工艺。在下述说明中，阐述了很多具体细节，例如，具体的尺寸和化学状态(chemical regime)，以便提供对本发明的彻底的理解。对于本领域技术人员而言，显然可以在不需要这些具体细节的情况下实践本发明。在其他情况下，没有对诸如构图步骤的公知的工艺步骤做出详细说明，从而避免对本发明造成不必要的混淆。此外，应当理解，图中所示的各实施例只是示范性的图示，未必一定是按比例绘制的。
文中公开了用于金属互连的电介质间隔体和形成这种电介质间隔体的方法。按照邻近金属互连的侧壁的方式结合电介质间隔体可以为多个互连及其连接通孔提供物理支撑，可以提供无着落点(unlanded)的通孔可以位于其上的区域，并且可以使得各金属互连之间的耦合电容相对较低。例如，可以形成这样的空气间隙金属互连结构，其为结合到集成电路内提供了充分的结构完整性，并且提供了无着落点的通孔可以“着落”于其上的区域。
可以通过将电介质间隔体结合到互连结构内来形成在各金属互连之间具有降低的耦合电容(即降低的串扰)的金属互连。因而，可以在一系列金属互连中采用电介质间隔体来减少RC延迟。例如，根据本发明的实施例，在金属互连之间结合了电介质间隔体，这样有助于在所述金属互连之间的间隙内采用具有降低的介电常数的材料(例如，介电常数小于二氧化硅的介电常数的材料)。这样的具有降低的介电常数的材料的实施例包括低K电介质层(介电常数为2-4的层，其中，二氧化硅的介电常数约为4)或乃至介电常数为1的空气。因而，在多个金属互连之间包括电介质间隔体可以使电介质层的结合仅限于存在通孔的级。可以在不损害基于多个金属互连的电子结构的完整性的情况下实施这种方案。
因此，希望将电介质间隔体结合成与多个金属互连的侧壁相邻。根据本发明的实施例，图1示出了包括多个金属互连的互连结构100。金属互连102和104相互间隔开，并且位于电介质层106A和106B之间。电介质间隔体108与金属互连102和104的侧壁相邻，并位于金属互连102和104的下面。
金属互连102和104可以由任何适于传导电流的材料构成，例如，铜、银、铝或其合金。在一个实施例中，金属互连102和104由多晶铜构成，所述多晶铜的原子成分中具有97-100％范围内的铜原子。在另一实施例中，金属互连102和104由散布的碳纳米管阵列构成。金属互连102和104可以呈现任何不会显著地降低其性能的截面形状，例如，方形、矩形、圆形、椭圆形、U形、V形、T形或A框架形截面形状。根据本发明的实施例，金属互连102和104的截面形状是用于形成金属互连102和104的处理方案中的人为因素。扩口轮廓是这样的人为因素的例子，其特征可以是顶表面宽于底表面，并且侧壁从顶表面到底表面向内倾斜。在一个实施例中，如图1所示，金属互连102和104具有张角θ处于90度和155度之间的扩口轮廓。在具体实施例中，所述张角处于105-135度的范围内。
电介质层106A和106B可以包括任何适于为互连结构100提供结构完整性的材料。在一个实施例中，电介质层106A和106B的介电常数处于2-5.5的范围内。在另一实施例中，电介质层106A和106B的介电常数处于2.5-4的范围内。在一个实施例中，电介质层106A和106B由选自由二氧化硅、硅酸盐、具有0-10％的孔隙度的掺碳氧化物或其氟化形式构成的集合的材料构成。
参考图1，电介质间隔体108与金属互连102和104的侧壁相邻，并位于金属互连102和104的下面。电介质间隔体108可以由任何适当的材料构成，所述材料能够为互连结构100提供结构完整性，并且能够为其提供最小电容。在一个实施例中，电介质间隔体108的介电常数处于3-7的范围内。在另一实施例中，电介质间隔体的介电常数处于4-6的范围内，并且大于电介质层106的介电常数。在一个实施例中，电介质间隔体108由选自由氮化硅、碳化硅、掺氮碳化硅、掺氧碳化硅、掺硼氮化碳或者掺硼碳化硅构成的集合的材料构成。在备选实施例中，电介质间隔体108包括选自由CoW或CoWBP构成的集合的基于金属的材料。电介质间隔体108可以与具有任何适当的截面形状的金属互连共形。因而，根据本发明的另一实施例，如图1所示，将电介质间隔体与具有扩口轮廓的金属互连结合使用。在一个实施例中，电介质间隔体108有助于围绕金属互连102和104形成密封。通过打破相邻金属互连的电介质间隔体的连续性，可以打破金属互连之间的电容耦合路径，从而减少RC延迟。因而，根据本发明的实施例，同样如图1所示，金属互连102和104的电介质间隔体108彼此是不连续的(即，并未相互连接)。
具有扩口轮廓的第二级互连位于第二电介质层106B之上，所述第二电介质层106B又位于金属互连102和104之上。根据本发明的实施例，通过电介质层106B内容纳的通孔112将第三金属互连110连接至金属互连102。电介质间隔体108可以具有足够的宽度，从而在通孔112是无着落点的通孔的情况下，提供用于着落通孔112的表面。在实施例中，如图1所示，使通孔112着落于金属互连102的顶表面的一部分上，同时着落于电介质间隔体108的顶表面的一部分上。在一个实施例中，电介质间隔体108的宽度处于金属互连的宽度的5-30％的范围内。在具体实施例中，电介质间隔体108的宽度处于5-20纳米的范围内。根据本发明的另一实施例，为了与无着落点的通孔112进行对比，图1示出了具有着落点的通孔114。
互连结构100中的所述多个金属互连还可以包括阻挡层116。阻挡层116可以包括任何适于抑制来自金属互连的电迁移、适于防止金属互连的氧化或者适于提供用于大马士革工艺中的成核的表面的材料。在一个实施例中，阻挡层116由选自由钽、钛、氮化钽、氮化钛或其组合构成的集合的材料构成。在另一实施例中，阻挡层116的厚度处于50-150埃的范围内。互连结构100中的所述多个金属互连还可以包括帽层118。帽层118可以包括任何适于抑制来自金属互连的电迁移或者适于防止金属互连的氧化的材料。在一个实施例中，帽层118包括选自由铱、钌、钴、钴/钨合金、磷化钴/钨、磷化钴硼或其组合构成的集合的材料。
参考图1，间隙120存在于与相邻的金属互连102和104相关的电介质间隔体108之间。间隙120可以由使金属互连102和104隔离的任何适当的材料或气体构成。在实施例中，间隙120的材料或气体对于金属互连102和104之间的电容耦合的影响可以忽略不计。在一个实施例中，间隙120的材料或气体由空气构成。在另一实施例中，间隙120的材料或气体的介电常数处于1和2.5之间。在具体的实施例中，间隙120由孔隙度为25-40％的掺碳氧化物构成。在实施例中，间隙120的材料或气体的介电常数小于电介质层106A和106B的介电常数。
间隙120可以足够宽，以减少相邻金属互连之间的串扰，但是就空气-间隙的情况而言，间隙120可以在顶部充分窄，从而在电介质层106B的沉积过程中防止被电介质层106B填充。在实施例中，间隙120充分宽，以减少相邻电介质间隔体108之间的串扰。在一个实施例中，间隙120的顶部宽度基本等于电介质间隔体108的宽度。在另一实施例中，间隙120的顶部宽度处于5-20纳米的范围内。在具体实施例中，间隙120的顶部宽度大约是相邻金属互连之间的距离的三分之一。
结合了电介质间隔体的多个金属互连可能需要结构加固。根据本发明的实施例，使这样的金属互连凹陷到下面的电介质层内，从而“锚定”所述金属互连。参考图2，使可以包括阻挡层216和帽层218的金属互连202和204凹入到电介质层206内。电介质间隔体208可以是不连续的，并且被间隙220隔离，如图2所示。根据本发明的实施例，图2所示的包括多个金属互连的互连结构200具有增强的结构完整性，这是由金属互连202和204的锚定实现的。在一个实施例中，通过大马士革工艺形成凹陷的金属互连202和204，其中，在大马士革构图步骤中形成向电介质层206内的凹入，在下文中将对此进行更为详细的说明。
结合了电介质间隔体的多个金属互连可以包括由具有可变间距的有效金属互连构成的结构。这种在有效金属互连之间具有各种间距的结构可以抑制总空气间隙结构的形成，因为覆在上面的电介质层可以填充较宽的间隙，从而可能增大隔得较远的金属互连之间的耦合电容。根据本发明的实施例，采用虚设金属互连(即未连接至集成电路的有源部分的金属互连)来保持金属互连之间的相等间距。参考图3，互连结构300包括虚设金属互连330和电介质间隔体。在一个实施例中，虚设金属互连330防止电介质层306填充相邻的有效金属互连上的不连续电介质间隔体之间的间隙。
作为与图3相关的结构的替代方案，结合了电介质间隔体的多个金属互连可以包括由具有可变间距的有效金属互连构成的结构，但是其未结合虚设互连。根据本发明的实施例，与彼此相隔较远的相邻金属互连相关的电介质间隔体之间的间隙实际上被覆在上面的电介质层填充。参考图4，相邻的金属互连412和414比相邻的金属互连402和404隔得远。因此，位于金属互连402和404上面的电介质层406可能未填充金属互连402和404之间的间隙，而位于金属互连412和414上面的电介质层440却可能填充金属互连412和414之间的间隙。在具体的实施例中，如图4所示，顶部宽度基本大于电介质间隔体408的宽度的间隙被上面覆盖的电介质层440填充。在一个实施例中，金属互连412和414之间的间隙大于45纳米。如图4所示，可以通过适于填充金属互连412和414之间的间隙的技术来沉积电介质层440，其厚度足以使其随后在金属互连412和414之上和之间被抛光成平坦表面，其中，所述间隙的宽度大于电介质间隔体408的宽度。因而，根据本发明的实施例，通过旋涂工艺沉积电介质层440，以填充金属互连412和414之间的间隙，其填充厚度足以在金属互连412和414之上和之间提供平坦表面，其中，所述间隙的宽度大于电介质间隔体408的宽度。
可以通过任何适当的方法制造用于金属互连的电介质间隔体，所述方法利用电介质间隔体材料实现对金属互连的侧壁的完全覆盖。根据本发明的实施例，图5A-J示出了用于多个金属互连的不连续电介质间隔体的形成。
参考图5A，在结构500之上形成电介质层502。结构500可以是任何在其上形成了多个金属互连的结构。根据本发明的实施例，结构500是在硅衬底中制造并包覆于电介质层中的互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管的阵列。可以在所述晶体管的上方以及周围的电介质层上形成多个金属互连(例如，按照下述步骤形成所述多个金属互连)，并采用所述多个金属互连电连接所述晶体管，以形成集成电路。
可以通过任何适当的技术在结构500之上沉积电介质层502，所述技术实现电介质层502的基本均匀的覆盖，如图5A所示。在一个实施例中，通过选自由旋涂工艺、化学气相沉积工艺或基于聚合物的化学气相沉积工艺构成的集合的工艺来沉积电介质层502。在具体实施例中，通过采用硅烷或有机硅烷作为前体气体的化学气相沉积工艺来沉积电介质层502。电介质层502可以由任何适于为具有电介质间隔体的多个金属互连充当经久耐用的基底的材料构成。在实施例中，电介质层502由不会显著增大随后在电介质层502上形成的一系列金属互连之间的串扰的材料构成。在一个实施例中，电介质层502由低K到中K电介质材料构成，电介质层502的介电常数处于2-5.5的范围内。在另一实施例中，电介质层502的介电常数处于2.5-4的范围内。在具体实施例中，电介质层502由选自由二氧化硅、硅酸盐或具有0-10％的孔隙度的掺碳氧化物构成的集合的材料构成。
可以通过任何适于提供图案化的金属结构的技术在电介质层502之上形成金属互连。在一个实施例中，通过对覆盖(blanket)金属膜实施减成蚀刻工艺形成金属互连。在另一实施例中，通过大马士革技术形成金属互连。参考图5C-5F，采用利用牺牲电介质层504的大马士革技术形成多个金属互连。牺牲电介质层504可以由任何适于通过标准的光刻/蚀刻工艺进行构图且/或适于随后在不影响电介质层502或者随后形成的金属互连的情况下去除的材料构成。在一个实施例中，牺牲电介质层504由具有20-35％的孔隙度的掺碳氧化硅构成。可以通过任何适当的技术沉积牺牲电介质层504，所述技术提供了牺牲电介质层504在电介质层502之上的基本均匀的覆盖，如图5B所示。在一个实施例中，通过选自由旋涂工艺、化学气相沉积工艺或基于聚合物的化学气相沉积工艺构成的集合的工艺来沉积牺牲电介质层504。
参考图5C，对牺牲电介质层504进行构图，以形成图案化的牺牲电介质层506，其暴露出电介质层502的顶表面的一部分。在一个实施例中，采用各向异性蚀刻工艺对牺牲电介质层504进行构图。在另一实施例中，采用包括碳氟化合物的垂直干法或等离子体蚀刻工艺对牺牲电介质层504进行构图，以形成图案化的牺牲电介质层506，其中，所述碳氟化合物的通式为CxFy，其中，x和y是自然数。在具体实施例中，采用包括自由基碳氟化合物的垂直干法或等离子体蚀刻工艺对牺牲电介质层504进行构图。在备选实施例中，牺牲电介质层504是可进行光限定的材料，并且直接采用光刻工艺对其进行构图。
因而，形成了包括图案化的牺牲电介质层506的结构，在所述图案化牺牲电介质层506内形成了一系列沟槽。在一个实施例中，形成于牺牲电介质层506内的所述一系列沟槽的底部与电介质层502的顶表面平齐。在备选实施例中，使形成于牺牲电介质层506内的所述一系列沟槽的底部凹入到电介质层502内，从而提供金属互连的锚定点(如上文参考图2所述)。所述一系列沟槽的截面形状可以决定形成于其内的一系列金属互连的最终形状。例如，根据本发明的实施例，所述的一系列沟槽具有扩口轮廓，如图5C所示，因而接下来形成于其内的一系列金属互连也将具有扩口轮廓。在一个实施例中，所述一系列沟槽的扩口轮廓具有处于90度和155度之间的张角θ。在具体实施例中，所述张角处于105-135度的范围内。图5C所示的一系列沟槽的扩口轮廓可以是用于形成所述一系列沟槽的图案化工艺(例如上述蚀刻工艺)的结果。例如，根据本发明的实施例，在采用各向异性等离子体蚀刻工艺对牺牲电介质层504进行构图的过程中形成扩口轮廓。在一个实施例中，等离子体的局部偏置在牺牲电介质层504的蚀刻过程中发生变化，从而得到沟槽轮廓的渐细变化，其中，通过生成所述沟槽形成了所述图案化的牺牲电介质层506。在另一实施例中，在刻蚀工艺过程中缓慢侵蚀用于保留牺牲电介质层504的一部分的掩模层，这样将使得从所述一系列沟槽的顶部去除的材料的量大于从所述一系列所述沟槽的底部去除的材料的量。
参考图5D，在图案化的牺牲电介质层506之上沉积间隔体-形成电介质层514。因而，根据本发明的实施例，在形成多个金属互连之前沉积间隔体-形成电介质层514。可以通过任何适当的技术沉积间隔体-形成电介质层514，所述技术提供与所述图案化的牺牲电介质层506共形或几乎共形的层。而且，可以通过任何不会使位于结构500内的任何电子或半导体器件过热的适当技术来沉积间隔体-形成电介质层514。在一个实施例中，在400℃或更低的温度下沉积间隔体-形成电介质层514。在另一实施例中，通过选自由原子层沉积或化学气相沉积构成的集合的沉积工艺来沉积间隔体-形成电介质层514。可以由任何适于减少随后形成的多个金属互连之间的串扰、同时为所述多个金属互连增加结构支撑的材料来形成间隔体-形成电介质层514。在一个实施例中，间隔体-形成电介质层514由选自由氮化硅、碳化硅、掺氮碳化硅、掺氧碳化硅、掺硼氮化碳或者掺硼碳化硅构成的集合的材料构成。在另一实施例中，间隔体-形成电介质层514由掺硼氮化碳层构成，其中，所述掺硼氮化碳层是通过使气体甲烷、乙硼烷以及氨发生反应形成的。在备选实施例中，间隔体-形成电介质层514包括选自由CoW或CoWBP构成的集合的基于金属的材料。
参考图5E，在间隔体-形成电介质层514之上形成阻挡层508。所述阻挡层508可以由任何材料构成且可以具有足够的厚度，所述材料和厚度适于抑制金属互连内的金属原子向外扩散。在一个实施例中，阻挡层508由选自由钽、钛、氮化钽、氮化钛或其组合构成的集合的材料构成。在实施例中，阻挡层508的厚度处于25-250埃的范围内。可以通过任何适当的技术沉积阻挡层508，所述技术在间隔体-形成电介质层514上提供共形或接近共形的层。在一个实施例中，可以通过选自由原子层沉积工艺、化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺构成的集合的工艺来沉积阻挡层508。
再次参考图5E，在阻挡层508之上形成互连-形成金属层540。可以通过任何适于完全(或者在无意当中形成了气孔的情况下大部分)填充在图案化的牺牲电介质层506内形成的所述一系列沟槽的工艺和导电材料形成互连-形成金属层540。在实施例中，互连-形成金属层540由选自由铜、银、铝或其合金构成的集合的材料构成。在一个实施例中，互连-形成金属层540由多晶铜构成，所述多晶铜中具有97-100％铜原子的范围内的原子组成。在实施例中，通过选自由电化学沉积工艺、无电沉积工艺、化学气相沉积工艺、原子层沉积(ALD)工艺或回流工艺构成的集合的技术来沉积互连-形成金属层540。
参考图5F，去除所述间隔体-形成电介质层514、阻挡层508和互连-形成金属层540的位于图案化的牺牲电介质层506的顶表面之上的所有部分。因而，形成了具有阻挡层508和电介质间隔体516的一系列金属互连，包括金属互连510。如图5F所示，相邻金属互连的电介质间隔体516可以相互不连续。可以通过任何适于在不显著地侵蚀被图案化的牺牲电介质层506包覆的部分的情况下去除这些部分的技术，来去除间隔体-形成电介质层514、阻挡层508和互连-形成金属层540的位于图案化的牺牲电介质层506的顶表面之上的部分。根据本发明的实施例，采用选自由等离子体蚀刻工艺、化学蚀刻工艺、化学机械抛光工艺或电抛光工艺构成的集合的工艺来去除间隔体-形成电介质层514、阻挡层508和互连-形成金属层540的位于所述图案化的牺牲电介质层506的顶表面之上的部分。在具体实施例中，通过采用由氧化铝和氢氧化钾构成的浆体的化学机械抛光处理去除间隔体-形成电介质层514、阻挡层508和互连-形成金属层540的位于图案化的牺牲电介质层506的顶表面之上的部分。
参考图5G，在包括金属互连510的多个金属互连的顶表面上形成帽层512。帽层512可以由任何适于防止金属线挤脱(extrusion)或者适于防止来自金属互连510的金属原子向外扩散的材料构成。此外，帽层512可以提供抑制来自金属互连510的电迁移和/或防止金属互连510的顶表面氧化的优点。在一个实施例中，帽层512由选自由铱、钌、钴、钴/钨合金、磷化钴/钨、磷化钴钨硼、磷化钴硼或其组合构成的集合的导电层构成。可以通过任何适于均匀覆盖金属互连510的顶表面的工艺形成帽层512。在一个实施例中，通过选自由电化学沉积工艺、无电沉积工艺或原子层沉积(ALD)工艺构成的集合的技术来沉积帽层512。
可以去除图案化的牺牲电介质层506，以提供自立式金属互连510，如图5G所示。可以通过任何适当的技术去除图案化的牺牲电介质层506，其中，所述去除工艺不会影响电介质层502或金属互连510。根据本发明的一个实施例，图案化的牺牲电介质层506由具有20-35％的孔隙度的掺碳氧化物构成，电介质层502由具有0-10％的孔隙度的掺碳氧化物构成，采用湿法蚀刻化学试剂去除图案化的牺牲电介质层506，所述化学试剂包括占20-30％的体积比例的氢氧化四甲铵。在实施例中，在形成帽层512之前去除图案化的牺牲电介质层506。在另一实施例中，在去除图案化的牺牲电介质层506之前形成帽层512。在替代实施例中，未去除图案化的牺牲电介质层506，并将其保留在最终的互连结构中。
参考图5H，在包括金属互连510的多个金属互连之上以及电介质间隔体516之上沉积电介质层518。可以通过任何适当的技术沉积电介质层518，所述技术在包括金属互连510和511的多个金属互连之上以及电介质间隔体516之上提供基本均匀的覆盖，而基本上不会填充相邻金属互连510和511的电介质间隔体516之间的空间，如图5H所示。在一个实施例中，通过选自由旋涂工艺、化学气相沉积工艺或基于聚合物的化学气相沉积工艺构成的集合的工艺来沉积电介质层518。电介质层518可以包括任何适于充当新一级金属互连的经久耐用的基底的材料。在一个实施例中，电介质层518由选自由二氧化硅、硅酸盐、具有0-10％的孔隙度的掺碳氧化物构成的集合的材料构成。在备选实施例中，在形成电介质层518之后接着通过选自由高温分解、热分解或辐射构成的集合的方法来去除图案化的牺牲电介质层506。
再次参考图5H，在相邻金属互连510和511的电介质间隔体516之间以及电介质层502和518之间形成间隙520。间隙520可以由任何适当的材料或气体构成，所述材料或气体能够使金属互连510和511之间的电容耦合可以忽略不计。在一个实施例中，间隙520由空气构成。在另一实施例中，间隙520由具有25-40％的孔隙度的掺碳氧化物构成，在下文中将参考图6A-C对其形成加以讨论。
参考图5I，可以对电介质层518进行构图，从而在金属互连511的一部分或其相应的帽层512之上形成通孔沟槽530。通孔沟槽530的一部分可能并非位于金属互连511的顶表面的正上方，而是位于电介质间隔体516的一部分之上，因而是“无着落点”的。因而，根据本发明的实施例，电介质间隔体516提供了能够使这样的“无着落点”的通孔沟槽530着落于其上的表面，如图5I所示。
参考图5J，在电介质层518之上形成包括金属互连522和524的第二级金属互连。根据本发明的实施例，使金属互连524通过“无着落点”的通孔526与下层金属互连511连接。因而，能够形成具有不连续电介质间隔体的空气间隙金属互连结构，其提供了可以使“无着落点”的通孔着落于其上的区域。
根据本发明的另一实施例，可以采用空气以外的材料填充图5H所示的间隙520，如图6A-C所示。参考图6B，在图6A所示的结构(与图5G所示的结构类似)上沉积填隙电介质层660。填隙电介质层660可以由任何适于使包括金属互连610的多个金属互连之间的电容耦合可以忽略不计的材料构成。在一个实施例中，填隙电介质层660的介电常数处于1和2.5之间。在另一实施例中，填隙电介质层660由具有25-40％的孔隙度的掺碳氧化物构成。在一个实施例中，填隙电介质层660的介电常数小于电介质层602的介电常数。
参考图6C，然后在具有填隙电介质层660的包括金属互连610的多个金属互连之上沉积电介质层618。电介质层618可以由结合图5I所示的电介质层518讨论的任何材料构成。在一个实施例中，填隙电介质层660的介电常数小于电介质层618的介电常数。因而，可以形成具有不连续的电介质间隔体的“超低K间隙”金属互连结构。
尽管上述实施例设想了用于金属互连的电介质间隔体，但是本发明不限于金属互连的使用。可以将导电碳纳米管集束到一起并用作互连，从而将电子或半导体器件结合到集成电路中。根据本发明的另一实施例，将电介质间隔体与基于导电碳纳米管束的互连结合使用。在具体实施例中，作为大马士革工艺的制造结果，碳纳米管束具有扩口轮廓。因而，可以在由碳纳米管束形成的互连的侧壁上形成电介质间隔体，以减少与这种互连相关的RC延迟，使得所述互连结构耐用，或者提供“无着落点”的通孔可以着落到所述互连上的表面。
至此，已经描述了结合了电介质间隔体的多个金属互连以及用于形成这种电介质间隔体的方法。在一个实施例中，所述电介质间隔体邻近具有扩口轮廓的相邻金属互连，且所述电介质间隔体彼此不连续。在另一实施例中，所述电介质间隔体提供了“无着落点”的通孔能够有效地着落于其上的区域。