DE102017207777A1 - Luftspalt über Transistorgate und zugehöriges Verfahren - Google Patents
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-
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Abstract
Eine Halbleitervorrichtung kann ein Transistorgate in einer Vorrichtungsschicht; eine Zwischenverbindungsschicht über der Vorrichtungsschicht; und einen Luftspalt umfassen, der sich durch die Zwischenverbindungsschicht erstreckt, um mit einer oberseitigen Oberfläche des Transistorgates in Kontakt zu treten. Der Luftspalt stellt einen Mechanismus zur Verringerung des Ein-Widerstands und der Aus-Kapazität für Anwendungen unter Verwendung von SOI-Substraten bereit, wie z. B. Radiofrequenzschalter.
Description
- HINTERGRUND
- Technisches Gebiet
- Die vorliegende Erfindung betrifft Halbleitervorrichtungen und insbesondere einen Luftspalt über einem Transistorgate und ein Verfahren zum Bilden davon. Der Luftspalt reduziert die Kapazität im Aus-Zustand (Caus) in Anwendungen, wie z. B. Radiofrequenzschalter in Semiconductor-on-Insulator(SOI)-Substraten.
- Stand der Technik
- In Telekommunikationsgeräten, wie z. B. Smartphones, werden im Allgemeinen Radiofrequenz(RF)-Schalter verwendet, um Hochfrequenztelekommunikationssignale durch Übertragungspfade zu leiten. Beispielsweise werden RF-Schalter gemeinhin in Smartphones eingesetzt, so dass unterschiedliche drahtlose Digitaltechnologiestandards, die an verschiedenen geographischen Orten verwendet werden, eingesetzt werden können. Gegenwärtige RF-Schalter werden im Allgemeinen unter Verwendung von Semiconductor-on-Insulator(SOI)-Substraten hergestellt. SOI-Substrate verwenden typischerweise ein geschichtetes Silizium-Isolator-Silizium-Substrat anstelle eines herkömmlichen Siliziumsubstrats (Vollsubstrat). SOI-basierte Vorrichtungen unterscheiden sich von aus Silizium gebauten herkömmlichen Vorrichtungen darin, dass die Siliziumverbindung über einem elektrischen Isolator angeordnet ist, typischerweise Siliziumdioxid oder (weniger typisch) Saphir.
- Eine Herausforderung bei RF-Schaltern, die in SOI-Substraten gebildet werden, besteht darin, zwei konkurrierende Parameter zu steuern: den Ein-Widerstand (Rein), der den Widerstand des Schalters beim Einschalten darstellt, und die Kapazität im Aus-Zustand (Caus), die das Übersprechen oder Rauschen anzeigt, das innerhalb des Systems auftreten kann, insbesondere erzeugt die Menge an übertragenen Signalen in einer Schaltung einen unerwünschten Effekt in einer anderen Schaltung. Wenn der RF-Schalter den Energieverbrauch verringern soll, soll Rein so niedrig wie möglich sein, und Caus soll minimal werden, um unerwünschtes Kopplungsrauschen zu verringern. In herkömmlichen Halbleiterherstellungsprozessen führt eine Verringerung von Rein oder Caus zu gegenläufigen Effekten.
- ZUSAMMENFASSUNG
- Ein erster Aspekt der Erfindung ist auf ein Verfahren zum Bilden eines Luftspalts für eine Halbleitervorrichtung gerichtet, wobei das Verfahren umfasst: ein Bilden einer Luftspaltmaske, die einen Bereich einer Zwischenverbindungsschicht über einer Vorrichtungsschicht freilegt, wobei die Vorrichtungsschicht darin ein Transistorgate umfasst; ein Ätzen einer Öffnung durch die Zwischenverbindungsschicht unter Verwendung der Luftspaltmaske über dem Transistorgate, wobei die Öffnung, die Seitenwände eines Dielektrikums der Zwischenverbindungsschicht freilegt; ein Entfernen der Luftspaltmaske; ein Ausnehmen der freiliegenden Seitenwände des Dielektrikums der Zwischenverbindungsschicht in der Öffnung; und ein Bilden eines Luftspalts über dem Transistorgate durch Abscheiden einer Luftspaltdeckschicht zum Verschließen der Öffnung an einer Oberfläche der Zwischenverbindungsschicht.
- Ein zweiter Aspekt der Erfindung umfasst eine Halbleitervorrichtung, umfassend: ein Transistorgate in einer Vorrichtungsschicht; eine Zwischenverbindungsschicht über der Vorrichtungsschicht; und einen Luftspalt, der sich durch die Zwischenverbindungsschicht über das Transistorgate erstreckt.
- Ein dritter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf einen Radiofrequenz-Semiconductor-on-Insulator(RFSOI)-Schalter, umfassend: ein Transistorgate in einer Semiconductor-on-Insulator(SOI)-Schicht eines SOI-Substrats; eine Zwischenverbindungsschicht über der SOI-Schicht, wobei die Zwischenverbindungschicht eine lokale Zwischenverbindungsschicht über der SOI-Schicht und eine erste Metallschicht über der lokalen Zwischenverbindungsschicht umfasst; und einen Luftspalt, der sich durch ein Dielektrikum der Zwischenverbindungsschicht über dem Transistorgate erstreckt.
- Das Vorangegangene und andere Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden spezielleren Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung hervor.
- KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
- Die Ausführungsformen dieser Erfindung werden mit Bezug auf die folgenden Figuren detailliert beschrieben, wobei ähnliche Bezugszeichen ähnliche Elemente bezeichnen, und wobei:
-
1 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der Erfindung zeigt. -
2 eine vergrößerte Ansicht eines anschaulichen Transistorgates zeigt. -
3A –E Querschnittansichten eines Ätzens einer Öffnung gemäß Ausführungsformen eines Verfahrens der Erfindung zeigen. -
4 eine Querschnittansicht eines Entfernens einer Luftspaltmaske gemäß Ausführungsformen der Erfindung zeigt. -
5 –7 ebene Ansichten von Ausführungsformen einer Struktur teilweise mittels eines Verfahrens gemäß der Erfindung zeigen. -
8A –C Querschnittansichten eines Ausnehmens einer Öffnung gemäß Ausführungsformen der Erfindung zeigen. -
9 eine vergrößerte Schnittansicht eines Details aus der Ausführungsform gemäß8B zeigt. -
10 eine Querschnittansicht eines Verfahrens und einer Halbleitervorrichtung, wie z. B. eines Radiofrequenz SOI-Schalters mit einem Luftspalt über einem Transistorgate davon, gemäß Ausführungsformen der Erfindung zeigt. -
11 und12 Querschnittansichten von alternativen Verfahren und alternativen Halbleitervorrichtungen mit einem Luftspalt über einem Transistorgate davon gemäß Ausführungsformen der Erfindung zeigen. - Die Figuren der Erfindung sind nicht maßstabsgetreu. Die Figuren sollen lediglich typische Aspekte der Erfindung darstellen und sollen folglich die Erfindung nicht beschränken. In den Figuren werden Elemente, die über die Figuren hinweg ähnlich sind, mit einer ähnlichen Nummerierung bezeichnet.
- DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
- Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Bilden von Halbleitervorrichtungen mit einem Luftspalt über einem Transistorgate, um die Kapazität zwischen dem Transistorgate und benachbarten Drähten, Kontakten und Durchkontaktierungen zu verringern, die dazu verwendet werden, Source und Drain des Transistors zu kontaktieren. Diese Verringerung in der Kapazität kann die Kapazität im Aus-Zustand des Transistors verringern, wenn sie in entsprechenden Anwendungen eingesetzt wird, wie z. B. Radiofrequenz(RF)-Schalter in Semiconductor-on-Insulator(SOI)-Substraten oder Voll-(nicht-SOI-)Substraten. Die Verwendung eines Luftspalts über einem Transistorgate gemäß der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellt einen Mechanismus zur Reduzierung einer Aus-Kapazität jeder Vorrichtung bereit, die ihn durch Steuern von einem hauptsächlichen Beitrag zu der intrinsischen Kapazität des Feldeffekttransistors (FET) verwendet wird: die effektive Dielektrizitätskonstante des Kontakts oder der lokalen Zwischenverbindungsschicht und der ersten Metallschicht. Während die Lehre der Erfindung mit Bezug auf ein SOI-Substrat und relativ zu einem RF-Schalter beschrieben wird, können die Ausführungsformen auf verschiedene alternative Halbleitervorrichtungen angewendet werden, wie z. B., jedoch nicht beschränkend, auf Verstärker mit niedrigem Rauschen (LNA) und Leistungsverstärker. Weiterhin kann die Lehre auf verschiedene Substrate angewendet werden, wie z. B. ein Vollsubstrat.
- Mit Bezug auf
1 ist eine Querschnittansicht eines ersten Prozesses eines Verfahrens zum Bilden eines Luftspalts für eine Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.1 zeigt eine Halbleitervorrichtung100 nach Bildung einer Vorrichtungsschicht102 und einer Zwischenverbindungsschicht104 . Die Vorrichtungsschicht102 ist als ein Semiconductor-on-Insulator(SOI)-Substrat106 aufweisend dargestellt, das darüber ein Halbleitersubstrat108 mit einer Isolatorschicht110 und darüber eine Semiconductor-on-Insulator(SOI)-Schicht112 aufweist. Das Substrat108 und die SOI-Schicht112 können, ohne Beschränkung, Silizium, Germanium, Siliziumgermanium, Siliziumkarbid und jene umfassen, die im Wesentlichen aus einer oder mehreren III-V-Halbleitern gebildet sind, die eine Zusammensetzung gemäß der Formel AlX1GaX2InX3AsY1PY2NY3SbY4 umfassen, wobei X1, X2, X3, Y1, Y2, Y3, und Y4 relative Proportionalitäten darstellen, die jeweils größer oder gleich Null sind und X1 + X2 + X3 + Y1 + Y2 + Y3 + Y4 = 1 gilt (wobei 1 die gesamte relative Mol-Größe darstellt). Andere geeignete Materialien umfassen II-VI-Halbleiter mit einer Zusammensetzung aus ZnA1CdA2SeB1TeB2, wobei A1, A2, B1, und B2 relative Proportionalitäten darstellen, die jeweils größer oder gleich Null sind und für die A1 + A2 + B1 + B2 = 1 gilt (wobei 1 eine gesamte Mol-Größe darstellt). Ferner kann ein Bereich oder das gesamte Halbleitersubstrat108 und/oder die SOI-Schicht112 verspannt sein. Zum Beispiel kann die SOI-Schicht112 verspannt sein. Die SOI-Schicht112 kann durch Flachgrabenisolationen (STI)114 unterteilt sein. Die Isolatorschicht110 kann ein beliebiges Dielektrizitätsmaterial umfassen, das für die gewünschte Anwendung geeignet ist, z. B. Siliziumoxid (SIOx) oder (weniger häufig) Saphir. Die Isolatorschicht110 und/oder das STI114 kann auch das gleiche Material umfassen, wie z. B. Siliziumdioxid oder ein anderes hierin beschriebenes Zwischenschichtdielektrikumsmaterial. - Die Vorrichtungsschicht
102 kann auch eine Vielzahl von darin gebildeten Transistoren116 umfassen. Jeder Transistor116 kann eine bekannte oder später entwickelte Transistorstruktur umfassen, wie z. B. Source/Drain-Bereiche (nicht mit Bezugszeichen versehen) in der SOI-Schicht112 mit einem Transistorgate118 darüber und dazwischen.2 zeigt eine vergrößerte Querschnittansicht eines anschaulichen Transistorgates118 . Jedes Transistorgate118 kann unter anderem einen Körper120 aus Polysilizium oder einen Metallgate-Leiter (gemeinhin als ”PC” bezeichnet), Abstandshalter122 am Körper120 , ein Gatedielektrikum124 unter dem Körper120 , eine Silizidschicht125 über dem Körper120 (z. B. eine Silizium-Metall-Verbindung) und eine Ätzstoppschicht126 über der Silizidschicht125 und/oder den Abstandshaltern122 umfassen. Die Abstandshalter122 können jedes bis dato bekannte oder später entwickelte Halbleitermaterial umfassen, wie z. B. Siliziumnitrid (Si3N4), und das Gatedielektrikum124 kann ein beliebiges bekanntes oder später entwickeltes Gatedielektrikumsmaterial umfassen, wie z. B. Hafniumsilikat (HfSiO), Hafniumoxid (HfO2), Zirkoniumsilikat (ZrSiOx), Zirkonoxid (ZrO2), Siliziumoxid (SiO2), Siliziumnitrid (Si3N4), Siliziumoxynitrid (SiON), ein high-k-Material oder eine Kombination aus diesen Materialien. Die Ätzstoppschicht126 kann ein beliebiges bis dato bekanntes oder später entwickeltes Ätzstoppmaterial umfassen, wie z. B. Siliziumnitrid. Die Silizidschicht125 kann ein beliebiges bis dato bekanntes oder später entwickeltes Silizidmaterial umfassen, wie z. B. Titan, Nickel, Kobalt usw. Jedes Transistorgate118 kann in die dargestellte Seite hinein, aus der dargestellten Seite heraus oder quer zu der dargestellten Seite verlaufen. - Mit Bezug auf
1 kann eine Zwischenverbindungsschicht104 gemäß der Beschreibung hier eine Mehrzahl von Schichten mit einer Kontakt- oder lokalen Zwischenverbindungsschicht130 (gemeinhin bezeichnet als eine Kontaktflächen(CA)-Schicht) und eine erste Metallisierungsschicht132 umfassen. Jede Schicht130 ,132 kann eine entsprechende Zwischenschichtdielektrikums(ILD)-Schicht134 ,136 umfassen. Die ILD-Schichten134 ,136 können ohne Beschränkung umfassen: Siliziumnitrid (Si3N4), Siliziumoxid (SiO2), mit Fluor versetztes SiO2 (FSG), hydrogenisiertes Siliziumoxykarbid (SiCOH), poröses SiCOH, Borphosphorsilikatglas (BPSG), Silsesquioxane, mit Kohlenstoff (C) dotierte Oxide (organische Silikate), die Silizium- (Si), Kohlenstoff- (C), Sauerstoff- (O), und/oder Wasserstoff-(H)Atome umfassen, SiLK (Polyarylenether, beziehbar über Dow Chemical Corporation), ein aufgeschleudertes und Siliziumkohlenstoff aufweisendes Polymermaterial, beziehbar über JSR Corporation, oder ein Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante (< 3,9) oder Schichten davon. Jede Schicht130 ,132 kann auch eine entsprechende Deckschicht138 ,140 an einer oberen Oberfläche davon umfassen. Jede Deckschicht138 ,140 kann wenigstens eine Schicht umfassen, z. B. eine Siliziumoxidschicht142 und eine Ätzstoppschicht144 , die aus Siliziumnitrid (Nitrid), Siliziumkohlenstoffnitrid (SiCN) usw. gebildet ist, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Es können verschiedene andere Arten von Deckschichten verwendet werden. Ferner sei betont, dass, während die Deckschichten138 ,140 darstellungsgemäß identisch sind, sie unterschiedliche Materialien, Dicken usw. aufweisen können. - Durch die ILD-Schicht
134 oder die Kontaktschicht oder lokale Zwischenverbindungsschicht130 (nachfolgend als ”lokale Zwischenverbindungsschicht130 ” bezeichnet) kann sich eine Mehrzahl von Kontakte150 zu verschiedenen Teilen der Vorrichtungsschicht102 erstrecken. In dem dargestellten Beispiel erstrecken sich die Kontakte150 zu Source/Drain-Bereichen des Transistors116 . Jeder Kontakt150 kann innerhalb einer dünnen Aufschmelzmetallschicht aus Ruthenium einen Leiter umfassen, wie z. B. Aluminium oder Kupfer; es können jedoch auch andere Aufschmelzmetalle verwendet werden, wie z. B. Tantal (Ta), Titan (Ti), Wolfram (W), Iridium (Ir), Rhodium (Rh) und Platin (Pt) usw., oder Mischungen davon. Typischerweise erstrecken sich die Kontakte150 innerhalb der Halbleitervorrichtung100 zur Verbindung der Leiter in den Schichten meistens vertikal, insbesondere vertikal auf der Seite, wie dargestellt. Die erste Metallschicht132 kann darin eine Mehrzahl von Metalldrähten152 umfassen. Jeder Metalldraht152 kann die gleichen Materialien verwenden, die für die Kontakte150 aufgelistet sind. Im Gegensatz zu den Kontakten150 erstrecken sich die Metalldrähte152 meistens horizontal oder seitlich in einer Schicht innerhalb der Halbleitervorrichtung100 , um die Kontakte150 darin zu verbinden, insbesondere hinein, heraus oder entlang einer Seite, wie dargestellt. In dieser Weise kann die erste Metallschicht132 einen Metalldraht152 umfassen, der sich seitlich parallel zum Transistorgate118 in der Vorrichtungsschicht102 erstreckt, insbesondere vertikal über, jedoch parallel zu, dem Transistorgate118 . Die Halbleitervorrichtung100 , wie in1 dargestellt ist, kann unter Verwendung beliebiger bekannter oder später entwickelter Halbleiterherstellungstechniken gebildet werden, beispielsweise durch Materialabscheidung, fotolithographische Strukturierung und Ätzung, Dotierung usw. Obwohl in1 Kontakte150 und Drähte152 als einzelne Damascene-Niveaus gezeigt sind, könnten sie unter Verwendung von Dual-Damascene-Niveaus gebildet werden, die eine dünne Aufschmelzmetallschicht aus Kupfer oder Wolfram umfassen, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist. - ”Abscheiden” oder ”Abscheidung” kann, gemäß der Verwendung hierin, beliebige bekannte oder später entwickelte Techniken darstellen, die für das abzuscheidende Material geeignet sind, umfassend, jedoch nicht beschränkend auf, z. B.: chemische Gasphasenabscheidung (CVD), Niederdruck-CVD (LPCVD), Plasma unterstützte CVD (PECVD), semi-atmosphere CVD (SACVD) und Hochdichteplasma-CVD (HDPCVD), schnelle thermische CVD (RTCVD), Ultrahochvakuum-CVD (UHVCVD), limited reaction processing CVD (LRPCVD), metallorganische CVD (MOCVD), Sputterabscheidung, Ionenstrahlabscheidung, Elektronenstrahlabscheidung, Laser unterstützte Abscheidung, thermische Oxidation, thermische Nitridierung, Aufschleuderverfahren, physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), Atomlagenabscheidung (ALD), chemische Oxidation, Molekularstrahlepitaxie (MBE), Galvanisierung, Verdampfung.
-
1 zeigt auch ein Bilden einer Luftspaltmaske160 , die einen Bereich162 der Zwischenverbindungsschicht140 über der Vorrichtungsschicht102 freilegt. Die Maske160 kann z. B. nach einer Damascene-Einebnung der ersten Metallschicht132 , beispielsweise durch ein chemisch-mechanisches Polieren (CMP), gebildet werden und kann jedes bekannte oder später entwickelte Maskierungsmaterial umfassen. Die Maske160 ist in einer herkömmlichen Weise zur Erzeugung von Öffnungen164 darin strukturiert und geätzt. In einer Ausführungsform kann eine Breite des Transistorgates120 ungefähr 200 nm betragen und Öffnungen164 in der Luftspaltmaske160 können eine Größe von ungefähr 0,16 Mikrometer (μm) bis 0,24 μm aufweisen, insbesondere 0,2 μm. Diese Breiten könnten mit größerer und kleinerer Kanaltransistorbreite skalieren oder mit größeren oder kleineren Breiten der Kontakte150 und Drähte152 skalieren. - Die
3A –E zeigen ein Ätzen einer Öffnung166 durch die Zwischenverbindungsschicht104 unter Verwendung der Luftspaltmaske160 über dem Transistorgate118 . Die Öffnung166 legt Seitenwände170 eines Dielektrikums134 ,136 der Zwischenverbindungsschicht104 frei. Das Ätzen bezieht sich im Allgemeinen auf das Entfernen von Material von einem Substrat (oder Strukturen, die auf dem Substrat gebildet sind) und wird häufig mit einer platzierten Maske durchgeführt, so dass Material von bestimmten Flächen des Substrat selektiv entfernt werden kann, während das Material in anderen Flächen des Substrats nicht beeinflusst wird. Es gibt für das Ätzen im Allgemeinen zwei Kategorien, (i) Nassätzen und (ii) Trockenätzen. Nassätzen wird mit einem Lösungsmittel durchgeführt (wie z. B. einer Säure oder einer Base), welches anhand seiner Fähigkeit zum selektiven Lösen eines gegebenen Materials (wie z. B. Oxid) ausgewählt wird, während es ein anderes Material (wie z. B. Polysilizium oder Nitrid) relativ intakt lässt. Diese Fähigkeit zum selektiven Ätzen von gegebenen Materialien ist für viele Halbleiterherstellungsprozesse grundlegend. Im Allgemeinen wird ein homogenes Material (z. B. ein Oxid) durch ein Nassätzen isotrop geätzt, jedoch kann ein Kristallmaterial (z. B. Siliziumwafer) durch ein Nassätzen auch anisotrop geätzt werden. Trockenätzen kann unter Verwendung eines Plasmas durchgeführt werden. Plasmasysteme können durch Einstellen der Parameter des Plasmas in verschiedenen Moden arbeiten. Das gewöhnliche Plasmaätzen erzeugt energiegeladene freie Radikale, die neutral geladen sind, welche mit der Oberfläche des Wafers reagieren. Da neutrale Teilchen den Wafer unter allen Winkeln angreifen, ist dieser Prozess isotrop. Beim Ionenätzen oder Sputterätzen wird der Wafer mit Energie geladenen Edelgasionen bombardiert, die den Wafer aus ungefähr einer Richtung erreichen, und folglich ist dieser Prozess höchst anisotrop. Das reaktive Ionenätzen (RIE) wird unter Bedingungen betrieben, die zwischen Sputter- und Plasmaätzen liegen, und kann zur Erzeugung von tiefen engen Merkmalen verwendet werden, wie z. B. STI-Gräben. In den3A –E kann das Ätzen (nur in3A mit Pfeilen bezeichnet) RIE umfassen. Mit Bezug auf die Öffnung116 und/oder jeden darin gebildeten Luftspalt bedeutet ”über dem Transistorgate” Transistorgate118 , dass das Transistorgate118 beliebig überlagert wird. - Gemäß den Darstellungen der
3A –E kann sich die Öffnung166 über dem Transistorgate118 zu einer Vielzahl von unterschiedlichen Tiefen erstrecken. Mit Bezug auf die Tiefe der Öffnung166 kann das Ätzen der Öffnung166 ausklingen, wenn: die Öffnung166 die Ätzstoppschicht126 erreicht oder sich dahin erstreckt (3A ); die Ätzstoppschicht126 ausgenommen wird (3B ); die Ätzstoppschicht126 entfernt wird (das Ätzen sich jenseits davon erstreckt), wobei die Silizidschicht125 freigelegt wird (3C ); der Körper120 freigelegt wird (3D ), wie z. B. wenn die Silizidschicht125 nicht vorhanden ist oder vollständig entfernt wurde; oder die Ätzstoppschicht126 nicht freigelegt wird, sich jedoch nicht durch die Dielektrikumsschicht134 über dem Gate118 erstreckt (3E ). Demgemäß kann das Ätzen der3A –E gesteuert werden, um den Grad auszuwählen, bis zu dem eine oberseitige Fläche168 des Transistorgates118 freigelegt wird. -
4 zeigt die Halbleitervorrichtung nach einem Entfernen der Luftspaltmaske160 (in der Ausführungsform von3B lediglich zur Klarheit). Die Luftspaltmaske160 (3A –E) kann unter Verwendung jeder bekannten oder später entwickelten Lackablösung entfernt werden, in-situ oder ex-situ. - Die
5 –7 zeigen eine ebene Ansicht oder Aufsicht von Ausführungsformen der Struktur nach der Verarbeitung gemäß4 , insbesondere teilweise durch die Verfahren gemäß der Erfindung. Die5 –7 stellen beispielhafte Layouts der Öffnungen166 und folglich der dadurch zu bildenden Luftspalte188 (10 ) dar, wie hierin beschrieben wird. Die Querschnitte der5 –7 verlaufen durch das Dielektrikum134 in4 . Die5 –7 zeigen die SOI-Schicht112 (aktives Gebiet) mit Gates118 , die darüber mit Kontakten150 gebildet sind, die sich von dem Gate118 und der SOI-Schicht112 aus erstrecken. Es sind Metalldrähte152 dargestellt, die mit bestimmten Kontakten150 über der SOI-Schicht112 verbunden sind. Die Metalldrähte152 verlaufen darstellungsgemäß parallel zu bestimmten Gates, die mit118A bezeichnet sind. Gemäß der Darstellung können die Öffnungen166 eine Vielzahl von Formen annehmen. In5 sind die Öffnungen166 über dem Transistorgate118 als seitlich verlängerte Öffnungen geätzt. Das heißt, die Öffnungen166 weisen entgegen einfachen vertikalen Öffnungen eine Länge auf, beispielsweise etwas kürzer als ein Transistorgate118 , zu dem sie parallel sind. In einer Ausführungsform kann ein Bereich der Öffnung166 in einer seitlich angeordneten T-Gestalt174 geätzt werden, insbesondere in einer horizontal in der Ebene der Seite ausgelegten T-Gestalt, obgleich dies nicht erforderlich ist. Auf jeden Fall legen die Öffnungen166 die Kontakte150 oder Metalldrähte152 nicht frei, insbesondere verbleibt ein Teil des Dielektrikums134 ,136 (4 ) zwischen den Kontakten150 und den Drähten152 und den Öffnungen166 . In6 können die Öffnungen166 durch die Zwischenverbindungsschicht104 derart ausgelegt sein, dass sie an den Kontakten150 (oder im Anschluss an die Bildung von Durchkontaktierungen194 (10 –12 )) enger sind, um die Wahrscheinlichkeit eines einen Luftspalt188 kreuzenden Kontakts150 zu verringern (10 ). Das heißt, die Öffnung166 kann an einem Kontakt150 (oder einer Durchkontaktierung194 (10 –12 )) seitlich enger (Breite W2) sein und zwischen den Kontakten150 (oder Durchkontaktierung194 (10 –12 )) seitlich breiter (Breite W1) sein, um die Wahrscheinlichkeit dafür zu verringern, dass der Kontakt150 (oder die Durchkontaktierung194 ) durch den Luftspalt188 freigelegt wird, was ein Füllen des Luftspalts188 mit einem Leiter zulassen würde. Demzufolge kann der Luftspalt188 (10 –12 ) das gleiche Layout aufweisen, insbesondere wie in6 dargestellt ist, wobei eine erste Breite W1 seitlich an einem Kontakt150 (oder einer Durchkontaktierungen194 ) vorhanden ist und eine zweite Breite W2, die breiter ist als die erst Breite W1, seitlich zwischen den Kontakten150 (oder Durchkontaktierungen194 ) vorhanden ist. Die variable Breite kann in der lokalen Zwischenverbindungsschicht130 und/oder der ersten Metallschicht134 und/oder nachfolgenden Schichten190 auftreten (10 –12 ). Insbesondere würde der Luftspalt188 eine ähnliche Breitenvariation aufweisen, unabhängig davon, ob durch die lokale Zwischenverbindungsschicht130 , die erste Metallschicht132 oder eine anschließende Luftspaltdeckschicht190 gesehen (10 –12 ). In7 können Öffnungen166 als viele, nicht notwendigerweise längliche, nicht verbundene Öffnungen geätzt werden. In7 sind hier einige Öffnungen166 derart entworfen, dass sie nicht in der Nähe des Kontakts150 (oder anschließend gebildeten Durchkontaktierungen194 (10 –12 )) sind, um die Wahrscheinlichkeit dafür zu verringern, dass der Kontakt150 oder die Durchkontaktierungen194 einen Luftspalt188 kreuzen (8A –C), was erlauben würde, dass der Luftspalt188 mit einem Leiter gefüllt wird. Durch Auswählen aus den verschiedenen Längen der Öffnung166 , die in den5 –7 dargestellt ist, kann man schließlich Luftspalte188 (10 ) bilden, die den Ein-Widerstand und die Aus-Kapazität einer Halbleitervorrichtung200 (10 ) durch Verringern einer effektiven Dielektrizitätskonstante für die Zwischenverbindungsschicht104 optimal reduzieren und Kurzschlüsse durch Öffnungen166 vermeiden, die einen Kontakt150 , eine Durchkontaktierungen194 (10 –12 ) oder einen Draht152 freilegen. Die Luftspaltöffnungen166 können auch mit unterschiedlichen Breiten gebildet werden, wie in6 dargestellt ist. Die Breite der Luftspaltöffnung166 kann z. B. nahe den Kontakten150 oder Durchkontaktierungen194 in der Breite verringert sein, um die Wahrscheinlichkeit dafür zu verringern, dass der Luftspalt188 die Kontakt- oder Durchkontaktierungen aufgrund einer Fehlausrichtung kreuzt. - Die
8A –C zeigen ein optimales Ausnehmen von freiliegenden Seitenwänden170 des Dielektrikums134 ,136 der Zwischenverbindungsschicht104 in der Öffnung166 . Unter anderen Vorteilen dient das Ausnehmen der Seitenwände170 zur Vergrößerung der Öffnung166 und demzufolge der Luftspalte188 (10 ), wobei die effektive Dielektrizitätskonstante der Zwischenverbindungsschicht104 verringert wird, während die in dem nächsten Prozessschritt zu verschließende obere Öffnung des Luftspalts enger ist als der Luftspalt selbst. Falls Siliziumoxidfilme für lokale Zwischenverbindungs- und erste Metallschichten130 ,132 verwendet werden und Siliziumnitrid für eine Deckschicht (oder Deckschichten)138 ,140 verwendet wird, dann könnte für diese Ausnehmung (der Kürze halber nur in3A mit Pfeile bezeichnet) ein Nassätzen mit Flusssäure (HF) eingesetzt werden. HF-Konzentrationen könnten im Bereich von einer 10:1 bis 500:1-Verdünnung mit Wasser liegen, wie im Stand der Technik bekannt ist. Da die Dielektrika der Schichten130 und132 schneller geätzt werden, als das Dielektrikum der Deckschicht (Deckschichten)138 ,140 (1 ), zeigt9 dass Öffnungsbreiten BB und CC breiter sind als eine obere Öffnung AA des Luftspalts. Die Ausnehmung kann z. B. ein Nassätzen umfassen, wie hierin anderweitig beschrieben ist. In einer Ausführungsform, kann ein Ausnehmen freiliegender Seitenwände170 des Dielektrikums134 ,136 der Zwischenverbindungsschicht104 in der Öffnung166 eine Kante180 ,182 der lokalen Zwischenverbindungsdeckschicht130 und/oder der ersten Metalldeckschicht132 in der Öffnung166 gemäß der Darstellung in den8A –C freiliegen. Die Kanten182 unterstützen das Verschließen der Öffnung166 zur Bildung eines Luftspalts, beispielsweise durch Vereinfachen des Abschnürens der Öffnung166 . - Gemäß der Darstellung in den
8A –C kann das Ausnehmen in dieser Phase auch zum weiteren Vertiefen der Öffnung166 eingesetzt werden. Wird z. B. angenommen, dass das Ausnehmen nach Entfernung der Luftspaltmaske160 in4 auftritt, kann jedoch bei der Ausführungsform der3E , in der die Dielektrikumsschicht134 über den Transistorgate118 verbleibt, ein Ausnehmen gemäß der Darstellung in den8A –C die Öffnung166 ferner zu jeder der Tiefen weiter vertiefen, die in den3A –E dargestellt sind. Zum Beispiel kann dort, wo sich die Öffnung166 nicht durch die Dielektrikumsschicht134 erstreckt hat, um die Ätzstoppschicht126 zu erreichen oder damit in Kontakt zu treten, ein Ausnehmen die Öffnung166 dadurch verlängern (8A , linke Seite). In ähnlicher Weise könnte ein Ausnehmen die Öffnung166 verlängern, so dass die Ätzstoppschicht126 (8A , rechte Seite) ausgenommen oder das Silizid125 (8B , linke Seite) oder der Körper120 (8B , rechte Seite) freigelegt wird. Ferner könnte ein Ausnehmen die Öffnung166 weiter in die Dielektrikumsschicht134 verlängern, jedoch nicht das Gate118 freilegen (8C ). In dieser Weise kann ein Grad, bis zu dem das Transistorgate118 einem aus der Öffnung166 gebildeten Luftspalt188 (10 ) ausgesetzt ist, zusätzlich zu der durch das Ätzen der3A –E bereitgestellten Steuerung genau eingestellt werden. -
10 zeigt ein Bilden eines Luftspalts188 über dem Transistorgate118 durch Abscheiden einer Luftspaltdeckschicht190 zum Verschließen der Öffnung166 (9 ) an einer Oberfläche der Zwischenverbindungsschicht104 . Gemäß der Darstellung ist der Luftspalt118 zu dem Transistorgate118 vertikal ausgerichtet, obgleich eine perfekte Ausrichtung nicht unbedingt erforderlich ist. Die Luftspaltdeckschicht190 kann ein beliebiges Dielektrikumsmaterial umfassen, das dazu in der Lage ist, die Öffnung166 zu verschließen und das als ein ILD für eine darin zu bildende erste Durchkontaktierungsschicht (nicht dargestellt) dienen kann. In einer Ausführungsform kann die Luftspaltdeckschicht190 ein Dielektrikum umfassen, das durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) abgeschieden wird. In einer anderen Ausführungsform kann die Luftspaltdeckschicht190 ein Silanoxid umfassen, das durch eine Plasma unterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) abgeschieden wird. Es kann PECVD-Silanoxid gewählt werden, da es eine schlechte Stufenabdeckung aufweist, was zu einem größeren Luftspaltvolumen führt. In anderen Ausführungsformen kann die Luftspaltdeckschicht190 eine dünne Siliziumnitridschicht mit einem ILD-Oxid umfassen, wie z. B. TEOS basierend auf PECVD, PVD oder ein ähnliches Oxid (der Kürze halber sind einzelne Schichten nicht dargestellt). Kanten182 der ersten Metalldeckschicht140 (1 ) der ersten Metallschicht132 dienen zum Abschnüren der Öffnung166 , um ein Verschließen des Luftspalts188 zu unterstützen. Der Luftspalt188 legt keinen Kontakt150 oder keinen Metalldraht152 frei, insbesondere bedeckt das Dielektrikum134 ,136 der Zwischenverbindungsschicht140 am Luftspalt188 jeden leitfähigen Draht152 in der ersten Metallschicht132 oder jeden leitfähigen Kontakt150 in der lokalen Zwischenverbindungsschicht130 . Der Luftspalt188 kann jedes der seitlichen Layouts der Öffnung166 aufweisen, wie in den5 –7 dargestellt ist. Die erste Metallschicht132 kann ferner einen Metalldraht152 (10 ) umfassen, der sich in der Vorrichtungsschicht102 seitlich parallel zu dem Transistorgate118 (vgl.5 –7 ) erstreckt. Gemäß der Darstellung in10 erstreckt sich der Luftspalt188 über und unter dem Metalldraht152 vertikal, insbesondere unter dem Dielektrikum132 der ersten Metallschicht32 und über dem Metalldraht152 in der Deckschicht190 . Der Luftspalt188 erstreckt sich über einer oberseitigen Oberfläche der ersten Metallschicht132 . Wie auch in10 dargestellt ist, kann sich der Luftspalt188 lediglich teilweise in die Luftspaltdeckschicht190 erstrecken, so dass die Schicht190 als eine erste Durchkontaktierungsschicht ILD dienen kann, die durch den Luftspalt88 minimal beeinflusst wird. In der Luftspaltdeckschicht190 können Durchkontaktierungen194 zu einer anderen Metallschicht (nicht dargestellt) unter Verwendung einer herkömmlichen oder später entwickelten Technik gebildet werden. Wie lediglich in der rechten Seite von10 dargestellt ist, kann eine dünne Schicht192 der Luftspaltdeckschicht190 das Transistorgate118 in der Öffnung116 selektiv bedecken, wobei folglich eine zusätzliche Steuerung über das Ausmaß bereitgestellt wird, bis zu dem das Transistorgerät118 dem Luftspalt188 ausgesetzt wird. Die Luftspaltdeckschicht190 verschließt die Öffnung166 unabhängig von dem seitlichen Layout, das es gemäß der5 –7 annimmt, beispielsweise länglich oder eine nicht längliche schmale Öffnung, mit einer T-Gestalt oder mit variierender Breite (6 ). Das seitliche Bilden der Öffnung166 (bezüglich der5 –7 beschrieben) kann gesteuert werden, um zu vermeiden, dass sie durch anschließend gebildete Durchkontaktierungen194 freigelegt wird. Dadurch wird verhindert, dass ein Leiter der Durchkontaktierungen194 in den Luftspalt188 eintritt. - In den
11 und12 sind alternative Luftspalt-Ausführungsformen gezeigt.11 zeigt einen Luftspalt288 , der eine geringere Ätztiefe aufweist (3A –E), um ein Berühren des Transistorgates188 zu vermeiden.12 zeigt einen Luftspalt388 , in dem die Ausnehmungsätzung, die in den8A –C gezeigt ist, verringert oder eliminiert wurde. Diese Struktur weist einen kleineren Luftspalt388 auf, als in11 gezeigt ist, vermeidet jedoch, dass das Dielektrikum der lokalen Zwischenverbindungsschicht130 und der ersten Metallschicht132 dem Ätzmittel ausgesetzt wird. - Mit Bezug auf die
10 –12 ist auch eine Halbleitervorrichtung200 gemäß Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. In einer Ausführungsform kann die Halbleitervorrichtung200 das Transistorgate118 in der Vorrichtungsschicht102 umfassen. Das Transistorgate118 kann einen Körper120 , eine Silizidschicht125 über dem Körper120 und eine Ätzstoppschicht126 über die Silizidschicht125 umfassen. Der Transistor166 kann jede bekannte Form oder später entwickelte Form im Gebiet der komplementären Metalloxidhalbleiter (CMOS) Feldeffekttransistoren (FET) annehmen. Die Halbleitervorrichtung200 kann auch die Zwischenverbindungsschicht104 über der Vorrichtungsschicht102 umfassen. Die Zwischenverbindungsschicht104 kann wenigstens eine Zwischenverbindungsschicht umfassen, z. B. die lokale Zwischenverbindungsschicht130 und die erste Metallschicht132 . Die Halbleitervorrichtung200 umfasst auch den Luftspalt188 , der sich durch die Zwischenverbindungsschicht104 über dem Transistorgate118 erstreckt. Gemäß der Beschreibung kann der Grad, bis zu dem das Transistorgate118 , insbesondere die oberseitige Oberfläche168 davon, freigelegt wird und/oder welcher Teil des Gates118 dem Luftspalt118 ausgesetzt wird, durch die Ätz-, Ausnehmungs- und Abdeckungsprozesse gesteuert werden. Es ist verständlich, dass der Luftspalt118 mit einer beliebigen Ausführungsform der bereitgestellten Öffnung166 gebildet werden kann. Das heißt, der Luftspalt118 kann die Ätzstoppschicht126 (linke Seite in10 ) erreichen oder sich dahin erstrecken; sich in die Ätzstoppschicht126 erstrecken (vgl.3B ,4 und8A , rechte Seite), wobei die Silizidschicht125 nicht freigelegt wird; die Ätzstoppschicht126 (und vielleicht Teile der Abstandshalter122 ) entfernen, die die Silizidschicht125 freilegen (3C , linke Seite von8B ); einen Bereich des Körpers120 (3D , rechte Seite von8B ) freilegen, falls die Silizidschicht125 nicht vorhanden ist oder vollständig entfernt wurde; sich zu der dünnen Schicht192 der Deckschicht190 oder der Dielektrikumsschicht134 über dem Transistorgate118 erstrecken, falls eine dünne Schicht192 der Deckschicht190 in der Öffnung166 (rechte Seite von10 ) abgeschieden wurde oder sich die Öffnung166 nicht durch die Dielektrikumsschicht134 erstreckt (3E ,8C und11 ). Demzufolge kann ein Luftspalt über dem Transistorgate118 mit dem Dielektrikum in Kontakt treten, wie z. B. die Dielektrikumsschicht134 oder die dünne Schicht192 der Deckschicht190 , mit der Ätzstoppschicht126 (entweder voll oder ausgenommen) in Kontakt treten, mit der Silizidschicht125 oder dem Körper120 des Transistorgates118 in Kontakt treten. In jedem Fall bedeckt das Dielektrikum124 ,136 der Zwischenverbindungsschicht104 an dem Luftspalt188 jeden Leiter, beispielsweise jeden Leiterdraht152 in der ersten Metallschicht132 oder jeden leitfähigen Kontakt150 in der lokalen Zwischenverbindungsschicht130 . Die Kauen180 und/oder182 von wenigstens einer lokalen Zwischenverbindungsdeckschicht138 und ersten Metalldeckschicht140 können sich in den Luftspalt188 erstrecken. - Gemäß der Darstellung in
9 kann die erste Metalldeckschicht140 im Luftspalt eine Breite AA aufweisen (dort, wo die Öffnung166 in9 angeordnet ist), die kleiner ist als eine Breite BB des Luftspalts (dort, wo die Öffnung166 in9 angeordnet ist) im Dielektrikum136 der ersten Metallschicht132 unter der ersten Metalldeckschicht140 . Die Kanten182 der ersten Metalldeckschicht140 sollen als solche das Dielektrikum190 abschnüren, wodurch ermöglicht wird, dass eine geringere Menge des Dielektrikums190 die Öffnung166 verschließt. - Es kann wenigstens ein Bereich der Ätzstoppschicht
126 des Transistorgates118 ausgenommen werden (4 und8 ). In einer Ausführungsform kann der Luftspalt188 ein Aspektverhältnis größer als ungefähr 3 zu 1 aufweisen, beispielsweise 4 zu 1. In einer Ausführungsform kann der Luftspalt188 eine Breite von ungefähr 1–2 μm und eine Höhe von ungefähr 8–10 μm aufweisen. Gemäß der Darstellung in5 kann der Luftspalt188 eine seitlich verlängerte oder T-förmige Öffnung166 aufweisen, die zur Bildung davon verwendet wird. - Die Halbleitervorrichtung
200 kann zur Bildung einer Vielzahl von Vorrichtungen verwendet werden, wie z. B. eines Radio-Frequenz-Semiconductor-on-Insulator-(RFSOI-)Schalters, eines Niederamplitudenverstärkers, eines Leistungsverstärkers usw. Die Verwendung des Luftspalts188 ,288 oder388 über dem Transistorgate118 gemäß der verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung stellt einen Mechanismus zur Reduzierung der Aus-Kapazität einer sie verwendenden Vorrichtung durch Steuerung von wenigstens einem Anteil an der intrinsischen FET-Kapazität bereit: der effektiven Dielektrizitätskonstante der lokalen Zwischenverbindungsschicht130 und der ersten Metallschicht132 . In einem Beispiel wurde eine Verringerung der Aus-Kapazität zwischen ungefähr 15–60% beobachtet, wobei eine effektive Dielektrizitätskonstante der Zwischenverbindungsschicht104 unter Verwendung des Luftspalts188 ,288 oder388 von ungefähr 4 auf 2 verringert wurde. - Das oben beschriebene Verfahren wird in der Herstellung von integrierten Schaltungschips verwendet. Die sich ergebenden integrierten Schaltungschips können durch den Hersteller in der Form unfertiger Wafer (insbesondere als ein einzelner Wafer mit mehreren nicht eingehausten Chips), als reine Die oder in eingehauster Form vertrieben werden. Im letzteren Fall ist der Chip auf einem einzelnen Chipgehäuse (wie z. B. einem Plastikträger mit Leitungen, die an einem Motherboard oder einem anderen übergeordneten Träger angebracht sind) oder in einem Mehrchipgehäuse angebracht (wie z. B. einem Keramikträger, der entweder einseitig oder beidseitige Oberflächenzwischenverbindungen oder vergrabene Zwischenverbindungen aufweist). In jedem Fall wir der Chip dann mit anderen Chips, diskreten Schaltungselementen und/oder anderen Signalverarbeitungsvorrichtungen als Teil von entweder (a) einem Zwischenprodukt, wie z. B. einem Motherboard, oder (b) einem Endprodukt integriert. Das Endprodukt kann ein beliebiges Produkt darstellen, das integrierte Schaltungschips umfasst, die von Spielzeug und anderen low-end Geräten zu fortgeschrittenen Computerprodukten mit einem Display, einer Tastatur oder einer anderen Eingabevorrichtung und einem Zentralprozessor reichen.
- Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich der Beschreibung spezieller Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht beschränken. Die einzelnen Einzahlformen ”ein”, ”eine” ”einer” und ”der/die/das” sollen auch die Mehrzahlformen umfassen, sofern dies nicht anderweitig angezeigt wird. Die Ausdrücke ”umfasst” und/oder ”umfassend” spezifizieren das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Zahlen, Schritte, Arbeitsschritte, Elemente und/oder Komponenten, wie in dieser Beschreibung verwendet wird, soll jedoch die Gegenwart oder den Zusatz von wenigstens einem anderen Merkmal, Zahl, Schritt, Arbeitsschritt, Element, Komponente und/oder Gruppen davon ausschließen. ”Optional” bedeutet, dass das nachfolgend beschriebene Ereignis oder der nachfolgend beschriebene Umstand auftreten kann oder nicht und die Beschreibung Fälle umfasst, in denen das Ereignis auftritt, und Fälle beschreibt, in denen es nicht auftritt.
- Die hierin verwendete ungefähre Sprache in der Beschreibung und den Ansprüchen kann eine beliebe quantitative Darstellung modifizieren, die variieren darf, ohne zu einer Änderung in der grundsätzlichen Funktion zu führen, die sie betrifft. Entsprechend sollen ein Wert, der durch einen Ausdruck oder durch Ausdrücke modifiziert wird, wie z. B. ”ungefähr” und ”im Wesentlichen” nicht auf den speziellen präzisen Wert beschränkt angesehen werden. In wenigstens einigen Fällen kann die ungefähre Sprache der Genauigkeit eines Instruments zum Messen des Werts entsprechen. Hier und in der Beschreibung und den Ansprüchen können Bereichsgrenzen kombiniert und/oder ausgetauscht werden. Entsprechende Bereiche werden identifiziert und umfassen alle darin enthaltenen Unterbereiche, sofern der Zusammenhang oder die Sprache dies nicht anderweitig anzeigt. ”Ungefähr”, wie auf einem speziellen Wert eines Bereichs angewendet wird, betrifft beide Werte und kann, sofern nicht anderweitig von der Genauigkeit des Instruments abhängt, welches den Wert misst, +/–10% des bzw. der angegebenen Werts bzw. Werte anzeigen.
- Die entsprechenden Strukturen, Materialien, Aktionen und Äquivalente aller Mittelplus-Funktions- oder Schritt-plus-Funktions-Elemente in den Ansprüchen unten sollen jede Struktur, jedes Material oder jede Handlung zur Durchführung der Funktion in Kombination mit anderen beanspruchten Elementen umfassen, die speziell beansprucht sind. Die Beschreibung der vorliegenden Erfindung erfolgte zur Veranschaulichung und Beschreibung. Die soll nicht vollständig sein und die Erfindung auf die offenbarten Formen beschränken. Viele Modifizierungen und Variationen sind dem Fachmann ersichtlich, ohne vom Rahmen und Wesen der Erfindung abzuweichen. Die Ausführungsform wurde ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und die praktische Anwendung am besten zu erläutern und anderen als den Fachmann das Verständnis der Erfindung hinsichtlich der verschiedenen Ausführungsformen mit verschiedenen Modifizierungen zu erlauben, die für die Verwendung am besten geeignet sind.
Claims (20)
- Halbleitervorrichtung, umfassend: ein Transistorgate in einer Vorrichtungsschicht; eine Zwischenverbindungsschicht über der Vorrichtungsschicht; und einen Luftspalt, der sich durch die Zwischenverbindungsschicht über dem Transistorgate erstreckt.
- Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zwischenverbindungsschicht eine lokale Zwischenverbindungschicht über der Vorrichtungsschicht und eine erste Metallschicht über der lokalen Zwischenverbindungsschicht umfasst, und das Dielektrikum der Zwischenverbindungsschicht an dem Luftspalt jeden leitfähigen Draht in der ersten Metallschicht oder jede leitfähige Durchkontraktierung in der lokalen Zwischenverbindungsschicht bedeckt.
- Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die erste Metallschicht eine erste Metalldeckschicht an einer oberen Oberfläche davon umfasst, und wobei eine Breite des Luftspalts in der ersten Metalldeckschicht kleiner als eine Breite des Luftspalts in einem Dielektrikum der ersten Metallschicht unter der ersten Metalldeckschicht.
- Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die lokale Zwischenverbindungsschicht eine lokale Zwischenverbindungsdeckschicht an einer oberen Oberfläche davon umfasst und die erste Metallschicht eine erste Metalldeckschicht an einer oberen Oberfläche davon umfasst und sich eine Kante der lokalen Zwischenverbindungsdeckschicht und/oder der ersten Metalldeckschicht in den Luftspalt erstreckt.
- Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die erste Metallschicht einen Metalldraht umfasst, der sich seitlich parallel zu dem Transistorgate in der Vorrichtungsschicht erstreckt, und wobei sich der Luftspalt über und unter dem Metalldraht vertikal erstreckt.
- Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich der Luftspalt lediglich teilweise in eine Luftspaltdeckschicht über der ersten Metallschicht erstreckt.
- Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Luftspaltdeckschicht ein mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) abgeschiedenes Dielektrikum umfasst.
- Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, wobei das CVD-Dielektrikum ein mittels Plasma unterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD) abgeschiedenes Siliziumoxid umfasst.
- Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Transistorgate einen Körper, eine Silizidschicht über dem Körper und eine Ätzstoppschicht über der Silizidschicht umfasst.
- Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Luftspalt mit der Ätzstoppschicht in Kontakt tritt.
- Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Luftspalt mit der Silizidschicht in Kontakt tritt.
- Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Luftspalt mit dem Körper des Transistorgates in Kontakt tritt.
- Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Luftspalt eine Mehrzahl von Luftspalte umfasst, wobei sich jeder Luftspalt durch die Zwischenverbindungsschicht erstreckt, um mit der oberen Oberfläche eines Transistorgates in Kontakt zu treten.
- Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Luftspalt seitlich verlängert ist.
- Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Luftspalt einen Abschnitt in einer seitlich angeordneten T-Gestalt umfasst.
- Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Luftspalt eine erste Breite seitlich an einem Kontakt oder einer Durchkontaktierung aufweist und seitlich zwischen den Kontakten oder den Durchkontaktierungen eine zweite Breite aufweist, die breiter ist als die erste Breite.
- Radiofrequenz-Semiconductor-on-Insulator(RFSOI)-Schalter, umfassend: ein Transistorgate in einer Semiconductor-on-Insulator(SOI)-Schicht eines SOI-Substrats; eine Zwischenverbindungsschicht über der SOI-Schicht, wobei die Zwischenverbindungsschicht eine lokale Zwischenverbindungsschicht über der SOI-Schicht und eine erste Metallschicht über der lokalen Zwischenverbindungsschicht umfasst; und einen Luftspalt, der sich durch ein Dielektrikum der Zwischenverbindungsschicht über dem Transistorgate erstreckt.
- RFSOI-Schalter nach Anspruch 17, wobei das Transistorgate einen Körper, eine Silizidschicht über dem Körper und eine Ätzstoppschicht über der Silizidschicht umfasst, und wobei der Luftspalt mit der Ätzstoppschicht, der Silizidschicht oder dem Körper des Transistorgeräts in Kontakt tritt.
- RFSOI-Schalter nach Anspruch 17, wobei der Luftspalt eine erste Breite seitlich neben einem Kontakt oder einer Durchkontaktierung und seitlich zwischen Kontakten oder Durchkontaktierungen eine zweite Breite aufweist, wobei die zweite Breite breiter ist als die erste Breite.
- RFSOI-Schalter nach Anspruch 17, wobei sich der Luftspalt vertikal lediglich teilweise in eine Luftspaltdeckschicht über der ersten Metallschicht erstreckt.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102020111378A1 (de) | 2020-04-15 | 2021-10-21 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. Ltd. | Reduzierte rc-verzögerung in halbleitervorrichtungen |
DE102016114912B4 (de) | 2016-05-31 | 2021-11-04 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Halbleiterstruktur und Verfahren zu deren Herstellung |
Families Citing this family (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10879165B2 (en) * | 2015-10-16 | 2020-12-29 | Sony Corporation | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device with low-permittivity layers |
WO2018125098A1 (en) * | 2016-12-28 | 2018-07-05 | Intel Corporation | Pitch quartered three-dimensional air gaps |
CN109545735B (zh) * | 2017-09-22 | 2022-01-28 | 蓝枪半导体有限责任公司 | 金属内连线结构及其制作方法 |
KR102598117B1 (ko) * | 2018-05-25 | 2023-11-02 | 주식회사 디비하이텍 | 에어갭이 형성된 알에프 스위치 소자 및 제조방법 |
US10854506B2 (en) * | 2018-09-27 | 2020-12-01 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
US10796949B2 (en) | 2018-10-19 | 2020-10-06 | International Business Machines Corporation | Airgap vias in electrical interconnects |
US20200194459A1 (en) * | 2018-12-18 | 2020-06-18 | Vanguard International Semiconductor Corporation | Semiconductor devices and methods for fabricating the same |
US10840128B2 (en) * | 2019-01-14 | 2020-11-17 | Tower Semiconductors Ltd. | Semiconductor device having a radio frequency circuit and a method for manufacturing the semiconductor device |
CN110148583B (zh) * | 2019-05-14 | 2021-06-18 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | 形成金属互连结构的方法 |
US11417749B2 (en) * | 2019-06-14 | 2022-08-16 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited | Semiconductor arrangement with airgap and method of forming |
TW202101675A (zh) * | 2019-06-20 | 2021-01-01 | 日商索尼半導體解決方案公司 | 半導體裝置及半導體裝置之製造方法 |
US11024592B2 (en) * | 2019-10-18 | 2021-06-01 | Nanya Technology Corporation | Semiconductor device with spacer over sidewall of bonding pad and method for preparing the same |
US11127678B2 (en) * | 2019-12-10 | 2021-09-21 | Globalfoundries U.S. Inc. | Dual dielectric layer for closing seam in air gap structure |
CN113206055B (zh) * | 2020-02-03 | 2023-08-01 | 联华电子股份有限公司 | 具有气隙的半导体结构 |
CN117393536A (zh) * | 2020-04-27 | 2024-01-12 | 联华电子股份有限公司 | 半导体元件及其制造方法 |
CN113809044A (zh) | 2020-06-12 | 2021-12-17 | 联华电子股份有限公司 | 半导体元件 |
US11557510B2 (en) * | 2020-07-30 | 2023-01-17 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Spacers for semiconductor devices including backside power rails |
US11862693B2 (en) | 2020-08-24 | 2024-01-02 | Globalfoundries Singapore Pte. Ltd. | Semiconductor devices including a drain captive structure having an air gap and methods of forming the same |
US11545548B1 (en) | 2021-06-29 | 2023-01-03 | Globalfoundries U.S. Inc. | Gate contacts with airgap isolation |
US20230039621A1 (en) * | 2021-08-05 | 2023-02-09 | Micron Technology, Inc. | Memory Array And Method Used In Forming A Memory Array |
Family Cites Families (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4239319C2 (de) | 1992-11-23 | 1996-10-02 | Ignaz Prof Dr Eisele | Verfahren zum spacerfreien, hybriden Aufbau von Luftspalt und Gate von Suspended Gate Feldeffekttransistoren (SGFET) sowie nach dem Verfahren hergestellte Bauelemente |
DE4333875C2 (de) | 1993-10-05 | 1995-08-17 | Zenko Dipl Ing Gergintschew | Halbleiter-Gassensor auf der Basis eines Kapazitiv Gesteuerten Feldeffekttransistors (Capacitive Controlled Field Effect Transistor, CCFET) |
ATE255769T1 (de) | 1997-01-21 | 2003-12-15 | Georgia Tech Res Inst | Verfahren zur herstellung einer halbleitervorrichtung mit luftspalten für verbindungen mit ultraniedriger kapazität |
TW393693B (en) | 1997-07-26 | 2000-06-11 | United Microelectronics Corp | MOS device with air-gap spacers and its manufacturing method |
US6211561B1 (en) | 1998-11-16 | 2001-04-03 | Conexant Systems, Inc. | Interconnect structure and method employing air gaps between metal lines and between metal layers |
US6984577B1 (en) | 2000-09-20 | 2006-01-10 | Newport Fab, Llc | Damascene interconnect structure and fabrication method having air gaps between metal lines and metal layers |
TW462122B (en) | 2000-12-18 | 2001-11-01 | United Microelectronics Corp | Air gap semiconductor structure and the manufacturing method thereof |
US7449407B2 (en) | 2002-11-15 | 2008-11-11 | United Microelectronics Corporation | Air gap for dual damascene applications |
US6917109B2 (en) | 2002-11-15 | 2005-07-12 | United Micorelectronics, Corp. | Air gap structure and formation method for reducing undesired capacitive coupling between interconnects in an integrated circuit device |
US7138329B2 (en) | 2002-11-15 | 2006-11-21 | United Microelectronics Corporation | Air gap for tungsten/aluminum plug applications |
DE102004003337A1 (de) * | 2004-01-22 | 2005-08-18 | Infineon Technologies Ag | Plasmaangeregtes chemisches Gasphasenabscheide-Verfahren, Silizium-Sauerstoff-Stickstoff-haltiges Material und Schicht-Anordnung |
JP4918778B2 (ja) | 2005-11-16 | 2012-04-18 | 株式会社日立製作所 | 半導体集積回路装置の製造方法 |
US7531407B2 (en) * | 2006-07-18 | 2009-05-12 | International Business Machines Corporation | Semiconductor integrated circuit devices having high-Q wafer backside inductors and methods of fabricating same |
US8298911B2 (en) | 2009-03-26 | 2012-10-30 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Methods of forming wiring structures |
KR101536333B1 (ko) | 2009-03-26 | 2015-07-14 | 삼성전자주식회사 | 배선 구조물 및 이의 형성 방법 |
DE102009023377B4 (de) | 2009-05-29 | 2017-12-28 | Globalfoundries Dresden Module One Limited Liability Company & Co. Kg | Verfahren zur Herstellung eines Mikrostrukturbauelements mit einer Metallisierungsstruktur mit selbstjustiertem Luftspalt |
JP5491077B2 (ja) | 2009-06-08 | 2014-05-14 | キヤノン株式会社 | 半導体装置、及び半導体装置の製造方法 |
US7892926B2 (en) * | 2009-07-24 | 2011-02-22 | International Business Machines Corporation | Fuse link structures using film stress for programming and methods of manufacture |
US8399350B2 (en) * | 2010-02-05 | 2013-03-19 | International Business Machines Corporation | Formation of air gap with protection of metal lines |
US8232618B2 (en) * | 2010-08-11 | 2012-07-31 | International Business Machines Corporation | Semiconductor structure having a contact-level air gap within the interlayer dielectrics above a semiconductor device and a method of forming the semiconductor structure using a self-assembly approach |
KR20120025315A (ko) | 2010-09-07 | 2012-03-15 | 삼성전자주식회사 | 반도체 소자 및 그 제조 방법 |
US9449811B2 (en) | 2014-03-12 | 2016-09-20 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Air-gap scheme for BEOL process |
JP6295802B2 (ja) * | 2014-04-18 | 2018-03-20 | ソニー株式会社 | 高周波デバイス用電界効果トランジスタおよびその製造方法、ならびに高周波デバイス |
-
2016
- 2016-05-12 US US15/152,794 patent/US10211146B2/en active Active
-
2017
- 2017-03-27 TW TW106110114A patent/TWI637480B/zh not_active IP Right Cessation
- 2017-05-09 DE DE102017207777.8A patent/DE102017207777B4/de active Active
- 2017-05-12 CN CN201710333396.5A patent/CN107424968B/zh active Active
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102016114912B4 (de) | 2016-05-31 | 2021-11-04 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Halbleiterstruktur und Verfahren zu deren Herstellung |
DE102020111378A1 (de) | 2020-04-15 | 2021-10-21 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. Ltd. | Reduzierte rc-verzögerung in halbleitervorrichtungen |
US11335638B2 (en) | 2020-04-15 | 2022-05-17 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Reducing RC delay in semiconductor devices |
DE102020111378B4 (de) | 2020-04-15 | 2022-07-14 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. Ltd. | Reduzierte rc-verzögerung in halbleitervorrichtungen |
US11804439B2 (en) | 2020-04-15 | 2023-10-31 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Reducing RC delay in semiconductor devices |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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