[發明專利]一種帶有空氣間隙的大馬士革工藝

有效

• 申請號: 201210341832.0
• 申請日: 2012-09-17
• 公開（公告）號: CN102881638A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 李磊;胡友存;姬峰
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 竺路玲

技術領域

本發明涉及半導體制造領域銅互連大馬士革制造工藝，尤其涉及一種帶有空氣間隙的大馬士革工藝。?

背景技術

隨著半導體集成電路特征尺寸的持續減小，后段互連電阻電容（Resistor?Capacitor，簡稱RC）延遲呈現顯著增加的趨勢，為了減少RC延遲，引入低介電常數材料，銅互連取代鋁互連成為主流工藝。由于銅互連線的制作方法不能像鋁互連線那樣通過刻蝕金屬層而形成，銅大馬士革鑲嵌工藝成為銅互連線的制作的標準方法。?

生產中，隨著集成電路特征尺寸的減小，銅互連線的電阻率會急劇增大，特別對于45?nm及以下制程更明顯。然而目前還沒有一種電阻率更低的導電材料可取代銅互連，只能通過使用更低介電常熟材料來降低互連線間的寄生電容而在不改變互連線電阻的基礎上來改善RC延遲的問題。空氣的介電常數與真空接近，可作為金屬互連線間非常理想的介電材料。在金屬互連線間形成空氣間隙，降低互連線間介電層有效介電常數，即通過降低互連線間寄生電容改善RC延遲已成為近年來金屬銅互連研究熱點。?

發明內容

針對上述存在的問題，本發明揭示了一種帶有空氣間隙的大馬士革制造工藝?（Damascene?Process?with?Air?Gap），主要是采用自對準工藝在金屬互連線上形成金屬保護層，并在金屬互連線密集區域的金屬互連線之間形成空氣間隙，減少金屬互連線間寄生電容，改善RC延遲問題。??

本發明的目的是通過下述技術方案實現的：

一種帶有空氣間隙的大馬士革制造工藝，其中，包括以下步驟：

S1：在一半導體基體上依次淀積第一刻蝕阻擋層和第一犧牲材料；

S2：刻蝕所述第一犧牲材料和所述第一刻蝕阻擋層至所述半導體基體表面，形成第一金屬溝槽；

S3：在所述第一金屬溝槽的側壁及其底部依次淀積金屬阻擋層和籽晶層后，在所述第一金屬溝槽內填充金屬銅，形成第一金屬互連線；

S4：去除所述第一金屬互連線頂部的部分金屬銅以形成銅凹槽；

S5：在剩余的第一犧牲材料的上表面和所述銅凹槽的側壁及其底部上淀積第一金屬保護層；

S6：去除所述剩余的第一犧牲材料上的所述第一金屬保護層；

S7：繼續去除所述剩余的第一犧牲材料；

S8：在剩余的第一刻蝕阻擋層上淀積第一介電層，所述第一介電層覆蓋所述第一金屬互連線和位于其上的所述第一金屬保護層，所述第一金屬互連線密集區域的互連線間形成第一空氣間隙，產生第一金屬層；

S9：對所述第一介電層進行平坦化處理；

S10：在剩余的第一介電層的上表面淀積第二刻蝕阻擋層和第二犧牲材料，采用雙大馬士革工藝在所述剩余的第一介電層上形成第一通孔，所述第一通孔與所述第一金屬互連線相連，在所述第二刻蝕阻擋層和第二犧牲材料中形成第二金屬溝槽；

S11：重復上述S3-S9的步驟，形成第一互連通孔、第二金屬互連線、第二空氣間隙，產生第二金屬層。

上述的帶有空氣間隙的大馬士革制造工藝，其中，在執行S1步驟時，所述第一犧牲材料采用硅基的無機或有機的介電材料；所述第一刻蝕阻擋層所用材料依據所述第一犧牲材料所用材料選取。?

上述的帶有空氣間隙的大馬士革制造工藝，其中，在執行S2步驟時，采用單大馬士革刻蝕工藝在所述第一犧牲材料和第一刻蝕阻擋層中形成第一金屬溝槽。?

上述的帶有空氣間隙的大馬士革制造工藝，其中，在執行S3步驟時，所述金屬阻擋層采用物理氣相沉積或化學氣相沉積或原子層沉積淀積的一層或多層的金屬阻擋層；所述籽晶層采用物理氣相沉積淀積銅或銅合金。?

上述的帶有空氣間隙的大馬士革制造工藝，其中，在執行S3步驟時，利用電鍍方法在所述第一金屬溝槽內填充所述金屬銅，并采用化學機械研磨工藝去除所述第一犧牲材料上多余的所述金屬銅，形成所述第一金屬互連線。?

上述的帶有空氣間隙的大馬士革制造工藝，其中，在執行S4步驟時，在所述第一金屬互連線上采用化學機械研磨工藝或在化學機械研磨平坦化后采用反向電鍍銅法或濕法工藝形成所述銅凹槽。?

上述的帶有空氣間隙的大馬士革制造工藝，其中，在執行S5步驟時，所述第一金屬保護層采用物理氣相沉積或化學氣相沉積或原子層沉積淀積單層或多層金屬保護層。?

上述的帶有空氣間隙的大馬士革制造工藝，其中，在執行S6步驟時，采用化學機械研磨工藝去除所述第一犧牲材料上的所述第一金屬保護層。?

上述的帶有空氣間隙的大馬士革制造工藝，其中，在執行S6步驟時，采用自對準工藝在所述第一金屬互連線上形成第一金屬保護層。?