[發明專利]一種銅/空氣隙的制備方法

有效

• 申請號: 201210437593.9
• 申請日: 2012-11-06
• 公開（公告）號: CN103066014B
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 林宏
• 申請（專利權）人: 上海集成電路研發中心有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙)31275
• 代理人: 吳世華,林彥之

技術領域

本發明涉及半導體集成電路領域，特別涉及一種銅/空氣隙的制備方法。

背景技術

隨著超大規模集成電路（ULSIC）集成密度的持續提高，集成電路關鍵尺寸不斷縮小，隨之帶來許多技術問題。其中，由各種電路源器件的臨近效應引起的串擾或電磁作用已無法被忽略，并間接影響RC延遲。隨著技術節點進入90nm及以下，由于銅線之間和上下銅層之間的串擾作用，銅互連層的RC延遲已成為整個芯片RC延遲的主要部分之一。

為了降低銅互連層的RC延遲，業界普遍采用更低介電常數介質代替傳統的SiO2（k~4.2）介質。在90nm至65nm技術代，業界一般使用介電常數在2.6~3.0的SiOCH介質，如AMAT公司的Black Diamond 1和Novellus公司的CORAL，它們都可采用化學氣相法沉積，便于工藝集成。進入45nm技術代，業界一般采用多孔型SiOCH進一步降低k值，如AMAT公司的Black Diamond 1，介電常數可達2.0~2.5；也有采用C、H有機介質，如Dow Chemical公司的SILK，介電常數在2.2~2.6，采用旋涂法。盡管現有技術的超低介電常數介質已經將k值降至2.0附近，仍無法滿足金屬線寬進一步縮小的要求，業界開始考慮介電常數為1的空氣作為互連介質，即空氣隙。

在互連中引入銅/空氣隙的工藝方案主要有兩種：一是采用特殊材料（條件分解）作為互連層介質完成整個工藝流程，然后對特殊材料施加一個特定條件（如400℃高溫）使其發生分解，變成氣態物質被釋放出，最終形成空氣隙。二是采用常規材料（摻雜SiO2）作為互連層犧牲介質，在完成當前層金屬化后，刻蝕掉犧牲介質，沉積一層填充能力差的介質，形成空氣隙。前者在特殊材料釋放過程中存在技術風險；后者與現有銅互連工藝兼容，更容易實現量產。

但對于反刻犧牲介質形成空氣隙的工藝方案，當互連層數較多時，當前層 工藝（如刻蝕、濕法清洗、化學機械拋光等）有可能造成下面的銅/空氣隙互連層的物理塌陷，這是因為單純依靠金屬支撐的互連棧堆在層間界面處非常薄弱。因此，通常對RC延遲更為敏感的金屬線互連層采用空氣隙，而對RC延遲相對敏感的通孔層仍然采用LK或ULK介質，如此一來既能控制RC延遲，又能獲得相對物理性能更好的互連棧堆。

然而，犧牲介質反刻工藝較難控制刻蝕深度，硅片中心與硅片邊緣、圖形密集區域與圖形稀疏區域，都存在刻蝕速率差異。因此，空氣隙的體積差異明顯，進而導致有效介電常數出現變化，甚至導致集成電路芯片的片內不均勻性，這顯然不利于實際應用。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種銅/空氣隙的制備方法，有效控制金屬線互連層的介質刻蝕深度，獲得片內均勻性優異的空氣隙。

為達成上述目的，本發明提供一種銅/空氣隙的制備方法，包括如下步驟：在襯底上依次形成通孔層，刻蝕停止層和金屬線互連層，其中金屬線互連層由犧牲介質沉積而成；形成貫穿所述金屬線互連層和所述刻蝕停止層的金屬互連線溝槽；在所述金屬互連線溝槽填充金屬，形成金屬互連線；刻蝕所述金屬線互連層的所述犧牲介質，并停止于所述刻蝕停止層；于所述金屬線互連層上沉積介質層，以在所述金屬線互連層內形成空氣隙。

可選的，形成貫穿所述金屬線互連層和所述刻蝕停止層的金屬互連線溝槽的步驟包括：于所述金屬線互連層上光刻金屬互連線區域，刻蝕該區域的所述犧牲介質并停止于所述刻蝕停止層；刻蝕所述刻蝕停止層對應位置，以形成貫穿所述金屬線互連層和所述刻蝕停止層的金屬互連線溝槽。

可選的，在所述金屬互連線溝槽填充金屬，形成所述金屬互連線后，平坦化所述金屬線互連層。

可選的，刻蝕所述金屬線互連層的所述犧牲介質，并停止于所述刻蝕停止層的步驟包括：以所述金屬互連線作為硬掩膜，刻蝕所述金屬線互連層的所述犧牲介質，并停止于所述刻蝕停止層。

可選的，在刻蝕所述金屬線互連層的所述犧牲介質，并停止于刻蝕停止層 的步驟后，刻蝕所述刻蝕停止層，保留所述金屬互連線底部邊緣處的所述刻蝕停止層。

可選的，所述刻蝕停止層材料為SiN、SiOCN或SiCN等含氮的硅化物。

可選的，所述犧牲介質為含氟二氧化硅、含碳二氧化硅或含硼磷二氧化硅。

可選的，所述刻蝕停止層與所述金屬線互連層的刻蝕選擇比大于50:1。

本發明的優點在于通過在通孔層和金屬線互連層之間增加一層刻蝕停止層，能夠有效控制金屬線互連層的介質刻蝕深度，更能夠保證空氣隙深度的均勻性，改善空氣隙體積差異，從而獲得介電常數片內均勻性優異的空氣隙。