[發(fā)明專利]銅互連線間空氣隙的形成方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410593476.0
• 申請(qǐng)日: 2014-10-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104319260A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林宏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海集成電路研發(fā)中心有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/768
• 分類號(hào): H01L21/768
• 代理公司: 上海天辰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;林彥之

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種銅互連線間空氣隙的形成方法。

背景技術(shù)

隨著電子信息技術(shù)的迅速發(fā)展，消費(fèi)類電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代日趨頻繁，推動(dòng)著集成電路制造技術(shù)快速發(fā)展。隨著集成電路關(guān)鍵尺寸不斷縮小，技術(shù)問(wèn)題層出不窮。其中，銅互連線的RC延遲已逐漸成為整個(gè)芯片RC延遲的重要組成部分之一，而無(wú)法被忽略。

業(yè)界普遍采用更低介電常數(shù)(Low-k)介質(zhì)來(lái)降低銅互連線的RC延遲。在90nm至65nm技術(shù)代，業(yè)界一般使用介電常數(shù)在2.6～3.0的SiOCH介質(zhì)，如AMAT公司的BD1和LAM公司的CORAL，它們都可采用CVD技術(shù)沉積，便于工藝集成。進(jìn)入45nm技術(shù)代，業(yè)界一般采用多孔型SiOCH進(jìn)一步降低k值，如AMAT公司的BD2，介電常數(shù)可達(dá)2.4～2.7；也有采用C、H有機(jī)介質(zhì)，如旋涂法的Dow?Chemical公司的SILK，介電常數(shù)在2.2～2.6。進(jìn)入28nm以下技術(shù)代，業(yè)界需要考慮采用介電常數(shù)為2.0～2.2的ULK介質(zhì)，如AMAT公司的BD3。盡管現(xiàn)有技術(shù)的超低介電常數(shù)介質(zhì)已經(jīng)將k值降至2.0附近，仍無(wú)法滿足金屬線寬進(jìn)一步縮小的技術(shù)要求，業(yè)界開(kāi)始考慮介電常數(shù)為1的空氣作為互連介質(zhì)，即空氣隙，且該技術(shù)可能在10nm及以下技術(shù)代得到應(yīng)用。

銅/空氣隙的集成方案有兩種主流：一是采用特殊材料(條件分解)作為互連層介質(zhì)完成整個(gè)工藝流程，然后對(duì)特殊材料施加一個(gè)特定條件(如400℃高溫)使其發(fā)生分解，變成氣態(tài)物質(zhì)被釋放出，最終形成空氣隙。二是采用常規(guī)材料(如SiO2、Low-k)作為互連層犧牲介質(zhì)，在完成當(dāng)前層金屬化后，刻蝕掉犧牲介質(zhì)，沉積一層填充能力差的介質(zhì)，形成空氣隙。這些技術(shù)都能滿足關(guān)鍵尺寸進(jìn)一步縮小的要求，前者在特殊材料釋放過(guò)程中存在技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)；后者與現(xiàn)有銅互連工藝兼容，更容易實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，但是成本較高。此外，還有一類非主流的銅/空氣隙形成方法，即銅優(yōu)先(Cu-first)集成方案，類似封裝技術(shù)中的布線方法。

請(qǐng)參閱圖1，為現(xiàn)有的空氣隙的形成方法的流程示意圖，其包括：

步驟L01：在硅片表面依次沉積一層阻擋層和籽晶層；

步驟L02：在籽晶層表面涂覆光刻膠，經(jīng)光刻工藝圖案化光刻膠，以暴露出部分籽晶層；

步驟L03：在圖案化的光刻膠中且在暴露的部分籽晶層表面進(jìn)行銅電鍍，形成銅互連線；

步驟L04：去除光刻膠，并濕法刻蝕去除掉籽晶層和阻擋層；

步驟L05：在銅互連線上沉積一層填充能力差的介質(zhì)層，從而在銅互連線間形成空氣隙。

Cu-first空氣隙集成方案省去了高工藝成本的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝，有利于控制產(chǎn)品應(yīng)用成本。但由于銅籽晶層無(wú)法被干法刻蝕，在該工藝中籽晶層和阻擋層的刻蝕工藝一般采用濕法刻蝕工藝，這會(huì)腐蝕銅互連線的側(cè)壁，引起銅互連線的關(guān)鍵尺寸難以控制，此外，還容易造成銅線底部的過(guò)刻蝕問(wèn)題(Undercut)，引起銅線傾斜或倒塌。該集成方案很難實(shí)現(xiàn)極小關(guān)鍵尺寸的空氣隙工藝。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服以上問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種極小關(guān)鍵尺寸銅互連線中空氣隙的形成方法，從而滿足關(guān)鍵尺寸進(jìn)一步縮小的工藝集成要求。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種銅互連線間空氣隙的形成方法，其包括：

步驟01：提供一半導(dǎo)體器件襯底；

步驟02：在所述半導(dǎo)體器件襯底表面沉積可干法刻蝕的籽晶層；

步驟03：在所述籽晶層表面沉積非晶碳硬掩膜層；

步驟04：圖案化所述非晶碳硬掩膜層，暴露出部分籽晶層表面；

步驟05：在所述暴露的籽晶層表面上且在所述非晶碳硬掩膜層中進(jìn)行銅電鍍，形成銅互連線；

步驟06：采用干法刻蝕去除所述非晶碳硬掩膜層，并干法刻蝕掉所述非晶碳硬掩膜層區(qū)域下方的所述籽晶層；

步驟07：在所述銅互連線上沉積介質(zhì)層，從而在所述銅互連線間形成空氣隙。

優(yōu)選地，所述圖案化后的所述非晶碳硬掩膜層的厚度大于或等于所述銅互連線的目標(biāo)厚度。

優(yōu)選地，所述步驟02中，還包括：在沉積所述籽晶層之前，首先在半導(dǎo)體器件襯底表面沉積一層阻擋層；

所述步驟06中，還包括：刻蝕掉所述圖案化的非晶碳硬掩膜層區(qū)域下方的所述阻擋層。

優(yōu)選地，所述籽晶層為金屬Co或Ru；所述阻擋層為T(mén)aN。

優(yōu)選地，所述步驟06中，采用Cl₂/BCl₃氣體干法刻蝕所述Co或Ru。