[發(fā)明專利]一種具有空氣隙的金屬互連層結(jié)構(gòu)及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611184320.2
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106601667B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林宏
• 申請（專利權(quán)）人: 上海集成電路研發(fā)中心有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L23/52
• 代理公司: 上海天辰知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;陳慧弘

本發(fā)明提供了一種具有空氣隙的金屬互連層結(jié)構(gòu)及其制備方法，包括：位于襯底表面的由金屬互連線線和填充于其中的填充金屬構(gòu)成的金屬互連層；金屬互連層的金屬互連線線側(cè)壁和填充金屬之間具有阻擋層；金屬互連線線之間具有空氣隙；以及在阻擋層上、金屬互連層上和暴露的襯底表面形成有隔離介質(zhì)；阻擋層高出填充金屬頂部的部分為傾斜的變形阻擋層，變形阻擋層向空氣隙中心方向傾斜，從而將空氣隙上方的開口縮小或者封閉。本發(fā)明有效阻止介質(zhì)填入空氣隙內(nèi)，獲得盡可能大的空氣隙體積，進(jìn)而降低了空氣隙的有效k值。此外，本發(fā)明的方法與現(xiàn)有技術(shù)兼容，顯著降低了空氣隙的有效k值，進(jìn)而滿足未來技術(shù)代對銅互連介質(zhì)的超低k值要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有空氣隙的金屬互連層結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來，銅互連線的RC延遲已成為整個集成電路芯片RC延遲的重要組成部分之一，而無法被忽略。業(yè)界普遍采用更低介電常數(shù)(Low-k)介質(zhì)來降低銅互連線的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)，通常采用CVD技術(shù)沉積，便于工藝集成。進(jìn)入45nm技術(shù)代，一般采用多孔型SiOCH進(jìn)一步降低k值，其介電常數(shù)可達(dá)2.4～2.7；也有采用C、H有機(jī)介質(zhì)，其介電常數(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)。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，仍無法滿足金屬線寬進(jìn)一步縮小的技術(shù)要求，業(yè)界開始考慮采用介電常數(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)代得到量產(chǎn)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(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，反刻蝕掉犧牲介質(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程中存在技術(shù)風(fēng)險；后者與現(xiàn)有銅互連工藝兼容，更容易實現(xiàn)量產(chǎn)。

但是，對于采用常規(guī)犧牲介質(zhì)的第二類銅/空氣隙的集成方案，形成空氣隙的覆蓋介質(zhì)盡管擁有較差的填充能力，也會有一部分介質(zhì)沉積在空氣隙的底部和側(cè)壁上，其中，覆蓋介質(zhì)包括k值較高的SiCN阻擋層、Low-k介質(zhì)等銅互連工藝所使用的金屬間介質(zhì)(IMD)。因此，填入空氣隙的介質(zhì)會減少空氣隙的有效體積，更嚴(yán)重的是，填入的高介電常數(shù)介質(zhì)會抵消空氣隙對有效k值降低的貢獻(xiàn)，進(jìn)而很難達(dá)到空氣隙的有效k值低于2.0。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服以上問題，本發(fā)明旨在提供一種金屬互連間空氣隙的制備方法，從而有效限制覆蓋介質(zhì)進(jìn)入空氣隙。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種具有空氣隙的金屬互連層結(jié)構(gòu)，包括：

一襯底；

位于襯底表面的由金屬互連線和填充于其中的填充金屬共同構(gòu)成的金屬互連層；

金屬互連層的金屬互連線側(cè)壁和填充金屬之間具有阻擋層；

金屬互連線之間具有空氣隙；以及，

在所述阻擋層上、所述金屬互連層上和暴露的所述襯底表面形成有隔離介質(zhì)；

所述阻擋層高出填充金屬頂部的部分為傾斜的變形阻擋層，變形阻擋層向空氣隙中心方向傾斜，從而將空氣隙上方的開口縮小或者封閉。

優(yōu)選地，所述金屬互連線側(cè)壁與所述空氣隙之間也具有隔離介質(zhì)。

優(yōu)選地，所述金屬互連線側(cè)壁與所述空氣隙之間的隔離介質(zhì)的厚度為1～2nm。

優(yōu)選地，所述變形阻擋層向所述空氣隙中心方向傾斜的角度為30～70°。