[發明專利]一種在后道互連中生成空氣隙結構的方法

有效

• 申請號: 201611245938.5
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106803496B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發明（設計）人: 姚嫦媧
• 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;陳慧弘

本發明提出了一種在后道互連中形成空氣隙結構的方法，通過XeF₂干法刻蝕工藝刻蝕掉位于通孔或溝槽側壁的埋層金屬高出金屬銅的上表面的部分，即埋層耳朵部分，在接下來介質膜淀積的過程中，可以有效避免空氣隙結構的塌陷和空氣隙結構的物理強度變低的問題，從而減小器件失效的幾率。

技術領域

本發明涉及半導體集成電路制造工藝技術領域，尤其涉及一種在后道互連中生成空氣隙結構的方法。

背景技術

隨著集成電路工藝的不斷發展和進步，半導體制程的關鍵尺寸不斷縮小，芯片上互連線的截面積和線間距離也隨之持續下降，因此互連線電阻R和寄生電容C提高，這導致互連線的時間常數RC大幅度提高。于是互連線的時間常數RC在集成電路總延遲中所占的比例越來越大，成為限制互連速度的主要原因。在0.13um及其以上制程中，半導體通常采用金屬鋁作為后道連線的材料。而進入到90nm及其以下制程時，隨著互連線層數和長度的迅速增加以及互連寬度的減小，鋁連線的電阻增加，導致互連時間延遲，信號衰減及串擾增加，同時電遷移和應力效應加劇，嚴重影響了電路的可靠性。由于金屬銅具有更小的電阻率和電遷移率，因此，金屬銅成為深亞微米時代后道金屬的首選材料。

根據互連線的時間常數RC的計算方法，在選擇低電阻率和電遷移率的金屬材料之外，還可以采用介電常數K較低的介質材料來有效降低RC，從而提高器件的響應速度等參數。一般來說，常用的TEOS氧化膜，其K值約為3.9～4.2，可滿足0.13um及其以上技術代的工藝要求。90nm工藝后道互連通常使用低K介質FSG(摻氟硅玻璃)，其K值約為3.5～3.8。在65nm及其以下時常用的低K介質材料是BD和BDII,其K值為2.5～3.3，其中BDII是BD的優化版，具有較低的K值。隨著半導體技術的不斷發展，BDII已不能滿足如32nm、28nm等技術代的工藝要求。因此，空氣隙的概念應運而生。由于空氣的K值為1，能很好的降低RC，但是其機械強度無法支撐整個結構。于是，將低K介質材料部分空氣隙化，從而將整體的K值降低。

銅/空氣隙的集成方案有兩種主流：一是采用特殊材料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(如SiO₂、Low-K)作為互連層犧牲介質，在完成當前層金屬化后，反刻蝕掉犧牲介質，沉積一層填充能力差的介質，形成空氣隙。這些技術都能滿足關鍵尺寸進一步縮小的要求，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。

對于采用常規犧牲介質的第二類銅/空氣隙的集成方案，現有技術中，首先，在平坦化后的金屬銅互連結構上表面涂布光刻膠，通過曝光和顯影形成刻蝕開口，刻蝕開口的范圍包括金屬銅連線以及金屬銅連線間的介質層；其次，以光刻膠和金屬銅作為掩膜，采用干法等離子體工藝通過刻蝕開口直接反刻金屬銅連線間的介質；然后，清洗刻蝕后結構；最后，沉積上層介質薄膜形成空氣隙結構。在干法等離子體刻蝕介質的過程中，會出現刻蝕殘留聚合物，并且金屬銅的上表面也會被刻蝕劑損傷形成銅氮多組分物質，這兩類物質在清洗過程中能夠被去除，因此造成金屬銅的消耗，使得銅的上表面高度低于側壁的埋層金屬的高度，而形成埋層耳朵。然而，在后續的介質膜沉積過程中，埋層耳朵易造成尖端，使空氣隙結構內部破裂甚至塌陷，造成空氣隙結構的物理強度較低，從而最終導致器件失效。

發明內容

本發明的目的在于提出一種在后道互連中生成空氣隙結構的方法，通過將形成的埋層耳朵刻蝕掉，避免了空氣隙結構的塌陷，從而實現了降低介質K值的目的。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種在后道互連中生成空氣隙結構的方法，其包括以下步驟：