[发明专利]金属导线镶嵌结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种金属导线镶嵌结构及其制造方法，特别是关于一种降低金属导线之间电容耦合的金属导线镶嵌结构及其制造方法。

背景技术

现在大规模和超大规模集成电路设计中，金属导线布线方法主要采用镶嵌工艺。传统的金属导线镶嵌制造步骤主要是在介电层内形成用于连线的镶嵌结构沟槽后，在该沟槽内镶嵌导电性较佳的金属材料，然后以化学机械抛光法移除多余的金属和介电层以形成镶嵌导线，最后在该金属导线上形成一覆盖层。

请参考图1，其是一种现有技术金属导线镶嵌结构的示意图，该金属导线镶嵌结构1包括一基板10；一设置在该基板10上的介电层11，该介电层11具有多个沟槽15，该多个沟槽15内设置多根金属导线17；一覆盖层19覆盖该介电层11和该金属导线17。

该金属镶嵌结构1的制作步骤如下：

一、提供一基板，形成一介电薄膜和一光阻图案；

请参考图2，提供一基板10，在该基板10上依次形成一介电薄膜110和一光阻层(图未示)，对该光阻层进行曝光并显影，形成一光阻图案13。

二、形成一介电层；

请参考图3，以该光阻图案13为掩膜蚀刻该介电薄膜110，形成多个沟槽15，该介电薄膜110的剩余部分形成介电层11，继而移除该光阻图案13。

三、形成一金属导体层；

请参考图4，在该介电层11上沉积一金属导体层170，该金属导体170填充该多个沟槽15并覆盖该介电层11。

四、形成多根金属导线和一保护层。

请参考图5，对该金属导体层170进行一化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)的平整化工艺，去除该介电层11上的金属，该沟槽15内的金属形成金属导线17，然后在该金属导线17和介电层11上覆盖一保护层19，最终形成金属导线镶嵌结构1。

为保证电信号的正确传输，要求尽量减小金属导线17的阻抗和相邻金属导线17之间的电容效应，以避免RC延迟和由电容耦合引起的漏电流。

但是，随着集成电路元器件尺寸越来越小、线路越来越密集、单位面积承受越来越大电流的趋势，同层导线间的电场强度越来越大，相邻金属导线17之间的电容耦合愈加严重，造成较大的RC延迟，以及较大的漏电流，影响电信号的正确传输，降低集成电路的性能。

发明内容

为了克服现有技术金属导线镶嵌结构中金属导线之间电容耦合、由电容耦合引起的RC延迟和漏电流较大的问题，有必要提供一种有效降低金属导线之间的电容耦合、由电容耦合引起的RC延迟和漏电流的金属导线镶嵌结构。

还有必要提供一种上述金属导线镶嵌结构的制造方法。

一种金属导线镶嵌结构，其包括：一基底、一第一介电层和多根金属导线，该第一介电层设置在该基底，该第一介电层具有多个沟槽，该多根金属导线镶嵌在该多个沟槽内。其中，该第一介电层包括层叠设置的至少两层子介电层，至少一子介电层与该金属导线之间具有空气间隙。

一种金属导线镶嵌结构的制造方法，其步骤包括：提供一基底；在该基底上依次层叠沉积至少两层介电薄膜；在该介电薄膜上形成一光阻层，并曝光显影形成一光阻图案；以该光阻图案为掩膜蚀刻该至少两层介电薄膜以形成多个沟槽，该至少两层介电薄膜的剩余部分形成至少两层子介电层，该沟槽在至少一子介电层处形成凹陷区域；移除该光阻图案，利用物理气相沉积法在该多个沟槽内沉积多根金属导线，该凹陷区域内形成空气间隙。

相较于现有技术，该金属导线镶嵌结构采用至少两层子介电层结构，至少一子介电层与该金属导线之间具有多个空气间隙，空气具有理论最小相对介电常数，从而降低该多根金属导线之间的介电常数，降低金属导线之间的电容耦合，进而减小由电容耦合产生的RC延迟和漏电流，保证信号传输的准确性，有效提高集成电路的性能。

本发明金属导线镶嵌结构的制造方法中，依次沉积至少两层介电薄膜，由蚀刻法在该至少两层介电薄膜蚀刻多个沟槽以形成至少两层子介电层，通过控制介电薄膜的材质和蚀刻工艺使沟槽在至少一子介电层处形成凹陷区域，并在随后沉积金属导线工艺中使该凹陷区域内形成空气间隙。由于空气具有理论最小介电常数，此方法可以减小金属导线之间的电容耦合、由电容耦合引起的RC延迟和漏电流，有效提高集成电路的性能。

附图说明

图1是一种现有技术金属导线镶嵌结构的结构示意图。

图2至图5是现有技术金属导线镶嵌结构的制造步骤示意图。

图6是本发明金属导线镶嵌结构较佳实施方式的结构示意图。