[发明专利]沟槽间形成空气间隔的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件制造技术，特别涉及一种沟槽间形成空气间隔的方法。

背景技术

目前，在半导体器件的后段（back-end-of-line，BEOL）工艺中，可根据不同需要在半导体衬底上生长多层金属互连层，每层金属互连层包括金属互连线和绝缘层，这就需要对上述绝缘层制造沟槽（trench）和连接孔，然后在上述沟槽和连接孔内沉积金属，沉积的金属即为金属互连线，一般选用铜作为金属互连线材料。绝缘层可根据制程的需要进行具体设置。例如包括在半导体衬底上依次形成的刻蚀终止层，例如掺氮的碳化硅层；低介电常数（Low-K）绝缘材料层，例如含有硅、氧、碳、氢元素的类似氧化物（Oxide）的黑钻石（black diamond，BD）材料等。

现有技术中形成沟槽的方法，包括以下步骤：

步骤011、提供一半导体衬底，所述半导体衬底表面自下而上依次包括刻蚀终止层和层间介质层，在层间介质层上涂布光阻胶（PR，Photo Resist）层，并图案化所述光阻胶层，图案化的光阻胶层所显露区域定义沟槽的关键尺寸（CD）；

步骤012、以图案化的光阻胶层为掩膜，干法刻蚀层间介质层，在刻蚀终止层停止刻蚀，形成沟槽。在现有的刻蚀工艺中，一般采用等离子体刻蚀的方法形成沟槽。

步骤013、去除图案化的光阻胶层后在沟槽内填充金属铜。

随着集成电路的不断发展，后段金属互连层的层数越来越密集，要求层间介质层具有更低的K值，虽然层间介质层采用了低介电常数绝缘材料层，但BD的介电常数为2.7～3，因此如何进一步降低整个集成电路（IC）的电阻电容（RC）延迟，提高器件的电学性能，成为目前亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明解决的技术问题是：降低整个IC的RC延迟。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案具体是这样实现的：

本发明提供了一种沟槽间形成空气间隔的方法，应用于半导体器件的后段工艺中，该方法包括：

预先提供一半导体衬底，所述半导体衬底表面自下而上依次包括第一刻蚀终止层和图案化的光阻胶层，图案化的光阻胶层所显露区域定义沟槽的关键尺寸；

在第一刻蚀终止层和图案化的光阻胶层表面沉积超低温氧化层，并对所述超低温氧化层进行各向异性刻蚀，形成位于图案化光阻胶层两侧的侧壁层；

沉积金属铜并进行化学机械研磨至与图案化光阻胶层的高度齐平，形成沟槽内的金属铜；

在金属铜和图案化光阻胶层的表面形成有孔盖层；

透过有孔盖层去除图案化光阻胶层，形成沟槽间的空气间隔。

在化学机械研磨金属铜之后，形成有孔盖层之前，该方法进一步包括涂布无定型碳膜，并进行回刻，使经过回刻的无定型碳膜填充在被化学机械研磨金属铜时损伤的图案化光阻胶层表面。

形成有孔盖层的方法包括：沉积分子筛膜，所述分子筛膜具有规则的孔洞；或者沉积第二刻蚀终止层，并在第二刻蚀终止层表面其下方具有图案化光阻胶层的位置形成通孔。

去除图案化光阻胶层的方法包括氧气灰化的方法或者含氧离子体刻蚀的方法。

所述超低温氧化层的形成温度低于100摄氏度。

形成沟槽间的空气间隔之后，该方法进一步包括形成下层的层间介质层。

所述层间介质层的介电常数为2～7。

所述层间介质层为碳氧化硅SiOC层、二氧化硅SiO₂层、氢氧化硅层、氮化硅层或碳氮化硅SiNC层中的一种或者几种的任意组合。

由上述的技术方案可见，采用光阻胶作为牺牲层，最终去除之后在沟槽间形成空气间隔，沟槽间具有空气间隔，空气的介电常数为1，而BD的介电常数为2.7～3，从介电常数的比较可以看出，空气间隔的形成使得层间介质层的整体介电常数下降，从而达到了降低整个IC的RC延迟的目的。

附图说明

图1为本发明实施例沟槽间形成空气间隔的方法的流程示意图。

图2a至图2e为本发明实施例沟槽间形成空气间隔的方法的具体剖面示意图。

图2f为本发明实施例在当层金属互连层表面沉积有下层层间介质层的剖面结构示意图。

图3为本发明实际研磨金属铜时出现光阻胶损伤的结构示意图。

图4为本发明为克服图3缺陷填充光阻胶损伤位置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。