[发明专利]金属互连工艺中形成空气间隙的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，尤其涉及一种金属互连工艺中形成空气间隙的制造方法。

背景技术

随着半导体器件的集成度越来越高，限制半导体器件的速度的主要因素已不再是晶体管延迟，而是与导电材料(例如金属)互连相关联的电阻-电容(RC)延迟。认识到这一点之后，为了减小导电材料互连的电容从而减小RC延迟，业界技术人员已进行了大量工作用于研发新的材料和制造工艺。例如，将作为导电材料互连层中的电介质材料，选择采用具有低介电常数的电介质材料。在所有材料中，介电常数最低的当属空气，空气的介电常数为1，其他介质材料层的介电常数均大于1，因此，技术人员开始关注在层间介质层中形成空气间隙(Air Gap)，空气间隙的形成能够进一步减小层间介质层的整体介电常数，以降低导电材料之间的电容，提高半导体器件的性能。

在现有金属互连工艺的制作方法中，形成具有空气间隙的半导体器件的一种方法是在当前层间介质层中，通过光刻和刻蚀法，在金属互连线之间形成尺寸较小的间隙，然后利用化学气相沉积(CVD)法，在当前层间介质层上覆盖形成后一层间介质层，而不填充该间隙，从而在当前介质层中形成空气间隙；虽然该方法达到了降低集成电路RC延迟的目的，但是由于制造工艺本身的限制，对于关键尺寸(CD)较小的半导体器件来说，该方法在形成具有多个的金属互连层的半导体器件时，由于金属互连线之间的间隔(Space)较小并且现有光刻工艺的精确度限制，后一层金属层的通孔插塞(Plug)难以与当前层的金属互连线对准，而是与位于金属互连线之间的空气间隙相连通，使后一层通孔插塞内填充的金属铜落进空气间隙中，导致半导体器件的短路问题。因此，对于小尺寸半导体器件来说，如何增大金属铜与下层连接孔对准时的工艺窗口，成为业内需要解决的问题。

现有技术中另一种方法通过形成一种能够在特定工艺中去除的牺牲层，在完成当前金属互连层和后一金属互连层后，在特定工艺，例如加热工艺中去除牺牲层，以形成空气间隙。然而，该方法同样具有问题，该方法形成的牺牲层是整体覆盖于层间介质层之上的，因此在后续全部去除之后，往往形成大面积空气间隙，形成的空气间隙的尺寸不易调整，大大降低了器件的机械抗压能力，甚至因此器件中金属互连层的塌陷，严重降低半导体器件的性能。

因此，在金属互连中如何调节空气间隙的尺寸，以在降低介质层整体介电常数的前提下保持机械抗压能力，成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种在金属互连工艺中形成空气间隙的制造方法。

为解决上述问题，本发明一种金属互连工艺中形成空气间隙的制造方法，包括以下步骤：

提供半导体衬底，在所述半导体衬底上依次形成阻挡层和牺牲层；

依次刻蚀所述牺牲层和阻挡层以形成沟槽，并在沟槽中形成金属互连线；

对牺牲层进行回刻蚀工艺，使所述金属互连线的高度高于所述牺牲层；

在所述牺牲层和所述金属互连线上覆盖硬掩膜层；

刻蚀所述硬掩膜层，剩余的硬掩膜层在所述金属互连线的侧壁上形成侧墙；

去除剩余的牺牲层；

沉积第一介质层，在所述侧墙下方的金属互连线周围形成空气间隙。

进一步的，所述牺牲层的材质为氧化硅、氮氧化硅、无定形碳或多晶硅。

进一步的，所述牺牲层的材质为氧化硅，在对所述牺牲层进行回刻蚀工艺的过程中，采用湿法刻蚀所述牺牲层，刻蚀物质包括氢氟酸。

进一步的，在对所述牺牲层进行回刻蚀工艺的过程中，对所述牺牲层刻蚀的厚度大于5nm。

进一步的，在沉积第一介质层的步骤之后，还包括进行化学机械研磨工艺，以暴露所述金属互连线。

进一步的，所述侧墙在化学机械研磨工艺中被全部或部分去除。

进一步的，在所述牺牲层和阻挡层之间，还包括第二介质层。

进一步的，所述第二介质层的材质与所述第一介质层的材质相同。

进一步的，所述第一介质层的材质为低介电常数材料。

进一步的，所述低介电常数材料为多孔硅、SiOF、SiOC、有机聚合物、包含有机聚合物的硅基绝缘体、掺杂碳的硅氧化物或掺杂氯的硅氧化物。

进一步的，所述牺牲层的材质为氧化硅、氮氧化硅、无定形碳或多晶硅。

进一步的，所述硬掩膜层的材质为氧化硅、氮氧化硅、无定形碳或多晶硅。

进一步的，在形成所述沟槽的步骤中，形成至少两个相邻设置的沟槽，相邻沟槽之间的距离大于35nm。

进一步的，所述侧墙的底面宽度大于5nm。