[发明专利]一种具有空气隙的铜大马士革互连结构的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，尤其涉及一种具有空气隙的铜大马士革互连结构的形成方法。 

背景技术

随着半导体集成电路尺寸的不断减小，为了减少集成电路的信号串扰以及RC延迟，一个努力方向是不断减小互连介质的介电常数K。因空气的介电常数为1，所以常在金属互连层中有意识地引入空气隙，来降低互连介质的介电常数。 

目前，在铜互连结构中引入空气隙的具体方法，就是通过刻蚀的方法将互连金属间的介质薄膜有意识地去除，然后再填充另外一种介质薄膜。由于此介质薄膜的填充工艺的台阶覆盖性比较差，因此当此介质薄膜填充完成后会在金属间留下空洞，形成具有空气隙的互连结构。其具体步骤如下： 

步骤一，如图1A所示，在第一介质薄膜101上图形化形成用来填充金属的介质槽，并依次淀积第一金属阻挡层102和第一金属互连线103，然后通过化学机械平坦化（Chemical Mechanical Planarization，简称CMP）方法去除介质槽表面多余的第一金属互连线103和第一金属阻挡层102，从而形成如图1B所示的第一金属互连层互连结构。

步骤二，如图1C所示，在第一介质薄膜101和第一金属互连线103上淀积了衬垫层104，此衬垫层104层作为刻蚀停止层以及防止第一金属互连线103扩散的阻挡层，此阻挡层的材料可能为氮化硅或者氮氧化硅或者碳化硅或者含碳的氮化硅等。 

步骤三，如图1D所示，在衬垫层104上形成光刻胶图形105，此光刻胶图形暴露出第一金属互连线103间的介质。 

步骤四，如图1E所示，以光刻胶105作为掩膜，利用刻蚀工艺去除第一金属互连线103间的介质。 

步骤五，如图1F所示，在去除光刻胶并清洗之后，采用非保形性的CVD(Chemical Vapor Deposition，简称CVD)淀积工艺进行第二介质薄膜106的淀积，并平坦化第二介质薄膜106。其中，第二介质薄膜106可以是氧化硅，掺氟氧化硅，或者其他低介电常数的介质材料。由于此CVD淀积工艺的非保形性，填充性比较差，从而在第一金属互连线103间形成了空洞即为所需引入的空气隙107。 

步骤六，如图1G所示，光刻、刻蚀第二介质薄膜106，形成通孔109以及介质槽108。 

步骤七，如图1H所示，在通孔109以及介质槽108上，沉积第二金属阻挡层110和第二金属互连层111中的金属互连线，通过CMP工艺去除第二介质薄膜106上的金属阻挡层110和第二金属互连层111中的金属互连线。其中，第一金属互连线103和第二金属互连层111中的金属互连线相连通形成了金属通孔112。至此就形成了由第一金属互连线103和第二金属互连层111中的金属互连线组成的双大马士革铜互连结构。 

然而上述具有空气隙互连结构的形成方法有如下的缺点： 

首先，在步骤三中光刻衬垫层104，此次光刻的目的是用刻蚀方法去除第一金属互连线103间的介质，那么此次光刻需要付出相应的光刻版以及工艺成本。同时既然有光刻就必然会引入光刻的对准偏差，当此对准偏差足够大时会产生如图2A所示问题，即在刻蚀第一金属互连线103间的介质时，由于光刻对准偏差太大使部分第一金属互连线103A暴露于刻蚀及去胶等离子中，使得铜表面发生氧化或者导致铜表面损伤，从而导致相应的电学特性超标或者可靠性问题。

其次，在步骤六中光刻、刻蚀第二介质薄膜106时，如果光刻工艺引入的对准偏差比较大时，刻蚀后会产生如图2B所示的问题，即导致通孔109与金属间空气隙107相连通。那么如图2C所示，在接下来的第二金属互连层111和第二金属阻挡层110淀积过程中，由于通孔109与空气隙107相连通，使得部分金属铜进入金属间空气隙107中从而形成铜渣113。由于此铜渣没有完整的金属阻挡层的包裹导致金属铜在介质材料中的扩散，从而导致相应的可靠性和成品率问题。 

因此如何在更低的工艺成本下，实现无损伤的铜金属互连工艺，并且使互连工艺窗口更大，是目前集成电路制造领域亟待解决的问题。 

发明内容

本发明的主要目的为，针对上述问题，提出了一种具有空气隙的铜大马士革互连结构的形成方法，该方法在金属铜表面选择性生长一层金属阻挡层。 

为达成上述目的，本发明提供一种具有空气隙的铜大马士革互连结构的形成方法，包括如下步骤： 

步骤S1：在第一绝缘介质层中，形成第一金属互连线；