[发明专利]金属互连线间的介质层中形成空气隙的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种金属互连线间的介质层中形成空气隙的方法。

背景技术

随着CMOS集成电路制造工艺的发展以及关键尺寸的缩小，很多新的材料和工艺被运用到器件制造工艺中，用以改善器件性能。金属铜由于电阻率更低，现在已经成功取代铝成为集成电路后段互连的主要材料。多孔low k材料可以实现2.5左右的介电常数(空气的介电常数为1，所以多孔材料能够获取很低的k值)，能够有效降低集成电路的RC延迟。此外，在金属互连线之间形成空气间隙也是一种很好的降低介质整体k值得方法。

请参阅图1，现有的后段互连工艺包括：

步骤L01：在半导体器件衬底上依次沉积阻挡层和low-k材料；这里，在前续互连工艺的第一沟槽形成和填充金属之后，在衬底表面沉积铜扩散阻挡层，一般为氮掺杂碳化硅(NDC)，然后在铜扩散阻挡层表面沉积low-k材料；

步骤L02：对low-k材料进行紫外固化工艺，以形成多孔low-k材料；在这个过程中low-k材料中的致孔剂被赶出并形成多孔，同时薄膜发生厚度收缩。

步骤L03：经光刻和刻蚀工艺，在多孔low-k材料中形成第二沟槽，并刻蚀掉第二沟槽底部的阻挡层，以暴露第一沟槽中的填充金属；这里，在光刻之前，还涉及到缓冲薄膜层，金属掩模层以及减反射薄膜的沉积等，。

步骤L04：在第二沟槽中进行金属填充，然后对所填充的金属进行化学机械研磨至多孔low-k材料表面；从而在多孔low k材料中形成铜互连线(一般而言将化学机械研磨作为形成某一层金属连线的最后一步)。在金属填充之前在通孔和沟槽的侧壁上沉积铜扩散阻挡层金属，一般是TaN/Ta，其目的是防止铜向lowk材料中扩散；金属的填充方法包括铜电镀等。第一沟槽及其内的填充金属和第二沟槽及其内的填充金属构成互连通孔；

步骤L05：在多孔low-k材料表面和所填充的金属表面沉积阻挡层；这里，阻挡层为氮掺杂碳化硅。

因此，改进现有的互连工艺来在互连线之间形成空气隙具有重要价值。

发明内容

为了克服以上问题，本发明旨在提供一种金属互连线间的介质层中形成空气隙的方法，以降低介质层的k值。

为了实现上述目的，本发明提供了一种金属互连线间的介质层中形成空气隙的方法，其包括以下步骤：

步骤01：在半导体器件衬底上形成第一介质层，在所述第一介质层中形成前段金属互连线、以及在所述前段金属互连线表面和所述第一介质层表面沉积第一阻挡层；

步骤02：经光刻和刻蚀工艺，在所述第一阻挡层中形成多个孔；

步骤03：湿法刻蚀所述孔下方的所述第一阻挡层部分，在所述第一阻挡层中形成空隙；所述空隙的直径大于所述孔的直径；

步骤04：在所述第一阻挡层上形成第二介质层，以在第一介质层中形成密封的空气隙。

优选地，所述步骤04之后还包括步骤05：在所述第二介质层中形成后段金属互连线。

优选地，所述第一阻挡层的厚度为150～500A。

优选地，所述第一介质层或所述第二介质层的材料为多孔low-k材料。

优选地，所述步骤01中在所述形成前段金属互连线之前还包括：对所述第一介质层进行紫外固化工艺；或者所述步骤04中还包括：对所述第二介质层进行紫外固化工艺。

优选地，所述孔的直径为20～50nm。

优选地，所述步骤02中，所述刻蚀工艺为等离子体干法刻蚀工艺。

优选地，所述步骤03中，所述湿法刻蚀所采用的药液为稀释氢氟酸。

优选地，所述步骤04还包括：对所述第二介质层顶部进行平坦化处理。

优选地，所述步骤05之后还包括：在所述第二介质层表面和所述后段金属互连线表面沉积第二阻挡层。

本发明的金属互连线间的介质层中形成空气隙的方法，通过在第一阻挡层中形成多个孔，湿法刻蚀为各向同性，通过这些孔腐蚀到其下面的第一阻挡层部分，从而在第一阻挡层中形成比孔大的空隙，在后续的第二介质层沉积时，由于介质层在空隙的台阶覆盖能力差，从而在第一介质层中形成密封的空气隙，进而降低了金属互连线间的介质层的k值。

附图说明

图1为现有的后段互连工艺的流程示意图

图2为本发明的一个较佳实施例的金属互连线间的介质层中形成空气隙的方法的流程示意图

图3～8为本发明的一个较佳实施例的金属互连线间的介质层中形成空气隙的方法的各步骤示意图

具体实施方式