專利名稱：一種具有多孔絕緣層和空氣隙的半導(dǎo)體設(shè)備的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造半導(dǎo)體設(shè)備的方法，該方法包括一個雙重鑲嵌結(jié)構(gòu)，此雙重鑲嵌結(jié)構(gòu)包括一個金屬層及位于金屬層之上的帶有通路的第一絕緣層，還包括在第一絕緣層之上的帶有互連槽的第二絕緣層，其中通路和互連槽中存在有頂面的金屬線路形成的金屬。
背景技術(shù)：
這樣的方法在WO-A-0019 523中獲得。在已知的方法中，在一襯底上獲得第一金屬布線圖，其上鋪有具有低介電系數(shù)的第一層絕緣物質(zhì)，也可指“低K”絕緣層。第一絕緣層之上為一個起侵蝕阻擋層作用，并帶有通路模型的層，然后是一個低介電系數(shù)的第二絕緣層，其上有一層掩膜。掩膜被定形，通過將掩膜降到侵蝕阻擋層的方法，在第二絕緣層中蝕刻出凹槽。然后在第一絕緣層中蝕刻出通路。在凹槽和通路中注入金屬，使得該金屬可與下面的金屬層具有電接觸。去掉多余的金屬，就可得到一個相當(dāng)平整的頂面。
當(dāng)前，集成電路的尺寸發(fā)展的越來越小，這就要求在不同導(dǎo)體之間的電容要盡可能的小。這可以通過使用空氣隙來達(dá)到。然而，在所有已知的技術(shù)中，在雙重鑲嵌結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)空氣隙是不大可能的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明著重推出一種在本文開始時描述的那類方法，其可達(dá)到在金屬線路周圍形成空氣隙的目的。
根據(jù)本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)此目的的方法其特性在于該方法還包括以下步驟-去除第二絕緣層，-在第一絕緣層和金屬線路上添加可移除層，-將可移除層與金屬線路的頂面對齊，
-在可移除層上添加一個多孔絕緣層，-通過多孔絕緣層去除可移除層來形成空氣隙。
用來形成空氣隙的可移除層的使用可由US-A-5 461 003獲得。然而，本文中描述的方法不是直接運(yùn)用在一個雙重鑲嵌結(jié)構(gòu)上的。在一個雙重鑲嵌結(jié)構(gòu)中，金屬線路凹嵌于絕緣材料中。本發(fā)明是建立在需要進(jìn)行某種處理來獲得在其間可形成空氣隙的暴露金屬線路的認(rèn)識上的。基于本發(fā)明的方法特性描述部分的第一步尤其突出了這一點(diǎn)。
基于本發(fā)明方法的一個實(shí)施例特性在于在第一絕緣層和第二絕緣層之間加入了一個侵蝕阻擋層。侵蝕阻擋層本身的使用由WO-A-0 019 523中獲得。然而，在本文中，該層被當(dāng)作硬掩膜來使用，來在第一絕緣層中形成通路。在基于本發(fā)明的方法中，在雙重鑲嵌結(jié)構(gòu)形成后，去除可移除層期間，該層還被用做侵蝕阻擋層。在基于本發(fā)明的應(yīng)用中使用侵蝕阻擋層的一個優(yōu)點(diǎn)是它使得第一絕緣層在去除第二絕緣層的過程中有防護(hù)并且不受侵蝕處理的影響。
基于本發(fā)明方法的另一個實(shí)施例特性在于在去除第二絕緣層后，在金屬線路上覆蓋一個非導(dǎo)電阻擋層。由于金屬線路被完全包于阻擋層之中，這就解決了電遷移問題。
在另外一個實(shí)施例中，在金屬線路和平面的可移除層上覆蓋一個導(dǎo)電阻擋層，然后導(dǎo)電阻擋層被研磨成形，使其只覆蓋金屬線路。導(dǎo)電阻擋層的成形是一個自調(diào)整的過程，可由JP 2000-195864得到。合適的導(dǎo)電阻擋層材料可為Ta，Tin，TaN，W，TiNW等。本實(shí)施例的一個優(yōu)點(diǎn)為金屬(最好為銅)，被封包了起來。由于導(dǎo)電阻擋層的形成，所以不會妨礙通過多孔絕緣層去除侵蝕可移除層后的產(chǎn)物。該實(shí)施例的另一個優(yōu)點(diǎn)為相比于非導(dǎo)電阻擋層，導(dǎo)電阻擋層不屬于金屬線路間絕緣體的一部分。所以，可減小寄生電容。
基于本發(fā)明方法的另外一個實(shí)施例也很有效，特性在于旋制附著材料被用做多孔絕緣層，多孔絕緣層可以是任何可通過氣體分子的層。多孔層可通過旋制涂覆處理來獲得，該過程本身具有工作溫度低的優(yōu)點(diǎn)。較低的溫度使得用聚合物作為可移除層的材料成為可能，因?yàn)榭梢员苊饩酆衔镆蚋邷囟^早老化的問題。
基于本發(fā)明方法的另一個實(shí)施例特性在于用等離子CVD層作為多孔絕緣層。該實(shí)現(xiàn)的一個優(yōu)點(diǎn)為等離子CVD(Chemical Vapor Deposition，化學(xué)氣體沉積，為業(yè)內(nèi)專業(yè)人士所知)層能在基于本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)中提供額外的支撐


關(guān)于本發(fā)明的這些以及其他方面，將對照附圖在以下作詳細(xì)說明。
圖1至圖7示出在制造半導(dǎo)體設(shè)備時基于本發(fā)明方法一個優(yōu)選實(shí)施例的一些步驟。
圖1示出在雙重鑲嵌結(jié)構(gòu)形成后設(shè)備的截面圖。
圖2示出在移除第二絕緣層后的設(shè)備。
圖3示出在金屬線路上覆蓋非導(dǎo)電阻擋層后的設(shè)備。
圖4示出添加了可移除層后的設(shè)備。
圖5示出平整了可移除層后的設(shè)備。
圖6示出在可移除層上添加一個多孔絕緣層之后的設(shè)備。
圖7示出去掉了可移除層之后的設(shè)備。
具體實(shí)施例方式
圖1示出一個由當(dāng)前方法制造的雙重鑲嵌結(jié)構(gòu)20(例如，見WO-A-0019523)。該結(jié)構(gòu)包括一個金屬層1，在金屬層1之上為第一絕緣層2。層2最好由k值低的介質(zhì)，如硅氧烷，多芳基化合物，或類似材料制成，如SiLKTM(DowChemical)等。金屬層1在絕緣層中得到，其與本發(fā)明沒有任何更多的相關(guān)。在第一絕緣層2上有一個成形的硬掩膜4。硬掩膜4由諸如SiN的材料制成，起侵蝕阻擋層的作用。在侵蝕阻擋層4之上是第二絕緣層5。第二絕緣層5可由諸如SOG或NanoglassTM(Allied)等易添加和移除的氧化物制成，或也可由如SiLK等聚合物制成。槽6和通路3通過在第二絕緣層5之上的硬掩膜和在第一絕緣層2和第二絕緣層5之間的成形的侵蝕阻擋層4被分別蝕刻在第二絕緣層5和第一絕緣層2之中。在第一絕緣層2和第二絕緣層5可以相互有選擇地蝕刻時，不用侵蝕阻擋層4來形成這樣的結(jié)構(gòu)是可能的。槽6和通路3內(nèi)填充入一種金屬，來形成金屬線路9?；诒景l(fā)明的方法在將銅作為互連金屬時尤其有用。其它的金屬也可能被使用，如鋁等。如果用銅，一個阻擋及銅晶體層7最好在銅被填入槽6和通路3中之前首先被附在槽6和通路3的內(nèi)壁上。但是該層7不是本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。在通過銅鍍的方法將槽6和通路3中填入銅后，用通常的方法使銅平整。在該方法中能得到具有頂面10的金屬線路9。通過其可在第二絕緣層5中形成槽6，掩膜最終被移除。該掩膜對本發(fā)明并非必要。
在圖2中，第二絕緣層5被去掉了。第二絕緣層5作為形成金屬線路9的模板的犧牲層使用。第二絕緣層5的移除在使用如SOG或Nanoglass等氧化物的情況下會受到HF酸洗達(dá)到，或在用SiLK的情況下使用氫等離子的實(shí)現(xiàn)。侵蝕過程停止于硬掩膜4處，該硬掩膜覆蓋于其下的第一絕緣層2之上。由于這種侵蝕處理，有或沒有阻擋層7的金屬線路9都能夠保持完整，并處于表面之上。任何可能會出現(xiàn)的銅氧化物會被氫等離子還原為銅。
圖3示出了基于本發(fā)明方法一個實(shí)施例的一個步驟，其中，在金屬線路9和侵蝕阻擋層4之上附有一個非導(dǎo)電阻擋層11。阻擋層11最好由等離子氮化硅或碳化硅制成。金屬線路9完全被非導(dǎo)電阻擋層11所包覆。電遷移及銅擴(kuò)散問題由此能夠得到解決。
基于本發(fā)明方法的下一步驟由圖4示出。一個可移除層12被附于金屬線路9之上。最好使用可揮發(fā)或能降解成更小分子的聚合物來制造可移除層12。如PMMA(聚甲基丙烯酸醇)，聚苯乙烯，以及聚乙烯醇等。紫外線光敏抗蝕劑也可被用來作為制造空氣隙的基本材料。這樣用來形成可移除層12的空氣隙聚合物可以先溶解在一種合適的溶劑里，然后再旋制涂覆于襯底上。
圖5示出平整可移除層12之后的設(shè)備。若使用聚合物作為空氣隙材料，則可通過將聚合物侵蝕成氧等離子或研磨的方法進(jìn)行平整，直到非導(dǎo)電阻擋層11暴露于金屬線路9的頂面10為止。
在圖6中，一個多孔絕緣層13被附于可移除層12和金屬線路9之上。多孔絕緣層13最好采用旋制涂覆處理形成的如SiLK的低k值介質(zhì)。一個等離子CVD層也可用作多孔絕緣層13。
圖7示出基于本發(fā)明方法制造出的設(shè)備?？諝庀?4在金屬線路9周圍形成。如果可移除層12為聚合物材質(zhì)，則空氣隙14可通過硬化與烘焙相結(jié)合的方法得到，溫度最好為400℃。由于加熱，空氣隙聚合物被分解，從而在多孔絕緣層13下形成空氣隙14?？諝庀?4的形成由箭頭15示出。含有SiLK的多孔絕緣層13被發(fā)現(xiàn)完全可以旋制成和雙重鑲嵌結(jié)構(gòu)20中通路3的高度一樣的厚度，如0.5μm。在這樣厚度下的SiLK被發(fā)現(xiàn)對于移除所有的聚合材料都是充分可穿透的。
這樣所得到的設(shè)備也許還要經(jīng)過進(jìn)一步的處理過程。因而一個硬掩膜可能被附于多孔絕緣層之上。鋪設(shè)該掩膜，并蝕入將來要制成接觸孔的地方。然后，再附加一層犧牲層，在其中金屬線路通過硬掩膜確定。以這種方式重復(fù)多次基于本發(fā)明的方法，可得到若干互連層。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體設(shè)備的制造方法，該方法包括一個雙重鑲嵌結(jié)構(gòu)(20)，此雙重鑲嵌結(jié)構(gòu)包括一個金屬層(1)及位于金屬層(1)之上的帶有通路(3)的第一絕緣層(2)，在第一絕緣層(2)之上，帶有互連槽(6)的第二絕緣層(5)，其中通路(3)和互連槽(6)中存在有頂面(10)的金屬線路(9)形成的金屬，其特征在于，所述方法還包括以下步驟-去除第二絕緣層(5)，-在第一絕緣層(2)和金屬線路(9)上添加可移除層(12)，-將可移除層(12)與金屬線路(9)的頂面(10)對齊，-在可移除層(12)上添加一個多孔絕緣層(13)，-通過多孔絕緣層(13)去除可移除層(12)來形成空氣隙(14)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在第一絕緣層(2)和第二絕緣層(5)之間添加一個侵蝕阻擋層(4)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所用的金屬為銅。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在去除第二絕緣層(5)后，在金屬線路(9)之上覆蓋一層非導(dǎo)電阻擋層(11)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，用氮化硅或碳化硅作為非導(dǎo)電阻擋層(11)。
6.如以上任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，用一種旋制涂覆材料作為多孔絕緣層(13)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，旋制涂覆材料包括SiLK。
8.如權(quán)利要求1至5中的任一所述的方法，其特征在于，用一個等離子CVD層作為多孔絕緣層(13)。
9.如以上任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，可移除層(12)包括一種聚合物，并且可移除層(12)的移除過程包括一個加熱的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體設(shè)備的制造方法,該方法包括一個雙重鑲嵌結(jié)構(gòu)(20)。此雙重鑲嵌結(jié)構(gòu)(20)包括一個金屬層(1)及位于金屬層(1)之上的帶有通路(3)的第一絕緣層(2)。在第一絕緣層(2)之上是一個帶有互連槽(6)的第二絕緣層(5)。在通路(3)和互連槽(6)內(nèi)填充金屬,構(gòu)成一個帶頂面(10)的金屬芯(9)。該方法還包括以下步驟:去掉第二絕緣層(5),在第一絕緣層(2)和金屬芯(9)上覆蓋一層可移除層(12),將可移除層(12)與金屬芯(9)的頂面(10)對齊,在可移除層(12)上覆蓋一個多孔絕緣層(13),通過多孔絕緣層(13)去除可移除層(12)形成空氣隙(14)。根據(jù)本發(fā)明,第二金屬層(5)用做生成金屬芯(9)的犧牲層。在金屬芯(9)生成以后,通過去掉第二絕緣層(5),可使金屬芯(9)突出于第一絕緣層(2)的表面之上。這樣,就可在金屬芯(9)周圍形成空氣隙(14)。
文檔編號H01L23/522GK1388989SQ01802641
公開日2003年1月1日 申請日期2001年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月1日
發(fā)明者W·F·A·貝斯林, C·A·H·A·穆特塞爾斯, D·J·格拉維斯泰恩 申請人:皇家菲利浦電子有限公司