專利名稱：一種超低k互連結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種超低K互連結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
目前的半導(dǎo)體工藝中，晶片的金屬互連通常由圖案化的金屬引線層的互連 結(jié)構(gòu)構(gòu)成，隨著器件逐漸減小，所希望的互連結(jié)構(gòu)也越來越小。銅是一種常用 的用作互連結(jié)構(gòu)的金屬材料，由于銅的導(dǎo)電電阻小，因而與其他金屬材料相比, 可以一定程度降低RC延遲，但在此之后，電路層之間的寄生電容C對RC延遲 就起到主要的影響了?？梢圆捎玫蚄 (低介電常數(shù))材料作為介質(zhì)層，其優(yōu)點 在于介質(zhì)材料的k值越低，在芯片上構(gòu)建的互連結(jié)構(gòu)的互連電容越小，因此如 果使用低K材料作為不同電路層的隔絕介質(zhì)，則RC延遲的影響便很小。在納 米技術(shù)中，90nm的半導(dǎo)體工藝中，通常采用的低k材料的k值小于2.7。但是， 低K材料并不能夠良好的阻止銅原子擴散，這就使得工藝制程中，銅會產(chǎn)生溢 出現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述，本發(fā)明的目的在于提供一種能解決上述問題的新方法，防止因 低K材料的使用產(chǎn)生的銅的溢出。
為達上述目的，本發(fā)明提供了一種超低K互連結(jié)構(gòu)，至少包括
第一金屬層，
覆蓋第一金屬層的第一阻擋層，
第一阻擋層上方的第一低K介質(zhì)層， 第一低K介質(zhì)層上方的中間阻擋層，
4中間阻擋層上方的蝕刻終止層， 蝕刻終止層上方的上層阻擋層，
一個或多個溝道貫通上述第一阻擋層、第一低K介質(zhì)層、中間阻擋層、蝕 刻終止層和部分上層阻擋層，上述溝道內(nèi)填充有導(dǎo)電材料，
一個或多個通孔貫通上述第一低K介質(zhì)層、中間阻擋層和蝕刻終止層，上 述通孔的側(cè)壁涂覆有一層側(cè)壁阻擋層，上述通孔內(nèi)填充有低K介質(zhì)材料。
作為優(yōu)選，上述第一金屬層和第二金屬層的材料為銅，上述溝道內(nèi)填充的 導(dǎo)電材料為銅或氮化鈦。
作為優(yōu)選，上述第一低K介質(zhì)層的K質(zhì)大于2.5且小于3.0，上述通孔內(nèi)填 充的低K介質(zhì)材料的K值小于2.0。
作為優(yōu)選，上述側(cè)壁阻擋層的厚度為100A 300A，高度大于等于通孔的高 度且小于等于溝道內(nèi)填充的導(dǎo)電材料的高度。
本發(fā)明還提供了一種超低K互連結(jié)構(gòu)的制造方法，于包括以下步驟
步驟l,提供一結(jié)構(gòu)，包括第一金屬層，覆蓋第一金屬層的第一阻擋層，第 一阻擋層上方的第一低K介質(zhì)層，第一低K介質(zhì)層上方的中間阻擋層，中間阻 擋層上方的蝕刻終止層，蝕刻終止層上方的第二阻擋層；
步驟2，對上述結(jié)構(gòu)進行蝕刻，形成一個或多個溝道貫通上述第一阻擋層、 第一低K介質(zhì)層、中間阻擋層、蝕刻終止層和第二阻擋層；
步驟3，在上述溝道內(nèi)沉積導(dǎo)電材料，而后對上述結(jié)構(gòu)進行化學機械拋光， 去除部分第二阻擋層；
步驟4，蝕刻上述第二阻擋層，在上述蝕刻終止層上形成墊片結(jié)構(gòu)，而后形 成一個或多個通孔貫通上述第一低K介質(zhì)層、中間阻擋層和蝕刻終止層；
步驟5，在上述通孔的側(cè)壁涂覆一層側(cè)壁阻擋層，而后在上述通孔內(nèi)填充低 K介質(zhì)材料；
步驟6，在上述結(jié)構(gòu)的上方沉積上層阻擋層。
作為優(yōu)選，上述側(cè)壁阻擋層的厚度為100A 300A，高度大于等于通孔的高 度且小于等于溝道內(nèi)填充的導(dǎo)電材料的高度。作為優(yōu)選，上述第一金屬層的材料為銅，上述溝道內(nèi)填充的導(dǎo)電材料為銅 或氮化鈦。
作為優(yōu)選，上述步驟4中的利用光片蝕刻方法進行蝕刻，從而形成墊片結(jié)構(gòu)。
作為優(yōu)選，上述第一低K介質(zhì)層的K質(zhì)大于2.5且小于3.0，上述通孔內(nèi)填 充的低K介質(zhì)材料的K值小于2.0。
作為優(yōu)選，在上述通孔的側(cè)壁阻擋層和第一阻擋層的材料相同。
本發(fā)明的有益效果在于，在填充導(dǎo)電材料的溝道周圍形成保護用的覆蓋阻 擋層，使得在使用低K材料的同時有效阻止銅的擴散。
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的詳細說明。對于所屬 技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，從對本發(fā)明的詳細說明中，本發(fā)明的上述和其他目 的、特征和優(yōu)點將顯而易見。


圖1-圖6為本發(fā)明一較佳實施例的一種超低K互連結(jié)構(gòu)的制造過程中，其 中表示各個步驟中超低K互連結(jié)構(gòu)的截面示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明所述的一種超低K互連結(jié)構(gòu)及其制造 方法作進一步的詳細說明。
如圖1所示，提供一個導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中包括第一金屬層ll，其材料例如是 銅，當然也可以是其他材料；覆蓋第一金屬層11的第一阻擋層12，其材料可以 是碳化硅或氮氧化硅等；第一阻擋層12上方的第一低K介質(zhì)層13，低K介質(zhì) 的k值大于2.5并小于3，其材料可以例如是應(yīng)用材料公司(Applied Material Co.) 制造的黑鉆(Black Diamond,即碳摻雜氧化硅)技術(shù)的低K介質(zhì)，或者Novdlus (諾阿)公司出產(chǎn)的CORAL低K介電質(zhì)，由SiCOH構(gòu)成；第一低K介質(zhì)層 13上方的中間阻擋層14;中間阻擋層14上方的蝕刻終止層15，其材料為碳化 硅SiC或氮氧化硅SiON等；蝕刻終止層15上方的第二阻擋層16,第二阻擋層16是化學機械拋光(CMP)截止層，其材料為氮化硅、氧化物、碳化硅等介質(zhì)。
而后，形成一個或多個溝道貫通上述第一阻擋層12、第一低K介質(zhì)層13、 中間阻擋層14、蝕刻終止層15和第二阻擋層16，在該實施例中，溝道的數(shù)目 為兩個，形狀為杯狀，即在蝕刻終止層15中的溝道面積大于在第一低K介質(zhì)層 13內(nèi)的溝道面積，其當然也可以是任意合適的形狀，該溝道17可以通過蝕刻方 式形成，用于沉積互連用金屬材料。
如圖2所示，在溝道17內(nèi)沉積導(dǎo)電材料，也就是植入例如氮化鉭(TaN)/銅 籽/銅的導(dǎo)電材料，從而使得溝道17內(nèi)的導(dǎo)電材料可以與第一金屬層互連，而后 對上述結(jié)構(gòu)進行銅化學機械拋光，并去除部分第二阻擋層16，使得溝道17中的 導(dǎo)電材料的上表面高于第二阻擋層16的上表面。
如圖3所示，采用例如光片蝕刻(blanketetch)的方法蝕刻第二阻擋層16，在 上述蝕刻終止層15上形成墊片結(jié)構(gòu)，該墊片結(jié)構(gòu)的上部與溝道17的導(dǎo)電材料 上部緊密鄰接，下部形成貼合結(jié)構(gòu)，貼合在蝕刻終止層15上。
再如圖4所示，在第一低K介質(zhì)層13、中間阻擋層14和蝕刻終止層15中 形成通孔，使得通孔在上述三個層內(nèi)貫通，通孔不與溝道接觸，在本實施例中， 通孔的數(shù)目為一個，形狀為柱狀，其當然也可以是任意數(shù)目和形狀的通孔，不 受本實施例限制；通孔可以通過蝕刻方式形成，也可以通過其他任意合適的方 式形成，在本實施例中采用光片蝕刻的方法形成通孔。
如圖5所示，首先在通孔的側(cè)壁形成一層側(cè)壁阻擋層18，該側(cè)壁阻擋層18 的形成方法可以是沉積或旋轉(zhuǎn)涂布，側(cè)壁阻擋層18的厚度為100A 300A,高度 大于等于通孔的高度且小于等于溝道內(nèi)填充的導(dǎo)電材料的高度，最好是等于溝 道內(nèi)填充的導(dǎo)電材料的高度，通常為0.5-0.75 um，從而有效地保證溝道內(nèi)的導(dǎo) 電材料不會溢出，在高壓操作是不會產(chǎn)生橋接、漏電和損耗等現(xiàn)象，側(cè)壁阻擋 層和第一阻擋層12的材料可以相同，例如都是SiC或硅碳氮SiCN等，也可以 是不相同的。而后在通孔內(nèi)形成低K介質(zhì)材料層19，其K值小于2.0，可以通 過沉積，而后回蝕或全面暴露的方式形成。
再如圖6所示，在上述結(jié)構(gòu)的上方沉積上層阻擋層20，得到本發(fā)明一較佳 實施例的超低K互連結(jié)構(gòu)，其中上層阻擋層20的材料可以與第一阻擋層12相
7同。
本發(fā)明雖然以較佳實施例的方式祥述，但是應(yīng)該知道的是，本發(fā)明還有許 多實施方式，只要是在填充有導(dǎo)電材料，例如銅、鋁的溝道周圍制造相應(yīng)的側(cè) 壁保護層，以保護溝道內(nèi)的材料不會在后續(xù)操作中溢出的結(jié)構(gòu)均應(yīng)屬于本發(fā)明 的范圍內(nèi)。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍；如 果不脫離本發(fā)明的精神和范圍，對本發(fā)明進行修改或者等同替換的，均應(yīng)涵蓋 在本發(fā)明的權(quán)利要求的保護范圍當中。
權(quán)利要求
1. 一種超低K互連結(jié)構(gòu)，其特征在于至少包括第一金屬層，覆蓋第一金屬層的第一阻擋層，第一阻擋層上方的第一低K介質(zhì)層，第一低K介質(zhì)層上方的中間阻擋層，中間阻擋層上方的蝕刻終止層，蝕刻終止層上方的上層阻擋層，一個或多個溝道貫通上述第一阻擋層、第一低K介質(zhì)層、中間阻擋層、蝕刻終止層和部分上層阻擋層，上述溝道內(nèi)填充有導(dǎo)電材料，一個或多個通孔貫通上述第一低K介質(zhì)層、中間阻擋層和蝕刻終止層，上述通孔的側(cè)壁涂覆有一層側(cè)壁阻擋層，上述通孔內(nèi)填充有低K介質(zhì)材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于上述第一金屬層和第二金屬層 的材料為銅，上述溝道內(nèi)填充的導(dǎo)電材料為銅或氮化鈦。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于上述第一低K介質(zhì)層的K質(zhì)大 于2.5且小于3.0，上述通孔內(nèi)填充的低K介質(zhì)材料的K值小于2.0。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于上述側(cè)壁阻擋層的厚度為 100A 300A，高度大于等于通孔的高度且小于等于溝道的高度。
5. —種超低K互連結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于包括以下步驟步驟l，提供一結(jié)構(gòu)，包括第一金屬層，覆蓋第一金屬層的第一阻擋層，第 一阻擋層上方的第一低K介質(zhì)層，第一低K介質(zhì)層上方的中間阻擋層，中間阻 擋層上方的蝕刻終止層，蝕刻終止層上方的第二阻擋層；步驟2，對上述結(jié)構(gòu)進行蝕刻，形成一個或多個溝道貫通上述第一阻擋層、 第一低K介質(zhì)層、中間阻擋層、蝕刻終止層和第二阻擋層；步驟3，在上述溝道內(nèi)沉積導(dǎo)電材料，而后對上述結(jié)構(gòu)進行化學機械拋光，去除部分第二阻擋層；步驟4，蝕刻上述第二阻擋層，在上述蝕刻終止層上形成墊片結(jié)構(gòu)，而后形 成一個或多個通孔貫通上述第一低K介質(zhì)層、中間阻擋層和蝕刻終止層；步驟5，在上述通孔的側(cè)壁涂覆一層側(cè)壁阻擋層，而后在上述通孔內(nèi)填充低K介質(zhì)材料；步驟6，在上述結(jié)構(gòu)的上方沉積上層阻擋層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造方法，其特征在于上述側(cè)壁阻擋層的厚度為 100A 300A，高度大于等于通孔的高度且小于等于溝道的高度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造方法，其特征在于上述第一金屬層的材料為 銅，上述溝道內(nèi)填充的導(dǎo)電材料為銅或氮化鈦。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造方法，其特征在于上述步驟4中的利用光片 蝕刻方法進行蝕刻，從而形成墊片結(jié)構(gòu)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造方法，其特征在于上述第一低K介質(zhì)層的K 質(zhì)大于2.5且小于3.0，上述通孔內(nèi)填充的低K介質(zhì)材料的K值小于2.0。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造方法，其特征在于在上述通孔的側(cè)壁阻擋層 和第一阻擋層的材料相同。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種超低K互連結(jié)構(gòu)及其制造方法，該超低K互連結(jié)構(gòu)至少包括第一金屬層，覆蓋第一金屬層的第一阻擋層，第一阻擋層上方的第一低K介質(zhì)層，第一低K介質(zhì)層上方的中間阻擋層，中間阻擋層上方的蝕刻終止層，蝕刻終止層上方的上層阻擋層，一個或多個溝道貫通上述第一阻擋層、第一低K介質(zhì)層、中間阻擋層、蝕刻終止層和部分上層阻擋層，上述溝道內(nèi)填充有導(dǎo)電材料，一個或多個通孔貫通上述第一低K介質(zhì)層、中間阻擋層和蝕刻終止層，上述通孔的側(cè)壁涂覆有一層側(cè)壁阻擋層，上述通孔內(nèi)填充有低K介質(zhì)材料。本發(fā)明在填充導(dǎo)電材料的溝道周圍形成保護用的覆蓋阻擋層，使得在使用低K材料的同時有效阻止銅的擴散。
文檔編號H01L23/52GK101471324SQ20071030131
公開日2009年7月1日 申請日期2007年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月26日
發(fā)明者李秋德 申請人:和艦科技(蘇州)有限公司