專利名稱：應(yīng)用于銅互連的空氣間隔工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用于銅互連的空氣間隔エ藝。
背景技術(shù)：
集成電路(Integrated Circuit, IC)按照摩爾定律不斷進(jìn)行微縮，集成度越來越高，同時對器件的各種性能提出了越來越高的要求，其中后段制程(BEOL，Back EndofLine)引入的電阻-電容延遲(RC Delay)成為越來越不可忽略的重要因素。電阻-電容時間延遲(τ )與金屬連線的電阻及填充介質(zhì)與金屬之間的寄生電容成正比τ oc RCint tot = R (C通+Cild) 公式(I)
公式(I)中R為金屬連線的電阻，Cnffi和Cmi分別為金屬連線之間的電容和金屬層間電容，下標(biāo)IMD為金屬連線之間介質(zhì)(Inter Metal Dielectric)、ILD為金屬層間介質(zhì)kinter Layer Dielectric)。由于電阻正比于金屬電阻率，而電容正比于介電常數(shù)。因此，在現(xiàn)有的后段制程中一方面可以引入低電阻率的銅替代傳統(tǒng)的鋁進(jìn)行布線，另一方面就是采用低介電常數(shù)的低k材料做為填充介質(zhì)，從而進(jìn)ー步降低RC Delay，此外，由公式(2)和公式(3)可知，通過采用low-k材料降低互連電容還可以降低功耗(P)和導(dǎo)線間的交叉耦合噪音(Xtalk)P - Cint totV2 f公式(2)Xtalk - CIB/Cint tot 公式(3)相較于介電常數(shù)為3. 9的傳統(tǒng)介質(zhì)SiO2，低k材料經(jīng)過近幾年的發(fā)展，介電常數(shù)已經(jīng)可以做到接近于2. O。低k材料通常是通過提高氣孔率的方式來降低介電常數(shù)，理論上仍然無法達(dá)到空氣的介電常數(shù)的水平。使用空氣作為互連介質(zhì)即Air Gap (空氣間隙)方式成為CMOS集成電路的最理想選擇，有關(guān)Air Gap的研究也一直持續(xù)了很多年。Air Gap相對其它介質(zhì)填充方式具有更小的彈性模量，特別是在高深寬比的應(yīng)用中，因而能夠降低電遷移過程中的應(yīng)力，提高器件壽命。除了對RC Delay的貢獻(xiàn)，研究表明，使用Air Gap能提高電遷移壽命和擊穿電壓，從而提高器件的可靠性。現(xiàn)有技術(shù)中采用的Air Gapエ藝中，金屬平坦化步驟在形成Air Gap步驟之前，導(dǎo)致金屬堆積在線條空曠區(qū)后，利用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)不容易完全去除，從而引起金屬殘留，給生產(chǎn)エ藝帶來麻煩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供ー種應(yīng)用于銅互連的Air-Gapエ藝，解決了エ藝中金屬不易去除而導(dǎo)致的金屬殘留問題，具有實現(xiàn)簡單、與現(xiàn)有CMOSエ藝兼容等特點(diǎn)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供ー種應(yīng)用于銅互連的Air-Gapエ藝，包括提供襯底，所述襯底中設(shè)有待引線器件；在所述襯底表面形成一犧牲層；圖形化所述待引線器件上的犧牲層，形成頂部大底部小的圖形；在所述圖形內(nèi)填充第一介質(zhì)層；在所述第一介質(zhì)層內(nèi)形成溝槽并填充金屬銅，或者使用大馬士革エ藝在所述第一介質(zhì)層內(nèi)形成溝槽加通孔并填充金屬銅；去除所述犧牲層；在所述襯底、第一介質(zhì)層以及金屬銅上沉積第二介質(zhì)層以形成空氣間隔。作為優(yōu)選，所述犧牲層為PECVD方法沉積的SiO2或Si3N4材料。作為優(yōu)選，去除所述犧牲層的方法為采用含HF的溶液或攜帯HF的氣體去除所述SiO2,或是采用熱H3PO4溶液去除所述Si3N4。作為優(yōu)選，所述犧牲層為PECVD方法沉積的非晶硅薄膜材料。作為優(yōu)選，所述犧牲層為旋轉(zhuǎn)涂覆法沉積的可揮發(fā)有機(jī)材料。作為優(yōu)選，所述犧牲層為旋轉(zhuǎn)涂覆法沉積的聚酰亞胺材料。作為優(yōu)選，圖形化所述待引線器件上的犧牲層，形成頂部大底部小的圖形步驟中采用將光線聚焦在所述聚酰亞胺材料底部的過曝光エ藝，形成頂部大底部小的倒梯形結(jié)構(gòu) 的圖形。作為優(yōu)選，所述圖形化所述待引線器件上的犧牲層，形成頂部大底部小的圖形的步驟包括在所述犧牲層表面上層涂覆一光刻膠層；對所述光刻膠層進(jìn)行過曝光處理，形成圖形化的光刻膠層；以所述圖形化的光刻膠層為掩膜，對所述待引線器件上層的犧牲層進(jìn)行蝕刻，形成頂部大底部小的圖形。作為優(yōu)選，對所述待引線器件上層的犧牲層進(jìn)行蝕刻，形成頂部大底部小的圖形步驟，具體為對所述待引線器件上層的犧牲層進(jìn)行各向同性刻蝕，形成頂部大底部小的凹面結(jié)構(gòu)的圖形。作為優(yōu)選，對所述待引線器件上層的犧牲層進(jìn)行蝕刻，形成頂部大底部小的圖形步驟，具體為通過形貌傾斜的干法刻蝕エ藝刻蝕所述待引線器件上層的犧牲層，從而形成頂部大底部小的倒梯形結(jié)構(gòu)的圖形。作為優(yōu)選，所述形貌傾斜的干法刻蝕エ藝刻蝕所述待引線器件上層的犧牲層，形成的所述圖形的傾斜角為30度 80度。作為優(yōu)選，對所述待引線器件上層的犧牲層進(jìn)行蝕刻，形成頂部大底部小的圖形步驟，具體為對所述待引線器件上層的犧牲層進(jìn)行各向同性刻蝕，形成頂部圖形；采用各向異性刻蝕エ藝?yán)^續(xù)刻蝕所述頂部圖形至所述犧牲層底部，形成頂部為凹面底部為直形的碗ロ型結(jié)構(gòu)的圖形。作為優(yōu)選，對所述待引線器件上層的犧牲層進(jìn)行蝕刻，形成頂部大底部小的圖形步驟，具體為采用形貌傾斜的干法刻蝕エ藝對所述待引線器件上層的犧牲層進(jìn)行刻蝕，形成倒梯形的頂部圖形，所述頂部圖形的傾斜角為30度 80度；采用各向異性的基準(zhǔn)干法刻蝕エ藝?yán)^續(xù)刻蝕所述頂部圖形至所述犧牲層底部，形成頂部為倒梯形底部為直形的結(jié)構(gòu)的圖形。作為優(yōu)選，對所述待引線器件上層的犧牲層進(jìn)行蝕刻，形成頂部大底部小的圖形步驟，具體為對所述待引線器件上層的犧牲層進(jìn)行各向異性基準(zhǔn)エ藝刻蝕，形成頂部圖形，所述頂部圖形為直形；采用光刻膠的修剪エ藝，使得所述光刻膠在垂直和水平方向收縮；采用形貌傾斜的干法刻蝕エ藝?yán)^續(xù)刻蝕所述頂部圖形至所述犧牲層底部，形成頂部為倒梯形底部為直形的結(jié)構(gòu)的圖形。作為優(yōu)選，所述光刻膠的修剪エ藝在干法去膠設(shè)備中進(jìn)行。作為優(yōu)選，所述光刻膠的修剪エ藝具體步驟為，使用含有氧氣的氣體在等離子體環(huán)境中與所述光刻膠發(fā)生反應(yīng)，使得所述光刻膠在垂直和水平方向收縮。作為優(yōu)選，在所述第一介質(zhì)層內(nèi)形成溝槽或溝槽加通孔并填充金屬銅步驟，具體為采用銅鑲嵌的單大馬士革エ藝在所述第一介質(zhì)層內(nèi)形成溝槽并填充金屬銅；或采用銅鑲嵌的雙大馬士革エ藝在所述第一介質(zhì)層內(nèi)形成溝槽加通孔并填充金屬銅。作為優(yōu)選，去除所述犧牲層 的方法為濕法腐蝕法。作為優(yōu)選，去除所述犧牲層的方法為熱分解方法。作為優(yōu)選，去除所述犧牲層的方法為氣相腐蝕方法。作為優(yōu)選，去除所述犧牲層的方法為離子體增強(qiáng)的干法刻蝕方法。作為優(yōu)選，所述第一介質(zhì)層為SiO2或低k材料。作為優(yōu)選，所述第二介質(zhì)層為SiO2或低k材料。作為優(yōu)選，填充金屬銅步驟之后，還包括采用化學(xué)機(jī)械研磨エ藝法去除所述犧牲層以及所述第一介質(zhì)層上層表面多余的金屬銅，使所述犧牲層、第一介質(zhì)層以及金屬銅的上層表面處于同一水平面，并在犧牲層頂部的兩相鄰所述第一介質(zhì)層之間形成ー釋放ロ。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明應(yīng)用于銅互連的Air-Gapエ藝中對所述待引線器件上層的犧牲層圖形化，形成頂部大底部小的圖形，使得犧牲層頂部第一介質(zhì)層之間形成了釋放ロ，使得犧牲層去除之后很容易通過第二介質(zhì)層沉積形成空氣間隔，并保證了后續(xù)エ藝中空氣間隔封ロ的完整性；此外，本發(fā)明首先往所述溝槽內(nèi)填充金屬，然后在所述襯底上沉積第二介質(zhì)層并形成空氣間隔，解決了金屬堆積線條空曠區(qū)后不易去除引起的金屬殘留問題。


圖IAlI為本發(fā)明具體實施例一中各エ藝完成后器件剖視圖；圖2A 2I為本發(fā)明具體實施例ニ中各エ藝完成后器件剖視圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細(xì)的說明。需說明的是，本發(fā)明附圖均采用簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。實施例一請參照圖1A 1I，本實施例通過銅鑲嵌的單大馬士革エ藝完成溝槽以及金屬銅的填充エ藝，然后通過釋放犧牲層和沉積介質(zhì)層エ藝形成Air Gap。本實施例可用于金屬前介質(zhì)(PMD, Pre-Metal Dielectric)中Air Gap的實現(xiàn),也可用于單大馬士革エ藝制作金屬層或通孔時頂D或ILD的Air Gap實現(xiàn)。請參照圖1A，首先，提供襯底101，所述襯底101為硅襯底，所述襯底101已完成前道エ藝，襯底101中形成有金屬互連層102、各金屬互連層102之間設(shè)有待引線器件103，用于后續(xù)的金屬互連，本實施例中的待引線器件103為金屬硅化物或前層金屬。請參照圖1B，在所述襯底101上形成一犧牲層104，所述犧牲層104為Si02、Si3N4、非晶娃材料、可揮發(fā)有機(jī)材料或具有光敏感特性的Polymide (聚酰亞胺)材料；其中Si02、Si3N4以及非晶硅材料通過PECVD (等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法)沉積形成，可揮發(fā)有機(jī)材料或光敏感的Polymide (聚酰亞胺)材料通過旋轉(zhuǎn)涂覆法沉積。請參照圖1CT1D，圖形化所述待引線器件103上層的犧牲層104，形成頂部大底部小的圖形107,具體包括首先，請參照圖1C，在所述犧牲層104表面上層涂覆一光刻膠層106 ;然后，利用掩膜板105，對目標(biāo)區(qū)域(與掩膜板105對應(yīng)的犧牲層104區(qū)域)進(jìn)行曝光，形成圖形化的光刻膠層16，較佳的，所述掩膜板105與犧牲層104不直接接觸，犧牲層104的實際曝光區(qū)域大于目標(biāo)區(qū)域，即進(jìn)行過曝光。需要說明的是，確定光刻條件之前，通常要進(jìn)行FEM (Focus Energy Matrix焦距能量矩陣)實驗，使用一系列的焦深和能量條件對器件上的不同位置進(jìn)行曝光，通過測量曝光之后的⑶(臨界尺寸Critical Dimension)或觀察光刻膠的形貌,從而選擇最符合要求 的光刻條件作為光刻基準(zhǔn)エ藝。當(dāng)使用曝光能量超過基準(zhǔn)條件時，將使得光刻之后的CD變小(暴露區(qū)變大)，造成過曝光，使得實際曝光區(qū)域大于目標(biāo)區(qū)域。此外，還可以通過修剪(Trim)エ藝來減小光刻CD，即在刻蝕之前用使用含有氧氣的氣體在等離子體環(huán)境中與光刻膠發(fā)生反應(yīng)，使光刻膠在垂直方向和水平方向均有一定程度的收縮。接著，以所述圖形化的光刻膠層106為掩膜，對所述待引線器件103上層的犧牲層104進(jìn)行蝕刻，形成底部大頂部小的圖形107，具體為請參照圖1D，移除掩膜板105并以圖形化的光刻膠層16為掩膜，刻蝕犧牲層104并形成頂部圖形107’ ；然后，請參照圖1E，繼續(xù)刻蝕犧牲層104直至貫穿所述犧牲層104，形成頂部大底部小的圖形107，本發(fā)明優(yōu)選頂部為凹面底部為直形溝槽的碗ロ型結(jié)構(gòu)的圖形107，即形成最終的圖形107。需要說明的是，由于刻蝕エ藝中不同組分的刻蝕氣體會獲得不同的刻蝕形貌，因此，可以選擇多種不同エ藝對犧牲層104進(jìn)行刻蝕，例如采用將光線聚焦在所述聚酰亞胺材料也就是犧牲層104底部的過曝光エ藝，形成頂部大底部小的倒梯形結(jié)構(gòu)的圖形107 ； 或者在過曝光后，對所述待弓I線器件103上層的犧牲層104進(jìn)行各向同性刻蝕，形成頂部大底部小的凹面結(jié)構(gòu)的圖形107?；蛘咴谶^曝光后，通過形貌傾斜的干法刻蝕エ藝刻蝕所述待引線器件103上層的犧牲層104，從而形成頂部大底部小的倒梯形結(jié)構(gòu)的圖形107，其中，形成的所述圖形的傾斜角為30度 80度。。或者在過曝光后，對所述待引線器件103上層的犧牲層104進(jìn)行各向同性刻蝕，形成頂部大底部小的凹面結(jié)構(gòu)的圖形107 ；或者在過曝光后，對所述待引線器件103上層的犧牲層104進(jìn)行各向同性刻蝕，形成頂部圖形107’ ；采用各向異性刻蝕エ藝刻蝕所述頂部圖形107’，形成頂部為凹面底部為直形的碗ロ型結(jié)構(gòu)的圖形107 ；或者在過曝光后，采用所述形貌傾斜的干法刻蝕エ藝對所述待引線器件103上層的犧牲層104進(jìn)行刻蝕，形成倒梯形的頂部圖形107’，所述頂部圖形的傾斜角為30度 80度；采用各向異性的基準(zhǔn)干法刻蝕エ藝?yán)^續(xù)刻蝕所述頂部圖形107’，形成頂部為倒梯形底部為直形的結(jié)構(gòu)的圖形107 ；
或者在過曝光后，對所述待引線器件103上層的犧牲層104進(jìn)行各向異性基準(zhǔn)エ藝刻蝕，形成頂部圖形107’，所述頂部圖形107’為直形；采用光刻膠的修剪エ藝，使得光刻膠在水平和垂直方向收縮；繼續(xù)采用所述形貌傾斜的干法刻蝕エ藝刻蝕所述頂部圖形107’，形成頂部為倒梯形底部為直形的結(jié)構(gòu)的圖形107。需要說明的是，所述光刻膠的修剪エ藝在干法刻蝕或干法去膠設(shè)備中進(jìn)行，使用含有氧氣的氣體在等離子體環(huán)境中，與光刻膠發(fā)生反應(yīng)，使得光刻膠在高度與寬度方向均有一定的收縮，使得頂部圖形107’増大。接下來，請參照圖1F，在所述圖形107內(nèi)填充第一介質(zhì)層108 ;具體為采用PECVD法或者旋轉(zhuǎn)涂覆法在圖形107內(nèi)沉積第一介質(zhì)層108直至所述第一介質(zhì)層108將圖形107完全填滿；此時，犧牲層104表面覆蓋有多余的第一介質(zhì)層108，可利用化學(xué)機(jī)械研磨去除犧牲層104表面多余第一介質(zhì)層108，使得所述第一介質(zhì)層108與所述犧牲層104表面處于同一水平面。較佳的，所述第一介質(zhì)層108為SiO2 (ニ氧化硅)或低k材料。請參照圖1G 1H，在所述第一介質(zhì)層108內(nèi)形成溝槽并填充金屬銅109，本實施例中采用銅鑲嵌的單大馬士革エ藝，具體過程包括
請參照圖1G，刻蝕所述第一介質(zhì)層108，形成溝槽，所述溝槽用于后續(xù)填充金屬，溝槽需確保后續(xù)填充其中的金屬與待引線器件的接觸，因此，第一介質(zhì)層108的刻蝕停止至顯露出待引線器件103的表面；請參照圖1H，往所述溝槽內(nèi)填充金屬銅109。本實施例中采用電鍍エ藝(ECP)沉積金屬銅109，然后CMP (化學(xué)機(jī)械研磨)去除犧牲層104以及第一介質(zhì)層108上層表面多余的金屬銅109，使得犧牲層104、第一介質(zhì)層108以及金屬銅109的上層表面處于同一水平面，并在犧牲層104頂部的兩第一介質(zhì)層108之間形成有釋放ロ 112 ;較佳的，在填充金屬銅109之前，采用PVD (物理氣相沉積法)エ藝沉積阻擋層和籽晶層，所述阻擋層起隔離、阻擋的作用，以抑制金屬銅109的擴(kuò)散；所述籽晶層采用氮化鉭或鉭晶體，用于控制晶向，確保金屬銅109沿預(yù)定晶向方向生長。接著，請參照圖II，去除犧牲層104，可以采用釋放エ藝，如濕法、氣相腐蝕法、熱分解法或者離子體增強(qiáng)的干法刻蝕方法，本實施例中，采用含HF的溶液或攜帯HF的氣體去除SiO2,或者采用熱H3PO4溶液去除Si3N4。此外，也可以采用干法刻蝕エ藝去除所述犧牲層104.接著，請參照圖1J，在所述襯底101、第一介質(zhì)層108以及金屬銅109表面沉積第ニ介質(zhì)層110，在所述襯底101與第一介質(zhì)層108之間形成空氣間隔111。較佳的，所述第ニ介質(zhì)層Iio采用PECVD法沉積；作為優(yōu)選，所述第二介質(zhì)層110為SiO2 (ニ氧化硅)或低k材料，可以跟第一介質(zhì)層108采用相同材料，也可以采用不同材料。實施例ニ與實施例一不同之處在于，本實施例中通過銅鑲嵌的雙大馬士革エ藝形成溝槽并填充金屬，接著釋放犧牲層并沉積介質(zhì)層形成Air Gap。本實施例可用于雙大馬士革エ藝中的Air Gap實現(xiàn)，下面結(jié)合圖2A 2L對本實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。請參照圖2A，首先，提供襯底201，所述襯底201中形成有金屬互連層202、各金屬互連層202之間設(shè)有待引線器件203，在所述襯底表面形成一犧牲層204 ;圖形化所述待引線器件202上的犧牲層204，形成頂部大底部小的圖形205，本實施中的上述步驟采用與實施例一相同的エ藝條件，在此不予贅述。
請參照圖2B，往所述圖形205內(nèi)填充第一介質(zhì)層206 ;具體為采用PECVD法或者旋轉(zhuǎn)涂覆法在圖形205內(nèi)沉積第一介質(zhì)層206直至所述第一介質(zhì)層206將圖形205完全填滿；此時，犧牲層204表面覆蓋有多余的第一介質(zhì)層206，化學(xué)機(jī)械研磨去除犧牲層204表面多余第一介質(zhì)層206，使得 所述第一介質(zhì)層206與所述犧牲層204表面處于同一水平面。進(jìn)ー步的，所述第一介質(zhì)層206為SiO2 (ニ氧化娃)或低k材料。請參照圖2CT2F，使用大馬士革エ藝在所述第一介質(zhì)層206內(nèi)形成溝槽加通孔207，并填充金屬銅211，本實施例中采用雙大馬士革エ藝，具體包括請參考圖2C，刻蝕所述第一介質(zhì)層206，形成溝槽207 ’，所述溝槽207 ’用于后續(xù)填充金屬，溝槽207’需確保后續(xù)填充的金屬與待引線器件203的接觸，因此，第一介質(zhì)層206的刻蝕停止至顯露出待引線器件203的表面；進(jìn)ー步的，采用光刻刻蝕エ藝刻蝕所述第一介質(zhì)層206 ；請參考圖2D，在所述溝槽207’、第一介質(zhì)層206以及犧牲層204表面形成Barc(抗反射涂層)有機(jī)材料208 ；請參考圖2E，在所述Barc有機(jī)材料208表面涂覆光刻膠209 ；請參照圖2F，通過光刻エ藝曝光出圖形，也就是說，將所述溝槽207’曝光為溝槽加通孔207，去除Barc有機(jī)材料208和光刻膠209 ；請參考圖2G，往所述溝槽加通孔207內(nèi)填充金屬銅211，本實施例中采用電鍍エ藝(ECP)沉積金屬銅210，然后CMP (化學(xué)機(jī)械研磨)去除犧牲層204以及第一介質(zhì)層206上層表面多余的金屬銅210,使得犧牲層204、第一介質(zhì)層206以及金屬銅210的上層表面處于同一水平面，并在所述犧牲層204頂部的兩第一介質(zhì)層206之間形成有釋放ロ 213。較佳的，在填充金屬銅210之前，采用PVD (物理氣相沉積法)エ藝沉積阻擋層和籽晶層，所述阻擋層起隔離，阻擋的作用，以抑制金屬銅210的擴(kuò)散；所述籽晶層采用氮化鉭或鉭晶體，用于控制晶向，確保金屬銅210沿預(yù)定晶向方向生長。請參考圖2礦21，釋放エ藝去除所述犧牲層204，釋放エ藝為濕法、氣相腐蝕法、熱分解法或離子體增強(qiáng)的干法刻蝕方法，本實施例中，采用含HF的溶液或攜帯HF的氣體去除SiO2,或者采用熱H3PO4溶液去除Si3N4 ；接著，在所述襯底201、第一介質(zhì)層206以及金屬銅210表面沉積第二介質(zhì)層211,形成空氣間隔212。較佳的，所述第二介質(zhì)層212采用PECVD法沉積；作為優(yōu)選，所述第二介質(zhì)層212為SiO2 (ニ氧化硅)或低k材料，可以跟第一介質(zhì)層206采用相同材料，也可以采用不同材料。綜上所述，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明應(yīng)用于銅互連的Air-Gapエ藝中對所述待引線器件上層的犧牲層圖形化，形成頂部大底部小的圖形，使得犧牲層頂部第一介質(zhì)層之間形成了釋放ロ，使得犧牲層去除之后很容易通過第二介質(zhì)層沉積形成空氣間隔，并保證了后續(xù)エ藝中空氣間隔封ロ的完整性；此外，本發(fā)明首先往所述溝槽內(nèi)填充金屬，然后在所述襯底上沉積第二介質(zhì)層并形成空氣間隔，解決了金屬堆積線條空曠區(qū)后不易去除引起的金屬殘留問題。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于銅互連的空氣間隔工藝，其特征在于，包括 提供襯底，所述襯底中設(shè)有待引線器件； 在所述襯底表面形成一犧牲層； 圖形化所述待弓I線器件上的犧牲層，形成頂部大底部小的圖形； 在所述圖形內(nèi)填充第一介質(zhì)層； 在所述第一介質(zhì)層內(nèi)形成溝槽或者溝槽加通孔并填充金屬銅； 去除所述犧牲層； 在所述襯底、第一介質(zhì)層以及金屬銅上沉積第二介質(zhì)層以形成空氣間隔。
2.如權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于銅互連的空氣間隔工藝，其特征在于，所述犧牲層為PECVD方法沉積的SiO2或Si3N4材料。
3.如權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于銅互連的空氣間隔工藝，其特征在于，去除所述犧牲層的方法為采用含HF的溶液或攜帶HF的氣體去除所述SiO2,或是采用熱H3PO4溶液去除所述 Si3N4。
4.如權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于銅互連的空氣間隔工藝，其特征在于，所述犧牲層為PECVD方法沉積的非晶硅薄膜材料。
5.如權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于銅互連的空氣間隔工藝，其特征在于，所述犧牲層為旋轉(zhuǎn)涂覆法沉積的可揮發(fā)有機(jī)材料。
6.如權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于銅互連的空氣間隔工藝，其特征在于，所述犧牲層為旋 轉(zhuǎn)涂覆法沉積的聚酰亞胺材料。
7.如權(quán)利要求6所述的應(yīng)用于銅互連的空氣間隔工藝，其特征在于，圖形化所述待引線器件上的犧牲層，形成頂部大底部小的圖形步驟中采用將光線聚焦在所述聚酰亞胺材料底部的過曝光工藝，形成頂部大底部小的倒梯形結(jié)構(gòu)的圖形。
8.如權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于銅互連的空氣間隔工藝，其特征在于，所述圖形化所述待引線器件上的犧牲層，形成頂部大底部小的圖形的步驟包括 在所述犧牲層表面上層涂覆一光刻膠層； 對所述光刻膠層進(jìn)行過曝光處理，形成圖形化的光刻膠層； 以所述圖形化的光刻膠層為掩膜，對所述待引線器件上層的犧牲層進(jìn)行蝕刻，形成頂部大底部小的圖形。
9.如權(quán)利要求8所述的應(yīng)用于銅互連的空氣間隔工藝，其特征在于，對所述待引線器件上層的犧牲層進(jìn)行蝕刻，形成頂部大底部小的圖形步驟，具體為對所述待引線器件上層的犧牲層進(jìn)行各向同性刻蝕，形成頂部大底部小的凹面結(jié)構(gòu)的圖形。
10.如權(quán)利要求8所述的應(yīng)用于銅互連的空氣間隔工藝，其特征在于，對所述待引線器件上層的犧牲層進(jìn)行蝕刻，形成頂部大底部小的圖形步驟，具體為通過形貌傾斜的干法刻蝕工藝刻蝕所述待引線器件上層的犧牲層，從而形成頂部大底部小的倒梯形結(jié)構(gòu)的圖形。
11.如權(quán)利要求10所述的應(yīng)用于銅互連的空氣間隔工藝，其特征在于，所述形貌傾斜的干法刻蝕工藝刻蝕所述待引線器件上層的犧牲層，形成的所述圖形的傾斜角為30度10度。
12.如權(quán)利要求8所述的應(yīng)用于銅互連的空氣間隔工藝，其特征在于，對所述待引線器件上層的犧牲層進(jìn)行蝕刻，形成頂部大底部小的圖形步驟，具體為對所述待引線器件上層的犧牲層進(jìn)行各向同性刻蝕，形成頂部圖形； 采用各向異性刻蝕工藝?yán)^續(xù)刻蝕所述頂部圖形至所述犧牲層底部，形成頂部為凹面底部為直形的碗口型結(jié)構(gòu)的圖形。
13.如權(quán)利要求8所述的應(yīng)用于銅互連的空氣間隔工藝，其特征在于，對所述待引線器件上層的犧牲層進(jìn)行蝕刻，形成頂部大底部小的圖形步驟，具體為 采用形貌傾斜的干法刻蝕工藝對所述待引線器件上層的犧牲層進(jìn)行刻蝕，形成倒梯形的頂部圖形，所述頂部圖形的傾斜角為30度 80度； 采用各向異性的基準(zhǔn)干法刻蝕工藝?yán)^續(xù)刻蝕所述頂部圖形至所述犧牲層底部，形成頂部為倒梯形底部為直形的結(jié)構(gòu)的圖形。
14.如權(quán)利要求8所述的應(yīng)用于銅互連的空氣間隔工藝，其特征在于，對所述待引線器件上層的犧牲層進(jìn)行蝕刻，形成頂部大底部小的圖形步驟，具體為 對所述待引線器件上層的犧牲層進(jìn)行各向異性基準(zhǔn)工藝刻蝕，形成頂部圖形，所述頂部圖形為直形； 采用光刻膠的修剪工藝，使得所述光刻膠在垂直和水平方向收縮； 采用形貌傾斜的干法刻蝕工藝?yán)^續(xù)刻蝕所述頂部圖形至所述犧牲層底部，形成頂部為倒梯形底部為直形的結(jié)構(gòu)的圖形。
15.如權(quán)利要求14所述的應(yīng)用于銅互連的空氣間隔工藝，其特征在于，所述光刻膠的修剪工藝在干法刻蝕或干法去膠設(shè)備中進(jìn)行。
16.如權(quán)利要求14所述的應(yīng)用于銅互連的空氣間隔工藝，其特征在于，所述光刻膠的修剪工藝的具體步驟為，使用含有氧氣的氣體在等離子體環(huán)境中與所述光刻膠發(fā)生反應(yīng)，使得所述光刻膠在垂直和水平方向收縮。
17.如權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于銅互連的空氣間隔工藝，其特征在于，在所述第一介質(zhì)層內(nèi)形成溝槽或溝槽加通孔并填充金屬銅步驟，具體為采用銅鑲嵌的單大馬士革工藝在所述第一介質(zhì)層內(nèi)形成溝槽并填充金屬銅；或采用銅鑲嵌的雙大馬士革工藝在所述第一介質(zhì)層內(nèi)形成溝槽加通孔并填充金屬銅。
18.如權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于銅互連的空氣間隔工藝，其特征在于，去除所述犧牲層的方法為濕法腐蝕法。
19.如權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于銅互連的空氣間隔工藝，其特征在于，去除所述犧牲層的方法為熱分解方法。
20.如權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于銅互連的空氣間隔工藝，其特征在于，去除所述犧牲層的方法為氣相腐蝕方法。
21.如權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于銅互連的空氣間隔工藝，其特征在于，去除所述犧牲層的方法為離子體增強(qiáng)的干法刻蝕方法。
22.如權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于銅互連的空氣間隔工藝，其特征在于，所述第一介質(zhì)層為SiO2或低k材料。
23.如權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于銅互連的空氣間隔工藝，其特征在于，所述第二介質(zhì)層為SiO2或低k材料。
24.如權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于銅互連的空氣間隔工藝，其特征在于，填充金屬銅步驟之后，還包括采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝法去除所述犧牲層以及所述第一介質(zhì)層上層表面多余的金屬銅，使所述犧牲層、第一介質(zhì)層以及金屬銅的上層表面處于同一水平面，并在犧牲層頂部的兩相鄰所述第一介質(zhì)層之間形成一釋放 口。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于銅互連的Air-Gap工藝，包括通過對犧牲層圖形化，形成頂部大底部小的圖形，并在圖形內(nèi)填充第一介質(zhì)層；在第一介質(zhì)層內(nèi)形成溝槽或溝槽加通孔結(jié)構(gòu)并填充金屬銅和平坦化工藝；去除所述犧牲層；在襯底、第一介質(zhì)層以及金屬銅上沉積第二介質(zhì)層，形成空氣間隔。由于形成的頂部大底部小的圖形，使得犧牲層頂部第一介質(zhì)層之間形成了釋放口，從而使得犧牲層去除之后很容易通過第二介質(zhì)層沉積形成空氣間隔，并保證了后續(xù)工藝中空氣間隔封口的完整性；此外，本發(fā)明首先往溝槽內(nèi)填充金屬，然后在襯底上沉積第二介質(zhì)層并形成空氣間隔，解決了金屬堆積在線條空曠區(qū)后不易去除引起的金屬殘留問題。
文檔編號H01L21/768GK102683274SQ201210183189
公開日2012年9月19日 申請日期2012年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月5日
發(fā)明者康曉旭, 袁超 申請人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司