本發(fā)明涉及半導(dǎo)體加工制造領(lǐng)域，尤其涉及一種形成空氣隙/銅互連的工藝方法。

背景技術(shù)：

晶體管隨著摩爾定律不斷發(fā)展，特征線寬越來越小，集成密度越來越高，性能越來越強大。對于互補金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，簡稱CMOS)晶體管而言，速度是表征其性能的重要指標。

本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚，CMOS的速度與CMOS的延遲相關(guān)，CMOS的延遲可以細分為前道器件的延遲和后道互連線的延遲；并且，隨著半導(dǎo)體工藝尺寸減少，后道互連線的CMOS延遲的影響變得越來越大，在先進工藝中已經(jīng)成為最主要的延遲。后道互連線的延遲主要是由互連導(dǎo)線的電阻R和互連導(dǎo)線間電容C(即RC)決定的。

為了降低后道互連線RC延遲，集成電路制造商一直在想辦法降低互連導(dǎo)線電阻和互連導(dǎo)線間電容，如采用電阻率更低的銅導(dǎo)線代替鋁導(dǎo)線，采用介電常數(shù)更低的low-k介質(zhì)代替二氧化硅介質(zhì)。

對于后者，已經(jīng)經(jīng)過了數(shù)個技術(shù)代的技術(shù)更新，互連導(dǎo)線間介質(zhì)從SiO₂→F doped SiO₂(FSG)→BD I→BD II→BD III的改進過程中，互連導(dǎo)線間介質(zhì)的介電常數(shù)在持續(xù)降低，以此滿足減小后道互連線RC的需求。

眾所周知，真空的相對介電常數(shù)為1，空氣的相對介電常數(shù)也約為1，其為最常見的最小相對介電常數(shù)的介質(zhì)。因此，采用空氣部分代替互連線之間的傳統(tǒng)介質(zhì)也隨之被提出，這就是空氣隙/銅互連結(jié)構(gòu)技術(shù)。

空氣隙的形成方法大致可以分成以下兩大類：

第一類，先采用傳統(tǒng)的工藝形成正常的介質(zhì)/銅互連結(jié)構(gòu)，然后通過刻蝕工藝去除銅互連線之間的介質(zhì)，最后通過化學(xué)氣相淀積工藝形成空氣隙；

第二類，采用犧牲層，如thermal degradable polymer，在完成銅互連結(jié)構(gòu)后去除犧牲層，形成空氣隙。

目前對于大多數(shù)集成電路生產(chǎn)企業(yè)而言，第一類方法的工藝兼容性更高，因此更容易被接受。下面通過附圖1-3，簡述一下現(xiàn)有技術(shù)中采用第一類方法制備空氣隙/銅互連結(jié)構(gòu)的工藝方法。

步驟S01：先在半導(dǎo)體襯底101上形成傳統(tǒng)的第一介質(zhì)102/銅104互連結(jié)構(gòu)，該部分工藝與現(xiàn)有CMOS工藝完全一樣，沒有額外的工藝成本和風(fēng)險(如圖1所示)，在此不再贅述；

步驟S02：除去銅互連導(dǎo)線之間的第一介質(zhì)，如采用介質(zhì)刻蝕工藝去除部分第一介質(zhì)得到如圖2所示結(jié)構(gòu)；然而，在刻蝕過程中會使得銅104的表面被氧化，得到一定厚度的銅氧化物105；

步驟S03：采用后道清洗藥液去除殘留的光刻膠并清洗硅片；在清洗的過程中，由于銅氧化物105很容易被后道清洗藥液腐蝕，且后道清洗藥液不腐蝕阻擋層103，因此，最后留下阻擋層“耳朵”103’，如圖3所示。

由于阻擋層“耳朵”103’的存在，該結(jié)構(gòu)在后續(xù)工藝及器件性能上帶來一系列負面影響，例如，在采用化學(xué)氣相淀積設(shè)備沉積介質(zhì)時，會出現(xiàn)：

①、該阻擋層“耳朵”103’周圍的臺階覆蓋性能變差；

②、該阻擋層“耳朵”103’的機械強度差而導(dǎo)致坍塌；

③、該阻擋層“耳朵”103’尖端電場強度發(fā)生改變等，直接導(dǎo)致CMOS晶體管性能惡化等。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種形成空氣隙/銅互連的工藝方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)因為存在阻擋層“耳朵”而導(dǎo)致的晶體管性能惡化的問題，其避免了阻擋層“耳朵”的產(chǎn)生，不僅有利于化學(xué)氣相淀積工藝淀積介質(zhì)并形成空氣隙，且提高了晶體管性能。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種形成空氣隙/銅互連的工藝方法，其特征在于，包括：

步驟S1：提供一半導(dǎo)體襯底，先在半導(dǎo)體襯底上完成CMOS器件前道工藝，接著在所述半導(dǎo)體襯底上形成常規(guī)的第一介質(zhì)/銅互連結(jié)構(gòu)；

步驟S2：采用刻蝕設(shè)備刻蝕所述銅互連線中間的第一介質(zhì)；其中，在刻蝕第一介質(zhì)過程中采用氟基氣體和氧基氣體進行刻蝕，所述銅互連線暴露在刻蝕氣體氛圍中，所述銅互連線銅表面會產(chǎn)生具有一定厚度的銅氧化物副產(chǎn)品；

步驟S3：還原所述銅互連線表面的銅氧化物副產(chǎn)品，即使所述銅互連線表面的銅氧化物副產(chǎn)品重新轉(zhuǎn)化為金屬銅；

步驟S4：采用濕法藥液去除殘留光刻膠并清洗；

步驟S5：淀積第二介質(zhì)，形成所述空氣隙/銅互連結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述步驟S1具體包括：

步驟S11：在半導(dǎo)體襯底上淀積第一介質(zhì)層；

步驟S12：采用光刻刻蝕工藝在所述第一介質(zhì)層中形成大馬士革槽或者雙大馬士革孔槽；

步驟S13：分別淀積阻擋層材料和銅互連材料；

步驟S14：經(jīng)過研磨工藝形成阻擋層和銅互連層，即在所述半導(dǎo)體襯底上形成常規(guī)的第一介質(zhì)/銅互連結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，其特征在于，所述常規(guī)第一介質(zhì)/銅互連結(jié)構(gòu)中的第一介質(zhì)材料為氧化硅、氟摻雜的氧化硅、碳摻雜的氧化硅、氮化硅、氮摻雜的碳化硅中的一種或者多種。

優(yōu)選地，所述介質(zhì)用氮摻雜的碳化硅/碳摻雜的氧化硅/氧化硅多層疊層結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，在步驟S2中，采用CF₄/O₂混合氣體刻蝕所述第一介質(zhì)層。

優(yōu)選地，在步驟S3中，所述還原銅導(dǎo)線表面的銅氧化物副產(chǎn)品所采用的還原性物質(zhì)為氫氣和/或氨氣氣體或者氫氣和/或氨氣的等離子體。

優(yōu)選地，在步驟S4中，所述去除殘留光刻膠的后道濕法藥液對殘留光刻膠和銅氧化物副產(chǎn)品的腐蝕速率大于對金屬銅的腐蝕速率。

優(yōu)選地，在步驟S5中，采用化學(xué)氣相淀積方法或采用等離子體增強化學(xué)氣相淀積設(shè)備沉積所述第二介質(zhì)層。

優(yōu)選地，所述第二介質(zhì)層為氧化硅、氟摻雜的氧化硅、碳摻雜的氧化硅、氮化硅、氮摻雜的碳化硅中的一種或者多種。

優(yōu)選地，所述步驟S5中所述第二介質(zhì)層為依次沉積的摻氮碳化硅和摻碳氧化硅，所形成的空氣隙位于銅互連線之間。

從上述技術(shù)方案可以看出，在本發(fā)明提供的一種形成空氣隙/銅互連工藝方法中，其通過采用還原性物質(zhì)將銅表面的銅氧化物副產(chǎn)品重新轉(zhuǎn)化為金屬銅，然后，再采用后道濕法藥液去除殘留光刻膠并清洗，有效避免了現(xiàn)有技術(shù)中由于后道濕法藥液腐蝕銅氧化物副產(chǎn)品而形成的阻擋層“耳朵”結(jié)構(gòu)，有利于后續(xù)介質(zhì)的淀積和空氣隙的形成，從而提高了晶體管的性能。

附圖說明

圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中在半導(dǎo)體襯底上形成傳統(tǒng)的第一介質(zhì)/銅互連結(jié)構(gòu)的典型示意圖

圖2所示為現(xiàn)有技術(shù)中完成第一介質(zhì)/銅互連結(jié)構(gòu)除去銅互連導(dǎo)線之間第一介質(zhì)后的結(jié)構(gòu)示意圖

圖3所示為現(xiàn)有技術(shù)中完成后道清洗步驟后留下阻擋層“耳朵”的結(jié)構(gòu)示意圖

圖4為本發(fā)明所提出的一種形成空氣隙/銅互連的工藝方法流程示意圖

圖5為本發(fā)明形成空氣隙/銅互連的工藝方法一實施例中完成步驟S1后所形成的剖面示意圖

圖6為本發(fā)明形成空氣隙/銅互連的工藝方法一實施例中完成步驟S2后所形成的剖面示意圖

圖7為本發(fā)明形成空氣隙/銅互連的工藝方法一實施例中完成步驟S3后所形成的剖面示意圖

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細的說明。應(yīng)理解的是本發(fā)明能夠在不同的示例上具有各種的變化，其皆不脫離本發(fā)明的范圍，且其中的說明及圖示在本質(zhì)上當做說明之用，而非用以限制本發(fā)明。

現(xiàn)結(jié)合附圖4-7，通過具體實施例對本發(fā)明的一種空氣隙/銅互連工藝作進一步詳細說明。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。

請參閱圖4，如圖所示為本發(fā)明的一種空氣隙/銅互連工藝的一個較佳實施例的流程示意圖。在本實施例中，一種空氣隙/銅互連工藝包括如下步驟：

步驟S01：提供一半導(dǎo)體襯底，先在半導(dǎo)體襯底上完成CMOS器件前道工藝，接著在所述半導(dǎo)體襯底上形成常規(guī)的第一介質(zhì)/銅互連結(jié)構(gòu)。具體的，請參閱圖5，圖5為本發(fā)明形成空氣隙/銅互連的工藝方法一實施例中完成步驟S1后所形成的剖面示意圖。

如圖所示，本步驟先在襯底硅片301上完成CMOS器件前道工藝，接著繼續(xù)形成后道互連線，形成常規(guī)的介質(zhì)302/銅互連304結(jié)構(gòu)，其中，標號303為阻擋層。

下面通過一12英寸的晶圓硅片作為一可選的實施方式，對采用公知的CMOS工藝，在硅片上形成常規(guī)的前道CMOS器件結(jié)構(gòu)，接著采用銅互連工藝形成互連線的具體步驟進行說明。

具體而言，在該實施例中，步驟S1可以包括如下步驟：

步驟S11：在半導(dǎo)體襯底301上淀積第一介質(zhì)層302；

步驟S12：采用光刻刻蝕工藝在第一介質(zhì)層302中形成大馬士革槽或者雙大馬士革孔槽；

步驟S13：分別淀積阻擋層材料和銅互連材料；

步驟S14：經(jīng)過研磨工藝形成阻擋層303和銅互連層304，即在半導(dǎo)體襯底上形成常規(guī)的第一介質(zhì)/銅互連結(jié)構(gòu)。

較佳地，所淀積的常規(guī)第一介質(zhì)302可以為氧化硅、氟摻雜的氧化硅、碳摻雜的氧化硅、氮化硅、氮摻雜的碳化硅中的一種或者多種，在本發(fā)明的實施例中，第一介質(zhì)302采用氮摻雜的碳化硅/碳摻雜的氧化硅/氧化硅多層疊層結(jié)構(gòu)。

步驟S2：采用刻蝕設(shè)備刻蝕銅互連線中間的第一介質(zhì)；其中，在刻蝕第一介質(zhì)過程中采用氟基氣體和氧基氣體進行刻蝕，銅互連線暴露在刻蝕氣體氛圍中，銅互連線銅表面會產(chǎn)生具有一定厚度的銅氧化物副產(chǎn)品。請參閱圖6，圖6為本發(fā)明形成空氣隙/銅互連的工藝方法一實施例中完成步驟S2后所形成的剖面示意圖。

在本實施例中，可以采用光刻、刻蝕工藝去除銅互連線304之間的介質(zhì)。例如，采用CF₄/O₂混合氣體刻蝕第一介質(zhì)層302，由于刻蝕氣體中含氧，因此，暴露的銅互連表面會形成銅的氧化物層305。

步驟S3：還原銅互連線表面的銅氧化物副產(chǎn)品，即使銅互連線表面的銅氧化物副產(chǎn)品重新轉(zhuǎn)化為金屬銅。具體的，請參閱圖7，圖7為本發(fā)明形成空氣隙/銅互連的工藝方法一實施例中完成步驟S3后所形成的剖面示意圖。

在本實施例中，可以采用還原性物質(zhì)將銅表面的銅的氧化物305重新轉(zhuǎn)化為金屬銅306，這些還原性物質(zhì)可以為氫氣、氨氣氣體或者氫氣、氨氣的等離子體。例如，在刻蝕腔體中，可以采用氫等離子還原銅的氧化物305，將其重新轉(zhuǎn)化為金屬銅。

步驟S4：采用濕法藥液去除殘留光刻膠并清洗。

具體的，采用后道濕法藥液將刻蝕殘留的光刻膠去除并將硅片表面清洗干凈，且后道濕法藥液對殘留的光刻膠的腐蝕速率遠遠大于對金屬銅的腐蝕速率，因此不會再形成阻擋層“耳朵”。

步驟S5：淀積第二介質(zhì)材料，形成所述空氣隙/銅互連結(jié)構(gòu)。

具體的，可以采用化學(xué)氣相淀積方法沉積第二介質(zhì)層，形成空氣隙/銅互連結(jié)構(gòu)。第二介質(zhì)層可以為氧化硅、氟摻雜的氧化硅、碳摻雜的氧化硅、氮化硅、氮摻雜的碳化硅中的一種或者多種，所形成的空氣隙位于銅互連線之間。本實施例中，可以采用等離子體增強化學(xué)氣相淀積設(shè)備依此沉積摻氮的碳化硅和摻碳的氧化硅，由于銅互連304之間的槽的深寬比較高，因此，在沉積第二介質(zhì)材料時會自動在金屬銅互連之間形成空氣隙，形成空氣隙/銅互連結(jié)構(gòu)。

綜上所述，在本發(fā)明提供的一種空氣隙/銅互連工藝中，通過采用還原性物質(zhì)將刻蝕過程中所形成的銅的氧化物還原為銅金屬，大大降低后道濕法藥液的腐蝕速率，避免形成阻擋層“耳朵”結(jié)構(gòu)，沒有額外增加掩模版，降低了工藝風(fēng)險，且能有效提高晶體管器件性能。

以上的僅為本發(fā)明的實施例，實施例并非用以限制本發(fā)明的專利保護范圍，因此凡是運用本發(fā)明的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。