專利名稱：互連結構的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種互連結構的制造方法。
背景技術：
現(xiàn)今集成電路設計和制造領域所遇到的一個挑戰(zhàn)是如何降低信號傳輸RC延遲(Resistive Capacitive delay),對此,現(xiàn)在技術已經(jīng)采用的一種方法是將招金屬層替換為銅金屬層，降低金屬層串聯(lián)電阻；還有一種方法是降低金屬層之間的寄生電容，這可以通過在金屬層之間的介質層中構造多孔的(Porous)低介電常數(shù)(Low k)材料或者空氣隙(Air Gap)來實現(xiàn)。另外，在集成電路工作時，由于電路中電流的流動，而金屬導線(即金屬層)具有一定的阻抗，因此電路中不可避免地會產(chǎn)生一些熱量。當集成電路特征尺寸進入深亞微米級以后，此問題變得尤為突出。由于芯片上器件密度持續(xù)增加，所以對于芯片結構能夠有效散熱的要求越來越高?，F(xiàn)有技術公開了一種制作自對準納米柱形空氣隙的方法以及由此制作的結構，如圖1所示。其中，介質層102將銅層104在水平方向上隔離開，所述介質層102中具有豎直方向延伸的納米級空氣隙106，上述結構共同構成半導體器件互連結構基體。在半導體器件互連結構基體上形成電遷移阻擋層或者擴散阻擋層108，覆蓋所述半導體器件互連結構基體。所述介質層102、銅層104和電遷移阻擋層或者擴散阻擋層108形成一層完整的金屬互連層。上述介質層102為該金屬互連層的層間介質，銅層104為該金屬互連層中的金屬導線，電遷移阻擋層或者擴散阻擋層108為該金屬互連層的蓋層。在申請?zhí)枮?00510004583.6的中國專利申請中，還可以發(fā)現(xiàn)更多與上述技術方
案相關的信息。現(xiàn)有技術互連結構的制造方法中，在形成介質層102、在介質層102中形成的銅層104步驟之后，還包括去除位于銅層104之間的介質層102，從而在介質層102原占據(jù)的位置處形成開口 ；之后，向所述開口中沉積介質材料，對所述開口進行封口，以形成空氣隙。然而，所述開口的頂部開口尺寸容易過大，這使介質材料容易沉積到開口的底部和側壁，并形成一定厚度的介質層，所述具有一定厚度的介質層所圍成的空氣隙較小，進而不利于降低RC延遲。

發(fā)明內容
本發(fā)明解決的技術問題是提供一種互連結構的制造方法，增大互連結構中空氣隙的尺寸，以提高包括所述互連結構的半導體器件的電學特性。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種互連結構的制造方法，包括:提供襯底，在所述襯底上形成低k介質層；在所述低k介質層中形成多個沿水平方向間隔排列的金屬層；去除部分低k介質層，形成由所述金屬層圍成的開口 ；
通過高深寬比工藝向所述開口中填充介質材料，形成遮擋層，所述遮擋層內部包含豎直方向的孔洞；平坦化所述遮擋層以及位于遮擋層內部的金屬層，至暴露出金屬層和孔洞；對所述遮擋層進行濕法清洗，至所述孔洞底部暴露出低k介質層；去除位于所述遮擋層下的低k介質層；向所述孔洞中填充介質材料，封閉孔洞，形成空氣隙。可選的，所述提供襯底，在所述襯底上形成低k介質層的步驟包括:在襯底上形成低k介質層之前，在襯底上形成金屬阻擋層?？蛇x的，所述在所述低k介質層中形成多個沿水平方向間隔排列的金屬層的步驟包括:在所述低k介質層上形成硬掩模層；在所述硬掩模層上形成抗反射層；在抗反射層上形成光刻膠層；圖形化所述光刻膠層，形成光刻膠圖形；以所述光刻膠圖形為掩模圖形化所述硬掩模層，形成硬掩模圖形；以所述硬掩模圖形為掩模圖形化所述低k介質層和金屬阻擋層，形成沿水平方向間隔排列的凹槽；去除所述光刻膠圖形和所述抗反射層圖形；向所述凹槽中填充金屬材料，以形成金屬層?？蛇x的，在向所述凹槽中填充金屬材料的步驟之后，還包括:通過化學機械研磨工藝去除多余的金屬材料，使金屬層和低k介質層的表面齊平。 可選的，所述金屬層的材料為銅。可選的，所述金屬阻擋層的材料為氮化硅?？蛇x的，向所述孔洞中填充的介質材料與所述金屬阻擋層材料相同?？蛇x的，所述低k介質層材料為氮化硼?？蛇x的，通過氯氣或氫氣等離子體去除所述部分低k介質層和位于所述阻擋層下的低k介質層。可選的，所述遮擋層的材質為氧化硅，形成所述氧化硅的反應物為TEOS和03?？蛇x的，通過CMP工藝平坦化所述遮擋層以及位于遮擋層內部的金屬層?？蛇x的，通過氫氟酸溶液對所述孔洞進行濕法清洗。可選的，所述氫氟酸溶液中水和氫氟酸的體積比在300: I 1000: I范圍內。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:本發(fā)明互連結構的制造方法在形成空氣隙前，先通過在各金屬層兩側沉積遮擋層來減小由金屬層圍成開口的尺寸，再去除位于遮擋層下的低k介質層，通過介質材料封閉開口，形成空氣隙。在金屬兩側沉積遮擋層后，由于兩側沉積有遮擋層的金屬層圍成開口尺寸變小，在向開口中填充介質材料時，介質材料較難進入開口內部，同時比較容易在開口頂部沉積而對開口進行封口，從而可以形成較大尺寸的空氣隙。


圖1是現(xiàn)有技術互連結構一實施例的示意圖；圖2是本發(fā)明互連結構的制造方法一實施方式的流程示意圖；圖3至圖10是本發(fā)明互連結構的制造方法一實施例形成的互連結構的剖面示意圖。
具體實施例方式在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。其次，本發(fā)明利用示意圖進行詳細描述，在詳述本發(fā)明實施例時，為便于說明，所述示意圖只是實例，其在此不應限制本發(fā)明保護的范圍。為了解決現(xiàn)有技術的問題，本發(fā)明提供一種互連結構的制造方法，包括:提供襯底，在所述襯底上形成低k介質層；在所述低k介質層中形成多個沿水平方向間隔排列的金屬層；去除部分低k介質層，形成由所述金屬層圍成的開口 ；通過高深寬比工藝向所述開口中填充介質材料，形成遮擋層，所述遮擋層內部包含豎直方向的孔洞；平坦化所述遮擋層以及位于遮擋層內部的金屬層，至暴露出金屬層和孔洞；對所述遮擋層進行濕法清洗，至所述孔洞底部暴露出低k介質層；去除位于所述遮擋層下的低k介質層；向所述孔洞中填充介質材料，封閉孔洞，形成空氣隙。本發(fā)明中互連結構的制造方法通過在各金屬層兩側沉積遮擋層使得由金屬層圍成的開口尺寸變小，因此，在向所述開口中填充介質材料時，介質材料較難進入開口內部，同時比較容易在開口頂部沉積而對開口進行封口，從而可以形成較大尺寸的空氣隙。參考圖2，示出了本發(fā)明互連結構制造方法一實施方式的流程示意圖，所述制造方法大致包括以下步驟:步驟SI，提供襯底，在所述襯底上依次形成金屬阻擋層、低k介質層；步驟S2，圖形化所述低k介質層和金屬阻擋層，在所述低k介質層和金屬阻擋層中形成沿水平方向間隔排列的凹槽，向所述凹槽中填充金屬材料，形成金屬層；步驟S3，去除部分低k介質層，形成由所述金屬層圍成的開口 ； 步驟S4，通過高深寬比工藝向所述開口中填充介質材料，形成遮擋層，所述遮擋層內部包含豎直方向的孔洞；步驟S5，平坦化所述遮擋層以及位于遮擋層內部的金屬層，至暴露出金屬層和孔洞；步驟S6，對所述遮擋層進行濕法清洗，至所述孔洞底部暴露出低k介質層；步驟S7，去除位于所述遮擋層下的低k介質層；步驟S8，向所述孔洞中填充介質材料，封閉孔洞，形成空氣隙。下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術方案做進一步說明。參考圖3至圖10，示出了本發(fā)明互連結構的制造方法一實施例形成的互連結構的剖面示意圖。如圖3所述，執(zhí)行步驟SI，提供襯底(圖未示)，所述襯底的材料可以為單晶硅或單晶硅鍺，或者單晶摻碳硅；或者還可以包括其它的材料，本發(fā)明對此不做限制。此外，所述襯底中形成有器件結構(圖未示)，所述器件結構可以為半導體前段工藝中形成的器件結構，例如MOS晶體管等。在襯底上依次形成金屬阻擋層200、低k介質層201，所述金屬阻擋層200用于防止金屬擴散，具體地，后續(xù)在低k介質層201中形成的金屬層的材料為銅，所述金屬阻擋層200的材料為銅阻擋層，例如氮化硅等。
所述低k介質層201在后續(xù)金屬層形成之后去除，用于使金屬層之間相互絕緣。所述低k介質層201的材料為氮化硼(BN)。接著，執(zhí)行步驟S2，圖形化所述低k介質201和金屬阻擋層200，在所述低k介質層201和金屬阻擋層200中形成沿水平方向間隔排列的凹槽。繼續(xù)參考圖3，為了圖形化所述低k介質層201和金屬阻擋層200，本實施例中，在所述低k介質層201上還形成了光刻膠圖形205，以所述光刻膠圖形205為掩模圖形化所述低k介質層201和金屬阻擋層200，以形成沿水平方向間隔排列的凹槽。較佳地，在所述低k介質層201上形成光刻膠圖形205之前，還在所述低k介質層201上依次形成硬掩模層202、隔離層203和抗反射層204，其中，所述硬掩模層202的作用是形成硬掩模圖形，為了使在低k介質層201和金屬阻擋層200中所形成的凹槽具有較好的圖形，先通過光刻工藝圖形化所述光刻膠層，形成光刻膠圖形205，之后將光刻膠圖形205轉移到硬掩模層202上形成硬掩模圖形，之后再以硬掩模圖形為掩模圖形化所述低k介質層201，形成所述凹槽。具體地，所述硬掩模層202的材料可以是以TEOS(正硅酸乙酯)和O3為反應物制
得的二氧化硅。所述隔離層203的材料可以是低溫氧化硅材料(LTO)，低溫氧化硅材料具有薄膜致密，隔離性能優(yōu)良的優(yōu)點，因此所述隔離層203還能夠有效避免在以前工藝中形成的存在于硬掩模層202和低k介質層201中的缺陷擴散到后續(xù)形成的光刻膠圖形205中，提高形成光刻膠圖形205的形貌。所述抗反射層204用于在光刻工藝中形成形貌更好的光刻膠圖形205，所述抗反射層204通常為有機物，一般通過涂覆的方式形成所述抗反射層204。本實施例中，通過干法刻蝕將光刻膠圖形205轉移到硬掩模層202上形成硬掩模圖形，之后再通過干法刻蝕將硬掩模圖形的圖案轉移到低k介質層201和金屬阻擋層200中，形成間隔排列的凹槽。形成凹槽以后，通過灰化工藝去除所述光刻膠圖形205、抗反射層204 ;通過等離子體刻蝕工藝去除所述隔離層203。參考圖4，繼續(xù)執(zhí)行步驟S2，向所述凹槽中填充金屬材料，形成金屬層206。具體地，通過物理氣相沉積方法(Physical Vapor Deposition, PVD)的方法在所述凹槽中填充金屬，形成間隔排列的金屬層206。所述金屬層206用作互連線，實現(xiàn)電連接。較佳地，在向所述凹槽中填充金屬材料以后，還包括通過化學機械研磨(CMP，Chemical Mechanical Polishing)工藝去除多余的金屬材料,使所述金屬層206和低k介質層201的表面齊平。參考圖5，執(zhí)行步驟S3，去除部分低k介質層201，形成由所述金屬層206圍成的開□。本實施例中，所述部分低k介質層201通過干法刻蝕去除，具體的，通過氯氣(Cl2)等離子體或氫氣(H2)等離子體對所述低k介質層201進行刻蝕，去除部分低k介質層201。較佳的，去除的所述部分低k介質層201的厚度為未進行刻蝕前所述低k介質層201厚度的1/2。參考圖6,執(zhí)行步驟S4,通過高深寬比工藝(HARP,high aspect ratio process)向所述開口中填充介質材料，形成遮擋層207，所述遮擋層207內部包含豎直方向的孔洞208。本實施例中，所述遮擋層207的材質為氧化硅，所述氧化硅為以TEOS(正硅酸乙酯)和03(臭氧)為反應物、通過次常壓化學氣相沉積(SACVD, Sub-Atmospheric ChemicalVapor)的方法形成。在通過HARP工藝沉積所述遮擋層207時，由所述金屬層206圍成的開口具有大的深寬比，因此位于由金屬層206圍成開口中的遮擋層207內部會產(chǎn)生孔洞208。參考圖7，執(zhí)行步驟S5，平坦化所述遮擋層207以及位于遮擋層207內部的金屬層206，至暴露出金屬層206和孔洞208。本實施例中，通過化學機械研磨(CMP, Chemical Mechanical Polishing)工藝平坦化所述遮擋層207以及位于遮擋層內部的金屬層206，其作為本領域技術人員的公知技術，在此不作詳述。參考圖8，執(zhí)行步驟S6，對所述遮擋層207進行濕法清洗，至所述孔洞208底部暴露出低k介質層201。本實施例中，通過氫氟酸溶液對所述遮擋層207進行濕法清洗，所述氫氟酸溶液中水和氫氟酸的體積比在300: I 1000: I范圍內。參考圖9，執(zhí)行步驟S7，去除位于所述遮擋層207下的低k介質層201。在具體實施例中，通過干法刻蝕去除位于所述遮擋層207下的低k介質層201。具體的，當所述低k介質層201的材質為氮化硼時，通過氯氣等離子體或氫氣等離子體對所述低k介質層201進行刻蝕，去除位于所述遮擋層207下的低k介質層201。由于氯氣等離子體或氫氣等離子體對氮化硼低k介質層201的刻蝕速率大于對遮擋層207的刻蝕速率，在通過氯氣等離子體或氫氣等離子體去除位于所述遮擋層207下的低k介質層201時，位于金屬層206兩側的遮擋層207不會被去除，兩側形成有遮擋層207的金屬層206圍成的開口尺寸較小，利于后續(xù)工藝中對開口進行封口，從而形成較大尺寸的空氣隙。最后，參考圖10，執(zhí)行步驟S8，向所述孔洞208中填充介質材料210，封閉孔洞208，形成空氣隙211?？諝庀?11中空氣的介電常數(shù)小于介質材料210的介電常數(shù)，而空氣隙211的尺寸越大，可以降低介質層的等效介電常數(shù)，從而降低金屬層206之間的寄生電容，進而降低RC延遲，以提高包括所述互連結構的半導體器件的電學特性。具體地，本實施例中所述介質材料210與金屬阻擋層200的材料相同，例如，均為氮化硅，可以通過化學氣相沉積方法向所述孔洞208中填充介質材料210，但是本發(fā)明對此不做限制。綜上，本發(fā)明提供的互連結構的制造方法在形成空氣隙前，先通過在各金屬層兩側沉積遮擋層來減小由金屬層圍成開口的尺寸，利用后續(xù)工藝對開口進行封口，形成較大空氣隙，有效降低RC延遲，提高了包括所述互連結構的半導體器件的電學特性。本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發(fā)明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍。
權利要求
1.一種互連結構的制造方法，其特征在于，包括: 提供襯底，在所述襯底上形成低k介質層； 在所述低k介質層中形成多個沿水平方向間隔排列的金屬層； 去除部分低k介質層，形成由所述金屬層圍成的開口 ； 通過高深寬比工藝向所述開口中填充介質材料，形成遮擋層，所述遮擋層內部包含豎直方向的孔洞； 平坦化所述遮擋層以及位于遮擋層內部的金屬層，至暴露出金屬層和孔洞； 對所述遮擋層進行濕法清洗，至所述孔洞底部暴露出低k介質層； 去除位于所述遮擋層下的低k介質層； 向所述孔洞中填充介質材料，封閉孔洞，形成空氣隙。
2.如權利要求1所述的互連結構的制造方法，其特征在于，所述提供襯底， 在所述襯底上形成低k介質層的步驟包括:在襯底上形成低k介質層之前，在襯底上形成金屬阻擋層。
3.如權利要求2所述的互連結構的制造方法，其特征在于，所述在所述低k介質層中形成多個沿水平方向間隔排列的金屬層的步驟包括: 在所述低k介質層上形成硬掩模層； 在所述硬掩模層上形成抗 反射層； 在抗反射層上形成光刻膠層； 圖形化所述光刻膠層，形成光刻膠圖形； 以所述光刻膠圖形為掩模圖形化所述硬掩模層，形成硬掩模圖形； 以所述硬掩模圖形為掩模圖形化所述低k介質層和金屬阻擋層，形成沿水平方向間隔排列的凹槽； 去除所述光刻膠圖形和所述抗反射層圖形； 向所述凹槽中填充金屬材料，以形成金屬層。
4.如權利要求3所述的互連結構的制造方法，其特征在于，在向所述凹槽中填充金屬材料的步驟之后，還包括:通過化學機械研磨工藝去除多余的金屬材料，使金屬層和低k介質層的表面齊平。
5.如權利要求2所述的互連結構的制造方法，其特征在于，所述金屬層的材料為銅。
6.如權利要求5所述的互連結構的制造方法，其特征在于，所述金屬阻擋層的材料為氮化硅。
7.如權利要求2所述的互連結構的制造方法，其特征在于，向所述孔洞中填充的介質材料與所述金屬阻擋層材料相同。
8.如權利要求1所述的互連結構的制造方法，其特征在于，所述低k介質層材料為氮化硼。
9.如權利要求8所述的互連結構的制造方法，其特征在于，通過氯氣或氫氣等離子體去除所述部分低k介質層和位于所述阻擋層下的低k介質層。
10.如權利要求1所述的互連結構的制造方法，其特征在于，所述遮擋層的材質為氧化硅，形成所述氧化硅的反應物為TEOS和03。
11.如權利要求1所述的互連結構的制造方法，其特征在于，通過CMP工藝平坦化所述遮擋層以及位于遮擋層內部的金屬層。
12.如權利要求1所述的互連結構的制造方法，其特征在于，通過氫氟酸溶液對所述孔洞進行濕法清洗。
13.如權利要求12所述的互連結構的制造方法，其特征在于，所述氫氟酸溶液中水和氫氟酸的體積比在300: I 1000: I范圍內。
全文摘要
一種互連結構的制造方法，通過在金屬層兩側沉積遮擋層將金屬層頂部由金屬層圍成的開口縮小，然后再對開口進行封口，以在金屬層之間形成較大空氣隙，有效降低RC延遲，提高了包括所述互連結構的半導體器件的電學特性。
文檔編號H01L21/768GK103165518SQ20111040727
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權日2011年12月8日
發(fā)明者周鳴 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司