專利名稱：具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的制作方法，尤其涉及一種具有雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的制作方法。
背景技術(shù)：
銅互連是目前超大規(guī)模集成電路中的主流互連技術(shù)，而電鍍銅是銅互連中的關(guān)鍵工藝之一。銅互連工藝最早在1997年9月由IBM提出來的，被稱為是鑲嵌工藝(也稱大馬士革)。并應(yīng)用于制備微處理器、高性能存儲器及數(shù)字信號處理器等等。它采用對介電材料的腐蝕來代替對金屬的腐蝕來確定連線的線寬和間距。鑲嵌工藝分為單鑲嵌工藝和雙鑲嵌工藝，區(qū)別就是在于穿通孔和本層的工藝連線是否是同時(shí)制備的。隨著半導(dǎo)體器件的集成度越來越高，限制半導(dǎo)體器件的速度的主要因素已不再是晶體管延遲，而是與導(dǎo)電材料(例如金屬)互連相關(guān)聯(lián)的電阻-電容(RC)延遲。認(rèn)識到這一點(diǎn)之后，為了減小導(dǎo)電材料互連的電容從而減小RC延遲，業(yè)界技術(shù)人員已進(jìn)行了大量工作用于研發(fā)新的材料和制造工藝。例如，將作為導(dǎo)電材料互連層中的電介質(zhì)材料，選擇采用具有低介電常數(shù)的電介質(zhì)材料。在所有材料中，介電常數(shù)最低的當(dāng)屬空氣，空氣的介電常數(shù)為1，其他介質(zhì)材料層的介電常數(shù)均大于1，因此，技術(shù)人員開始關(guān)注在層間介質(zhì)層中形成空氣間隙(Air Gap)，空氣間隙的形成能夠進(jìn)一步減小層間介質(zhì)層的整體介電常數(shù)，以降低導(dǎo)電材料之間的電容，提高半導(dǎo)體器件的性能。在現(xiàn)有制作大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法中，形成具有空氣間隙的半導(dǎo)體器件的一種方法是在當(dāng)前層間介質(zhì)層中，通過光刻和刻蝕法，在金屬互連線之間的中形成尺寸較小的間隙，然后利用化學(xué)氣相沉積(CVD)法，在當(dāng)前層間介質(zhì)層上覆蓋形成后一層間介質(zhì)層，而不填充該間隙，從而在當(dāng)前介質(zhì)層中形成空氣間隙；雖然該方法達(dá)到了降低集成電路RC延遲的目的，但是由于制造工藝本身的限制，對于關(guān)鍵尺寸(CD)較小的半導(dǎo)體器件來說，該方法在形成具有多個的金屬互連層的半導(dǎo)體器件時(shí)，由于金屬互連線之間的間隔(Space)較小并且現(xiàn)有光刻工藝的精確度限制，后一層金屬層的通孔插塞(Plug)難以與當(dāng)前層的金屬互連線對準(zhǔn)，而是與位于金屬互連線之間的空氣間隙相連通，使后一層通孔插塞內(nèi)填充的金屬銅落進(jìn)空氣間隙中，導(dǎo)致半導(dǎo)體器件的短路問題。因此，對于小尺寸半導(dǎo)體器件來說，如何增大金屬銅與下層連接孔對準(zhǔn)時(shí)的工藝窗口，成為業(yè)內(nèi)需要解決的問題?，F(xiàn)有技術(shù)中另一種方法形成通過形成一種能夠在特定工藝中去除的犧牲層，在完成當(dāng)前金屬互連層和后一金屬互連層后，在特定工藝，例如加熱工藝中去除犧牲層，以形成空氣間隙；然而該方法同樣具有問題，該方法形成的犧牲層是整體覆蓋于層間介質(zhì)層之上的，因此在后續(xù)全部去除之后，往往形成大面積空氣間隙，形成的空氣間隙的尺寸不易調(diào)整，大大降低了器件的機(jī)械抗壓能力，甚至因此器件中金屬互連層的塌陷，嚴(yán)重降低半導(dǎo)體器件的性能。因此，在大馬士革工藝中如何調(diào)節(jié)空氣間隙的尺寸，以降低介質(zhì)層整體介電常數(shù)和保持機(jī)械抗壓能力之間的平衡，成為另一需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種尺寸可調(diào)的半填充結(jié)構(gòu)的具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下步驟:提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有第一層間介質(zhì)層和至少一個犧牲結(jié)構(gòu)，所述犧牲結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為能夠熱分解的聚合物；在所述犧牲結(jié)構(gòu)兩側(cè)及第一層間介質(zhì)層上依次形成支撐層和犧牲層；刻蝕所述犧牲結(jié)構(gòu)和第一層間介質(zhì)層，以在所述犧牲結(jié)構(gòu)及第一層間介質(zhì)層中形成通孔；進(jìn)行熱分解，去除剩余的犧牲結(jié)構(gòu)，形成凹槽；在所述通孔和凹槽中形成金屬通孔插塞和金屬連線層；刻蝕所述犧牲層，形成間隙；形成第二層間介質(zhì)層，在所述間隙中形成空氣間隙。進(jìn)一步的，所述熱分解過程的溫度高于所述犧牲結(jié)構(gòu)的分解溫度。進(jìn)一步的，所述支撐層的材質(zhì)為碳氧化硅、二氧化硅、多孔硅中的一種或其任意組
八
口 ο進(jìn)一步的，所述第一層間介質(zhì)層的材質(zhì)為低介電常數(shù)物質(zhì)、碳氧化硅、氧化硅或氮氧化硅中的一種或其組合。進(jìn)一步的，所述犧牲層的材質(zhì)為低介電常數(shù)物質(zhì)、氧化硅或氮氧化硅中的一種或
其任意組合。進(jìn)一步的，所述罩層的材質(zhì)為低介電常數(shù)物質(zhì)、多孔硅、氧化硅或氮氧化硅中的一種或其任意組合。 進(jìn)一步的，所述凹槽的截面寬度小于或等于犧牲結(jié)構(gòu)的截面寬度。本發(fā)明還提供一種具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下步驟:提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有第一層間介質(zhì)層和至少一個犧牲結(jié)構(gòu)，所述犧牲結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為能夠熱分解的聚合物；在所述犧牲結(jié)構(gòu)兩側(cè)及第一層間介質(zhì)層上覆蓋支撐層并填充犧牲層，所述犧牲層的材質(zhì)為能夠熱分解的聚合物；刻蝕所述犧牲結(jié)構(gòu)和第一層間介質(zhì)層，以在所述犧牲結(jié)構(gòu)和第一層間介質(zhì)層形成通孔；進(jìn)行第一次熱分解，去除剩余的犧牲結(jié)構(gòu)，以形成凹槽；在所述通孔和凹槽中填充形成金屬通孔插塞和金屬連線層；在所述犧牲層和金屬連線層上覆蓋罩層，所述罩層的材質(zhì)為多孔物質(zhì)；進(jìn)行第二次熱分解，分解所述犧牲層，以形成空氣間隙，并在所述罩層上形成第二層間介質(zhì)層。進(jìn)一步的，所述犧牲層的分解溫度高于所述犧牲結(jié)構(gòu)的分解溫度，所述第一次熱分解的溫度高于所述述犧牲結(jié)構(gòu)的分解溫度并低于所述犧牲層的分解溫度，所述第二次熱分解的溫度高于所述犧牲層的熱分解溫度。進(jìn)一步的，所述支撐層的材質(zhì)為碳氧化硅、二氧化硅、多孔硅中的一種或其任意組
口 ο進(jìn)一步的，所述第一層間介質(zhì)層的材質(zhì)為低介電常數(shù)物質(zhì)、碳氧化硅、氧化硅或氮氧化硅中的一種或其組合。進(jìn)一步的，所述罩層的材質(zhì)為多孔物質(zhì)。進(jìn)一步的，所述凹槽的截面寬度小于等于犧牲結(jié)構(gòu)的截面寬度。本發(fā)明所述雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，首先通過在層間介質(zhì)層中形成犧牲層，并利用刻蝕或熱分解的方法去除部分或全部犧牲層，從而在雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)器件中形成空氣間隙；其次，通過形成能夠在后續(xù)工藝中熱分解去除的犧牲結(jié)構(gòu)以定義金屬連線層的位置和尺寸，所述犧牲結(jié)構(gòu)去除后形成溝槽，形成工藝簡單易實(shí)現(xiàn)，且避免了刻蝕工藝對層間介質(zhì)層的刻蝕損傷引起的介電常數(shù)值升高的問題；然后，通過在該犧牲結(jié)構(gòu)旁和第一層間介質(zhì)層上形成支撐層，從而形成的空氣間隙是半填充的，能夠保持空氣間隙的尺寸并維持層間介質(zhì)層的機(jī)械穩(wěn)定性，因此，形成的具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)器件的層間介質(zhì)層的介電常數(shù)較低、且器件的機(jī)械穩(wěn)定性好。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例一中具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法的流程不意圖。圖2 圖12為本發(fā)明實(shí)施例一中具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作過程的結(jié)構(gòu)示意圖。圖13為本發(fā)明實(shí)施例二中具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法的流程不意圖。圖14 圖16為本發(fā)明實(shí)施例二中具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作過程的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)的表述，在詳述本發(fā)明實(shí)例時(shí)，為了便于說明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應(yīng)以此作為對本發(fā)明的限定。本發(fā)明的核心思想在于，通過在層間介質(zhì)層中形成犧牲層，并利用刻蝕或熱分解的方法去除部分或全部犧牲層，從而在雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)器件中形成空氣間隙，其中，首先形成能夠在后續(xù)工藝中熱分解去除的犧牲結(jié)構(gòu)定義金屬連線層的位置和尺寸，以增大金屬互連層與下層通孔插塞的對準(zhǔn)的精確性；其次，通過在該犧牲結(jié)構(gòu)旁和第一層間介質(zhì)層上形成支撐層，以調(diào)節(jié)空氣間隙的尺寸并提高層間介質(zhì)層的機(jī)械穩(wěn)定性，從而形成層間介質(zhì)層的介電常數(shù)較低且機(jī)械穩(wěn)定性好且具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)器件。
實(shí)施例一圖1為本發(fā)明一實(shí)施例中具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法的流程示意圖，所述具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，包括:步驟SOl:提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有第一層間介質(zhì)層和至少一個犧牲結(jié)構(gòu)，所述犧牲結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為能夠熱分解的聚合物；步驟S02:在所述犧牲結(jié)構(gòu)兩側(cè)及第一層間介質(zhì)層上覆蓋支撐層并填充犧牲層；步驟S03:利用光刻和刻蝕工藝，刻蝕所述犧牲結(jié)構(gòu)和第一層間介質(zhì)層，以在所述第一層間介質(zhì)層中形成通孔；步驟S04:進(jìn)行熱分解，去除剩余的犧牲結(jié)構(gòu)，以在所述第一層間介質(zhì)層上形成凹槽；步驟S05:在所述通孔和凹槽中填充形成金屬通孔插塞和金屬連線層；步驟S06:利用光刻和刻蝕工藝，刻蝕所述犧牲層，以形成間隙；步驟S07:覆蓋第二層間介質(zhì)層，以在所述間隙中形成空氣間隙。圖2 圖12為本發(fā)明一實(shí)施例中雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作過程的結(jié)構(gòu)示意圖。以下結(jié)合圖2 圖12詳細(xì)說明本實(shí)施例中具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法。如圖2和圖3所示，在步驟SOl中，提供半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底100可以為單晶硅、多晶硅或者鍺硅化合物等半導(dǎo)體材質(zhì)；在所述半導(dǎo)體襯底100中形成有有源電路，包括有源區(qū)101以及各 種摻雜區(qū)，例如N阱、P阱以及輕摻雜源漏區(qū)(LDD)，此外還有其他各種元件隔離，例如淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(STI)等用以形成半導(dǎo)體器件的必要結(jié)構(gòu)；上述結(jié)構(gòu)根據(jù)實(shí)際半導(dǎo)體器件制造工藝過程確定，為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知技術(shù)內(nèi)容，故在此不再贅述。本實(shí)施例中，在所述半導(dǎo)體襯底100上依次形成有第一層間介質(zhì)層104和至少一個犧牲結(jié)構(gòu)106，在所述第一層間介質(zhì)層100和所述第一層間介質(zhì)層104之間還可以形成有刻蝕阻擋層102，所述刻蝕阻擋層102在后續(xù)刻蝕形成通孔過程中起到刻蝕停止的作用。具體的，步驟SOl包括以下過程:首先，在所述半導(dǎo)體襯底100上形成刻蝕阻擋層102，所述刻蝕阻擋層102的材質(zhì)可以為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅等，可以采用化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法形成；接著，在所述刻蝕阻擋層102上形成第一層間介質(zhì)層104，所述第一層間介質(zhì)層104的材質(zhì)可以為低介電常數(shù)物質(zhì)、碳氧化硅、氧化硅或氮氧化硅中的一種或其組合，其中較佳的為低介電常數(shù)(Low-K)物質(zhì)，以維持第一層間介質(zhì)層104的介電常數(shù)在2 3，例如多孔硅、多孔SiLK或碳氧化硅等，所述第一層間介質(zhì)層104可以采用化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法形成；接著，在所述第一層間介質(zhì)層104上形成犧牲薄膜106a，所述犧牲薄膜106a的材質(zhì)為能夠熱分解的聚合物，例如丁基降冰片烯和三乙氧娃基降冰片烯的共聚體(Copolymer of Copolymer of Butylnorbornene andTriethoxysilyl Norbornene)等,所述犧牲薄膜106a可以采用旋涂的方法形成于所述第一層間介質(zhì)層104上，并進(jìn)行烘焙；然后，通過涂覆、曝光、顯影的光刻工藝在所述犧牲薄膜106a上形成第一圖案化的光刻膠200 ;隨后，以所述第一圖案化的光刻膠200為掩膜,刻蝕所述犧牲薄膜106a，以形成如圖3所示的至少一個犧牲結(jié)構(gòu)106，所述犧牲結(jié)構(gòu)106作為后續(xù)金屬連線層的前期替代品，所述犧牲結(jié)構(gòu)106的位置及尺寸根據(jù)工藝要求金屬連線層的位置和尺寸確定，因此所述金屬連線層的位置和尺寸是首先通過犧牲結(jié)構(gòu)106確定的，之后去除第一圖案化的光刻膠200。如圖4和圖5所示，在步驟S02中，在所述犧牲結(jié)構(gòu)106的一側(cè)及第一層間介質(zhì)層104上覆蓋支撐層108，所述支撐層108的材質(zhì)可以為碳氧化硅、二氧化硅、多孔硅中的一種或其任意組合，可以利用化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法沉積形成，所述支撐層108的介電常數(shù)控制在2 3，以維持良好的介電能力；然后，在所述支撐層108上沉積犧牲層110，所述犧牲層110的材質(zhì)可以為低介電常數(shù)物質(zhì)、氧化硅或氮氧化硅中的一種或其組合，所述犧牲層110的厚度大于所述犧牲結(jié)構(gòu)106的厚度，以完全覆蓋犧牲結(jié)構(gòu)106和支撐層108，在本實(shí)施例的后續(xù)工藝步驟中，通過刻蝕工藝在所述犧牲層110中形成空氣間隙(Air Gap);然后,進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨,研磨直至暴露所述犧牲結(jié)構(gòu)106的表面,形成如圖5所示的結(jié)構(gòu)。如圖6和圖7所示，在步驟S03中，通過涂覆、曝光、顯影的光刻工藝在所述犧牲薄膜106上形成第二圖案化的光刻膠202，接著以第二圖案化的光刻膠202為掩膜刻蝕所述犧牲結(jié)構(gòu)106和第一層間介質(zhì)層104，以在所述第一層間介質(zhì)層104中形成如圖7所示的通孔300，之后去除第二圖案化的光刻膠202。所述通孔300的截面寬度小于等于犧牲結(jié)構(gòu)300的截面覽度。在步驟S04中，進(jìn)行熱分解，所述剩余的犧牲結(jié)構(gòu)106在熱分解過程中蒸發(fā)去除，所述熱分解的溫度高于所述犧牲結(jié)構(gòu)的分解溫度，以在所述第一層間介質(zhì)層104上形成如圖8所示的凹槽301，所述通孔300位于所述第一層間介質(zhì)層104中，所述凹槽301位于所述第一層間介質(zhì)層104上，所述凹槽301與所述通孔300相連通，在后續(xù)形成金屬連線層的步驟中，所述通孔300中形成金屬通孔插塞，所述凹槽301中形成金屬連線層。如圖9所示，在步驟S05中，在所述凹槽301和所述通孔300中填充形成金屬連線層112和金屬通孔插塞114 ;具體包括:首先在所述通孔300、凹槽301和所述犧牲層110上沉積形成互連線阻擋層(圖中未標(biāo)示)，所述互連線阻擋層的材質(zhì)可以為氮化鈦、氮化鉭、鈦或鉭中的一種或其組合；接著，在所述互連阻擋層上形成一層薄金屬晶種層；然后利用所述金屬晶種層進(jìn)行電鍍，形成金屬互連層填充所述通孔300和凹槽301 ;然后，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝，去除凹槽300以外的金屬互連層，從而在所述通孔300和凹槽301中形成金屬通孔插塞和金屬連線層。如圖10所示，在步驟S06中，首先在所述金屬連線層112和所述犧牲層110上形成罩層114，所述罩層114的材質(zhì)為低介電常數(shù)物質(zhì)、氧化硅或氮氧化硅中的一種或其組合；接著，在所述罩層114通過涂覆、曝光、顯影的光刻工藝，在所述犧牲薄膜106上形成第三圖案化的光刻膠204，利用光刻和刻蝕工藝，刻蝕所述罩層114和犧牲層108，以形成間隙302。在步驟S07中，形成第二層間介質(zhì)層500，以在所述間隙302中形成空氣間隙400，所述第二層間介質(zhì)層500可以采用化學(xué)氣相沉積法形成，由于空氣間隙400的截面寬度非常小，沉積過程中沉積物是無法完全填充所述間隙302，從而在間隙302中形成空氣間隙400。由于所述空氣間隙400外具有所述支撐層108，從而提高了空氣間隙400周圍的機(jī)械抗力，同時(shí)當(dāng)后續(xù)形成后一層金屬互連層時(shí)，后一層金屬互連層的通孔和當(dāng)前金屬互連層的溝槽未對準(zhǔn)的情況出現(xiàn) 時(shí)，通孔內(nèi)填銅材質(zhì)時(shí)，銅材質(zhì)不會進(jìn)入當(dāng)前金屬互連層之間的空氣間隙400中，增大了后一層金屬連線層與當(dāng)前層金屬連線層對準(zhǔn)的工藝窗口。實(shí)施例二
圖13為本發(fā)明另一實(shí)施例中具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法的流程示意圖，所述雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下步驟:步驟Sll:提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有第一層間介質(zhì)層和至少一個犧牲結(jié)構(gòu)，所述犧牲結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為能夠熱分解的聚合物；步驟S12:在所述犧牲結(jié)構(gòu)兩側(cè)及第一層間介質(zhì)層上覆蓋支撐層并填充犧牲層，所述犧牲層的材質(zhì)為能夠熱分解的聚合物；步驟S13:利用光刻和刻蝕工藝，刻蝕所述犧牲結(jié)構(gòu)和第一層間介質(zhì)層，以形成通孔；步驟S14:進(jìn)行第一次熱分解，去除剩余的犧牲結(jié)構(gòu)，以形成凹槽；步驟S15:在所述通孔和凹槽中填充形成金屬通孔插塞和金屬連線層；步驟S16:在所述犧牲層和金屬連線層上覆蓋罩層，所述罩層的材質(zhì)為多孔物質(zhì)；步驟S17:進(jìn)行第二次熱分解，分解所述犧牲層，以形成空氣間隙，并在所述罩層
上覆蓋第二層間介質(zhì)層。圖14 圖15為本發(fā)明另一實(shí)施例中雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作過程的結(jié)構(gòu)示意圖，以下在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，結(jié)合圖14 圖15以及圖2 如9，詳細(xì)說明本實(shí)施例中具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法。結(jié)合圖2 圖3，所述步驟Sll中的制作方法與所述實(shí)施例一中所述步驟SOl的制作方法相同。如圖4和圖5所示，所述步驟S12在實(shí)施例一步驟S02的基礎(chǔ)上，所述犧牲層110的材質(zhì)選擇為能夠熱分解的聚合物，所述犧牲層110的材質(zhì)以可以為丁基降冰片烯和三乙氧娃基降冰片烯的共聚體(Copolymer of Copolymer of Butylnorbornene andTriethoxysilyl Norbornene)等，由于有機(jī)化合物取代基種類及鏈的長短不同分解溫度就不同，故該化合物的衍生物有多種，能夠滿足犧牲層110的分解溫度高于犧牲結(jié)構(gòu)106的分解溫度的材質(zhì)的選擇均在本發(fā)明的思想范圍之內(nèi)，所述犧牲層110可以采用旋涂的方法形成在所述支撐層108上，在本實(shí)施例的后續(xù)工藝步驟中，在第一次熱分解過程中不被熱分解，而在第二次熱分解過程中分解去除以形成空氣間隙(Air Gap)。結(jié)合圖6 圖7，所述步驟S13與所述實(shí)施例一中所述步驟S03的制作方法相同。所述步驟S14中，進(jìn)行第一次熱分解，所述第一次熱分解溫度高于所述述犧牲結(jié)構(gòu)106的分解溫度并低于所述犧牲層110的分解溫度，從而保證所述剩余的犧牲結(jié)構(gòu)106在第一次熱分解過程中去除，而犧牲層110依舊保留，形成如圖8所示的結(jié)構(gòu)。結(jié)合圖9，所述步驟S15的形成過程與實(shí)施例一中步驟S05的形成過程相同。如圖14所示，在所述步驟S16中，在實(shí)施例一中步驟S06的基礎(chǔ)上，所述罩層114的材質(zhì)選擇為多孔材料，例如多孔硅或多孔聚合物等，所述罩層114的厚度根據(jù)犧牲層的去除率確定。如圖15和圖16所示，在所述步驟S17中，進(jìn)行第二次熱分解，所述第二次熱分解的溫度高于所述犧牲層的熱分解溫度，分解所述犧牲層110，以形成空氣間隙400，并在所述罩層114上覆蓋第二層間介質(zhì)層500。所述罩層114的材質(zhì)選擇為多孔材料，在第二次熱分解過程中，犧牲層110受熱分解后能夠從罩層114的多孔中散發(fā)出去。其中，罩層114的厚度越薄或第二熱分解的溫度越高、時(shí)間越長，犧牲層去除率越高，半導(dǎo)體器件的介電常數(shù)越低，但是機(jī)械抗壓穩(wěn)定性相應(yīng)降低，因此兼顧半導(dǎo)體器件的機(jī)械抗壓穩(wěn)定性，可以通過調(diào)整罩層114的厚度或第二熱分解的溫度及時(shí)間，以確定犧牲層110的去除率，在降低半導(dǎo)體器件的介電常數(shù)的同時(shí)維持機(jī)械抗壓穩(wěn)定性，提高半導(dǎo)體器件的性能。綜上所述，本發(fā)明所述雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，首先通過在層間介質(zhì)層中形成犧牲層，并利用刻蝕或熱分解的方法去除部分或全部犧牲層，從而在雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)器件中形成空氣間隙；其次，通過形成能夠在后續(xù)工藝中熱分解去除的犧牲結(jié)構(gòu)以定義金屬連線層的位置和尺寸，所述犧牲結(jié)構(gòu)去除后形成溝槽，形成工藝簡單易實(shí)現(xiàn)，且避免了刻蝕工藝對層間介質(zhì)層的刻蝕損傷引起的介電常數(shù)值升高的問題；然后，通過在該犧牲結(jié)構(gòu)旁和第一層間介質(zhì)層上形成支撐層，從而形成的空氣間隙是半填充的，能夠保持空氣間隙的尺寸并維持層間介質(zhì)層的機(jī)械穩(wěn)定性，因此，形成的具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)器件的層間介質(zhì)層的介電常數(shù)較低、且器件的機(jī)械穩(wěn)定性好。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)器件的制作方法，包括 提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有第一層間介質(zhì)層和至少一個犧牲結(jié)構(gòu)，所述犧牲結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為能夠熱分解的聚合物； 在所述犧牲結(jié)構(gòu)兩側(cè)及第一層間介質(zhì)層上依次形成支撐層和犧牲層； 刻蝕所述犧牲結(jié)構(gòu)和第一層間介質(zhì)層，以在所述犧牲結(jié)構(gòu)及第一層間介質(zhì)層中形成通孔； 進(jìn)行熱分解，去除剩余的犧牲結(jié)構(gòu)，形成凹槽； 在所述通孔和凹槽中形成金屬通孔插塞和金屬連線層； 刻蝕所述犧牲層，形成間隙； 形成第二層間介質(zhì)層，在所述間隙中形成空氣間隙。
2.如權(quán)利要求1所述的具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述熱分解過程的溫度高于所述犧牲結(jié)構(gòu)的分解溫度。
3.如權(quán)利要求1所述的具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述支撐層的材質(zhì)為碳氧化娃、二氧化娃、多孔娃中的一種或其任意組合。
4.如權(quán)利要求1所述的具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述第一層間介質(zhì)層的材質(zhì)為低介電常數(shù)物質(zhì)、碳氧化硅、氧化硅或氮氧化硅中的一種或其組合。
5.如權(quán)利要求1所述的具有`空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述犧牲層的材質(zhì)為低介電常數(shù)物質(zhì)、氧化硅或氮氧化硅中的一種或其任意組合。
6.如權(quán)利要求1所述的具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述罩層的材質(zhì)為低介電常數(shù)物質(zhì)、多孔硅、氧化硅或氮氧化硅中的一種或其任意組口 ο
7.如權(quán)利要求1所述的具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述凹槽的截面寬度小于或等于犧牲結(jié)構(gòu)的截面寬度。
8.一種具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，包括: 提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有第一層間介質(zhì)層和至少一個犧牲結(jié)構(gòu)，所述犧牲結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為能夠熱分解的聚合物； 在所述犧牲結(jié)構(gòu)兩側(cè)及第一層間介質(zhì)層上覆蓋支撐層和犧牲層，所述犧牲層的材質(zhì)為能夠熱分解的聚合物； 刻蝕所述犧牲結(jié)構(gòu)和第一層間介質(zhì)層，以在所述犧牲結(jié)構(gòu)和第一層間介質(zhì)層形成通孔； 進(jìn)行第一次熱分解，去除剩余的犧牲結(jié)構(gòu)，形成凹槽； 在所述通孔和凹槽中填充形成金屬通孔插塞和金屬連線層； 在所述犧牲層和金屬連線層上覆蓋罩層，所述罩層的材質(zhì)為多孔物質(zhì)； 進(jìn)行第二次熱分解，分解所述犧牲層，以形成空氣間隙，并在所述罩層上形成第二層間介質(zhì)層。
9.如權(quán)利要求8所述的具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述犧牲層的分解溫度高于所述犧牲結(jié)構(gòu)的分解溫度，所述第一次熱分解的溫度高于所述述犧牲結(jié)構(gòu)的分解溫度并低于所述犧牲層的分解溫度，所述第二次熱分解的溫度高于所述犧牲層的熱分解溫度。
10.如權(quán)利要求8所述的具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述支撐層的材質(zhì)為碳氧化娃、二氧化娃、多孔娃中的一種或其任意組合。
11.如權(quán)利要求8所述的具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述第一層間介質(zhì)層的材質(zhì)為低介電常數(shù)物質(zhì)、碳氧化硅、氧化硅或氮氧化硅中的一種或其組合。
12.如權(quán)利要求8所述的具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述罩層的材質(zhì)為多孔物質(zhì)。
13.如權(quán)利要求8所述的具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于， 所述凹槽的截面寬度小于或等于犧牲結(jié)構(gòu)的截面寬度。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，通過在層間介質(zhì)層中形成犧牲層，并利用刻蝕或熱分解的方法去除部分或全部犧牲層，從而在雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)器件中形成空氣間隙；通過形成能夠在后續(xù)工藝中熱分解去除的犧牲結(jié)構(gòu)以定義金屬連線層的位置和尺寸，所述犧牲結(jié)構(gòu)去除后形成溝槽，形成工藝簡單易實(shí)現(xiàn)，且避免了刻蝕工藝對層間介質(zhì)層的刻蝕損傷引起的介電常數(shù)值升高的問題；通過在該犧牲結(jié)構(gòu)旁和第一層間介質(zhì)層上形成支撐層，從而形成的空氣間隙是半填充的，能夠保持空氣間隙的尺寸并維持層間介質(zhì)層的機(jī)械穩(wěn)定性，因此，形成的具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)器件的層間介質(zhì)層的介電常數(shù)較低、且器件的機(jī)械穩(wěn)定性好。
文檔編號H01L21/768GK103187362SQ20111045769
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者符雅麗, 張海洋 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司