專利名稱：金屬結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及金屬結構的制作方法，特別涉及具有空氣間隔的互連結構的制作方法。
背景技術：
隨著集成電路特征尺寸的持續(xù)減小，金屬結構的RC延遲效應對集成電路的性能影響越來越顯著。為了減小金屬結構引起的RC延遲效應，一方面采用電阻較低的金屬(比如銅)來取代傳統(tǒng)的鋁來制作金屬互連線，另一方面，采用低介電常數(Low-k)材料作為金屬互連線之間的絕緣介質層，以降低金屬互連線之間的寄生電容。由于空氣的理想介電常數接近于1，因此使用空氣作為金屬互連線之間的絕緣介 質層，也是減小金屬互連線之間寄生電容的有效手段之一。許多利用空氣的低介電常數特性應用于集成電路制造的技術已經被公布，但是大部分不具有量產價值。因為采用現有技術制作金屬互連線，需要在金屬互連線之間形成大量的空氣間隔，這使得金屬互連線幾乎被架空，金屬互連線無法獲得足夠的機械支撐，容易造成金屬互連線受到機械損壞。因此，需要一種金屬結構的制作方法，能夠在滿足金屬互連線的機械支撐的情況下在金屬互連線之間形成空氣間隔，并且實現帶有空氣間隔金屬結構的量產。

發(fā)明內容
本發(fā)明解決的問題是提供了一種金屬結構的制作方法，在金屬互連線之間形成空氣間隔，解決了金屬互連線的機械支撐不足的問題，并且實現帶有空氣間隔的金屬結構的量產。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種金屬結構的制作方法，包括提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有第一介質層；在所述第一介質層內形成一條或多條間隙；形成第一阻擋層，所述第一阻擋層至少覆蓋所述間隙，形成空氣間隔；在所述第一介質層和第一阻擋層內形成第一金屬結構?？蛇x地，還包括在所述第一金屬結構上形成第二介質層；在所述第二介質層內形成一條或多條間隙；形成第二阻擋層，所述第二阻擋層至少將所述間隙封閉，形成空氣間隔；在所述第二阻擋層和第二介質層內形成第二金屬結構，所述第二金屬結構與所述第一金屬結構電連接?？蛇x地，所述刻蝕阻擋層的材質為低K材質?？蛇x地，所述刻蝕阻擋層的材質為NDC、SiOCH中的一種或兩者的組合?？蛇x地，所述第一介質層和第二介質層的材質為低K材質。可選地，所述低K材質為NDC、SiOCH中的一種或兩者的組合。
可選地，所述第一金屬結構的制作方法包括利用刻蝕工藝，在所述第一介質層內形成溝槽；在所述溝槽的側壁和底部形成阻擋金屬層；在所述溝槽內第一金屬互連線，所述第一金屬互連線與所述阻擋金屬層構成所述
第一金屬結構。可選地，所述第一金屬互連線采用電鍍方法制作，其材質為銅?？蛇x地，所述阻擋金屬層利用物理氣相沉積或化學氣相沉積工藝制作，其材質為TiN, Ti, TaN，Ta, WN, W 中的一種或多種?？蛇x地，所述第二金屬結構的制作方法包括
采用雙大馬士革刻蝕工藝，在所述第二介質層內形成溝槽和與該溝槽對應的通孔；在所述溝槽和通孔內依次形成阻擋金屬層和第二金屬互連線，所述第二金屬互連線與阻擋金屬層構成所述第二金屬結構。可選地，所述間隙的深寬比范圍為20/1 2/1?？蛇x地，所述第一介質層的厚度范圍為1000 10000埃。與現有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明在第一介質層內的間隙上形成第一阻擋層，該第一阻擋層覆蓋間隙形成空氣間隔，第一金屬結構形成于第一阻擋層上，該第一阻擋層一方面能夠在后續(xù)的工藝步驟中保護空氣間隔，防止污染物進入空氣間隔，另一方面，該第一阻擋層能為金屬結構提供機械支撐，從而能夠實現帶有空氣間隔的金屬結構的量產。


圖I是本發(fā)明的金屬結構的制作方法流程示意圖；圖2-圖13是本發(fā)明一個實施例的金屬結構的制作方法剖面結構示意圖。
具體實施例方式發(fā)明人發(fā)現，現有的空氣間隔無法對金屬互連線提供足夠的機械支撐，也無法實現金屬互連結構的量產。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種金屬結構的制作方法，在金屬互連線之間形成空氣間隔，解決了金屬互連線的機械支撐不足的問題，并且實現金屬結
構的量產。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種金屬結構的制作方法，請結合圖I所示的本發(fā)明一個實施例的金屬結構的制作方法流程示意圖，所述方法包括步驟SI，提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有第一介質層；步驟S2，在所述第一介質層內形成一條或多條間隙；步驟S3，形成第一阻擋層，所述第一阻擋層至少覆蓋所述間隙，形成空氣間隔；步驟S4，在所述第一介質層和第一阻擋層內形成第一金屬結構。下面結合具體的實施例對本發(fā)明的技術方案進行詳細的說明。為了更好地說明本發(fā)明的技術方案，請結合圖2-圖13所示的本發(fā)明一個實施例的金屬結構的制作方法剖面結構示意圖。
首先，請參考圖2，提供半導體襯底100，所述半導體襯底100上形成有第一介質層101。所述半導體襯底100的材質為半導體材質，例如硅、鍺硅等。本實施例中，所述半導體襯底100的材質為硅。作為一個實施例，所述半導體襯底100上可以形成有器件，比如可以形成有晶體管等。作為一個實施例，所述第一介質層101的材質應選擇具有低K材質。本實施例中，所述第一介質層101為SIOCH層。在本發(fā)明的又一實施例中，所述第一介質層101還可以為NDC層。在本方面的又一實施例中，所述第一介質層101還可以由NDC層和形成于NDC上方SiOCH層的構成。所述第一介質層101采用沉積工藝制作。作為一個實施例，所述第一介質層101的厚度范圍為1000-10000埃。然后，請繼續(xù)結合圖2，在所述第一介質層101上形成光刻膠層102，所述光刻膠層102可以利用旋涂工藝或噴涂工藝制作。接著，采用曝光、顯影等工藝，圖形化所述光刻膠層102，在所述光刻膠層102中形成間隙開口，所述間隙開口用于定義第一介質層101中將要形成的間隙的形狀、位置和尺寸。然后，請結合圖3，以所述光刻膠層102 (結合圖2)為掩膜，沿所述間隙開口進行刻蝕工藝，在所述第一介質層101內形成間隙103。所述間隙103露出半導體襯底100，所 述刻蝕工藝可以為干法刻蝕工藝或濕法刻蝕工藝。接著，將光刻膠層從第一介質層101上去除。由于在后續(xù)工藝步驟中，所述間隙103上將形成第一阻擋層以將間隙封閉，為了防止第一阻擋層落入間隙103從而將間隙103填滿，所述間隙103應具有較大深寬比，本實施例中，所述間隙103的深寬比范圍為20/1 2/1。然后，請參考圖4，在所述第一介質層102上形成第一阻擋層104，所述第一阻擋層104覆蓋所述間隙103，形成空氣間隔。所述第一阻擋層104的材質為低K材質。本實施例中，所述低K材質為SiOCH、NDC或者兩者的結合。本實施例中，所述第一阻擋層104的材質為SiOCH。在其他的實施例中，所述第一阻擋層104還可以由SiOCH層和NDC層共同構成。所述第一阻擋層104 —方面能夠在后續(xù)的工藝步驟中保護空氣間隙，防止污染物進入空氣間隙，另一方面，該第一阻擋層104能為金屬結構提供機械支撐，從而能夠實現帶有空氣間隔的金屬結構的量產。為了金屬結構提供足夠的機械支撐，所述第一阻擋層104的厚度范圍應為300 10000 埃。接著，請參考圖5，進行刻蝕工藝，在所述第一阻擋層104和第一介質層101內形成溝槽。所述溝槽的制作方法與現有技術相同，作為本領域技術人員的公知技術，在此不作詳細的說明。然后，請參考圖6，形成覆蓋所述溝槽側壁、溝槽底部和第一阻擋層104的第一阻擋金屬層105。所述第一阻擋金屬層105的材質可以為TiN，Ti，TaN, Ta，WN, W中的一種或多種，所述第一阻擋金屬層105可以利用物理氣相沉積或化學氣相沉積工藝制作。本實施例中，所述第一阻擋金屬層105的材質為TiN，其利用物理氣相沉積工藝制作。所述第一阻擋金屬層105的厚度范圍為30-300埃。接著，請參考圖7，在所述第一阻擋金屬層105上形成第一金屬互連線106，所述第一金屬互連線106將所述溝槽填滿。所述第一金屬互連線106的材質為低電阻率的導電金屬。本實施例中，所述第一金屬互連線106的材質為銅，所述第一金屬互連線106可以采用電鍍工藝制作。
所述第一金屬互連線106用于將半導體襯底100內的器件與外部電連接以及器件之間的相互電連接。然后，請參考圖8，進行化學機械研磨工藝，將位于溝槽以外的第一金屬互連線106和第一阻擋金屬層105去除，保留于溝槽內的第一金屬互連線106和第一阻擋金屬層105構成第一金屬結構。然后，請參考圖9，作為一個實施例，在所述第一阻擋層104上沉積第二介質層107，所述第二介質層107覆蓋所述第一金屬結構。所述第二介質層107的材質為低K材質。本實施例中，所述第二介質層107的材質為SiOCH。所述第二介質層107采用化學氣相沉積工藝制作，其厚度范圍為1000 10000埃。接著，請繼續(xù)參考圖9，在所述第二介質層107上形成光刻膠層108，所述光刻膠層108內形成有間隙開口。所述光刻膠層108的制作方法請參考圖2的光刻膠層的制作方法，在此不作贅述。
然后，請參考圖10，沿所述間隙開口進行刻蝕工藝，在所述第二介質層107內形成間隙。接著，進行刻蝕工藝，將所述光刻膠層108去除。所述刻蝕工藝可以為干法刻蝕工藝或濕法刻蝕工藝。接著，請參考圖11，在所述第二介質層107上形成第二阻擋層110，所述第二阻擋層110的材質為低K材質。本實施例中，所述第二阻擋層110的材質為SiOCH。所述第二阻擋層110—方面能夠在后續(xù)的工藝步驟中保護空氣間隙，防止污染物進入空氣間隙，另一方面，該第二阻擋層110能為金屬結構提供機械支撐，從而能夠實現帶有空氣間隔的金屬
結構的量產。為了金屬結構提供足夠的機械支撐，所述第二阻擋層110的厚度范圍應為300 10000 埃。接著，請參考圖12，采用雙大馬士革刻蝕工藝，在所述第二介質層107內形成溝槽和與該溝槽對應的通孔。所述溝槽和與該溝槽對應的通孔的位置與所述第一金屬結構的位置對應。本實施例中，所述通孔露出下方的第一金屬結構，通過在所述通孔中填充金屬，將第一金屬結構與溝槽中即將形成的第二互連結構的電連接。所述雙大馬士革刻蝕工藝與現有技術相同，作為本領域技術人員的公知技術，在此不作贅述。接著，請參考圖13，在所述溝槽和通孔內依次形成第二阻擋金屬層108和第二金屬互連線109，所述第二金屬互連線109與第二阻擋金屬層108構成所述第二金屬結構，所述第二金屬結構與所述第一金屬結構電連接。作為一個實施例，所述第二阻擋金屬層108的材質為TiN，其可以利用物理氣相沉積、化學氣相沉積或濺射工藝制作。所述第二阻擋金屬層108的厚度范圍為30-300埃。所述第二金屬互連線109的材質為銅，其可以利用電鍍工藝制作。綜上，本發(fā)明在第一介質層內的間隙上形成第一阻擋層，該第一阻擋層覆蓋間隙形成空氣間隔，第一金屬結構形成于第一阻擋層上，該第一阻擋層一方面能夠在后續(xù)的工藝步驟中保護空氣間隔，防止污染物進入空氣間隔，另一方面，該第一阻擋層能為金屬結構提供機械支撐，從而能夠實現帶有空氣間隔的金屬結構的量產。因此，上述較佳實施例僅為說明本發(fā)明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發(fā)明的內容并據以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據本發(fā)明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內 。
權利要求
1.一種金屬結構的制作方法，其特征在于，包括 提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有第一介質層； 在所述第一介質層內形成一條或多條間隙； 形成第一阻擋層，所述第一阻擋層至少覆蓋所述間隙，形成空氣間隔； 在所述第一介質層和第一阻擋層內形成第一金屬結構。
2.如權利要求I所述的金屬結構的制作方法，其特征在于，還包括 在所述第一金屬結構上形成第二介質層； 在所述第二介質層內形成一條或多條間隙； 形成第二阻擋層，所述第二阻擋層至少將所述間隙封閉，形成空氣間隔； 在所述第二阻擋層和第二介質層內形成第二金屬結構，所述第二金屬結構與所述第一金屬結構電連接。
3.如權利要求I所述的金屬結構的制作方法，其特征在于，所述刻蝕阻擋層的材質為低K材質。
4.如權利要求3所述的金屬結構的制作方法，其特征在于，所述刻蝕阻擋層的材質為NDC、SiOCH中的一種或兩者的組合。
5.如權利要求I所述的金屬結構的制作方法，其特征在于，所述第一介質層和第二介質層的材質為低K材質。
6.如權利要求5所述的金屬結構的制作方法，其特征在于，所述低K材質為NDC、SiOCH中的一種或兩者的組合。
7.如權利要求I所述的金屬結構的制作方法，其特征在于，所述第一金屬結構的制作方法包括 利用刻蝕工藝，在所述第一介質層內形成溝槽； 在所述溝槽的側壁和底部形成阻擋金屬層； 在所述溝槽內第一金屬互連線，所述第一金屬互連線與所述阻擋金屬層構成所述第一金屬結構。
8.如權利要求7所述的金屬結構的制作方法，其特征在于，所述第一金屬互連線采用電鍍方法制作，其材質為銅。
9.如權利要求8所述的金屬結構的制作方法，其特征在于，所述阻擋金屬層利用物理氣相沉積或化學氣相沉積工藝制作，其材質為TiN，Ti，TaN, Ta，WN, W中的一種或多種。
10.如權利要求I所述的金屬結構的制作方法，其特征在于，所述第二金屬結構的制作方法包括 采用雙大馬士革刻蝕工藝，在所述第二介質層內形成溝槽和與該溝槽對應的通孔； 在所述溝槽和通孔內依次形成阻擋金屬層和第二金屬互連線，所述第二金屬互連線與阻擋金屬層構成所述第二金屬結構。
11.如權利要求I所述的金屬結構的制作方法，其特征在于，所述間隙的深寬比范圍為20/1-2/1。
12.如權利要求I所述的金屬結構的制作方法，其特征在于，所述第一介質層的厚度范圍為 1000-10000 埃。
全文摘要
本發(fā)明提供一種金屬結構的制作方法，包括提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有第一介質層；在所述第一介質層內形成一條或多條間隙；形成第一阻擋層，所述第一阻擋層至少覆蓋所述間隙，形成空氣間隔；在所述第一介質層和第一阻擋層內形成第一金屬結構。本發(fā)明在金屬互連線之間形成空氣間隔，解決了金屬互連線的機械支撐不足的問題，并且實現帶有空氣間隔的金屬結構的量產。
文檔編號H01L21/768GK102779781SQ20121026494
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月27日 優(yōu)先權日2012年7月27日
發(fā)明者姬峰, 李磊, 梁學文, 胡友存, 陳玉文 申請人:上海華力微電子有限公司