專利名稱：Ic內(nèi)連線和層間介質(zhì)層之間的空氣間隔形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù),特別涉及一種在IC內(nèi)連線(interconnection)和層間介質(zhì)層(ILD, inter layerdielectric)之間形成空氣間隔(air gap)的方法。
背景技術(shù)：
隨著IC(Integrated Circuit，集成電路)的尺寸越來越小，金屬線如內(nèi)連線(interconnection)之間所產(chǎn)生的RC延遲逐漸取代了晶體管自身延遲而變成了限制IC運(yùn)行速度的主要因素。電路中信號(hào)傳遞的快慢，是受到電阻R與電容C的乘積所左右，RC乘積越大，速度就越慢，延遲就越高，反之，RC乘積越小,信號(hào)傳輸速度就能越快,延遲就越低。對(duì)于內(nèi)連線(如銅內(nèi)連線)來說，其電阻R由其自身材料性質(zhì)來決定，IC內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)其電阻R的影響很小；而內(nèi)連線的電容C，則受到內(nèi)連線之間的間隔距離、間隔材料的影響。因此，可以通過改變內(nèi)連線之間的間隔距離、間隔材料等方式降低內(nèi)連線的電容C，以降低內(nèi)連線的RC延遲，提高IC的運(yùn)行速度。如圖1至圖3所示，為現(xiàn)有的在層間介質(zhì)層中形成內(nèi)連線的方法。如圖1所示，提供半導(dǎo)體器件 10 如 CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)，在半導(dǎo)體器件10上形成低介電常數(shù)的層間介質(zhì)層11。如圖2所示，對(duì)刻蝕層間介質(zhì)層11進(jìn)行刻蝕形成溝槽(trench) 12并在溝槽12中刻蝕通孔(via) 13，直至露出半導(dǎo)體器件10的源漏區(qū)或者柵極。如圖3所示，在溝槽12和通孔13中采用電化學(xué)鍍(ECP)等方法形成內(nèi)連線14。如圖3所示，采用現(xiàn)有方法形成的內(nèi)連線14之間間隔著層間介質(zhì)層11，從而形成了內(nèi)連線-層間介質(zhì)層-內(nèi)連線的電容結(jié)構(gòu)。由于該結(jié)構(gòu)的存在，內(nèi)連線14在進(jìn)行信號(hào)傳遞時(shí)，將受到RC延遲的影響，從而限制了 IC的運(yùn)行速度。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種IC內(nèi)連線空氣間隔的形成方法，以在內(nèi)連線和層間介質(zhì)層之間增加空氣間隔，從而降低內(nèi)連線之間的電容影響，降低內(nèi)連線的RC延遲，提高IC的運(yùn)行速度。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:—種IC內(nèi)連線和層間介質(zhì)層之間的空氣間隔形成方法，包括:步驟1:提供半導(dǎo)體器件，在所述半導(dǎo)體器件上依次形成第一電介質(zhì)阻擋層和層間介質(zhì)層；步驟2:在所述層間介質(zhì)層上刻蝕出犧牲區(qū)并露出所述第一電介質(zhì)阻擋層；步驟3:在所述犧牲區(qū)中沉積氧化物；步驟4:刻蝕部分氧化物形成溝槽，并在所述溝槽中繼續(xù)刻蝕所述氧化物和第一電介質(zhì)阻擋層直至露出半導(dǎo)體器件的源漏區(qū)或者柵極，形成通孔；步驟5:在所述溝槽和通孔內(nèi)電化學(xué)鍍內(nèi)連線；
步驟6:去除剩余的氧化物形成空氣間隔。進(jìn)一步,所述方法還包括:步驟7:在帶有內(nèi)連線和空氣間隔的層間介質(zhì)層表面形成第二電介質(zhì)阻擋層。進(jìn)一步，所述步驟2包括:步驟21:在所述層間介質(zhì)層上形成具有犧牲區(qū)圖案的光刻膠；步驟22:以所述光刻膠為掩膜刻蝕所述層間介質(zhì)層，形成犧牲區(qū)并露出所述第一電介質(zhì)阻擋層。進(jìn)一步，所述步驟3中在所述犧牲區(qū)中沉積氧化物后還包括對(duì)氧化物和層間介質(zhì)層表面進(jìn)行化學(xué)研磨的過程。進(jìn)一步，所述步驟5中，在所述溝槽和通孔中電化學(xué)鍍內(nèi)連線后還包括對(duì)所述氧化物、層間介質(zhì)層和內(nèi)連線表面進(jìn)行化學(xué)研磨的過程。進(jìn)一步，所述電介質(zhì)阻擋層材料為氮碳化硅，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法進(jìn)行沉積，反應(yīng)溫度200 40(TC，壓強(qiáng)2 lOtorr，高頻射線能量200 600W，三甲基娃燒流量100 500sccm,氨氣流量100 500sccm,乙烯流量200 IOOOsccm,氦氣流量500 3000sccm，沉積時(shí)間 30 300s。進(jìn)一步，所述層間介質(zhì)層為介電系數(shù)小于3.0的材料。進(jìn)一步，所述步驟4采用干法刻蝕所述氧化物和第一電介質(zhì)阻擋層。進(jìn)一步，所述步驟4包括:利用光刻膠作為掩膜，刻蝕部分氧化物形成溝槽；利用光刻膠作為掩膜，在所述溝槽中繼續(xù)進(jìn)行刻蝕形成通孔。進(jìn)一步，所述步驟6中采用濕法蝕刻或干法蝕刻方法去除剩余的氧化物形成空氣間隔。從上述方案可以看出，本發(fā)明通過在層間介質(zhì)層中刻蝕犧牲區(qū)并沉積氧化物，在所述氧化物中形成溝槽和通孔并在溝槽和通孔鍍?nèi)雰?nèi)連線，之后去除剩余氧化物以形成空氣間隔。該方法形成了內(nèi)連線和層間介質(zhì)層之間的空氣間隔，從而降低了內(nèi)連線的電容影響，進(jìn)而降低內(nèi)連線的RC延遲，加快了內(nèi)連線的信號(hào)傳遞速度。


圖1至圖3為現(xiàn)有技術(shù)中在層間介質(zhì)層中形成內(nèi)連線的方法示意圖；圖4為本發(fā)明IC內(nèi)連線和層間介質(zhì)層之間的空氣間隔形成方法的流程圖；圖5至圖13為本發(fā)明的方法過程中各步驟所對(duì)應(yīng)的IC結(jié)構(gòu)變化示意圖。附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的名稱如下:10、半導(dǎo)體器件，11、層間介質(zhì)層，12、溝槽，13、通孔，14、內(nèi)連線，15、第一電介質(zhì)阻擋層，16、犧牲區(qū)，17、光刻膠，18、氧化物，19、空氣間隔，20、第二電介質(zhì)阻擋層
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明內(nèi)容步驟如圖4所示，參照?qǐng)D4及圖5至圖13所示，具體實(shí)施方式
的實(shí)現(xiàn)過程包括以下內(nèi)容。步驟1:如圖5所示，提供半導(dǎo)體器件10如CMOS，在所述半導(dǎo)體器件10上依次形成第一電介質(zhì)阻擋層(dielectric barrier) 15和層間介質(zhì)層11。其中，第一電介質(zhì)阻擋層15采用氮碳化硅材料，厚度可以為200 ~ 500A,采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)方法形成。所述第一電介質(zhì)阻擋層15的作用是:(I)作為銅互連的擴(kuò)散阻擋層；(2)作為層間介質(zhì)層11的蝕刻停止層。沉積第一電介質(zhì)阻擋層15的一個(gè)具體實(shí)施例的工藝參數(shù)為:反應(yīng)溫度200 400°C，壓強(qiáng)2 lOtorr，高頻射線能量200 600W，三甲基硅烷流量100 500sccm,氨氣流量100 500sccm,乙烯流量200 IOOOsccm,氦氣流量500 3000sccm,沉積時(shí)間為30 300s。層間介質(zhì)層11采用低介電系數(shù)(Low K)的無機(jī)娃基質(zhì)層(inorganic siliconbased layer), —般所述介電系數(shù)小于3.0,例如碳氧化娃(SiCO)、氟化娃玻璃(FSG)或者二氧化硅(SiO2),層間介質(zhì)層11厚度可以為1500 ~3500Α,可以采用化學(xué)氣相沉積(CVD，Chemical Vapor Deposition)方法形成。步驟2:如圖6所示，在所述層間介質(zhì)層11上刻蝕出犧牲區(qū)16并露出所述第一電介質(zhì)阻擋層15。步驟2可以通過以下兩個(gè)具體步驟實(shí)現(xiàn)。步驟21:如圖7所示，在所述層間介質(zhì)層11上形成具有犧牲區(qū)16圖案的光刻膠17 ；步驟22:如圖8所示，以所述光刻膠17為掩膜刻蝕所述層間介質(zhì)層11，形成犧牲區(qū)16并露出所述第一電介質(zhì)阻擋層15。步驟22的一個(gè)具體實(shí)施例中，可以采用的刻蝕氣體為SF6XF4與CHF3，其中，SF6的流量為10 50sccm，CF4的流量為50 200sccm，CHF3的流量為10 lOOsccm，刻蝕設(shè)備的偏壓為O 300V，刻蝕設(shè)備腔室的壓力為40 150mtorr，刻蝕時(shí)間為10 300s。經(jīng)過步驟22后所殘留的光刻膠17可以通過現(xiàn)有技術(shù)(如燒蝕)去除，此處不再贅述。步驟3:如圖9所示，在所述犧牲區(qū)16中沉積氧化物18。其中，氧化物18可以為氧化硅材料，采用化學(xué)氣相沉積方法形成。氧化物18沉積
結(jié)束后，還需要對(duì)犧牲區(qū)16和氧化物18的表面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)處理，以使表面平
M
iF.0步驟4:如圖10所示，刻蝕部分氧化物18形成溝槽12，并在所述溝槽12中繼續(xù)刻蝕所述氧化物18和第一電介質(zhì)阻擋層15直至露出半導(dǎo)體器件10的源漏區(qū)或者柵極，形成通孔13。該步驟中，刻蝕部分氧化物18形成溝槽12采用干法蝕刻，形成通孔13的方法為:首先用光刻膠(光阻)作為掩膜，刻蝕部分氧化物18形成溝槽12，然后再利用光刻膠(光阻)作為掩膜，在溝槽12中繼續(xù)刻蝕形成通孔13。也可以采用先刻蝕形成通孔13，再刻蝕形成溝槽12的過程形成溝槽12和通孔13。步驟5:如圖11所示，在所述溝槽和通孔內(nèi)采用電化學(xué)鍍(ECP)的方法鍍?nèi)雰?nèi)連線14。
其中，內(nèi)連線14為銅(Cu)內(nèi)連線，鍍?nèi)雰?nèi)連線14后，還需對(duì)所述氧化物18、層間介質(zhì)層11和內(nèi)連線14的表面進(jìn)行化學(xué)研磨的過程處理，以使表面平整。步驟6:如圖12所示，去除剩余的氧化物18形成空氣間隔19。該步驟中，可采用濕法蝕刻或者干法蝕刻方法去除剩余的氧化物18。當(dāng)采用濕法蝕刻時(shí)，主要使用稀釋的氫氟酸進(jìn)行濕法蝕刻。在上述步驟I至6之后，還可以包括:步驟7:如圖13所示，在帶有內(nèi)連線14和空氣間隔19的層間介質(zhì)層11表面形成第二電介質(zhì)阻擋層20。該步驟中，第二電介質(zhì)阻擋層20與前述第一電介質(zhì)阻擋層15的形成方法和材料一樣，此處不再贅述。第二電介質(zhì)阻擋層20的主要作用是防止銅互連的擴(kuò)散，并作為以后在其上形成的薄膜層的蝕刻停止層。通過上述的過程，形成了內(nèi)連線14和層間介質(zhì)層11之間的空氣間隔19，降低了內(nèi)連線14的電容影響，進(jìn)而降低內(nèi)連線14的RC延遲，加快了內(nèi)連線14的信號(hào)傳遞速度。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種IC內(nèi)連線和層間介質(zhì)層之間的空氣間隔形成方法，其特征在于，包括: 步驟1:提供半導(dǎo)體器件，在所述半導(dǎo)體器件上依次形成第一電介質(zhì)阻擋層和層間介質(zhì)層； 步驟2:在所述層間介質(zhì)層上刻蝕出犧牲區(qū)并露出所述第一電介質(zhì)阻擋層； 步驟3:在所述犧牲區(qū)中沉積氧化物； 步驟4:刻蝕部分氧化物形成溝槽，并在所述溝槽中繼續(xù)刻蝕所述氧化物和第一電介質(zhì)阻擋層直至露出半導(dǎo)體器件的源漏區(qū)或者柵極，形成通孔； 步驟5:在所述溝槽和通孔內(nèi)電化學(xué)鍍內(nèi)連線； 步驟6:去除剩余的氧化物形成空氣間隔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IC內(nèi)連線和層間介質(zhì)層之間的空氣間隔形成方法，其特征在于，所述方法還包括: 步驟7:在帶有內(nèi)連線和空氣間隔的層間介質(zhì)層表面形成第二電介質(zhì)阻擋層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IC內(nèi)連線和層間介質(zhì)層之間的空氣間隔形成方法，其特征在于，所述步驟2包括: 步驟21:在所述層間介質(zhì)層上形成具有犧牲區(qū)圖案的光刻膠； 步驟22:以所述光刻膠為掩膜刻蝕所述層間介質(zhì)層，形成犧牲區(qū)并露出所述第一電介質(zhì)阻擋層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IC內(nèi)連線和層間介質(zhì)層之間的空氣間隔形成方法，其特征在于:所述步驟3中在所述犧牲區(qū)中沉積氧化物后還包括對(duì)氧化物和層間介質(zhì)層表面進(jìn)行化學(xué)研磨的過程。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IC內(nèi)連線和層間介質(zhì)層之間的空氣間隔形成方法，其特征在于:所述步驟5中，在所述溝槽和通孔中電化學(xué)鍍內(nèi)連線后還包括對(duì)所述氧化物、層間介質(zhì)層和內(nèi)連線表面進(jìn)行化學(xué)研磨的過程。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IC內(nèi)連線和層間介質(zhì)層之間的空氣間隔形成方法，其特征在于:所述電介質(zhì)阻擋層材料為氮碳化硅，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法進(jìn)行沉積，反應(yīng)溫度200 400°C，壓強(qiáng)2 lOtorr，高頻射線能量200 600W，三甲基硅烷流量100 500sccm,氨氣流量100 500sccm,乙烯流量200 IOOOsccm,氦氣流量500 3000sccm,沉積時(shí)間30 300s。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IC內(nèi)連線和層間介質(zhì)層之間的空氣間隔形成方法，其特征在于，所述層間介質(zhì)層為介電系數(shù)小于3.0的材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IC內(nèi)連線和層間介質(zhì)層之間的空氣間隔形成方法，其特征在于，所述步驟4采用干法蝕刻方法刻蝕所述氧化物和第一電介質(zhì)阻擋層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的IC內(nèi)連線和層間介質(zhì)層之間的空氣間隔形成方法，其特征在于，所述步驟4包括: 利用光刻膠作為掩膜，刻蝕部分氧化物形成溝槽； 利用光刻膠作為掩膜，在所述溝槽中繼續(xù)進(jìn)行刻蝕形成通孔。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IC內(nèi)連線和層間介質(zhì)層之間的空氣間隔形成方法，其特征在于，所述步驟6中采用濕法蝕刻或干法蝕刻方法去除剩余的氧化物形成空氣間隔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種IC內(nèi)連線和層間介質(zhì)層之間的空氣間隔形成方法，包括提供半導(dǎo)體器件，在所述半導(dǎo)體器件上依次形成第一電介質(zhì)阻擋層和層間介質(zhì)層；在所述層間介質(zhì)層上刻蝕出犧牲區(qū)并露出所述第一電介質(zhì)阻擋層；在所述犧牲區(qū)中沉積氧化物；刻蝕部分氧化物形成溝槽，并在所述溝槽中繼續(xù)刻蝕所述氧化物和第一電介質(zhì)阻擋層直至露出半導(dǎo)體器件的源漏區(qū)或者柵極，形成通孔；在所述溝槽和通孔內(nèi)電化學(xué)鍍內(nèi)連線；去除剩余的氧化物形成空氣間隔。本發(fā)明的方法形成了內(nèi)連線和層間介質(zhì)層之間的空氣間隔，從而降低了內(nèi)連線的電容影響，進(jìn)而降低內(nèi)連線的RC延遲，加快了內(nèi)連線的信號(hào)傳遞速度。
文檔編號(hào)H01L21/768GK103117244SQ20111036216
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者鮑宇 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司