一种空气隙的形成方法技术

本发明专利技术公开了一种空气隙的形成方法，包括如下步骤：S01：形成位于固体介质之间的凹槽；S02：制备绝缘片状二维材料，其中，所述绝缘片状二维材料包括绝缘片状层，所述绝缘片状层在片状二维方向上的尺寸大于上述凹槽的尺寸；S03：将所述绝缘片状二维材料沉积在固体介质以及凹槽上；S04：对固体介质以及绝缘片状二维材料进行退火，从而在凹槽上形成稳定的绝缘片状二维材料组成的薄膜。本发明专利技术提供的一种空气隙的形成方法，可以有效提高空气隙的形成比例，从而大幅度降低有效介电常数和互连延迟，进一步降低成本和提升产品性能。

A Method of Air Gap Formation

【技术实现步骤摘要】
一种空气隙的形成方法
本专利技术涉及空气隙领域，具体涉及一种空气隙的形成方法。
技术介绍
在超大规模集成电路的工艺发展中，由于芯片速度的提升、功耗的降低等，金属互连线的延迟已经远超器件的延迟。为了降低互连延迟，需要采用低介电常数材料。由于空气的相对节点常数为1，降低介电常数的终极手段是实现空气隙。传统空气隙互连技术方案是在互连形成后，通过光刻刻蚀形成金属互连线间的凹槽，然后，然后通过非保形的化学气相沉积(CVD)等成膜技术，沉积介质薄膜将凹槽封住，形成互连线间的封口的空气隙。传统方案存在以下问题：(1)工艺复杂，需要额外的图形化和平坦化等工艺；(2)非保形的CVD成膜技术，依然会有大量的薄膜沉积在空气隙中，导致空气隙的实际提及相比互连线间的凹槽提及缩小，有效介电常数增加。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种空气隙的形成方法，可以有效提高空气隙的形成比例，从而大幅度降低有效介电常数和互连延迟，进一步降低成本和提升产品性能。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种空气隙的形成方法，包括如下步骤：S01：形成位于固体介质之间的凹槽；S02：制备绝缘片状二维材料，其中，所述绝缘片状二维材料包括绝缘片状层，所述绝缘片状层在片状二维方向上的尺寸大于上述凹槽的尺寸；S03：将所述绝缘片状二维材料沉积在固体介质以及凹槽上；S04：对固体介质以及绝缘片状二维材料进行退火，形成稳定的绝缘片状二维材料组成的薄膜，从而形成被绝缘片状二维材料组成的薄膜封口的空气隙。进一步地，所述步骤S02还包括：将绝缘片状二维材料溶于水中，并加入有机溶剂，制备成绝缘片状二维材料溶液，所述步骤S03中采用旋涂的方法将绝缘片状二维材料溶液沉积在固体介质以及凹槽上并进行热处理，从而在固体介质以及凹槽上形成绝缘片状二维材料组成的薄膜。进一步地，所述步骤S02还包括：将绝缘片状二维材料溶于水中，并加入有机溶剂，制备成绝缘片状二维材料溶液，所述步骤S03中采用浸没式成膜工艺将绝缘片状二维材料沉积在固体介质以及凹槽上，具体方法为：将固体介质浸没在绝缘片状二维材料溶液中，通过加热使得溶剂蒸发，从而在固体介质以及凹槽上形成绝缘片状二维材料组成的薄膜。进一步地，所述浸没式成膜过程中，夹持部件位于所述固体介质的上表面边缘，且所述夹持部件与所述固体介质上表面边缘保持距离，其中，通过调节绝缘片状二维材料溶液的表面张力以及固体介质和夹持部件的材料，使得绝缘片状二维材料溶液自身表面张力大于其与固体介质以及其与夹持部件之间的作用力，且所述绝缘片状二维材料溶液与固体介质和夹持部件之间的接触角均大于60°，使得绝缘片状二维材料溶液不能通过上述距离进入固体介质上表面边缘、固体介质侧壁以及固体介质底部。进一步地，所述浸没式成膜过程中，采用夹持部件覆盖在所述固体介质的底部、侧壁以及上表面边缘。进一步地，所述绝缘片状二维材料为氧化石墨烯或者氮化硼或者Si2BN。进一步地，所述绝缘片状层的尺寸值呈正态分布，且正态分布的中心值大于凹槽尺寸的1.2倍。进一步地，氧化石墨烯溶液的制备方法包括如下步骤：S01：将氧化石墨烯溶于水中，并加入有机溶剂，在55-65℃下超声溶解形成稳定的氧化石墨烯溶液；S02：采用尺寸为M1的过滤膜对氧化石墨烯溶液进行过滤，过滤之后剩余的部分为第一次过滤后的氧化石墨烯溶液；其中，M1为所述凹槽的尺寸；S03:：采用尺寸为M2的过滤膜对氧化石墨烯溶液进行过滤，过滤掉的部分为第二次过滤后的氧化石墨烯溶液；其中，M2大于M1。一种空气隙，包括固体介质以及位于固体介质中的凹槽，所述固体介质以及凹槽的上表面覆盖绝缘片状二维材料组成的薄膜，所述绝缘片状二维材料组成的薄膜对凹槽进行封口，从而形成空气隙；其中，绝缘片状二维材料包括绝缘片状层，且所述绝缘片状层在片状二维方向上的最小尺寸大于上述凹槽的尺寸。进一步地，所述凹槽的内侧壁上覆盖介质保护层，当固体介质为金属层时，所述绝缘片状二维材料组成的薄膜与金属层之间包括介质保护层。本专利技术的有益效果为：本专利技术采用最小尺寸大于固体介质之间凹槽尺寸的绝缘片状层，对凹槽进行封口，从而形成空气隙，该方法可以避免现有技术中将封口薄膜沉积在空气隙中，可以有效提高空气隙的形成比例，从而大幅度降低有效介电常数和互连延迟，进一步降低成本和提升产品性能；同时本专利技术方法形成的空气隙表面平坦，在对空气隙进行封口的同时可以得到平坦化的效果，从而无需后续的平坦化工艺，简化了集成工艺。附图说明附图1为实施例1中浸没式成膜的示意图。附图2为液体与固体之间不同接触角对应的状态。附图3为实施例2中硅片上同时沉积金属层和介质层的示意图。附图4为实施例2中去除介质层的示意图。附图5为实施例2中沉积介质保护层的示意图。附图6为实施例2中形成金属间空气隙的示意图。附图7为实施例2中金属间空气隙的SEM示意图。附图8为实施例3中形成绝缘介质层间空气隙的示意图。1夹持部件，2固体介质，3氧化石墨烯组成的薄膜，31氧化石墨烯溶液，11硅片，12金属层，13隔离介质层，14介质保护层，15绝缘片状二维材料组成的薄膜，16绝缘介质层，17金属间空气隙，18绝缘介质层间空气隙。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步的详细说明。本专利技术提供的一种空气隙的形成方法，包括如下步骤：S01：形成位于固体介质之间的凹槽。其中，空气隙的形成位置根据工艺需求来确定，现有技术中任何可以形成空气隙的方法均可使用本专利技术方法来形成空气隙。固体介质可以是金属线，也可以是位于金属线上方的绝缘介质。S02：制备绝缘片状二维材料，其中，绝缘片状二维材料包括绝缘片状层，所有的绝缘片状层的尺寸均大于上述凹槽的尺寸。由于绝缘片状二维材料用来对上述凹槽进行封口，从而形成空气隙，在封口的过程中，需要确保绝缘片状层的最小尺寸大于凹槽的尺寸，这里的尺寸指的是二维方向上的尺寸，即分别指的是绝缘片状层在片状二维方向上的尺寸以及凹槽上表面的尺寸，从而确保绝缘片状二维材料可以覆盖在凹槽上方的固体介质上，而不是掉落在凹槽内。S03：将绝缘片状二维材料沉积在固体介质以及凹槽上。绝缘片状层的最小尺寸大于凹槽的尺寸，因此，绝缘片状二维材料可以覆盖在凹槽两侧的固体介质上以及凹槽的上面，正好用于对凹槽进行封口，形成空气隙。覆盖在固体介质上的绝缘片状二维材料可以作为绝缘隔离层，当固体介质为金属时，绝缘片状二维材料可以用于隔绝相邻的上下层金属。具体工艺中可以采用任何形式的方式将绝缘片状二维材料放置于固体介质以及凹槽的上方。S04：对固体介质以及绝缘片状二维材料进行退火，从而在凹槽上形成稳定的绝缘片状二维材料组成的薄膜。沉积好薄膜的样品在退火设备内以及氧气环境下退火，温度为小于等于450℃，时间为10min-60min。本步骤中的高温退火是为了将绝缘片状二维材料中不稳定的悬挂键及基团使其断裂，避免这些基团吸附环境中的其他气氛，导致绝缘片装二维材料组成的薄膜特性变化，通过退火之后在凹槽上形成稳定的绝缘片状二维材料组成的薄膜。本专利技术中制备绝缘片状二维材料较优的为氧化石墨烯，也可以为氮化硼或者Si2BN。氧化石墨烯的制备方法可以采用现有技术中的制备方法，例如使用强氧化剂(高锰酸钾、浓硫酸、磷酸等)将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空气隙的形成方法，其特征在于，包括如下步骤：S01：形成位于固体介质之间的凹槽；S02：制备绝缘片状二维材料，其中，所述绝缘片状二维材料包括绝缘片状层，所述绝缘片状层在片状二维方向上的尺寸大于上述凹槽的尺寸；S03：将所述绝缘片状二维材料沉积在固体介质以及凹槽上；S04：对固体介质以及绝缘片状二维材料进行退火，形成稳定的绝缘片状二维材料组成的薄膜，从而形成被绝缘片状二维材料组成的薄膜封口的空气隙。

【技术特征摘要】
1.一种空气隙的形成方法，其特征在于，包括如下步骤：S01：形成位于固体介质之间的凹槽；S02：制备绝缘片状二维材料，其中，所述绝缘片状二维材料包括绝缘片状层，所述绝缘片状层在片状二维方向上的尺寸大于上述凹槽的尺寸；S03：将所述绝缘片状二维材料沉积在固体介质以及凹槽上；S04：对固体介质以及绝缘片状二维材料进行退火，形成稳定的绝缘片状二维材料组成的薄膜，从而形成被绝缘片状二维材料组成的薄膜封口的空气隙。2.根据权利要求1所述的一种空气隙的形成方法，其特征在于，所述步骤S02还包括：将绝缘片状二维材料溶于水中，并加入有机溶剂，制备成绝缘片状二维材料溶液，所述步骤S03中采用旋涂的方法将绝缘片状二维材料溶液沉积在固体介质以及凹槽上并进行热处理，从而在固体介质以及凹槽上形成绝缘片状二维材料组成的薄膜。3.根据权利要求1所述的一种空气隙的形成方法，其特征在于，所述步骤S02还包括：将绝缘片状二维材料溶于水中，并加入有机溶剂，制备成绝缘片状二维材料溶液，所述步骤S03中采用浸没式成膜工艺将绝缘片状二维材料沉积在固体介质以及凹槽上，具体方法为：将固体介质浸没在绝缘片状二维材料溶液中，通过加热使得溶剂蒸发，从而在固体介质以及凹槽上形成绝缘片状二维材料组成的薄膜。4.根据权利要求3所述的一种空气隙的形成方法，其特征在于，所述浸没式成膜过程中，夹持部件位于所述固体介质的上表面边缘，且所述夹持部件与所述固体介质上表面边缘保持距离，其中，通过调节绝缘片状二维材料溶液的表面张力以及固体介质和夹持部件的材料，使得绝缘片状二维材料溶液自身表面张力大于其与固体介质以及其与夹持部件之间的作用力，且所述绝缘片状二维材料溶液与固体...

【专利技术属性】
技术研发人员：康晓旭，沈若曦，钟晓兰，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31