全局互连铜镂空结构的制造方法技术

一种全局互连铜镂空结构的制造方法，属于集成电路金属互连多层结构的制造方法。包括如下步骤：（１）形成图形化的阻挡层，溅射种子层，光刻，掩膜电镀，形成图形化的铜柱子；（２）刻蚀底膜，填充牺牲层，研磨抛光，溅射种子层，光刻电镀，去胶，刻蚀底膜，形成互相绝缘的分立通孔图形；（３）同２，填牺牲层，研磨抛光并溅射种子层，光刻，再次电镀上层铜柱子；（４）形成镂空互连结构。本发明专利技术使全局互连导线通过牺牲层技术镂空，这种互连不但可以将电介质的介电常数大幅度降低到很低水平，而且由于实际上阻断了互连引线之间的联系通道，避免导体材料的扩散迁移。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种集成电路
的制造方法，特别是一种。
技术介绍
半导体制造技术的发展推动了具有多层互连线的集成电路的发展。对于高端集成电路，金属互连层数多达8～9层，这样金属导线间的电容、层间电容和金属导线的电阻增大，从而导致布线RC延迟的增加，限制了芯片的处理速度。为了提高芯片的速度和降低布线的RC延迟，一方面金属导线要用铜替代铝；另一方面要降低金属互连层间绝缘层的介电常数k，即要用低k绝缘层替代SiO2层(k＝3.9～4.2)，低k绝缘层可降低绝缘层所产生的寄生电容。当集成电路技术进步到90nm以下技术时代时，多孔低k介质(＜2.7)的采用将成为重要问题，人们对低k介质与Cu的互连集成技术研究很多，低k材料除了其低的k值可以保证获得小的互连电容外，还需要好的介电性和好的机械力学特性、与其他互连材料如Cu及势垒层材料的性质兼容、能够与IC工艺兼容(如后续的清洁、刻蚀、研磨抛光、热处理等工艺)、能够在器件特定工作条件下高可靠性地工作。多孔低k介质的机械强度往往不能满足后续工艺的需要，通孔和沟槽的刻蚀及刻蚀后的清洗问题是低k介质材料技术中的技术难点。相比低k多孔介质而言，另外一种降低互连电容的方法是在互连结构中引入气隙，即介质层和空气是分开的。经对现有技术文献的检索发现，Z.Gabric等人于Proc.2004 IEEE(international connect technology conference)(美国电气电子工程师学会2004年国际互连技术会议)第151-153页中所提出的“Air gap technology byselective Ozone/TEOS deposition”(选择性沉积Ozone/TEOS的气隙互连技术)，这种方法使相连金属间的电容比没有气隙的互连结构减小了两个数量级。然而，空气间隙形成时，金属线内壁和空气间隙间有一层SiO2边墙，边墙太厚则使电容增加，太薄则不能有效防止金属线间形成的电迁移，因此需要优化边墙厚度，工艺复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种，即将MEMS(微机电系统)技术中常用的牺牲层技术应用到铜互连结构的制造工艺中，使其全局互连导线通过牺牲层技术镂空，这种互连不但可以将电介质的介电常数大幅度降低到很低水平，而且由于实际上阻断了互连引线之间的联系通道，避免导体材料的扩散迁移。本专利技术是通过如下技术方案实现的，具体包括如下步骤(1)掩膜电镀，形成图形化的铜柱子(即互连铜线)首先在清洗干净的单面氧化硅衬底上光刻，再采用磁控溅射法(常规操作)沉积20nm～50nm的阻挡层，丙酮去胶，形成图形化的阻挡层；接着再溅射70nm～110nm厚度的种子层(即底膜)，光刻，在有阻挡层的上方电镀铜柱子(即铜线)去除光刻胶，干法刻蚀去除底膜(即等离子体刻蚀底膜)，形成分立的铜线图形。(2)形成互相绝缘的分立通孔图形在分立的铜线间填充牺牲层，研磨抛光使表面平坦化并露出铜线；溅射种子层，再光刻形成通孔图形，以光刻胶为掩膜电镀通孔，去胶；以铜为掩膜，同上用干法刻蚀去除通孔之外的底膜，形成互相绝缘的分立通孔图形。(3)再次电镀上层铜柱子在分立的通孔图形间再次填充牺牲层，研磨抛光至露出铜通孔，再溅射种子层，光刻形成上层沟槽，在沟槽里电镀上层铜柱子，铜柱高度与胶持平，再溅射上层保护层。(4)形成镂空互连结构用丙酮去光刻胶，干法刻蚀去除底膜，将浓磷酸放在水浴锅中加热到60℃～80℃，再将互连结构浸泡在浓磷酸中以去除牺牲层，形成全局互连铜镂空结构。所述的阻挡层，是指能阻挡金属扩散并与介质层具有较好粘结性的金属层，可选择钽(Ta)、氮化钽(TaN)或氮化钨钽(TaWN)。采用磁控溅射或化学气相沉积的方法制备。所述的种子层，是指磁控溅射沉积的CrCu薄膜，其中铬作为粘结层。所述的干法刻蚀去除底膜，具体条件是本底真空2.0*10-6mbar，工作压力0.02mbar，刻蚀气体高纯氩气，流量70sccm，功率750W。所述的填充牺牲层，其牺牲层是指磁控溅射的氧化铝薄膜或旋涂的聚酰亚胺层。若牺牲层是磁控溅射的氧化铝薄膜，则溅射氧化铝条件为本底真空2.0×10-4Pa，溅射气压2.67Pa，功率4KW；若牺牲层是聚酰亚胺，则是通过旋涂填充，具体条件是用程控烘箱，从室温缓慢升温到90℃，保温1h，再0.5h升到130℃，保温0.5h，最后1h升到150℃，保温1h，以保证后续抛光时有一定的强度，而且要防止后面干法刻蚀去除底膜时温度升高导致聚酰亚胺变性而难以去除。所述的氧化铝薄膜，其结构是柱状非晶态，其厚度与铜柱(或通孔)高度一样，可以避免在以后的研磨抛光过程中由于牺牲层和铜的硬度差别大导致图形损坏。选择性去除牺牲层时，去氧化铝时所用腐蚀液是水浴加热的浓磷酸。牺牲层是聚酰亚胺时，用温热的稀氢氧化钠溶液去除。所述的溅射上层保护层，其溅射条件为本底真空5×10-5Pa，流量30sccm，功率100W。所述的上层保护层，其材料是磁控溅射的钨。所述的去除牺牲层，是指若牺牲层是氧化铝时，采用水浴加热浓磷酸去除牺牲层；牺牲层是聚酰亚胺时，采用温热的稀氢氧化钠溶液去除牺牲层。本专利技术的原理及有益效果本专利技术针对互连延迟的主要部分，即全局互连部分，提供形成镂空铜互连结构的方法，即采用与局域互连完全不同的解决方法，借助MEMS(微机电系统)技术常用的牺牲层技术理念，将全局互连的导线通过牺牲层技术镂空，然后再次填充低k介质材料(聚酰亚胺或者是含氟的硅酸盐玻璃)，或者干脆悬空工作，构成针对全局互连的超低k三维互连架构。这种互连不但可以将电介质的介电常数大幅度降低到很低水平，而且由于实际上阻断了互连引线之间的联系通道，导体材料的扩散迁移过程将不会发生。附图说明图1本专利技术所制备的镂空铜互连结构剖视图。图2本专利技术制造工艺流程中形成第一层铜线的示意图。图3本专利技术制造工艺流程中形成通孔的示意图。图4本专利技术制造工艺流程中形成上层铜线的示意图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的实施例作详细说明本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1本实施例1是在以下实施条件和技术要求条件下实施的(1)掩膜电镀，形成图形化的铜柱子。参见图2，将清洗干净的硅衬底1于180℃烘烤半小时以增强胶和衬底的结合力，再甩胶光刻，采用化学气相沉积或溅射法沉积20nm厚的阻挡层4，阻挡层是氮化钽(TaN)，用丙酮去胶，借助liftoff(剥离)技术使阻挡层图形化，接着磁控溅射110nm厚的CrCu种子层2，再光刻，形成沟槽，在沟槽里电镀铜线3。接着丙酮去胶，以铜柱为掩膜，用干法等离子体刻蚀去除底膜，形成分立绝缘的铜线。若合理控制物理刻蚀条件，则铜柱的损失基本可以忽略，直接以铜柱为掩膜来刻蚀底膜是可行的。刻蚀具体条件是本底真空2.0*10-6mbar，工作压力0.02mbar，刻蚀气体高纯氩气，流量70sccm，功率750W。然后填充牺牲层5，牺牲层是磁控溅射的氧化铝，溅射氧化铝条件为本底真空2.0×10-4Pa，溅射气压2.67Pa，功率4KW。研磨抛光表面并露出铜线，再溅射种子层。(2)参见图3，光刻形成通孔图形，再电镀通孔6，去胶，同步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全局互连铜镂空结构的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：（１）掩膜电镀，形成图形化的铜柱子：首先在清洗干净的单面氧化硅衬底上光刻，再采用磁控溅射法沉积２０ｎｍ～５０ｎｍ的阻挡层，丙酮去胶，形成图形化的阻挡层；接着再溅射７０ｎｍ～１１０ｎｍ厚度的种子层，光刻，在有阻挡层的上方电镀铜柱子去除光刻胶，干法刻蚀去除底膜，形成分立的铜线图形；（２）形成互相绝缘的分立通孔图形：在分立的铜线间填充牺牲层，研磨抛光使表面平坦化并露出铜线；溅射种子层，再光刻形成通孔图形，以光刻胶为掩膜电镀通孔，去胶；以铜为掩膜，同上用干法刻蚀去除通孔之外的底膜，形成互相绝缘的分立通孔图形；（３）再次电镀上层铜柱子：在分立的通孔图形间再次填充牺牲层，研磨抛光至露出铜通孔，再溅射种子层，光刻形成上层沟槽，在沟槽里电镀上层铜柱子，铜柱高度与胶持平，再溅射上层保护层；（４）形成镂空互连结构：用丙酮去光刻胶，干法刻蚀去除底膜，去除牺牲层，形成全局互连铜镂空结构。

【技术特征摘要】
1.一种全局互连铜镂空结构的制造方法，其特征在于，包括如下步骤(1)掩膜电镀，形成图形化的铜柱子首先在清洗干净的单面氧化硅衬底上光刻，再采用磁控溅射法沉积20nm～50nm的阻挡层，丙酮去胶，形成图形化的阻挡层；接着再溅射70nm～110nm厚度的种子层，光刻，在有阻挡层的上方电镀铜柱子去除光刻胶，干法刻蚀去除底膜，形成分立的铜线图形；(2)形成互相绝缘的分立通孔图形在分立的铜线间填充牺牲层，研磨抛光使表面平坦化并露出铜线；溅射种子层，再光刻形成通孔图形，以光刻胶为掩膜电镀通孔，去胶；以铜为掩膜，同上用干法刻蚀去除通孔之外的底膜，形成互相绝缘的分立通孔图形；(3)再次电镀上层铜柱子在分立的通孔图形间再次填充牺牲层，研磨抛光至露出铜通孔，再溅射种子层，光刻形成上层沟槽，在沟槽里电镀上层铜柱子，铜柱高度与胶持平，再溅射上层保护层；(4)形成镂空互连结构用丙酮去光刻胶，干法刻蚀去除底膜，去除牺牲层，形成全局互连铜镂空结构。2.如权利要求1所述的全局互连铜镂空结构的制造方法，其特征是，所述的阻挡层，是指能阻挡金属扩散并与介质层具有较好粘结性的金属层，可选择钽(Ta)、氮化钽(TaN)或氮化钨钽(TaWN)。3.如权利要求1所述的全局互连铜镂空结构的制造方法，其特征是，所述的种子层，是指磁控溅射沉积的CrCu薄膜，其中铬作为粘结层...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丛春，杨春生，丁桂甫，刘兴刚，张楷亮，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]