应用于铜互连的空气间隔工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种应用于铜互连的Air-Gap工艺，包括：通过对牺牲层图形化，形成顶部大底部小的图形，并在图形内填充第一介质层；在第一介质层内形成沟槽或沟槽加通孔结构并填充金属铜和平坦化工艺；去除所述牺牲层；在衬底、第一介质层以及金属铜上沉积第二介质层，形成空气间隔。由于形成的顶部大底部小的图形，使得牺牲层顶部第一介质层之间形成了释放口，从而使得牺牲层去除之后很容易通过第二介质层沉积形成空气间隔，并保证了后续工艺中空气间隔封口的完整性；此外，本发明专利技术首先往沟槽内填充金属，然后在衬底上沉积第二介质层并形成空气间隔，解决了金属堆积在线条空旷区后不易去除引起的金属残留问题。

【技术实现步骤摘要】
应用于铜互连的空气间隔工艺
本专利技术涉及集成电路制造领域，特别涉及一种应用于铜互连的空气间隔工艺。
技术介绍
集成电路（IntegratedCircuit，IC）按照摩尔定律不断进行微缩，集成度越来越高，同时对器件的各种性能提出了越来越高的要求，其中后段制程（BEOL，BackEndofLine）引入的电阻-电容延迟（RCDelay）成为越来越不可忽略的重要因素。电阻-电容时间延迟（τ）与金属连线的电阻及填充介质与金属之间的寄生电容成正比：τ∝RCinttot＝R(CIMD+CILD)公式（1）公式（1）中R为金属连线的电阻，CIMD和CILD分别为金属连线之间的电容和金属层间电容，下标IMD为金属连线之间介质（InterMetalDielectric）、ILD为金属层间介质（InterLayerDielectric）。由于电阻正比于金属电阻率，而电容正比于介电常数。因此，在现有的后段制程中：一方面可以引入低电阻率的铜替代传统的铝进行布线，另一方面就是采用低介电常数的低k材料做为填充介质，从而进一步降低RCDelay，此外，由公式（2）和公式（3）可知，通过采用low-k材料降低互连电容还可以降低功耗（P）和导线间的交叉耦合噪音（Xtalk）：P∝CinttotV2f公式（2）Xtalk∝CIMD/Cinttot公式（3）相较于介电常数为3.9的传统介质SiO2，低k材料经过近几年的发展，介电常数已经可以做到接近于2.0。低k材料通常是通过提高气孔率的方式来降低介电常数，理论上仍然无法达到空气的介电常数的水平。使用空气作为互连介质即AirGap（空气间隙）方式成为CMOS集成电路的最理想选择，有关AirGap的研究也一直持续了很多年。AirGap相对其它介质填充方式具有更小的弹性模量，特别是在高深宽比的应用中，因而能够降低电迁移过程中的应力，提高器件寿命。除了对RCDelay的贡献，研究表明，使用AirGap能提高电迁移寿命和击穿电压，从而提高器件的可靠性。现有技术中采用的AirGap工艺中，金属平坦化步骤在形成AirGap步骤之前，导致金属堆积在线条空旷区后，利用化学机械研磨（CMP）不容易完全去除，从而引起金属残留，给生产工艺带来麻烦。
技术实现思路
本专利技术提供一种应用于铜互连的Air-Gap工艺，解决了工艺中金属不易去除而导致的金属残留问题，具有实现简单、与现有CMOS工艺兼容等特点。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种应用于铜互连的Air-Gap工艺，包括：提供衬底，所述衬底中设有待引线器件；在所述衬底表面形成一牺牲层；图形化所述待引线器件上的牺牲层，形成顶部大底部小的图形；在所述图形内填充第一介质层；在所述第一介质层内形成沟槽并填充金属铜，或者使用大马士革工艺在所述第一介质层内形成沟槽加通孔并填充金属铜；去除所述牺牲层；在所述衬底、第一介质层以及金属铜上沉积第二介质层以形成空气间隔。作为优选，所述牺牲层为PECVD方法沉积的SiO2或Si3N4材料。作为优选，去除所述牺牲层的方法为：采用含HF的溶液或携带HF的气体去除所述SiO2，或是采用热H3PO4溶液去除所述Si3N4。作为优选，所述牺牲层为PECVD方法沉积的非晶硅薄膜材料。作为优选，所述牺牲层为旋转涂覆法沉积的可挥发有机材料。作为优选，所述牺牲层为旋转涂覆法沉积的聚酰亚胺材料。作为优选，图形化所述待引线器件上的牺牲层，形成顶部大底部小的图形步骤中：采用将光线聚焦在所述聚酰亚胺材料底部的过曝光工艺，形成顶部大底部小的倒梯形结构的图形。作为优选，所述图形化所述待引线器件上的牺牲层，形成顶部大底部小的图形的步骤包括：在所述牺牲层表面上层涂覆一光刻胶层；对所述光刻胶层进行过曝光处理，形成图形化的光刻胶层；以所述图形化的光刻胶层为掩膜，对所述待引线器件上层的牺牲层进行蚀刻，形成顶部大底部小的图形。作为优选，对所述待引线器件上层的牺牲层进行蚀刻，形成顶部大底部小的图形步骤，具体为：对所述待引线器件上层的牺牲层进行各向同性刻蚀，形成顶部大底部小的凹面结构的图形。作为优选，对所述待引线器件上层的牺牲层进行蚀刻，形成顶部大底部小的图形步骤，具体为：通过形貌倾斜的干法刻蚀工艺刻蚀所述待引线器件上层的牺牲层，从而形成顶部大底部小的倒梯形结构的图形。作为优选，所述形貌倾斜的干法刻蚀工艺刻蚀所述待引线器件上层的牺牲层，形成的所述图形的倾斜角为30度~80度。作为优选，对所述待引线器件上层的牺牲层进行蚀刻，形成顶部大底部小的图形步骤，具体为：对所述待引线器件上层的牺牲层进行各向同性刻蚀，形成顶部图形；采用各向异性刻蚀工艺继续刻蚀所述顶部图形至所述牺牲层底部，形成顶部为凹面底部为直形的碗口型结构的图形。作为优选，对所述待引线器件上层的牺牲层进行蚀刻，形成顶部大底部小的图形步骤，具体为：采用形貌倾斜的干法刻蚀工艺对所述待引线器件上层的牺牲层进行刻蚀，形成倒梯形的顶部图形，所述顶部图形的倾斜角为30度~80度；采用各向异性的基准干法刻蚀工艺继续刻蚀所述顶部图形至所述牺牲层底部，形成顶部为倒梯形底部为直形的结构的图形。作为优选，对所述待引线器件上层的牺牲层进行蚀刻，形成顶部大底部小的图形步骤，具体为：对所述待引线器件上层的牺牲层进行各向异性基准工艺刻蚀，形成顶部图形，所述顶部图形为直形；采用光刻胶的修剪工艺，使得所述光刻胶在垂直和水平方向收缩；采用形貌倾斜的干法刻蚀工艺继续刻蚀所述顶部图形至所述牺牲层底部，形成顶部为倒梯形底部为直形的结构的图形。作为优选，所述光刻胶的修剪工艺在干法去胶设备中进行。作为优选，所述光刻胶的修剪工艺具体步骤为，使用含有氧气的气体在等离子体环境中与所述光刻胶发生反应，使得所述光刻胶在垂直和水平方向收缩。作为优选，在所述第一介质层内形成沟槽或沟槽加通孔并填充金属铜步骤，具体为：采用铜镶嵌的单大马士革工艺在所述第一介质层内形成沟槽并填充金属铜；或采用铜镶嵌的双大马士革工艺在所述第一介质层内形成沟槽加通孔并填充金属铜。作为优选，去除所述牺牲层的方法为湿法腐蚀法。作为优选，去除所述牺牲层的方法为热分解方法。作为优选，去除所述牺牲层的方法为气相腐蚀方法。作为优选，去除所述牺牲层的方法为离子体增强的干法刻蚀方法。作为优选，所述第一介质层为SiO2或低k材料。作为优选，所述第二介质层为SiO2或低k材料。作为优选，填充金属铜步骤之后，还包括：采用化学机械研磨工艺法去除所述牺牲层以及所述第一介质层上层表面多余的金属铜，使所述牺牲层、第一介质层以及金属铜的上层表面处于同一水平面，并在牺牲层顶部的两相邻所述第一介质层之间形成一释放口。与现有技术相比，本专利技术应用于铜互连的Air-Gap工艺中对所述待引线器件上层的牺牲层图形化，形成顶部大底部小的图形，使得牺牲层顶部第一介质层之间形成了释放口，使得牺牲层去除之后很容易通过第二介质层沉积形成空气间隔，并保证了后续工艺中空气间隔封口的完整性；此外，本专利技术首先往所述沟槽内填充金属，然后在所述衬底上沉积第二介质层并形成空气间隔，解决了金属堆积线条空旷区后不易去除引起的金属残留问题。附图说明图1A~1I为本专利技术具体实施例一中各工艺完成后器件剖视图；图2A~2I为本专利技术具体实施例二中各工艺完成后器件剖视图。具体实施方式为使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于铜互连的空气间隔工艺，其特征在于，包括：提供衬底，所述衬底中设有待引线器件；在所述衬底表面形成一牺牲层；图形化所述待引线器件上的牺牲层，形成顶部大底部小的图形；在所述图形内填充满第一介质层；在所述顶部大底部小的图形中的所述第一介质层内形成沟槽或者沟槽加通孔并填充金属铜；其中，填充有金属铜的沟槽或所述沟槽加通孔的宽度小于所述顶部大底部小的图形的底部宽度；去除所述牺牲层，使所述顶部大底部小图形之间形成空气间隔；所述空气间隔为所述顶部大底部小图形之间所构成的顶部小底部大的图形；所述空气间隔由相邻的所述顶部大底部小图形的侧壁以及所述空气间隔的底部为部分衬底表面和部分带引线器件所围成；在所述衬底、第一介质层、所述空气间隔以及金属铜上沉积第二介质层，从而将空气间隔的顶部封闭。2.如权利要求1所述的应用于铜互连的空气间隔工艺，其特征在于，所述牺牲层为PECVD方法沉积的SiO2或Si3N4材料。3.如权利要求2所述的应用于铜互连的空气间隔工艺，其特征在于，去除所述牺牲层的方法为：采用含HF的溶液或携带HF的气体去除所述SiO2，或是采用热H3PO4溶液去除所述Si3N4。4.如权利要求1所述的应用于铜互连的空气间隔工艺，其特征在于，所述牺牲层为PECVD方法沉积的非晶硅薄膜材料。5.如权利要求1所述的应用于铜互连的空气间隔工艺，其特征在于，所述牺牲层为旋转涂覆法沉积的可挥发有机材料。6.如权利要求1所述的应用于铜互连的空气间隔工艺，其特征在于，所述牺牲层为旋转涂覆法沉积的聚酰亚胺材料。7.如权利要求6所述的应用于铜互连的空气间隔工艺，其特征在于，图形化所述待引线器件上的牺牲层，形成顶部大底部小的图形步骤中：采用将光线聚焦在所述聚酰亚胺材料底部的过曝光工艺，形成顶部大底部小的倒梯形结构的图形。8.如权利要求1所述的应用于铜互连的空气间隔工艺，其特征在于，所述图形化所述待引线器件上的牺牲层，形成顶部大底部小的图形的步骤包括：在所述牺牲层表面上层涂覆一光刻胶层；对所述光刻胶层进行过曝光处理，形成图形化的光刻胶层；以所述图形化的光刻胶层为掩膜，对所述待引线器件上层的牺牲层进行蚀刻，形成顶部大底部小的图形。9.如权利要求8所述的应用于铜互连的空气间隔工艺，其特征在于，对所述待引线器件上层的牺牲层进行蚀刻，形成顶部大底部小的图形步骤，具体为：对所述待引线器件上层的牺牲层进行各向同性刻蚀，形成顶部大底部小的凹面结构的图形。10.如权利要求8所述的应用于铜互连的空气间隔工艺，其特征在于，对所述待引线器件上层的牺牲层进行蚀刻，形成顶部大底部小的图形步骤，具体为：通过形貌倾斜的干法刻蚀工艺刻蚀所述待引线器件上层的牺牲层，从而形成顶部大底部小的倒梯形结构的图形。11.如权利要求10所述的应用于铜互连的空气间隔工艺，其特征在于，所述形貌倾斜的干法刻蚀工艺刻蚀所述待引线器件上层的牺牲层，形成的所述图形的倾斜角为30度～80度。12.如权利要求8所述的应用于铜互连的空...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁超，康晓旭，
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：