沟槽间形成空气间隔的方法技术

本发明专利技术提供了一种沟槽间形成空气间隔的方法：预先提供一半导体衬底，所述半导体衬底表面自下而上依次包括第一刻蚀终止层和图案化的光阻胶层，图案化的光阻胶层所显露区域定义沟槽的关键尺寸；在第一刻蚀终止层和图案化的光阻胶层表面沉积超低温氧化层，并对所述超低温氧化层进行各向异性刻蚀，形成位于图案化光阻胶层两侧的侧壁层；沉积金属铜并进行化学机械研磨至与图案化光阻胶层的高度齐平，形成沟槽内的金属铜；在金属铜和图案化光阻胶层的表面形成有孔盖层；透过有孔盖层去除图案化光阻胶层，形成沟槽间的空气间隔。采用本发明专利技术能够降低整个IC的RC延迟。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种：预先提供一半导体衬底，所述半导体衬底表面自下而上依次包括第一刻蚀终止层和图案化的光阻胶层，图案化的光阻胶层所显露区域定义沟槽的关键尺寸；在第一刻蚀终止层和图案化的光阻胶层表面沉积超低温氧化层，并对所述超低温氧化层进行各向异性刻蚀，形成位于图案化光阻胶层两侧的侧壁层；沉积金属铜并进行化学机械研磨至与图案化光阻胶层的高度齐平，形成沟槽内的金属铜；在金属铜和图案化光阻胶层的表面形成有孔盖层；透过有孔盖层去除图案化光阻胶层，形成沟槽间的空气间隔。采用本专利技术能够降低整个IC的RC延迟。【专利说明】
本专利技术涉及半导体器件制造技术，特别涉及一种。
技术介绍
目前，在半导体器件的后段(back-end-o f-1 ine, BE0L)工艺中，可根据不同需要在半导体衬底上生长多层金属互连层，每层金属互连层包括金属互连线和绝缘层，这就需要对上述绝缘层制造沟槽(trench)和连接孔，然后在上述沟槽和连接孔内沉积金属，沉积的金属即为金属互连线，一般选用铜作为金属互连线材料。绝缘层可根据制程的需要进行具体设置。例如包括在半导体衬底上依次形成的刻蚀终止层，例如掺氮的碳化硅层；低介电常数(Low-K)绝缘材料层，例如含有硅、氧、碳、氢元素的类似氧化物(Oxide)的黑钻石(blackdiamond, BD)材料等。现有技术中形成沟槽的方法，包括以下步骤:步骤011、提供一半导体衬底，所述半导体衬底表面自下而上依次包括刻蚀终止层和层间介质层，在层间介质层上涂布光阻胶(PR，Photo Resist)层，并图案化所述光阻胶层，图案化的光阻胶层所显露区域定义沟槽的关键尺寸(CD)；步骤012、以图案化的光阻胶层为掩膜，干法刻蚀层间介质层，在刻蚀终止层停止刻蚀，形成沟槽。在现有的刻蚀工艺中，一般采用等离子体刻蚀的方法形成沟槽。步骤013、去除图案化的光阻胶层后在沟槽内填充金属铜。随着集成电路的不断发展，后段金属互连层的层数越来越密集，要求层间介质层具有更低的K值，虽然层间介质层采用了低介电常数绝缘材料层，但BD的介电常数为2.7?3，因此如何进一步降低整个集成电路(IC)的电阻电容(RC)延迟，提高器件的电学性能，成为目前亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术解决的技术问题是:降低整个IC的RC延迟。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案具体是这样实现的:本专利技术提供了一种，应用于半导体器件的后段工艺中，该方法包括:预先提供一半导体衬底，所述半导体衬底表面自下而上依次包括第一刻蚀终止层和图案化的光阻胶层，图案化的光阻胶层所显露区域定义沟槽的关键尺寸；在第一刻蚀终止层和图案化的光阻胶层表面沉积超低温氧化层，并对所述超低温氧化层进行各向异性刻蚀，形成位于图案化光阻胶层两侧的侧壁层；沉积金属铜并进行化学机械研磨至与图案化光阻胶层的高度齐平，形成沟槽内的金属铜；在金属铜和图案化光阻胶层的表面形成有孔盖层；透过有孔盖层去除图案化光阻胶层，形成沟槽间的空气间隔。在化学机械研磨金属铜之后，形成有孔盖层之前，该方法进一步包括涂布无定型碳膜，并进行回刻，使经过回刻的无定型碳膜填充在被化学机械研磨金属铜时损伤的图案化光阻胶层表面。形成有孔盖层的方法包括:沉积分子筛膜，所述分子筛膜具有规则的孔洞；或者沉积第二刻蚀终止层，并在第二刻蚀终止层表面其下方具有图案化光阻胶层的位置形成通孔。去除图案化光阻胶层的方法包括氧气灰化的方法或者含氧离子体刻蚀的方法。所述超低温氧化层的形成温度低于100摄氏度。形成沟槽间的空气间隔之后，该方法进一步包括形成下层的层间介质层。所述层间介质层的介电常数为2?7。所述层间介质层为碳氧化硅SiOC层、二氧化硅SiO2层、氢氧化硅层、氮化硅层或碳氮化硅SiNC层中的一种或者几种的任意组合。由上述的技术方案可见，采用光阻胶作为牺牲层，最终去除之后在沟槽间形成空气间隔，沟槽间具有空气间隔，空气的介电常数为1，而BD的介电常数为2.7?3，从介电常数的比较可以看出，空气间隔的形成使得层间介质层的整体介电常数下降，从而达到了降低整个IC的RC延迟的目的。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术实施例的流程示意图。图2a至图2e为本专利技术实施例的具体剖面示意图。图2f为本专利技术实施例在当层金属互连层表面沉积有下层层间介质层的剖面结构示意图。图3为本专利技术实际研磨金属铜时出现光阻胶损伤的结构示意图。图4为本专利技术为克服图3缺陷填充光阻胶损伤位置的结构示意图。【具体实施方式】为使本专利技术的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术利用示意图进行了详细描述，在详述本专利技术实施例时，为了便于说明，表示结构的示意图会不依一般比例作局部放大，不应以此作为对本专利技术的限定，此外，在实际的制作中，应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。本专利技术的核心思想是:采用光阻胶作为牺牲层，最终去除之后在沟槽间形成空气间隔，空气间隔替代了原来的层间介质层，从而达到了降低整个IC的RC延迟的目的。而且，本专利技术采用了不同于现有技术刻蚀层间介质层形成沟槽的方法，而是曝光显影光阻胶层，定义沟槽的CD，这样形成的沟槽不存在刻蚀层间介质层的过程，因此沟槽具有较高的特征尺寸均匀性。本专利技术实施例，其流程示意图如图1所示，包括以下步骤，下面结合图2a至图2e，进行详细说明。步骤11、请参阅图2a，预先提供一半导体衬底100，所述半导体衬底100表面自下而上依次包括第一刻蚀终止层101和图案化的光阻胶层102，图案化的光阻胶层102所显露区域定义沟槽的关键尺寸；步骤12、请参阅图2b，在第一刻蚀终止层101和图案化的光阻胶层102表面沉积超低温氧化层，并对所述超低温氧化层进行各向异性刻蚀，形成位于图案化光阻胶层两侧的侧壁层103 ；超低温氧化层为低温氧化层(Low Temperature Oxide, LT0)的一种,之所以选择超低温氧化层作为光阻胶的侧壁层，是因为超低温氧化层的形成温度低于100摄氏度，低于光阻胶的熔化温度，不至于在形成侧壁层的过程中，改变光阻胶层的形貌。而且侧壁层的厚度比较薄，与沟槽的CD相比，基本可以忽略不计。该步骤是本专利技术的关键，PR用侧壁层限定起来，是一种以PR为核心的PR core技术，后续PR会被去除，在此位置形成空气间隔。步骤13、请参阅图2c，沉积金属铜并进行化学机械研磨至与图案化光阻胶层的高度齐平，形成沟槽内的金属铜104 ；—般地，化学机械研磨金属铜至与图案化光阻胶层的高度齐平，是理论上需要达到的理想状况，实际上，在研磨时，光阻胶相对铜较软，所以会在研磨接近光阻胶时，损伤光阻胶，使光阻胶表面出现如图3所示的凹陷，即损伤的光阻胶层102’，这样就会导致后续在其上沉积层间介质层时，不同位置层间介质层的高度不平，因此为克服此缺陷，在化学机械研磨金属铜之后，形成有孔盖层之前，涂布无定型碳膜，并进行回刻，使经过回刻的无定型碳膜400填充在被化学机械研磨金属铜时损伤的图案化光阻胶层表面，如图4所示。无定型碳膜是本专利技术所举实施例，其他能够填充在被化学机械研磨金属铜时损伤的图案化光阻胶层表面的材料，都可以用于本专利技术，只要在去除光阻胶的同时也能够容易去除该材料即可。步骤14、请参阅图2d，在金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沟槽间形成空气间隔的方法，应用于半导体器件的后段工艺中，该方法包括：预先提供一半导体衬底，所述半导体衬底表面自下而上依次包括第一刻蚀终止层和图案化的光阻胶层，图案化的光阻胶层所显露区域定义沟槽的关键尺寸；在第一刻蚀终止层和图案化的光阻胶层表面沉积超低温氧化层，并对所述超低温氧化层进行各向异性刻蚀，形成位于图案化光阻胶层两侧的侧壁层；沉积金属铜并进行化学机械研磨至与图案化光阻胶层的高度齐平，形成沟槽内的金属铜；在金属铜和图案化光阻胶层的表面形成有孔盖层；透过有孔盖层去除图案化光阻胶层，形成沟槽间的空气间隔。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张城龙，符雅丽，胡敏达，张海洋，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：