用于在多级互连结构中形成空气间隙的方法技术

本发明专利技术提供用于在多级互连结构中形成空气间隙的方法。所述多级互连结构具有空气间隙。一个实施方式提供了一种用于在半导体结构中形成导电线路的方法，包括：在第一介电层中形成多个沟槽，其中空气间隙将形成在第一介电层中；在沟槽中沉积共形介电阻挡膜，其中共形介电阻挡膜包括低ｋ介电材料，其被构成为用作抵抗在第一介电层中形成空气间隙时使用的湿蚀刻化学试剂的阻挡层；在共形低ｋ介电层上方沉积金属扩散阻挡膜；和沉积导电材料以填充沟槽。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的多个实施方式总的涉及集成电路的制造。更具体地，本专利技术的 实施方式涉及用于形成多级互连结构的方法，所述多级互连结构包括具有低 介电常数的介电材料。
技术介绍
自从几十年前首先提出集成电路以来，集成电路几何结构在尺寸上已经 急剧降低。以后，集成电路一般遵循两年/一半尺寸的规则(通常称作摩尔 定律)，这意味着在芯片上的器件数量每两年增加一倍。现在，制造设备是具有0.1^un特征部件尺寸的常规制造装置，且未来的设备马上将是具有甚至 更小特征部件尺寸的制造装置。由于相邻金属线之间的电容耦合必须被降低以进一步降低集成电路上器 件的尺寸，因此器件几何结构的尺寸降低已经对具有低介电常数(k)值的 膜产生了需求。特别是，需要具有小于约3.0介电常数的绝缘体。具有这种 低介电常数的绝缘体的实例包括多孔电介质、碳掺杂氧化硅和聚四氟乙烯 (PTFE)。一种已经用于制造多孔的碳掺杂氧化硅膜的方法是由气体混合物沉积这 种膜，该气体混合物包括有机硅化合物和包括热不稳定粒种(species)或者 挥发基的化合物，然后，后处理所沉积的膜以从所沉积的膜中去除热不稳定 粒种或挥发基(volatile group)，诸如有机基团。从所沉积的膜去除热不稳 定粒种或挥发基会导致在膜中产生纳米级尺寸的空隙，这降低了膜的介电常 数例如降低至约2.5。由于空气具有接近1的介电常数，因此形成由纳米级尺寸空隙构成的大 的空气间隙将进一步降低介电常数。但是，在形成大空气间隙时使用的热处 理存在几个问题，例如，热去除会在该结构中产生应力，这将导致稳定性问 题。因此，考虑到集成电路特征部件尺寸的持续降低和常规方法中存在的问题，仍需要形成具有低于3.0的介电常数的介电层的方法。
技术实现思路
本专利技术总体提供用于形成多级互连结构的方法，这种多级互连结构包括 封装在较小特征部件中的均匀空气气隙。一个实施方式提供了一种用于在半导体结构中形成导电线路的方法，包括在第一介电层中形成多个沟槽，其中多个空气间隙将形成于第一介电层 中；在沟槽中沉积共形介电阻挡膜，其中共形介电阻挡膜包括低k介电材料，该介电材料被构成为用作抵抗在第一介电层中形成空气间隙时使用的湿蚀刻化学试剂的阻挡层；在共形低k介电层上方沉积金属扩散阻挡膜；和沉积 导电材料以填充沟槽。另一个实施方式提供了一种用于形成具有空气间隙的介电结构的方法， 包括在第一介电层中形成多个沟槽，其中沟槽被构成为在其中保留导电材 料；在沟槽中沉积第一共形介电阻挡膜；沉积第一导电材料以填充沟槽；平 坦化第一导电材料以暴露出第一介电层；在导电材料上形成第一 自对准覆盖 层；在第一导电材料和第一介电层上方沉积第一多孔介电阻挡层；和通过使 用湿蚀刻溶液经过第一多孔介电阻挡层去除第一介电层，从而在沟槽之间形 成空气间隙。其中第一共形介电阻挡膜用作抵抗湿蚀刻溶液的阻挡层和蚀刻 终止层。再一实施方式提供了用于形成具有空气间隙的介电结构的方法，包括 在第一介电层中形成多个沟槽，其中沟槽具有倾斜侧壁且底部窄而开口宽； 在沟槽中沉积第一共形介电阻挡膜；沉积第一导电材料以填充沟槽；平坦化 第一导电材料以暴露出第一介电层；去除第一介电层以在第一导电材料周围 形成倒转沟槽，其中倒转沟槽具有倾斜侧壁且开口窄而底部宽；和通过在倒 转沟槽中沉积第一非共形介电层在至少一部分倒转沟槽中形成多个空气间 隙，其中空气间隙形成在高宽比大于确定值的倒转沟槽中。附图说明为了能更详细理解本专利技术上述引用的特征，参照多个实施方式对上文简要概述的本专利技术进行更详细的描述，其中一些实施方式在附图中示出。但是， 应注意，附图仅示出本专利技术的典型实施方式，因此不应视为是对本专利技术范围 的限制，本专利技术可涵盖其他等效实施方式。图1A-1J示意性示出了根据本专利技术实施方式用于形成多级互连结构的处 理顺序期间基板叠层的横截面视图。图2A-2J示意性示出了根据本专利技术另一实施方式用于形成多级互连结构的处理顺序期间基板叠层的横截面视图。图3A-3F示意性示出了根据本专利技术又一实施方式用于形成多级互连结构的处理顺序期间基板叠层的横截面视图。图4示出了根据图1A-1J中示出的处理顺序的处理步骤。 图5示出了根据图2A-2J中示出的处理顺序的处理步骤。 图6示出了根据图3A-3F中示出的处理顺序的处理步骤。 为了便于理解，可能的情况下，使用了相同的参考标号表示图中共用的相同元件。应当理解，在一个实施方式中公开的元件可被有益地使用在其他实施方式中而不需特别引用。具体实施例方式本专利技术的实施方式总体提供了一种用于在多级互连结构中形成空气间隙 的方法。空气间隙一般形成在其中金属结构被密集包封的区域处，例如在镶 嵌结构的沟槽级(trench level)中。共形低k介电阻挡膜沉积在金属结构周 围，以提供空气间隙周围的机械支撑并保护金属结构在空气间隙形成期间不 受湿蚀刻化学试剂和湿气的影响。唯一多孔低k介电层形成在可去除的层间 介电(ILD)层(或称为层间电介质层)上方。多孔介电阻挡层用作允许湿 蚀刻化学试剂透过和允许去除ILD层和在其中形成空气间隙的薄膜。然后在 多孔介电阻挡层上方沉积致密的介电阻挡层。低应力低k的ILD层可沉积在 致密介电阻挡层上方，提供用于在下一级中形成多个结构的电介质。低应力 ILD层降低了由于在多级互连结构中形成多个空气间隙导致的应力。在另一 实施方式中，非共形低k介电层沉积在具有倾斜侧壁的金属结构周围，且多 个空气间隙可形成在致密地包封了金属结构的那部分非共形低k层中。通过多孔介电阻挡层形成空气间隙图1A-1J示意性示出了根据本专利技术实施方式在形成多级互连结构的处理 顺序期间的基板叠层的横截面视图。图4示出了根据图1A-1J中示出的处理 顺序的处理200。在器件诸如晶体管形成在半导体基板101上之后，在基板101上可形成 通路层102。通路层102通常是具有形成于其中的多个导电元件(通路)103 的介电膜。导电元件103被构成为与形成在基板101中的器件电连接。多级 互连结构通常包括交替的导电材料和电介质的沟槽层和通路层，其形成在通 路层102上以提供用于基板101中器件的电路。沟槽层通常是指形成有导电 线路的介电层。通路层是具有多条小金属通路的电介质层，这些金属通路提 供从一个沟槽层向另 一个沟槽层的电路径。处理200提供一种用于在通路层102上方形成多级互连结构的方法。在步骤201中，如图1A中示出的蚀刻终止层104全部沉积在通路层102 上方，且第一介电层105例如二氧化硅层沉积在蚀刻终止层104上。蚀刻终 止层104被构成为在随后的蚀刻步骤期间保护通路层102并用作介电扩散阻 挡层。蚀刻终止层104可以是碳化硅层。在步骤202中，多个沟槽106形成在介电层105和蚀刻终止层104中。 沟槽106可使用本领域技术人员公知的任何常规方法形成，诸如使用光致抗 蚀剂进行图案化、之后蚀刻。在步骤204中，共形介电阻挡膜107沉积在包括沟槽106侧壁的基板整 个顶部表面上方。共形介电阻挡膜107被构成为用作阻挡层以保护随后形成 在沟槽106中的多个金属结构诸如铜线在随后的处理中不受湿蚀刻化学试剂 以及湿气的影响。此外，在其周围形成多个空气间隙之后，共形介电阻挡膜 107也为形成在沟槽106中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在半导体结构中形成在导电线路的方法，包括：　在第一介电层中形成多个沟槽；　在所述沟槽中沉积共形介电阻挡膜，其中该共形介电阻挡膜包括低ｋ介电材料；　在共形的低ｋ介电层上方沉积金属扩散阻挡膜；　沉积导电材料以填充所述 沟槽；　平坦化该导电材料以暴露出该第一介电层；　在该导电材料上形成自对准覆盖层；和　使用湿蚀刻化学试剂去除该第一介电层，其中在该共形介电阻挡膜中的低ｋ介电材料用作该导电材料抵抗该湿蚀刻化学试剂的阻挡层。

【技术特征摘要】
US 2007-10-9 11/869,4091. 一种在半导体结构中形成在导电线路的方法，包括在第一介电层中形成多个沟槽；在所述沟槽中沉积共形介电阻挡膜，其中该共形介电阻挡膜包括低k介电材料；在共形的低k介电层上方沉积金属扩散阻挡膜；沉积导电材料以填充所述沟槽；平坦化该导电材料以暴露出该第一介电层；在该导电材料上形成自对准覆盖层；和使用湿蚀刻化学试剂去除该第一介电层，其中在该共形介电阻挡膜中的低k介电材料用作该导电材料抵抗该湿蚀刻化学试剂的阻挡层。2. 如权利要求1的方法，其中该共形介电阻挡膜包括氮化硼BN、氮化硅 SiN、碳化硅SiC、碳氮化硅SiCN、硼氮化硅SiBN或它们的组合。3. 如权利要求2的方法，其中该共形介电阻挡膜包括通过等离子体增强 化学气相沉积工艺形成的氮化硼BN膜。4. 如权利要求1的方法，其中该共形介电阻挡膜具有约10A至约200A 的厚度。5. 如权利要求1的方法，还包括在去除该第一介电层之前，在该导电材料和该第一介电层上方沉积多孔 介电阻挡层，其中使用湿蚀刻化学试剂经过该多孔介电阻挡层来去除该第一 介电层。6. 如权利要求5的方法，其中该多孔介电阻挡层包括碳化硅SiC、碳氮 化硅SiCN或它们的组合，并且不具有硅氧键。7. 如权利要求6的方法，其中沉积该多孔介电阻挡层包括使用包括三 甲硅垸TMS，(CH3) 3SiH和乙烯C2H4的组合物的前体来沉积碳化硅层。8. 如权利要求5的方法，还包括在该多孔介电阻挡层上方产生用以选择 性去除该第一介电层的图案。9. 如权利要求1的方法，还包括在去除该第一介电层之后沉积非共形介电层，其中形成所述沟槽包括形成具有倾斜侧壁的多个沟槽，所述沟槽的底部窄而开口宽，通过去除该第一 介电层在该导电材料周围形成多个倒转沟槽，且通过沉积该非共形介电层在 高宽比大于确定值的倒转沟槽中形成多个空气间隙。10. 如权利要求9的方法，其中在所述沟槽的相对倾斜侧壁之间的角度在 约5°至130°之间。11. 如权利要求9的方法，还包括在沉积该非共形介电层之前在所述倒转 沟槽上方沉积共形介电阻挡膜。12. 如权利要求1的方法，其中形成所述沟槽包括通过双镶嵌工艺形成多 个沟槽通路结构。13. —种形成具有空气间隙的介电结构的方法，包括 在第一介电层中形成多个沟槽，其中所述沟槽被构成为在其中保留导电材料；在所述沟槽中沉积第一共形介电阻挡膜； 沉积第一导电材料以填充所述沟槽； 平坦化该第一导电材料以暴露出该第一介电层； 在该导电材料上形成第一 自对准覆盖层；在该第一导电材料和该第一介电层上方沉积第一多孔介电阻挡层；和 通过使用湿蚀刻溶液经过该第一多孔介电层去除该第一介电层，在所述沟槽之间形成多个空气间隙，其中该第一共形介电阻挡膜用作抵抗该湿蚀刻溶液的阻挡层和蚀刻终止层。14. 如权利要求13的方法，还包括在该第一多孔介电阻挡层上方产生用 以选择性地去除该第一介电层的图案。15. 如权利要求13的方法，其中该第一多孔介电阻挡膜包括碳化硅SiC、 碳氮化硅SiCN或它们的组合物，并且不具有一氧化硅SiO。16. 如权利要求13的方法，其中该第一共形介电阻挡膜包括氮化硼BN、 氮化硅SiN、碳化硅SiC、碳氮化硅SiCN、氮硼化硅SiBN或它们的组合物。17. 如权利要求13的方法，还包括在形成所述空气间隙之后在该第一多孔介电阻挡层上沉积致密扩散阻 挡层；在该致密扩散...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏立群，许惠雯，米哈拉鲍尔西努，石美仪，德里克R维迪，伊沙姆迈’萨德，
申请(专利权)人：应用材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]