專(zhuān)利名稱(chēng)：具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的制作方法，尤其涉及一種具有雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的制作方法。
背景技術(shù)：
銅互連是目前超大規(guī)模集成電路中的主流互連技術(shù)，而電鍍銅是銅互連中的關(guān)鍵工藝之一。銅互連工藝最早在1997年9月由IBM提出來(lái)的，被稱(chēng)為是鑲嵌工藝(也稱(chēng)大馬士革)。并應(yīng)用于制備微處理器、高性能存儲(chǔ)器及數(shù)字信號(hào)處理器等等。它采用對(duì)介電材料的腐蝕來(lái)代替對(duì)金屬的腐蝕來(lái)確定連線(xiàn)的線(xiàn)寬和間距。鑲嵌工藝分為單鑲嵌工藝和雙鑲嵌工藝，區(qū)別就是在于穿通孔和本層的工藝連線(xiàn)是否是同時(shí)制備的。隨著半導(dǎo)體器件的集成度越來(lái)越高，限制半導(dǎo)體器件的速度的主要因素已不再是晶體管延遲，而是與導(dǎo)電材料(例如金屬)互連相關(guān)聯(lián)的電阻-電容(RC)延遲。認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)之后，為了減小導(dǎo)電材料互連的電容從而減小RC延遲，業(yè)界技術(shù)人員已進(jìn)行了大量工作用于研發(fā)新的材料和制造工藝。例如，將作為導(dǎo)電材料互連層中的電介質(zhì)材料，選擇采用具有低介電常數(shù)的電介質(zhì)材料。在所有材料中，介電常數(shù)最低的當(dāng)屬空氣，空氣的介電常數(shù)為1，其他介質(zhì)材料層的介電常數(shù)均大于1，因此，技術(shù)人員開(kāi)始關(guān)注在層間介質(zhì)層中形成空氣間隙(Air Gap)，空氣間隙的形成能夠進(jìn)一步減小層間介質(zhì)層的整體介電常數(shù)，以降低導(dǎo)電材料之間的電容，提高半導(dǎo)體器件的性能。在現(xiàn)有制作大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法中，形成具有空氣間隙的半導(dǎo)體器件的一種方法是在當(dāng)前層間介質(zhì)層中，通過(guò)光刻和刻蝕法，在金屬互連線(xiàn)之間的中形成尺寸較小的間隙，然后利用化學(xué)氣相沉積(CVD)法，在當(dāng)前層間介質(zhì)層上覆蓋形成后一層間介質(zhì)層，而不填充該間隙，從而在當(dāng)前介質(zhì)層中形成空氣間隙；雖然該方法達(dá)到了降低集成電路RC延遲的目的，但是由于制造工藝本身的限制，對(duì)于關(guān)鍵尺寸(CD)較小的半導(dǎo)體器件來(lái)說(shuō)，該方法在形成具有多個(gè)的金屬互連層的半導(dǎo)體器件時(shí)，由于金屬互連線(xiàn)之間的間隔(Space)較小并且現(xiàn)有光刻工藝的精確度限制，后一層金屬層的通孔插塞(Plug)難以與當(dāng)前層的金屬互連線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)，而是與位于金屬互連線(xiàn)之間的空氣間隙相連通，使后一層通孔插塞內(nèi)填充的金屬銅落進(jìn)空氣間隙中，導(dǎo)致半導(dǎo)體器件的短路問(wèn)題。因此，對(duì)于小尺寸半導(dǎo)體器件來(lái)說(shuō)，如何增大金屬銅與下層連接孔對(duì)準(zhǔn)時(shí)的工藝窗口，成為業(yè)內(nèi)需要解決的問(wèn)題。現(xiàn)有技術(shù)中另一種方法形成通過(guò)形成一種能夠在特定工藝中去除的犧牲層，在完成當(dāng)前金屬互連層和后一金屬互連層后，在特定工藝，例如加熱工藝中去除犧牲層，以形成空氣間隙；然而該方法同樣具有問(wèn)題，該方法形成的犧牲層是整體覆蓋于層間介質(zhì)層之上的，因此在后續(xù)全部去除之后，往往形成大面積空氣間隙，形成的空氣間隙的尺寸不易調(diào)整，大大降低了器件的機(jī)械抗壓能力，甚至因此器件中金屬互連層的塌陷，嚴(yán)重降低半導(dǎo)體器件的性能。因此，在大馬士革工藝中如何調(diào)節(jié)空氣間隙的尺寸，以降低介質(zhì)層整體介電常數(shù)和保持機(jī)械抗壓能力之間的平衡，成為另一需要解決的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種尺寸可調(diào)的半填充結(jié)構(gòu)的具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下步驟:提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有第一層間介質(zhì)層和至少一個(gè)犧牲結(jié)構(gòu)，所述犧牲結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為能夠熱分解的聚合物；在所述犧牲結(jié)構(gòu)兩側(cè)及第一層間介質(zhì)層上依次形成支撐層和犧牲層；刻蝕所述犧牲結(jié)構(gòu)和第一層間介質(zhì)層，以在所述犧牲結(jié)構(gòu)及第一層間介質(zhì)層中形成通孔；進(jìn)行熱分解，去除剩余的犧牲結(jié)構(gòu)，形成凹槽；在所述通孔和凹槽中形成金屬通孔插塞和金屬連線(xiàn)層；刻蝕所述犧牲層，形成間隙；形成第二層間介質(zhì)層，在所述間隙中形成空氣間隙。進(jìn)一步的，所述熱分解過(guò)程的溫度高于所述犧牲結(jié)構(gòu)的分解溫度。進(jìn)一步的，所述支撐層的材質(zhì)為碳氧化硅、二氧化硅、多孔硅中的一種或其任意組
八
口 ο進(jìn)一步的，所述第一層間介質(zhì)層的材質(zhì)為低介電常數(shù)物質(zhì)、碳氧化硅、氧化硅或氮氧化硅中的一種或其組合。進(jìn)一步的，所述犧牲層的材質(zhì)為低介電常數(shù)物質(zhì)、氧化硅或氮氧化硅中的一種或
其任意組合。進(jìn)一步的，所述罩層的材質(zhì)為低介電常數(shù)物質(zhì)、多孔硅、氧化硅或氮氧化硅中的一種或其任意組合。 進(jìn)一步的，所述凹槽的截面寬度小于或等于犧牲結(jié)構(gòu)的截面寬度。本發(fā)明還提供一種具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下步驟:提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有第一層間介質(zhì)層和至少一個(gè)犧牲結(jié)構(gòu)，所述犧牲結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為能夠熱分解的聚合物；在所述犧牲結(jié)構(gòu)兩側(cè)及第一層間介質(zhì)層上覆蓋支撐層并填充犧牲層，所述犧牲層的材質(zhì)為能夠熱分解的聚合物；刻蝕所述犧牲結(jié)構(gòu)和第一層間介質(zhì)層，以在所述犧牲結(jié)構(gòu)和第一層間介質(zhì)層形成通孔；進(jìn)行第一次熱分解，去除剩余的犧牲結(jié)構(gòu)，以形成凹槽；在所述通孔和凹槽中填充形成金屬通孔插塞和金屬連線(xiàn)層；在所述犧牲層和金屬連線(xiàn)層上覆蓋罩層，所述罩層的材質(zhì)為多孔物質(zhì)；進(jìn)行第二次熱分解，分解所述犧牲層，以形成空氣間隙，并在所述罩層上形成第二層間介質(zhì)層。進(jìn)一步的，所述犧牲層的分解溫度高于所述犧牲結(jié)構(gòu)的分解溫度，所述第一次熱分解的溫度高于所述述犧牲結(jié)構(gòu)的分解溫度并低于所述犧牲層的分解溫度，所述第二次熱分解的溫度高于所述犧牲層的熱分解溫度。進(jìn)一步的，所述支撐層的材質(zhì)為碳氧化硅、二氧化硅、多孔硅中的一種或其任意組
口 ο進(jìn)一步的，所述第一層間介質(zhì)層的材質(zhì)為低介電常數(shù)物質(zhì)、碳氧化硅、氧化硅或氮氧化硅中的一種或其組合。進(jìn)一步的，所述罩層的材質(zhì)為多孔物質(zhì)。進(jìn)一步的，所述凹槽的截面寬度小于等于犧牲結(jié)構(gòu)的截面寬度。本發(fā)明所述雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，首先通過(guò)在層間介質(zhì)層中形成犧牲層，并利用刻蝕或熱分解的方法去除部分或全部犧牲層，從而在雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)器件中形成空氣間隙；其次，通過(guò)形成能夠在后續(xù)工藝中熱分解去除的犧牲結(jié)構(gòu)以定義金屬連線(xiàn)層的位置和尺寸，所述犧牲結(jié)構(gòu)去除后形成溝槽，形成工藝簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，且避免了刻蝕工藝對(duì)層間介質(zhì)層的刻蝕損傷引起的介電常數(shù)值升高的問(wèn)題；然后，通過(guò)在該犧牲結(jié)構(gòu)旁和第一層間介質(zhì)層上形成支撐層，從而形成的空氣間隙是半填充的，能夠保持空氣間隙的尺寸并維持層間介質(zhì)層的機(jī)械穩(wěn)定性，因此，形成的具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)器件的層間介質(zhì)層的介電常數(shù)較低、且器件的機(jī)械穩(wěn)定性好。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例一中具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法的流程不意圖。圖2 圖12為本發(fā)明實(shí)施例一中具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作過(guò)程的結(jié)構(gòu)示意圖。圖13為本發(fā)明實(shí)施例二中具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法的流程不意圖。圖14 圖16為本發(fā)明實(shí)施例二中具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作過(guò)程的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖，對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說(shuō)明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)的表述，在詳述本發(fā)明實(shí)例時(shí)，為了便于說(shuō)明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應(yīng)以此作為對(duì)本發(fā)明的限定。本發(fā)明的核心思想在于，通過(guò)在層間介質(zhì)層中形成犧牲層，并利用刻蝕或熱分解的方法去除部分或全部犧牲層，從而在雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)器件中形成空氣間隙，其中，首先形成能夠在后續(xù)工藝中熱分解去除的犧牲結(jié)構(gòu)定義金屬連線(xiàn)層的位置和尺寸，以增大金屬互連層與下層通孔插塞的對(duì)準(zhǔn)的精確性；其次，通過(guò)在該犧牲結(jié)構(gòu)旁和第一層間介質(zhì)層上形成支撐層，以調(diào)節(jié)空氣間隙的尺寸并提高層間介質(zhì)層的機(jī)械穩(wěn)定性，從而形成層間介質(zhì)層的介電常數(shù)較低且機(jī)械穩(wěn)定性好且具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)器件。
實(shí)施例一圖1為本發(fā)明一實(shí)施例中具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法的流程示意圖，所述具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，包括:步驟SOl:提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有第一層間介質(zhì)層和至少一個(gè)犧牲結(jié)構(gòu)，所述犧牲結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為能夠熱分解的聚合物；步驟S02:在所述犧牲結(jié)構(gòu)兩側(cè)及第一層間介質(zhì)層上覆蓋支撐層并填充犧牲層；步驟S03:利用光刻和刻蝕工藝，刻蝕所述犧牲結(jié)構(gòu)和第一層間介質(zhì)層，以在所述第一層間介質(zhì)層中形成通孔；步驟S04:進(jìn)行熱分解，去除剩余的犧牲結(jié)構(gòu)，以在所述第一層間介質(zhì)層上形成凹槽；步驟S05:在所述通孔和凹槽中填充形成金屬通孔插塞和金屬連線(xiàn)層；步驟S06:利用光刻和刻蝕工藝，刻蝕所述犧牲層，以形成間隙；步驟S07:覆蓋第二層間介質(zhì)層，以在所述間隙中形成空氣間隙。圖2 圖12為本發(fā)明一實(shí)施例中雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作過(guò)程的結(jié)構(gòu)示意圖。以下結(jié)合圖2 圖12詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例中具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法。如圖2和圖3所示，在步驟SOl中，提供半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底100可以為單晶硅、多晶硅或者鍺硅化合物等半導(dǎo)體材質(zhì)；在所述半導(dǎo)體襯底100中形成有有源電路，包括有源區(qū)101以及各 種摻雜區(qū)，例如N阱、P阱以及輕摻雜源漏區(qū)(LDD)，此外還有其他各種元件隔離，例如淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(STI)等用以形成半導(dǎo)體器件的必要結(jié)構(gòu)；上述結(jié)構(gòu)根據(jù)實(shí)際半導(dǎo)體器件制造工藝過(guò)程確定，為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知技術(shù)內(nèi)容，故在此不再贅述。本實(shí)施例中，在所述半導(dǎo)體襯底100上依次形成有第一層間介質(zhì)層104和至少一個(gè)犧牲結(jié)構(gòu)106，在所述第一層間介質(zhì)層100和所述第一層間介質(zhì)層104之間還可以形成有刻蝕阻擋層102，所述刻蝕阻擋層102在后續(xù)刻蝕形成通孔過(guò)程中起到刻蝕停止的作用。具體的，步驟SOl包括以下過(guò)程:首先，在所述半導(dǎo)體襯底100上形成刻蝕阻擋層102，所述刻蝕阻擋層102的材質(zhì)可以為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅等，可以采用化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法形成；接著，在所述刻蝕阻擋層102上形成第一層間介質(zhì)層104，所述第一層間介質(zhì)層104的材質(zhì)可以為低介電常數(shù)物質(zhì)、碳氧化硅、氧化硅或氮氧化硅中的一種或其組合，其中較佳的為低介電常數(shù)(Low-K)物質(zhì)，以維持第一層間介質(zhì)層104的介電常數(shù)在2 3，例如多孔硅、多孔SiLK或碳氧化硅等，所述第一層間介質(zhì)層104可以采用化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法形成；接著，在所述第一層間介質(zhì)層104上形成犧牲薄膜106a，所述犧牲薄膜106a的材質(zhì)為能夠熱分解的聚合物，例如丁基降冰片烯和三乙氧娃基降冰片烯的共聚體(Copolymer of Copolymer of Butylnorbornene andTriethoxysilyl Norbornene)等,所述犧牲薄膜106a可以采用旋涂的方法形成于所述第一層間介質(zhì)層104上，并進(jìn)行烘焙；然后，通過(guò)涂覆、曝光、顯影的光刻工藝在所述犧牲薄膜106a上形成第一圖案化的光刻膠200 ;隨后，以所述第一圖案化的光刻膠200為掩膜,刻蝕所述犧牲薄膜106a，以形成如圖3所示的至少一個(gè)犧牲結(jié)構(gòu)106，所述犧牲結(jié)構(gòu)106作為后續(xù)金屬連線(xiàn)層的前期替代品，所述犧牲結(jié)構(gòu)106的位置及尺寸根據(jù)工藝要求金屬連線(xiàn)層的位置和尺寸確定，因此所述金屬連線(xiàn)層的位置和尺寸是首先通過(guò)犧牲結(jié)構(gòu)106確定的，之后去除第一圖案化的光刻膠200。如圖4和圖5所示，在步驟S02中，在所述犧牲結(jié)構(gòu)106的一側(cè)及第一層間介質(zhì)層104上覆蓋支撐層108，所述支撐層108的材質(zhì)可以為碳氧化硅、二氧化硅、多孔硅中的一種或其任意組合，可以利用化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法沉積形成，所述支撐層108的介電常數(shù)控制在2 3，以維持良好的介電能力；然后，在所述支撐層108上沉積犧牲層110，所述犧牲層110的材質(zhì)可以為低介電常數(shù)物質(zhì)、氧化硅或氮氧化硅中的一種或其組合，所述犧牲層110的厚度大于所述犧牲結(jié)構(gòu)106的厚度，以完全覆蓋犧牲結(jié)構(gòu)106和支撐層108，在本實(shí)施例的后續(xù)工藝步驟中，通過(guò)刻蝕工藝在所述犧牲層110中形成空氣間隙(Air Gap);然后,進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨,研磨直至暴露所述犧牲結(jié)構(gòu)106的表面,形成如圖5所示的結(jié)構(gòu)。如圖6和圖7所示，在步驟S03中，通過(guò)涂覆、曝光、顯影的光刻工藝在所述犧牲薄膜106上形成第二圖案化的光刻膠202，接著以第二圖案化的光刻膠202為掩膜刻蝕所述犧牲結(jié)構(gòu)106和第一層間介質(zhì)層104，以在所述第一層間介質(zhì)層104中形成如圖7所示的通孔300，之后去除第二圖案化的光刻膠202。所述通孔300的截面寬度小于等于犧牲結(jié)構(gòu)300的截面覽度。在步驟S04中，進(jìn)行熱分解，所述剩余的犧牲結(jié)構(gòu)106在熱分解過(guò)程中蒸發(fā)去除，所述熱分解的溫度高于所述犧牲結(jié)構(gòu)的分解溫度，以在所述第一層間介質(zhì)層104上形成如圖8所示的凹槽301，所述通孔300位于所述第一層間介質(zhì)層104中，所述凹槽301位于所述第一層間介質(zhì)層104上，所述凹槽301與所述通孔300相連通，在后續(xù)形成金屬連線(xiàn)層的步驟中，所述通孔300中形成金屬通孔插塞，所述凹槽301中形成金屬連線(xiàn)層。如圖9所示，在步驟S05中，在所述凹槽301和所述通孔300中填充形成金屬連線(xiàn)層112和金屬通孔插塞114 ;具體包括:首先在所述通孔300、凹槽301和所述犧牲層110上沉積形成互連線(xiàn)阻擋層(圖中未標(biāo)示)，所述互連線(xiàn)阻擋層的材質(zhì)可以為氮化鈦、氮化鉭、鈦或鉭中的一種或其組合；接著，在所述互連阻擋層上形成一層薄金屬晶種層；然后利用所述金屬晶種層進(jìn)行電鍍，形成金屬互連層填充所述通孔300和凹槽301 ;然后，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝，去除凹槽300以外的金屬互連層，從而在所述通孔300和凹槽301中形成金屬通孔插塞和金屬連線(xiàn)層。如圖10所示，在步驟S06中，首先在所述金屬連線(xiàn)層112和所述犧牲層110上形成罩層114，所述罩層114的材質(zhì)為低介電常數(shù)物質(zhì)、氧化硅或氮氧化硅中的一種或其組合；接著，在所述罩層114通過(guò)涂覆、曝光、顯影的光刻工藝，在所述犧牲薄膜106上形成第三圖案化的光刻膠204，利用光刻和刻蝕工藝，刻蝕所述罩層114和犧牲層108，以形成間隙302。在步驟S07中，形成第二層間介質(zhì)層500，以在所述間隙302中形成空氣間隙400，所述第二層間介質(zhì)層500可以采用化學(xué)氣相沉積法形成，由于空氣間隙400的截面寬度非常小，沉積過(guò)程中沉積物是無(wú)法完全填充所述間隙302，從而在間隙302中形成空氣間隙400。由于所述空氣間隙400外具有所述支撐層108，從而提高了空氣間隙400周?chē)臋C(jī)械抗力，同時(shí)當(dāng)后續(xù)形成后一層金屬互連層時(shí)，后一層金屬互連層的通孔和當(dāng)前金屬互連層的溝槽未對(duì)準(zhǔn)的情況出現(xiàn) 時(shí)，通孔內(nèi)填銅材質(zhì)時(shí)，銅材質(zhì)不會(huì)進(jìn)入當(dāng)前金屬互連層之間的空氣間隙400中，增大了后一層金屬連線(xiàn)層與當(dāng)前層金屬連線(xiàn)層對(duì)準(zhǔn)的工藝窗口。實(shí)施例二
圖13為本發(fā)明另一實(shí)施例中具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法的流程示意圖，所述雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下步驟:步驟Sll:提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有第一層間介質(zhì)層和至少一個(gè)犧牲結(jié)構(gòu)，所述犧牲結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為能夠熱分解的聚合物；步驟S12:在所述犧牲結(jié)構(gòu)兩側(cè)及第一層間介質(zhì)層上覆蓋支撐層并填充犧牲層，所述犧牲層的材質(zhì)為能夠熱分解的聚合物；步驟S13:利用光刻和刻蝕工藝，刻蝕所述犧牲結(jié)構(gòu)和第一層間介質(zhì)層，以形成通孔；步驟S14:進(jìn)行第一次熱分解，去除剩余的犧牲結(jié)構(gòu)，以形成凹槽；步驟S15:在所述通孔和凹槽中填充形成金屬通孔插塞和金屬連線(xiàn)層；步驟S16:在所述犧牲層和金屬連線(xiàn)層上覆蓋罩層，所述罩層的材質(zhì)為多孔物質(zhì)；步驟S17:進(jìn)行第二次熱分解，分解所述犧牲層，以形成空氣間隙，并在所述罩層
上覆蓋第二層間介質(zhì)層。圖14 圖15為本發(fā)明另一實(shí)施例中雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作過(guò)程的結(jié)構(gòu)示意圖，以下在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，結(jié)合圖14 圖15以及圖2 如9，詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例中具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法。結(jié)合圖2 圖3，所述步驟Sll中的制作方法與所述實(shí)施例一中所述步驟SOl的制作方法相同。如圖4和圖5所示，所述步驟S12在實(shí)施例一步驟S02的基礎(chǔ)上，所述犧牲層110的材質(zhì)選擇為能夠熱分解的聚合物，所述犧牲層110的材質(zhì)以可以為丁基降冰片烯和三乙氧娃基降冰片烯的共聚體(Copolymer of Copolymer of Butylnorbornene andTriethoxysilyl Norbornene)等，由于有機(jī)化合物取代基種類(lèi)及鏈的長(zhǎng)短不同分解溫度就不同，故該化合物的衍生物有多種，能夠滿(mǎn)足犧牲層110的分解溫度高于犧牲結(jié)構(gòu)106的分解溫度的材質(zhì)的選擇均在本發(fā)明的思想范圍之內(nèi)，所述犧牲層110可以采用旋涂的方法形成在所述支撐層108上，在本實(shí)施例的后續(xù)工藝步驟中，在第一次熱分解過(guò)程中不被熱分解，而在第二次熱分解過(guò)程中分解去除以形成空氣間隙(Air Gap)。結(jié)合圖6 圖7，所述步驟S13與所述實(shí)施例一中所述步驟S03的制作方法相同。所述步驟S14中，進(jìn)行第一次熱分解，所述第一次熱分解溫度高于所述述犧牲結(jié)構(gòu)106的分解溫度并低于所述犧牲層110的分解溫度，從而保證所述剩余的犧牲結(jié)構(gòu)106在第一次熱分解過(guò)程中去除，而犧牲層110依舊保留，形成如圖8所示的結(jié)構(gòu)。結(jié)合圖9，所述步驟S15的形成過(guò)程與實(shí)施例一中步驟S05的形成過(guò)程相同。如圖14所示，在所述步驟S16中，在實(shí)施例一中步驟S06的基礎(chǔ)上，所述罩層114的材質(zhì)選擇為多孔材料，例如多孔硅或多孔聚合物等，所述罩層114的厚度根據(jù)犧牲層的去除率確定。如圖15和圖16所示，在所述步驟S17中，進(jìn)行第二次熱分解，所述第二次熱分解的溫度高于所述犧牲層的熱分解溫度，分解所述犧牲層110，以形成空氣間隙400，并在所述罩層114上覆蓋第二層間介質(zhì)層500。所述罩層114的材質(zhì)選擇為多孔材料，在第二次熱分解過(guò)程中，犧牲層110受熱分解后能夠從罩層114的多孔中散發(fā)出去。其中，罩層114的厚度越薄或第二熱分解的溫度越高、時(shí)間越長(zhǎng)，犧牲層去除率越高，半導(dǎo)體器件的介電常數(shù)越低，但是機(jī)械抗壓穩(wěn)定性相應(yīng)降低，因此兼顧半導(dǎo)體器件的機(jī)械抗壓穩(wěn)定性，可以通過(guò)調(diào)整罩層114的厚度或第二熱分解的溫度及時(shí)間，以確定犧牲層110的去除率，在降低半導(dǎo)體器件的介電常數(shù)的同時(shí)維持機(jī)械抗壓穩(wěn)定性，提高半導(dǎo)體器件的性能。綜上所述，本發(fā)明所述雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，首先通過(guò)在層間介質(zhì)層中形成犧牲層，并利用刻蝕或熱分解的方法去除部分或全部犧牲層，從而在雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)器件中形成空氣間隙；其次，通過(guò)形成能夠在后續(xù)工藝中熱分解去除的犧牲結(jié)構(gòu)以定義金屬連線(xiàn)層的位置和尺寸，所述犧牲結(jié)構(gòu)去除后形成溝槽，形成工藝簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，且避免了刻蝕工藝對(duì)層間介質(zhì)層的刻蝕損傷引起的介電常數(shù)值升高的問(wèn)題；然后，通過(guò)在該犧牲結(jié)構(gòu)旁和第一層間介質(zhì)層上形成支撐層，從而形成的空氣間隙是半填充的，能夠保持空氣間隙的尺寸并維持層間介質(zhì)層的機(jī)械穩(wěn)定性，因此，形成的具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)器件的層間介質(zhì)層的介電常數(shù)較低、且器件的機(jī)械穩(wěn)定性好。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書(shū)所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)器件的制作方法，包括 提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有第一層間介質(zhì)層和至少一個(gè)犧牲結(jié)構(gòu)，所述犧牲結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為能夠熱分解的聚合物； 在所述犧牲結(jié)構(gòu)兩側(cè)及第一層間介質(zhì)層上依次形成支撐層和犧牲層； 刻蝕所述犧牲結(jié)構(gòu)和第一層間介質(zhì)層，以在所述犧牲結(jié)構(gòu)及第一層間介質(zhì)層中形成通孔； 進(jìn)行熱分解，去除剩余的犧牲結(jié)構(gòu)，形成凹槽； 在所述通孔和凹槽中形成金屬通孔插塞和金屬連線(xiàn)層； 刻蝕所述犧牲層，形成間隙； 形成第二層間介質(zhì)層，在所述間隙中形成空氣間隙。
2.如權(quán)利要求1所述的具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述熱分解過(guò)程的溫度高于所述犧牲結(jié)構(gòu)的分解溫度。
3.如權(quán)利要求1所述的具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述支撐層的材質(zhì)為碳氧化娃、二氧化娃、多孔娃中的一種或其任意組合。
4.如權(quán)利要求1所述的具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述第一層間介質(zhì)層的材質(zhì)為低介電常數(shù)物質(zhì)、碳氧化硅、氧化硅或氮氧化硅中的一種或其組合。
5.如權(quán)利要求1所述的具有`空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述犧牲層的材質(zhì)為低介電常數(shù)物質(zhì)、氧化硅或氮氧化硅中的一種或其任意組合。
6.如權(quán)利要求1所述的具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述罩層的材質(zhì)為低介電常數(shù)物質(zhì)、多孔硅、氧化硅或氮氧化硅中的一種或其任意組口 ο
7.如權(quán)利要求1所述的具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述凹槽的截面寬度小于或等于犧牲結(jié)構(gòu)的截面寬度。
8.一種具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，包括: 提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有第一層間介質(zhì)層和至少一個(gè)犧牲結(jié)構(gòu)，所述犧牲結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為能夠熱分解的聚合物； 在所述犧牲結(jié)構(gòu)兩側(cè)及第一層間介質(zhì)層上覆蓋支撐層和犧牲層，所述犧牲層的材質(zhì)為能夠熱分解的聚合物； 刻蝕所述犧牲結(jié)構(gòu)和第一層間介質(zhì)層，以在所述犧牲結(jié)構(gòu)和第一層間介質(zhì)層形成通孔； 進(jìn)行第一次熱分解，去除剩余的犧牲結(jié)構(gòu)，形成凹槽； 在所述通孔和凹槽中填充形成金屬通孔插塞和金屬連線(xiàn)層； 在所述犧牲層和金屬連線(xiàn)層上覆蓋罩層，所述罩層的材質(zhì)為多孔物質(zhì)； 進(jìn)行第二次熱分解，分解所述犧牲層，以形成空氣間隙，并在所述罩層上形成第二層間介質(zhì)層。
9.如權(quán)利要求8所述的具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述犧牲層的分解溫度高于所述犧牲結(jié)構(gòu)的分解溫度，所述第一次熱分解的溫度高于所述述犧牲結(jié)構(gòu)的分解溫度并低于所述犧牲層的分解溫度，所述第二次熱分解的溫度高于所述犧牲層的熱分解溫度。
10.如權(quán)利要求8所述的具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述支撐層的材質(zhì)為碳氧化娃、二氧化娃、多孔娃中的一種或其任意組合。
11.如權(quán)利要求8所述的具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述第一層間介質(zhì)層的材質(zhì)為低介電常數(shù)物質(zhì)、碳氧化硅、氧化硅或氮氧化硅中的一種或其組合。
12.如權(quán)利要求8所述的具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述罩層的材質(zhì)為多孔物質(zhì)。
13.如權(quán)利要求8所述的具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于， 所述凹槽的截面寬度小于或等于犧牲結(jié)構(gòu)的截面寬度。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)的制作方法，通過(guò)在層間介質(zhì)層中形成犧牲層，并利用刻蝕或熱分解的方法去除部分或全部犧牲層，從而在雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)器件中形成空氣間隙；通過(guò)形成能夠在后續(xù)工藝中熱分解去除的犧牲結(jié)構(gòu)以定義金屬連線(xiàn)層的位置和尺寸，所述犧牲結(jié)構(gòu)去除后形成溝槽，形成工藝簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，且避免了刻蝕工藝對(duì)層間介質(zhì)層的刻蝕損傷引起的介電常數(shù)值升高的問(wèn)題；通過(guò)在該犧牲結(jié)構(gòu)旁和第一層間介質(zhì)層上形成支撐層，從而形成的空氣間隙是半填充的，能夠保持空氣間隙的尺寸并維持層間介質(zhì)層的機(jī)械穩(wěn)定性，因此，形成的具有空氣間隙的雙鑲嵌大馬士革結(jié)構(gòu)器件的層間介質(zhì)層的介電常數(shù)較低、且器件的機(jī)械穩(wěn)定性好。
文檔編號(hào)H01L21/768GK103187362SQ20111045769
公開(kāi)日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者符雅麗, 張海洋 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司