專利名稱：制造具有多孔電介質(zhì)層和氣隙的襯底的方法以及襯底的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及襯底的制造方法，該方法包括在該襯底上提供雙鑲嵌(damascene)結(jié)構(gòu)，該襯底包括其上存在帶有通孔(via)的第一電介質(zhì)層的金屬層，設(shè)置在第一電介質(zhì)層上并帶有互連槽的第二電介質(zhì)層，在該通孔和互連槽中存在金屬，其形成具有上端的金屬線。在后面的工藝步驟中，除去第二電介質(zhì)層，并且在之前由第二電介質(zhì)層占據(jù)的空間內(nèi)提供氣隙，以減小相鄰的金屬線之間的電容。
從WO 02/19416可以知道這種方法。為了更好地理解本發(fā)明，

圖1示出根據(jù)WO 02/19416的方法的結(jié)果。
圖1示出在半導(dǎo)體器件上的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包括在電介質(zhì)層內(nèi)的金屬層1。電介質(zhì)層2設(shè)置在金屬層1上。電介質(zhì)層2包括用金屬填充的通孔5。該金屬還在該電介質(zhì)層2的頂部上延伸并形成金屬線8。在電介質(zhì)2的頂部，可以提供圖案化的硬掩模4，以用于形成通孔5，如WO 02/19416中詳細(xì)描述的那樣。
該結(jié)構(gòu)包括由金屬線8支撐的多孔電介質(zhì)層20。在該多孔電介質(zhì)層和電介質(zhì)層之間，提供氣隙22。通過(guò)該多孔電介質(zhì)層除去平坦化的可處理的層來(lái)形成氣隙22，該可處理的層在淀積該多孔電介質(zhì)層20之前已經(jīng)淀積在該結(jié)構(gòu)上。該可處理的層可以是能通過(guò)例如在400℃下組合的固化(cure)和烘烤步驟除去的聚合物。由于加熱，該聚合物分解，并如箭頭15所示通過(guò)多孔電介質(zhì)層20揮發(fā)。
如圖1所示，銅擴(kuò)散阻擋層11覆蓋金屬線8并位于該氣隙22的底部和側(cè)壁。銅擴(kuò)散阻擋層11在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法中的中間步驟形成，并且防止銅離子從金屬線8擴(kuò)散到位于圖1所示結(jié)構(gòu)頂部的其它層。這種銅離子從金屬線8的擴(kuò)散會(huì)導(dǎo)致其它電介質(zhì)層中的短路。然而，由于在氣隙22內(nèi)具有相對(duì)高k值的銅擴(kuò)散阻擋層11占據(jù)了氣隙空間22一定的體積，所以整個(gè)電容不是最佳的，由此限制了由氣隙引起的電容減小。
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種現(xiàn)有技術(shù)已知的襯底，但是，在其中可以使氣隙具有更大的體積，以便進(jìn)一步減小相鄰金屬線之間的電容。
為了實(shí)現(xiàn)該目的，如開(kāi)篇所述的，根據(jù)本發(fā)明的方法包括(a)在第二電介質(zhì)層頂部和該金屬線上端淀積擴(kuò)散阻擋層；(b)除去第二電介質(zhì)層和擴(kuò)散阻擋層的預(yù)定部分，同時(shí)使位于該金屬線上端的擴(kuò)散阻擋層保持完好；(c)在第一電介質(zhì)層和擴(kuò)散阻擋層保持完好的部分上提供可分解層；(d)將該可分解層平坦化，基本上降到該阻擋層保持完好的部分；(e)在該可分解層上提供多孔電介質(zhì)層；并且(f)通過(guò)該多孔電介質(zhì)層除去該可分解層，以便形成至少一個(gè)氣隙。
由此，通過(guò)使用附加的掩模操作，該結(jié)構(gòu)可以制成為使得擴(kuò)散阻擋層基本上僅僅存在于該金屬線的頂部。氣隙基本上不具有擴(kuò)散阻擋層。因此，可以使氣隙的體積更大，由此進(jìn)一步減小相鄰的金屬線之間的電容。
觀察到(d)中限定的步驟可以包括對(duì)可分解層進(jìn)行平坦化，使得其上表面在該阻擋層上表面的下面，甚至有可能和金屬線的上表面一樣低。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的另一個(gè)目的是防止寬氣隙上的多孔電介質(zhì)層下陷。
為了實(shí)現(xiàn)該目的，在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提出在階段(b)，第二電介質(zhì)層和擴(kuò)散阻擋層的至少一個(gè)其它部分保持完好，以便在氣隙內(nèi)形成至少一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供在其上具有雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的襯底，包括其上存在帶有通孔(via)的電介質(zhì)層的金屬層，部分在該電介質(zhì)層的上表面延伸并且部分在該通孔中延伸的金屬線，在該金屬線外表面上的擴(kuò)散阻擋層，至少由金屬線支撐并且在該多孔電介質(zhì)層和該電介質(zhì)層之間至少限定一個(gè)氣隙的多孔電介質(zhì)層，其特征在于，該擴(kuò)散阻擋層基本上僅僅覆蓋金屬線的上表面。
該襯底具有上面對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的方法所述的優(yōu)點(diǎn)。
這種襯底可以具有至少一個(gè)氣隙，該氣隙包括至少一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)以進(jìn)一步支撐該擴(kuò)散阻擋層。
最后，本發(fā)明涉及包括上述襯底的半導(dǎo)體器件。
現(xiàn)在將參考一些附圖進(jìn)一步解釋本發(fā)明，這些附圖僅僅旨在說(shuō)明本發(fā)明，而不是限定本發(fā)明的范圍。
本發(fā)明的范圍僅由本說(shuō)明書附加的權(quán)利要求和要求的特征的所有等價(jià)物來(lái)限定。
圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)；圖2到9示出制造圖1所示結(jié)構(gòu)的可替代結(jié)構(gòu)的幾個(gè)步驟。
圖2示出雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)通過(guò)已知的方式(例如參見(jiàn)WO-A-00/19523)制造，并且包括一層或者多層金屬層1(i)(i＝1、2、…)。第一電介質(zhì)層2位于金屬層1(i)上。該層2優(yōu)選包括低k電介質(zhì)，例如膠粒模板化(micelle templated)的，可滲透的有機(jī)硅酸鹽或者聚芳撐醚，例如SiLK(Dow Chemical)。該金屬層1(i)在與本發(fā)明沒(méi)有更多相關(guān)性的電介質(zhì)層中獲得。圖案化的硬掩模4設(shè)置在第一電介質(zhì)層2上。
例如，硬掩模4包括SiC或者Si3N4，并且用作蝕刻停止層。第二電介質(zhì)層6設(shè)置在該蝕刻停止層4上。第二電介質(zhì)層6優(yōu)選包括容易涂覆和除去的氧化物，例如SOG或者Nanoglass(Allied)，但是可選擇地可以包括聚合物，例如SiLK。而且，可以使用CVD型氧化物。
借助第二電介質(zhì)層6上的硬掩模(未示出)和在第二電介質(zhì)層6與第一電介質(zhì)層2之間的圖案化蝕刻停止層4，分別在第二和第一電介質(zhì)層6和2中蝕刻出槽3(i)和通孔5(i)?？梢圆焕梦g刻停止層4來(lái)形成這種結(jié)構(gòu)，只要第二和第一電介質(zhì)層6和2可以相對(duì)于彼此被選擇性地蝕刻。隨后用金屬填充槽3(i)和通孔5(i)，從而形成金屬線8(i)。具有金屬線8(i)的槽3(i)和通孔5(i)形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，在該雙鑲嵌結(jié)構(gòu)上淀積例如TaN阻擋線和隨后的Cu籽晶層。根據(jù)本發(fā)明的方法在其中銅用作金屬線8(i)的金屬的工藝中尤其有用。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的那樣，金屬線8(i)用于互連的目的。可以使用其它的金屬例如鋁來(lái)代替銅。
在通過(guò)例如Cu電鍍或者無(wú)電鍍的Cu淀積方法填充該槽3(i)和通孔5(i)之后，以通常的方式(例如通過(guò)使用CMP)來(lái)對(duì)銅進(jìn)行平坦化。以這種方式使金屬線8(i)具有上端。
圖3示出在根據(jù)本發(fā)明制造襯底的工藝中的下一個(gè)步驟。向圖2所示的結(jié)構(gòu)施加擴(kuò)散阻擋層10。擴(kuò)散阻擋層10可以由例如SiC、Si3N4形成。然而，其它合適的金屬也是可以的。
然后，在圖4中，進(jìn)行光刻步驟。即，使用掩模12，其具有不能透射預(yù)定輻射19的第一部分14和能透射輻射19的其他部分16。掩模12布置成使得輻射19不能侵害金屬線8(i)。而且，可選擇的，可以在掩模12中提供附加的部分14′以防止輻射19侵害第二電介質(zhì)層6的預(yù)定部分。
如圖5所示，擴(kuò)散阻擋層10和第二電介質(zhì)層6的暴露部分被蝕刻，并且，潛在地剝離到第二電介質(zhì)層6的底部。如果存在蝕刻停止層4，該底部與所述蝕刻停止層4一致。但是，如果沒(méi)有施加蝕刻停止層4，該底部就與第一電介質(zhì)層2的上表面一致。
可選擇地，掩模12的某些第一部分14比相應(yīng)的金屬線8(i)更寬。于是，在圖5中用虛線表示的包括第二電介質(zhì)層6的材料和一部分?jǐn)U散阻擋層10的側(cè)壁支撐體17可以保持完好。這些側(cè)壁支撐體17隨后可以提供與這個(gè)步驟中沒(méi)有被蝕刻掉的第二電介質(zhì)層的部分6相同的功能。
圖6示出在下一個(gè)步驟中，在圖5所示結(jié)構(gòu)的頂部設(shè)置可分解材料層18。該可分解材料層18可以用旋涂法來(lái)施加?？煞纸獠牧?8例如通過(guò)通常加熱到150-450℃的溫度而分解為揮發(fā)性成分。這種可分解材料可以是例如抗蝕劑、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯、或聚乙烯醇或者其它適合的聚合物。該抗蝕劑可以是UV光刻膠。
圖7示出對(duì)可分解材料層18進(jìn)行平坦化以后的器件。如果聚合物用作氣隙材料，那么可以通過(guò)用適當(dāng)?shù)母煞ㄎg刻等離子體回刻聚合物或者回拋光來(lái)進(jìn)行平坦化，直到在金屬線8(i)的上端暴露出不導(dǎo)電的阻擋層10?；蛘?，可分解材料層18可以被平坦化到剛好在阻擋層10的上表面下面這個(gè)水平或者甚至和金屬線8(i)的上表面一樣低。
在圖8中，在可分解材料層18和不導(dǎo)電的阻擋層10上設(shè)置多孔電介質(zhì)層20。多孔電介質(zhì)層20優(yōu)選包括以旋涂工藝提供的低k可滲透電介質(zhì)，例如SiLK。如果可以在層18的分解溫度以下發(fā)生淀積，則也可以使用等離子CVD(化學(xué)氣相淀積)層作為多孔電介質(zhì)層20。
圖9示出通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法制造的器件。緊鄰金屬線8(i)已經(jīng)形成氣隙22。如果聚合物用于可分解材料層18，則可以通過(guò)優(yōu)選在400℃下的組合的固化和烘烤工藝獲得氣隙22。氣隙聚合物受熱分解，而且在多孔電介質(zhì)層20下面形成氣隙22。氣隙22的形成由箭頭15象征性地表示。包括SiLK的多孔電介質(zhì)層20可以毫無(wú)問(wèn)題地旋涂成相應(yīng)于雙鑲嵌結(jié)構(gòu)20中通孔5(i)高度的厚度，例如0.5μm。這種厚度的SiLK對(duì)于除去可分解材料層18的所有聚合物材料來(lái)說(shuō)仍然是足以滲透的。
可以在圖9所示的結(jié)構(gòu)上設(shè)置多個(gè)類似的結(jié)構(gòu)。于是，在圖9結(jié)構(gòu)上的結(jié)構(gòu)中的金屬線可以通過(guò)通孔與一條或者多條金屬線8(i)接觸。
由此，根據(jù)圖9的結(jié)構(gòu)僅僅包括金屬線8(i)的頂部上的擴(kuò)散阻擋層10。在氣隙22內(nèi)部不再存在擴(kuò)散阻擋材料。因此，提供更有效的空間，并且可以進(jìn)一步減小相鄰的金屬線8(i)之間的電容。
而且，圖4的光刻步驟提供在氣隙內(nèi)部限定部分第二介質(zhì)層6保持完好的選擇。第二電介質(zhì)層6的這些保留的部分和它們頂部的擴(kuò)散阻擋層10的部分一起具有較好地限定的高度，并且支撐多孔電介質(zhì)層20，以便防止該多孔電介質(zhì)層20在尺寸相對(duì)較大的氣隙22中下陷。第二電介質(zhì)層6的保留部分可以具有任何適當(dāng)?shù)臋M截面，例如圓形、矩形等。
權(quán)利要求
1.一種制造襯底的方法，包括在所述襯底上提供雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，該襯底包括其上存在帶有通孔(5(i))的第一電介質(zhì)層(2)的金屬層(1(i))、設(shè)置在該第一電介質(zhì)層(2)上并帶有互連槽(3(i))的第二電介質(zhì)層(6)，在該通孔(5(i))和互連槽(3(i))中存在金屬以形成具有上端的金屬線(8(i))，該方法包括(a)在該第二電介質(zhì)層頂部和該金屬線上端淀積擴(kuò)散阻擋層；(b)除去該第二電介質(zhì)層和該擴(kuò)散阻擋層的預(yù)定部分，同時(shí)使位于該金屬線的上端的該擴(kuò)散阻擋層保持完好；(c)在該第一電介質(zhì)層和該擴(kuò)散阻擋層保持完好的部分上提供可分解層；(d)將該可分解層平坦化，基本上降到該擴(kuò)散阻擋層保持完好部分；(e)在該可分解層上提供多孔電介質(zhì)層；并且(f)通過(guò)該多孔電介質(zhì)層除去該可分解層，以便形成至少一個(gè)氣隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在該第一電介質(zhì)層(2)和該第二電介質(zhì)層(6)之間設(shè)置蝕刻停止層(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中使用的該金屬是Cu。
4.根據(jù)前面權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中，在(b)階段中，所述第二電介質(zhì)層(6、17)和所述擴(kuò)散阻擋層(10)的至少一個(gè)其他部分保持完好，以便在所述氣隙(22)內(nèi)形成至少一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)前面權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述襯底是半導(dǎo)體器件。
6.一種襯底，在其上設(shè)置有雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，該襯底包括其上存在帶有通孔(5(i))的電介質(zhì)層(2)的金屬層(1(i))、部分在所述電介質(zhì)層(2)的上表面延伸并且部分在所述通孔(5(i))中延伸的金屬線(8(i))、在該金屬線外表面上的擴(kuò)散阻擋層(10)、至少由所述金屬線(8(i))支撐并且在所述多孔電介質(zhì)層(20)和所述電介質(zhì)層(2)之間限定至少一個(gè)氣隙(22)的多孔電介質(zhì)層(20)，其特征在于，所述擴(kuò)散阻擋層(10)基本上僅僅覆蓋所述金屬線(8(i))的上表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的襯底，其中所述至少一個(gè)氣隙(22)包括至少一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)(6、17)，以進(jìn)一步支撐所述擴(kuò)散阻擋層(10)。
8.包括根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的襯底的半導(dǎo)體器件。
全文摘要
本發(fā)明涉及在金屬線(8(i))之間和在電介質(zhì)中形成氣隙的方法。該方法由以下步驟組成獲得雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，直接在平坦化的表面上施加擴(kuò)散阻擋層(10)并且進(jìn)行光刻步驟，因此保護(hù)(shield)擴(kuò)散阻擋層下面的金屬線?？蛇x擇地，還可以保護(hù)金屬線(8(i))之間的某些大電介質(zhì)區(qū)域(6)的部分。蝕刻暴露出的擴(kuò)散阻擋層部分和下部電介質(zhì)。涂覆可以通過(guò)通常加熱到150－450℃之間的溫度而分解為可揮發(fā)成分的材料層，并且通過(guò)蝕刻或者CMP來(lái)平坦化。淀積可滲透分解產(chǎn)物的電介質(zhì)層(20)，隨后加熱該襯底。然后，該可處理的層分解并通過(guò)可滲透的電介質(zhì)層消失，在金屬線(8(i))和大電介質(zhì)區(qū)域之間留下氣隙(22)。
文檔編號(hào)H01L23/522GK1795553SQ200480014380
公開(kāi)日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2004年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月26日
發(fā)明者羅埃爾·大門, 格雷亞·J·A·M·費(fèi)爾海吉登 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司