專利名稱：一種低介電常數介質與銅互連的結構及其集成方法
技術領域：
本發(fā)明屬于半導體器件技術領域，具體涉及一種低介電常數介質與銅互連的結構 及其集成方法。
背景技術：
隨著超大規(guī)模集成電路工藝技術的不斷進步，半導體器件的特征尺寸不斷縮小， 芯片面積持續(xù)增大，人們面臨著如何克服由于連線長度的急速增長而帶來的RC(R指電阻， C指電容)延遲顯著增加的問題。特別是由于金屬布線線間電容的影響日益嚴重，造成器件 性能大幅度下降，已經成為半導體工業(yè)進一步發(fā)展的關鍵制約因素。為了減小互連造成的 RC延遲，現(xiàn)已采用了多種措施?；ミB之間的寄生電容和互聯(lián)電阻造成了信號的傳輸延遲。由于銅具有較低的電阻 率、優(yōu)越的抗電遷移特性和高的可靠性，為了降低金屬的互連電阻，進而減小總的互連延 遲效應，現(xiàn)已研究由常規(guī)的鋁互連改變?yōu)榈碗娮璧你~互連。同時降低互連之間的電容同樣 可以減少延遲，而寄生電容C正比于電路層隔絕介質的相對介電常數K，因此使用低K值材 料(K<3)作為不同電路層的隔絕介質代替?zhèn)鹘y(tǒng)的SiO2介質已成為滿足高速芯片的發(fā)展的需 要。由于空氣的相對介電常數為1，所以空氣是非常理想的絕緣介質。因此，金屬之間的氣 隙可以有效地降低互連RC延遲。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種半導體器件中的低介電常數介質與銅互連的結構及 其集成方法，以被改善RC延遲大的缺點，提升半導體芯片的性能。為達到上述目的，本發(fā)明采用銅互連與氣隙結合來降低電容并用特定支撐結構來 支撐銅導線以在去除介質后維持銅導線的形狀。本發(fā)明的優(yōu)點在于可以實現(xiàn)全氣隙結構而 不使銅導線短路或斷路并且可實現(xiàn)較長導線的全氣隙結構，使RC延遲減小。本發(fā)明提出的一種低介電常數介質與銅互連的結構，包括至少一條金屬導線，以 及用來位于所述金屬導線之下的絕緣體支撐結構；并且，在多條金屬導線之間有孔洞；在 絕緣體支撐結構之間也有孔洞。所述的金屬導線為銅，或者由銅和擴散阻擋層組成的復合導線，或者鎢，或者由鎢 和擴散阻擋層組成的復合導線。所述的擴散阻擋層為氮化鈦(TiN)，或者鉭(Ta)，或者氮化 鎢(WN)。所述的絕緣體支撐結構，是由絕緣材料組成的柱狀或者條狀結構，支撐絕緣體位 于被支撐的金屬之下，以維持所述金屬的形狀。所述的絕緣體材料是碳化硅或者聚合物。所 述的絕緣體支撐結構，是由絕緣材料組成的柱狀或者條狀結構。本發(fā)明還提出了一種低介電常數介質與銅互連的集成方法，該方法包括下列步 驟
提供一個襯底；
依次在該襯底上形成由第一種材料構成的第一層薄膜；
3在第一層薄膜中開孔狀的口； 淀積第一層支撐絕緣體并平坦化； 淀積第二層支撐絕緣體并開第二個口； 在第二層支撐絕緣體上形成絕緣薄膜； 形成銅互連的大馬士革或者雙大馬士革圖形； 將除支撐絕緣體之外的介質去除。在去除除支撐絕緣體之外的介質后形成孔洞結構。支撐絕緣體位于被支撐的金屬 之下，以維持所述金屬的形狀。


圖1-圖6為依照本發(fā)明實施一種低介電常數介質與銅互連的集成方法的工藝剖 面圖。
具體實施例方式下面結合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明
請參照圖1，提供一個含有金屬導線101和擴散阻擋層102形成于其中的基底201， 在基底與導線上形成一層絕緣層202，接著依序在絕緣層202上形成薄膜203與一層薄膜 204，金屬導線101的材料為Cu，擴散阻擋層102比如為TiN，薄膜203為SiO2，利用光刻技 術和刻蝕技術在薄膜204和薄膜203中形成開口 301和開口 302，之后進行光阻剝除。在開口 301和開口 302中淀積絕緣體401和402，該絕緣體的材料可以是碳化硅 (SiC)0之后刻蝕SiC薄膜，形成圖2所示的結構。請參照圖3，將薄膜204移除，接著在薄膜203上形成薄膜205，該薄膜205可以是 Si3N4，再次利用光刻技術和刻蝕技術在薄膜205上形成一開口 305，然后進行光阻剝除。請參照圖4，在薄膜205上依序形成一層薄膜206和一層薄膜207，薄膜206為 SiO2，薄膜207為Si3N4，接著利用光刻技術和刻蝕技術在薄膜207、薄膜206、薄膜205、薄膜 203以及薄膜202中形成一開口 306，然后進行光阻剝除。請參照圖5，在開口 305中形成一層擴散阻擋層103，然后利用電鍍技術將金屬導 線104埋置在開口 305中，利用化學拋光技術將金屬導線104拋光，擴散阻擋層103為TiN， 金屬導線104的材料為Cu。請參照圖6，依次刻蝕掉薄膜207、薄膜206、部分薄膜205以及薄膜203，上述薄膜 被移除后的空間即為本發(fā)明的全氣隙結構210、211和212。本發(fā)明的實施可以實現(xiàn)不使銅導線短路或斷路的全氣隙結構，而且，可實現(xiàn)較長 導線的全氣隙結構，使RC延遲減小。
權利要求
一種低介電常數介質與銅互連的結構，其特征在于，該結構包括至少一條金屬導線，以及位于所述金屬導線之下的絕緣體支撐結構；并且，在多條金屬導線之間有孔洞；在絕緣體支撐結構之間也有孔洞。
2.根據權利要求1所述的結構，其特征在于，所述的金屬導線為銅，或者由銅和擴散阻 擋層組成的復合導線，或者鎢，或者由鎢和擴散阻擋層組成的復合導線。
3.根據權利要求1所述的結構，其特征在于，所述的絕緣體支撐結構，是由絕緣體材料 組成的柱狀或者條狀結構，支撐絕緣體位于被支撐的金屬之下，以維持所述金屬的形狀。
4.根據權利要求3所述的結構，其特征在于，所述的絕緣體材料是碳化硅或者聚合物 材料。
5.根據權利要求1所述的結構，其特征在于，所述的絕緣體支撐結構是由絕緣材料組 成的柱狀或者條狀結構。
6.一種低介電常數介質與銅互連的集成方法，其特征在于，具體步驟包括 提供一個襯底；依次在該襯底上形成由第一種材料構成的第一種薄膜； 在第一層薄膜中開孔狀的口； 淀積第一層支撐絕緣體并平坦化； 淀積第二層支撐絕緣體并開第二個開口； 在第二層支撐絕緣體上形成絕緣薄膜； 形成銅互連的大馬士革或者雙大馬士革圖形； 將除支撐絕緣體之外的介質去除。
7.根據權利要求6的方法，其特征在于，所述支撐絕緣體為所述的絕緣體材料是碳化 硅或者聚合物材料。
8.根據權利要求6的方法，其特征在于，在去除除支撐絕緣體之外的介質后形成孔洞結構。
9.根據權利要求6的方法，其特征在于，支撐絕緣體位于被支撐的金屬之下，以維持所 述金屬的形狀。
全文摘要
本發(fā)明屬于半導體器件技術領域，具體公開了一種低介電常數介質與銅互連的結構及其集成方法。包括采用銅互連與氣隙結合起來降低電容；用特定支撐結構來支撐銅導線以在去除介質后維持銅導線的形狀。本發(fā)明的優(yōu)點在于可以實現(xiàn)全氣隙結構而不使銅導線短路或斷路并且可實現(xiàn)較長導線的全氣隙結構，使RC延遲減小。
文檔編號H01L23/522GK101982879SQ20101050818
公開日2011年3月2日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權日2010年10月15日
發(fā)明者張衛(wèi), 王鵬飛 申請人:復旦大學