專利名稱：一種半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，具體而言涉及一種形成氣隙的方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體器件特征尺寸的縮小，極大規(guī)模集成電路(VLSI)芯片的性能越來越受互連電容的制約。為了減小所述互連電容的影響以降低RC延遲和功耗，在低k介質(zhì)層/銅金屬互連工藝中集成一形成氣隙的工藝是一種非常有效的解決辦法。傳統(tǒng)的形成氣隙的工藝步驟包括:首先，如圖1A所示，提供半導(dǎo)體襯底100，在所述半導(dǎo)體襯底100上自下而上形成有層間介質(zhì)層101和低k介質(zhì)層102,在所述低k介質(zhì)層102中形成有第一銅金屬互連結(jié)構(gòu)103，其中，所述第一銅金屬互連結(jié)構(gòu)103的頂部形成有覆蓋層104，所述第一銅金屬互連結(jié)構(gòu)103由銅金屬層和包圍所述銅金屬層的阻擋層所構(gòu)成；接著，如圖1B所示，在所述半導(dǎo)體襯底100上形成一金屬層105，以覆蓋所述銅金屬互連結(jié)構(gòu)103，然后，采用一光致抗蝕劑106圖形化所述金屬層105 ;接著，如圖1C所示，采用干法蝕刻工藝蝕刻所述經(jīng)圖形化的金屬層105，以在所述銅金屬互連結(jié)構(gòu)103之間形成一凹槽107 ;接著，如圖1D所示，在所述半導(dǎo)體襯底上形成一層間介質(zhì)層108，所述層間介質(zhì)層108在所述凹槽107內(nèi)具有較低的覆蓋范圍，從而在所述銅金屬互連結(jié)構(gòu)之間形成一氣隙109 ;接著，如圖1E所示，在所述層間介質(zhì)層108中形成第二銅金屬互連結(jié)構(gòu)110。采用上述工藝過程形成所述氣隙時(shí)，由于堆疊的各層材料形成一復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，因而導(dǎo)致難以在所述銅金屬互連結(jié)構(gòu)之間形成具有較大特征尺寸的氣隙，不能有效地減小所述互連電容的大小。因此，需要提出一種方法，以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括:提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成有自下而上依次層疊的蝕刻停止層和層間介質(zhì)層，且在所述層間介質(zhì)層中形成有銅金屬互連線；在所述半導(dǎo)體襯底上形成一硅層；圖形化所述硅層，并依次蝕刻所述硅層和所述層間介質(zhì)層，以在所述銅金屬互連線之間形成一凹槽；對(duì)所述硅層進(jìn)行一氧化處理，以縮小所述凹槽的頂部開口 ；對(duì)所述經(jīng)氧化處理的硅層實(shí)施一離子注入；在所述半導(dǎo)體襯底上形成一層間介質(zhì)層，以完全封住所述凹槽的頂部開口。進(jìn)一步，采用化學(xué)氣相沉積工藝形成所述硅層。進(jìn)一步，所述硅層的的厚度為50-400埃。進(jìn)一步，采用干法蝕刻工藝實(shí)施所述蝕刻。進(jìn)一步，所述蝕刻過程在達(dá)到所述蝕刻停止層時(shí)終止。進(jìn)一步，在所述氧化處理之后，所述凹槽的頂部開口的寬度小于45nm。進(jìn)一步，所述離子注入的注入源為碳源或氮源。進(jìn)一步，采用化學(xué)氣相沉積工藝形成所述層間介質(zhì)層。
進(jìn)一步，所述層間介質(zhì)層的材料為具有低介電常數(shù)的材料。本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括:提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成有自下而上依次層疊的蝕刻停止層和層間介質(zhì)層，且在所述層間介質(zhì)層中形成有銅金屬互連線；在所述半導(dǎo)體襯底上形成一硅層；圖形化所述硅層，并依次蝕刻所述硅層和所述層間介質(zhì)層，以在所述銅金屬互連線之間形成一凹槽；對(duì)所述硅層進(jìn)行一氧化處理，以縮小所述凹槽的頂部開口 ；在所述半導(dǎo)體襯底上依次形成一蝕刻停止層和一層間介質(zhì)層，以完全封住所述凹槽的頂部開口。進(jìn)一步，采用化學(xué)氣相沉積工藝形成所述硅層。進(jìn)一步，所述硅層的的厚度為50-400埃。進(jìn)一步，采用干法蝕刻工藝實(shí)施所述蝕刻。進(jìn)一步，所述蝕刻過程在達(dá)到所述蝕刻停止層時(shí)終止。進(jìn)一步，在所述氧化處理之后，所述凹槽的頂部開口的寬度小于45nm。進(jìn)一步，采用化學(xué)氣相沉積工藝依次形成所述蝕刻停止層和所述層間介質(zhì)層。進(jìn)一步，所述蝕刻停止層的材料為碳氮化硅或碳氧化硅。進(jìn)一步，所述層間介質(zhì)層的材料為具有低介電常數(shù)的材料。根據(jù)本發(fā)明，可以在所述銅金屬互連結(jié)構(gòu)之間形成具有較大特征尺寸的氣隙，從而有效地減小互連電容的大?。煌瑫r(shí)，通過其中采用的注入工藝還可以進(jìn)一步降低所述層間介質(zhì)層的k值。


本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。附圖中:圖1A-圖1E為傳統(tǒng)的形成氣隙的工藝的各步驟的示意性剖面圖；圖2A-圖2E為本發(fā)明提出的形成氣隙的方法的第一種實(shí)施例的各步驟的示意性剖面圖；圖3A-圖3F為本發(fā)明提出的形成氣隙的方法的第二種實(shí)施例的各步驟的示意性剖面圖；圖4為本發(fā)明提出的形成氣隙的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟，以便闡釋本發(fā)明。顯然，本發(fā)明的施行并不限定于半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。參照?qǐng)D2A-圖2E，其中示出了本發(fā)明提出的形成氣隙的方法的第一種實(shí)施例的各步驟的示意性剖面圖。首先，如圖2A所示，提供半導(dǎo)體襯底200，所述半導(dǎo)體襯底200的構(gòu)成材料可以采用未摻雜的單晶硅、摻雜有雜質(zhì)的單晶硅、絕緣體上硅(SOI)等。作為示例，在本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底200選用單晶硅材料構(gòu)成。在所述半導(dǎo)體襯底200中形成有隔離槽，埋層，以及各種阱(well)結(jié)構(gòu)，為了簡(jiǎn)化，圖示中予以省略。在所述半導(dǎo)體襯底200上，形成有各種元件，為了簡(jiǎn)化，圖示中予以省略，這里僅示出一層疊結(jié)構(gòu)，所述層疊結(jié)構(gòu)包括自下而上依次層疊的蝕刻停止層201和層間介質(zhì)層202。所述蝕刻停止層201的材料為碳氮化硅或碳氧化硅，所述層間介質(zhì)層202的材料為具有低介電常數(shù)的材料。所述層間介質(zhì)層202中形成有用于填充金屬互連線的溝槽。沉積一金屬層，例如銅金屬層，于所述層間介質(zhì)層202上，并填滿所述層間介質(zhì)層202中的溝槽。采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝去除多余的銅金屬層，研磨到所述層間介質(zhì)層202的表面終止，在所述層間介質(zhì)層202中形成銅金屬互連線203。接著，如圖2B所示，采用化學(xué)氣相沉積工藝在所述半導(dǎo)體襯底200上形成一硅層204，所述硅層204的厚度為50-400埃。接著，如圖2C所示，圖形化所述硅層204，并依次蝕刻所述硅層204和所述層間介質(zhì)層202，以在所述銅金屬互連線203之間形成一凹槽205。采用干法蝕刻工藝實(shí)施所述蝕刻，所述蝕刻過程在達(dá)到所述蝕刻停止層201時(shí)終止，所使用的蝕刻氣體包括含氟氣體(CF4、CHF3、CH2F2等)、稀釋氣體(He、N2等)以及氧氣。接著，如圖2D所示，對(duì)所述硅層204進(jìn)行一氧化處理。在所述氧化處理后，所述硅層204轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸鑼?06 ;所述氧化硅層206將所述凹槽205的頂部開口部分封住，留下的頂部開口的寬度小于45nm，其具體尺寸可依據(jù)所述氧化處理的期望而定。接著，如圖2E所示，采用化學(xué)氣相沉積工藝在所述半導(dǎo)體襯底200上依次形成所述蝕刻停止層201和所述層間介質(zhì)層202，所述蝕刻停止層201將所述凹槽205的頂部開口完全封住，以在所述銅金屬互連線203之間形成一氣隙207。接下來，通過重復(fù)上述過程來完成上層銅金屬互連線和氣隙的制作。參照?qǐng)D3A-圖3F，其中示出了本發(fā)明提出的形成氣隙的方法的第二種實(shí)施例的各步驟的示意性剖面圖。如圖3A所示，提供半導(dǎo)體襯底300，所述半導(dǎo)體襯底300的構(gòu)成材料可以采用未摻雜的單晶硅、摻雜有雜質(zhì)的單晶硅、絕緣體上硅(SOI)等。作為示例，在本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底300選用單晶硅材料構(gòu)成。在所述半導(dǎo)體襯底300中形成有隔離槽，埋層，以及各種阱(well)結(jié)構(gòu)，為了簡(jiǎn)化，圖示中予以省略。在所述半導(dǎo)體襯底300上，形成有各種元件，為了簡(jiǎn)化，圖示中予以省略，這里僅示出一層疊結(jié)構(gòu)，所述層疊結(jié)構(gòu)包括自下而上依次層疊的蝕刻停止層301和層間介質(zhì)層302。所述蝕刻停止層301的材料為碳氮化硅或碳氧化硅，所述層間介質(zhì)層302的材料為具有低介電常數(shù)的材料。
所述層間介質(zhì)層302中形成有用于填充金屬互連線的溝槽。沉積一金屬層，例如銅金屬層，于所述層間介質(zhì)層302上，并填滿所述層間介質(zhì)層302中的溝槽。采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝去除多余的銅金屬層，研磨到所述層間介質(zhì)層302的表面終止，在所述層間介質(zhì)層302中形成銅金屬互連線303。接著，如圖3B所示，采用化學(xué)氣相沉積工藝在所述半導(dǎo)體襯底300上形成一硅層304，所述硅層304的厚度為50-400埃。接著，如圖3C所示，圖形化所述硅層304，并依次蝕刻所述硅層304和所述層間介質(zhì)層302，以在所述銅金屬互連線203之間形成一凹槽305。采用干法蝕刻工藝實(shí)施所述蝕刻，所述蝕刻過程在達(dá)到所述蝕刻停止層301時(shí)終止，所使用的蝕刻氣體包括含氟氣體(CF4、CHF3、CH2F2等)、稀釋氣體(He、N2等)以及氧氣。接著，如圖3D所示，對(duì)所述硅層304進(jìn)行一氧化處理。在所述氧化處理后，所述硅層304轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸鑼?06 ;所述氧化硅層306將所述凹槽305的頂部開口部分封住，留下的頂部開口的寬度小于45nm，其具體尺寸可依據(jù)所述氧化處理的期望而定。接著，如圖3E所示，對(duì)所述氧化硅層306實(shí)施一離子注入307，所述離子注入307的注入源為碳源或氮源。在所述離子注入結(jié)束后，所述氧化硅層306轉(zhuǎn)變?yōu)閾诫s有碳元素或氮元素的氧化硅層，其可以作為形成上層銅金屬互連線時(shí)的蝕刻停止層。同時(shí)，當(dāng)所述離子注入307的注入源為碳源時(shí)，在所述離子注入結(jié)束后，所述層間介質(zhì)層302中摻雜進(jìn)碳元素，由此可以降低所述層間介質(zhì)層302的k值。接著，如圖3F所示，采用化學(xué)氣相沉積工藝在所述半導(dǎo)體襯底300上形成所述層間介質(zhì)層302，完全封住所述凹槽305的頂部開口以在所述銅金屬互連線303之間形成一氣隙308。接下來，通過重復(fù)上述過程來完成上層銅金屬互連線和氣隙的制作。至此，完成了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的方法實(shí)施的全部工藝步驟，接下來，可以通過后續(xù)工藝完成整個(gè)半導(dǎo)體器件的制作，所述后續(xù)工藝與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體器件加工工藝完全相同。根據(jù)本發(fā)明，可以在所述銅金屬互連結(jié)構(gòu)之間形成具有較大特征尺寸的氣隙，從而有效地減小互連電容的大?。煌瑫r(shí)，通過其中采用的注入工藝還可以進(jìn)一步降低所述層間介質(zhì)層的k值。參照?qǐng)D4，其中示出了本發(fā)明提出的形成氣隙的方法的流程圖，用于簡(jiǎn)要示出整個(gè)制造工藝的流程。在步驟401中，提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成有自下而上依次層疊的蝕刻停止層和層間介質(zhì)層，且在所述層間介質(zhì)層中形成有銅金屬互連線；在步驟402中，在所述半導(dǎo)體襯底上形成一硅層；在步驟403中，圖形化所述硅層，并依次蝕刻所述硅層和所述層間介質(zhì)層，以在所述銅金屬互連線之間形成一凹槽；在步驟404中，對(duì)所述硅層進(jìn)行一氧化處理，以縮小所述凹槽的頂部開口 ；在步驟405中，對(duì)所述經(jīng)氧化處理的硅層實(shí)施一離子注入；在步驟406中，在所述半導(dǎo)體襯底上形成一層間介質(zhì)層，以完全封住所述凹槽的頂部開口。本發(fā)明已經(jīng)通過上述實(shí)施例進(jìn)行了說明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實(shí)施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實(shí)施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括: 提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成有自下而上依次層疊的蝕刻停止層和層間介質(zhì)層，且在所述層間介質(zhì)層中形成有銅金屬互連線； 在所述半導(dǎo)體襯底上形成一娃層； 圖形化所述硅層，并依次蝕刻所述硅層和所述層間介質(zhì)層，以在所述銅金屬互連線之間形成一凹槽； 對(duì)所述硅層進(jìn)行一氧化處理，以縮小所述凹槽的頂部開口 ； 對(duì)所述經(jīng)氧化處理的硅層實(shí)施一離子注入； 在所述半導(dǎo)體襯底上形成一層間介質(zhì)層，以完全封住所述凹槽的頂部開口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采用化學(xué)氣相沉積工藝形成所述硅層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述硅層的的厚度為50-400埃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采用干法蝕刻工藝實(shí)施所述蝕刻。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述蝕刻過程在達(dá)到所述蝕刻停止層時(shí)終止。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述氧化處理之后，所述凹槽的頂部開口的寬度小于45nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述離子注入的注入源為碳源或氮源。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采用化學(xué)氣相沉積工藝形成所述層間介質(zhì)層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的方法，其特征在于，所述層間介質(zhì)層的材料為具有低介電常數(shù)的材料。
10.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括: 提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成有自下而上依次層疊的蝕刻停止層和層間介質(zhì)層，且在所述層間介質(zhì)層中形成有銅金屬互連線； 在所述半導(dǎo)體襯底上形成一娃層； 圖形化所述硅層，并依次蝕刻所述硅層和所述層間介質(zhì)層，以在所述銅金屬互連線之間形成一凹槽； 對(duì)所述硅層進(jìn)行一氧化處理，以縮小所述凹槽的頂部開口 ； 在所述半導(dǎo)體襯底上依次形成一蝕刻停止層和一層間介質(zhì)層，以完全封住所述凹槽的頂部開口。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，采用化學(xué)氣相沉積工藝形成所述硅層。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述硅層的厚度為50-400埃。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，采用干法蝕刻工藝實(shí)施所述蝕刻。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述蝕刻過程在達(dá)到所述蝕刻停止層時(shí)終止。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在所述氧化處理之后，所述凹槽的頂部開口的寬度小于45nm。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，采用化學(xué)氣相沉積工藝依次形成所述蝕刻停止層和所述層間介質(zhì)層。
17.根據(jù)權(quán)利要求10或16所述的方法，其特征在于，所述蝕刻停止層的材料為碳氮化硅或碳氧化硅。
18.根據(jù)權(quán)利要求10或16所述的方法，其特征在于，所述層間介質(zhì)層的材料為具有低介電 常數(shù)的材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成有自下而上依次層疊的蝕刻停止層和層間介質(zhì)層，且在所述層間介質(zhì)層中形成有銅金屬互連線；在所述半導(dǎo)體襯底上形成一硅層；圖形化所述硅層，并依次蝕刻所述硅層和所述層間介質(zhì)層，以在所述銅金屬互連線之間形成一凹槽；對(duì)所述硅層進(jìn)行一氧化處理，以縮小所述凹槽的頂部開口；對(duì)所述經(jīng)氧化處理的硅層實(shí)施一離子注入；在所述半導(dǎo)體襯底上形成一層間介質(zhì)層，完全封住所述凹槽的頂部開口。根據(jù)本發(fā)明，可以在所述銅金屬互連結(jié)構(gòu)之間形成具有較大特征尺寸的氣隙，從而有效地減小互連電容的大小；同時(shí)，通過其中采用的注入工藝還可以進(jìn)一步降低所述層間介質(zhì)層的k值。
文檔編號(hào)H01L21/768GK103165519SQ20111040748
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者王新鵬, 張海洋, 洪中山 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司