專利名稱：金屬結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬結(jié)構(gòu)的制作方法，特別涉及具有空氣間隔的互連結(jié)構(gòu)的制作方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路特征尺寸的持續(xù)減小，金屬結(jié)構(gòu)的RC延遲效應(yīng)對(duì)集成電路的性能影響越來(lái)越顯著。為了減小金屬結(jié)構(gòu)引起的RC延遲效應(yīng)，一方面采用電阻較低的金屬(比如銅)來(lái)取代傳統(tǒng)的鋁來(lái)制作金屬互連線，另一方面，采用低介電常數(shù)(Low-k)材料作為金屬互連線之間的絕緣介質(zhì)層，以降低金屬互連線之間的寄生電容。由于空氣的理想介電常數(shù)接近于1，因此使用空氣作為金屬互連線之間的絕緣介 質(zhì)層，也是減小金屬互連線之間寄生電容的有效手段之一。許多利用空氣的低介電常數(shù)特性應(yīng)用于集成電路制造的技術(shù)已經(jīng)被公布，但是大部分不具有量產(chǎn)價(jià)值。因?yàn)椴捎矛F(xiàn)有技術(shù)制作金屬互連線，需要在金屬互連線之間形成大量的空氣間隔，這使得金屬互連線幾乎被架空，金屬互連線無(wú)法獲得足夠的機(jī)械支撐，容易造成金屬互連線受到機(jī)械損壞。因此，需要一種金屬結(jié)構(gòu)的制作方法，能夠在滿足金屬互連線的機(jī)械支撐的情況下在金屬互連線之間形成空氣間隔，并且實(shí)現(xiàn)帶有空氣間隔金屬結(jié)構(gòu)的量產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供了一種金屬結(jié)構(gòu)的制作方法，在金屬互連線之間形成空氣間隔，解決了金屬互連線的機(jī)械支撐不足的問(wèn)題，并且實(shí)現(xiàn)帶有空氣間隔的金屬結(jié)構(gòu)的量產(chǎn)。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種金屬結(jié)構(gòu)的制作方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有第一介質(zhì)層；在所述第一介質(zhì)層內(nèi)形成一條或多條間隙；形成第一阻擋層，所述第一阻擋層至少覆蓋所述間隙，形成空氣間隔；在所述第一介質(zhì)層和第一阻擋層內(nèi)形成第一金屬結(jié)構(gòu)。可選地，還包括在所述第一金屬結(jié)構(gòu)上形成第二介質(zhì)層；在所述第二介質(zhì)層內(nèi)形成一條或多條間隙；形成第二阻擋層，所述第二阻擋層至少將所述間隙封閉，形成空氣間隔；在所述第二阻擋層和第二介質(zhì)層內(nèi)形成第二金屬結(jié)構(gòu)，所述第二金屬結(jié)構(gòu)與所述第一金屬結(jié)構(gòu)電連接?？蛇x地，所述刻蝕阻擋層的材質(zhì)為低K材質(zhì)?？蛇x地，所述刻蝕阻擋層的材質(zhì)為NDC、SiOCH中的一種或兩者的組合?？蛇x地，所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層的材質(zhì)為低K材質(zhì)?？蛇x地，所述低K材質(zhì)為NDC、SiOCH中的一種或兩者的組合。
可選地，所述第一金屬結(jié)構(gòu)的制作方法包括利用刻蝕工藝，在所述第一介質(zhì)層內(nèi)形成溝槽；在所述溝槽的側(cè)壁和底部形成阻擋金屬層；在所述溝槽內(nèi)第一金屬互連線，所述第一金屬互連線與所述阻擋金屬層構(gòu)成所述
第一金屬結(jié)構(gòu)?？蛇x地，所述第一金屬互連線采用電鍍方法制作，其材質(zhì)為銅。可選地，所述阻擋金屬層利用物理氣相沉積或化學(xué)氣相沉積工藝制作，其材質(zhì)為TiN, Ti, TaN，Ta, WN, W 中的一種或多種。可選地，所述第二金屬結(jié)構(gòu)的制作方法包括
采用雙大馬士革刻蝕工藝，在所述第二介質(zhì)層內(nèi)形成溝槽和與該溝槽對(duì)應(yīng)的通孔；在所述溝槽和通孔內(nèi)依次形成阻擋金屬層和第二金屬互連線，所述第二金屬互連線與阻擋金屬層構(gòu)成所述第二金屬結(jié)構(gòu)?？蛇x地，所述間隙的深寬比范圍為20/1 2/1。可選地，所述第一介質(zhì)層的厚度范圍為1000 10000埃。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明在第一介質(zhì)層內(nèi)的間隙上形成第一阻擋層，該第一阻擋層覆蓋間隙形成空氣間隔，第一金屬結(jié)構(gòu)形成于第一阻擋層上，該第一阻擋層一方面能夠在后續(xù)的工藝步驟中保護(hù)空氣間隔，防止污染物進(jìn)入空氣間隔，另一方面，該第一阻擋層能為金屬結(jié)構(gòu)提供機(jī)械支撐，從而能夠?qū)崿F(xiàn)帶有空氣間隔的金屬結(jié)構(gòu)的量產(chǎn)。


圖I是本發(fā)明的金屬結(jié)構(gòu)的制作方法流程示意圖；圖2-圖13是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的金屬結(jié)構(gòu)的制作方法剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的空氣間隔無(wú)法對(duì)金屬互連線提供足夠的機(jī)械支撐，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)金屬互連結(jié)構(gòu)的量產(chǎn)。為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種金屬結(jié)構(gòu)的制作方法，在金屬互連線之間形成空氣間隔，解決了金屬互連線的機(jī)械支撐不足的問(wèn)題，并且實(shí)現(xiàn)金屬結(jié)
構(gòu)的量產(chǎn)。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種金屬結(jié)構(gòu)的制作方法，請(qǐng)結(jié)合圖I所示的本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的金屬結(jié)構(gòu)的制作方法流程示意圖，所述方法包括步驟SI，提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有第一介質(zhì)層；步驟S2，在所述第一介質(zhì)層內(nèi)形成一條或多條間隙；步驟S3，形成第一阻擋層，所述第一阻擋層至少覆蓋所述間隙，形成空氣間隔；步驟S4，在所述第一介質(zhì)層和第一阻擋層內(nèi)形成第一金屬結(jié)構(gòu)。下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。為了更好地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，請(qǐng)結(jié)合圖2-圖13所示的本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的金屬結(jié)構(gòu)的制作方法剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
首先，請(qǐng)參考圖2，提供半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底100上形成有第一介質(zhì)層101。所述半導(dǎo)體襯底100的材質(zhì)為半導(dǎo)體材質(zhì)，例如硅、鍺硅等。本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底100的材質(zhì)為硅。作為一個(gè)實(shí)施例，所述半導(dǎo)體襯底100上可以形成有器件，比如可以形成有晶體管等。作為一個(gè)實(shí)施例，所述第一介質(zhì)層101的材質(zhì)應(yīng)選擇具有低K材質(zhì)。本實(shí)施例中，所述第一介質(zhì)層101為SIOCH層。在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，所述第一介質(zhì)層101還可以為NDC層。在本方面的又一實(shí)施例中，所述第一介質(zhì)層101還可以由NDC層和形成于NDC上方SiOCH層的構(gòu)成。所述第一介質(zhì)層101采用沉積工藝制作。作為一個(gè)實(shí)施例，所述第一介質(zhì)層101的厚度范圍為1000-10000埃。然后，請(qǐng)繼續(xù)結(jié)合圖2，在所述第一介質(zhì)層101上形成光刻膠層102，所述光刻膠層102可以利用旋涂工藝或噴涂工藝制作。接著，采用曝光、顯影等工藝，圖形化所述光刻膠層102，在所述光刻膠層102中形成間隙開(kāi)口，所述間隙開(kāi)口用于定義第一介質(zhì)層101中將要形成的間隙的形狀、位置和尺寸。然后，請(qǐng)結(jié)合圖3，以所述光刻膠層102 (結(jié)合圖2)為掩膜，沿所述間隙開(kāi)口進(jìn)行刻蝕工藝，在所述第一介質(zhì)層101內(nèi)形成間隙103。所述間隙103露出半導(dǎo)體襯底100，所 述刻蝕工藝可以為干法刻蝕工藝或濕法刻蝕工藝。接著，將光刻膠層從第一介質(zhì)層101上去除。由于在后續(xù)工藝步驟中，所述間隙103上將形成第一阻擋層以將間隙封閉，為了防止第一阻擋層落入間隙103從而將間隙103填滿，所述間隙103應(yīng)具有較大深寬比，本實(shí)施例中，所述間隙103的深寬比范圍為20/1 2/1。然后，請(qǐng)參考圖4，在所述第一介質(zhì)層102上形成第一阻擋層104，所述第一阻擋層104覆蓋所述間隙103，形成空氣間隔。所述第一阻擋層104的材質(zhì)為低K材質(zhì)。本實(shí)施例中，所述低K材質(zhì)為SiOCH、NDC或者兩者的結(jié)合。本實(shí)施例中，所述第一阻擋層104的材質(zhì)為SiOCH。在其他的實(shí)施例中，所述第一阻擋層104還可以由SiOCH層和NDC層共同構(gòu)成。所述第一阻擋層104 —方面能夠在后續(xù)的工藝步驟中保護(hù)空氣間隙，防止污染物進(jìn)入空氣間隙，另一方面，該第一阻擋層104能為金屬結(jié)構(gòu)提供機(jī)械支撐，從而能夠?qū)崿F(xiàn)帶有空氣間隔的金屬結(jié)構(gòu)的量產(chǎn)。為了金屬結(jié)構(gòu)提供足夠的機(jī)械支撐，所述第一阻擋層104的厚度范圍應(yīng)為300 10000 埃。接著，請(qǐng)參考圖5，進(jìn)行刻蝕工藝，在所述第一阻擋層104和第一介質(zhì)層101內(nèi)形成溝槽。所述溝槽的制作方法與現(xiàn)有技術(shù)相同，作為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)，在此不作詳細(xì)的說(shuō)明。然后，請(qǐng)參考圖6，形成覆蓋所述溝槽側(cè)壁、溝槽底部和第一阻擋層104的第一阻擋金屬層105。所述第一阻擋金屬層105的材質(zhì)可以為TiN，Ti，TaN, Ta，WN, W中的一種或多種，所述第一阻擋金屬層105可以利用物理氣相沉積或化學(xué)氣相沉積工藝制作。本實(shí)施例中，所述第一阻擋金屬層105的材質(zhì)為TiN，其利用物理氣相沉積工藝制作。所述第一阻擋金屬層105的厚度范圍為30-300埃。接著，請(qǐng)參考圖7，在所述第一阻擋金屬層105上形成第一金屬互連線106，所述第一金屬互連線106將所述溝槽填滿。所述第一金屬互連線106的材質(zhì)為低電阻率的導(dǎo)電金屬。本實(shí)施例中，所述第一金屬互連線106的材質(zhì)為銅，所述第一金屬互連線106可以采用電鍍工藝制作。
所述第一金屬互連線106用于將半導(dǎo)體襯底100內(nèi)的器件與外部電連接以及器件之間的相互電連接。然后，請(qǐng)參考圖8，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝，將位于溝槽以外的第一金屬互連線106和第一阻擋金屬層105去除，保留于溝槽內(nèi)的第一金屬互連線106和第一阻擋金屬層105構(gòu)成第一金屬結(jié)構(gòu)。然后，請(qǐng)參考圖9，作為一個(gè)實(shí)施例，在所述第一阻擋層104上沉積第二介質(zhì)層107，所述第二介質(zhì)層107覆蓋所述第一金屬結(jié)構(gòu)。所述第二介質(zhì)層107的材質(zhì)為低K材質(zhì)。本實(shí)施例中，所述第二介質(zhì)層107的材質(zhì)為SiOCH。所述第二介質(zhì)層107采用化學(xué)氣相沉積工藝制作，其厚度范圍為1000 10000埃。接著，請(qǐng)繼續(xù)參考圖9，在所述第二介質(zhì)層107上形成光刻膠層108，所述光刻膠層108內(nèi)形成有間隙開(kāi)口。所述光刻膠層108的制作方法請(qǐng)參考圖2的光刻膠層的制作方法，在此不作贅述。
然后，請(qǐng)參考圖10，沿所述間隙開(kāi)口進(jìn)行刻蝕工藝，在所述第二介質(zhì)層107內(nèi)形成間隙。接著，進(jìn)行刻蝕工藝，將所述光刻膠層108去除。所述刻蝕工藝可以為干法刻蝕工藝或濕法刻蝕工藝。接著，請(qǐng)參考圖11，在所述第二介質(zhì)層107上形成第二阻擋層110，所述第二阻擋層110的材質(zhì)為低K材質(zhì)。本實(shí)施例中，所述第二阻擋層110的材質(zhì)為SiOCH。所述第二阻擋層110—方面能夠在后續(xù)的工藝步驟中保護(hù)空氣間隙，防止污染物進(jìn)入空氣間隙，另一方面，該第二阻擋層110能為金屬結(jié)構(gòu)提供機(jī)械支撐，從而能夠?qū)崿F(xiàn)帶有空氣間隔的金屬
結(jié)構(gòu)的量產(chǎn)。為了金屬結(jié)構(gòu)提供足夠的機(jī)械支撐，所述第二阻擋層110的厚度范圍應(yīng)為300 10000 埃。接著，請(qǐng)參考圖12，采用雙大馬士革刻蝕工藝，在所述第二介質(zhì)層107內(nèi)形成溝槽和與該溝槽對(duì)應(yīng)的通孔。所述溝槽和與該溝槽對(duì)應(yīng)的通孔的位置與所述第一金屬結(jié)構(gòu)的位置對(duì)應(yīng)。本實(shí)施例中，所述通孔露出下方的第一金屬結(jié)構(gòu)，通過(guò)在所述通孔中填充金屬，將第一金屬結(jié)構(gòu)與溝槽中即將形成的第二互連結(jié)構(gòu)的電連接。所述雙大馬士革刻蝕工藝與現(xiàn)有技術(shù)相同，作為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)，在此不作贅述。接著，請(qǐng)參考圖13，在所述溝槽和通孔內(nèi)依次形成第二阻擋金屬層108和第二金屬互連線109，所述第二金屬互連線109與第二阻擋金屬層108構(gòu)成所述第二金屬結(jié)構(gòu)，所述第二金屬結(jié)構(gòu)與所述第一金屬結(jié)構(gòu)電連接。作為一個(gè)實(shí)施例，所述第二阻擋金屬層108的材質(zhì)為TiN，其可以利用物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積或?yàn)R射工藝制作。所述第二阻擋金屬層108的厚度范圍為30-300埃。所述第二金屬互連線109的材質(zhì)為銅，其可以利用電鍍工藝制作。綜上，本發(fā)明在第一介質(zhì)層內(nèi)的間隙上形成第一阻擋層，該第一阻擋層覆蓋間隙形成空氣間隔，第一金屬結(jié)構(gòu)形成于第一阻擋層上，該第一阻擋層一方面能夠在后續(xù)的工藝步驟中保護(hù)空氣間隔，防止污染物進(jìn)入空氣間隔，另一方面，該第一阻擋層能為金屬結(jié)構(gòu)提供機(jī)械支撐，從而能夠?qū)崿F(xiàn)帶有空氣間隔的金屬結(jié)構(gòu)的量產(chǎn)。因此，上述較佳實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi) 。
權(quán)利要求
1.一種金屬結(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介質(zhì)層； 在所述第一介質(zhì)層內(nèi)形成一條或多條間隙； 形成第一阻擋層，所述第一阻擋層至少覆蓋所述間隙，形成空氣間隔； 在所述第一介質(zhì)層和第一阻擋層內(nèi)形成第一金屬結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求I所述的金屬結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，還包括 在所述第一金屬結(jié)構(gòu)上形成第二介質(zhì)層； 在所述第二介質(zhì)層內(nèi)形成一條或多條間隙； 形成第二阻擋層，所述第二阻擋層至少將所述間隙封閉，形成空氣間隔； 在所述第二阻擋層和第二介質(zhì)層內(nèi)形成第二金屬結(jié)構(gòu)，所述第二金屬結(jié)構(gòu)與所述第一金屬結(jié)構(gòu)電連接。
3.如權(quán)利要求I所述的金屬結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述刻蝕阻擋層的材質(zhì)為低K材質(zhì)。
4.如權(quán)利要求3所述的金屬結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述刻蝕阻擋層的材質(zhì)為NDC、SiOCH中的一種或兩者的組合。
5.如權(quán)利要求I所述的金屬結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層的材質(zhì)為低K材質(zhì)。
6.如權(quán)利要求5所述的金屬結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述低K材質(zhì)為NDC、SiOCH中的一種或兩者的組合。
7.如權(quán)利要求I所述的金屬結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述第一金屬結(jié)構(gòu)的制作方法包括 利用刻蝕工藝，在所述第一介質(zhì)層內(nèi)形成溝槽； 在所述溝槽的側(cè)壁和底部形成阻擋金屬層； 在所述溝槽內(nèi)第一金屬互連線，所述第一金屬互連線與所述阻擋金屬層構(gòu)成所述第一金屬結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求7所述的金屬結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述第一金屬互連線采用電鍍方法制作，其材質(zhì)為銅。
9.如權(quán)利要求8所述的金屬結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述阻擋金屬層利用物理氣相沉積或化學(xué)氣相沉積工藝制作，其材質(zhì)為TiN，Ti，TaN, Ta，WN, W中的一種或多種。
10.如權(quán)利要求I所述的金屬結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述第二金屬結(jié)構(gòu)的制作方法包括 采用雙大馬士革刻蝕工藝，在所述第二介質(zhì)層內(nèi)形成溝槽和與該溝槽對(duì)應(yīng)的通孔； 在所述溝槽和通孔內(nèi)依次形成阻擋金屬層和第二金屬互連線，所述第二金屬互連線與阻擋金屬層構(gòu)成所述第二金屬結(jié)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求I所述的金屬結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述間隙的深寬比范圍為20/1-2/1。
12.如權(quán)利要求I所述的金屬結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述第一介質(zhì)層的厚度范圍為 1000-10000 埃。
全文摘要
本發(fā)明提供一種金屬結(jié)構(gòu)的制作方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有第一介質(zhì)層；在所述第一介質(zhì)層內(nèi)形成一條或多條間隙；形成第一阻擋層，所述第一阻擋層至少覆蓋所述間隙，形成空氣間隔；在所述第一介質(zhì)層和第一阻擋層內(nèi)形成第一金屬結(jié)構(gòu)。本發(fā)明在金屬互連線之間形成空氣間隔，解決了金屬互連線的機(jī)械支撐不足的問(wèn)題，并且實(shí)現(xiàn)帶有空氣間隔的金屬結(jié)構(gòu)的量產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102779781SQ20121026494
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月27日
發(fā)明者姬峰, 李磊, 梁學(xué)文, 胡友存, 陳玉文 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司