一種低介電常數(shù)介質(zhì)刻蝕與銅互連的結(jié)構(gòu)及集成方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及使用一種低介電常數(shù)介質(zhì)刻蝕與銅互連的結(jié)構(gòu)及集成方法。本發(fā)明的銅互連的結(jié)構(gòu)包括至少一條金屬導(dǎo)線，以及位于所述金屬導(dǎo)線之下的絕緣體支撐結(jié)構(gòu)；并且，在多條金屬導(dǎo)線之間有多孔低介電常數(shù)介質(zhì)；在絕緣體支撐結(jié)構(gòu)之間也有多孔低介電常數(shù)介質(zhì)。采用銅互連與氣隙結(jié)合起來(lái)降低電容，用特定支撐結(jié)構(gòu)來(lái)支撐銅導(dǎo)線以在去除介質(zhì)后維持銅導(dǎo)線的形狀。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)全氣隙結(jié)構(gòu)而不使銅導(dǎo)線短路或斷路并且可實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)導(dǎo)線的全氣隙結(jié)構(gòu)，使RC延遲減小。
【專利說(shuō)明】一種低介電常數(shù)介質(zhì)刻蝕與銅互連的結(jié)構(gòu)及集成方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及使用一種低介電常數(shù)介質(zhì)刻蝕與銅互連的結(jié)構(gòu)及集成方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著超大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步，半導(dǎo)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(zhǎng)度的急速增長(zhǎng)而帶來(lái)的RC(R指電阻，C指電容)延遲顯著增加的問(wèn)題。特別是由于金屬布線線間電容的影響日益嚴(yán)重，造成器件性能大幅度下降，已經(jīng)成為半導(dǎo)體工業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)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。
[0003]互連之間的寄生電容和互聯(lián)電阻造成了信號(hào)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(jìn)而減小總的互連延遲效應(yīng)，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(shí)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(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)K，因此使用低K值材料(K〈3)作為不同電路層的隔絕介質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的5102介質(zhì)已成為滿足高速芯片的發(fā)展的需要。由于空氣的相對(duì)介電常數(shù)為1，所以空氣是非常理想的絕緣介質(zhì)。因此，金屬之間的多孔低介電常數(shù)材料可以有效地降低互連RC延遲。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種低介電常數(shù)介質(zhì)刻蝕與銅互連的結(jié)構(gòu)及集成方法，以克服RC延遲大的缺點(diǎn)，提升半導(dǎo)體芯片的性能，有利于超大規(guī)模集成電路的發(fā)展。
[0005]本發(fā)明提出的低介電常數(shù)介質(zhì)刻蝕與銅互連的結(jié)構(gòu)，包括至少一條金屬導(dǎo)線，以及位于所述金屬導(dǎo)線之下的絕緣體支撐結(jié)構(gòu)；并且，在多條金屬導(dǎo)線之間有多孔低介電常數(shù)介質(zhì)；在絕緣體支撐結(jié)構(gòu)之間也有多孔低介電常數(shù)介質(zhì)。
[0006]本發(fā)明中，所述的金屬導(dǎo)線為銅，或者為由銅和擴(kuò)散阻擋層組成的復(fù)合導(dǎo)線，或者所述的金屬導(dǎo)線為鎢，或者為由鎢和擴(kuò)散阻擋層組成的復(fù)合導(dǎo)線。所述的擴(kuò)散阻擋層材料為氮化鈦(TiN)，或者鉭(Ta)，或者氮化鎢(WN)。
[0007]本發(fā)明中，所述的絕緣體支撐結(jié)構(gòu)，是由絕緣材料組成的柱狀或者條狀結(jié)構(gòu)，絕緣體支撐結(jié)構(gòu)位于被支撐的金屬導(dǎo)線之下，以維持所述金屬導(dǎo)線的形狀。所述的絕緣體材料是氮化硅(Si3N4，)、氧化硅或者有機(jī)絕緣材料。
[0008]本發(fā)明還提出了一種低介電常數(shù)介質(zhì)刻蝕與銅互連的集成方法，其具體步驟為: 提供一個(gè)襯底；
依次在該襯底上形成由第一種材料構(gòu)成的第一層薄膜；
在第一層薄膜中開(kāi)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(kāi)第二個(gè)口 ； 再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；
將去除除支撐絕緣體之外的介質(zhì)；
在去除除支撐絕緣體之外的介質(zhì)的空間，回填多孔低介電常數(shù)介質(zhì)，即形成多孔低介電常數(shù)結(jié)構(gòu)。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。
[0009]本發(fā)明采用銅互連與氣隙結(jié)合來(lái)降低電容，并用特定支撐結(jié)構(gòu)來(lái)支撐銅導(dǎo)線，以便在去除介質(zhì)后維持銅導(dǎo)線的形狀。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)多孔低介電常數(shù)介質(zhì)填充結(jié)構(gòu)而不使銅導(dǎo)線短路或斷路，并且可實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)導(dǎo)線的全氣隙結(jié)構(gòu)，使RC延遲減小。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1-圖6為依照本發(fā)明實(shí)施一種低介電常數(shù)介質(zhì)刻蝕與銅互連的集成方法的工藝剖面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明:
請(qǐng)參照?qǐng)D1，提供一個(gè)含有金屬導(dǎo)線101和擴(kuò)散阻擋層102形成于其中的基底201，在基底與導(dǎo)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(dǎo)線101的材料為Cu，擴(kuò)散阻擋層102比如為T(mén)iN，薄膜203材料為Si02，利用光刻技術(shù)和刻蝕技術(shù)在薄膜204和薄膜203中形成開(kāi)口 301和開(kāi)口 302，之后進(jìn)行光阻剝除。
[0012]在開(kāi)口 301和開(kāi)口 302中淀積絕緣體401和402，該絕緣體的材料可以是Si3N4。之后刻蝕Si3N4薄膜，形成圖2所示的結(jié)構(gòu)。
[0013]請(qǐng)參照?qǐng)D3，將薄膜204移除，接著在薄膜203上形成薄膜205，該薄膜205材料可以是Si3N4，再次利用光刻技術(shù)和刻蝕技術(shù)在薄膜205上形成一開(kāi)口 305，然后進(jìn)行光阻剝除。
[0014]請(qǐng)參照?qǐng)D4，在薄膜205上依序形成一層薄膜206和一層薄膜207，薄膜206材料為Si02，薄膜207材料為Si3N4，接著利用光刻技術(shù)和刻蝕技術(shù)在薄膜207、薄膜206、薄膜205、薄膜203以及薄膜202中形成一開(kāi)口 306，然后進(jìn)行光阻剝除。
[0015]請(qǐng)參照?qǐng)D5，在開(kāi)口 305中形成一層擴(kuò)散阻擋層103，然后利用電鍍技術(shù)將金屬導(dǎo)線104埋置在開(kāi)口 305中，利用化學(xué)拋光技術(shù)將金屬導(dǎo)線104拋光，擴(kuò)散阻擋層材料103為T(mén)iN，金屬導(dǎo)線104的材料為Cu。
[0016]請(qǐng)參照?qǐng)D6，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，再回填多孔低介電常數(shù)介質(zhì)，回填的空間即為本發(fā)明的多孔低介電常數(shù)介質(zhì)填充結(jié)構(gòu)210,211和212。
[0017]本發(fā)明的實(shí)施可以實(shí)現(xiàn)不使銅導(dǎo)線短路或斷路的多孔低介電常數(shù)介質(zhì)填充結(jié)構(gòu)，而且，可實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)導(dǎo)線的多孔低介電常數(shù)介質(zhì)填充結(jié)構(gòu)，使RC延遲減小。
【權(quán)利要求】
1.一種低介電常數(shù)介質(zhì)刻蝕與銅互連的結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括至少一條金屬導(dǎo)線，以及位于所述金屬導(dǎo)線之下的絕緣體支撐結(jié)構(gòu)；并且，在多條金屬導(dǎo)線之間有多孔低介電常數(shù)介質(zhì)；在絕緣體支撐結(jié)構(gòu)之間也有多孔低介電常數(shù)介質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低介電常數(shù)介質(zhì)刻蝕與銅互連的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的金屬導(dǎo)線為銅，或者為由銅和擴(kuò)散阻擋層組成的復(fù)合導(dǎo)線；或者所述的金屬導(dǎo)線為鎢，或者為由鎢和擴(kuò)散阻擋層組成的復(fù)合導(dǎo)線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低介電常數(shù)介質(zhì)刻蝕與銅互連的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的擴(kuò)散阻擋層材料為氮化鈦、鉭、或者氮化鎢。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低介電常數(shù)介質(zhì)刻蝕與銅互連的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的絕緣體支撐結(jié)構(gòu)，是由絕緣材料組成的柱狀或者條狀結(jié)構(gòu)，所述的絕緣體材料是氮化硅、氧化硅或者有機(jī)絕緣材料。
5.一種如權(quán)利要求1所述的低介電常數(shù)介質(zhì)刻蝕與銅互連結(jié)構(gòu)的集成方法，其特征在于，具體步驟為: 提供一個(gè)襯底； 依次在該襯底上形成由第一種材料構(gòu)成的第一層薄膜； 在第一層薄膜中開(kāi)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(kāi)第二個(gè)口 ； 再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； 將去除除支撐絕緣體之外的介質(zhì)； 在去除除支撐絕緣體之外的介質(zhì)空間，回填多孔低介電常數(shù)介質(zhì)，即形成多孔低介電常數(shù)結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】H01L21/768GK104269395SQ201410433978
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】王鵬飛, 劉曉勇, 張衛(wèi) 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)