一种互连结构的制造方法,包括:提供衬底,在衬底上形成第一介质层;在第一介质层中形成多个沿水平方向间隔排列的金属层;在金属层上覆盖一遮挡层,遮挡层沿水平方向间隔排列,遮挡层的水平宽度大于金属层的水平宽度;去除第一介质层,去除第一介质层的工艺对第一介质层的去除速率大于对遮挡层的去除速率,形成由金属层以及遮挡层围成的开口;向开口中填充介质材料,形成由介质材料围成的空气隙。遮挡层的水平宽度大于金属层地水平宽度,因此开口顶部的水平尺寸较小,在向开口中填充介质材料时,介质材料较难进入开口内部,同时比较容易在开口顶部沉积而对开口进行封口,从而可以形成较大尺寸的空气隙。
1.一种互连结构的制造方法,其特征在于,包括:提供衬底,在所述衬底上形成第一介质层;在所述第一介质层中形成多个沿水平方向间隔排列的金属层;在所述金属层上覆盖一遮挡层,所述遮挡层的水平宽度大于所述金属层的水平宽度;去除所述第一介质层,所述去除所述第一介质层的工艺对第一介质层的去除速率大于对遮挡层的去除速率,形成由金属层以及遮挡层围成的开口;向所述开口中填充介质材料,形成由所述介质材料围成的空气隙;所述遮挡层的材料与所述第一介质层的材料相同,所述在所述金属层上覆盖一遮挡层的步骤包括:在所述第一介质层、多个金属层上沉积第一介质层材料形成第二介质层;在所述第二介质层上形成多个掩模图形,所述掩模图形位于相邻金属层之间的第一介质层的上方,并且所述掩模图形的水平宽度小于相邻金属层之间的第一介质层的水平宽度;对掩模图形露出的第二介质层进行氮离子掺杂、退火,形成遮挡层。
2.如权利要求1所述的互连结构的制造方法,其特征在于,所述去除所述第一介质层,形成由金属层以及遮挡层围成的开口的步骤包括:去除所述掩模图形;去除第一介质层材料,形成所述开口,所述去除第一介质层材料的工艺对第一介质层材料的去除速率大于对遮挡层材料的去除速率。
3.如权利要求2所述的互连结构的制造方法,其特征在于,所述第一介质层材料为低k介质层材料,所述去除第一介质层的步骤包括通过氢氟酸溶液去除所述第一介质层材料。
4.如权利要求3所述的互连结构的制造方法,其特征在于,所述低k介质层材料为掺碳的低k介质层材料。
5.如权利要求1所述的互连结构的制造方法,其特征在于,所述进行氮离子掺杂的步骤包括氮离子注入或氮离子扩散。
6.如权利要求1所述的互连结构的制造方法,其特征在于,在所述第二介质层上形成掩模图形的步骤包括:在所述第二介质层上形成抗反射层;在抗反射层上涂敷光刻胶层;图形化所述光刻胶层,形成光刻胶图形;以所述光刻胶图形为掩模,图形化所述抗反射层,形成抗反射层图形,所述光刻胶图形和所述抗反射层图形构成所述掩模图形。
7.如权利要求1所述的互连结构的制造方法,其特征在于,所述提供衬底,在所述衬底上形成第一介质层的步骤包括:在衬底上形成第一介质层之前,在衬底上形成金属阻挡层。
8.如权利要求7所述的互连结构的制造方法,其特征在于,所述在所述第一介质层中形成多个沿水平方向间隔排列的金属层的步骤包括:在所述第一介质层上形成硬掩模层;在硬掩模层上形成光刻胶层;图形化所述光刻胶层,形成光刻胶图形;以所述光刻胶图形为掩模,图形化所述硬掩模层,形成硬掩模图形;以所述硬掩模图形为掩模,图形化所述第一介质层和金属阻挡层,形成沿水平方向间隔排列的凹槽;去除所述光刻胶图形和所述硬掩模图形;向所述凹槽中填充金属材料,以形成金属层。
9.如权利要求8所述的互连结构的制造方法,其特征在于,在向所述凹槽中填充金属材料的步骤之后,还包括:通过化学机械研磨工艺去除多余的金属材料,使金属层和第一介质层的表面齐平。
10.如权利要求8所述的互连结构的制造方法,其特征在于,所述以所述硬掩模图形为掩模图形化所述第一介质层和金属阻挡层的步骤包括:通过干刻法图形化所述第一介质层和金属阻挡层。
11.如权利要求10所述的互连结构的制造方法,其特征在于,所述干刻法采用的离子包括氧离子、氢离子。
12.如权利要求7所述的互连结构的制造方法,其特征在于,所述向所述开口中填充介质材料,形成由所述介质材料围成的空气隙的步骤中所述介质材料为所述金属阻挡层材料。
13.如权利要求1所述的互连结构的制造方法,其特征在于,所述金属层的材料为铜。
14.如权利要求7所述的互连结构的制造方法,其特征在于,所述金属层的材料为铜,所述金属阻挡层的材料为氮化硅。
15.如权利要求8所述的互连结构的制造方法,其特征在于,所述向所述凹槽中填充金属材料的步骤包括通过物理气相沉积向所属凹槽中填充金属材料。
16.如权利要求1所述的互连结构的制造方法,其特征在于,向所述开口中填充介质材料的方法包括化学气相沉积。技术领域
本发明涉及半导体技术领域,尤其涉及一种互连结构的制造方法。
背景技术
现今集成电路设计和制造领域所遇到的一个挑战是如何降低信号传输RC延迟(Resistivexa0Capacitivexa0delay),对此,现在技术已经采用的一种方法是将铝金属层替换为铜金属层,降低金属层串联电阻;还有一种方法是降低金属层之间的寄生电容,这可以通过在金属层之间的介质层中构造多孔的(Porous)低介电常数(Lowxa0k)材料或者空气隙(Airxa0Gap)来实现。现有技术公开了一种制作自对准纳米柱形空气隙的方法以及由此制作的结构,如图1所示。其中,介质层12将铜层14在水平方向上隔离开,所述介质层12中具有竖直方向延伸的纳米级空气隙16,上述结构共同构成半导体器件互连结构基体。在半导体器件互连结构基体上形成电迁移阻挡层或者扩散阻挡层18,覆盖所述半导体器件互连结构基体。所述介质层12、铜层14和电迁移阻挡层或者扩散阻挡层18形成一层完整的金属互连层。上述介质层12为该金属互连层的层间介质,铜层14为该金属互连层中的金属导线,电迁移阻挡层或者扩散阻挡层18为该金属互连层的盖层。在申请号为200510004583.6的中国专利申请中,还可以发现更多与上述技术方案相关的信息。现有技术互连结构的制造方法中,在形成介质层12,在介质层12中形成的铜层14步骤之后,还包括去除位于铜层14之间的介质层12,从而在介质层12原占据的位置处形成开口;之后,向所述开口中沉积介质材料,对所述开口进行封口,以形成空气隙。然而,在形成所述开口时,容易形成顶部水平尺寸较大的开口,这使介质材料容易沉积到开口的底部和侧壁,从而对开口进行了填充,而未能及时对所述开口进行封口,这使所形成的空气隙较小,进而不利于降低RC延迟。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种互连结构的制造方法,增大互连结构中空气隙的尺寸,以提高包括所述互连结构的半导体器件的电学特性。为了解决上述问题,本发明提供一种互连结构的制造方法,包括:提供衬底,在所述衬底上形成第一介质层;在所述第一介质层中形成多个沿水平方向间隔排列的金属层;在所述金属层上覆盖一遮挡层,所述遮挡层的水平宽度大于所述金属层的水平宽度;去除所述第一介质层,所述去除所述第一介质层的工艺对第一介质层的去除速率大于对遮挡层的去除速率,形成由金属层以及遮挡层围成的开口;向所述开口中填充介质材料,形成由所述介质材料围成的空气隙。可选地,所述遮挡层的材料与所述第一介质层的材料相同,所述在所述金属层上覆盖一遮挡层的步骤包括:在所述第一介质层、多个金属层上沉积第一介质层材料形成第二介质层;在所述第二介质层上形成多个掩模图形,所述掩模图形位于相邻金属层之间的第一介质层的上方,并且所述掩模图形的水平宽度小于相邻金属层之间的第一介质层的水平宽度;对掩模图形露出的第二介质层进行氮离子掺杂、退火,形成遮挡层。可选地,所述去除所述第一介质层,形成由金属层以及遮挡层围成的开口的步骤包括:去除所述掩模图形;去除第一介质层材料,形成所述开口,所述去除第一介质层材料的工艺对第一介质层材料的去除速率大于对遮挡层材料的去除速率。可选地,所述第一介质层材料为低k介质层材料,所述去除第一介质层的步骤包括通过氢氟酸溶液去除所述第一介质层材料。可选地,所述低k介质层材料为掺碳的低k介质层材料。可选地,所述进行氮离子掺杂的步骤包括氮离子注入或氮离子扩散。可选地,在所述第二介质层上形成掩模图形的步骤包括:在所述第二介质层上形成抗反射层;在抗反射层上涂敷光刻胶层;图形化所述光刻胶层,形成光刻胶图形;以所述光刻胶图形为掩模图形化所述抗反射层,形成抗反射层图形,所述光刻胶图形和所述抗反射层图形构成所述掩模图形。可选地,所述提供衬底,在所述衬底上形成第一介质层的步骤包括:在衬底上形成第一介质层之前,在衬底上形成金属阻挡层。可选地,所述在所述第一介质层中形成多个沿水平方向间隔排列的金属层的步骤包括:在所述第一介质层上形成硬掩模层;在硬掩模层上形成光刻胶层;图形化所述光刻胶层,形成光刻胶图形;以所述光刻胶图形为掩模图形化所述硬掩模层,形成硬掩模图形;以所述硬掩模图形为掩模图形化所述第一介质层和金属阻挡层,形成沿水平方向间隔排列的凹槽;去除所述光刻胶图形和所述硬掩模图形;向所述凹槽中填充金属材料,以形成金属层。可选地,在向所述凹槽中填充金属材料的步骤之后,还包括:通过化学机械研磨工艺去除多余的金属材料,使金属层和第一介质层的表面齐平。可选地,所述以所述硬掩模图形为掩模图形化所述第一介质层和金属阻挡层的步骤包括:通过干刻法图形化所述第一介质层和金属阻挡层。可选地,所述干刻法采用的离子包括氧离子、氢离子。可选地,所述向所述开口中填充介质材料,形成由所述介质材料围成的空气隙的步骤中所述介质材料为所述金属阻挡层材料。可选地,所述金属层的材料为铜。可选地,所述金属层的材料为铜,所述金属阻挡层的材料为氮化硅。可选地,所述向所述凹槽中填充金属材料的步骤包括通过物理气相沉积向所属凹槽中填充金属材料。可选地,向所述开口中填充介质材料的方法包括化学气相沉积。与现有技术相比,本发明具有以下优点:所述遮挡层的水平宽度大于金属层地水平宽度,因此所述开口顶部的水平尺寸较小,在向所述开口中填充介质材料时,介质材料较难进入开口内部,同时比较容易在开口顶部沉积而对开口进行封口,从而可以形成较大尺寸的空气隙。
附图说明
图1是现有技术互连结构一实施例的示意图;图2是本发明互连结构的制造方法一实施方式的流程示意图;图3至图11是本发明互连结构的制造方法一实施例形成的互连结构的侧面示意图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。其次,本发明利用示意图进行详细描述,在详述本发明实施例时,为便于说明,所述示意图只是实例,其在此不应限制本发明保护的范围。为了解决现有技术的问题,本发明提供一种互连结构的制造方法,包括:提供衬底,在所述衬底上形成第一介质层;在所述第一介质层中形成多个沿水平方向间隔排列的金属层;在所述金属层上覆盖一遮挡层,所述遮挡层沿水平方向间隔排列,所述遮挡层的水平宽度大于金属层的水平宽度;去除所述第一介质层,形成由金属层以及遮挡层围成的开口;向所述开口中填充介质材料,形成由所述介质材料围成的空气隙。由于所述遮挡层的水平宽度大于金属层地水平宽度,因此所述开口顶部的水平尺寸较小,在向所述开口中填充介质材料时,介质材料较难进入开口内部,同时比较容易在开口顶部沉积而对开口进行封口,从而可以形成较大尺寸的空气隙。参考图2,示出了本发明互连结构制造方法一实施方式的流程示意图,所述制造方法大致包括以下步骤:步骤S1,提供衬底,在所述衬底上依次形成金属阻挡层、第一低k介质层;步骤S2,图形化所述第一低k介质层和金属阻挡层,在所述第一低k介质层和金属阻挡层中形成沿水平方向间隔排列的凹槽,向所述凹槽中填充金属材料,形成金属层;步骤S3,在所述金属层和所述第一低k介质层上形成第二低k介质层;步骤S4,在所述第二低k介质层上形成多个掩模图形,所述掩模图形位于相邻金属层之间的第一低k介质层的上方,并且所述掩模图形的水平宽度小于相邻金属层之间的第一低k介质层的水平宽度;步骤S5,对所述掩模图形露出的第二低k介质层进行氮离子掺杂、退火,形成遮挡层;步骤S6,去除所述掩模图形,去除第一介质层材料,形成由金属层以及遮挡层围成的开口;步骤S7,向所述开口中填充介质材料,形成由所述介质材料围成的空气隙。下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。参考图3至图11,示出了本发明互连结构的制造方法一实施例形成的互连结构的侧面示意图。如图3所示,执行步骤S1,提供衬底(图未示),所述衬底的材料可以为单晶硅或单晶硅锗,或者单晶掺碳硅;或者所述衬底还可以包括其它的材料,本发明对此不做限制。此外,所述衬底中形成有器件结构(图未示),所述器件结构可以为半导体前段工艺中形成的器件结构,例如MOS晶体管等。在衬底上依次形成金属阻挡层100、第一低k介质层101,所述金属阻挡层100用于防止后续形成的金属层的金属扩散现象,具体地,后续在第一低k介质层101中形成的金属层的材料为铜,所述金属阻挡层100的材料为铜阻挡层,例如氮化硅等。所述第一低k介质层101用于使后续形成的金属层之间相互绝缘,所述第一低k介质层101的材料包括SiO₂、SiOF、SiCOH、SiO、SiCO、SiCON中的一种或多种。较佳地,所述第一低k介质层101为掺碳的低k介质材料,这样在后续去除第一低k介质层101时对第一低k介质层101的去除速率较大,从而与遮挡层的去除速率有较大差异。需要说明的是,上述实施例以低k介质层为例,但是本发明并不限制于此,在其他实施例中,还可以采用超低k介质材料(介电系数范围为2.5~2.8),例如黑金刚石(Blackxa0Diamond,BD)等,或者还可以是其他介质材料,本发明对此不做限制。继续参考图3,为了图形化所述第一低k介质层101和金属阻挡层100,本实施例中,在所述第一低k介质层101上还形成了光刻胶图形105,以所述光刻胶图形105为掩模图形化所述第一低k介质层101和金属阻挡层100,以形成沿水平方向间隔排列的凹槽。较佳地,在所述第一低k介质层101上形成光刻胶图形105之前,还在所述第一低k介质层101上依次形成硬掩模层102,抗反射层104和光刻胶层。所述硬掩模层102的作用是形成硬掩模图形,为了使在第一低k介质层101和金属阻挡层100中所形成的凹槽具有较好的图形,先通过光刻工艺图形化所述光刻胶层,形成光刻胶图形105,之后将光刻胶图形105转移到硬掩模层102上形成硬掩模图形,之后再以硬掩模图形为掩模图形化所述第一低k介质层101,形成所述凹槽。具体地,所述硬掩模层102的材料可以是二氧化硅。所述抗反射层104层用于在光刻工艺中形成形貌更好的光刻胶图形105,所述抗反射层104通常为有机物,一般通过涂覆的方式形成所述抗反射层104。本实施例中,通过干刻法将光刻胶图形105转移到硬掩模层102上形成硬掩模图形,之后再通过干刻法将硬掩模图形的图案转移到第一低k介质层101和金属阻挡层100中,形成间隔排列的凹槽。需要说明的是,在所述干刻法的工艺过程采用氢离子或氧离子等非氮离子进行干刻,以避免在第一低k介质层101中掺入氮离子,由于去除工艺对掺入氮离子后的第一低k介质层101的去除速率较小,采用非氮离子进行干刻可以避免在后续去除第一低k介质层101的过程中无法完全去除所述第一低k介质层101的问题。形成凹槽以后,通过化学溶液清洗的方法去除所述光刻胶图形105、抗反射层104、硬掩模图形。参考图4,继续执行步骤S2,向所述凹槽中填充金属材料,形成金属层106。具体地,通过物理气相沉积方法(Physicalxa0Vaporxa0Deposition,PVD)的方法在所述凹槽中填充金属,形成间隔排列的金属层106。所述金属层106用作互连线,实现器件之间的电性连接。较佳地,在向所述凹槽中填充金属材料以后,还包括通过化学机械研磨工艺去除多余的金属材料,使所述金属层106和第一低k介质层101的上表面齐平。参考图5,执行步骤S3,在所述第一低k介质层101和金属层106上形成第二低k介质层107。本实施例中,所述第二低k介质层107的材料与第一低k介质层101材料相同,具体地,可以通过化学气相沉积方法(Chemicalxa0Vaporxa0Deposition,CVD)沉积所述第一低k介质层材料,以形成第二低k介质层107。执行步骤S4,在所述第二低k介质层107上形成多个掩模图形,所述掩模图形位于相邻金属层106之间的第一低k介质层101的上方,并且所述掩模图形的水平宽度小于相邻金属层106之间的第一低k介质层101的水平宽度。具体地,如图6所示,在所述第二低k介质层107形成抗反射层108;在抗反射层108上涂敷光刻胶层;通过光刻工艺图形化所述光刻胶层,形成光刻胶图形112。如图7所示,以所述光刻胶图形112为掩模,通过干刻去除光刻胶图形112露出的抗反射层108,从而图形化所述抗反射层108,形成抗反射层图形,所述光刻胶图形112和所述抗反射层图形构成所述多个掩模图形。执行步骤S5,结合参考图8和图9,对掩模图形露出的第二低k介质层107进行氮离子掺杂和退火,形成遮挡层109。需要说明的是,由于所述掩模图形位于相邻金属层106之间的第一低k介质层101的上方,并且所述掩模图形的水平宽度小于相邻金属层106之间的第一低k介质层101的水平宽度,因此,所述掩模图形露出的第二低k介质层107位于金属层106上方,并且所述第二低k介质层107的水平宽度大于金属层106的水平宽度,相应地,所形成的遮挡层109位于金属层106上方,并且遮挡层109的水平宽度大于所述金属层106的水平宽度。具体地,可以通过离子注入或者离子扩散的方式对所述第二低k介质层107进行氮离子掺杂。进行氮离子掺杂之后,所述遮挡层109中的含氮量大于第二低k介质层107的含氮量,由于第二低k介质层107的材料与第一低k介质层101的材料相同,相应地,所述遮挡层109与第一低k介质层101相比,具有较高的含氮量,这样,在后续去除第一低k介质层101的过程中,所述去除工艺可以对遮挡层109的去除速率小于对第一低k介质层101的去除速率。如图10所示,执行步骤S6,去除所述掩模图形,去除第一低k介质层材料,形成由金属层106以及遮挡层109围成的开口111。具体地,可以通过氢氟酸溶液清洗的方式去除所述第一低k介质层材料,由于氢氟酸对第一介质层材料的腐蚀速率大于对含氮量较高的遮挡层109的腐蚀速率,因此,在去除第一介质层材料的过程中,所述遮挡层109没有被完全去除。在去除第一介质层材料之后,形成由金属层106以及遮挡层109围成的开口111,由于遮挡层109位于金属层106上方,并且所述遮挡层109的水平宽度大于所述金属层106的水平宽度,因此所述开口111的顶部受遮挡层109的遮挡而具有较小的水平宽度。如图11所示,执行步骤S7,向所述开口111中填充介质材料,形成由所述介质材料围成的空气隙110。由于所述开口111的顶部具有较小的水平宽度,因此在向所述开口111中填充介质材料时,介质材料较难进入开口111的内部,同时,所述介质材料比较容易在开口111顶部沉积而完成对开口的封口,从而可以形成较大尺寸的空气隙110。空气隙110中空气的介电常数小于介质材料的介电常数,而空气隙110的尺寸越大,越可以降低介质层的等效介电常数,从而降低金属层之间的寄生电容,进而降低RC延迟,以提高包括所述互连结构的半导体器件的电学特性。具体地,本实施例中所述介质材料与金属阻挡层100的材料相同,例如,均为氮化硅,可以通过化学气相沉积方法向所述开口111中填充介质材料,但是本发明对此不做限制。需要说明的是,在上述实施例中,通过在金属层上沉积第一低k介质层材料,并对第一低k介质层进行氮离子掺杂,以形成去除工艺中去除速率小于第一低k介质层去除速率的遮挡层;但是本发明并不限制于此,还可以是直接在金属层上沉积遮挡层材料,所述遮挡层材料在后续去除工艺中的去除速率小于第一低k介质层的去除速率,之后图形化所述遮挡层材料,形成位于金属层上、且水平宽度大于金属层水平宽度的遮挡层。本发明虽然已以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定本发明,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改,因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰,均属于本发明技术方案的保护范围。