專利名稱：互連中的氣隙的橫向分布控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路的制造，特別涉及一種用于控制金屬互連中的氣腔的橫向分布的方法。
背景技術(shù)：
諸如IC(集成電路)的半導(dǎo)體器件具有集成制造在單個(gè)半導(dǎo)體材料本體上的電子電路元件，例如晶體管、二極管以及電阻。半導(dǎo)體材料和工藝技術(shù)的進(jìn)步使得IC電路元件的整體尺寸降低，同時(shí)單個(gè)本體上的元件數(shù)量增加。對(duì)于IC性能的改進(jìn)和成本降低來(lái)說(shuō)，非常期望IC電路元件進(jìn)一步小型化。
通常，超大規(guī)模集成(VLSI)半導(dǎo)體芯片或特大規(guī)模集成(ULSI)半導(dǎo)體芯片中的器件互連會(huì)受到包含金屬布線圖層的多層互連結(jié)構(gòu)的影響。給定層內(nèi)的布線結(jié)構(gòu)被層內(nèi)(intralevel)的電介質(zhì)分開，其中層內(nèi)電介質(zhì)構(gòu)成了電子電路元件之間的水平連接，同時(shí)，各個(gè)獨(dú)立的布線層被層間(interlevel)介電層彼此分開。導(dǎo)電通孔形成于層間電介質(zhì)中，以便在布線軌跡之間提供層間連接并形成電子電路元件之間的垂直連接，從而實(shí)現(xiàn)分層連接。
由于這些互連結(jié)構(gòu)的材料和布圖對(duì)信號(hào)傳播延遲和性能(例如，時(shí)間延遲、串?dāng)_)的影響，因此它們會(huì)充分影響芯片的速度，進(jìn)而影響IC性能。信號(hào)傳播延遲是由RC時(shí)間常數(shù)(‘R’是芯片內(nèi)布線的電阻，‘C’是多層互連層疊結(jié)構(gòu)(interconnection stack)中的信號(hào)線和周圍導(dǎo)體之間的有效電容)造成的。通過(guò)降低布線材料的阻抗以及通過(guò)采用具有較低介電常數(shù)k的層間電介質(zhì)和層內(nèi)電介質(zhì)(ILD)，可以降低RC時(shí)間常數(shù)。
特別地，為了進(jìn)一步降低IC上的器件尺寸，有必要采用具有較低電阻率的導(dǎo)電材料以及采用具有較低介電常數(shù)(小于4.0的介電常數(shù)k)的絕緣體，以降低相鄰金屬線之間的電容耦合。對(duì)于RC較低的互連結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，典型的金屬/電介質(zhì)組合是具有諸如二氧化硅(SiO2，介電常數(shù)約為4.0)的電介質(zhì)的銅(Cu)。
已開發(fā)了用于制造具有含銅材料的互連的方法，其中含銅的互連結(jié)構(gòu)通常采用“大馬士革”工藝來(lái)制造。在典型的大馬士革工藝中，插入介電層中的金屬圖形通過(guò)以下步驟來(lái)形成，即在層間電介質(zhì)或?qū)觾?nèi)電介質(zhì)中蝕刻孔(用作通孔)或溝槽(用于布線)；可選地，可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)粘附勢(shì)壘層或擴(kuò)散勢(shì)壘層來(lái)形成孔或溝槽的襯層；采用金屬布線材料(例如，銅)來(lái)填充孔或溝槽，以及通過(guò)平面化工藝(例如，化學(xué)機(jī)械拋光(CMP))來(lái)去除過(guò)填充的金屬，使得金屬與電介質(zhì)的上表面平齊。通常重復(fù)進(jìn)行上述工藝步驟，直到制造了期望數(shù)量的布線和通孔層為止。
可以通過(guò)公知為“雙大馬士革”的工藝變型來(lái)基本上簡(jiǎn)化采用“大馬士革”工藝的互連結(jié)構(gòu)的制造，其中，在相同的沉積步驟中，將用于布線層和其下面通孔層的已構(gòu)圖的腔內(nèi)填充金屬。雙大馬士革工藝將金屬拋光步驟的數(shù)量減少了兩倍，節(jié)省了基本成本。雙大馬士革簡(jiǎn)化包括形成溝槽和下面的通孔。
另外，除了采用銅之外，非常需要采用低k介電材料，因?yàn)槠浣档土嘶ミB之間的電容，并提高了IC的開關(guān)速度。當(dāng)采用大馬士革或雙大馬士革技術(shù)來(lái)形成垂直互連和水平互連時(shí)，沉積一種或多種低k介電材料并蝕刻圖形以形成垂直互連(例如，通孔)和水平互連(例如，連線)。
在后端(BEOL)工藝中，重要的改變包括以超低k值的電介質(zhì)代替了低k值的電介質(zhì)，例如氣隙，因?yàn)闅庀毒哂斜热魏尾牧隙嫉偷膋值(k值約為1.0)。
因而，為了滿足將來(lái)與時(shí)間延遲、串?dāng)_以及功率耗散有關(guān)的互連集成的要求，并克服封裝缺陷，已經(jīng)廣泛采用氣隙作為超低k的內(nèi)部金屬電介質(zhì)。因此，可以在互連層疊結(jié)構(gòu)中限定出必須引入氣隙的具體區(qū)域。如圖1所示，形成于硅襯底12上的互連層疊結(jié)構(gòu)10可以包括必須引入氣腔的高性能區(qū)域14和不需要引入氣腔的用于封裝的區(qū)域16a和16b。
通常，如圖2A-2D所示，集成方案采用沉積在金屬線層20上的犧牲材料(例如，諸如SiO2的無(wú)摻雜硅酸鹽玻璃或USG)18，多孔滲水材料22(例如，來(lái)自陶氏化學(xué)公司(Dow Chemical)的介電樹脂膜SiLKTM聚合物)以及去除犧牲層的技術(shù)，例如，采用從SiLKTM擴(kuò)散到USG材料(SiLKTM由于是永久可滲透材料，因而可以保持不被工藝所改變)的稀薄氣態(tài)或濕式液態(tài)HF(氟化氫)腐蝕劑24。去除犧牲材料18則會(huì)形成氣腔32。
此外，除了引入多孔滲水的絕緣材料22(例如，SiLKTM)和致密(dense)的電介質(zhì)18(例如，USG)來(lái)作為提供機(jī)械穩(wěn)定性并生成介于銅金屬線中間的氣腔(氣隙)的材料的示例，建議在層疊結(jié)構(gòu)10的頂部形成硬掩模26，以精確地限定出必須引入氣隙的層疊結(jié)構(gòu)的區(qū)域14。
但是，在SiLKTM的體積中(如箭頭28所示)或在SiLKTM/USG的交界面處，當(dāng)HF 24在多孔滲水材料22中在層疊結(jié)構(gòu)的橫向尺寸上呈現(xiàn)快速擴(kuò)散時(shí)(圖2B)，采用這種較長(zhǎng)時(shí)間HF浸泡的傳統(tǒng)方法將更加難于控制層疊結(jié)構(gòu)10內(nèi)的氣腔32的橫向分布。因而，在圖2C-2D中示出了嚴(yán)重的后果所述氣腔橫向延伸而超出了被限定的區(qū)域14(圖2C)，并且甚至?xí)〈繝奚鼘?8(圖2D)。
因此，需要開發(fā)一種新的改進(jìn)的方法，其中，可以針對(duì)上述問(wèn)題在互連中形成氣隙。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種解決上述問(wèn)題的方案。
簡(jiǎn)而言之，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種制造集成電路的方法，其包括生成具有至少一個(gè)互連層的集成電路互連層疊結(jié)構(gòu)，互連層包括犧牲材料和允許去除劑(removal agent)擴(kuò)散的滲透性材料；在互連層疊結(jié)構(gòu)的表面限定出專門用于氣腔引入的部分，所述限定部分小于襯底的表面；圍繞限定部分限定出至少一個(gè)溝槽區(qū)域，并且在溝槽區(qū)域中，在互連層疊結(jié)構(gòu)內(nèi)形成至少一個(gè)溝槽；沉積硬掩模層以覆蓋溝槽；以及利用用于去除犧牲材料的去除劑，在襯底表面的限定部分下方，形成至少一個(gè)氣腔，其中滲透性材料不受去除劑的影響。
因此，利用本方法，在所述互連層疊結(jié)構(gòu)內(nèi)精確定位氣腔的同時(shí)，在橫向上控制了去除技術(shù)和擴(kuò)散(例如，HF)。
因此，可以防止HF穿過(guò)聚合物材料擴(kuò)散到不需要?dú)馇坏膮^(qū)域，從而同時(shí)達(dá)到了封裝和信號(hào)傳播性能的要求。該方法可以用于采用混合層疊結(jié)構(gòu)(例如，具有SiLKTM和UGC的混合層疊結(jié)構(gòu))建立的互連層疊結(jié)構(gòu)10和由單一的致密材料(例如，USG)形成的互連層疊結(jié)構(gòu)。
特別地，在從屬權(quán)利要求中進(jìn)一步描述了所述方法的其他特征。本發(fā)明的實(shí)施方案中還可以包括以下特征中的一個(gè)或多個(gè)特征。
一方面，所述方法還包括由下列步驟替換所述限定部分限定出至少一個(gè)溝槽區(qū)域的步驟和沉積硬掩模層以覆蓋溝槽的步驟在互連層疊結(jié)構(gòu)表面上方形成附加的可滲透層，隨后沉積用于光刻過(guò)程的硬掩模層和抗蝕刻層；利用適合暴露出未引入氣腔的至少一個(gè)區(qū)域的掩模，蝕刻可滲透層和硬掩模層；以及執(zhí)行第二光刻步驟，以在集成電路互連層疊結(jié)構(gòu)的襯底表面上限定出用于引入氣腔的部分。
另一方面，所述方法還包括通過(guò)沉積第二硬掩模層而使溝槽變厚。所述方法還包括在形成氣腔的步驟之前，在互連層疊結(jié)構(gòu)內(nèi)形成附加的導(dǎo)電線和通孔。
另一方面，所述方法還包括控制去除劑穿過(guò)犧牲材料在互連層疊結(jié)構(gòu)內(nèi)的橫向擴(kuò)散。
所述形成至少一個(gè)溝槽的步驟可被執(zhí)行為使溝槽的深度未延伸到互連層疊結(jié)構(gòu)的底部表面。
此外，所述方法還包括在限定部分下方形成至少一個(gè)氣腔的步驟之后，形成上部金屬層。另外，形成所述上部金屬層的步驟包括利用化學(xué)汽相淀積工藝或旋壓沉積工藝，沉積上部介電層。
另一個(gè)特征在于，所述方法還包括集成允許去除劑擴(kuò)散的可滲透層，以作為上部金屬層中的絕緣層。在形成氣腔的步驟之后，可通過(guò)互連層疊結(jié)構(gòu)的下部金屬線和與硬掩模層相結(jié)合的上部金屬層，來(lái)使可滲透層嚴(yán)格地保持穩(wěn)固。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種集成電路包括具有至少一個(gè)互連層的集成電路互連層疊結(jié)構(gòu)，所述互連層包括犧牲材料和滲透性材料；位于互連層疊結(jié)構(gòu)的表面的專門用于氣腔引入的限定部分，限定部分小于襯底的表面；一個(gè)溝槽區(qū)域，其圍繞限定部分，并且對(duì)應(yīng)于在互連層疊結(jié)構(gòu)內(nèi)形成的至少一個(gè)溝槽；覆蓋溝槽的硬掩模層；以及至少一個(gè)氣腔，其中利用用于去除犧牲材料的去除劑，在表面的限定部分下方形成氣腔，滲透性材料不受去除劑的影響。
特別地，在從屬權(quán)利要求中進(jìn)一步描述了所述集成電路的其他特征，本發(fā)明的實(shí)施方案中還可以包括以下特征中的一個(gè)或多個(gè)特征?；ミB層疊結(jié)構(gòu)還可以包括多個(gè)導(dǎo)電線和通孔。作為另一特征，所述IC可以包括允許去除劑擴(kuò)散的可滲透層，以作為上部金屬層中的絕緣層。作為又一特征，所述IC還可以包括嚴(yán)格定位的可滲透層，其由互連層疊結(jié)構(gòu)的下部金屬線和與硬掩模層相結(jié)合的上部金屬層來(lái)保持穩(wěn)固。
本發(fā)明的實(shí)施方案具有下列優(yōu)點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
所述方法防止不受控制的HF或化學(xué)擴(kuò)散通過(guò)聚合物材料或聚合物層而到達(dá)不需要?dú)馇坏膮^(qū)域。此外，所述方法同時(shí)優(yōu)化了IC封裝和信號(hào)傳播性能的要求。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，本發(fā)明的方法和IC便于下一個(gè)上部金屬層的集成。此外，所述方法實(shí)現(xiàn)了在上部金屬層的永久多孔滲水層的機(jī)械穩(wěn)定性，從而防止了所述互連層疊結(jié)構(gòu)離開或下垂到氣腔內(nèi)。
參照以下說(shuō)明書、附圖以及權(quán)利要求中所描述的實(shí)施方案，本發(fā)明的這些和其他方面將變得更加顯而易見。


圖1示出了需要引入氣腔的半導(dǎo)體IC互連結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖2A-2D示出了半導(dǎo)體IC互連結(jié)構(gòu)的剖視圖，其中引入了硬掩模來(lái)限定如圖1所示的引入氣腔的區(qū)域；圖3A-3E是圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的方法的幾個(gè)步驟的半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖；
圖4A-4E是圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的另一方法的幾個(gè)步驟的半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖；圖5A-5E是圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的又一方法的幾個(gè)步驟的半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖；圖6A-6G是圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的第一實(shí)現(xiàn)方案的幾個(gè)步驟的半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖；以及圖7A-7H是圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的第二實(shí)現(xiàn)方案的幾個(gè)步驟的半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖。
具體實(shí)施例方式
在此討論的圖3A-7H和用于描述本發(fā)明的原理的各種實(shí)施方案僅是示例性的，而不應(yīng)當(dāng)以任何方式將其解釋成對(duì)本發(fā)明范圍的限制。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解，本發(fā)明的原理可以在任何適當(dāng)設(shè)置的圖像處理系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。
為了清晰起見，在這些圖中，各種電路部分的尺寸并未按比例繪制。這些圖全部為半導(dǎo)體器件的剖視圖，所述半導(dǎo)體器件包含附著于半導(dǎo)體襯底的近平面表面的各種材料。所述剖視圖位于垂直于襯底12表面的平面內(nèi)。圖中，相同的附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)相同的元件。襯底被放置在每幅圖的下部。
此外，下面將不會(huì)詳細(xì)解釋采用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法執(zhí)行的基本工藝步驟，而僅以描述本發(fā)明的特征的方式，給出與這些基本步驟的組合有關(guān)的信息。
圖3A-3E是用于在集成層疊結(jié)構(gòu)10內(nèi)形成溝槽34的一系列集成示意圖，其圖解說(shuō)明了本發(fā)明利用SiC(碳化硅)的特性來(lái)預(yù)防HF的擴(kuò)散、以防止在互連層疊結(jié)構(gòu)10的特定區(qū)域形成氣腔的原理。特別地，集成層疊結(jié)構(gòu)10覆蓋有SiC襯或?qū)?6形式的硬掩模，以便將必須引入氣腔的密集的金屬區(qū)與剩余的層疊結(jié)構(gòu)隔離。
在圖3A中，互連層疊結(jié)構(gòu)10被示出在半導(dǎo)體襯底12上方，以本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的方式，例如，采用大馬士革技術(shù)形成了諸如SiLK的永久材料層22、犧牲材料層USG 18以及由銅制成的金屬元件層20。
形成氣隙的工序始于光刻步驟，所述光刻步驟在SiC層26中限定出用于形成溝槽34的開放區(qū)域35，其中溝槽34圍繞將引入氣腔的區(qū)域(圖3A)。然后，形成溝槽34并沉積SiC襯層26以覆蓋溝槽34的邊緣34a和底部34b(圖3B)。同時(shí)，在全部表面上覆蓋有SiC襯層26。這便是引入附加的光刻步驟和較大的開口區(qū)域14的主要原因(圖3B)。
如圖3C-3D所示，在襯底12的上部層疊結(jié)構(gòu)10的上表面15的氣腔限定區(qū)域14中，HF 24將能夠到達(dá)并越過(guò)犧牲USG 18頂層，以及擴(kuò)散穿過(guò)不同的永久聚合物層(例如SiLKTM層22)并相繼去除USG層18。
因此，覆蓋有SiC層26的較深的溝槽34(圖3D)形成在多個(gè)氣腔32的側(cè)面。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3D1-3D3，為了優(yōu)化覆蓋在溝槽34上的SiC的機(jī)械穩(wěn)定性，實(shí)施了優(yōu)化集成方案。在圖3D1和3D2中，沉積了較厚的SiC層37以填充溝槽34，同時(shí)在非共形CVD(化學(xué)汽相淀積)特性的情況下，在溝槽34內(nèi)部會(huì)潛在地引入氣隙38。在圖3D3中，引入了附加的導(dǎo)電線和通孔31，以便在HF腐蝕期間機(jī)械地穩(wěn)定SiC層26和SiLKTM聚合物層22。
最后，在圖3E中示出了例如采用電介質(zhì)材料的旋壓(spin-on)沉積工藝(與CVD過(guò)程相反)的下一個(gè)互連金屬層21的集成。
此外，進(jìn)一步的優(yōu)化涉及使溝槽34的深度最小。換句話說(shuō)，當(dāng)溝槽34穿過(guò)整個(gè)互連層疊結(jié)構(gòu)10從而完全環(huán)繞需要?dú)馇?2的密集的互連區(qū)域時(shí)，從互連層疊結(jié)構(gòu)10的密集區(qū)域(具有氣腔32)到其他區(qū)域的信號(hào)傳播僅可能通過(guò)這些金屬層之上的導(dǎo)電路徑(參見圖3E中的箭頭23)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，使溝槽34的深度最小同時(shí)防止HF 24快速擴(kuò)散是有利的。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4A-4E，出于示意的目的，僅采用一種犧牲材料USG18來(lái)形成互連層疊結(jié)構(gòu)10。在先前描述的集成序列之后，在互連層疊結(jié)構(gòu)的表面15上，沉積并蝕刻SiC硬襯層26，其中蝕刻是利用通過(guò)光刻技術(shù)在襯層26上形成的適當(dāng)?shù)难谀?lái)實(shí)現(xiàn)的，從而限定出較大的區(qū)域14(圖4A)。接著，如圖4B-4C所示，再次利用光刻和蝕刻步驟來(lái)形成覆蓋有SiC的深溝槽34。但是，與圖3D所示出的集成方案不同，覆蓋有SiC的溝槽34的縱向長(zhǎng)度并未達(dá)到互連層疊結(jié)構(gòu)10的底部表面34b(圖4D-4E)。事實(shí)上，由于HF在USG層18中的各向同性擴(kuò)散，因而氣腔的橫向控制是均勻而連續(xù)的，如箭頭24a所示。
可以執(zhí)行的另一項(xiàng)優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)下一個(gè)上部金屬層的集成，即，在非共形CVD沉積過(guò)程之前，控制并實(shí)現(xiàn)溝槽34的適當(dāng)?shù)纳顚挶?，以便氣?2接近層疊結(jié)構(gòu)10內(nèi)的相同的高度，從而避免例如通孔和金屬線未對(duì)準(zhǔn)(misalignment)等諸多集成問(wèn)題。這樣意味著需要在上部金屬層采用嚴(yán)格的互連集成設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(例如，金屬線寬度)。此外，作為采用CVD工藝的一種替換方案，也可以采用介電層的旋壓沉積。在采用旋壓沉積的情況下，由于所述層疊結(jié)構(gòu)內(nèi)未保留介電層(例如，SiLKTM)，因此旋壓沉積材料部分地填充所述氣腔。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5A-5E，用于實(shí)現(xiàn)氣腔形成控制以及實(shí)現(xiàn)上部金屬層形成的優(yōu)化方案為，在上部金屬層集成允許HF擴(kuò)散的、作為絕緣層的永久層(例如，SiLKTM)。
首先，執(zhí)行光刻步驟以限定出溝槽區(qū)域35(圖5A)。然后，執(zhí)行蝕刻步驟(例如，干法刻蝕)(圖5B)以暴露出溝槽34。接著，互連層疊結(jié)構(gòu)10進(jìn)一步覆蓋有在SiLKTM層22內(nèi)部延伸的SiC(圖5C的層26)。執(zhí)行附加的光刻步驟以對(duì)SiC層26構(gòu)圖，從而限定出SiC層26的最終較大的開口區(qū)域14(圖5D)。這樣，允許HF 24腐蝕所限定的區(qū)域14下方的、整個(gè)互連層疊結(jié)構(gòu)10內(nèi)的USG層18。從而形成氣腔32。
此外，由于與SiLKTM層22的不同的交界面會(huì)在隨后的HF處理期間受到腐蝕，為了機(jī)械地穩(wěn)定上部金屬層層疊結(jié)構(gòu)的SiLKTM層22(如圖5E所示)，并防止開口區(qū)域14中的SiLKTM層22在層疊結(jié)構(gòu)10或氣腔32內(nèi)下垂，因此結(jié)合雙大馬士革集成方案，SiLKTM材料可以集成于線路層和金屬層。
參照?qǐng)D6A-6G，最初的光刻和蝕刻步驟與以上在圖5A-5D中所描述的類似。將圖5E中所示的SiLKTM層22的機(jī)械結(jié)構(gòu)與圖6E中所示的SiLKTM層22的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，可以看出，在圖6D中進(jìn)行的HF 24的擴(kuò)散在橫向上受到控制，并且SiLKTM層22在互連層疊結(jié)構(gòu)的表面15處安全嚴(yán)格地保持在原位。這樣便防止了層22下垂(如圖6E中的箭頭36所示)到氣腔32中。舉例來(lái)說(shuō)，在SiLKTM層22周圍形成的剩余的SiC層26可以防止SiLKTM層22離開(參見由圓圈表示的區(qū)域40)，并且SiLKTM層22位于下部金屬層的金屬線上(參見由圓圈表示的區(qū)域41)。此外，如前所述，還可以提供金屬線和通孔，以穩(wěn)定所述層疊結(jié)構(gòu)內(nèi)的SiLKTM層22并防止其向氣腔32內(nèi)下垂。此外，在銅金屬集成方案中實(shí)現(xiàn)的雙大馬士革集成方案還可以防止SiLKTM層22離開(參見由圓圈表示的區(qū)域42)。
可選地，參照?qǐng)D6F，通過(guò)在蝕刻過(guò)程中采用更復(fù)雜的第二掩模，可以增加SiC帽50。這樣，可以實(shí)現(xiàn)上層金屬銅線的鈍化以及氣腔引入的橫向控制。
最后，圖6G示出了最后的互連層疊結(jié)構(gòu)10，其中在氣腔32形成之后，形成了上部金屬層21。如前所述，形成上部金屬層21可以包括利用CVD工藝或旋壓沉積工藝來(lái)沉積上部介電層。
圖7A-7H描述了用于控制互連層疊結(jié)構(gòu)中的氣腔的橫向分布的方法的另一實(shí)施方案。在該方法中，將SiC層26與SiLKTM聚合物層22相結(jié)合，以對(duì)互連層疊結(jié)構(gòu)中的氣腔的形成定位，其中僅利用致密的犧牲材料(例如，USG 18)形成所述互連層疊結(jié)構(gòu)，即純USG互連層疊結(jié)構(gòu)。
在互連層疊結(jié)構(gòu)10的構(gòu)建過(guò)程中，所采用的原理在于，通過(guò)兩步光刻步驟、較大的開口區(qū)域以及金屬線和通孔，將聚合物SiLKTM允許HF 24擴(kuò)散的特性和硬SiC層阻止HF 24擴(kuò)散的特性加以結(jié)合。首先，利用旋壓技術(shù)，在互連層疊結(jié)構(gòu)10上沉積薄SiLKTM層22(圖7A)。然后，相繼形成SiC襯層26和用于光刻的抗蝕區(qū)域27。特別地，采用了具有較大的開口區(qū)域的第一專用掩模，并且主要在不需要?dú)馇坏膮^(qū)域(區(qū)域16a和16b)上對(duì)SiC層26和SiLKTM層22進(jìn)行蝕刻(圖7B)。
在圖7C中，執(zhí)行第二光刻步驟以限定出區(qū)域14，在區(qū)域14中，HF 24穿過(guò)SiLKTM層22而腐蝕層疊結(jié)構(gòu)10中的USG層18(圖7D)。在HF 24腐蝕之后，在產(chǎn)生氣腔32區(qū)域的整個(gè)互連層疊結(jié)構(gòu)10內(nèi)，USG層18被去除(圖7E)。由于在SiLKTM層22頂部使用了SiC襯層26，因而防止了SiLKTM層22下垂或離開(參見由圓圈表示的區(qū)域43)。此外，通過(guò)采用金屬線和通孔31可以進(jìn)一步防止SiLKTM層22下垂(圖7F)。
可選地，可以在光刻和蝕刻過(guò)程中，通過(guò)采用更加復(fù)雜的第二掩模而使得SiC層26連續(xù)，通過(guò)保持SiC層26在SiLKTM層22上方連續(xù)(圖7G)而進(jìn)一步防止SiLKTM層22離開(1ift off)。
最后，圖7H示出了第二實(shí)施方案的最終的互連層疊結(jié)構(gòu)10，其上形成有上部金屬層21。
采用該方法，氣腔32可以精確地定位于層疊結(jié)構(gòu)10內(nèi)，并且通過(guò)CVD或旋壓技術(shù)，利用下一個(gè)介電層的沉積，可以容易地實(shí)現(xiàn)上部金屬層21。此外，該方法允許在全部金屬層上實(shí)現(xiàn)從較低密度區(qū)(具有氣隙)到較高密度區(qū)(不具有氣隙)的信號(hào)傳播(參見圖3E中的箭頭33)。
總的來(lái)說(shuō)，HF化學(xué)是一項(xiàng)用于去除互連層疊結(jié)構(gòu)中的犧牲材料的技術(shù)。但是，在其他的實(shí)施方案中，根據(jù)層疊結(jié)構(gòu)中的犧牲材料的成份，也可以采用不同的化學(xué)處理，例如，蒸汽處理、氣體處理、濕處理、作為溶劑或藥劑的超臨界CO2以及類似的處理方式。
盡管在此示出并描述了目前認(rèn)為是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的內(nèi)容，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)理解，在不背離本發(fā)明真實(shí)范圍的情況下，可以進(jìn)行各種其他的修改和等價(jià)替換。
此外，可以不背離本文所描述的核心發(fā)明構(gòu)思的情況下，進(jìn)行多種修改以使特殊形式適合本發(fā)明的教導(dǎo)。此外，本發(fā)明的實(shí)施方案可以不包括上述的全部特征。因此，本發(fā)明并不局限于所公開的特殊實(shí)施方案，而是包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的全部實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1.一種制造集成電路的方法，包括-生成具有至少一個(gè)互連層的集成電路互連層疊結(jié)構(gòu)(10)，所述互連層包括犧牲材料(18)和允許去除劑擴(kuò)散的滲透性材料(22)；-在所述互連層疊結(jié)構(gòu)的表面(15)限定出專門用于氣腔引入的部分(14)，所述限定部分(14)小于所述表面；-圍繞所述襯底表面的限定部分，限定出至少一個(gè)溝槽區(qū)域，并且在所述溝槽區(qū)域中，在所述互連層疊結(jié)構(gòu)內(nèi)形成至少一個(gè)溝槽(34)；-沉積硬掩模層(26)以覆蓋所述溝槽；以及-利用用于去除所述犧牲材料的去除劑(24)，在所述襯底表面的限定部分下方，形成至少一個(gè)氣腔(32)，其中所述滲透性材料不受所述去除劑的影響。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，圍繞所述限定部分限定出至少一個(gè)溝槽區(qū)域的步驟，和沉積所述硬掩模層以覆蓋所述溝槽的步驟由以下步驟代替-在所述互連層疊結(jié)構(gòu)表面上方形成附加的可滲透層，隨后沉積用于光刻過(guò)程的硬掩模層(26)和抗蝕刻層；-利用適合暴露出未引入氣腔的至少一個(gè)區(qū)域(16a、16b)的掩模，蝕刻所述可滲透層和所述硬掩模層；以及-執(zhí)行第二光刻步驟，以在集成電路互連層疊結(jié)構(gòu)的襯底表面上限定出用于引入氣腔的部分。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括通過(guò)沉積第二硬掩模層而使所述溝槽變厚。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述沉積硬掩模層的步驟采用化學(xué)汽相淀積技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
5.如前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括在形成所述氣腔的步驟之前，在所述互連層疊結(jié)構(gòu)內(nèi)形成多個(gè)導(dǎo)電線和通孔(31)。
6.如前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括控制所述去除劑穿過(guò)所述犧牲材料在所述互連層疊結(jié)構(gòu)內(nèi)的橫向擴(kuò)散。
7.如前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述形成至少一個(gè)溝槽的步驟被執(zhí)行為使所述溝槽的深度未延伸到所述互連層疊結(jié)構(gòu)的底部表面(34b)。
8.如前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括在所述限定部分下方形成至少一個(gè)氣腔的步驟之后，形成上部金屬層(21)。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其中形成所述上部金屬層的步驟包括利用化學(xué)汽相淀積工藝或旋壓沉積工藝，沉積上部介電層。
10.如權(quán)利要求6和7中的任意一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括集成允許去除劑擴(kuò)散的可滲透層，以作為所述上部金屬層中的絕緣層。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中在通過(guò)去除來(lái)形成所述氣腔的步驟之后，通過(guò)所述互連層疊結(jié)構(gòu)的下部金屬線(20)和與所述硬掩模層(26)相結(jié)合的所述上部金屬層(21)，來(lái)使所述可滲透層嚴(yán)格地保持穩(wěn)固。
12.一種集成電路，包括-專門用于氣腔引入的限定部分(14)，其位于互連層疊結(jié)構(gòu)(10)的表面(15)，所述限定部分(14)小于所述襯底的表面；-集成電路互連層疊結(jié)構(gòu)(10)，其具有至少一個(gè)互連層，所述互連層包括犧牲材料(18)和滲透性材料(22)；-一個(gè)溝槽區(qū)域，其圍繞所述襯底表面的限定部分，并且對(duì)應(yīng)于在所述互連層疊結(jié)構(gòu)內(nèi)形成的至少一個(gè)溝槽(34)；-硬掩模層(26)，其覆蓋所述溝槽；以及-至少一個(gè)氣腔(32)，其中利用用于去除所述犧牲材料的去除劑(24)，在所述襯底表面的限定部分下方形成所述氣腔，所述滲透性材料不受所述去除劑的影響。
13.如權(quán)利要求12所述的集成電路，其中所述互連層疊結(jié)構(gòu)包括多個(gè)導(dǎo)電線和通孔(31)。
14.如權(quán)利要求12和13中的任意一項(xiàng)所述的集成電路，其中所述溝槽的深度未延伸到所述互連層疊結(jié)構(gòu)的底部表面(34b)。
15.如權(quán)利要求12至14中的任意一項(xiàng)所述的集成電路，進(jìn)一步包括上部金屬層(21)。
16.如權(quán)利要求15所述的集成電路，進(jìn)一步包括允許所述去除劑擴(kuò)散的可滲透層，以作為所述上部金屬層中的絕緣層。
17.如權(quán)利要求12至16中的任意一項(xiàng)所述的集成電路，進(jìn)一步包括嚴(yán)格定位的可滲透層，其由所述互連層疊結(jié)構(gòu)的下部金屬線(20)和與所述硬掩模層(26)相結(jié)合的上部金屬層(21)來(lái)保持穩(wěn)固。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用硬掩模襯層能夠抵抗去除劑擴(kuò)散的特性來(lái)防止在互連層疊結(jié)構(gòu)的特殊區(qū)域形成氣腔。發(fā)明的方法包括在IC互連層疊結(jié)構(gòu)的表面限定出專門用于氣腔引入的部分，其中所限定的部分小于襯底的表面；在互連層疊結(jié)構(gòu)內(nèi)形成至少一條金屬軌跡以及沉積至少一個(gè)互連層，所述互連層包括犧牲材料和滲透性材料；圍繞所限定的部分，限定出至少一個(gè)溝槽區(qū)域并形成至少一個(gè)溝槽；沉積硬掩模層以覆蓋所述溝槽；以及利用用于去除犧牲材料的去除劑，在表面的限定部分下方，形成至少一個(gè)氣腔，其中該滲透性材料不受去除劑的影響。
文檔編號(hào)H01L23/522GK1956165SQ200610098459
公開日2007年5月2日 申請(qǐng)日期2006年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月8日
發(fā)明者華金·托雷斯, 洛朗-喬治·戈塞 申請(qǐng)人:意法半導(dǎo)體簡(jiǎn)易股份有限公司(克羅爾斯2區(qū)), 皇家飛利浦電子股份有限公司