專利名稱：互連結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)
方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及形成一種互連結(jié)構(gòu)的方法。具體地，本發(fā)明涉及一種方法，該方法包括淀積一薄層共形鈍化電介質(zhì)和/或擴(kuò)散阻擋帽蓋層和/或硬掩模。本發(fā)明尤其涉及制造鑲嵌和雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
高端微處理器芯片的性能越來越受到互連布線中的信號傳送延遲的限制，該互連布線用來在該芯片中的各設(shè)備間保持連接。通常稱之為線后端(BEOL)的互連，這些導(dǎo)線中的延遲通過與之相關(guān)的電阻R和電容C的乘積來表示。當(dāng)已經(jīng)通過在BEOL布線中采用Cu代替Al來減少R時，C的減少可以通過減少環(huán)繞互連布線的絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)來實現(xiàn)。已經(jīng)采用將金屬間電介質(zhì)(IMD)從二氧化硅(k～4)改變成更低k的IMD，如氟代二氧化硅(k～3.6)和由CVD或在涂層上旋涂形成的有機(jī)硅酸鹽(k～2.7-3.2)，以進(jìn)一步降低BEOL的電容。其它的降低k值的方法需要引入多孔、超低k值(ULK，k＜2.5)的IMD，并最終使用空隙作為一個IMD，以實現(xiàn)最低可能的電容值。這些超低k值的結(jié)構(gòu)很脆弱，需要通過其它工藝或者特定工藝來制造它們。
這樣小規(guī)模的制造互連布線網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有技術(shù)方法之一是雙鑲嵌(DD)工藝。在標(biāo)準(zhǔn)DD工藝中，將一個金屬間電介質(zhì)涂布在一個基底上。該金屬間電介質(zhì)包括通孔層面電介質(zhì)和線層面電介質(zhì)。這兩個金屬間電介質(zhì)層可以由相同或不同絕緣膜形成，并且在前一種情況下用作一個單獨(dú)的單片層。可以選擇地使用硬掩模層或?qū)盈B的疊層，以促進(jìn)蝕刻選擇性，并用作拋光停止層。該布線互連網(wǎng)絡(luò)包括兩種類型的特征部件線特征部件，在芯片上橫跨一段距離，以及通孔特征部件，在多級疊層中的不同層面的互連結(jié)構(gòu)中將各線連接在一起。事實上，兩個層都通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)淀積一種無機(jī)玻璃，如二氧化硅(SiO2)或氟代二氧化硅玻璃(FSG)來制造。
在雙鑲嵌工藝中，線和通孔的位置分別由單獨(dú)的光致抗蝕劑層光刻限定，并采用活性離子蝕刻工藝轉(zhuǎn)移到硬掩模和IMD層上。這樣一種示意性的工藝順序稱之為“線優(yōu)先”途徑。在形成溝槽之后，采用光刻法在光致抗蝕劑層上限定通孔圖案，并將該圖案轉(zhuǎn)移到介電材料上，以形成通孔開口。然后用導(dǎo)電襯里材料或材料疊層來覆蓋該凹陷結(jié)構(gòu)，該導(dǎo)電襯里材料或材料疊層用來保護(hù)導(dǎo)電金屬線和通孔，并作為導(dǎo)體和IMD層之間的粘合層。然后在有圖案基底的表面上用導(dǎo)電填充材料填充該凹陷部分中。
填充最通常是通過電鍍銅來實現(xiàn)的，盡管也可以采用其它的方法(如化學(xué)氣相淀積(CVD))，也可以采用其它的材料，如Al或Au。隨后對該填充和襯里材料進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)，以與硬掩模的表面共面。淀積一層帽蓋材料作為覆蓋層，以鈍化暴露的金屬表面，并作為金屬和任何其它在其上淀積的IMD層之間的擴(kuò)散阻擋層。通過PECVD淀積的氮化硅、碳化硅和碳氮化硅膜通常用作帽蓋材料。對設(shè)備中互連結(jié)構(gòu)的每一層面重復(fù)該工藝順序。由于是同時限定兩種互連特征部件，以通過一個單獨(dú)的拋光步驟在絕緣體內(nèi)嵌入形成導(dǎo)體，該工藝也稱之為雙鑲嵌工藝。
盡管上面已經(jīng)對線優(yōu)先途徑進(jìn)行了描述，但在形成溝槽圖案之前形成通孔的其它工序也是可能的。然而，在本申請下文中詳細(xì)描述的發(fā)明步驟所提供的主要問題和解決途徑是與雙鑲嵌工藝的所有這樣的變體共有的。
傳統(tǒng)的ULK IMD材料雙鑲嵌集成已經(jīng)表現(xiàn)出幾個問題。多孔IMD層相對等離子體曝光的靈敏度要求剝?nèi)ス庵驴刮g劑和RIE殘余，會導(dǎo)致吸水量的增大，以及這些膜介電常數(shù)的增大。低的機(jī)械強(qiáng)度和粘附力導(dǎo)致IMD層在其與拋光停止層與擴(kuò)散阻擋帽蓋層的界面處偶爾出現(xiàn)分層。源于它們機(jī)械脆弱性的其它問題包括在切割晶片以形成芯片的過程中，以及在將布線接合到芯片的接合焊盤上之時易損壞。
已經(jīng)提出幾種避免使用多孔ULK IMD層的方法。第一種方法是通過深腐蝕線之間的IMD和夾斷間隙頂部來形成密封空氣間隙，如Arnal等人所展示的(IITC 2001)通過淀積一等離子體淀積電介質(zhì)填充的淺間隙來形成上述夾斷。然而，由于在深腐蝕步驟之前不能提供所需的次最小基本規(guī)則光刻法，該集成方案不能容易地擴(kuò)展到未來世代的細(xì)基本規(guī)則互連結(jié)構(gòu)。這種光刻法被設(shè)計成用來在深腐蝕期間保護(hù)Cu頂部上的介電擴(kuò)散阻擋層。不使用這種光刻法步驟將使Cu表面在深腐蝕期間敞露，導(dǎo)致Cu的爆裂。此外，在深腐蝕后采用傳統(tǒng)CVD保護(hù)銅線將導(dǎo)致深腐蝕后凹槽的襯墊具有厚的電介質(zhì)層，留下很少的空間用于空氣間隙的形成。同樣由于采用低固體含量的旋涂淀積溶液具有過度填塞或積聚在溝槽底部的傾向，因此很難采用傳統(tǒng)旋涂淀積法得到薄而共形的膜。
對ULK膜雙鑲嵌集成方法的第二個替代方案為深腐蝕和間隙填充集成(EBGF)(例如美國專利US 6,346,484 US 6,551,924和US 6,413,854)。在該方法中，在從線之間對IMD進(jìn)行深腐蝕之后，可以采用多孔ULK來填充間隙。隨后通過CMP對間隙填充電介質(zhì)(GFD)進(jìn)行平整，在等離子體清潔步驟之后淀積一擴(kuò)散阻擋帽蓋層。在該方案中，在GFD平整拋光過程中，缺少拋光停止層將導(dǎo)致GFD凹陷。此外，在阻擋層(帽蓋層)淀積期間，多孔ILD暴露在等離子體下，用來清潔Cu表面，結(jié)果使其損壞，且使其易于漏電和擊穿。最終，對好的間隙填充和平整的要求限制了GFD選擇低分子量前驅(qū)體溶液，常常導(dǎo)致在其它所需屬性(如機(jī)械強(qiáng)度)之間進(jìn)行折中。
如上所述的傳統(tǒng)CVD淀積的阻擋層，受到過度厚度的影響，從而在深腐蝕處理后的結(jié)構(gòu)中占據(jù)了太多的空間，導(dǎo)致該結(jié)構(gòu)很高的有效k值。因此能夠提供這些共形涂層以在深腐蝕后的結(jié)構(gòu)中填充金屬間溝槽的側(cè)壁和底部。不會造成等離子體對ULK膜的損壞的用于形成硬掩模和擴(kuò)散阻擋帽蓋膜的方法將同樣對傳統(tǒng)鑲嵌和雙鑲嵌以及EBGF集成方案都有利。并且，將可以看到比較理想地提供一種淀積間隙填充材料的方法，可以緩解低分子量的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及幾種涉及上述需求的方法，并描述了通過使用這些方法能夠處理這樣的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的一個方面涉及一種形成空氣間隙結(jié)構(gòu)的方法。具體地，該方法包括a)形成具有至少兩條互連線和至少一個連接到所述至少兩條互連線中至少之一的通孔的雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)，并且其中將該至少兩條互連線和該至少一個通孔嵌入在第一電介質(zhì)中；b)在至少兩條互連線之間除去第一電介質(zhì)，直到其深度至少等于該線(即至少兩條互連線)的高度；通過超臨界流體的方法共形淀積薄的鈍化電介質(zhì)，以在至少兩條互連線之間包覆線的頂部和暴露的側(cè)壁及通孔的底部；以及通過在頂部夾斷所述至少兩條互連線之間的間隙的方法淀積非共形的第二介電膜，形成密封的空氣間隙結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一個方法涉及一種制造互連結(jié)構(gòu)的方法，包括形成具有至少兩條互連線和至少一個連接到所述至少兩條互連線中至少之一的通孔的雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)，并且其中將該至少兩條互連線和該至少一個通孔嵌入在第一電介質(zhì)中；在至少兩條互連線之間除去第一電介質(zhì)，直到其深度至少等于該線的高度；通過超臨界流體的方法或采用叔胺基試劑和/或硅烷化試劑的原子層淀積方法淀積一薄的共形鈍化電介質(zhì)，以在至少兩條互連線之間包覆線的頂部和暴露的側(cè)壁及通孔的底部；以及用具有比第一電介質(zhì)更小的介電常數(shù)的第二電介質(zhì)填充所述的至少兩條互連線之間的空間(通孔和線)；采用共形電介質(zhì)作為拋光停止層、通過拋光平整第二電介質(zhì)；以及可選擇的用第三電介質(zhì)在得到結(jié)構(gòu)的頂面上形成帽蓋層。
本發(fā)明的還一個方面涉及一種制造鑲嵌或雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)的方法，包括形成具有嵌入在第一電介質(zhì)中的至少一條互連線的鑲嵌或雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)；以及用阻擋帽蓋電介質(zhì)、通過選自超臨界流體方法或采用叔胺基試劑和/或硅烷化試劑的原子層淀積方法中的一種方法在至少一互連線的頂部上形成帽蓋層。
本發(fā)明的還一個方面涉及一種制造鑲嵌或雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)的方法，包括形成具有至少兩條互連線的鑲嵌或雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)，其中該至少兩條互連線嵌入在第一電介質(zhì)中；以及淀積位于所述互連線之間空間中且與所述線頂面名義上共面的介電硬掩模，以及可選擇的通過選自超臨界流體方法或采用叔胺基試劑和/或硅烷化試劑的原子層淀積方法中的一種方法的硬掩模。
本發(fā)明的還一個方面涉及一種制造鑲嵌或雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括具有至少兩條互連線的鑲嵌或雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)，并且其中將該至少兩條互連線和該至少一個通孔嵌入在第一電介質(zhì)中；以及可選擇地形成跨越所述互連線之間空間并且名義上與所述線的頂表面共面的介電硬掩模，以及形成在至少兩條互連線頂部上的擴(kuò)散阻擋帽蓋電介質(zhì)；包括采用超臨界流體工藝淀積第一電介質(zhì)和可選擇的介電硬掩模；對光致抗蝕劑層形成圖案，以形成至少兩條互連線圖案；
采用光刻法和活性離子蝕刻將至少兩條互連線圖案轉(zhuǎn)移到電介質(zhì)上；采用等離子體灰化剝?nèi)埩舻墓庵驴刮g劑；采用超臨界流體硅烷化處理來修復(fù)等離子體對第一電介質(zhì)和可選擇的硬掩模的損壞；用導(dǎo)電襯里和導(dǎo)電填充材料填充互連線和通孔；采用化學(xué)機(jī)械拋光對導(dǎo)電襯里和導(dǎo)電填充材料進(jìn)行平整；采用超臨界流體清潔溶液清潔所述至少兩條互連線和所述可選擇的介電硬掩模的頂部；以及通過采用選自超臨界流體方法和/或采用叔胺基試劑和/或硅烷化試劑的原子層淀積方法中的一種方法淀積擴(kuò)散阻擋帽蓋電介質(zhì)。
本發(fā)明同樣涉及任何通過上述任一種方法得到的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的其它目的、優(yōu)點和特征將通過參考后附的說明書與附圖一起得到理解，在附圖中相同的部分具有相同的給定數(shù)字。


圖1a、1b、1c、1d、1e、1f和1g分別表示根據(jù)本發(fā)明的工藝的各個階段的橫截面圖。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及形成互連結(jié)構(gòu)的方法。本發(fā)明的方法包括采用一非等離子體方法、特別是超臨界流體方法，優(yōu)選是超臨界二氧化碳(SCCO2)蒸發(fā)質(zhì)量傳輸，通過減壓形成上述的各種介電膜，導(dǎo)致集成的BEOL結(jié)構(gòu)，以消除現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題。當(dāng)優(yōu)選SC CO2作為載體介質(zhì)時，也可以采用丙烷、丁烷、丁烯、水等的SC流體，而不偏離本發(fā)明的精神。由于成本和環(huán)保的原因，SC CO2是有利的。也可以使用超臨界流體淀積方法，以淀積更高分子量材料(如低聚物和聚合物)的薄膜。
超臨界流體淀積方法使共形膜的淀積成為可能，因為通過旋涂法可能使其不共形。超臨界流體淀積方法，如SC CO2技術(shù)提供了其它的優(yōu)點，類似液體的密度和具有很低的表面張力對于涂布很小的特征部件來說可能是很重要的。
對于EBGF集成使用超臨界流體的另一個優(yōu)點是適合間隙填充ILD材料及其淀積。目前，可以通過使用的前驅(qū)體材料和載體溶劑性能(如表面張力和粘度)來控制在ILD材料上旋涂的間隙填充性能。這些反過來限定了低分子量(一般小于約10,000道爾頓)前驅(qū)體的使用及在限定種類的溶劑中的溶解，從而限制了可作出的選擇。通常，不得不在好的間隙填充性能與穩(wěn)健的電氣和機(jī)械性能之間作出折中，以得到穩(wěn)健性差一點的最終結(jié)構(gòu)。相對于接近零表面張力、類似氣體的粘度和它們采用添加少量共溶劑溶解ILD前驅(qū)體的能力，超臨界流體，例如SC CO2的獨(dú)特方面在于其能夠使用具有更大和更寬范圍分子量的前驅(qū)體來填充間隙。因此其可能成為獨(dú)立的工程，可以更多地基于最終膜性能(電氣和機(jī)械性能)選擇間隙填充ILD前驅(qū)體，而不必受到傳統(tǒng)間隙填充淀積方法(如旋轉(zhuǎn)涂布法)的限制。
相對于DD集成方案，基于SC CO2的方法能夠采用溶解在與可選擇的共溶劑一起的SC CO2中的前驅(qū)體材料在ULK ILD上形成硬掩模和擴(kuò)散阻擋帽蓋層。它們的示意性而非限制性的例子為與適當(dāng)?shù)墓踩軇?，例如醇類、?線性或環(huán)狀)、γ-丁內(nèi)酯(butryolactone)、環(huán)狀碳酸酯、酯類、NMP、PGMEA、己烷、取代的芳香烴和酮類(無環(huán)和有環(huán)的)一起溶解在SC CO2中的有機(jī)硅酸鹽、聚硅烷、聚氧化碳硅烷、聚硅氮烷、聚氧化碳硅氮烷、聚碳硅烷、聚硅雜硅氮烷、聚硅雜碳硅烷、聚硅氧氮烷(polysiloxazane)、聚碳硅氮烷、聚甲硅烷基碳二酰亞胺、聚硅雜碳硅氮烷、聚烯基硅烷、聚烷基硅烷、聚炔基硅烷、聚芳基硅烷、聚硅半氮烷。
此外，也可以在對DD結(jié)構(gòu)(參看附圖1f)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)之后使用適當(dāng)?shù)墓踩軇郧鍧嶎A(yù)先存在的銅互連結(jié)構(gòu)的表面，從而在頂部可以形成擴(kuò)散阻擋帽蓋層，例如聚碳硅烷、聚氧化碳硅烷、聚碳硅氮烷、聚氧化碳硅氮烷或聚硅氮烷，而不必如現(xiàn)有技術(shù)中當(dāng)前公知的實踐一樣潛在地?fù)p壞等離子體處理或等離子體引起的淀積。對許多下層電介質(zhì)，特別是低k值ILD進(jìn)行等離子體曝光，可能會潛在地降低硬掩模和ILD膜的電擊穿和漏電流。
此外，有可能使用單或多官能化的硅烷化試劑進(jìn)行適當(dāng)?shù)腟CCO2硅烷化處理，以改性硬掩模或ILD表面自CMP步驟之后得到的狀態(tài)，從而在擴(kuò)散阻擋帽蓋層與該改性區(qū)域之間的界面不僅在粘附力也在漏電方面變得更加穩(wěn)健。組合的工藝包括銅線表面的清潔、硬掩模的表面處理，以及接著的擴(kuò)散阻擋帽蓋層的涂布，所有這些都采用SC CO2工藝來完成，該組合方法是實現(xiàn)這一結(jié)構(gòu)的獨(dú)特方法，由于大大減少了暴露在等離子體中，從而可以得到具有改進(jìn)的電介質(zhì)擊穿和電遷移性能的集成結(jié)構(gòu)。如本申請部分發(fā)明人提交的申請60/499,856所述的，也可以使用SC CO2硅烷化處理來修復(fù)在形成圖案步驟中活性離子蝕刻和抗蝕劑剝離之后損壞的超低k值ILD，其全部內(nèi)容合并在這里作為參考。硅烷化試劑的例子包括烷氧基硅烷、氨基硅烷、氯代硅烷、硅氮烷及其混合物。
本發(fā)明同樣涉及采用特定類型材料的原子層淀積(如等離子體增強(qiáng)的ALD)以淀積氮化硅的超薄共形帽蓋電介質(zhì)的方法。根據(jù)本發(fā)明的ALD采用叔胺基試劑氣體，如三甲胺，和/或硅烷化試劑，如叔丁氧基硅烷醇；或者氨基硅烷前驅(qū)體，如二(二甲基氨基二甲基硅烷)、三(二甲基氨基甲基硅烷)或其它多官能化硅烷化試劑，包括那些在反應(yīng)性官能團(tuán)之間具有橋接取代基的化合物。其它可以用于此目的的多官能化硅烷包括三氯代三乙酰氧基(trichlorotriacetoxy)，包括用于淀積后交聯(lián)的乙烯基取代硅烷、六氯代二硅氧烷等。橋接取代基可以包括乙烯基、乙炔基、取代乙炔基、芳基，它們還可以經(jīng)過加熱、UV輻照和電離輻射處理等而發(fā)生額外的交聯(lián)。這些層也可以通過使用SC CO2和適當(dāng)?shù)墓踩軇?如果需要)來形成，以淀積例如聚硅氮烷和聚碳硅烷等的材料。
ALD和SC CO2淀積都可以形成用旋涂法無法保形的共形淀積膜。SC CO2技術(shù)提供類似液體的密度而具有很低的表面張力的優(yōu)點，這對涂布很小的特征部件將是很重要的。作為氣相工藝的ALD同樣提供這一優(yōu)點。例如，通過溶液旋涂淀積的聚碳硅烷可以積聚在深腐蝕結(jié)構(gòu)的底部，從而提高有效的介電常數(shù)。此外，不清楚到底可以淀積多薄的膜。在本發(fā)明中，可以淀積在5～10nm范圍內(nèi)的膜，而這是極其需要的。此外，深腐蝕后淀積超薄共形阻擋層得到的結(jié)構(gòu)是獨(dú)特的，并且解決了相對上述的剪斷型空氣間隙的形成及EBGF集成的主要問題。首先，對于EBGF方案，在GFD拋光后處理期間共形涂層作為CMP停止層，從而可以保護(hù)Cu線。在空氣間隙方案中，對于次基本規(guī)則光刻法的需求消除了，并且采用薄共形電介質(zhì)作為帽蓋層，在完全深腐蝕步驟之后覆蓋互連線的側(cè)壁和頂表面，以提供擴(kuò)散阻擋功能。
為了更便于理解本發(fā)明，下面將參考表示雙鑲嵌工藝的附圖進(jìn)行說明。在根據(jù)本發(fā)明的雙鑲嵌工藝中，在圖1a的基底1100上涂布用兩層1110、1120表示的金屬間電介質(zhì)(IMD)。通孔層面電介質(zhì)為1110，線層面電介質(zhì)為1120?？蛇x擇地采用硬掩模層或?qū)盈B的疊層1130，以方便選擇性蝕刻和作為拋光停止層。如果需要，硬掩模層可以根據(jù)上面討論的本發(fā)明的方法淀積形成。
布線互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)包含兩種類型的特征部件線特征部件，在芯片上橫跨一段距離，以及通孔特征部件，將在多級(層面)疊層中的不同層面的互連結(jié)構(gòu)中的各線連接在一起。事實上，兩個層都通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)淀積一種無機(jī)玻璃，如二氧化硅(SiO2)或氟代二氧化硅玻璃(FSG)來制造。根據(jù)本發(fā)明，線層面電介質(zhì)1120可以根據(jù)上面討論的本發(fā)明的方法進(jìn)行淀積。
在雙鑲嵌工藝中，線1150和通孔1170的位置分別由圖1b和1c中的光致抗蝕劑層1500和1510光刻限定，并且采用活性離子蝕刻工藝轉(zhuǎn)移到硬掩模和IMD層上。如圖1所示的工藝順序稱之為“線優(yōu)先”途徑。在形成溝槽之后，如圖1d所示，采用光刻法在光致抗蝕劑層1510中限定一通孔圖案1170，并將該圖案轉(zhuǎn)移到介電材料上以產(chǎn)生通孔開口1180。在已經(jīng)剝離光致抗蝕劑之后，雙鑲嵌溝槽和通孔結(jié)構(gòu)1190如圖1e所示。隨后對該凹陷結(jié)構(gòu)1190用導(dǎo)電襯里材料或材料疊層1200覆蓋，該導(dǎo)電襯里材料或材料疊層1200用來保護(hù)導(dǎo)體金屬線和通孔，并作為導(dǎo)體和IMD之間的粘合層。隨后該凹陷在圖案化基底表面上填滿導(dǎo)電填充材料1210。該填充最通常通過電鍍銅來實現(xiàn)，盡管也可以采用其它方法，如化學(xué)氣相淀積(CVD)和其它材料，如Al或Au。隨后對該填充和襯里材料進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)，以與硬掩模的表面共面，在這個階段的結(jié)構(gòu)如圖1f所示。如圖1g所示，淀積一帽蓋材料1220作為一覆蓋膜，以鈍化暴露的金屬表面，并且作為金屬和要淀積在其上的任何其它IMD層之間的擴(kuò)散阻擋層。帽蓋層可以根據(jù)上面討論的本發(fā)明的方法進(jìn)行淀積。
對設(shè)備上互連結(jié)構(gòu)的每一層面重復(fù)該工藝順序。由于是同時限定兩種互連特征部件，以通過一個單獨(dú)的拋光步驟在絕緣體內(nèi)嵌入形成導(dǎo)體，該工藝也稱之為雙鑲嵌工藝。盡管上面已經(jīng)對線優(yōu)先方法進(jìn)行了描述，但在形成溝槽圖案之前形成通孔的其它順序也是可能的。然而，在本申請下文中詳細(xì)描述的發(fā)明步驟所提供的主要問題和解決途徑是與雙鑲嵌工藝的所有這樣的變體共有的。
本說明書中引用的所有出版物和專利申請都合并在這里作為參考，并且為了部分和全部目的，仿佛每一個單獨(dú)的出版物或?qū)＠暾埗继貏e和獨(dú)自被指出以便在此作為參考。
本發(fā)明的上述描述展示和描述了本發(fā)明。此外，如上所述本發(fā)明只展示和描述了本發(fā)明的優(yōu)選具體實施方式
，但應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明能夠應(yīng)用到各種其它組合、修改和環(huán)境中，并且能夠在這里所表達(dá)的、與上述教導(dǎo)和/或相關(guān)領(lǐng)域技能或知識匹配的發(fā)明概念的范圍內(nèi)進(jìn)行改變或修改。上述具體實施方式
進(jìn)一步傾向于解釋本發(fā)明實踐知道的最佳模式，并且能夠被本領(lǐng)域其他熟練技術(shù)人員以這樣的或其它的具體實施方式
，或者具有對特定應(yīng)用場合需要進(jìn)行各種修改的方式使用本發(fā)明。相應(yīng)地，本說明書并不傾向于將本發(fā)明限制在這里公開的內(nèi)容。同樣，其傾向于通過后附的權(quán)利要求書來解釋，以包括其它具體實施方式
。
權(quán)利要求
1.一種形成空氣間隙互連結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括a)形成具有至少兩條互連線和至少一個連接到所述至少兩條互連線中至少之一的通孔的雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)，其中將所述的至少兩條互連線和所述的至少一個通孔嵌入在第一電介質(zhì)中；b)從所述的至少兩條互連線之間除去第一電介質(zhì)，直到其深度至少等于所述線的高度，并且在所述的至少兩條互連線之間形成間隙；通過超臨界流體方法或采用叔胺基試劑和/或硅烷化試劑的原子層淀積方法共形淀積薄的鈍化電介質(zhì)，以在所述的至少兩條互連線之間包覆所述線的頂部和暴露的側(cè)壁及所述通孔的底部，以及通過在頂部夾斷所述至少兩條互連線之間的間隙的方法淀積非共形的第二介電膜，形成密封的空氣間隙結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的第一電介質(zhì)選自二氧化硅、氟代二氧化硅、有機(jī)硅酸鹽和有機(jī)電介質(zhì)的多孔和無孔品種。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述的有機(jī)電介質(zhì)選自聚酰亞胺、聚芳撐、聚芳撐醚(polyarylene ether)、聚唑、聚喹啉和喹喔啉、環(huán)狀聚烯烴、聚芳基氰酸酯及其組合。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中包括通過選自濕化學(xué)蝕刻、活性離子蝕刻、光化學(xué)蝕刻及其組合的方法除去第一電介質(zhì)的步驟。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的共形鈍化電介質(zhì)選自氮化硅、碳化硅、碳氮化硅、聚碳硅烷、聚氧化碳硅烷、聚碳硅氮烷、聚氧化碳硅氮烷或聚硅氮烷及其組合的無定形膜。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述的共形鈍化電介質(zhì)的厚度約為1～20nm，與可選擇的共溶劑一起通過超臨界二氧化碳淀積法進(jìn)行淀積。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述的共形鈍化電介質(zhì)的厚度約為5～10nm。
8.一種制造互連結(jié)構(gòu)的方法，包括形成具有至少兩條互連線和至少一個連接到所述至少兩條互連線中至少之一的通孔的雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)，其中所述的至少兩條互連線嵌入在第一電介質(zhì)中；從所述的至少兩條互連線之間除去第一電介質(zhì)，直到其深度至少等于所述線的高度；通過超臨界流體的方法或采用叔胺基試劑和/或硅烷化試劑的原子層淀積方法淀積薄的共形鈍化電介質(zhì)，以在所述的至少兩條互連線之間包覆所述線的頂部和暴露的側(cè)壁及所述通孔的底部；用具有比第一電介質(zhì)更小的介電常數(shù)的第二電介質(zhì)填充所述的至少兩條互連線之間的空間；采用共形電介質(zhì)作為拋光停止層、通過拋光平整第二電介質(zhì)；以及可選擇地用第三電介質(zhì)在所得結(jié)構(gòu)的頂面上形成帽蓋層。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述的第一電介質(zhì)選自二氧化硅、氟代二氧化硅、有機(jī)硅酸鹽和有機(jī)電介質(zhì)的多孔和無孔品種。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述的有機(jī)電介質(zhì)選自聚酰亞胺、聚芳撐、聚芳撐醚、聚唑、聚喹啉和喹喔啉、環(huán)狀聚烯烴、聚芳基氰酸酯及其組合。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中包括通過選自濕化學(xué)蝕刻、活性離子蝕刻、光化學(xué)蝕刻及其組合的方法除去第一電介質(zhì)的步驟。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述的共形鈍化電介質(zhì)選自氮化硅、碳化硅、碳氮化硅、聚碳硅烷、聚氧化碳硅烷、聚碳硅氮烷、聚氧化碳硅氮烷或聚硅氮烷及其組合的無定形膜。
13.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述的共形鈍化電介質(zhì)的厚度約為1～20nm。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述的共形鈍化電介質(zhì)的厚度約為5～10nm。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述的可選擇的共溶劑選自NMP、PGMEA、己烷、庚烷、二甲苯、醇類、線型醚、環(huán)醚、γ-丁內(nèi)酯、環(huán)狀碳酸酯、取代芳香烴、無環(huán)酮和環(huán)酮。
16.如權(quán)利要求8所述的方法，其中用來填充所述的至少兩條互連線之間的空間的所述第二電介質(zhì)選自二氧化硅、氟代二氧化硅、有機(jī)硅酸鹽和有機(jī)電介質(zhì)的超低k值的多孔品種。
17.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述第二電介質(zhì)與可選擇的共溶劑一起采用超臨界二氧化碳工藝進(jìn)行淀積。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述的可選擇的共溶劑選自NMP、PGMEA、己烷、庚烷、二甲苯、醇類、線型醚、環(huán)醚、γ-丁內(nèi)酯、環(huán)狀碳酸酯、取代芳香烴、無環(huán)酮和環(huán)酮。
19.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述的可選擇的第三電介質(zhì)選自由硅、碳、氧和氫元素以及可選擇的氮元素的組合組成的無定形膜。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述的第三電介質(zhì)還包括其它官能基團(tuán)，該官能基團(tuán)在受到加熱、UV輻照處理、電離輻射處理及其組合的情況下發(fā)生額外的交聯(lián)反應(yīng)。
21.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述的可選擇的第三電介質(zhì)通過非等離子體淀積方法進(jìn)行淀積。
22.一種制造鑲嵌或雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)的方法，包括形成具有嵌入在第一電介質(zhì)中的至少兩條互連線的鑲嵌或雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)；以及用通過超臨界流體方法或采用叔胺基試劑和/或硅烷化試劑的原子層淀積方法淀積形成的阻擋帽蓋電介質(zhì)在所述的至少兩條互連線的頂部形成帽蓋層。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述的阻擋帽蓋電介質(zhì)選自硅烷、聚氧化碳硅烷、聚硅氮烷、聚氧化碳硅氮烷、聚碳硅烷、聚硅雜硅氮烷、聚硅雜碳硅烷、聚硅氧氮烷、聚碳硅氮烷、聚甲硅烷基碳二酰亞胺和聚硅雜碳硅氮烷。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述制造的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)包括連接到所述至少兩條互連線上的至少一個通孔。
25.一種制造鑲嵌或雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)的方法，包括形成具有至少兩條互連線的鑲嵌或雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)，其中所述的至少兩條互連線嵌入在第一電介質(zhì)中；以及淀積位于所述互連線之間的空間中且與所述線頂面名義上共面的介電硬掩模，所述硬掩模通過超臨界流體方法或采用叔胺基試劑和/或硅烷化試劑的原子層淀積方法淀積形成。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述的阻擋帽蓋電介質(zhì)選自聚硅烷和硅炔(silynes)、聚氧化碳硅烷、聚硅氮烷、聚氧化碳硅氮烷、聚碳硅烷、聚硅氧氮烷、聚碳硅氮烷、聚甲硅烷基碳二酰亞胺和聚硅雜碳硅氮烷。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述制造的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)包括連接到所述的至少兩條互連線上的至少一個通孔。
28.一種制造鑲嵌或雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括形成具有至少兩條互連線的鑲嵌或雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)，其中將所述的至少兩條互連線嵌入在第一電介質(zhì)中；以及可選擇地形成跨越所述互連線之間空間且名義上與所述線的頂表面共面的介電硬掩模，以及形成在所述的至少兩條互連線頂部的擴(kuò)散阻擋帽蓋電介質(zhì)；包括采用超臨界流體工藝淀積第一電介質(zhì)和可選擇的介電硬掩模；對光致抗蝕劑層形成圖案，以在頂部形成所述至少兩條互連線圖案；采用光刻法和活性離子蝕刻將所述的至少兩條互連線圖案轉(zhuǎn)移到電介質(zhì)上；采用等離子體灰化剝?nèi)埩舻墓庵驴刮g劑；采用超臨界流體硅烷化處理來修復(fù)等離子體對第一電介質(zhì)和可選擇的硬掩模的損壞；用導(dǎo)電襯里和導(dǎo)電填充材料填充互連線和通孔；采用化學(xué)機(jī)械拋光對導(dǎo)電襯里和導(dǎo)電填充材料進(jìn)行平整；采用超臨界流體清潔溶液清潔所述至少兩條互連線和所述可選擇的介電硬掩模的頂部；采用硅烷化處理來修復(fù)對第一和/或第二電介質(zhì)表面的任何意外損壞；以及通過采用超臨界流體方法淀積擴(kuò)散阻擋帽蓋電介質(zhì)。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述的第一電介質(zhì)選自有機(jī)硅酸鹽及其組合的多孔和無孔品種。
30.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述的可選擇的硬掩模選自聚硅烷、聚硅炔(polysilyne)、聚氧化碳硅烷、聚硅氮烷、聚氧化碳硅氮烷、聚碳硅烷、聚硅雜硅氮烷、聚硅雜碳硅烷、聚硅氧氮烷、聚碳硅氮烷、聚甲硅烷基碳二酰亞胺、聚硅雜碳硅氮烷、聚烯基硅烷、聚烷基硅烷、聚炔基硅烷、聚芳基硅烷和聚硅半氮烷。
31.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述的導(dǎo)電襯里選自W、Ta和Ti及其氮化物、硅氮化物及其組合。
32.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述的導(dǎo)電填充材料選自Cu、Al、Au、Ag及其組合物和合金。
33.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述的清潔步驟在淀積所述擴(kuò)散阻擋帽蓋電介質(zhì)之前采用溶解在超臨界流體中的溫和的蝕刻劑以清潔所述導(dǎo)電填充材料的表面。
34.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述的擴(kuò)散阻擋帽蓋電介質(zhì)選自聚硅烷和硅烯、聚氧化碳硅烷、聚硅氮烷、聚氧化碳硅氮烷、聚碳硅烷、聚硅雜硅氮烷、聚硅雜碳硅烷、聚硅氧氮烷、聚碳硅氮烷、聚甲硅烷基碳二酰亞胺和聚硅雜碳硅氮烷。
35.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述的用于修復(fù)對第一和/或第二電介質(zhì)表面的任何意外損壞的硅烷化處理是在液相、蒸汽相或超臨界CO2相中進(jìn)行，且硅烷化試劑選自烷氧基硅烷、氨基硅烷、氯代硅烷、硅氮烷及其混合物。
全文摘要
制造互連結(jié)構(gòu)的方法，包括下列步驟通過原子層淀積工藝或超臨界流體工藝淀積一薄共形鈍化電介質(zhì)和/或擴(kuò)散阻擋帽蓋層和/或硬掩模。
文檔編號H01L21/314GK1954412SQ200580015498
公開日2007年4月25日 申請日期2005年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月4日
發(fā)明者埃爾伯特·E.·璜, 金亨俊, 羅伯特·D.·米勒, 薩特雅納拉雅納·V.·尼塔, 薩姆帕斯·普拉斯霍薩曼 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司