專利名稱：用于層間介電氣隙的pevcd沉積犧牲聚合物薄膜的紫外光固化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明權(quán)利要求所陳述的實(shí)施例一般涉及一種在半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電元 件之間形成氣隙的方法，其中氣隙的介電常數(shù)(k)約為1。
相關(guān)技術(shù)的描述
在半導(dǎo)體襯底上可靠地生產(chǎn)亞0.25(sub-quarter)微米和更小特征結(jié)構(gòu)是 制造下一代超大規(guī)模集成(VLSI)與極大規(guī)模集成(ULSI)器件的關(guān)鍵技術(shù)之 一。然而隨著電路技術(shù)推向極限，日益縮小的互連特征結(jié)構(gòu)尺寸對處理技 術(shù)與用于制造器件的材料的物理特性的要求日益提高。例如，為了提高集 成電路上半導(dǎo)體器件的密度，特征結(jié)構(gòu)的尺寸已縮減成亞0.25微米范圍。 此外，由于銅的電阻率比鋁小，因此銅實(shí)質(zhì)上已取代鋁做為主要導(dǎo)體。另 外，尺寸縮小使得介電材料(即置于導(dǎo)電特征結(jié)構(gòu)間的材料)的介電常數(shù)必需 小于先前使用的介電材料，即低k材料，在此通常是指介電常數(shù)小于約4.0， 因?yàn)閷?dǎo)電元件相距較近導(dǎo)致的各層間的電容耦合增加會不利地影響半導(dǎo)體 器件起作用。
用來形成當(dāng)前所需的多層半導(dǎo)體器件的常用方法是鑲嵌或雙嵌工藝。 以鑲嵌方法為例， 一個(gè)或多個(gè)低k介電材料經(jīng)沉積及圖案化蝕刻成垂直與 水平互連。導(dǎo)電材料(諸如含銅材料)和其它導(dǎo)電材料(諸如用來防止含 銅材料擴(kuò)散到周圍的低k介電材料的阻擋層材料)接著鑲?cè)胛g刻圖案或特 征結(jié)構(gòu)。導(dǎo)電材料一般被過量沉積，以確保充分填滿介電層中的特征結(jié)構(gòu)。 但蝕刻圖案外部(諸如襯底上)過多的含銅材料和阻擋層材料通常經(jīng)由化 學(xué)機(jī)械研磨工藝移除。 一旦移除了過多的沉積物，器件大致上就具有基本
6平坦的上表面，此上表面會露出導(dǎo)電元件與絕緣元件，因此一般會再將絕 緣層沉積于其上，以使特征結(jié)構(gòu)的第一層與后續(xù)沉積至第一層上的第二層 絕緣。
然而，關(guān)聯(lián)于鑲嵌工藝的挑戰(zhàn)之一是，個(gè)別特征結(jié)構(gòu)尺寸不斷縮小以 滿足持?jǐn)嘣黾拥碾娐访芏取Ｒ虼朔指糸_相應(yīng)導(dǎo)電元件的材料的介電常數(shù)也 必須降低，以便于保持相應(yīng)導(dǎo)電元件的電氣隔離。雖然目前低k介電材料 可提供的介電常數(shù)可達(dá)約2.0至約3.5，但是需要介電常數(shù)更小的材料來支 持持續(xù)變小的特征結(jié)構(gòu)尺寸和更高的電路密度。
因此，需要用于半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電元件之間的間隙壁，其中間隙壁的 介電常數(shù)約小于2。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明權(quán)利要求所陳述的實(shí)施例一般提供一種在半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電元 件之間形成氣隙的方法，其中氣隙的介電常數(shù)約為1。氣隙的形成一般可通 過在各導(dǎo)電元件之間沉積犧牲層、在導(dǎo)電元件與犧牲層上沉積多孔層、然 后通過多孔層從相應(yīng)導(dǎo)電元件之間的間隙剝除犧牲層，從而在相應(yīng)導(dǎo)電元 件之間留下氣隙。犧牲層可以是例如諸如ct-萜品烯的聚合物，多孔層可以 是例如多孔氧化物層，且剝除工藝可例如利用紫外線(UV)固化工藝。
在一些實(shí)施例中，提供一種在導(dǎo)電互連之間形成低介電常數(shù)(k)間隙壁 的方法。該方法一般包括在沉積在襯底上的犧牲層中形成互連特征結(jié)構(gòu)， 其中犧牲層包含聚合a-萜品烯；以及用導(dǎo)電材料填充互連特征結(jié)構(gòu)。該方
法還包括在經(jīng)填充的互連特征結(jié)構(gòu)與犧牲層上沉積多孔層，該多孔層具 有整齊的孔隙結(jié)構(gòu)；以及通過多孔層從在經(jīng)填充的導(dǎo)電互連之間的一區(qū)域 剝除犧牲層，以在導(dǎo)電互連之間形成氣隙，其中剝除工藝包含基于紫外線 (UV)的固化工藝。最后，該方法可包括在多孔層上沉積覆蓋層，以密封整 齊的孔隙結(jié)構(gòu)。
在一些實(shí)施例中，提出一種在半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電元件之間形成間隙壁 的方法。該方法一般可包括在襯底上沉積犧牲層、在犧牲層中形成特征結(jié)構(gòu)、以及用導(dǎo)電材料填充特征結(jié)構(gòu)。該方法還包括在經(jīng)填充的互連特征 結(jié)構(gòu)與犧牲層上沉積多孔層，該多孔層具有整齊的孔隙結(jié)構(gòu)；通過多孔層 從在經(jīng)填充的導(dǎo)電互連之間的一區(qū)域剝除犧牲層，以在導(dǎo)電互連之間形成 氣隙；以及在多孔層上沉積覆蓋層，以密封整齊的孔隙結(jié)構(gòu)。
在一些實(shí)施例中，提出一種在半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電特征結(jié)構(gòu)之間形成介 電常數(shù)約為1的間隙壁的方法。該方法包括利用化學(xué)氣相沉積工藝在襯底 上沉積聚合OC-萜品烯層，在聚合(X-萜品烯層中蝕刻出特征結(jié)構(gòu)，以及利用 電化學(xué)電鍍工藝、無電電鍍工藝、物理氣相沉積工藝、和化學(xué)氣相沉積工
藝的至少之一用導(dǎo)電材料填充在聚合a-萜品烯層中所蝕刻出的特征結(jié)構(gòu)。
此外，該方法可包括利用化學(xué)機(jī)械研磨工藝平坦化半導(dǎo)體器件的上表面； 在經(jīng)填充的特征結(jié)構(gòu)與聚合CC-萜品烯層上沉積多孔氧化物層；以及利用紫
外線剝除工藝從導(dǎo)電元件之間的區(qū)域剝除聚合a-萜品烯層，以在導(dǎo)電元件
之間形成氣隙，其中該紫外線剝除工藝被配置成通過多孔氧化物層中的孔
隙移除聚合a-萜品烯層；以及在多孔的氧化物層上沉積覆蓋層，以密封孔隙。
在一些實(shí)施例中，提供一種在導(dǎo)電互連特征綺構(gòu)之間形成低介電常數(shù)
(k)間隙壁的方法，其中這些特征結(jié)構(gòu)形成在半導(dǎo)體襯底上的犧牲層內(nèi)。該
方法可包括在互連特征結(jié)構(gòu)與犧牲層上沉積多孔層；通過多孔層從在導(dǎo) 電互連特征結(jié)構(gòu)之間的一區(qū)域移除至少一部分的犧牲層，以在導(dǎo)電互連特 征結(jié)構(gòu)之間形成氣隙；以及在多孔層上沉積覆蓋層，以密封多孔層。如此 得到的互連特征結(jié)構(gòu)之間的間隙充滿空氣，從而產(chǎn)生約為1的介電常數(shù)。
附圖簡述
例示以上概述的本發(fā)明的更具體描述可參考特定實(shí)施例進(jìn)行，這些特 定實(shí)施例的一部分在附圖中示出。然而，要注意的是，雖然附圖僅例示了 特定實(shí)施例，但其并非用來限定本發(fā)明的范圍。


圖1例示使用多孔層在半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電元件之間形成低介電常數(shù)(k)
氣隙的方法；圖2例示使用具穿孔的掩模層在半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電元件之間形成低介 電常數(shù)(k)氣隙的方法；
圖3例示使用犧牲層在半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電元件之間形成低介電常數(shù)(k) 氣隙的方法；以及
圖4例示使用犧牲層和碳摻雜氧化層在半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電元件之間形
成低介電常數(shù)(k)氣隙的方法。
為便于了解，各圖中同樣的元件符號代表類似的元件。當(dāng)可理解，其 它實(shí)施例也可有益地結(jié)合一個(gè)實(shí)施例的元件和/或工藝步驟。
優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述
在一些實(shí)施例中， 一般提供一種在半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電元件之間形成氣 隙的方法。氣隙的形成一般通過在導(dǎo)電元件間沉積可移除材料、在可移除 材料與導(dǎo)電元件上沉積多孔層、然后通過多孔層從導(dǎo)電元件之間的間隙剝
除沉積材料，從而在導(dǎo)電元件之間留下氣隙。盡管可移除材料參照a-萜品
烯進(jìn)行討論，但應(yīng)可理解所述示例性方法可采用其它可移除材料，例如聚
甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate))或聚對二甲苯(parylene)。
特定實(shí)施例可基于任何等離子體增強(qiáng)CVD室或包括諸如CENTURA ULTIMA HDP-CVD 系統(tǒng)、PRODUCER APF PECVD 系統(tǒng)、PRODUCER BLACK DIAMOND 系統(tǒng)、PRODUCER BLOK PECVD 系統(tǒng)、 PRODUCER DARC PECVDTM系統(tǒng)、PRODUCER HARPTM系統(tǒng)、 PRODUCER PECVD 系統(tǒng)、PRODUCER STRESS NITRIDE(氮化物) PECVDTM系統(tǒng)、和PRODUCER TEOS(四乙氧基硅烷)FSG(氟硅玻璃) PECVD 系統(tǒng)的系統(tǒng)，其可從美國加州圣克拉拉的應(yīng)用材料公司(Applied Materials, Inc.)購得。示例性PRODUCER⑧系統(tǒng)在1999年1月5日授權(quán)的 共同受讓的美國專利NO. 5,855,681中進(jìn)一步描述，其一并引用于此以供參 考。
圖1例示在半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電元件之間形成間隙或間隙壁的示例性方 法，其中間隙或間隙壁的介電常數(shù)約小于2。該方法始于步驟100，第一層
9可以是低介電常數(shù)材料層ioi(如碳摻雜氧化層)，其沉積在半導(dǎo)體襯底(未示
出)上。低介電常數(shù)材料層101可例如使用化學(xué)氣相沉積工藝或等離子體增 強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝沉積。第二層102可以是諸如聚合oc-萜品烯的犧牲層， 其沉積在低介電常數(shù)材料層101上，且可例如經(jīng)由等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相 沉積工藝沉積。形成犧牲層102的沉積工藝方法可包括供應(yīng)流速為約 100mgm至約5，000mgm的a-路品烯、流速為約100sccm至約5，000sccm的 氦氣(He)、流速為約100sccm至約2，000sccm的氧氣(02)，且壓力為約2托 (torr)至約8托、功率為約10瓦(W)至約l，OOO瓦、溫度為約IO(TC至約300 'C、間距為約200密爾(mil)至約1600密爾。
如此，低介電常數(shù)材料層101 —般可構(gòu)成第一層，即可用作為通孔、 插塞與多層互連特征結(jié)構(gòu)的層；而第二層102則可用作較大的單層特征結(jié) 構(gòu)，例如溝槽。如步驟110所示， 一旦第一與第二層在襯底上形成，就可 利用蝕刻、光刻、或其它在半導(dǎo)體器件層中形成特征結(jié)構(gòu)的已知方法，在 相應(yīng)層中形成各種特征結(jié)構(gòu)。例如，溝槽103A可蝕刻到第二層102中，通 孔103B可蝕刻到第一層101中。如步驟120所示， 一旦預(yù)期特征結(jié)構(gòu)形成 和/或蝕刻到相應(yīng)層，就可用導(dǎo)電材料104(如銅)填充特征結(jié)構(gòu)。雖未例示， 但在沉積導(dǎo)電材料前，可將阻擋層沉積至相應(yīng)特征結(jié)構(gòu)中，以免導(dǎo)電材料 擴(kuò)散到鄰接層?？蛇^度沉積導(dǎo)電材料104，以便于充分填充特征結(jié)構(gòu)103A 和103B)，且因此如步驟120所示，導(dǎo)電材料104與第二層102的上表面可 經(jīng)平坦化而構(gòu)成基本平坦的表面。
一旦平坦化了導(dǎo)電材料104與第二層102的上表面，如步驟130所示， 就可將多孔層105沉積于其上。多孔層105 —般可具有足夠的厚度，以對 后續(xù)沉積層提供結(jié)構(gòu)剛性和支撐，其通常包括相當(dāng)密集的孔隙?？紫犊梢?有序的互連方式排列，即相應(yīng)層中的孔隙大致上垂直對齊，從而分子可經(jīng) 由整齊的互連孔隙輕易地從多孔層一側(cè)直線行進(jìn)到另一側(cè)。整齊的互連孔 隙一般呈對齊孔隙(即類似圓柱)，由此直徑小于孔隙直徑的分子可通過多孔 層105?；蛘撸紫犊梢詿o序方式排列，即孔隙大致上不垂直對齊，因此孔 隙不會構(gòu)成穿過多孔層的直線路徑。在此配置下，孔隙通常互相偏移，因此穿過多孔層的分子在垂直通過一定厚度的層前，將先通過一孔隙行進(jìn)一 段垂直距離，再水平行進(jìn)到另一孔隙。多孔層105可以是任意數(shù)量的多孔
層，其不限于例如多孔氧化物層、多孔氮化物層、多孔BLOk層、以上各 層的組合、或半導(dǎo)體領(lǐng)域熟知的其它多孔層。多孔層105的厚度可例如為 約100埃至約l，OOO埃，其中形成的孔隙的直徑為約10埃至約200埃。更 具體地，多孔層105的厚度可例如在約200埃至約600埃之間，其中形成 的孔隙的直徑為約20埃至約60埃。
多孔層105可藉由溶膠-凝膠凝聚工藝的分子自組裝(self-assembly)，形 成高度受控及具再現(xiàn)性的整齊孔隙大小和形狀。以此工藝為例，硅醇鹽(如 四乙基正硅酸鹽(tetraethylorthosilicate))在含有合適的水溶性溶劑(如丙二醇 單丙基醚(propylene glycol monopropyl ether))且添加水和適當(dāng)酸的溶液中， 水解形成液態(tài)溶液。硅醇鹽的酸催化水解反應(yīng)會產(chǎn)生部分聚合的硅垸醇懸 浮在溶液中的復(fù)雜混合物。添加表面活性劑至溶液可提供分子自組裝的模 板結(jié)構(gòu)。表面活性劑濃度的關(guān)鍵范圍需在后續(xù)干燥時(shí)，使表面活性劑能適 當(dāng)分離成膠束(micelle)。低濃度的四甲基銨鹽也可加到化學(xué)前體溶液中，以 提供最后鍛燒步驟所需的化學(xué)環(huán)境。表面活性劑分子通常是兩親的，可包 括疏水部分和親水部分端。在干燥初期，兩性分子會進(jìn)行自組裝，讓分子 中較短的親水部分朝向結(jié)構(gòu)外表面而接觸水溶性環(huán)境，而較長的疏水部分 則簇集在一起以構(gòu)成膠束內(nèi)部主體。溶劑化硅垸醇涂覆在自組裝膠束外邊 的水溶性部分，形成最初的多孔膜架構(gòu)。溶劑揮發(fā)期間，此結(jié)構(gòu)通常會構(gòu) 成超分子裝酉己體(supramolecular assembly)。
在沉積多孔層105期間，可將含有全部所需成分的液態(tài)化學(xué)前體涂到 旋轉(zhuǎn)的襯底表面，以使化學(xué)前體覆蓋整個(gè)襯底表面。接著迅速將襯底轉(zhuǎn)速 加速到預(yù)定最終轉(zhuǎn)速，該轉(zhuǎn)速將決定膜厚(膜厚也受特定的其它包括溶液黏 度等因素影響)。溶劑(和大部分的過量水分)在旋轉(zhuǎn)時(shí)會揮發(fā)而形成"尚未干 透"的膜層。此膜層進(jìn)一步在加熱板上干燥，例如在M(TC干燥1分鐘。然 后例如在約350'C至約400'C進(jìn)行高溫鍛燒從而形成最終膜結(jié)構(gòu)。在鍛燒期 間，表面活性劑模板通過燒蝕自膜層脫落而形成具有整齊互連孔隙的預(yù)期膜層?；ミB孔隙通道有助于取出表面活性劑。由于溶劑揮發(fā)引發(fā)的自組裝 膠束形成，以及采用大小均一的表面活性劑分子決定了膠束大小，因此整 齊孔隙的特征是孔徑大小分布很窄。審慎選擇表面活性劑分子尺寸可調(diào)節(jié) 膠束大小；憑借化學(xué)前體溶液中所采用的表面活性劑濃度可調(diào)節(jié)總體多孔 性。在一些實(shí)施例中，多孔層105和犧牲層102可被原位(in-situ)沉積。在 其它實(shí)施例中，多孔層105和犧牲層102可被非原位(ex-situ)沉積。
多孔層105也可通過己知的半導(dǎo)體層沉積技術(shù)沉積，例如化學(xué)氣相沉 積和等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積。一旦沉積了多孔層105，如步驟140所示， 就可利用剝除工藝移除位于相應(yīng)特征結(jié)構(gòu)之間的部分第二層102(即分隔開 第二層中相應(yīng)導(dǎo)電特征結(jié)構(gòu)的聚合a-萜品烯層)。如果第二層102為諸如聚 合a-萜品烯的犧牲層，則可以是基于紫外線的固化工藝的剝除工藝用來離 解構(gòu)成相應(yīng)導(dǎo)電元件之間的犧牲層的分子，從而經(jīng)由多孔層105流出導(dǎo)電 元件之間的區(qū)域。因此，導(dǎo)電元件之間的區(qū)域無犧牲材料留下，因而在導(dǎo) 電元件之間形成氣隙106。鑒于空氣的介電常數(shù)一般為1，從相應(yīng)導(dǎo)電元件 之間的區(qū)域移除犧牲層從而在其間形成氣隙106用來在相應(yīng)導(dǎo)電元件之間 形成約為1的介電常數(shù)。通過孔隙剝除有機(jī)層的示例性工藝采用基于UV 的固化工藝。該UV固化工藝只利用熱進(jìn)行固化一段時(shí)間。此工藝可利用 美國加州圣克拉拉的應(yīng)用材料公司制造的UV系統(tǒng)，例如NanoCure系統(tǒng)執(zhí) 行。也可使用其它UV系統(tǒng)，例如2005年5月9日提交的、題為"用于固 化介電材料的復(fù)式紫外線腔室(TANDEM UV CHAMBER FOR CURING DIELECTRIC MATERIALS)"、公開號為2006/0251827的美國專利申請S/N. 11/124,908所描述的系統(tǒng)，其一并引用于此且不與本說明書相悖。此工藝可 使用靜態(tài)或雙頻源實(shí)現(xiàn)。腔室壓力可為約2托至約12托，腔室溫度可為約 5(TC至約60(TC。 UV源波長可為約200納米(nm)至約300nm。氦氣的供應(yīng) 流速可為約100sccm至約20,000sccm。在一些實(shí)施例中，可附加采用諸如 氬氣、氮?dú)?、以及氧氣、或其混合氣體。UV功率可為約25。/。至約100%， 處理時(shí)間可為約0-200分鐘。 一旦完成剝除工藝，也可以是低k材料的覆 蓋層或密封層(未示出)可被沉積至多孔層105上，以密封其中形成的孔隙，
12并防止材料回流到氣隙區(qū)域內(nèi)。
在一些實(shí)施例中，當(dāng)通過上層中形成的穿孔從導(dǎo)電元件間的區(qū)域中移 除犧牲層時(shí)，可不利用剝除工藝來形成空氣間隙壁。在圖2所示的實(shí)施例 中，如步驟200所示，諸如含碳氧化硅層的低介電常數(shù)材料層201被沉積 在半導(dǎo)體襯底上，并且可以是聚合a-萜品烯層的犧牲層202被沉積在低介 電常數(shù)材料層201上。以類似圖1所示實(shí)施例的方式，層201和202可以 多種已知沉積工藝形成，例如化學(xué)氣相沉積。 一旦形成了層201和202，如 步驟210所示，各種特征結(jié)構(gòu)203 (即接線、插塞、通孔、溝槽等)可按需 形成在層201和層202中，以支撐要制造的元件。在層201和202中形成 特征結(jié)構(gòu)203的方法可通過半導(dǎo)體領(lǐng)域熟知的多種工藝，例如蝕刻工藝進(jìn) 行。 一旦形成特征結(jié)構(gòu)203，如步驟220所示，例如銅的導(dǎo)電材料204就沉 積到特征結(jié)構(gòu)203內(nèi)。更具體地，諸如物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、和/ 或電鍍等銅沉積工藝可用來形成覆蓋整個(gè)襯底表面的銅填充層，該整個(gè)襯 底表面包括特征結(jié)構(gòu)和含聚合a-萜品烯的犧牲層202的上表面。另外，如 果需要可在形成導(dǎo)電材料204前沉積阻擋層，以防止導(dǎo)電材料204擴(kuò)散到 周圍的層。導(dǎo)電材料204 —般使用過度沉積工藝形成，即銅的沉積量足以 填充各個(gè)特征結(jié)構(gòu)203，這通常表示銅被過度沉積至犧牲層202的上表面。 諸如化學(xué)機(jī)械研磨和回蝕等各種平坦化技術(shù)可用來平坦化犧牲層202的上 表面以及其中沉積有導(dǎo)電材料204的特征結(jié)構(gòu)203的導(dǎo)電上表面。無論采 取何種平坦化技術(shù)，最終結(jié)果是將上表面平坦化，如步驟220所示。在一 些實(shí)施例中，可在平坦化金屬之前或之后，固化導(dǎo)電材料204。
一旦平坦化了上表面，如步驟230所示，就將掩模層205沉積到犧牲 層202與其中所形成的導(dǎo)電特征結(jié)構(gòu)204上。掩模層205可由阻擋層材料 和/或其它低k材料構(gòu)成，其通常為碳化硅層。此低k層以及上述任一低k 層的沉積工藝方法可包括供應(yīng)約300sccm至約2,500sccm的三甲硅垸 (TMS)、最高約達(dá)5，000sccm的氦氣(He)、最高約達(dá)l,OOOsccm的氨氣(NH3)、 壓力為約1托至約14托、功率為約50瓦至約1,500瓦、且溫度為約300°C 至約40(TC。掩模層205的厚度通常為約100埃至約1,000埃，但也可實(shí)現(xiàn)更厚或更薄的掩模層。 一旦形成了掩模層205，如步驟240所示，就可在其 中形成多個(gè)掩?？?06。掩?？?06 —般可位于分隔開相應(yīng)導(dǎo)電元件204 的區(qū)域之上，即掩模孔206 —般位于犧牲層202上且偏離導(dǎo)電元件204。 一 旦形成了掩?？?06，方法就繼續(xù)至步驟250，以從相應(yīng)導(dǎo)電元件204之間 的區(qū)域移除分隔幵導(dǎo)電元件204的犧牲材料。掩模孔206可以是策略地置 于犧牲層上的圓孔或管口；或者，掩?？?06可以是沿著要剝除的一部分 犧牲層鋪置的細(xì)長孔或通道。移除工藝一般包括利用剝除工藝剝除分隔開 相應(yīng)導(dǎo)電元件204的犧牲材料，以便于在導(dǎo)電元件204間形成氣隙207或 間隙壁。假設(shè)分隔開導(dǎo)電元件204的犧牲材料為聚合oc-萜品烯層，基于UV 的固化工藝可用來從導(dǎo)電元件204之間的區(qū)域移除聚合oc-路品烯。這樣， 剝除工藝一般包括經(jīng)由掩?？?06向聚合a-萜品烯層施加UV光，從而通 過行進(jìn)通過掩?？?06從導(dǎo)電元件204之間的區(qū)域移除聚合oc-砲品烯。一 旦從導(dǎo)電元件204之間的區(qū)域移除了聚合a-萜品烯，剝除工藝的結(jié)果就將 是在相應(yīng)導(dǎo)電元件204之間形成氣隙207。盡管氣隙區(qū)域內(nèi)可能殘留聚合 a-萜品烯，但導(dǎo)電元件204之間的間隙大致上仍為氣隙，因此介電常數(shù)約 為1。此外，為了密封掩模孔206,覆蓋層(未示出)可被沉積到掩模層205 上。覆蓋層可以是多孔氧化物層、多孔氮化物層、多孔碳化硅層、或適合 覆蓋半導(dǎo)體器件的其它層。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，如圖3所示，可使用雙嵌工藝來在半導(dǎo)體 器件的導(dǎo)電元件之間形成低k間隙壁。如步驟300所示，雙嵌工藝一般包 括將聚合a-萜品烯層301沉積到襯底(未示出)上。聚合a-萜品烯層301的厚 度通常足以使半導(dǎo)體器件特征結(jié)構(gòu)在其中形成，且可通過己知半導(dǎo)體沉積 技術(shù)沉積，例如等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積。 一旦形成了聚合oc-萜品烯層， 方法就繼續(xù)至步驟310,以在聚合a-萜品烯層301中形成互連特征結(jié)構(gòu)302。 可以是例如溝槽及/或通孔的互連特征結(jié)構(gòu)302可通過蝕刻工藝在聚合ot-砲 品烯層301內(nèi)形成。 一旦在聚合oc-萜品烯層301中形成了特征結(jié)構(gòu)302，就 可用例如是銅的導(dǎo)電材料303填充特征結(jié)構(gòu)。如步驟320所示，導(dǎo)電材料 303可通過己知的半導(dǎo)體沉積技術(shù)沉積到聚合oc-萜品烯層301上和特征結(jié)
14構(gòu)302上，例如物理氣相沉積工藝、化學(xué)氣相沉積工藝、無電電鍍工藝、
及/或電化學(xué)電鍍工藝。如同半導(dǎo)體領(lǐng)域所知悉地，將導(dǎo)電材料303沉積到 特征結(jié)構(gòu)302內(nèi)的工藝一般包括過度沉積導(dǎo)電材料303，然后利用平坦化或 研磨工藝移除過度沉積物。無論采用何種填充和/或平坦化工藝，最終結(jié)果 是用導(dǎo)電材料303填充特征結(jié)構(gòu)302、以及在特征結(jié)構(gòu)302上產(chǎn)生基本平坦 的上表面，該上表面大致與聚合a-萜品烯層301的上表面共面。
一旦用導(dǎo)電材料303填充并平坦化特征結(jié)構(gòu)302,就可完全移除相應(yīng) 導(dǎo)電特征結(jié)構(gòu)302之間的聚合a-萜品烯層。如步驟330所示，移除工藝一 般包括基于UV的固化工藝，其被配置成完全移除聚合a-萜品烯層301。 一 旦移除了中間的聚合a-萜品烯，先前被聚合a-萜品烯占據(jù)的間隙可用極低k 材料304填充。盡管各類極低k材料皆落入本發(fā)明的范圍，但沉積在導(dǎo)電 元件303之間的材料的介電常數(shù)通常為約1.7至約2.2，較佳為約2。以類 似步驟320的金屬沉積工藝的方式，沉積極低k材料304 —般還包括過度 沉積極低k材料以完全填滿先前被聚合CC-萜品烯占據(jù)的間隙。因此，步驟 340 —般還包括諸如化學(xué)機(jī)械研磨工藝的平坦化步驟，其被配置成平坦化導(dǎo) 電材料303和沉積在導(dǎo)電元件303之間的極低k材料304的上表面。 一旦 完成平坦化工藝，方法就繼續(xù)至步驟350，其中將阻擋層305沉積在導(dǎo)電特 征結(jié)構(gòu)303與極低k層301上。阻擋層305通常用來使其下所形成層中呈 現(xiàn)的導(dǎo)電元件與后續(xù)沉積在阻擋層305上所形成層中的導(dǎo)電元件電氣隔離。
在一些實(shí)施例中，提供鑲嵌方法以在半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電元件之間形成 低k間隙壁。如圖4所示，該方法一般始于步驟400，先將低k材料層401 沉積在襯底(未示出)上；接著將聚合a-萜品烯層402沉積在層401上。低k 材料層401通常可以是含碳氧化硅層。示例性含碳氧化硅材料在2005年3 月9日提交、題為"使用電子束形成極低介電常數(shù)膜的方法(METHODFOR FORMING ULTRA LOW K FILMS USING ELECTRON BEAM)"、公開號 為2005/0153073的美國專利申請S/N. 11/076,181中描述，其一并引用于此 且不與本說明書相悖。 一旦形成了層401和402，方法就繼續(xù)至步驟410， 以在層401和402中形成各種器件特征結(jié)構(gòu)403?？梢允菧喜邸⑼?、或其它已知用來構(gòu)成半導(dǎo)體器件的特征結(jié)構(gòu)的器件特征結(jié)構(gòu)403例如可通過蝕 刻工藝形成。 一旦形成了特征結(jié)構(gòu)403,方法就繼續(xù)至步驟420，其中用導(dǎo) 電材料404填充特征結(jié)構(gòu)403?？梢允抢玢~的導(dǎo)電材料可使用已知的半導(dǎo) 體層形成技術(shù)填充特征結(jié)構(gòu)403，例如物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、和/ 或電化學(xué)電鍍。無論采取何種沉積技術(shù)，金屬層一般都被過度沉積至特征 結(jié)構(gòu)403內(nèi)，然后加以平坦化。
一旦形成了特征結(jié)構(gòu)并用導(dǎo)電材料填充了這些特征結(jié)構(gòu)，方法就繼續(xù) 至步驟430，以從導(dǎo)電特征結(jié)構(gòu)404之間的區(qū)域移除聚合oc-萜品烯層402。 移除聚合oc-萜品烯層一般可經(jīng)由UV固化工藝或其它已知能有效移除聚合 oc-萜品烯層的工藝完成。 一旦移除聚合a-路品烯，本質(zhì)上會在相應(yīng)導(dǎo)電元 件404之間形成氣隙405;繼續(xù)至步驟440，其中通過移除聚合a-路品烯材 料并用極低k材料406填充而形成氣隙。以類似金屬沉積工藝的方式，沉 積極低k材料一般用過度沉積工藝完成，且因此過度沉積材料例如以化學(xué) 機(jī)械研磨工藝從器件表面移除。因此在完成步驟440時(shí)，器件大致上包括 導(dǎo)電元件404，其間設(shè)置有極低介電常數(shù)材料。此外，經(jīng)化學(xué)機(jī)械平坦化工 藝處理后，器件具有基本平坦的上表面，即導(dǎo)電元件404的上表面與極低 介電常數(shù)材料的上表面齊平。接著繼續(xù)至步驟450，其中將阻擋層407沉積 到導(dǎo)電元件404和極低k材料406上。
盡管前面的內(nèi)容涉及本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，但可設(shè)計(jì)本發(fā)明的其它和 進(jìn)一步的實(shí)施例而不背離其基本范圍，且其范圍根據(jù)所附權(quán)利要求確定。
1權(quán)利要求
1.一種用于在導(dǎo)電互連間形成低介電常數(shù)(k)間隙壁的方法，所述方法包括在沉積在襯底上的犧牲層中形成多個(gè)互連特征結(jié)構(gòu)，其中所述犧牲層是聚合α-萜品烯層；用導(dǎo)電材料填充所述互連特征結(jié)構(gòu)；將多孔層沉積到所述經(jīng)填充的互連特征結(jié)構(gòu)與所述犧牲層上，所述多孔層具有整齊的孔隙結(jié)構(gòu)；以及通過所述多孔層從在所述經(jīng)填充的導(dǎo)電互連間的區(qū)域移除至少一部分的所述犧牲層，以在所述導(dǎo)電互連之間形成氣隙。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述移除步驟包括基于紫 外線的固化工藝。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將覆蓋層沉積 到所述多孔層上，以密封所述整齊的孔隙結(jié)構(gòu)。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述氣隙的介電常數(shù)約為1。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述填充工藝包括物理氣相沉積工藝、化學(xué)氣相沉積工藝、電化學(xué)電鍍工藝、和無電電鍍工藝的至 少之一。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述多孔層包含多孔含碳 氧化物層。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在所述填充步 驟與所述沉積多孔層的步驟之間平坦化所述襯底的上表面，其中所述平坦 化步驟包含使用化學(xué)機(jī)械研磨。
8. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，沉積所述多孔層包括 將液態(tài)溶液沉積到所述襯底上，所述液態(tài)溶液進(jìn)行反應(yīng)以形成懸浮在所述溶液中的部分聚合的硅烷醇；以及固化所述襯底上的所述溶液以形成所述多孔層。
9. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述沉積多孔層和沉積覆 蓋層在原位進(jìn)行。
10. —種在半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電元件之間形成間隙壁的方法，所述方法 包括將犧牲層沉積到襯底上；在所述犧牲層中形成多個(gè)特征結(jié)構(gòu)；用導(dǎo)電材料填充所述特征結(jié)構(gòu)；將多孔層沉積到所述經(jīng)填充的互連特征結(jié)構(gòu)與所述犧牲層上，所述多 孔層具有整齊的孔隙結(jié)構(gòu)；通過所述多孔層從所述經(jīng)填充的導(dǎo)電互連之間的區(qū)域剝除所述犧牲 層，以在所述導(dǎo)電互連之間形成氣隙，其中所述剝除工藝包括基于紫外線 的固化工藝；以及將覆蓋層沉積到所述多孔層上，以密封所述整齊的孔隙結(jié)構(gòu)。
11. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，所述犧牲層是聚合OC-萜品條層。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，將犧牲層沉積到所述襯底上的步驟包括供應(yīng)流速為約100mgm至約5,000mgm的oc-萜品烯； 供應(yīng)流速為約100sccm至約5,000sccm的氦氣；以及 供應(yīng)流速為約100sccm至約2,000sccm的氧氣。
13. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，所述犧牲層是成孔劑。
14. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，所述多孔層為多孔的碳 摻雜氧化層。
15. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，所述剝除工藝包括通過 在所述多孔層中形成的穿孔，從所述特征結(jié)構(gòu)之間的區(qū)域剝除所述犧牲層。
16. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，還包括在用導(dǎo)電材料填 充所述特征結(jié)構(gòu)之前，將阻擋層沉積于在所述犧牲層中形成的特征結(jié)構(gòu)上。
17. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，所述氣隙的介電常數(shù)約為1。
18. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，所述多孔層選自由多孔 氧化物層、多孔氮化物層、和多孔碳化硅層所構(gòu)成的群組。
19. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，還包括在所述填充步驟 與所述沉積多孔層的步驟之間，平坦化所述半導(dǎo)體器件的上表面。
20. —種在半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電特征結(jié)構(gòu)之間形成介電常數(shù)約為1所謂 間隙壁的方法，所述方法包括利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝，將聚合a-萜品烯層沉積到襯底上；在所述聚合a-萜品烯層中蝕刻出多個(gè)特征結(jié)構(gòu)；利用電化學(xué)電鍍工藝、無電電鍍工藝、物理氣相沉積工藝、和化學(xué)氣 相沉積工藝的至少之一，用導(dǎo)電材料填充所述聚合OC-萜品烯層中所蝕刻出 的特征結(jié)構(gòu)；利用化學(xué)機(jī)械研磨工藝平坦化所述半導(dǎo)體器件的上表面； 將多孔氧化物層沉積在所述經(jīng)填充的特征結(jié)構(gòu)與所述聚合a-萜品烯層 上；以及通過基于紫外線的固化工藝從多個(gè)導(dǎo)電元件之間的區(qū)域剝除所述聚合a-萜品烯層，以在所述導(dǎo)電元件之間形成氣隙，其中所述紫外線固化工藝被配置成通過所述多孔氧化物層中的多個(gè)孔隙移除所述聚合OC-萜品烯層； 以及將覆蓋層沉積到所述多孔氧化物層上，以密封所述孔隙。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例一般提供一種在半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電元件之間形成氣隙的方法，其中氣隙的介電常數(shù)約為1。氣隙的形成一般通過在相應(yīng)導(dǎo)電元件間沉積犧牲材料、在導(dǎo)電元件與犧牲材料上沉積多孔層、然后通過多孔層從相應(yīng)導(dǎo)電元件之間的間隙剝除犧牲材料，從而在相應(yīng)導(dǎo)電元件之間留下氣隙。犧牲材料可以是例如聚合α-萜品烯層，多孔層可以是例如多孔碳摻雜氧化層，且剝除工藝可利用例如基于紫外線(UV)的固化工藝。
文檔編號H01L21/31GK101589459SQ200880003270
公開日2009年11月25日 申請日期2008年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月26日
發(fā)明者A·萊克斯曼, A·諾利, B·H·金, F·施米特, R·阿爾加瓦尼 申請人:應(yīng)用材料股份有限公司