專(zhuān)利名稱(chēng)：一種具有超低介電常數(shù)層的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子領(lǐng)域，尤其涉及ー種具有超低介電常數(shù)層的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
鋁互連線廣泛應(yīng)用于集成電路的后段互連中，主要的原因是它具有良好的導(dǎo)電性能，同時(shí)鋁又具有和介電質(zhì)材料、半導(dǎo)體材料有著很好的粘附性能。然而隨著集成度的進(jìn)ー步提高，導(dǎo)線的尺寸也越來(lái)越小，鋁導(dǎo)線的電阻也顯得較高，同時(shí)也已經(jīng)難以滿足高電流密度的要求，因此逐漸過(guò)渡到了銅導(dǎo)線。
與此同時(shí)，介電質(zhì)材料也由于電容電阻延遲效應(yīng)的逐漸增加而從最初的氧化硅(介電常數(shù)為4左右)過(guò)渡到了氟硅玻璃(介電常數(shù)為3. 7左右)再到摻碳的氧化硅(介電常數(shù)為3左右)，而到了 45nm技術(shù)結(jié)點(diǎn)以下，甚至到了具有一定孔洞的超低介電常數(shù)材料(介電常數(shù)小于2. 5)。超低介電常數(shù)材料的合理應(yīng)用能夠降低電容電阻延遲效應(yīng)，然而，由于其孔洞的存在，也給具有該材料的半導(dǎo)體制備帶來(lái)了很多挑戰(zhàn)例如超低介電常數(shù)材料的力學(xué)性能較差，楊氏模量和硬度與較傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料相比都比較低，同時(shí)容易在后續(xù)的半導(dǎo)體加エエ藝中，產(chǎn)生介電常數(shù)升高的現(xiàn)象，尤其是如果經(jīng)過(guò)干法蝕刻加工エ藝以后，超低介電常數(shù)薄膜的質(zhì)量會(huì)受到一定程度的損傷，如圖I中所示，其中，圖I為現(xiàn)有技術(shù)在僅包括超低介電常數(shù)材料制成的第二介電層5上制作的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)中的第一層大馬士革結(jié)構(gòu)的示意圖，圖中的虛線O表示的即為薄膜受到的損傷，受到損傷的超低介電常數(shù)的薄膜的介電常數(shù)會(huì)升高的更多而達(dá)不到超低介電常數(shù)的要求。因此在半導(dǎo)體加工過(guò)程中，對(duì)于超低介電常數(shù)薄膜需要盡可能的避免干法蝕刻對(duì)其的影響，然而傳統(tǒng)的銅大馬士革制備エ藝卻不能夠避免這ー影響。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是ー種具有超低介電常數(shù)層的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)的方法；在該銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)中用到超低介電常數(shù)薄膜做為層間介電質(zhì)。本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
ー種具有超低介電常數(shù)層的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)的方法，其中，包括以下步驟
Si:提供一村底，所述半導(dǎo)體襯底為具有半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的襯底；
S2 :在所述襯底上依次沉積刻蝕阻擋層、第一層間介電質(zhì)層，所述第一層間介電層為低介電常數(shù)層；
S3:在所述第一層間介電層上由下往上依次沉積第一氧化層、金屬保護(hù)層、第二氧化層、第一底部抗反射層；
S4:進(jìn)行光刻エ藝，在所述刻蝕阻擋層上蝕刻出第一溝槽和第一通孔，在所述第一溝槽和所述第一通孔中填充銅，并進(jìn)行平坦化處理至第一層間介電層，形成第一金屬層；55:在所述第一層間介電層上進(jìn)行選擇性刻蝕，制作出第二溝槽和第三溝槽；
56:在所述第一溝槽、第二溝槽、第一層間介電層和所述第一金屬層上填充并沉積超低介電常數(shù)材料，形成第二層間介質(zhì)層，并且進(jìn)行平坦化處理，去除覆蓋在第一介電層和第一金屬層上的超低介電常數(shù)材料，形成第一層銅大馬士革結(jié)構(gòu)；
57:在所述第一層銅大馬士革結(jié)構(gòu)上重復(fù)執(zhí)行S2至S6的步驟，形成第二層銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)。上述的具有超低介電常數(shù)層的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)的方法，其中，在步驟S4中還包括以下步驟
蝕刻第一底部抗反射層至所述第一氧化層，形成第四溝槽；
在所述第四溝槽中和所述第二氧化層上沉積第二底部抗反射層，并進(jìn)行刻蝕至第一層間介電層上，在所述第一層間介電層中形成第一通孔；
去除覆蓋在金屬保護(hù)層上的第二底部抗反射層和第二氧化層和第四溝槽中的第二底部抗反射層，并且對(duì)所述第四溝槽的底部進(jìn)行刻蝕，在所述第一層間介電層中形成第一溝槽。上述的具有超低介電常數(shù)層的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)的方法，其中，在步驟S4中，采用電化學(xué)鍍膜技術(shù)在所述第一溝槽和所述第一通孔中填充銅。上述的具有超低介電常數(shù)層的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)的方法，其中，所述刻蝕阻擋層為含有氮元素的刻蝕阻擋層。上述的具有超低介電常數(shù)層的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)的方法，其中，所述第一層間介電層的介電常數(shù)為4-2. 5。上述的具有超低介電常數(shù)層的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)的方法，其中，所述第一氧化層和所述第二氧化層為氧化硅材料制成。上述的具有超低介電常數(shù)層的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)的方法，其中，所述金屬保護(hù)層為氮化鈦層。上述的具有超低介電常數(shù)層的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)的方法，其中，所述超低介電常數(shù)材料為多孔性材料，其介電常數(shù)為2. 5-1。上述的具有超低介電常數(shù)層的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)的方法，其中，所述第二層間介電層通過(guò)低介電質(zhì)材料加入有機(jī)成孔劑制備，并且對(duì)所述第二層間介電層進(jìn)行紫外光照射。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于
本發(fā)明利用傳統(tǒng)エ藝形成銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)，其中層間介電質(zhì)層采用低介電常數(shù)薄膜，然后再利用干法蝕刻エ藝選擇性的將銅線間的介電質(zhì)薄膜去除，隨后用超低介電常數(shù)薄膜對(duì)其進(jìn)行填充，并進(jìn)行紫外光照射去除薄膜中的有機(jī)成孔劑形成孔洞，以達(dá)到降低薄膜介電常數(shù)的目的。采用該種方法所制備的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)，其層間介電質(zhì)不會(huì)受到后續(xù)干法蝕刻エ藝的影響而產(chǎn)生介電常數(shù)升高的現(xiàn)象，并且相對(duì)傳統(tǒng)的エ藝步驟來(lái)說(shuō)，其層間介電質(zhì)的力學(xué)性能要好，便于エ藝整合。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)中的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)的方法中制作的第一層大馬士革結(jié)構(gòu)示意 圖2A-圖2H是本發(fā)明的ー種具有超低介電常數(shù)層的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)的方法中制作第一層大馬士革結(jié)構(gòu)的方法示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合原理圖和具體操作實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說(shuō)明。ー種具有超低介電常數(shù)層的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)的方法，其中，包括以下步驟
如圖2A中所示，步驟SI :提供一村底1，該襯底I為具有半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的襯底； 步驟S2 :在襯底I上由下往上依次沉積刻蝕阻擋層2、第一層間介電層21，該第一層間介電層21為低介電常數(shù)層；
其中，在該步驟中，在襯底I上制作的刻蝕阻擋層2為含氮元素的刻蝕阻擋層，例如，可以是氮化硅層，還可以是摻碳的氮化硅材料制成。另外，該第一層間介電層21由介電常數(shù)介于4-2. 5之間的低介電常數(shù)材料制成，例如，氟硅玻璃材料或摻碳的氧化硅材料制成。進(jìn)ー步地，在第一層間介電層21上由下往上依次沉積第一氧化層22、金屬保護(hù)層23、第二氧化層24、第一底部抗反射層25。其中，第一氧化層22和第二氧化層24可以由氧化硅材料制成。金屬保護(hù)層23為氮化鈦材料制成。如圖2B中所不，執(zhí)行步驟S3 :在所述第一底部抗反射層25表面旋涂ー層光刻膠，蝕刻第一底部抗反射層25至第一氧化層22，在第一氧化層22中形成第四溝槽35，去除第ニ氧化層24表面的第一底部抗反射層25 ；
如圖2C所示，步驟S4 :在第四溝槽中35和第二氧化層24上沉積第二底部抗反射層26，并進(jìn)行刻蝕至第一層間介電層21上，在第一層間介電層21中形成第二通孔36。如圖2D所示，步驟S5 :進(jìn)行光刻エ藝，去除第二底部抗反射層26和第二氧化物層24，并對(duì)第四溝槽35的底部進(jìn)行刻蝕，在第一層間介電層21中形成第一溝槽31，對(duì)第二通孔36的底部進(jìn)行刻蝕至刻蝕阻擋層2，在刻蝕阻擋層2中形成了第一通孔32。如圖2E所示，步驟S6 :采用電化學(xué)鍍膜技術(shù)(ECP)在第一溝槽31和第一通孔32中填滿銅，并進(jìn)行化學(xué)機(jī)械平坦化處理至第一層間介電層21，形成第一銅金屬層4 ；
如圖2F所示，步驟S7 :在第一層間介電層21上進(jìn)行選擇性干法刻蝕，去除第一銅金屬層4兩旁一定區(qū)域內(nèi)的第一層間介電層21，從而在第一層間介電層21中制作出第二溝槽33和第三溝槽34 ；
如圖2G所示，步驟S8 :在第一溝槽31、第二溝槽33、第一層間介電層21和第一銅金屬層4上填充并沉積超低介電常數(shù)材料，形成第二層間介質(zhì)層5。在此步驟中，制成第二層間介質(zhì)層5的超低介電常數(shù)材料為多孔性材料，其由低介電質(zhì)材料加入有機(jī)成孔劑制備而成，其介電常數(shù)為2. 5-1，并且對(duì)第二層間介電層5進(jìn)行紫外光照射使得有機(jī)成孔劑會(huì)發(fā)形成可控氣泡，該氣泡的直徑在O. 5nm-2nm之間。如圖2H所示，步驟S9 :采用化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)(CMP )進(jìn)行平坦化處理，去除覆蓋在第一介電層21和第一銅金屬層4上的超低介電常數(shù)材料，形成第一層銅大馬士革結(jié)構(gòu)；
步驟SlO :在第一層銅大馬士革結(jié)構(gòu)上重復(fù)執(zhí)行S2至S9的步驟，形成第二層銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)。以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但本發(fā)明并不限制于以上描述的具體實(shí)施例，其只是作為范例。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何等同修 改和替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作出的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有超低介電常數(shù)層的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于， 包括以下步驟 51:提供一襯底，所述襯底為具有半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的襯底； 52:在所述襯底上依次沉積刻蝕阻擋層、第一層間介電質(zhì)層，所述第一層間介電層為低介電常數(shù)層； S3:在所述第一層間介電層上由下往上依次沉積第一氧化層、金屬保護(hù)層、第二氧化層、第一底部抗反射層； 54:進(jìn)行光刻工藝，在所述刻蝕阻擋層上蝕刻出第一溝槽和第一通孔，在所述第一溝槽和所述第一通孔中填充銅，并進(jìn)行平坦化處理至第一層間介電層，形成第一金屬層； 55:在所述第一層間介電層上進(jìn)行選擇性刻蝕，制作出第二溝槽和第三溝槽； 56:在所述第一溝槽、第二溝槽、第一層間介電層和所述第一金屬層上填充并沉積超低介電常數(shù)材料，形成第二層間介質(zhì)層，并且進(jìn)行平坦化處理，去除覆蓋在第一介電層和第一金屬層上的超低介電常數(shù)材料，形成第一層銅大馬士革結(jié)構(gòu)； 57:在所述第一層銅大馬士革結(jié)構(gòu)上重復(fù)執(zhí)行S2至S6的步驟，形成第二層銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有超低介電常數(shù)層的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，在步驟S4中還包括以下步驟 蝕刻第一底部抗反射層至所述第一氧化層，形成第四溝槽； 在所述第四溝槽中和所述第二氧化層上沉積第二底部抗反射層，并進(jìn)行刻蝕至第一層間介電層上，在所述第一層間介電層中形成第二通孔； 去除覆蓋在金屬保護(hù)層上的第二底部抗反射層和第二氧化層和第四溝槽中的第二底部抗反射層，并且對(duì)所述第四溝槽的底部，在所述第一層間介電層中形成第一溝槽；對(duì)所述第二通孔的底部進(jìn)行刻蝕至刻蝕阻擋層，在所述刻蝕阻擋層中形成了第一通孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有超低介電常數(shù)層的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，在步驟S4中，采用電化學(xué)鍍膜技術(shù)在所述第一溝槽和所述第一通孔中填充銅。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有超低介電常數(shù)層的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述刻蝕阻擋層為含有氮元素的刻蝕阻擋層。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有超低介電常數(shù)層的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述第一層間介電層的介電常數(shù)為4-2. 5。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有超低介電常數(shù)層的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述第一氧化層和所述第二氧化層為氧化硅材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有超低介電常數(shù)層的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述金屬保護(hù)層為氮化鈦層。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有超低介電常數(shù)層的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述超低介電常數(shù)材料為多孔性材料，其介電常數(shù)為2. 5-1。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有超低介電常數(shù)層的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)的方法，其特征在 于，所述第二層間介電層通過(guò)低介電質(zhì)材料加入有機(jī)成孔劑制備，并且對(duì)所述第二層間介電層進(jìn)行紫外光照射。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有超低介電常數(shù)層的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)的方法，包括提供一襯底；在襯底上依次沉積刻蝕阻擋層、低介電常數(shù)的第一層間介電質(zhì)層、第一氧化層、金屬保護(hù)層、第二氧化層、第一底部抗反射層；在刻蝕阻擋層上蝕刻出第一溝槽和第一通孔，在第一溝槽和第一通孔中填充銅，并進(jìn)行平坦化處理至第一層間介電層，形成第一金屬層；在第一層間介電層上制作出第二溝槽和第三溝槽；在第一溝槽、第二溝槽、第一層間介電層和第一金屬層上填充并沉積超低介電常數(shù)材料，形成第二層間介質(zhì)層，去除覆蓋在第一介電層和第一金屬層上的超低介電常數(shù)材料，形成第一層銅大馬士革結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的層間介電質(zhì)的力學(xué)性能要好，便于工藝整合。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102820258SQ20121015891
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月22日
發(fā)明者徐強(qiáng) 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司