层03中形成多个孔04 ；
[0036]具体的，本实施例中，首先，依次沉积底部抗反射层和光刻胶，然后，经曝光和显影，在光刻胶中形成孔图案；再以光刻胶为掩膜采用等离子体干法刻蚀工艺在第一阻挡层03中刻蚀出孔04 ;这里，孔04图案可以为圆孔图案，也可以为多边形孔图案，还可以为其它孔图案；孔04的个数和分布根据实际需要设计，主要的考虑因素包括互连线间的第一介质层或第二介质层的整体k值和机械性能。本实施例中，图4b为图4a中前段金属互连线与孔的位置关系示意图，孔04分布于前段互连金属线02之间，在互连金属线02之间可以分布一排孔04，也可以分布多排孔04，根据实际第一阻挡层的面积和互连金属线间的间距来设计；孔04的直径为20?50nm。
[0037]步骤03:请参阅图5，湿法刻蚀孔04下方的第一阻挡层03部分，在第一阻挡层03中形成空隙05 ;空隙05的直径大于孔04的直径；
[0038]具体的，本实施例中，湿法刻蚀所采用的药液为稀释氢氟酸；由于第一阻挡层03的材料为氮掺杂碳化硅，很难被氢氟酸腐蚀，可以很好地阻挡氢氟酸在非孔区域对其下方的多孔low-k材料进行腐蚀。由于湿法刻蚀具有各向同性，可以在对应于第一阻挡层中孔的下方的多孔low-k材料里形成大于第一阻挡层中孔径的空隙。需要说明的是，最终形成的空隙的大小取决于第一阻挡层中孔的大小、湿法刻蚀的时间以及步骤02中干法刻蚀的深度。
[0039]步骤04:请参阅图6，在第一阻挡层03上形成第二介质层06，以在第一介质层01中形成密封的空气隙05’ ；
[0040]具体的，本实施例中，第二介质层06的材料为多孔low-k材料；首先，采用PECVD方法在第一阻挡层上沉积low-k材料；然后，对low-k材料进行紫外固化工艺，形成多孔low-k材料。这里，多孔low-k材料的厚度为1000?3000A。由于PECVD制程中，在空隙顶部的沉积速率大于其底部的沉积速率，空隙很快就被封住，形成空气隙；但是，在对应第一阻挡层中孔的位置，多孔low-k材料表面仍然会有一个凹坑，其凹坑的大小取决于孔的孔径和多孔low-k材料沉积制程的台阶覆盖性(也就是空隙顶部沉积速率与其底部的沉积速率的大小)。
[0041]在本发明的一实施例中，对于多孔low-k材料表面具有凹坑的情况，采用化学机械研磨工艺对多孔low-k材料进行平坦化处理，将凹坑磨平，以避免对后续的光刻和刻蚀工艺造成不良影响。
[0042]步骤05:请参阅图7，在第二介质层06中形成后段金属互连线07。
[0043]具体的，本实施例中，在第二介质层06中经光刻和等离子体干法刻蚀工艺形成沟槽然后，在沟槽侧壁表面沉积扩散阻挡层，接着，再刻蚀沟槽底部的第一阻挡层，然后在沟槽中采用铜电镀来填充金属铜；最后，采用化学机械研磨工艺平坦化所填充的金属铜至第二介质层06表面。
[0044]本实施例中，请参阅图8，步骤05之后还包括:在第二介质层06表面和后段金属互连线07表面沉积第二阻挡层08 ;第二阻挡层08的材料可以为氮掺杂碳化硅。
[0045]综上所述，本发明的金属互连线间的介质层中形成空气隙的方法，通过在第一阻挡层中形成多个孔，湿法刻蚀为各向同性，通过这些孔腐蚀到其下面的第一阻挡层部分，从而在第一阻挡层中形成比孔大的空隙，在后续的第二介质层沉积时，由于介质层在空隙的台阶覆盖能力差，从而在第一介质层中形成密封的空气隙，进而降低了金属互连线间的介质层的k值。
[0046]虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。
【主权项】
1.一种金属互连线间的介质层中形成空气隙的方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤Ol:在半导体器件衬底上形成第一介质层，在所述第一介质层中形成前段金属互连线、以及在所述前段金属互连线表面和所述第一介质层表面沉积第一阻挡层； 步骤02:经光刻和刻蚀工艺，在所述第一阻挡层中形成多个孔； 步骤03:湿法刻蚀所述孔下方的所述第一阻挡层部分，在所述第一阻挡层中形成空隙；所述空隙的直径大于所述孔的直径； 步骤04:在所述第一阻挡层上形成第二介质层，以在第一介质层中形成密封的空气隙。
2.根据权利要求1所述的金属互连线间的介质层中形成空气隙的方法，其特征在于，所述步骤04之后还包括步骤05:在所述第二介质层中形成后段金属互连线。
3.根据权利要求1所述的金属互连线间的介质层中形成空气隙的方法，其特征在于，所述第一阻挡层的厚度为150?500A。
4.根据权利要求1所述的金属互连线间的介质层中形成空气隙的方法，其特征在于，所述第一介质层或所述第二介质层的材料为多孔low-k材料。
5.根据权利要求4所述的金属互连线间的介质层中形成空气隙的方法，其特征在于，所述步骤01中在所述形成前段金属互连线之前还包括:对所述第一介质层进行紫外固化工艺；或者所述步骤04中还包括:对所述第二介质层进行紫外固化工艺。
6.根据权利要求1所述的金属互连线间的介质层中形成空气隙的方法，其特征在于，所述孔的直径为20?50nmo
7.根据权利要求1所述的金属互连线间的介质层中形成空气隙的方法，其特征在于，所述步骤02中，所述刻蚀工艺为等离子体干法刻蚀工艺。
8.根据权利要求1所述的金属互连线间的介质层中形成空气隙的方法，其特征在于，所述步骤03中，所述湿法刻蚀所采用的药液为稀释氢氟酸。
9.根据权利要求1所述的金属互连线间的介质层中形成空气隙的方法，其特征在于，所述步骤04还包括:对所述第二介质层顶部进行平坦化处理。
10.根据权利要求1所述的金属互连线间的介质层中形成空气隙的方法，其特征在于，所述步骤05之后还包括:在所述第二介质层表面和所述后段金属互连线表面沉积第二阻挡层。
【专利摘要】本发明的一种金属互连线间的介质层中形成空气隙的方法，包括：在半导体器件衬底上形成第一介质层，在第一介质层中形成前段金属互连线、以及在前段金属互连线表面和第一介质层表面沉积第一阻挡层；经光刻和刻蚀工艺，在第一阻挡层中形成多个孔；湿法刻蚀孔下方的第一阻挡层部分，在第一阻挡层中形成空隙；空隙的直径大于孔的直径；在第一阻挡层上形成第二介质层；在第二介质层形成后段金属互连线。本发明通过湿法刻蚀孔下方的第一阻挡层部分，从而在第一阻挡层中形成比孔大的空隙，在第二介质层沉积时，由于台阶覆盖能力差，在第一介质层中形成密封的空气隙，降低了金属互连线间的介质层的k值。
【IPC分类】H01L21-764, H01L21-768
【公开号】CN104795359
【申请号】CN201510173994
【发明人】雷通, 周海锋, 方精训
【申请人】上海华力微电子有限公司
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月13日