层的通孔图形下方的低K介质 层中形成通孔结构；通孔结构的尺寸与通孔图形的相同；
[0036] 具体的，采用干法刻蚀在低K介质层1中形成通孔结构，然后，湿法清洗去除干法 刻蚀产生的聚合物副产物；
[0037] 步骤05 :请参阅图5,在通孔结构的底部、侧壁以及非通孔区域的硬掩膜层表面沉 积氮化硅薄膜；通孔图形的尺寸和通孔的目标尺寸值之差的一半等于氮化硅薄膜的厚度；
[0038] 具体的，可以采用化学气相沉积法沉积氮化硅薄膜4 ;这里的氮化硅薄膜4的厚度 等于通孔结构所增加的尺寸的一半，较佳的，氮化硅薄膜4的厚度为5〇〇~丨〇〇〇A。
[0039] 步骤06 :请参阅图6,经刻蚀去除通孔结构底部和非通孔区域的硬掩膜层表面的 氮化硅薄膜，保留通孔结构侧壁的氮化硅薄膜；
[0040] 具体的，采用等离子体干法刻蚀，由于干法刻蚀的工艺采用各向异性，因此，通孔 结构底部及非通孔结构表面的氮化硅薄膜4被刻蚀掉，而通孔结构侧壁的氮化硅薄膜4被 保留下来，形成氮化硅侧墙。
[0041] 步骤07 :请参阅图7,在通孔结构内填充金属，请参阅图8,并平坦化处理填充金属 顶部直至硬掩膜层表面齐平；填充金属的尺寸等于填充金属的目标尺寸值；
[0042] 具体的，在通孔结构内采用铜电镀的方式来形成铜金属5,例如，先在通孔底部氮 化硅薄膜侧壁形成铜籽晶层，然后在铜籽晶层表面沉积金属铜。并且采用化学机械研磨的 方式来控制铜金属5的高度，使铜金属5的的高度低于硬掩膜层的上层TiN3的底部，以确 保后续在湿法刻蚀氮化硅侧墙时，药液很容易的进入到氮化硅薄膜4中，以利于氮化硅薄 膜4的去除而形成空气隙。
[0043] 本实施例中，步骤07之后，且在步骤08之前，请参阅图9,还包括：去除上层TiN 3,保留下层SiON2 ;可以在化学机械研磨铜金属5时研磨去除上层TiN3并且停留在下层 SiON2表面。
[0044] 步骤08 :请参阅图10,采用湿法刻蚀去除通孔结构侧壁的氮化硅薄膜，从而在通 孔结构侧壁和通孔结构中的填充金属之间形成空气隙。
[0045] 具体的，本实施例中，步骤08中，由于下层SiON与氮化硅薄膜4的材料相近，因 此，本步骤08还包括同时刻蚀掉下层SiON2,在铜金属5和低K介质材料1之间形成空气 隙，所得到的结构如图10所示。
[0046] 本实施例中，湿法刻蚀采用的药液可以为Η3Ρ04,或者可以为H2S(VFPΗ202的混合 液。湿法刻蚀采用的药液为氏?0 4时，所采用的温度为150~170°C，刻蚀速率为110~150Α/ min。湿法刻蚀采用的药液为H2S0jPH202的混合液时，H2S0#H202的体积比值为1~10， 所采用的温度为80~120°C·
[0047] 需要说明的是，本发明中，由上层硬掩膜层和下层硬掩膜层构成的双硬掩膜层中， 上层硬掩膜层的主要作用是作为刻蚀通孔时的掩膜，下层硬掩膜层用作在平坦化填充金属 时的阻挡层；在本发明的其它实施例中，硬掩膜层还可以是由上层TaN和下层TE0S氧化物 构成。
[0048] 本发明的后道互连中实现空气隙的方法，在通孔的形成过程中增大通孔的尺寸， 氮化硅沉积的厚度与通孔尺寸增加的厚度相同，确保了通孔中填充金属的尺寸为目标尺 寸，并且采用湿法刻蚀工艺去除氮化硅，可以减少对填充金属和整个半导体衬底的损伤。
[0049] 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. 一种后道互连中实现空气隙的方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤01 :设定待形成的通孔、填充金属的目标尺寸值； 步骤02 :在一半导体衬底上依次形成低K介质层和硬掩膜层； 步骤03 :在所述硬掩膜层中刻蚀出通孔图形；所述通孔图形的尺寸大于所述通孔的目 标尺寸值； 步骤04 :以所述硬掩膜层为掩膜，在所述硬掩膜层的所述通孔图形下方的所述低K介 质层中形成通孔结构；所述通孔结构的尺寸与所述通孔图形的相同； 步骤05 :在所述通孔结构的底部、侧壁以及非通孔区域的所述硬掩膜层表面沉积氮化 硅薄膜；所述通孔图形的尺寸和所述通孔的目标尺寸值之差的一半等于所述氮化硅薄膜的 厚度； 步骤06 :经刻蚀去除所述通孔结构底部和所述非通孔区域的所述硬掩膜层表面的所 述氮化硅薄膜，保留所述通孔侧壁的所述氮化硅薄膜； 步骤07 :在所述通孔结构内填充金属，并平坦化处理所述填充金属顶部直至与所述硬 掩膜层表面齐平；所述填充金属的尺寸等于所述填充金属的目标尺寸值； 步骤08 :采用湿法刻蚀去除所述通孔结构侧壁的所述氮化硅薄膜，从而在所述通孔结 构侧壁和所述通孔结构中的填充金属之间形成空气隙。2. 根据权利要求1所述的后道互连中实现空气隙的方法，其特征在于，所述步骤02中， 所述硬掩膜层的材料包括金属或合金。3. 根据权利要求2所述的后道互连中实现空气隙的方法，其特征在于，所述步骤02中， 所述硬掩膜层包括下层SiON和上层TiN。4. 根据权利要求3所述的后道互连中实现空气隙的方法，其特征在于，所述步骤07之 后，且在所述步骤08之前，还包括：去除所述上层TiN，保留所述下层SiON;所述步骤08中， 还包括同时湿法刻蚀掉所述下层SiON。5. 根据权利要求1所述的后道互连中实现空气隙的方法，其特征在于，所述步骤03中， 包括：经光刻和刻蚀工艺在所述硬掩膜层中形成通孔图形，所述光刻和刻蚀工艺中所述通 孔图形的尺寸比目标尺寸值增加10~40%。6. 根据权利要求1所述的后道互连中实现空气隙的方法，其特征在于，所述步骤04中， 包括：采用干法刻蚀形成所述通孔结构，然后，湿法清洗去除所述干法刻蚀产生的聚合物副 产物。7. 根据权利要求1所述的后道互连中实现空气隙的方法，其特征在于，所述步骤08中， 所述湿法刻蚀采用的药液为Η3Ρ04，或者为H2S0jPΗ202的混合液。8. 根据权利要求7所述的后道互连中实现空气隙的方法，其特征在于，所述湿法刻蚀 采用的药液为氏?04时，所采用的温度为150~170°C，刻蚀速率为110~150A/min。9. 根据权利要求7所述的后道互连中实现空气隙的方法，其特征在于，所述湿法刻蚀 采用的药液为H2S0JPH202的混合液时，！12304与H202的体积比值为1~10,所采用的温度 为 80 ~12(TC。10. 根据权利要求1所述的后道互连中实现空气隙的方法，其特征在于，所述低K介质 层的材料为BDI或者BDII。
【专利摘要】本发明提供了一种后道互连中实现空气隙的方法，包括：设定待形成的通孔、填充金属的目标尺寸值；在一半导体衬底上依次形成低K介质层和硬掩膜层；在硬掩膜层中刻蚀出通孔图形；以硬掩膜层为掩膜，在硬掩膜层的通孔图形下方的低K介质层中形成通孔结构；在通孔结构的底部、侧壁以及非通孔区域的硬掩膜层表面沉积氮化硅薄膜；通孔图形的尺寸和通孔的目标尺寸值之差的一半等于氮化硅薄膜的厚度；经刻蚀去除通孔底部和非通孔区域的硬掩膜层表面的氮化硅薄膜，保留通孔侧壁的氮化硅薄膜；在通孔内填充金属，并平坦化处理填充金属顶部直至与硬掩膜层表面齐平；采用湿法刻蚀去除通孔侧壁的氮化硅薄膜，从而在通孔侧壁和通孔中的填充金属之间形成空气隙。
【IPC分类】H01L21/768
【公开号】CN105280550
【申请号】CN201510656788
【发明人】姚嫦娲
【申请人】上海集成电路研发中心有限公司
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年10月12日