CN102938399B - 一种介电常数可调整的金属互连层及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种介电常数可调整的金属互连层，包括依次沉积的阻挡层、介质层、金属导线层和阻挡层，所述金属导线层设于所述介质层中，所述金属导线层间的介质层中设有封闭的空隙。本发明的技术方案结构简单、方法简便易行、成本较低，应用本发明可以在固定介质层薄膜的情况下获得更低而且可调的介电常数的金属层间介质层薄膜，提高器件速度，满足不同产品的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种大马士革工艺的铜互连层及其制作方法，尤其涉及一种介电常数可调整的金属互连层及其制作方法。
背景技术
随着器件尺寸的不断缩小，由金属互连引起的器件延迟越来越成为提高器件速度的阻碍，而降低金属互连延迟一种非常有效的方法是使用更低介电常数的介质膜。
业界普遍使用的大马士革铜互连技术，通过依次沉积、光刻、刻蚀、铜电镀、铜研磨形成阻挡层、介质层、设于介质层中的铜导线层和阻挡层。其介质介电常数完全由所使用的介质层的薄膜的介电常数决定，一旦选定膜质厚，其介电常数是固定的，无法调整。现有的业界普遍使用的22nm~130nm的技术结点的介电介电常数通常在2.2~3.7。
一经选定即不可变动的介质层薄膜为降低以及调整介质层的介电常数带来困难。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种介电常数可调整的金属互连层及其制作方法。
发明内容
鉴于上述的现有技术中的问题，本发明所要解决的技术问题是现有的介质层薄膜的介电常数固定不变给降低以及调整介质层的介电常数带来的困难。
本发明提供的一种介电常数可调整的金属互连层，包括依次沉积的阻挡层、介质层、金属导线层和阻挡层，所述金属导线层设于所述介质层中，所述金属导线层间的介质层中设有封闭的空隙。
在本发明的一个较佳实施方式中，所述空隙为真空或含有空气。
在本发明的另一较佳实施方式中，所述介质层的材料选自正硅酸乙酯、氟硅玻璃或低介电常数薄膜。
在本发明的另一较佳实施方式中，所述阻挡层的材料选自SiCN。
在本发明的另一较佳实施方式中，所述金属导线层的外围还设有金属扩散阻挡层。
在本发明的另一较佳实施方式中，所述金属导线层为铜导线层。
在本发明的另一较佳实施方式中，所述金属扩散阻挡层的材料选自TaN。
一种如权上述的介电常数可调整的金属互连层的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：通过大马士革金属互连技术形成依次沉积的阻挡层、介质层、金属导线层，所述金属导线层设于所述介质层中；
步骤2：通过回刻（etchback），在金属导线层间的介质层中形成孔洞；
步骤3：在所述步骤3中形成的孔洞中涂布有机物；
步骤4：沉积刻蚀阻挡层；
步骤5：在步骤4中的刻蚀阻挡层上形成开口，并通过所述开口去除刻蚀阻挡层下的有机物层；
步骤6：沉积介质层，在金属导线层间形成封闭的空隙。
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤2中形成的孔洞的深度可随需要进行调整。
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤5中通过各向同性刻蚀去除有机物层。
本发明的技术方案结构简单、方法简便易行、成本较低，应用本发明可以在固定介质层薄膜的情况下获得更低而且可调的介电常数的金属层间介质层薄膜，提高器件速度，满足不同产品的需求。
附图说明
图1是本发明的实施例的介质层的结构示意图；
图2是本发明的实施例沟槽的结构示意图；
图3是本发明的实施例金属导线层的结构示意图；
图4是本发明的实施例孔洞的结构示意图；
图5是本发明的实施例有机物层的结构示意图；
图6是本发明的实施例刻蚀阻挡层的结构示意图；
图7是本发明的实施例开口的结构示意图；
图8是本发明的实施例去除有机物层后的结构示意图；
图9是本发明的实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明做具体阐释。
本发明的实施例的金属互连层及其制作方法，包括：
如图1中所示，步骤1包括依次沉积阻挡层3、介质层2、和覆盖层1；阻挡层3优选为SiCN层；介质层2优选自正硅酸乙酯（TEOS）薄膜、氟硅玻璃(FSG)薄膜、SiCOH或低介电常数薄膜；覆盖层1优选为二氧化硅层、氮氧化硅层；
如图2中所示，通过光刻、刻蚀形成沟槽4；
如图3中所示，通过电镀、研磨形成金属导线层6，优选为铜导线层，并优选在金属导线层6的外围还设有金属扩散阻挡层5；优选金属扩散阻挡层5为TaN层；
如图4中所示，步骤2包括通过回刻（etchback），在金属导线层6间的介质层2中形成孔洞7；回刻（etchback）是为了充分暴露内层铜环表面积而控制性地去除孔壁非金属材料至规定深度的工艺。即用化学方法，将孔壁非金属材料定量去除至规定深度的工艺；其中孔洞7的深度h可随需要进行调整，以此达到介质层整体介电常数可调的性能；
如图5中所示，步骤3包括在步骤3中形成的孔洞7中涂布有机物8；
如图6中所示，步骤4包括沉积刻蚀阻挡层31，
如图7中所示，步骤5包括在步骤4中的刻蚀阻挡层31上形成开口9，并如图8中所示，通过开口9去除刻蚀阻挡层31下的有机物8层；优选通过各向同性刻蚀去除有机物8层；
如图9中所示，步骤6包括沉积介质层2，在金属导线层6间形成封闭的空隙10。
本发明的技术方案结构简单、方法简便易行、成本较低，应用本发明可以在固定介质层薄膜的情况下获得更低而且可调的介电常数的金属层间介质层薄膜，提高器件速度，满足不同产品的需求。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (9)
1.一种介电常数可调整的金属互连层的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：通过大马士革金属互连技术形成依次沉积的阻挡层、第一介质层、金属导线层，所述金属导线层设于所述第一介质层中；
步骤2：通过回刻(etchback)，在金属导线层间的第一介质层中形成孔洞；
步骤3：在所述步骤2中形成的孔洞中涂布有机物；
步骤4：沉积刻蚀阻挡层；
步骤5：在步骤4中的刻蚀阻挡层上形成开口，并通过所述开口去除刻蚀阻挡层下的有机物层；
步骤6：沉积第二介质层，在金属导线层间形成封闭的空隙。
2.如权利要求1所述的介电常数可调整的金属互连层的制作方法，其特征在于，所述步骤2中形成的孔洞的深度可随需要进行调整。
3.如权利要求1所述的介电常数可调整的金属互连层的制作方法，其特征在于，所述步骤5中通过各向同性刻蚀去除有机物层。
4.如权利要求1所述的介电常数可调整的金属互连层的制作方法，其特征在于，所述空隙为真空或含有空气。
5.如权利要求1所述的介电常数可调整的金属互连层的制作方法，其特征在于，所述第一、第二介质层的材料选自正硅酸乙酯、氟硅玻璃或低介电常数薄膜。
6.如权利要求1所述的介电常数可调整的金属互连层的制作方法，其特征在于，所述阻挡层的材料选自SiCN。
7.如权利要求1所述的介电常数可调整的金属互连层的制作方法，其特征在于，所述金属导线层的外围还设有金属扩散阻挡层。
8.如权利要求1所述的介电常数可调整的金属互连层的制作方法，其特征在于，所述金属导线层为铜导线层。
9.如权利要求7所述的介电常数可调整的金属互连层的制作方法，其特征在于，所述金属扩散阻挡层的材料选自TaN。
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