專利名稱：降低層間介質(zhì)層介電常數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造技術(shù)，特別涉及一種降低層間介質(zhì)層介電常數(shù)的方法。
背景技術(shù)：
目前,在半導(dǎo)體器件的后段(back-end-of-1 ine, BE0L)工藝中，制作半導(dǎo)體集成電路時，半導(dǎo)體器件層形成之后，需要在半導(dǎo)體器件層之上形成金屬互連層，每層金屬互連層包括金屬互連線和層間介質(zhì)層(Inter-layer dielectric, ILD),這就需要對上述層間介質(zhì)層制造溝槽(trench)和連接孔，然后在上述溝槽和連接孔內(nèi)沉積金屬，沉積的金屬即為金屬互連線，一般選用銅作為金屬互連線材料。圖1為金屬互連層的結(jié)構(gòu)示意圖，其包括層間介質(zhì)層101和金屬互連線102。層間介質(zhì)層一般采用低介電常數(shù)(Low-K)絕緣材料層，例如含有硅、氧、碳、氫元素的類似氧化物(Oxide)的黑鉆石(black diamond, BD)材料、未摻雜的硅酸鹽玻璃(USG)，氟化玻璃(FSG)等。其中，F(xiàn)SG和USG的介電常數(shù)大于3，BD的介電常數(shù)為2.7 3。隨著集成電路的不斷發(fā)展，后段金屬互連層的層數(shù)越來越密集，為了降低整個集成電路(IC)的電阻電容(RC)延遲，提高器件的電學(xué)性能，開發(fā)了新型超低k(ULK)層間介質(zhì)層材料，一般為多孔材料，比上述的BD、FSG、USG具有更低的介電常數(shù)，例如可以是多孔摻碳的二氧化硅，稱之為黑鉆石二代(BDII)。但是這種多孔材料的問題也比較明顯:一、機(jī)械強(qiáng)度差，在溝槽和連接孔內(nèi)沉積完金屬銅之后，需要對金屬銅進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)，同時會研磨到層間介質(zhì)層，此時，具有較差機(jī)械強(qiáng)度的層間介質(zhì)層很容易形成變形或者裂縫；二、由于多孔材料易吸收的特點，很容易在干法刻蝕或者濕法刻蝕時吸收化學(xué)物質(zhì)，改變材料的性質(zhì)；三、現(xiàn)有技術(shù)中為了防止銅擴(kuò)散進(jìn)入層間介質(zhì)層，更好地限制在溝槽和連接孔內(nèi)，一般在層間介質(zhì)層和金屬互連線之間沉積阻擋膜，而阻擋膜在形成過程中很容易擴(kuò)散到多孔的層間介質(zhì)層材料中，降低器件的電學(xué)性能，如擊穿電壓(VBD)等。因此，如何降低集成電路的RC延遲成為業(yè)內(nèi)需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:如何降低集成電路的RC延遲。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實現(xiàn)的:本發(fā)明公開了一種降低層間介質(zhì)層介電常數(shù)的方法，應(yīng)用于半導(dǎo)體器件的后段工藝中，該方法包括:預(yù)先對層間介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，并在其內(nèi)填充金屬互連線形成當(dāng)層金屬互連層；在所形成的當(dāng)層金屬互連層的層間介質(zhì)層表面打孔。所述在所形成的當(dāng)層金屬互連層的層間介質(zhì)層表面打孔為:在層間介質(zhì)層上采用直接自組裝DSA方法形成多孔圖案；以所述多孔圖案為掩膜，對層間介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，在層間介質(zhì)層表面形成多個預(yù)定深度和寬度的孔。
所述在層間介質(zhì)層上采用直接自組裝為:在層間介質(zhì)層表面涂布共聚物copolymer,所述共聚物自動形成多孔圖案。所述共聚物為由兩種聚合物聚苯乙烯PS和聚乙烯甲基丙烯酸甲酯PMMA混合而成的 PS-PMMA。以所述多孔圖案為掩膜，對層間介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕的步驟在刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)進(jìn)行，刻蝕氣體包括八氟化四碳C4F8、二氟甲烷CH2F2、N2和Ar ；其中，C4F8的流量為5 100標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘sccm，CH2F2的流量為5 lOOsccm, N2 的流量為 100 500sccm, Ar 的流量為 100 lOOOsccm。對層間介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，形成多個孔之后，該方法進(jìn)一步包括去除共聚物的步驟。所述去除共聚物采用干法刻蝕刻蝕氣體包括二氧化碳和甲烷。在層間介質(zhì)層表面涂布共聚物之前，該方法進(jìn)一步包括對層間介質(zhì)層進(jìn)行回刻，至顯露出預(yù)定高度的金屬互連線。所述孔的直徑不大于20納米。所述層間介質(zhì)層包括:黑金剛石BD、未摻雜的硅酸鹽玻璃USG或者氟化玻璃FSG。由上述的技術(shù)方案可見，本發(fā)明在當(dāng)層金屬互連層的層間介質(zhì)層表面打孔，使層間介質(zhì)層具有多個且有一定深度的孔，由于這些孔是后期打上去的，在孔的密度、深度及數(shù)量上，相比于黑鉆石二代那些多孔材料的孔來說，都明顯低很多，這樣就不會出現(xiàn)上述所說的多孔材料所存在的問題，但由于這些孔內(nèi)充滿了空氣，空氣的介電常數(shù)為1，使得層間介質(zhì)層的整體介電常數(shù)下降，從而實現(xiàn)了本發(fā)明的目的。


圖1為金屬互連層的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實施例降低層間介質(zhì)層介電常數(shù)的方法的流程示意圖。圖2a至圖2d為本發(fā)明實施例降低層間介質(zhì)層介電常數(shù)的方法的具體剖面示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案、及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實施例時，為了便于說明，表示結(jié)構(gòu)的示意圖會不依一般比例作局部放大，不應(yīng)以此作為對本發(fā)明的限定，此外，在實際的制作中，應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。本發(fā)明實施例降低層間介質(zhì)層介電常數(shù)的方法，其流程示意圖如圖2所示，包括以下步驟，下面結(jié)合圖2a至圖2d，進(jìn)行詳細(xì)說明。步驟21、請參閱圖2a，提供當(dāng)層金屬互連層的層間介質(zhì)層和金屬互連線；具體地，在當(dāng)層金屬互連層的層間介質(zhì)層101上刻蝕形成溝槽和連接孔，在所述溝槽和連接孔內(nèi)沉積金屬銅，然后對其中高于層間介質(zhì)層表面的金屬銅進(jìn)行CMP，沉積有金屬銅的溝槽和連接孔稱為金屬互連線102。步驟22、請參閱圖2b,在層間介質(zhì)層101表面采用直接自組裝(Directedself-assembly, DSA)方法形成多孔圖案201 ；具體地，在層間介質(zhì)層表面涂布共聚物(copolymer)。需要說明的是，共聚物只會生長在層間介質(zhì)層表面，而不會附著在金屬銅表面，而且共聚物由多種聚合物組成，其特性就是這幾種聚合物會在層間介質(zhì)層表面自動分離，形成規(guī)則排列的多孔圖案，本領(lǐng)域技術(shù)人員稱之為DSA方法。其中，要求各個孔的直徑小于20納米，目的是避免后續(xù)在層間介質(zhì)層表面沉積材料時，由于孔的直徑太大，而進(jìn)入這些孔內(nèi)，而且如果孔的直徑太大，就會導(dǎo)致其具有差的機(jī)械強(qiáng)度等問題。本發(fā)明實施例采用的共聚物為PS-PMMA,即由兩種聚合物聚苯乙烯(polystyrene,PS)和聚乙烯甲基丙烯酸甲酯(Poly methyl methacrylate, PMMA)混合而成,該共聚物在層間介質(zhì)層表面自動形成多孔圖案。其多孔圖案的孔直徑為18納米，且孔與孔之間具有42納米的間距，排列比較規(guī)則。步驟23、請參閱圖2c，以所述多孔圖案201為掩膜，對層間介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，在層間介質(zhì)層表面形成多個預(yù)定深度和寬度的孔202 ；由于是以多孔圖案為掩膜，所以刻蝕層間介質(zhì)層形成的孔與所述多孔圖案的孔一致。對層間介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕的步驟在刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)進(jìn)行，對刻蝕氣體及流量參數(shù)進(jìn)行一定的控制，就可以形成所需要的孔。具體地，可以采用含氟氣體，本發(fā)明實施例中刻蝕氣體包括八氟化四碳(C4F8)、二氟甲烷(CH2F2)、N2和Ar，其中，C4F8的流量為5 100標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘(sccm), CH2F2的流量為5 lOOsccm, N2的流量為100 500sccm, Ar的流量為100 lOOOsccm。進(jìn)一步地，本發(fā)明實施例還包括步驟24、請參閱圖2d，去除所述掩膜。其中，作為掩膜的共聚物的去除可以采用濕法刻蝕或者干法刻蝕。以干法刻蝕為例，可以在刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)通入二氧化碳和甲烷等氣體，這是本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員所熟知的方法，在此不再贅述。本發(fā)明優(yōu)選實施例為在步驟21和22之間加入回刻層間介質(zhì)層的步驟。經(jīng)過回刻的層間介質(zhì)層的高度明顯低于金屬互連線的高度，這樣由于凸出的金屬互連線能夠明顯將層間介質(zhì)層劃分為多個區(qū)域，在有限小的區(qū)域范圍內(nèi)，更有利于共聚物特性的發(fā)揮，即能夠更有效地形成上述的多孔圖案。需要說明的是，本發(fā)明實施例是利用了共聚物的特性，以共聚物所形成的掩膜，對層間介質(zhì)層進(jìn)行打孔，其他能夠?qū)崿F(xiàn)在層間介質(zhì)層表面打孔的方式，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。而且，共聚物也不限于本發(fā)明實施例中的PS-PMMA，還可以是其他兩種或者兩種以上聚合物混合形成的共聚物。通過本發(fā)明的方法，層間介質(zhì)層的K值可以比原來降低20% 30%，在克服了多孔材料所存在的問題的基礎(chǔ)之上，實現(xiàn)了本發(fā)明的目的，大大降低了層間介質(zhì)層的介電常數(shù)，從而降低了集成電路的RC延遲。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種降低層間介質(zhì)層介電常數(shù)的方法，應(yīng)用于半導(dǎo)體器件的后段工藝中，其特征在于，該方法包括:預(yù)先對層間介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，并在其內(nèi)填充金屬互連線形成當(dāng)層金屬互連層；在所形成的當(dāng)層金屬互連層的層間介質(zhì)層表面打孔。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所形成的當(dāng)層金屬互連層的層間介質(zhì)層表面打孔為: 在層間介質(zhì)層上采用直接自組裝DSA方法形成多孔圖案； 以所述多孔圖案為掩膜，對層間介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，在層間介質(zhì)層表面形成多個預(yù)定深度和寬度的孔。
3.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述在層間介質(zhì)層上采用直接自組裝為:在層間介質(zhì)層表面涂布共聚物copolymer,所述共聚物自動形成多孔圖案。
4.按權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述共聚物為由兩種聚合物聚苯乙烯PS和聚乙烯甲基丙烯酸甲酯PMMA混合而成的PS-PMMA。
5.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，以所述多孔圖案為掩膜，對層間介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕的步驟在刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)進(jìn)行，刻蝕氣體包括八氟化四碳C4F8、二氟甲烷CH2F2、N2和Ar ； 其中，C4F8的流量為5 100標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘sccm，CH2F2的流量為5 lOOsccm，N2的流量為100 500sccm, Ar的流量為100 lOOOsccm。
6.按權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，對層間介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，形成多個孔之后，該方法進(jìn)一步包括去除共聚物的步驟。
7.按權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述去除共聚物采用干法刻蝕刻蝕氣體包括二氧化碳和甲烷。
8.按權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在層間介質(zhì)層表面涂布共聚物之前，該方法進(jìn)一步包括對層間介質(zhì)層進(jìn)行回刻，至顯露出預(yù)定高度的金屬互連線。
9.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述孔的直徑不大于20納米。
10.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述層間介質(zhì)層包括:黑金剛石BD、未摻雜的硅酸鹽玻璃USG或者氟化玻璃FSG。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種降低層間介質(zhì)層介電常數(shù)的方法，應(yīng)用于半導(dǎo)體器件的后段工藝中，該方法包括預(yù)先對層間介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，并在其內(nèi)填充金屬互連線形成當(dāng)層金屬互連層；在所形成的當(dāng)層金屬互連層的層間介質(zhì)層表面打孔。采用本發(fā)明能夠有效降低集成電路的RC延遲。
文檔編號H01L21/768GK103094191SQ20111034049
公開日2013年5月8日 申請日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月1日
發(fā)明者張海洋, 王新鵬, 洪中山 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司