[发明专利]空气隙、空气隙的形成方法及半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种空气隙、空气隙的形成方法及半导体器件。

背景技术

当半导体工业将工艺技术演进至90nm以下，相邻的连接线间的距离变得越来越小，其间产生的电容越来越大，该电容也称寄生电容，该电容不仅影响芯片的运行速度，也对芯片上的器件的可靠性有严重影响。为了减轻这种问题，半导体工艺以低介电材料(3.0＜k＜4.2)取代例如氧化硅(k＝4.2)等高介电常数的层间介质层及金属间介电层，以降低相邻的连线间的电容。当工艺技术演进至32-45nm时，电容的问题变得更加严重，3.0＜k＜4.2的低介电材料已无法满足要求，业内希望进一步降低层间介质层及金属间介电层的介电常数。

理想情况下，该介电常数可以降低至1.0，这为真空的介电常数，空气的介电常数为1.001，几乎接近真空的介电常数。因此，业内出现了在金属导线之间形成空气隙(air gap)，以降低金属导线间的电容耦合。

图1为现有的空气隙14的立体结构图。底层介电层11上形成有金属互连结构12，该结构中的金属间介电层被刻蚀后形成空气隙14，接着还形成有顶层介电层13，该介电层13用于封闭该空气隙14，并且之后其中形成有通孔(via)，该通孔用于淀积金属形成导电插塞。

图1所示结构在形成过程中会出现一些问题。例如去掉顶层介电层13后，该图1中的结构如图2所示，其中的空气隙14为长条形槽状，在其上淀积顶层介电层13时，为了减小寄生电容，该顶层介电层13一般需选用低k材料，该低介电材料的机械应力通常较低，因而，在长条形槽状上形成低k的顶层介电层13时，该层13容易坍塌。此外，该层13中形成通孔采用的方法为自对准刻蚀，该自对准过程中有可能会有误差，经常出现偏移，如图3所示的截面图，该偏移轻微的情况会导致形成的通孔15不能完全落在金属结构上，即部分形成在空气隙14内，这会导致之后形成的导电插塞会出现空洞(void)，性能不可靠，偏移严重的情况下，会导致原本应该填充在该通孔15内的导电材质填充至空气隙14内，造成不希望的金属互连结构之间电导通。

有鉴于此，实有必要提出一种新的空气隙、空气隙的形成方法，以避免现有技术的缺陷。

发明内容

本发明实现的目的是提供一种新的空气隙、空气隙的形成方法，使形成的顶层介电层机械强度增强，不易坍塌，且对下一工序形成通孔时的自对准精度要求低。

为实现上述目的，本发明提供一种空气隙的形成方法，包括：

提供金属互连结构；所述金属互连结构包括金属结构及其间的金属间介电层；

光刻、刻蚀所述金属互连结构的金属间介电层形成空气隙；

淀积层间介质层封住所述空气隙；

在所述层间介质层上制作导电插塞；

其中，所述光刻、刻蚀步骤中形成的空气隙为蜂窝状分布的多个顶部及底部面积小，中间区域面积大的胖肚型结构。

可选地，所述光刻、刻蚀形成空气隙步骤中，还包括在所述金属互连结构上形成扩散阻挡层，所述光刻、刻蚀是在所述扩散阻挡层上进行的。

可选地，所述刻蚀形成空气隙步骤中，采用电感耦合等离子体刻蚀，且为高压。

可选地，所述高压刻蚀的压力范围为：40-200mT。

可选地，所述刻蚀形成空气隙步骤中，采用高浓度氧气灰化。

可选地，所述氧气的流量范围为：50-1000sccm。

可选地，所述刻蚀形成空气隙步骤中，采用高浓度CO/CO₂灰化。

可选地，所述提供的金属互连结构中的金属间介电层为低k材料。

本发明还提供一种空气隙，形成于金属互连结构的金属间介电层中，其特征在于，所述空气隙为顶部与底部面积小，中间区域面积大的胖肚型结构。

可选地，所述金属互连结构中的金属间介电层为低k材料。

可选地，所述低k材料的k值范围为：2.0-3.0。

可选地，所述空气隙的顶部为扩散阻挡层。

可选地，所述空气隙的顶部设置有层间介质层以封住所述空气隙。

可选地，所述层间介质层内形成有导电插塞。

可选地，所述导电插塞的材质为铜。

可选地，所述金属互连结构中形成有多个空气隙，多个所述空气隙呈蜂窝煤状。

此外，本发明还提供一种半导体器件，包括上述描述的空气隙。