[发明专利]在导线间形成空气间隙的方法

说明书

本发明提供一种在导线间形成空气间隙的方法，包括在基板上的导线结构表面形成氮化硅衬层，再形成覆盖所述氮化硅衬层的多晶硅超薄衬层，然后在导线结构之间的沟道内形成顶面低于导线结构的顶面的光刻胶。接着，共形地形成覆盖光刻胶与多晶硅超薄衬层的表面的氧化层，并非等向性蚀刻所述氧化层，以于光刻胶上方的导线结构侧壁形成氧化物间隙壁。之后，移除所述光刻胶，以露出沟道内的多晶硅超薄衬层，并以所述氧化物间隙壁为罩幕，去除暴露出的多晶硅超薄衬层。然后，移除氧化物间隙壁，再氧化剩余多晶硅超薄衬层，使其转变为氧化硅层并封闭所述沟道的上部。

技术领域

本发明是有关于一种改善导线间的寄生电容的技术，且特别是有关于一种在导线间形成空气间隙(air gap)的方法。

背景技术

半导体组件的发展时至今日已经达数十纳米以下，但是随着半导体导线结构的线距大幅缩小，升高的寄生电容(parasitic capacitance)却带来不良的影响。

因此，目前的改进方案有在两导线结构之间的空间沉积较低介电常数(k)值的材料(如氧化物)来取代氮化硅，但是这样的方式已经不能满足组件发展到30纳米世代以后的设计。所以近来有在两导线结构之间的空间，形成空气间隙来取代氧化物的研究，因为空气的介电常数(k)值最低。对于空气间隙的形成，有一部分研究是在导线上沉积非共形(non-conformal)介电质材料，或者是在导线上使用粒径大于线距的纳米粒子来封闭导线之间的空间。

然而，以上方式有可能形成高度不一致的空气间隙、或者纳米粒子填入导线之间的问题。

发明内容

本发明提供一种在导线间形成空气间隙的方法，能形成一致的空气间隙。

在本发明的一种在导线间形成空气间隙的方法中，提供一个在其上形成有数条导线结构的基板，其中每个导线结构至少包括导体层以及位于所述导体层顶部的盖层。于所述导线结构的表面形成氮化硅衬层，再于所述导线结构上形成多晶硅超薄衬层，覆盖所述氮化硅衬层。然后，在所述导线结构之间的沟道内填满光刻胶，再移除部分光刻胶，使光刻胶的顶面低于导线结构的顶面。之后，在导线结构上共形地形成氧化层，覆盖光刻胶与多晶硅超薄衬层的表面。接着，非等向性蚀刻所述氧化层，以于光刻胶上方的所述导线结构侧壁形成氧化物间隙壁，之后移除光刻胶，以露出沟道内的所述多晶硅超薄衬层。然后，以氧化物间隙壁为罩幕，去除暴露出的多晶硅超薄衬层，再将氧化物间隙壁移除，使剩余的多晶硅超薄衬层露出。接着，氧化所述多晶硅超薄衬层，使其转变为氧化硅层并封闭所述沟道的上部。

在本发明的一实施例中，上述移除部分光刻胶的方法包括控制所述光刻胶的顶面在导体层以上。

在本发明的一实施例中，上述移除部分光刻胶的方法包括控制所述光刻胶的顶面介于盖层厚度的10％～50％之间。

在本发明的一实施例中，上述多晶硅超薄衬层的厚度在10纳米以下。

在本发明的一实施例中，上述去除暴露出的多晶硅超薄衬层的方法包括湿式蚀刻。

在本发明的一实施例中，上述移除部分光刻胶的方法包括先对所述光刻胶进行化学机械研磨，直到露出其顶面，再回蚀刻所述光刻胶。

在本发明的一实施例中，在上述导线结构上共形地形成氧化层的方法包括原子层沉积法(atomic layer deposition，ALD)。

在本发明的一实施例中，上述氧化多晶硅超薄衬层的方法包括自由基氧化法(radical oxidation)或低温湿式氧化法(low-temperature wet oxidation)。

在本发明的一实施例中，在上述氧化多晶硅超薄衬层之前，还可对多晶硅超薄衬层进行外延成长(epitaxial growth)，以增加其厚度。

在本发明的一实施例中，在进行上述外延成长之后，所述多晶硅超薄衬层的所述厚度会增加1.5倍～2倍。