[发明专利]一种形成空气隙/铜互连的工艺方法

说明书

一种形成空气隙/铜互连的工艺方法，其包括提供一半导体衬底，先在半导体衬底上完成CMOS器件前道工艺，接着在半导体衬底上形成常规的第一介质/铜互连结构；采用刻蚀设备刻蚀铜互连线中间的第一介质；其中，在刻蚀第一介质过程中采用氟基气体和氧基气体进行刻蚀，铜互连线暴露在刻蚀气体氛围中，铜互连线铜表面会产生具有一定厚度的铜氧化物副产品；还原铜互连线表面的铜氧化物副产品，即使铜互连线表面的铜氧化物副产品重新转化为金属铜；采用湿法药液去除残留光刻胶并清洗；淀积第二介质以形成空气隙/铜互连结构。

技术领域

本发明涉及半导体加工制造领域，尤其涉及一种形成空气隙/铜互连的工艺方法。

背景技术

晶体管随着摩尔定律不断发展，特征线宽越来越小，集成密度越来越高，性能越来越强大。对于互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，简称CMOS)晶体管而言，速度是表征其性能的重要指标。

本领域技术人员清楚，CMOS的速度与CMOS的延迟相关，CMOS的延迟可以细分为前道器件的延迟和后道互连线的延迟；并且，随着半导体工艺尺寸减少，后道互连线的CMOS延迟的影响变得越来越大，在先进工艺中已经成为最主要的延迟。后道互连线的延迟主要是由互连导线的电阻R和互连导线间电容C(即RC)决定的。

为了降低后道互连线RC延迟，集成电路制造商一直在想办法降低互连导线电阻和互连导线间电容，如采用电阻率更低的铜导线代替铝导线，采用介电常数更低的low-k介质代替二氧化硅介质。

对于后者，已经经过了数个技术代的技术更新，互连导线间介质从SiO₂→F dopedSiO₂(FSG)→BD I→BD II→BD III的改进过程中，互连导线间介质的介电常数在持续降低，以此满足减小后道互连线RC的需求。

众所周知，真空的相对介电常数为1，空气的相对介电常数也约为1，其为最常见的最小相对介电常数的介质。因此，采用空气部分代替互连线之间的传统介质也随之被提出，这就是空气隙/铜互连结构技术。

空气隙的形成方法大致可以分成以下两大类：

第一类，先采用传统的工艺形成正常的介质/铜互连结构，然后通过刻蚀工艺去除铜互连线之间的介质，最后通过化学气相淀积工艺形成空气隙；

第二类，采用牺牲层，如thermal degradable polymer，在完成铜互连结构后去除牺牲层，形成空气隙。

目前对于大多数集成电路生产企业而言，第一类方法的工艺兼容性更高，因此更容易被接受。下面通过附图1-3，简述一下现有技术中采用第一类方法制备空气隙/铜互连结构的工艺方法。

步骤S01：先在半导体衬底101上形成传统的第一介质102/铜104互连结构，该部分工艺与现有CMOS工艺完全一样，没有额外的工艺成本和风险(如图1所示)，在此不再赘述；

步骤S02：除去铜互连导线之间的第一介质，如采用介质刻蚀工艺去除部分第一介质得到如图2所示结构；然而，在刻蚀过程中会使得铜104的表面被氧化，得到一定厚度的铜氧化物105；

步骤S03：采用后道清洗药液去除残留的光刻胶并清洗硅片；在清洗的过程中，由于铜氧化物105很容易被后道清洗药液腐蚀，且后道清洗药液不腐蚀阻挡层103，因此，最后留下阻挡层“耳朵”103’，如图3所示。

由于阻挡层“耳朵”103’的存在，该结构在后续工艺及器件性能上带来一系列负面影响，例如，在采用化学气相淀积设备沉积介质时，会出现：

①、该阻挡层“耳朵”103’周围的台阶覆盖性能变差；

②、该阻挡层“耳朵”103’的机械强度差而导致坍塌；