[发明专利]一种具有空气隙的金属互连层结构及其制备方法

说明书

本发明提供了一种具有空气隙的金属互连层结构及其制备方法，包括：位于衬底表面的由金属互连线线和填充于其中的填充金属构成的金属互连层；金属互连层的金属互连线线侧壁和填充金属之间具有阻挡层；金属互连线线之间具有空气隙；以及在阻挡层上、金属互连层上和暴露的衬底表面形成有隔离介质；阻挡层高出填充金属顶部的部分为倾斜的变形阻挡层，变形阻挡层向空气隙中心方向倾斜，从而将空气隙上方的开口缩小或者封闭。本发明有效阻止介质填入空气隙内，获得尽可能大的空气隙体积，进而降低了空气隙的有效k值。此外，本发明的方法与现有技术兼容，显著降低了空气隙的有效k值，进而满足未来技术代对铜互连介质的超低k值要求。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种具有空气隙的金属互连层结构及其制备方法。

背景技术

近年来，铜互连线的RC延迟已成为整个集成电路芯片RC延迟的重要组成部分之一，而无法被忽略。业界普遍采用更低介电常数(Low-k)介质来降低铜互连线的RC延迟。在90nm至65nm技术代，业界一般使用介电常数在2.6～3.0的SiOCH介质，通常采用CVD技术沉积，便于工艺集成。进入45nm技术代，一般采用多孔型SiOCH进一步降低k值，其介电常数可达2.4～2.7；也有采用C、H有机介质，其介电常数在2.2～2.6。进入28nm以下技术代，业界需要考虑采用介电常数为2.0～2.2的ULK介质。尽管现有技术的超低介电常数介质已经将k值降至2.0附近，仍无法满足金属线宽进一步缩小的技术要求，业界开始考虑采用介电常数为1的空气作为互连介质，即空气隙，且该技术可能在10nm及以下技术代得到量产应用。

铜/空气隙的集成方案有两种主流：一是采用特殊材料(条件分解)作为互连层介质完成整个工艺流程，然后对特殊材料施加一个特定条件(如400℃高温)使其发生分解，变成气态物质被释放出，最终形成空气隙。二是采用常规材料(如SiO₂、Low-k)作为互连层牺牲介质，在完成当前层金属化后，反刻蚀掉牺牲介质，沉积一层填充能力差的介质，形成空气隙。这些技术都能满足关键尺寸进一步缩小的要求，前者在特殊材料释放过程中存在技术风险；后者与现有铜互连工艺兼容，更容易实现量产。

但是，对于采用常规牺牲介质的第二类铜/空气隙的集成方案，形成空气隙的覆盖介质尽管拥有较差的填充能力，也会有一部分介质沉积在空气隙的底部和侧壁上，其中，覆盖介质包括k值较高的SiCN阻挡层、Low-k介质等铜互连工艺所使用的金属间介质(IMD)。因此，填入空气隙的介质会减少空气隙的有效体积，更严重的是，填入的高介电常数介质会抵消空气隙对有效k值降低的贡献，进而很难达到空气隙的有效k值低于2.0。

发明内容

为了克服以上问题，本发明旨在提供一种金属互连间空气隙的制备方法，从而有效限制覆盖介质进入空气隙。

为了达到上述目的，本发明提供了一种具有空气隙的金属互连层结构，包括：

一衬底；

位于衬底表面的由金属互连线和填充于其中的填充金属共同构成的金属互连层；

金属互连层的金属互连线侧壁和填充金属之间具有阻挡层；

金属互连线之间具有空气隙；以及，

在所述阻挡层上、所述金属互连层上和暴露的所述衬底表面形成有隔离介质；

所述阻挡层高出填充金属顶部的部分为倾斜的变形阻挡层，变形阻挡层向空气隙中心方向倾斜，从而将空气隙上方的开口缩小或者封闭。

优选地，所述金属互连线侧壁与所述空气隙之间也具有隔离介质。

优选地，所述金属互连线侧壁与所述空气隙之间的隔离介质的厚度为1～2nm。

优选地，所述变形阻挡层向所述空气隙中心方向倾斜的角度为30～70°。