一种后道互连空气隙的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成电路制造技术领域，更具体地，涉及一种后道互连空气隙的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着半导体工艺制程的不断缩小，集成电路芯片内的后道金属互连密度越来越高，互连线之间的寄生电容也变得越发显著，RC延迟对芯片性能的影响也越来越严重。众所周知，在决定电容大小的各种因素中，在结构不变的情况下，减少电介质的k值，可以有效减小电容，因此，降低互连层间介质(ILD)的k值一直是先进工艺制程的发展方向。目前，在先进制程的互连工艺中，各种各样的low-k介质材料已经被广泛使用，且大量的研究人员仍在继续探寻可用于半导体工艺的更低k值的介质材料，如各种多孔介质材料。
[0003]空气是介电常数最低的绝缘介质(k=l)。因此，把空气引入后道互连工艺中作为互连介质，一直是众多研究人员努力的方向，即开发空气隙(Air-gap)互连技术。这项技术通过不填充或部分填充互连线间隙的方法，在互连线之间制造Air-gap结构，达到减小互连线之间寄生电容的目的。研究表明，与传统的S12互连介质相比，Air-gap充当后道互连介质可以将金属互连线寄生电容降低40%以上，且Air-gap能显著改善铜互连线的RC延时、漏电流和时间依赖的介质击穿(TDDB)特性。目前，国际上各大主流半导体制造公司都在积极研发先进制程的Air-gap互连技术。据报道，Intel已经在他们先进的FinFET工艺中率先量产了Air-gap技术，表明该技术已逐步走向成熟。
[0004]众多研究结果表明，目前主流的Air-gap技术主要是在同层金属连线之间形成间隙，即利用该Air-gap技术可降低同层金属连线之间的耦合电容。但我们知道，后道金属互连线的寄生电容不仅包括同层金属连线间的耦合电容，还包括上下层金属连线之间的耦合电容。因此，如何进一步利用Air-gap技术有效降低上下层金属间的耦合电容，仍是需要探索的研究方向。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种后道互连空气隙的制备方法，以有效降低上、下层金属连线之间的寄生耦合电容。
[0006]为实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0007]—种后道互连空气隙的制备方法，包括以下步骤:
[0008]步骤SOl:提供一衬底，所述衬底上形成有下层金属线条及其刻蚀阻挡层;在刻蚀阻挡层上淀积一层牺牲层；
[0009]步骤S02:对牺牲层进行图形化，保留下层金属线条上方与上层金属线条交叠区域的部分牺牲层图形，并使牺牲层图形尺寸大于交叠区域尺寸；
[0010]步骤S03:淀积Low-k介质层，并进行平坦化；
[0011 ]步骤S04:形成金属通孔，以及与下层金属线条交叠的上层金属线条；[0012 ]步骤S05:对Low-k介质层进行图形化，去除牺牲层图形上方的部分Low_k介质层图形，在上层金属线条的侧面形成沟槽结构；
[0013]步骤S06:通过沟槽结构形成的开口去除牺牲层，在上、下层金属线条交叠区域之间形成空气隙结构；
[0014]步骤S07:淀积上层金属线条的刻蚀阻挡层，形成封闭的空气隙结构。
[0015]优选地，步骤S02中，对牺牲层进行图形化的方法包括:
[0016]步骤S021:利用一空气隙掩膜版，所述空气隙掩膜版具有空气隙图形，所述空气隙图形的设计尺寸大于上、下层金属线条交叠区域的尺寸；
[0017]步骤S022:在牺牲层上涂覆一层正性光刻胶，采用所述空气隙掩膜版对所述正性光刻胶进行光刻，保留所述空气隙图形区域的正性光刻胶图形；
[0018]步骤S023:以所述正性光刻胶图形为掩模，采用各向异性刻蚀工艺对暴露的部分牺牲层进行刻蚀，形成牺牲层图形。
[0019]优选地，步骤S04中，采用标准大马士革工艺形成金属通孔和上层金属线条。
[0020]优选地，步骤S05中，对Low-k介质层进行图形化的方法包括:
[0021]步骤S051:利用一空气隙掩膜版，所述空气隙掩膜版具有空气隙图形，所述空气隙图形的设计尺寸大于上、下层金属线条交叠区域的尺寸；
[0022]步骤S052:在Low-k介质层上涂覆一层负性光刻胶，采用所述空气隙掩膜版对所述负性光刻胶进行光刻，保留所述空气隙图形区域以外的负性光刻胶图形；
[0023]步骤S053:以所述负性光刻胶图形为掩模，采用各向异性刻蚀工艺对牺牲层图形上方暴露的部分Low-k介质层进行刻蚀，在上层金属线条的侧面形成沟槽结构。
[0024]优选地，步骤S06中，采用各向同性刻蚀工艺，通过沟槽结构形成的开口去除牺牲层，在上、下层金属线条交叠区域之间以及上层金属线条的侧面形成空气隙结构。
[0025]优选地，步骤S06中，采用加热工艺，通过沟槽结构形成的开口将牺牲层进行分解去除，在上、下层金属线条交叠区域之间以及上层金属线条的侧面形成空气隙结构。
[0026]优选地，步骤S02中，至少使牺牲层图形的宽度尺寸大于上层金属线条的宽度尺寸，以保证后续在上层金属线条的侧面形成沟槽结构。
[0027]优选地，至少使所述空气隙图形的宽度设计尺寸大于上层金属线条的宽度设计尺寸。
[0028]优选地，所述牺牲层的材料采用与Low-k介质层材料、刻蚀阻挡层材料之间具有高的刻蚀选择比的半导体工艺材料，或者，所述牺牲层的材料采用可热分解的聚合物材料。
[0029]优选地，通过调整牺牲层淀积的厚度实现空气隙结构高度的调节。
[0030]从上述技术方案可以看出，本发明通过增加一层空气隙掩膜版，并利用在上、下层金属之间引入牺牲层，实现在上、下层金属交叠区域之间形成空气隙结构，可有效降低后道互连工艺中上、下层金属间的寄生耦合电容，并极大地弥补了现有技术中只在同层金属间制备空气隙的不足;同时，通过调节牺牲层的设计尺寸和淀积厚度，即可有效控制所制备的空气隙尺寸，从而可以非常便利地实现后道互连介质k值的调节。
【附图说明】
[0031]图1是本发明的一种后道互连空气隙的制备方法流程图；
[0032]图2是本发明一较佳实施例中根据图1的方法提出的制备后道互连空气隙的版图设计示意图；
[0033]图3-图11是本发明一较佳实施例中根据图1的方法制备后道互连空气隙的工艺步骤示意图；其中，图3-图10是沿图2中A-A向所形成的工艺步骤示意图；图11是沿图2中B-B向所形成的工艺结构示意图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0035]需要说明的是，在下述的【具体实施方式】中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
[0036]在以下本发明的【具体实施方式】中，请参阅图1，图1是本发明的一种后道互连空气隙的制备方法流程图；同时，请结合参阅图3-图11，图3-图11是本发明一较佳实施例中根据图1的方法制备后道互连空气隙的工艺步骤示意图，图3-图11中所形成的器件结构，可与图1中的各步骤