具有氣隙的層間介質(zhì)層的形成方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種具有氣隙的層間介質(zhì)層的形成方法，在對具有氣隙的第一介質(zhì)層進(jìn)行研磨之后，在第一介質(zhì)層表面形成第二介質(zhì)層，由于第二介質(zhì)層能夠形成于暴露出的氣隙之上，后續(xù)對第二介質(zhì)層進(jìn)行研磨只去除部分第二介質(zhì)層時(shí)，第二介質(zhì)層始終覆蓋氣隙，后續(xù)繼續(xù)形成金屬層時(shí)，能夠避免金屬層滲入至氣隙中，從而保證了由第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層組成的層間介質(zhì)層的K值，同時(shí)能夠通過控制形成第一介質(zhì)層的厚度以及對其的化學(xué)機(jī)械研磨程度來控制形成的氣隙高度、位置以及大小。
【專利說明】具有氣隙的層間介質(zhì)層的形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種具有氣隙的層間介質(zhì)層的形成方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體集成度的不斷增加，器件以及金屬連線的密度也急劇增大，金屬連線之間的RC (電阻和電容)延遲現(xiàn)象也越來越嚴(yán)重?，F(xiàn)有技術(shù)中采用降低介質(zhì)層的K值以降低電容，從而達(dá)到降低RC延遲的目的。傳統(tǒng)方法是使用低K的介質(zhì)層，然而低K值的介質(zhì)層的K值也不能完全滿足某些特定的要求。眾所周知，空氣的K值極低(遠(yuǎn)低于普通低K材料的K值)，因此，具有氣隙的層間介質(zhì)層(IMD)應(yīng)運(yùn)而生。
[0003]請參考圖1至圖3，圖1至圖3為現(xiàn)有技術(shù)中形成具有氣隙的層間介質(zhì)層過程中的結(jié)構(gòu)示意圖，現(xiàn)有技術(shù)中，形成具有氣隙的層間介質(zhì)層包括步驟:
[0004]S1:提供半導(dǎo)體襯底10，所述半導(dǎo)體襯底10表面形成有間隔排列的多個(gè)金屬線20，所述金屬線20之間存在凹槽，所述凹槽的開口寬度為S，深度為H，如圖1所示；
[0005]S2:在所述半導(dǎo)體襯底10以及金屬線20的表面形成介質(zhì)層30,所述介質(zhì)層30填充所述凹槽；
[0006]傳統(tǒng)工藝中，填充凹槽會采用填洞能力較強(qiáng)的HDPCVD (高密度等離子體化學(xué)汽相淀積)來形成，由于HDPCVD具有較強(qiáng)的填充能力，不會形成氣隙，無法達(dá)到形成氣隙的目的。因此，為了形成氣隙得到更低的K值，在此步驟中采用填充能力較弱正常的CVD (化學(xué)氣相沉積)工藝形成介質(zhì)層30，由于較大的深寬比會導(dǎo)致填充能力較弱的CVD工藝在形成介質(zhì)層30是會在較大深寬比的凹槽處形成氣隙31 (如圖2所示)。
[0007]S3:對所述介質(zhì)層30進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，磨去一部分，如圖3所示便于后續(xù)繼續(xù)形成金屬層(圖未不出)。
[0008]由于不同的凹槽具有不同的開口寬度S，因此不同的凹槽的深寬比(Η/S)也不盡相同，較大深寬比的凹槽就極易形成氣隙，而較小深寬比的凹槽不會形成氣隙31，同時(shí)，不同的凹槽處形成的氣隙高度、位置以及大小均不可控，例如形成的氣隙31不處于同一高度，如圖2所示。此時(shí)，若進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)，極易將一部分位于較高的氣隙31上的介質(zhì)層30磨去,暴露出所不氣隙31,如圖3所不,在形成后續(xù)金屬層時(shí),金屬層極易滲入暴露了出的氣隙31，嚴(yán)重的會導(dǎo)致短路。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)急需解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種具有氣隙的層間介質(zhì)層的形成方法，能夠避免金屬層滲入至氣隙中。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種具有氣隙的層間介質(zhì)層的形成方法，包括步驟:
[0011]提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面形成有至少一層具有氣隙的第一介質(zhì)層；
[0012]對所述具有氣隙的第一介質(zhì)層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理，去除部分第一介質(zhì)層并暴露出一部分氣隙；
[0013]在所述第一介質(zhì)層的表面形成第二介質(zhì)層；
[0014]對所述第二介質(zhì)層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理，去除部分第二介質(zhì)層。
[0015]進(jìn)一步的，所述具有氣隙的第一介質(zhì)層的形成步驟包括:
[0016]提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面設(shè)有間隔排列的多個(gè)金屬線，所述金屬線之間具有凹槽；
[0017]在所述半導(dǎo)體襯底和金屬線的表面形成第一介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層在所述凹槽處具有氣隙。
[0018]進(jìn)一步的，所述第一介質(zhì)層采用化學(xué)氣相沉積工藝形成。
[0019]進(jìn)一步的，所述第一介質(zhì)層的厚度范圍為O?20，000埃。
[0020]進(jìn)一步的，所述第二介質(zhì)層采用化學(xué)氣相沉積工藝形成。
[0021]進(jìn)一步的，所述第二介質(zhì)層的厚度為O?20，000埃。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在:在對具有氣隙的第一介質(zhì)層進(jìn)行研磨之后，在第一介質(zhì)層表面形成第二介質(zhì)層，由于第二介質(zhì)層能夠形成于暴露出的氣隙之上，后續(xù)對第二介質(zhì)層進(jìn)行研磨只去除部分第二介質(zhì)層時(shí)，第二介質(zhì)層始終覆蓋氣隙，后續(xù)繼續(xù)形成金屬層時(shí)，能夠避免金屬層滲入至氣隙中，從而保證了由第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層組成的層間介質(zhì)層的K值，同時(shí)能夠通過控制形成第一介質(zhì)層的厚度以及對其的化學(xué)機(jī)械研磨程度來控制形成的氣隙高度、位置以及大小。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1至圖3為現(xiàn)有技術(shù)中形成具有氣隙的層間介質(zhì)層過程中的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4為本發(fā)明一實(shí)施例中形成具有氣隙的層間介質(zhì)層形成方法的流程圖；
[0025]圖5至圖9為本發(fā)明一實(shí)施例中形成具有氣隙的層間介質(zhì)層過程中的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面將結(jié)合示意圖對本發(fā)明的具有氣隙的層間介質(zhì)層的形成方法進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限制。
[0027]為了清楚，不描述實(shí)際實(shí)施例的全部特征。在下列描述中，不詳細(xì)描述公知的功能和結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈儠贡景l(fā)明由于不必要的細(xì)節(jié)而混亂。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為在任何實(shí)際實(shí)施例的開發(fā)中，必須做出大量實(shí)施細(xì)節(jié)以實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個(gè)實(shí)施例改變?yōu)榱硪粋€(gè)實(shí)施例。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費(fèi)時(shí)間的，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說僅僅是常規(guī)工作。
[0028]在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0029]請參考圖4，在本實(shí)施例中，提出了一種具有氣隙的層間介質(zhì)層的形成方法，包括步驟:
[0030]SlOO:提供半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底100表面形成有至少一層具有氣隙310的第一介質(zhì)層300,如圖6所不；
[0031]在步驟SlOO中，所述具有氣隙310的第一介質(zhì)層300的形成步驟包括:
[0032]提供半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底100表面設(shè)有間隔排列的多個(gè)金屬線200，所述金屬線200之間具有凹槽,如圖5所示；
[0033]在所述半導(dǎo)體襯底100和金屬線200的表面形成第一介質(zhì)層300,所述第一介質(zhì)層300在所述凹槽處具有氣隙310。
[0034]在該步驟中，所述第一介質(zhì)層300采用CVD工藝形成，由于CVD工藝填充能力較弱，因此，在具有較大深寬比的凹槽處會形成氣隙310，然而深寬比不同，則會導(dǎo)致形成的氣隙310的位置高度不同，有些較高，有些則較低，并且大小也不相同。
[0035]S200:對所述具有氣隙310的第一介質(zhì)層300進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理，去除部分第一介質(zhì)層300并暴露出一部分氣隙310，如圖7所示；
[0036]在步驟S200中，研磨去除一部分第一介質(zhì)層300，暴露出的氣隙310均是位置高度較高的氣隙310，由于研磨會將位置較高的氣隙310暴露出，此處可以通過研磨去除第一介質(zhì)層300的程度來控制保留下氣隙310的位置高度，并且可以通過研磨程度來控制保留的氣隙310的開口大小。
[0037]S300:在所述第一介質(zhì)層300的表面形成第二介質(zhì)層400，如圖8所示；
[0038]在步驟S300中，所述第二介質(zhì)層400也可以采用CVD工藝形成，形成第二介質(zhì)層400能夠遮擋住暴露出的氣隙310。
[0039]S400:對所述第二介質(zhì):400進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理，去除部分第二介質(zhì)層400，如圖9所示。
[0040]在步驟S400中，去除部分第二介質(zhì)層400是為了保證保留的第一介質(zhì)層300和第二介質(zhì)層400的厚度符合工藝要求，具體需要研磨去除多少，均視不同的工藝需求來定，此處，由于保留的第二介質(zhì)層400依舊能夠遮擋住所述氣隙310，后續(xù)形成的金屬層不會滲入所述氣隙310之中，即便在所述氣隙310中形成有部分第二介質(zhì)層400，能夠保證低K值，同時(shí)也不會導(dǎo)致短路。
[0041]在本實(shí)施例中，所述第一介質(zhì)層300和第二介質(zhì)層的厚度范圍均是O?20,000埃，例如均是10，000埃，具體厚度以及保留的厚度均視工藝要求所定，需要指出的時(shí)，形成的第一介質(zhì)層300的厚度以及化學(xué)機(jī)械研磨之后保留的厚度不同，能夠控制形成的氣隙310的高度、大小以及位置，從而實(shí)現(xiàn)對形成的氣隙310具有可控的效果；保留的第一介質(zhì)層300和第二介質(zhì)層400 —起組成了層間介質(zhì)層(IMD),由于第一介質(zhì)層300中形成有氣隙310，因此，層間介質(zhì)層也具有氣隙310，從而能夠?qū)崿F(xiàn)形成的層間介質(zhì)層具有低K性能。
[0042]在本實(shí)施例中，只舉例示意形成一層層間介質(zhì)層，在本實(shí)施的其他實(shí)施例中，可以采用此種方法形成多層層間介質(zhì)層。
[0043]綜上，在本發(fā)明實(shí)施例提供的具有氣隙的層間介質(zhì)層的形成方法中，在對具有氣隙的第一介質(zhì)層進(jìn)行研磨之后，在第一介質(zhì)層表面形成第二介質(zhì)層，由于第二介質(zhì)層能夠形成于暴露出的氣隙之上，后續(xù)對第二介質(zhì)層進(jìn)行研磨只去除部分第二介質(zhì)層時(shí)，第二介質(zhì)層始終覆蓋氣隙，后續(xù)繼續(xù)形成金屬層時(shí)，能夠避免金屬層滲入至氣隙中，從而保證了由第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層組成的層間介質(zhì)層的K值，同時(shí)能夠通過控制形成第一介質(zhì)層的厚度以及對其的化學(xué)機(jī)械研磨程度來控制形成的氣隙高度、位置以及大小。
[0044]上述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不對本發(fā)明起到任何限制作用。任何所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的范圍內(nèi)，對本發(fā)明揭露的技術(shù)方案和技術(shù)內(nèi)容做任何形式的等同替換或修改等變動(dòng)，均屬未脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的內(nèi)容，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種具有氣隙的層間介質(zhì)層的形成方法，包括步驟: 提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面形成有至少一層具有氣隙的第一介質(zhì)層； 對所述具有氣隙的第一介質(zhì)層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理，去除部分第一介質(zhì)層并暴露出一部分氣隙； 在所述第一介質(zhì)層的表面形成第二介質(zhì)層； 對所述第二介質(zhì)層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理，去除部分第二介質(zhì)層。
2.如權(quán)利要求1所述的具有氣隙的層間介質(zhì)層的形成方法，其特征在于，所述具有氣隙的第一介質(zhì)層的形成步驟包括: 提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面設(shè)有間隔排列的多個(gè)金屬線，所述金屬線之間具有凹槽； 在所述半導(dǎo)體襯底和金屬線的表面形成第一介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層在所述凹槽處具有氣隙。
3.如權(quán)利要求2所述的具有氣隙的層間介質(zhì)層的形成方法，其特征在于，所述第一介質(zhì)層采用化學(xué)氣相沉積工藝形成。
4.如權(quán)利要求4所述的具有氣隙的層間介質(zhì)層的形成方法，其特征在于，所述第一介質(zhì)層的厚度范圍為O?20，000埃。
5.如權(quán)利要求1所述的具有氣隙的層間介質(zhì)層的形成方法，其特征在于，所述第二介質(zhì)層采用化學(xué)氣相沉積工藝形成。
6.如權(quán)利要求5所述的具有氣隙的層間介質(zhì)層的形成方法，其特征在于，所述第二介質(zhì)層的厚度為O?20，000埃。
【文檔編號】H01L21/768GK103839886SQ201410098512
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月17日
【發(fā)明者】黃沖, 李志國, 李協(xié)吉 申請人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司