專利名稱：制備銅－氣體介質懸空大馬士革結構的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及制造半導體器件的工藝技術領域，尤其涉及在半導體后道工藝中，制備銅-氣體介質懸空大馬士革結構的方法。
背景技術：
隨著半導體器件尺寸的不斷縮小，對于集成電路制造技術要求越來越高。對于后道集成技術而言，減少互連延遲(RC delay)成為一個關鍵性問題，因此人們不斷地尋找低介電常數(shù)的介質來取代SiO2，以降低互連電容。氣體介質的介電常數(shù)極低，由理論研究可知，在SiO2淀積過程中形成的金屬線間氣體縫隙，層內金屬線間電容的減小率將高達40％，總體線間電容降低20％。有關氣體介質的大馬士革金屬工藝已是當今研究熱點之一。
目前氣體介質懸空結構的形成方法可分為兩大類利用化學氣相沉積SiO2的固有工藝特點形成空隙，以及去除犧牲層工藝得到氣體介質。前一種方法的優(yōu)點是具有較好的機械強度，但形成時要求有一定深寬比的介質或金屬支柱，對集成提出了更高的要求。而用去除犧牲層工藝得到氣體介質相比于前一種方法來說可以制造出更大的氣體氣隙，雖然機械強度不如前一種結構，但其介電常數(shù)也更接近于氣體的介電常數(shù)1。
去除犧牲層的方法可分為干法和濕法兩大類，眾所周知，干法刻蝕具有較好的各向異性，但在經過等離子轟擊后容易造成襯底材料的損傷，隨著集成電路尺寸的不斷縮小，工藝對材料的任何耗損都會影響其性能。
對于濕法刻蝕，根據微機電系統(tǒng)(MEMS)的制造經驗，用濕法形成懸空結構時，當兩個結構距離太近，由于液體的表面張應力，在干燥過程中，容易將上層結構下拉，造成上層結構與下層結構的粘連。一旦形成這種粘連，結構將永遠無法恢復，這對器件來說是致命的，因此在濕法形成懸空結構時必須防止這一現(xiàn)象發(fā)生。

發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供一種制備銅-氣體介質懸空大馬士革結構的方法，克服了現(xiàn)有技術中，用濕法去除犧牲層時，由于液體的表面張應力引起的上層結構與下層結構的粘連。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的一種制備銅-氣體介質懸空大馬士革結構的方法，采用濕法刻蝕并結合超臨界二氧化碳法去除犧牲層材料，實現(xiàn)銅-空氣介質大馬士革懸空結構。
其中具體包括下列步驟A.在結構的底層上涂一層碳化硅作為刻蝕阻擋層；B.在碳化硅層上旋涂一層有機材料作為犧牲層；C.在所述的有機材料層上淀積一層碳化硅作為刻蝕阻擋層；D.采用標準大馬士革工藝形成銅-有機材料互連結構；E.在銅-有機材料互連結構上，沉積一層碳化硅刻蝕阻擋層；F.在有機材料上的碳化硅層上刻蝕去犧牲層孔；G.用有機溶液溶解犧牲層的有機材料，并用去離子水清洗；H.用超臨界二氧化碳法進一步清除犧牲層的有機材料，并釋放應力，形成銅-氣體介質懸空大馬士革結構；I.封閉碳化硅層上的去犧牲層孔。
所述的制備銅-氣體介質懸空大馬士革結構的方法，在完成步驟A后，多次重復步驟B、C、D、E、F，再進行步驟G、H、I，可以形成多層銅-氣體介質懸空大馬士革結構。
所述的制備銅-氣體介質懸空大馬士革結構的方法，在D步驟前，還包括在所述的有機材料層及沉積于其上的碳化硅層中嵌入二氧化硅支柱的步驟。
所述的制備銅-氣體介質懸空大馬士革結構的方法，所述的二氧化硅支柱分布在銅-有機材料互連結構中的銅的周圍及相隔特定距離的有機材料中。
所述的制備銅-氣體介質懸空大馬士革結構的方法，述的二氧化硅支柱分布在銅-有機材料互連結構中的銅的周圍時，二氧化硅支柱的寬度應大于銅-有機材料互連結構中的銅的寬度。
所述的制備銅-氣體介質懸空大馬士革結構的方法，在H步驟中，用超臨界二氧化碳法清除犧牲層的有機材料時，其處理壓力應為1070-3500psi，處理溫度應為32-49℃，處理時間應為50-500秒。
所述的銅制備-氣體介質懸空大馬士革結構的方法，在I步驟中，采用等離子氧化物，封閉碳化硅層上的去犧牲層孔。
所述的銅制備-氣體介質懸空大馬士革結構的方法，所述的等離子氧化物為等離子二氧化硅。
本發(fā)明在形成銅-氣體介質懸空大馬士革結構時，采用超臨界二氧化碳法釋放應力。由于超臨界二氧化碳的物理特性介于其液體和氣體之間，比純液體更容易從表面溢出，并且有比液體更小的表面張應力，因此通過該方法進行應力的釋放時，可同時進行干燥，形成懸空結構，避免了在干燥過程中造成的上層結構和下層結構的粘連。

圖1是本發(fā)明方法的流程圖；圖2是在大馬士革結構底層上旋涂有機材料和淀積碳化硅的示意圖；圖3是在碳化硅層及有機材料層中嵌入二氧化硅支柱的示意圖4是在二氧化硅支柱中刻蝕形成銅大馬士革結構溝槽的示意圖；圖5是在二氧化硅支柱中嵌入銅大馬士革結構的示意圖；圖6是在表層碳化硅中刻蝕去除犧牲層孔的示意圖；圖7是銅-氣體介質懸空大馬士革結構的示意圖；圖8是用等離子氧化物(SiO2)封閉碳化硅層上的去犧牲層孔的示意圖。
具體實施方式以下結合本發(fā)明的具體實施例和附圖，對本發(fā)明作進一步說明。
首先請參閱圖1，圖1是本發(fā)明方法的流程圖，包括下列步驟A.在結構的底層上涂一層碳化硅作為刻蝕阻擋層；B.在碳化硅層上旋涂一層有機材料作為犧牲層；C.在所述的有機材料層上淀積一層碳化硅作為刻蝕阻擋層；D.采用標準大馬士革工藝形成銅-有機材料互連結構；E.在銅-有機材料互連結構上，沉積一層碳化硅刻蝕阻擋層；F.在有機材料上的碳化硅層上刻蝕去犧牲層孔；G.用有機溶液溶解犧牲層的有機材料，并用去離子水清洗；H.用超臨界二氧化碳法進一步清除犧牲層的有機材料，并釋放應力，形成銅-氣體介質懸空大馬士革結構；I.封閉碳化硅層上的去犧牲層孔。從以上步驟可以得出本發(fā)明實質上是采用濕法刻蝕并結合超臨界二氧化碳法去除犧牲層材料，實現(xiàn)銅-空氣介質大馬士革懸空結構。
在本發(fā)明的一個實施例中，用本發(fā)明方法形成單層銅-氣體介質懸空大馬士革結構的具體方法依次包括如下步驟第一步，在大馬士革結構底層上淀積一層碳化硅。
第二步，請參閱圖2，圖2是在大馬士革結構底層上旋涂有機材料和淀積碳化硅的示意圖。銅3和二氧化硅4組成底層，底層上淀積有一層碳化硅1，碳化硅層上旋涂有一層有機材料2作為犧牲層，有機材料層上再淀積一層碳化硅1作為刻蝕阻擋層。
第三步，請參閱圖3，圖3是在碳化硅層及有機材料層中嵌入二氧化硅支柱的示意圖。底層是銅3和二氧化硅4，底層上涂有一層碳化硅1，在表層碳化硅1和有機材料層2中刻蝕出用于支撐懸空結構的二氧化硅支柱窗口。在大馬士革結構周圍的二氧化硅支柱窗口應大于銅結構的窗口。在二氧化硅窗口中淀積二氧化硅，并用化學機械拋光(CMP)去除碳化硅層上多余的二氧化硅，形成二氧化硅支柱5。
第四步，請參閱圖4，圖4是在二氧化硅支柱中刻蝕形成銅大馬士革結構溝槽的示意圖。底層是銅3和二氧化硅4，底層上涂有一層碳化硅1，在表層碳化硅1和有機材料層2中嵌入的二氧化硅支柱5中刻蝕大馬士革結構溝槽。
第五步，請參閱圖5，圖5是在二氧化硅支柱中嵌入銅大馬士革結構的示意圖。底層是銅3和二氧化硅4，底層上涂有一層碳化硅1，在表層碳化硅1和有機材料層2中有二氧化硅支柱5。在圖4所示的二氧化硅支柱5中的大馬士革結構溝槽6中用物理氣相沉積方法淀積擴散阻擋層和銅籽晶層，并在圖4所示的銅大馬士革溝槽6中用電鍍法進行銅電鍍，再通過化學機械拋光去除過填的銅，并打磨至與表層碳化硅1相同的高度。
第六步，請參閱圖6，圖6是在圖5的銅大馬士革結構上加涂一層碳化硅刻蝕阻擋層，并在表層碳化硅中刻蝕去除犧牲層孔的示意圖。底層是銅3和二氧化硅4，底層上有一層碳化硅1，在表層碳化硅1和有機材料層2中有二氧化硅支柱5和銅3。在有機材料2上的碳化硅1中刻蝕去除有機材料2的孔7。
第七步，將圖6所示的結構放入有機溶液中，有機溶液通過孔7進入有機材料層2，溶解有機材料。待有機材料充分溶解后，用去離子水通過孔7清去溶解的有機材料。
第八步，將去離子水清洗過的圖6所示的結構放入超臨界二氧化碳中，其處理壓力應為1070-3500psi，處理溫度應為32-49℃，處理時間應為50-500秒，進行進一步的清洗，干燥，釋放應力，形成銅-氣體介質的懸空大馬士革結構。請參閱圖7，圖7是銅-氣體介質懸空大馬士革結構的示意圖。底層由銅3和二氧化硅4組成，底層上有一層碳化硅1，在表層碳化硅1和底層碳化硅1之間是氣體介質8和二氧化硅支柱5，部分二氧化硅支柱中有銅3。
第九步，請參閱圖8，圖8是用等離子氧化物(SiO2)封閉碳化硅層上的去犧牲層孔的示意圖。底層由銅3和二氧化硅4組成，底層上有一層碳化硅1，在表層碳化硅1和底層碳化硅1之間是氣體介質8和二氧化硅支柱5，部分二氧化硅支柱中有銅3。在表層碳化硅上涂一層等離子氧化物(PECVD)，封閉表層碳化硅1上的孔。
在本發(fā)明的另一個實施例中，用本發(fā)明方法形成多層銅-氣體介質懸空大馬士革結構的具體方法如下先進行形成單層銅-氣體介質懸空大馬士革結構的方法中的第一步，然后按照多層大馬士革結構的層數(shù)重復第二步至第六步(即，如大馬士革結構為n層，則重復第二步至第六步n次，且n為自然數(shù))，形成多層銅-有機材料互連結構，接著進行單層銅-氣體介質懸空大馬士革結構的方法中的第七步至第九步，形成多層銅-氣體介質懸空大馬士革結構。
以上介紹的僅僅是基于本發(fā)明的幾個較佳實施例，并不能以此來限定本發(fā)明的范圍。任何對本發(fā)明的裝置作本技術領域內熟知的部件的替換、組合、分立，以及對本發(fā)明實施步驟作本技術領域內熟知的等同改變或替換均不超出本發(fā)明的揭露以及保護范圍。
權利要求
1.一種制備銅-氣體介質懸空大馬士革結構的方法，其特征在于采用濕法刻蝕并結合超臨界二氧化碳法去除犧牲層材料，實現(xiàn)銅-空氣介質大馬士革懸空結構。
2.如權利要求1所述的制備銅-氣體介質懸空大馬士革結構的方法，其特征在于包括下列步驟A.在結構的底層上涂一層碳化硅作為刻蝕阻擋層；B.在碳化硅層上旋涂一層有機材料作為犧牲層；C.在所述的有機材料層上淀積一層碳化硅作為刻蝕阻擋層；D.采用標準大馬士革工藝形成銅-有機材料互連結構；E.在銅-有機材料互連結構上，沉積一層碳化硅刻蝕阻擋層；F.在有機材料上的碳化硅層上刻蝕去犧牲層孔；G.用有機溶液溶解犧牲層的有機材料，并用去離子水清洗；H.用超臨界二氧化碳法進一步清除犧牲層的有機材料，并釋放應力，形成銅-氣體介質懸空大馬士革結構；1.封閉碳化硅層上的去犧牲層孔。
3.如權利要求2所述的制備銅-氣體介質懸空大馬士革結構的方法，其特征在于在完成步驟A后，多次重復步驟B、C、D、E、F，再進行步驟G、H、I，可以形成多層銅-氣體介質懸空大馬士革結構。
4.如權利要求2或3所述的制備銅-氣體介質懸空大馬士革結構的方法，其特征在于在D步驟前，還包括在所述的有機材料層及沉積于其上的碳化硅層中嵌入二氧化硅支柱的步驟。
5.如權利要求4所述的制備銅-氣體介質懸空大馬士革結構的方法，其特征在于所述的二氧化硅支柱分布在銅-有機材料互連結構中的銅的周圍及相隔特定距離的有機材料中。
6.如權利要求5所述的制備銅-氣體介質懸空大馬士革結構的方法，其特征在于所述的二氧化硅支柱分布在銅-有機材料互連結構中的銅的周圍時，二氧化硅支柱的寬度應大于銅-有機材料互連結構中的銅的寬度。
7.如權利要求2或3所述的制備銅-氣體介質懸空大馬士革結構的方法，其特征在于在H步驟中，用超臨界二氧化碳法清除犧牲層的有機材料時，其處理壓力應為1070-3500psi，處理溫度應為32-49℃，處理時間應為50-500秒。
8.如權利要求2或3所述的銅制備-氣體介質懸空大馬士革結構的方法，其特征在于在I步驟中，采用等離子氧化物，封閉碳化硅層上的去犧牲層孔。
9.如權利要求8所述的銅制備-氣體介質懸空大馬士革結構的方法，其特征在于所述的等離子氧化物為等離子二氧化硅。
全文摘要
一種制備銅－氣體介質懸空大馬士革結構的方法，采用濕法刻蝕并結合超臨界二氧化碳法去除犧牲層材料，實現(xiàn)銅－空氣介質大馬士革懸空結構。本發(fā)明方法防止了濕法刻蝕時，由于液體的表面張應力引起的上層結構與下層結構的粘連。
文檔編號H01L21/768GK101022088SQ20071003777
公開日2007年8月22日 申請日期2007年3月2日 優(yōu)先權日2007年3月2日
發(fā)明者唐逸 申請人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司