[發(fā)明專利]半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110338442.3
• 申請日: 2011-10-31
• 公開（公告）號: CN103094186A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鮑宇
• 申請（專利權(quán)）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L23/522
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體器件為了達(dá)到更快的運(yùn)算速度、更大的資料存儲量以及更多的功能，半導(dǎo)體芯片向更高集成度方向發(fā)展。而半導(dǎo)體芯片的集成度越高，半導(dǎo)體器件的特征尺寸(CD，Critical?Dimension)越小。

隨著特征尺寸CD的逐漸減小，阻抗電容延遲(RC延遲)對器件運(yùn)行速度的影響越來越明顯，如何減小RC延遲是本領(lǐng)域技術(shù)人員研究的熱點(diǎn)問題之一。而解決RC延遲的方法之一就是減小金屬導(dǎo)線之間的寄生電容。

現(xiàn)有技術(shù)中，發(fā)展了多種減小寄生電容的方法，例如，在金屬導(dǎo)線之間填充多孔低K介質(zhì)材料等。但是多孔材料易碎，采用多孔低K介質(zhì)材料的半導(dǎo)體器件的可靠性較差。現(xiàn)有技術(shù)中還發(fā)展了一種在金屬導(dǎo)線之間形成空氣間隙，由于空氣的介電常數(shù)(k)為1.0，采用空氣間隙能夠減小介電常數(shù)，進(jìn)而減小寄生電容，現(xiàn)有技術(shù)形成空氣間隙的方法包括：

請參考圖1，提供半導(dǎo)體襯底100；形成覆蓋所述半導(dǎo)體襯底100的刻蝕停止層101；形成覆蓋所述刻蝕停止層101的層間介質(zhì)層103；形成位于所述層間介質(zhì)層103表面的圖形化的光刻膠層105；

請參考圖2，以所述圖形化的光刻膠層105為掩膜，刻蝕所述層間介質(zhì)層103和刻蝕停止層101，形成溝槽107；

請參考圖3，去除所述圖形化的光刻膠層105，暴露出所述層間介質(zhì)層103表面；在去除所述圖形化的光刻膠層105的同時，在所述溝槽107的側(cè)壁形成犧牲層109；

請參考圖4，向所述溝槽內(nèi)填充導(dǎo)電金屬，形成金屬線111；

請參考圖5，去除所述犧牲層109，形成空氣間隙113。

更多關(guān)于在互連層中形成空氣間隙的方法請參考公開號為US20110018091的美國專利。

此外還有采用自組織的有機(jī)薄膜(polymer)形成空氣間隙的方法，但是，現(xiàn)有在互連層中形成空氣間隙的方法與現(xiàn)有的半導(dǎo)體制程兼容性較差、制造過程較為復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問題是提供一種半導(dǎo)體制程兼容性好，制造過程簡單的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面具有金屬層；在所述金屬層表面形成至少為兩個犧牲凸起，所述犧牲凸起的截面為梯形或三角形；形成覆蓋所述犧牲凸起的介質(zhì)層；在所述犧牲凸起之間的介質(zhì)層內(nèi)形成暴露出金屬層的開口；在所述介質(zhì)層表面形成填充所述開口的金屬薄膜；平坦化所述金屬薄膜直至暴露出所述犧牲凸起；去除所述犧牲凸起形成空氣間隙。

可選的，所述犧牲凸起的側(cè)壁傾斜角度為80度至89度。

可選的，所述犧牲凸起的形成步驟為：

在所述金屬層表面形成犧牲層；

在所述犧牲層內(nèi)形成暴露金屬層的第一開口，所述第一開口具有傾斜側(cè)壁；

在所述第一開口內(nèi)填充掩膜層；

以所述掩膜層為掩膜，刻蝕所述犧牲層，形成犧牲凸起。

可選的，所述第一開口的傾斜側(cè)壁傾斜角度為80度至89度。

可選的，所述掩膜層的材料為氮化硅、氮化鈦，或無定形碳。

可選的，所述犧牲層的材料為氧化硅或氮化硅。

可選的，所述金屬層的材料為鋁、銅、鎳、金、鉑或鎢。

可選的，所述金屬薄膜的材料為鋁、銅、鎳、金、鉑或鎢。

可選的，所述開口為通孔結(jié)構(gòu)、溝槽結(jié)構(gòu)或雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。

可選的，所述介質(zhì)層材料為氧化硅或低k介質(zhì)材料。

本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括：半導(dǎo)體襯底；位于半導(dǎo)體襯底表面的金屬層；位于所述金屬層表面的介質(zhì)層；位于所述金屬層表面、所述介質(zhì)層內(nèi)的互連結(jié)構(gòu)；位于所述金屬層表面、所述介質(zhì)層內(nèi)的空氣間隙，所述空氣間隙具有上窄下寬的結(jié)構(gòu)。

可選的，所述空氣間隙的剖面為梯形。

可選的，所述空氣間隙的剖面的側(cè)壁傾斜角為80度至89度。

可選的，所述金屬層材料為鋁、銅、鎳、金、鉑或鎢。

可選的，所述互連結(jié)構(gòu)為通孔結(jié)構(gòu)、溝槽結(jié)構(gòu)或雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的互連結(jié)構(gòu)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法在所述金屬層表面形成多個犧牲凸起，所述犧牲凸起的截面為梯形或三角形，使得后續(xù)去除犧牲凸起后形成的空氣間隙具有上窄下寬的結(jié)構(gòu)，在后續(xù)空氣間隙表面形成其他覆蓋層時，具有上窄下寬的結(jié)構(gòu)的空氣間隙不容易填入其他材料，保證器件的性能。