[發(fā)明專利]金屬互連結(jié)構(gòu)及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410217927.0
• 申請日: 2014-05-21
• 公開（公告）號: CN103985669A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鮑宇
• 申請（專利權(quán)）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L23/532
• 代理公司: 上海思微知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31237
• 代理人: 王宏婧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種金屬互連結(jié)構(gòu)及其制造方法。

背景技術(shù)

隨著銅互連關(guān)鍵尺寸的進(jìn)一步縮小，單純依靠銅做導(dǎo)體已經(jīng)很難滿足電學(xué)方面的要求，所以研究人員已經(jīng)開始試驗一些新材料來代替銅。

碳納米管(CNT)目前作為銅互連的潛在替代材料，可以顯著降低導(dǎo)線電阻，并且不會受到電遷移的困擾，但如何將CNT整合到銅互連中卻是一個很大的挑戰(zhàn)。

請參考圖1A和1B，現(xiàn)有技術(shù)(Towards?Future?VLSI?Interconnects?Using?Aligned?Carbon?Nanotubes,2011IEEE)中提出了兩種可行的整合流程，但都面臨自身存在的問題。一種是圖1A所示的流程(a)，該流程(a)預(yù)先用催化劑顆粒(catalyst?particle)作為生長源，依靠電場的引導(dǎo)在互連層Metal1上形成垂直的CNT，相鄰CNT與CNT之間形成CNT通孔(via)，再采用CVD的方法以形成沉積介電層，相當(dāng)于在通孔中外延生長出均厚催化外延層(blanket?catalyst?film)SiO₂，然后形成互連層Metal2，其缺陷是對CNT通孔的機(jī)械強(qiáng)度要求較高；另一種是圖1B所示的流程(b)，該流程(b)與傳統(tǒng)的單大馬士革相似，是在已經(jīng)形成的介質(zhì)層通孔(via)中，用催化劑顆粒(catalyst?particle)作為生長源，依靠擠占效應(yīng)(crowding-effect)，使得CNT在介質(zhì)層通孔中垂直生長，其缺陷則是，該流程生長出來的CNT密度與即流程(a)生長出來的CNT相比偏低。

因此，需要一種新的金屬互連結(jié)構(gòu)及其制造方法，至少可以避免部分上述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種金屬互連結(jié)構(gòu)及其制造方法，能夠保證通孔中生長出來的碳納米管CNT密度，提高金屬互連結(jié)構(gòu)的性能。

為解決上述問題，本發(fā)明提出一種金屬互連結(jié)構(gòu)的制造方法，包括：

提供形成有前一金屬互連層和前一互連介質(zhì)層的半導(dǎo)體襯底，所述金屬互連層形成于所述前一互連介質(zhì)層的溝槽中；

對所述前一金屬互連層進(jìn)行回刻蝕；

在回刻蝕后的前一層金屬互連層上形成多個垂直的碳納米管；

在形成所述碳納米管的器件表面上沉積中間介質(zhì)層；

在所述中間介質(zhì)層中形成暴露部分碳納米管頂部的通孔；

在所述通孔中再生長碳納米管；

在包含有再生長碳納米管的器件表面形成下一互連介質(zhì)層；

對所述下一互連介質(zhì)層進(jìn)行溝槽刻蝕后形成下一金屬互連層。

進(jìn)一步的，所述前一金屬互連層和所述下一金屬互連層均為銅互連層。

進(jìn)一步的，采用濕法刻蝕對所述前一金屬互連層進(jìn)行回刻蝕。

進(jìn)一步的，所述濕法刻蝕采用的刻蝕液為酸系刻蝕液或氨水系刻蝕液。

進(jìn)一步的，所述前一金屬互連層的回刻蝕深度大于2nm。

進(jìn)一步的，在回刻蝕后的前一層金屬互連層上形成多個垂直的碳納米管的步驟包括：

采用圖案化的掩膜以及催化劑顆粒在所述回刻蝕后的前一層金屬互連層上形成生長源；

利用所述生長源并依靠電場的引導(dǎo)在回刻蝕后的前一層金屬互連層上形成多個垂直的碳納米管。

進(jìn)一步的，所述生長源為Ferrocene(二茂鐵)。

進(jìn)一步的，采用物理氣相沉積工藝形成所述生長源。

進(jìn)一步的，采用化學(xué)氣相沉積工藝或等離子氣相沉積工藝，在回刻蝕后的前一層金屬互連層上形成多個垂直的碳納米管。

進(jìn)一步的，所述通孔的深度不能暴露所述生長源。

本發(fā)明還提供一種金屬互連結(jié)構(gòu)，包括依次形成的：具有溝槽的前一互連介質(zhì)層；填充于所述前一互連介質(zhì)層的溝槽中且頂部表面低于所述前一互連介質(zhì)層的頂部表面的前一金屬互連層；形成于所述前一層金屬互連層上且頂部表面與所述前一互連介質(zhì)層的頂部表面持平的多個垂直的碳納米管；形成于所述前一互連介質(zhì)層和多個垂直的碳納米管的頂部表面以及填充于所述多個垂直的碳納米管之間的中間介質(zhì)層，所述中間介質(zhì)層中形成有通孔；形成于所述通孔中的再生長碳納米管；形成于所述中間介質(zhì)層和再生長碳納米管的頂部表面以及填充于所述再生長碳納米管之間的下一互連介質(zhì)層，所述下一互連介質(zhì)層中形成有暴露所述再生長碳納米管頂部的溝槽；以及填充于所述下一互連介質(zhì)層的溝槽中的下一金屬互連層。