太阳城集团

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半导体结构的形成方法.pdf

摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201210088629.7

申请日:

2012.03.29

公开号:

太阳城集团CN103367234B

公开日:

2015.01.21

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H01L 21/768申请日:20120329|||公开
IPC分类号: H01L21/768 主分类号: H01L21/768
申请人: 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司
发明人: 邓浩
地址: 201203 上海市浦东新区张江路18号
优先权:
专利代理机构: 北京集佳知识产权代理有限公司 11227 代理人: 骆苏华
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法律状态
申请(专利)号:

CN201210088629.7

授权太阳城集团号:

103367234B||||||

法律状态太阳城集团日:

2015.01.21|||2013.11.20|||2013.10.23

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团一种半导体结构的形成方法,包括:提供基底,在所述基底上依次形成第一低k介质层、刻蚀停止层、第二低k介质层;第二低k介质层中形成凹槽,所述凹槽暴露刻蚀停止层表面;在凹槽内填充满无定形碳材料层,在无定形碳材料层和第一低k介质层中形成相邻的第一大马士革互连结构和第二大马士革互连结构,去除第一大马士革互连结构与第二大马士革互连结构之间以及第一大马士革互连结构和第二大马士革互连结构与凹槽侧壁之间的无定形碳材料层,形成空隙;形成横跨所述空隙的覆盖层,在第一大马士革互连结构和第二大马士革互连结构与凹槽侧壁之间的形成空气隙。本发明实施例的方法降低了互连结构之间的介电常数。

权利要求书

权利要求书
1.  一种半导体结构的形成方法,其特征在于,包括步骤:
提供基底,所述基底包括第一区域和第二区域,在所述基底上依次形成第一低k介质层、刻蚀停止层、第二低k介质层;
在第一区域的第二低k介质层中形成凹槽,所述凹槽暴露刻蚀停止层表面;在凹槽内填充满无定形碳材料层;
在第一区域形成第一通孔和第二通孔,所述第一通孔和第二通孔贯穿所述无定形碳材料层、刻蚀停止层和第二低k介质层,在第二区域形成第三通孔,所述第三通孔贯穿所述第一低k介质层、刻蚀停止层和第二低k介质层;
在第一通孔、第二通孔和第三通孔填充满牺牲材料层;
刻蚀第二区域的部分第二低k介质层和第三通孔中的部分牺牲材料层,形成第三沟槽,所述第三沟槽与第三通孔的位置相对应,所述第三沟槽暴露刻蚀停止层表面;
刻蚀第一区域的部分无定形碳材料层,形成第一沟槽和第二沟槽,同时去除第一通孔、第二通孔和第三通孔中的牺牲材料层,第一沟槽和第二沟槽分别与第一通孔和第二通孔相对应,第一沟槽和第二沟槽暴露刻蚀停止层表面;
在第一通孔、第二通孔、第三通孔、第一沟槽、第二沟槽和第三沟槽中填充满金属,形成第一大马士革互连结构、第二大马士革互连结构和第三大马士革互连结构;
去除第一大马士革互连结构与第二大马士革互连结构之间以及第一大马士革互连结构和第二大马士革互连结构与凹槽侧壁之间的无定形碳材料层,形成空隙;
形成横跨所述空隙的覆盖层,在第一大马士革互连结构和第二大马士革互连结构与凹槽侧壁之间的形成空气隙。

2.  如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述牺牲材料 层的材料为无氮抗反射涂层。

3.  如权利要求2所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述牺牲材料层的形成工艺为旋转涂布工艺。

4.  如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,刻蚀第二区域的部分第二低k介质层形成第三沟槽的工艺为第一等离子刻蚀工艺。

5.  如权利要求4所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述第一等离子刻蚀工艺采用的气体为CF4、C2F6、CH2F2或CHF3。

6.  如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,刻蚀第一区域的部分无定形碳材料层形成第一沟槽和第二沟槽工艺为第二等离子体刻蚀工艺。

7.  如权利要求6所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述第二等离子体刻蚀工艺采用的气体为O2和N2O中的一种或两种的组合。

8.  如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,去除第一大马士革互连结构与第二大马士革互连结构之间以及第一大马士革互连结构和第二大马士革互连结构与凹槽侧壁之间的无定形碳材料层的工艺为第三等离子体刻蚀工艺。

9.  如权利要求8所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述第三等离子体刻蚀工艺采用的气体为H2。

10.  如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述凹槽的形成方法为:在第二低k介质层表面形成第一硬掩膜层;刻蚀所述第一区域的第一硬掩膜层和第二低k介质层形成凹槽。

11.  如权利要求10所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述第一通孔包括第一子通孔和第三子通孔,所述第二通孔包括第二子通孔和第四子通孔,所述第一通孔、第二通孔和第三通孔的形成过程为:在第二低k介质层和无定形碳材料层表面形成第二硬掩模层;采用第四等离子体刻蚀工艺刻蚀 所述第一区域的第二硬掩模层和无定形碳材料层,形成第一子通孔和第二子通孔,第一子通孔和第二子通孔暴露刻蚀停止层表面;采用第五等离子体刻蚀工艺刻蚀所述第一区域的刻蚀停止层和第一低k介质层,形成第三子通孔和第四子通孔,第三子通孔和第四子通孔分别与第一子通孔和第二子通孔相对应,同时刻蚀第二区域的第二硬掩模层、第一硬掩模层、第二低k介质层刻蚀停止层和第一低k介质层,形成第三通孔。

12.  如权利要求11所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述第四等离子体刻蚀工艺采用的气体为O2和N2O中的一种或两种的组合。

13.  如权利要求11所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述第五等离子体刻蚀工艺采用的气体为CF4、C2F6、CH2F2或CHF3。

14.  如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述刻蚀停止层的材料为氮化硼、氮碳化硅或氮化硅。

15.  如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,第一大马士革互连结构、第二大马士革互连结构和第三大马士革互连结构表面还形成有保护层。

16.  如权利要求15所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述保护层的材料为CoWP、CoMoP、NiMoP、NiMoB、NiReP、NiWP或Ru。

说明书

说明书半导体结构的形成方法
技术领域
本发明涉及半导体制作领域,特别涉及一种半导体结构的形成方法。
背景技术
当半导体工业将工艺技术演进至90nm以下,相邻的金属互连结构之间的距离变得越来越小,其间产生的电容越来越大,该电容也称寄生电容,该电容不仅影响芯片的运行速度,也对芯片上的器件的可靠性有严重影响。为了减轻这种问题,半导体工艺以低介电材料取代例如氧化硅等高介电常数的层间介质层及金属间介电层,以降低相邻的金属互连结构之间的电容。当工艺技术演进至32-45nm时,电容的问题变得更加严重,业内希望进一步降低层间介质层及金属间介电层的介电常数。
理想情况下,该介电常数可以降低至1.0,这为真空的介电常数,空气的介电常数为1.001,几乎接近真空的介电常数。因此,业内出现了在金属互连结构之间形成空气隙(air gap),以降低金属互连结构之间的电容耦合。
现有的在半导体结构中形成空气间隙的方法,包括:
参考图1,提供基底100,在所述基底上形成介质层101,所述介质层101中形成有第一互连结构103和与第一互连结构103相邻的第二互连结构104。所述介质层101表面还形成有掩膜层(图中未示出),所述掩膜层具有开口,所述开口暴露介质层101部分表面。
参考图2,沿所述开口刻蚀所述第一互连结构103和第二互连结构104之间的介质层101,形成沟槽105。
参考图3,在介质层101、第一互连结构103和第二互连结构104表面形 成遮盖层106,所述遮盖层106横跨所述沟槽105(图2所述),在第一互连结构103和第二互连结构104之间形成空气隙107。
现有半导体结构中形成的空气隙的介电常数的降低有限。
更多太阳城集团空气间隙的形成方法请参考公开号为US2011/0018091A1的美国专利。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种半导体结构的形成方法,降低互连结构之间的介电常数。
为解决上述问题,本发明提供了一种半导体结构的形成方法,包括:
提供基底,所述基底包括第一区域和第二区域,在所述基底上依次形成第一低k介质层、刻蚀停止层、第二低k介质层;
在第一区域的第二低k介质层中形成凹槽,所述凹槽暴露刻蚀停止层表面;在凹槽内填充满无定形碳材料层;
在第一区域形成第一通孔和第二通孔,所述第一通孔和第二通孔贯穿所述无定形碳材料层、刻蚀停止层和第二低k介质层,在第二区域形成第三通孔,所述第三通孔贯穿所述第一低k介质层、刻蚀停止层和第二低k介质层;
在第一通孔、第二通孔和第三通孔填充满牺牲材料层;
刻蚀第二区域的部分第二低k介质层和第三通孔中的部分牺牲材料层,形成第三沟槽,所述第三沟槽与第三通孔的位置相对应,所述第三沟槽暴露刻蚀停止层表面;
刻蚀第一区域的部分无定形碳材料层,形成第一沟槽和第二沟槽,同时去除第一通孔、第二通孔和第三通孔中的牺牲材料层,第一沟槽和第二沟槽分别与第一通孔和第二通孔相对应,第一沟槽和第二沟槽暴露刻蚀停止层表 面;
在第一通孔、第二通孔、第三通孔、第一沟槽、第二沟槽和第三沟槽中填充满金属,形成第一大马士革互连结构、第二大马士革互连结构和第三大马士革互连结构;
去除第一大马士革互连结构与第二大马士革互连结构之间以及第一大马士革互连结构和第二大马士革互连结构与凹槽侧壁之间的无定形碳材料层,形成空隙;
形成横跨所述空隙的覆盖层,在第一大马士革互连结构和第二大马士革互连结构与凹槽侧壁之间的形成空气隙。
可选的,所述牺牲材料层的材料为无氮抗反射涂层。
可选的,所述牺牲材料层的形成工艺为旋转涂布工艺。
可选的,刻蚀第二区域的部分第二低k介质层形成第三沟槽的工艺为第一等离子刻蚀工艺。
可选的,所述第一等离子刻蚀工艺采用的气体为CF4、C2F6、CH2F2或CHF3。可选的,刻蚀第一区域的部分无定形碳材料层形成第一沟槽和第二沟槽工艺为第二等离子体刻蚀工艺。
可选的,所述第二等离子体刻蚀工艺采用的气体为O2和N2O中的一种或两种的组合。
可选的,去除第一大马士革互连结构与第二大马士革互连结构之间以及第一大马士革互连结构和第二大马士革互连结构与凹槽侧壁之间的无定形碳材料层的工艺为第三等离子体刻蚀工艺。
可选的,所述第三等离子体刻蚀工艺采用的气体为H2。
可选的,所述凹槽的形成方法为:在第二低k介质层表面形成第一硬掩 膜层;刻蚀所述第一区域的第一硬掩膜层和第二低k介质层形成凹槽。
可选的,所述第一通孔包括第一子通孔和第三子通孔,所述第二通孔包括第二子通孔和第四子通孔,所述第一通孔、第二通孔和第三通孔的形成过程为:在第二低k介质层和无定形碳材料层表面形成第二硬掩模层;采用第四等离子体刻蚀工艺刻蚀所述第一区域的第二硬掩模层和无定形碳材料层,形成第一子通孔和第二子通孔,第一子通孔和第二子通孔暴露刻蚀停止层表面;采用第五等离子体刻蚀工艺刻蚀所述第一区域的刻蚀停止层和第一低k介质层,形成第三子通孔和第四子通孔,第三子通孔和第四子通孔分别与第一子通孔和第二子通孔相对应,同时刻蚀第二区域的第二硬掩模层、第一硬掩模层、第二低k介质层刻蚀停止层和第一低k介质层,形成第三通孔。
可选的,所述第四等离子体刻蚀工艺采用的气体为O2和N2O中的一种或两种的组合。
可选的,所述第五等离子体刻蚀工艺采用的气体为CF4、C2F6、CH2F2或CHF3。可选的,所述刻蚀停止层的材料为氮化硼、氮碳化硅或氮化硅。
可选的,第一大马士革互连结构、第二大马士革互连结构和第三大马士革互连结构表面还形成有保护层。
可选的,所述保护层的材料为CoWP、CoMoP、NiMoP、NiMoB、NiReP、NiWP或Ru。
与现有技术相比,本发明技术方案具有以下优点:
在第一区域的第二低k介质层中形成凹槽,在凹槽内填充满无定形碳材料层;在无定形碳材料层和第一低k介质层中形成相邻的第一大马士革互连结构和第二大马士革互连结构,去除第一大马士革互连结构与第二大马士革互连结构之间以及第一大马士革互连结构和第二大马士革互连结构与凹槽侧壁之间的无定形碳材料层,形成空隙;形成横跨所述空隙的覆盖层,在第一 大马士革互连结构和第二大马士革互连结构与凹槽侧壁之间形成空气隙,降低了第一大马士革互连结构和第二大马士革互连结构之间以及第一大马士革互连结构和第二大马士革互连结构与相邻互连结构之间的介电常数;
进一步,所述牺牲材料层的材料为无氮抗反射涂层,无氮抗反射涂层和无定形碳材料可以同一步骤去除,不会影响后续刻蚀无定形碳材料层以形成第一沟槽和第二沟槽;第一通孔、第二通孔和第三通孔填充的无氮抗反射涂层可以在刻蚀无定形碳材料层同时被去除时,无需采用额外的步骤去除第一通孔、第二通孔和第三通孔填充的无氮抗反射涂层,节省了工艺步骤;无氮抗反射涂层可以很方便的通过含氧等离子去除,不会产生残留,提高了后续形成的大马士革互连结构的稳定性;无氮抗反射涂层可以防止光刻胶层的毒化,提高光刻胶层中图形的准确性。
附图说明
图1~图3为现有半导体结构中形成空气间隙的方法;
图4为本发明实施例半导体结构形成方法的流程示意图;
图5~图15为本发明实施例半导体结构的形成过程的剖面结构示意图。
具体实施方式
现有半导体结构中形成的空气隙的介电常数的降低有限。
为解决上述问题,发明人提出一种半导体结构的形成方法。本发明实施例提供的半导体结构的形成方法,在第一区域的第二低k介质层中形成凹槽,在凹槽内填充满无定形碳材料层;在无定形碳材料层和第一低k介质层中形成相邻的第一大马士革互连结构和第二大马士革互连结构,去除第一大马士革互连结构与第二大马士革互连结构之间以及第一大马士革互连结构和第二大马士革互连结构与凹槽侧壁之间的无定形碳材料层,形成空隙;形成横跨 所述空隙的覆盖层,在第一大马士革互连结构和第二大马士革互连结构与凹槽侧壁之间形成空气隙,降低了第一大马士革互连结构和第二大马士革互连结构之间以及第一大马士革互连结构和第二大马士革互连结构与相邻互连结构之间的介电常数。
另外在凹槽内填充无定形碳材料层,采用含氢等离子体可以很干净的去除无定形碳材料层,不会在第一大马士革互连结构、第二大马士革互连结构以及凹槽侧壁造成无定形碳材料层的残留,减小了互连结构之间的介电常数。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在详述本发明实施例时,为便于说明,示意图会不依一般比例作局部放大,而且所述示意图只是示例,其在此不应限制本发明的保护范围。此外,在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
参考图4,图4为本发明实施例半导体结构的形成方法的流程示意图,包括:
步骤S201,提供基底,所述基底包括第一区域和第二区域,在所述基底上依次形成第一低k介质层、刻蚀停止层、第二低k介质层和第一硬掩膜层;
步骤S202,刻蚀所述第一区域的第一硬掩膜层和第二低k介质层形成凹槽,所述凹槽暴露刻蚀停止层表面;
步骤S203,在凹槽内填充满无定形碳材料层;在第二低k介质层和无定形碳材料层表面形成第二硬掩膜层;
步骤S204,采用第四等离子体刻蚀工艺刻蚀所述第一区域的第二硬掩膜层和无定形碳材料层,形成第一子通孔和第二子通孔,第一子通孔和第二子通孔暴露刻蚀停止层表面;
步骤S205,采用第五等离子体刻蚀工艺刻蚀所述第一区域的刻蚀停止层和第一低k介质层,形成第三子通孔和第四子通孔,第三子通孔和第四子通孔分别与第一子通孔和第二子通孔相对应,同时刻蚀第二区域的第二硬掩膜层、第一硬掩膜层、第二低k介质层刻蚀停止层和第一低k介质层,形成第三通孔;
步骤S206,形成覆盖所述第二硬掩膜层的牺牲材料层,所述牺牲材料层填充满第一通孔、第二通孔和第三通孔;在牺牲材料层表面形成光刻胶层,图形化所述光刻胶层;
步骤S207,以图形化的光刻胶层为掩膜,刻蚀第二区域的部分牺牲材料层、第二硬掩膜层、第一硬掩膜层、第二低k介质层和第三通孔中的部分牺牲材料层,形成第三沟槽,所述第三沟槽与第三通孔的位置相对应,所述第三沟槽暴露刻蚀停止层表面;
步骤S208,刻蚀第一区域的部分无定形碳材料层,形成第一沟槽和第二沟槽,同时去除第一通孔、第二通孔和第三通孔中的牺牲材料层,第一沟槽和第二沟槽分别与第一通孔和第二通孔相对应,第一沟槽和第二沟槽暴露刻蚀停止层表面;
步骤S209,在第一通孔、第二通孔、第三通孔、第一沟槽、第二沟槽和第三沟槽中填充满金属材料,化学机械研磨所述金属材料以第一硬掩膜层为停止层,形成第一大马士革互连结构、第二大马士革互连结构和第三大马士革互连结构;
步骤S210,去除第一大马士革互连结构与第二大马士革互连结构之间以及第一大马士革互连结构和第二大马士革互连结构与凹槽侧壁之间的无定形碳材料层,形成空隙;形成横跨所述空隙的覆盖层,在第一大马士革互连结构和第二大马士革互连结构与凹槽侧壁之间形成空气隙。
图5~图15为本发明实施例半导体结构形成过程的剖面结构示意图。
参考图5,提供基底300,所述基底300包括第一区域I和第二区域II,在所述基底300上依次形成第一低k介质层301、刻蚀停止层302、第二低k介质层303和第一硬掩膜层304。
所述基底300包括第一区域I和第二区域II,第一区域I为互连结构的密区,后续在第一区域I形成的两相邻的互连结构的间距较小,第二区域II为互连结构的疏区,后续在第二区域II形成的两相邻的互连结构的间距较大。所述互连结构为大马士革互连结构,本发明实施例中以在第一区域I形成相邻的第一大马士革互连结构和第二大马士革互连结构,在第二区域II形成第三大马士革互连结构作为示例。
所述基底300的材料可以为单晶硅(Si)、单晶锗(Ge)、或硅锗(GeSi)、碳化硅(SiC);也可以是绝缘体上硅(SOI),绝缘体上锗(GOI);或者还可以为其它的材料,例如砷化镓等III-V族化合物。在具体的实施例中所述基底300上形成有半导体器件,例如:NMOS晶体管、PMOS晶体管、二极管、电容、电感等。后续形成的大马士革互连结构与半导体器件相连。
所述基底300上还形成有一层或多层层间介质层,所述层间介质层上形成有金属互连层,后续形成的大马士革互连结构与金属互连层相连。
所述第一低k介质层301和第二低k介质层303的K值小于3,以减小后续形成的金属互连结构之间的介电常数。
所述刻蚀停止层302的材料为氮化硼、氮碳化硅或氮化硅等,作为后续在第二低k介质层303中形成沟槽时的停止层。
所述第一硬掩膜层304的材料为SiO2,SiC等,所述第一硬掩膜层304作为后续刻蚀第二低k介质层303形成凹槽的掩膜,并作为后续在凹槽中形成无定形碳材料层时进行平坦化工艺或回刻蚀的停止层,防止直接以第二低k 介质层303为停止层时,对第二低k介质层303的过研磨,使后续在第一区域I和第二区域II形成的大马士革互连结构的高度不一致。
参考图6,刻蚀所述第一区域I的第一硬掩膜层304和第二低k介质层303形成凹槽305,所述凹槽305暴露刻蚀停止层302表面。
参考图7,在凹槽305(参考图6)内填充满无定形碳材料层306;在第二低k介质层304和无定形碳材料层306表面形成第二硬掩膜层307。
所述无定形碳材料层306的形成工艺为等离子体增强化学气相沉积工艺,离子体增强化学气相沉积工艺的反应温度为300~400摄氏度,反应压力为3~8Torr,射频功率为500~2000watts;反应气体为C3H6、C2H4或者C2H2,C3H6、C2H4或者C2H2的流量为1000~2000sccm,反应时还包括惰性气体He,He的流量为200~1200sccm。
在凹槽305内填充满无定形碳材料层306过程为:在沟槽305中和第二低k介质层304表面沉积无定形碳材料;对无定形碳材料进行平坦化工艺,以第二低k介质层304为停止层。
在凹槽305内填充无定形碳材料,后续在无定形碳材料层306和第一低k介质层301中形成相邻的第一大马士革互连结构和第二大马士革互连结构后,可以很方便的采用含氢等离子体去除第一大马士革互连结构和第二大马士革互连结构侧壁之间以及第一大马士革互连结构和第二大马士革互连结构与凹槽305侧壁之间的无定形碳材料,不会在第一大马士革互连结构和第二大马士革互连结构的侧壁和凹槽305的侧壁有无定形碳材料的残留,降低了第一大马士革互连结构和第二大马士革互连结构之间以及第一大马士革互连结构和第二大马士革互连结构与第一区域I的其他互连结构之间的介电常数。
参考图8,采用第四等离子体刻蚀工艺刻蚀所述第一区域I的第二硬掩膜层307和无定形碳材料层306,形成第一子通孔308a和第二子通孔309a,第 一子通孔308a和第二子通孔309a暴露刻蚀停止层302表面。
所述第四等离子体刻蚀工艺采用的气体为O2和N2O中的一种或两种的组合。
参考图9,采用第五等离子体刻蚀工艺刻蚀所述第一区域I的刻蚀停止层302和第一低k介质层301,形成第三子通孔308b和第四子通孔309b,第三子通孔308b和第四子通孔309b分别与第一子通孔308a和第二子通孔309a相对应,同时刻蚀第二区域II的第二硬掩膜层307、第一硬掩膜层304、第二低k介质层303、刻蚀停止层302和第一低k介质层301,形成第三通孔310,第一子通孔308a和第三子通孔308b构成第一通孔308,第二子通孔309a和第四子通孔309b构成第二通孔309,第一通孔308、第二通孔309和第三通孔310均暴露基底300的表面。
所述第五等离子体刻蚀工艺采用的气体为CF4、C2F6、CH2F2或CHF3。
参考图10,形成覆盖所述第二硬掩膜307的牺牲材料层311,所述牺牲材料层311填充满第一通孔、第二通孔和第三通孔;在牺牲材料层311表面形成光刻胶层312,图形化所述光刻胶层312。
所述牺牲材料层311的材料为无氮抗反射涂层,无氮抗反射涂层和无定形碳材料可以同一步骤去除,不会影响后续刻蚀无定形碳材料层306以形成第一沟槽和第二沟槽;第一通孔、第二通孔和第三通孔填充的无氮抗反射涂层可以在刻蚀无定形碳材料层306同时被去除时,无需采用额外的步骤去除第一通孔、第二通孔和第三通孔填充的无氮抗反射涂层,节省了工艺步骤;无氮抗反射涂层可以很方便的通过含氧等离子去除,不会产生残留,提高了后续形成的大马士革互连结构的稳定性;无氮抗反射涂层作为第二区域II形成第三沟槽时,第三通孔的保护层;无氮抗反射涂层中不含有氮元素,防止了氮元素与光刻胶层312中酸发生反应,引起光阻的毒化现象,提高了光刻 胶层312中形成的图形的准确性。
所述牺牲材料层311的形成工艺为旋转涂布工艺。
在本发明的其他实施例中,所述牺牲材料层311和光刻胶层312之间还形成有低温氧化层,当使用含氮掩膜材料时,防止第二硬掩膜层307中的氮元素通过牺牲材料层311扩散到光刻胶层312层中,引起光阻的毒化现象。
参考图11,以图形化的光刻胶312为掩膜,刻蚀第二区域II的部分牺牲材料层311、第二硬掩膜层307、第一硬掩膜层304、第二低k介质层303和第三通孔中的部分牺牲材料层311,在第一硬掩膜层304和第二低k介质层303形成第三沟槽313,所述第三沟槽313与第三通孔的位置相对应,所述第三沟槽313暴露刻蚀停止层302表面。
刻蚀第二区域II的部分牺牲材料层311、第二硬掩膜层307以及刻蚀第一硬掩膜层304、第二低k介质层303、第三通孔中的部分牺牲材料层311可以为同一刻蚀步骤也可以为不同刻蚀步骤。
刻蚀第三通孔中的部分牺牲材料层311、第二硬掩膜层307、第一硬掩膜层304、第二低k介质层303为第一等离子刻蚀工艺。
所述第一等离子刻蚀工艺采用的气体为CF4、C2F6、CH2F2或CHF3。
本实施例中在刻蚀第二区域II的部分牺牲材料层311、第二硬掩膜层307,可相应的刻蚀第一区域I的部分牺牲材料层311、第二硬掩膜层307,形成对应后续形成的第一沟槽和第二沟槽位置的开口。
参考图12,刻蚀第一区域I的部分无定形碳材料306,形成第一沟槽314和第二沟槽315,同时去除第一通孔、第二通孔和第三通孔中的剩余的牺牲材料层,第一沟槽314和第二沟槽315分别与第一通孔和第二通孔相对应,第一沟槽314和第二沟槽315暴露刻蚀停止层302表面。
刻蚀第一区域I的部分无定形碳材料层306的工艺为第二等离子体刻蚀工艺。
所述第二等离子体刻蚀工艺采用的气体为O2和N2O中的一种或两种的组合。
刻蚀过程中同时去除图形化的光刻胶层以及第一通孔、第二通孔和第三通孔剩余的牺牲材料层,节省了工艺步骤。
参考图13,在第一通孔、第二通孔、第三通孔、第一沟槽、第二沟槽和第三沟槽中填充满金属材料,化学机械研磨所述金属材料,以第一硬掩膜304为停止层,形成第一大马士革互连结构314、第二大马士革互连结构315和第三大马士革互连结构313。
所述填充满金属材料的工艺为电镀工艺或者其他任意合适的工艺。
所述第一大马士革互连结构313、第二大马士革互连结构314和第三大马士革互连结构315表面还形成有保护层(图中未示出)。
所述保护层的材料为CoWP、CoMoP、NiMoP、NiMoB、NiReP、NiWP或Ru。
在通孔和沟槽中填充金属材料之前,所述第二区域II的第三通孔和第三沟槽的侧壁和底部还可以形成扩散阻挡层。
参考图14,去除第一大马士革互连结构314与第二大马士革互连结构315之间以及第一大马士革互连结构314和第二大马士革互连结构315与凹槽侧壁之间的无定形碳材料层,在第一大马士革互连结构314与第二大马士革互连结构315之间形成空隙317,在第一大马士革互连结构314和第二大马士革互连结构315与凹槽侧壁之间形成空隙316。
去除第一大马士革互连结构314与第二大马士革互连结构315之间以及 第一大马士革互连结构314和第二大马士革互连结构315与凹槽侧壁之间的无定形碳材料层的工艺为第三等离子体刻蚀工艺。
所述第三等离子体刻蚀工艺采用的气体为H2,采用含氢等离子体可以很干净的去除无定形碳材料,不会在第一大马士革互连结构314、第二大马士革互连结构315以及凹槽的侧壁产生无定形碳材料的残留,后续形成空气隙时,降低了第一大马士革互连结构314和第二大马士革互连结构315之间以及第一大马士革互连结构314和第二大马士革互连结构315与相邻互连结构之间的介电常数,并且刻蚀过程中,不会对第一大马士革互连结构和第二大马士革互连结构的表面产生损伤。
参考图15,形成横跨所述空隙316和空隙317(参考图14)的覆盖层320,在第一大马士革互连结构314和第二大马士革互连结构315之间形成空气隙318,在第一大马士革互连结构314和第二大马士革互连结构315与凹槽侧壁之间形成空气隙319。
空气隙318降低了第一大马士革互连结构314和第二大马士革互连结构315之间的介电常数,空气隙319降低了第一大马士革互连结构314和第二大马士革互连结构315与第一区域I的其他互连结构之间的介电常数。
综上,本发明实施例提供的半导体结构的形成方法,在第一区域的第二低k介质层中形成凹槽,在凹槽内填充满无定形碳材料层;在无定形碳材料层和第一低k介质层中形成相邻的第一大马士革互连结构和第二大马士革互连结构,去除第一大马士革互连结构与第二大马士革互连结构之间以及第一大马士革互连结构和第二大马士革互连结构与凹槽侧壁之间的无定形碳材料层,形成空隙;形成横跨所述空隙的覆盖层,在第一大马士革互连结构和第二大马士革互连结构与凹槽侧壁之间形成空气隙,降低了第一大马士革互连结构和第二大马士革互连结构之间以及第一大马士革互连结构和第二大马士 革互连结构与相邻互连结构之间的介电常数;
进一步,所述牺牲材料层的材料为无氮抗反射涂层,无氮抗反射涂层和无定形碳材料可以同一步骤去除,不会影响后续刻蚀无定形碳材料层以形成第一沟槽和第二沟槽;第一通孔、第二通孔和第三通孔填充的无氮抗反射涂层可以在刻蚀无定形碳材料层同时被去除,无需采用额外的步骤去除第一通孔、第二通孔和第三通孔填充的无氮抗反射涂层,节省了工艺步骤;无氮抗反射涂层可以很方便的通过含氧等离子去除,不会产生残留,提高了后续形成的大马士革互连结构的稳定性;无氮抗反射涂层可以防止光刻胶层的毒化,提高光刻胶层中图形的准确性。
太阳城集团本发明虽然已以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定本发明,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改,因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰,均属于本发明技术方案的保护范围。

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