[发明专利]半导体结构及半导体结构的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种半导体结构及半导体结构的形成方法。

背景技术

随着半导体产业进入高性能与多功能的集成电路新时代，集成电路内器件的密度会随之增加，而器件宽度以及器件之间的间距会随之缩小。在过去要达成上述目的，仅受限于光刻技术定义结构的能力，但是，具有较小宽度的器件的几何特征产生了新的限制因素。例如，当导电图案之间的距离缩小时，任意两相邻的导电图案所产生的电容(为用以隔开导电图案之间的介质材料的介电常数K的函数)会增加。所述增加的电容会导致导体间的电容耦合上升，从而增加电力消耗并提高电阻-电容(RC)时间常数。因此，半导体集成电路性能以及功能是否可以不断的改良取决于正在开发的具有低介电常数的材料。

由于具有最低介电常数的材料为空气(k＝1.0)，通常会形成空气间隙来进一步降低互连层内的有效K值。现有的在半导体结构中形成空气间隙的方法，包括：

请参考图1，提供半导体衬底10；形成覆盖所述半导体衬底10的刻蚀停止层11；形成覆盖所述刻蚀停止层11的层间介质层13；形成位于所述层间介质层13表面的图形化的光刻胶层15；

请参考图2，以所述图形化的光刻胶层15为掩膜，刻蚀所述层间介质层13和刻蚀停止层11，形成沟槽17；

请参考图3，去除所述图形化的光刻胶层，暴露出所述层间介质层13表面；在去除所述图形化的光刻胶层后，采用沉积工艺形成覆盖所述沟槽17侧壁的牺牲层19；

请参考图4，向所述沟槽内填充导电金属，形成金属线21；

请参考图5，去除所述牺牲层，形成空气间隙23。

然而，采用现有技术形成的具有空气间隙的半导体结构在半导体集成电路中的性能较差。

更多关于空气间隙的形成方法请参考公开号为US2011/0018091A1的美国专利文献。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种半导体结构及半导体结构的形成方法，形成一种开口的宽度小，内部的宽度大的空气间隙，有效地降低层间介质层的介电常数。

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，位于所述基底上的层间介质层，所述层间介质层内形成有至少两个分立的金属互连结构；

利用无电镀工艺形成覆盖所述金属互连结构表面的阻挡层；

以所述阻挡层为掩膜，对不同金属互连结构之间的层间介质层进行干法刻蚀，直到暴露出所述基底，形成第一沟槽；

以所述阻挡层为掩膜，对所述第一沟槽侧壁的层间介质层进行刻蚀，形成第二沟槽，所述第二沟槽的宽度大于所述第一沟槽的宽度；

在所述层间介质层和阻挡层表面形成横跨所述第二沟槽开口的绝缘层。

可选的，所述阻挡层的尺寸大于所述金属互连结构表面的尺寸，使得分立的金属互连结构相对应的阻挡层之间的间距小于所述分立的金属互连结构之间的间距。

可选的，所述阻挡层的材料为CoWP、CoMoP、NiMoP、NiMoB、NiReP或NiWP。

可选的，所述层间介质层的介质材料掺杂有碳元素。

可选的，所述介质材料中碳元素的摩尔百分比含量的范围为0～30％。

可选的，所述介质材料中碳元素的摩尔百分比含量从层间介质层的底部到表面逐渐增大。

可选的，利用干法刻蚀工艺形成第二沟槽，所述第二沟槽的形状为梯形，从层间介质层的底部到表面，所述第二沟槽的宽度逐渐减小。

可选的，所述介质材料中碳元素的摩尔百分比含量从层间介质层的底部到表面先逐渐增大，再逐渐减小。

可选的，利用干法刻蚀工艺形成第二沟槽，所述第二沟槽的侧壁的形状为“∑”，从层间介质层的底部到表面，所述第二沟槽的宽度先逐渐增大，再逐渐减小。

可选的，所述干法刻蚀工艺的刻蚀气体为O₂和CF_X，其中，所述O₂占整个O₂、CF_X混合气体的摩尔百分比为0～20％。

可选的，所述层间介质层的介质材料为多孔介质材料。

可选的，所述多孔介质材料中的气孔占整个多孔介质材料的体积比的范围为0～30％。

可选的，所述多孔介质材料中的气孔占整个多孔介质材料的体积比从层间介质层的底部到表面逐渐减小。