金属互连结构及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种金属互连结构及其制造方法，利用前一金属互连层的回刻蚀形成的沟槽增大了碳纳米管的生长面积，更利于碳纳米管的高密度生长，由此形成的高密度碳纳米管可以作为后续通孔中再生长碳纳米管的生长源，提高了通孔中再生长碳纳米管的高密度，由此能够保证了通孔中生长出来的碳纳米管的密度，提高了金属互连结构的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种。
技术介绍
随着铜互连关键尺寸的进一步缩小，单纯依靠铜做导体已经很难满足电学方面的要求，所以研究人员已经开始试验一些新材料来代替铜。碳纳米管(CNT)目前作为铜互连的潜在替代材料，可以显著降低导线电阻，并且不会受到电迁移的困扰，但如何将CNT整合到铜互连中却是一个很大的挑战。请参考图1A 和 1B,现有技术(Towards Future VLSI Interconnects UsingAligned Carbon Nanotubes, 2011 IEEE)中提出了两种可行的整合流程,但都面临自身存在的问题。一种是图1A所示的流程(a),该流程(a)预先用催化剂颗粒(catalyst particle)作为生长源，依靠电场的引导在互连层Metall上形成垂直的CNT，相邻CNT与CNT之间形成CNT通孔(via)，再采用CVD的方法以形成沉积介电层，相当于在通孔中外延生长出均厚催化外延层(blanket catalyst film) SiO2,然后形成互连层Metal2,其缺陷是对CNT通孔的机械强度要求较高；另一种是图1B所示的流程(b)，该流程(b)与传统的单大马士革相似，是在已经形成的介质层通孔(via)中，用催化剂颗粒(catalyst particle)作为生长源,依靠挤占效应(crowding-effect),使得CNT在介质层通孔中垂直生长,其缺陷则是,该流程生长出来的CNT密度与即流程(a)生长出来的CNT相比偏低。因此，需要一种新的，至少可以避免部分上述缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，能够保证通孔中生长出来的碳纳米管CNT密度，提高金属互连结构的性能。为解决上述问题，本专利技术提出一种金属互连结构的制造方法，包括:提供形成有前一金属互连层和前一互连介质层的半导体衬底，所述金属互连层形成于所述前一互连介质层的沟槽中；对所述前一金属互连层进行回刻蚀；在回刻蚀后的前一层金属互连层上形成多个垂直的碳纳米管；在形成所述碳纳米管的器件表面上沉积中间介质层；在所述中间介质层中形成暴露部分碳纳米管顶部的通孔；在所述通孔中再生长碳纳米管；在包含有再生长碳纳米管的器件表面形成下一互连介质层；对所述下一互连介质层进行沟槽刻蚀后形成下一金属互连层。进一步的，所述前一金属互连层和所述下一金属互连层均为铜互连层。进一步的，采用湿法刻蚀对所述前一金属互连层进行回刻蚀。进一步的，所述湿法刻蚀采用的刻蚀液为酸系刻蚀液或氨水系刻蚀液。进一步的，所述前一金属互连层的回刻蚀深度大于2nm。进一步的，在回刻蚀后的前一层金属互连层上形成多个垂直的碳纳米管的步骤包括:采用图案化的掩膜以及催化剂颗粒在所述回刻蚀后的前一层金属互连层上形成生长源；利用所述生长源并依靠电场的引导在回刻蚀后的前一层金属互连层上形成多个垂直的碳纳米管。进一步的，所述生长源为Ferrocene ( 二茂铁)。进一步的，采用物理气相沉积工艺形成所述生长源。进一步的，采用化学气相沉积工艺或等离子气相沉积工艺，在回刻蚀后的前一层金属互连层上形成多个垂直的碳纳米管。进一步的，所述通孔的深度不能暴露所述生长源。本专利技术还提供一种金属互连结构，包括依次形成的:具有沟槽的前一互连介质层；填充于所述前一互连介质层的沟槽中且顶部表面低于所述前一互连介质层的顶部表面的前一金属互连层；形成于所述前一层金属互连层上且顶部表面与所述前一互连介质层的顶部表面持平的多个垂直的碳纳米管；形成于所述前一互连介质层和多个垂直的碳纳米管的顶部表面以及填充于所述多个垂直的碳纳米管之间的中间介质层，所述中间介质层中形成有通孔；形成于所述通孔中的再生长碳纳米管；形成于所述中间介质层和再生长碳纳米管的顶部表面以及填充于所述再生长碳纳米管之间的下一互连介质层，所述下一互连介质层中形成有暴露所述再生长碳纳米管顶部的沟槽；以及填充于所述下一互连介质层的沟槽中的下一金属互连层。与现有技术相比，本专利技术提供的，可以利用前一金属互连层的回刻蚀形成的沟槽增大了碳纳米管的生长面积，更利于碳纳米管的高密度生长，由此形成的高密度碳纳米管可以作为在通孔中再生长碳纳米管的生长源，提高通孔中再生长碳纳米管的高密度，由此能够保证了通孔中生长出来的碳纳米管的密度，提高了金属互连结构的性能。【附图说明】图1A和图1B是现有技术中包含有碳纳米管的铜互连结构制造流程及其器件结构示意图；图2是本专利技术具体实施例的金属互连结构的制造方法流程图；图3A至3F是图2所示的制造流程中的器件结构示意图。【具体实施方式】为使本专利技术的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】作进一步的说明，然而，本专利技术可以用不同的形式实现，不应认为只是局限在所述的实施例。请参考图2，本专利技术提出一种金属互连结构的制造方法，包括以下步骤:SI，提供形成有前一金属互连层和前一互连介质层的半导体衬底，所述金属互连层形成于所述前一互连介质层的沟槽中；S2，对所述前一金属互连层进行回刻蚀；S3，在回刻蚀后的前一层金属互连层上形成多个垂直的碳纳米管；S4，在形成所述碳纳米管的器件表面上沉积中间介质层；S5，在所述中间介质层中形成暴露部分碳纳米管顶部的通孔；S6，在所述通孔中再生长碳纳米管；S7，在包含有再生长碳纳米管的器件表面形成下一互连介质层；S8，对所述下一互连介质层进行沟槽刻蚀后形成下一金属互连层。请参考图3A，在步骤SI中，提供的半导体衬底包括前一金属互连层12和前一互连介质层11，所述金属互连层12形成于所述前一互连介质层11的沟槽中。本实施例中，提供所述半导体衬底的具体过程包括:首先，提供一基底(未图示)；接着，在所述基底上沉积超低K材料形成所述前一互连介质层11 ；然后，光刻并刻蚀所述前一互连介质层11，形成用于金属互连的沟槽(未图示)；接着，在所述沟槽中形成阻挡籽晶层(未图示)后，采用铜电镀(ECP)工艺填充互连铜，形成所述前一金属互连层12 ；然后，顶部化学机械平坦化(CMP)，获得所述半导体衬底。请参考图3B，在步骤S2中，采用湿法刻蚀工艺对所述前一金属互连层12进行回刻蚀，形成沟槽13。所述湿法刻蚀工艺采用的刻蚀液可以为酸系刻蚀液，也可以为氨水系刻蚀液。所述前一金属互连层的回刻蚀深度大于2nm，即沟槽13的深度大于2nm。其中，相比于通孔via沟槽13的面积要大得多，更利于碳纳米管CNT的高密度生长。。请参考图3C，步骤S3中，在回刻蚀后的前一层金属互连层12上形成多个垂直的碳纳米管(CNT阵列)15，具体包括:采用图案化的掩膜以及催化剂颗粒在所述回刻蚀后的前一层金属互连层上通过物理气相沉积工艺(PVD)形成生长源(catalyst particle) 14,其中，所述生长源可为Ferrocene ( 二茂铁)，并不限于 Ferrocene ；利用所述生长源14并依靠电场的引导在回刻蚀后的前一层金属互连层12上化学气相沉积(CVD)或等离子气相沉积(PECVD)形成多个垂直的碳纳米管15，碳纳米管15具有较高的密度，相邻碳纳米管15之间形成通孔16。其中，在步骤S3中，增加电场可以控制碳纳米管15在沟槽(trench)中的生长方向，而且，由于电场作用下电流是沿着碳纳米管15的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属互连结构的制造方法，其特征在于，包括：提供形成有前一金属互连层和前一互连介质层的半导体衬底，所述金属互连层形成于所述前一互连介质层的沟槽中；对所述前一金属互连层进行回刻蚀；在回刻蚀后的前一层金属互连层上形成多个垂直的碳纳米管；在形成所述碳纳米管的器件表面上沉积中间介质层；在所述中间介质层中形成暴露部分碳纳米管顶部的通孔；在所述通孔中再生长碳纳米管；在包含有再生长碳纳米管的器件表面形成下一互连介质层；对所述下一互连介质层进行沟槽刻蚀后形成下一金属互连层。

【技术特征摘要】
1.一种金属互连结构的制造方法，其特征在于，包括: 提供形成有前一金属互连层和前一互连介质层的半导体衬底，所述金属互连层形成于所述前一互连介质层的沟槽中； 对所述前一金属互连层进行回刻蚀； 在回刻蚀后的前一层金属互连层上形成多个垂直的碳纳米管； 在形成所述碳纳米管的器件表面上沉积中间介质层； 在所述中间介质层中形成暴露部分碳纳米管顶部的通孔； 在所述通孔中再生长碳纳米管； 在包含有再生长碳纳米管的器件表面形成下一互连介质层； 对所述下一互连介质层进行沟槽刻蚀后形成下一金属互连层。2.如权利要求1所述的金属互连结构的制造方法，其特征在于，所述前一金属互连层和所述下一金属互连层均为铜互连层。3.如权利要求1所述的金属互连结构的制造方法，其特征在于，采用湿法刻蚀对所述前一金属互连层进行回刻蚀。4.如权利要求3所述的金属互连结构的制造方法，其特征在于，所述湿法刻蚀采用的刻蚀液为酸系刻蚀液或氨水系刻蚀液。5.如权利要求1所述的金属互连结构的制造方法，其特征在于，所述前一金属互连层的回刻蚀深度大于2nm。6.如权利要求1所述的金属互连结构的制造方法，其特征在于，在回刻蚀后的前一层金属互连层上形成多个垂直的碳纳米管的步骤包括: 采用图案化的掩膜以及催化剂颗粒在所述回刻蚀后的前一层金属互...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍宇，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31