互连结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种互连结构及其制备方法，包括：1)提供一基底，基底上有碳纳米管层；2)于基底及碳纳米管层上形成刻蚀停止层、低k介质层、第一硬掩膜层、第二硬掩膜层、抗反射涂层及第一图形化光刻胶层；3)刻蚀抗反射涂层及第二硬掩膜层；4)去除第一图形化光刻胶层及抗反射涂层；5)形成第二图形化光刻胶层；6)刻蚀第一硬掩膜层及低k介质层；7)继续刻蚀第一硬掩膜层、低k介质层及刻蚀停止层以形成沟槽及连接通孔；8)去除第二硬掩膜层；9)形成阻挡层；10)对低k介质层下部进行横向刻蚀；11)于连接通孔内及沟槽内形成碳纳米管结构。本发明专利技术可以避免失效、降低互连结构的电阻。

Interconnection structure and its preparation

【技术实现步骤摘要】
互连结构及其制备方法
本专利技术涉及半导体
，特别是涉及一种互连结构及其制备方法。
技术介绍
随着工艺节点的缩小，金属层之间的最小间距越来越小，金属层之间的导电栓塞的尺寸也越来越小。然而，随着导电栓塞尺寸的减小，导电栓塞与下层金属层的接触面积也随之减小，这必然会使得二者的接触电阻随之增大；同时，现有工艺中一般通过在连接通孔内填充铜作为所述导电栓塞，然而铜填充形成导电栓塞存在如下问题：第一，导电栓塞在工作时承载的超过6×106A/cm2的电流密度，这将会因电迁移而导致铜导电栓塞失效；第二，铜的填充能力比较差，随着所述连接通孔尺寸的减小，在所述连接通孔内填充铜形成所述导电栓塞时，容易在所述导电栓塞内形成气孔，这将进一步增大导电栓塞的电阻。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种互连结构及其制备方法，用于解决现有技术中采用铜填充连接通孔形成导电栓塞时存在的因电迁移而导致失效的问题，以及导电栓塞与金属层之间的接触电阻较大及导电栓塞自身的电阻较大，从而影响器件的电学性能的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种互连结构的制备方法，所述互连结构的制备方法包括如下步骤：1)提供一基底，所述基底上形成有碳纳米管层；2)于所述基底及所述碳纳米管层上形成由下至上依次叠置的刻蚀停止层、低k介质层、第一硬掩膜层、第二硬掩膜层、抗反射涂层及第一图形化光刻胶层，所述第一图形化光刻胶层内形成有沟槽图形，所述沟槽图形定义出后续需要形成的沟槽；3)依据所述第一图形化光刻胶层刻蚀所述抗反射涂层及所述第二硬掩膜层，以将所述沟槽图形转移至所述第二硬掩膜层内；4)去除所述第一图形化光刻胶层及所述抗反射涂层；5)于所述第一硬掩膜层及刻蚀后的所述第二硬掩膜层上形成第二图形化光刻胶层，所述第二图形化光刻胶层内形成有连接通孔图形，所述连接通孔图形定义出后续需要形成的连接通孔；6)依据所述第二图形化光刻胶层刻蚀所述第一硬掩膜层及所述低k介质层；去除所述第二图形化光刻胶层；7)依据刻蚀后的所述第二硬掩膜层继续刻蚀所述第一硬掩膜层、所述低k介质层及所述刻蚀停止层，以于所述低k介质层内形成所述沟槽及所述连接通孔，所述连接通孔与所述沟槽相连通，且暴露出所述碳纳米管层；8)去除所述第二硬掩膜层；9)采用非共性线状原子层沉积工艺于所述第一硬掩膜层表面、所述沟槽的侧壁及底部、所述连接通孔的上部侧壁形成阻挡层；10)依据所述阻挡层对所述低k介质层下部进行横向刻蚀，以使得所述连接通孔与所述刻蚀停止层顶部接触部分的宽度大于所述连接通孔上部及所述连接通孔下部的宽度；11)于所述连接通孔内及所述沟槽内形成碳纳米管结构，所述碳纳米管结构与所述低k介质层下部之间具有空气间隙。可选地，步骤2)中形成的所述刻蚀停止层包括氮化铝层、碳化钽层或氮化钛层，所述第一硬掩膜层包括第一正硅酸乙酯层，所述第二硬掩膜层包括上下叠置的氮化钛层及第二正硅酸乙酯层。可选地，步骤9)中采用非共性线状原子层沉积工艺形成的所述阻挡层的材料包括TaN、TiN、Al2O3、ZrO2、Y2O3及HfO2中的至少一种；所述阻挡层的厚度为5埃～200埃。可选地，步骤11)包括如下步骤：11-1)于裸露的所述碳纳米管层的上表面、裸露的所述低k介质层的上表面及所述第一硬掩膜层的上表面形成催化剂层；11-2)基于所述催化剂层于所述连接通孔内及所述沟槽内形成所述碳纳米管结构。可选地，所述催化剂层的材料包括钽、钛、铁、钴、锰、镍、钨、铬、硅化钛、硅化锆、硅化钴、硅化镍、富硅硅化镍、氧化镁及氧化铝中的至少一种。可选地，步骤11-1)与步骤11-2)之间还包括如下步骤：对所述催化剂层进行退火处理。可选地，于氮气、氩气、氨气、氦气及氧气中的至少一种气体形成的保护气氛下对所述催化剂层进行退火处理，退火温度为200℃～800℃。可选地，步骤10)与步骤11)之间还包括去除所述阻挡层的步骤。可选地，步骤11)之后还包括如下步骤：对所述碳纳米管结构进行退火处理。可选地，于氮气、氩气、氨气、氦气及氧气中的至少一种气体形成的保护气氛下对所述碳纳米管结构进行退火处理，退火温度为200℃～800℃。可选地，步骤11)中，形成所述碳纳米管结构的反应气体包括一氧化碳、甲烷、乙烷、丙烯及苯中的至少一种，形成所述碳纳米管结构的反应温度为250℃～900℃。可选地，步骤11)之后还包括如下步骤：12)于所述第一硬掩膜层的上表面及所述碳纳米管结构的上表面形成保护层。本专利技术还提供一种互连结构，所述互连结构包括：碳纳米管层；刻蚀停止层，位于所述碳纳米管层上；低k介质层，位于所述刻蚀停止层上；碳纳米管结构，位于所述低k介质层及所述刻蚀停止层内，且与所述碳纳米管层的上表面相接触，所述碳纳米管结构与所述低k介质层的下部之间具有空气间隙。可选地，所述刻蚀停止层包括氮化铝层、碳化钽层或氮化钛层。可选地，所述互连结构还包括掩膜层，所述掩膜层位于所述低k介质层的上表面，所述碳纳米管结构的上表面与所述掩膜层的上表面相平齐。可选地，所述互连结构还包括保护层，所述保护层位于所述掩膜层的上表面及所述碳纳米管结构的上表面。如上所述，本专利技术的互连结构及其制备方法，具有以下有益效果：本专利技术的互连结构通过采用碳纳米管结构填充形成互连结构，由于碳纳米管在失效前可以承载高达1×109A/cm2的电流密度，在正常工作中不会存在失效的问题；本专利技术的互连结构中，碳纳米管具有较强的填孔能力，在填充形成的互连结构中不会形成有气孔，从而可以降低形成的互连结构的电阻；本专利技术的互连结构的制备方法通过采用非共形线状原子层沉积工艺于连接通孔的上部侧壁形成阻挡层后对低k介质层进行横向刻蚀，使得所述连接通孔与所述刻蚀停止层顶部接触部分的宽度大于所述连接通孔上部及所述连接通孔下部的宽度，可以保证形成的碳纳米管结构与低k介质层下部之间形成有空气间隙，由于空气的介电系数(空气的介电常数为1)远小于低k介质层的介电常数(低k介质层的介电常数为2.5左右)，从而可以大大降低互连结构的电阻电容延迟(RCdelay)中的内部电介质形成的电容(C)。附图说明图1显示为本专利技术实施例一中提供的互连结构的制备方法的流程图。图2至图17显示为本专利技术实施例一中提供的互连结构的制备方法中各步骤对应结构的截面结构示意图；其中，图17为本专利技术提供的互连结构的截面结构示意图。元件标号说明10基底11碳纳米管层12刻蚀停止层13低k介质层14第一硬掩膜层15第二硬掩膜层151氮化钛层152第二正硅酸乙酯层16抗反射涂层17第一图形光刻胶层171沟槽图形18第二图形化光刻胶层181连接通孔图形19沟槽<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种互连结构的制备方法，其特征在于，所述互连结构的制备方法包括如下步骤：/n1)提供一基底，所述基底上形成有碳纳米管层；/n2)于所述基底及所述碳纳米管层上形成由下至上依次叠置的刻蚀停止层、低k介质层、第一硬掩膜层、第二硬掩膜层、抗反射涂层及第一图形化光刻胶层，所述第一图形化光刻胶层内形成有沟槽图形，所述沟槽图形定义出后续需要形成的沟槽；/n3)依据所述第一图形化光刻胶层刻蚀所述抗反射涂层及所述第二硬掩膜层，以将所述沟槽图形转移至所述第二硬掩膜层内；/n4)去除所述第一图形化光刻胶层及所述抗反射涂层；/n5)于所述第一硬掩膜层及刻蚀后的所述第二硬掩膜层上形成第二图形化光刻胶层，所述第二图形化光刻胶层内形成有连接通孔图形，所述连接通孔图形定义出后续需要形成的连接通孔；/n6)依据所述第二图形化光刻胶层刻蚀所述第一硬掩膜层及所述低k介质层；去除所述第二图形化光刻胶层；/n7)依据刻蚀后的所述第二硬掩膜层继续刻蚀所述第一硬掩膜层、所述低k介质层及所述刻蚀停止层，以于所述低k介质层内形成所述沟槽及所述连接通孔，所述连接通孔与所述沟槽相连通，且暴露出所述碳纳米管层；/n8)去除所述第二硬掩膜层；/n9)采用非共性线状原子层沉积工艺于所述第一硬掩膜层表面、所述沟槽的侧壁及底部、所述连接通孔的上部侧壁形成阻挡层；/n10)依据所述阻挡层对所述低k介质层下部进行横向刻蚀，以使得所述连接通孔与所述刻蚀停止层顶部接触部分的宽度大于所述连接通孔上部及所述连接通孔下部的宽度；/n11)于所述连接通孔内及所述沟槽内形成碳纳米管结构，所述碳纳米管结构与所述低k介质层下部之间具有空气间隙。/n...

【技术特征摘要】
1.一种互连结构的制备方法，其特征在于，所述互连结构的制备方法包括如下步骤：
1)提供一基底，所述基底上形成有碳纳米管层；
2)于所述基底及所述碳纳米管层上形成由下至上依次叠置的刻蚀停止层、低k介质层、第一硬掩膜层、第二硬掩膜层、抗反射涂层及第一图形化光刻胶层，所述第一图形化光刻胶层内形成有沟槽图形，所述沟槽图形定义出后续需要形成的沟槽；
3)依据所述第一图形化光刻胶层刻蚀所述抗反射涂层及所述第二硬掩膜层，以将所述沟槽图形转移至所述第二硬掩膜层内；
4)去除所述第一图形化光刻胶层及所述抗反射涂层；
5)于所述第一硬掩膜层及刻蚀后的所述第二硬掩膜层上形成第二图形化光刻胶层，所述第二图形化光刻胶层内形成有连接通孔图形，所述连接通孔图形定义出后续需要形成的连接通孔；
6)依据所述第二图形化光刻胶层刻蚀所述第一硬掩膜层及所述低k介质层；去除所述第二图形化光刻胶层；
7)依据刻蚀后的所述第二硬掩膜层继续刻蚀所述第一硬掩膜层、所述低k介质层及所述刻蚀停止层，以于所述低k介质层内形成所述沟槽及所述连接通孔，所述连接通孔与所述沟槽相连通，且暴露出所述碳纳米管层；
8)去除所述第二硬掩膜层；
9)采用非共性线状原子层沉积工艺于所述第一硬掩膜层表面、所述沟槽的侧壁及底部、所述连接通孔的上部侧壁形成阻挡层；
10)依据所述阻挡层对所述低k介质层下部进行横向刻蚀，以使得所述连接通孔与所述刻蚀停止层顶部接触部分的宽度大于所述连接通孔上部及所述连接通孔下部的宽度；
11)于所述连接通孔内及所述沟槽内形成碳纳米管结构，所述碳纳米管结构与所述低k介质层下部之间具有空气间隙。


2.根据权利要求1所述的互连结构的制备方法，其特征在于，步骤2)中形成的所述刻蚀停止层包括氮化铝层、碳化钽层或氮化钛层，所述第一硬掩膜层包括第一正硅酸乙酯层，所述第二硬掩膜层包括上下叠置的氮化钛层及第二正硅酸乙酯层。


3.根据权利要求1所述的互连结构的制备方法，其特征在于，步骤9)中采用非共性线状原子层沉积工艺形成的所述阻挡层的材料包括TaN、TiN、Al2O3、ZrO2、Y2O3及HfO2中的至少一种；所述阻挡层的厚度为5埃～200埃。


4.根据权利要求1所述的互连结构的制备方法，其特征在于，步骤11)包括如下步骤：
11-1)于裸露的所述碳纳米管层的上表面、裸露的所述低k介质层的上表面及所述第一硬掩膜层的上表面形成催化剂层；
11-2)基于所述催化剂层于所述连接通孔内及所述沟槽内形成所述碳纳米管结构。

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【专利技术属性】
技术研发人员：平延磊，李天慧，马强，
申请(专利权)人：芯恩青岛集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37