半导体结构及其形成方法技术

一种半导体结构及其形成方法，其中半导体结构包括：半导体衬底；位于半导体衬底表面的金属层；位于所述金属层表面的介质层；位于所述金属层表面、所述介质层内的互连结构；位于所述金属层表面、所述介质层内的空气间隙，所述空气间隙具有上窄下宽的结构。本发明专利技术实施例的半导体结构形成方法半导体制程兼容性好，制造过程简单，本发明专利技术实施例的半导体结构性能优良。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，特别涉及一种。
技术介绍
随着半导体制造技术的飞速发展，半导体器件为了达到更快的运算速度、更大的资料存储量以及更多的功能，半导体芯片向更高集成度方向发展。而半导体芯片的集成度越高，半导体器件的特征尺寸(⑶，Critical Dimension)越小。随着特征尺寸⑶的逐渐减小，阻抗电容延迟(RC延迟)对器件运行速度的影响越来越明显，如何减小RC延迟是本领域技术人员研究的热点问题之一。而解决RC延迟的方法之一就是减小金属导线之间的寄生电容。现有技术中，发展了多种减小寄生电容的方法，例如，在金属导线之间填充多孔低K介质材料等。但是多孔材料易碎，采用多孔低K介质材料的半导体器件的可靠性较差。现有技术中还发展了一种在金属导线之间形成空气间隙，由于空气的介电常数(k)为1.0，采用空气间隙能够减小介电常数，进而减小寄生电容，现有技术形成空气间隙的方法包括:请参考图1，提供半导体衬底100 ;形成覆盖所述半导体衬底100的刻蚀停止层101 ;形成覆盖所述刻蚀停止层101的层间介质层103 ;形成位于所述层间介质层103表面的图形化的光刻胶层105 ；请参考图2，以所述图形化的光刻胶层105为掩膜，刻蚀所述层间介质层103和刻蚀停止层101，形成沟槽107 ；请参考图3，去除所述图形化的光刻胶层105，暴露出所述层间介质层103表面；在去除所述图形化的光刻胶层105的同时，在所述沟槽107的侧壁形成牺牲层109 ；请参考图4，向所述沟槽内填充导电金属，形成金属线111 ；请参考图5，去除所述牺牲层109，形成空气间隙113。更多关于在互连层中形成空气间隙的方法请参考公开号为US20110018091的美国专利。此外还有采用自组织的有机薄膜(polymer)形成空气间隙的方法，但是，现有在互连层中形成空气间隙的方法与现有的半导体制程兼容性较差、制造过程较为复杂。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种半导体制程兼容性好，制造过程简单的。为解决上述问题，本专利技术提供一种半导体结构的形成方法，包括:提供半导体衬底，所述半导体衬底表面具有金属层；在所述金属层表面形成至少为两个牺牲凸起，所述牺牲凸起的截面为梯形或三角形；形成覆盖所述牺牲凸起的介质层；在所述牺牲凸起之间的介质层内形成暴露出金属层的开口 ；在所述介质层表面形成填充所述开口的金属薄膜；平坦化所述金属薄膜直至暴露出所述牺牲凸起；去除所述牺牲凸起形成空气间隙。可选的，所述牺牲凸起的侧壁倾斜角度为80度至89度。可选的，所述牺牲凸起的形成步骤为:在所述金属层表面形成牺牲层；在所述牺牲层内形成暴露金属层的第一开口，所述第一开口具有倾斜侧壁；在所述第一开口内填充掩膜层；以所述掩膜层为掩膜，刻蚀所述牺牲层，形成牺牲凸起。可选的，所述第一开口的倾斜侧壁倾斜角度为80度至89度。 可选的，所述掩膜层的材料为氮化硅、氮化钛，或无定形碳。可选的，所述牺牲层的材料为氧化硅或氮化硅。可选的，所述金属层的材料为铝、铜、镍、金、钼或钨。可选的，所述金属薄膜的材料为铝、铜、镍、金、钼或钨。可选的，所述开口为通孔结构、沟槽结构或双镶嵌结构。可选的，所述介质层材料为氧化硅或低k介质材料。本专利技术还提供一种半导体结构，包括:半导体衬底；位于半导体衬底表面的金属层；位于所述金属层表面的介质层；位于所述金属层表面、所述介质层内的互连结构；位于所述金属层表面、所述介质层内的空气间隙，所述空气间隙具有上窄下宽的结构。可选的，所述空气间隙的剖面为梯形。可选的，所述空气间隙的剖面的侧壁倾斜角为80度至89度。可选的，所述金属层材料为铝、铜、镍、金、钼或钨。 可选的，所述互连结构为通孔结构、沟槽结构或双镶嵌结构的互连结构。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点:本专利技术的实施例的半导体结构形成方法在所述金属层表面形成多个牺牲凸起，所述牺牲凸起的截面为梯形或三角形，使得后续去除牺牲凸起后形成的空气间隙具有上窄下宽的结构，在后续空气间隙表面形成其他覆盖层时，具有上窄下宽的结构的空气间隙不容易填入其他材料，保证器件的性能。进一步地，本专利技术的实施例在形成过程中采用具有倾斜侧壁的开口，在填充所述具有倾斜侧壁的开口时所述掩膜层内不会形成空洞，保证了形成的掩膜层的质量。本专利技术的实施例的半导体结构具有上窄下宽的结构的所述空气间隙223，形成的半导体结构性能优良。附图说明图1-图6是现有技术互连层中形成空气间隙的过程的剖面结构示意图；图7是本专利技术实施例的半导体结构的形成方法的流程示意图；图8至图19是本专利技术实施例的半导体结构的形成方法的过程示意图。具体实施例方式正如
技术介绍
所述，现有技术在互连层中形成空气间隙的方法与现有的半导体制程兼容性较差、制造过程较为复杂。此外，本专利技术的专利技术人经过大量研究，还发现，现有技术在互连层中形成空气间隙后的半导体器件性能较差。为此，本专利技术的专利技术人进行了深入的研究，发现:请参考图6，去除所述牺牲层109，形成空气间隙113后，还会在层间介质层103和金属线111表面形成横跨空气间隙113的覆盖层120，所述覆盖层可以是介质层或者金属层，本领域的技术人员可以根据需要形成的半导体器件类型及功能选择合适的所述覆盖层的材料，而形成所述覆盖层的工艺通常为沉积工艺，采用沉积工艺形成覆盖层时通常也会在空气间隙113内部填入覆盖层的材料，使得器件性能低下。经过大量的创造性劳动，本专利技术的专利技术人提出一种半导体器件的形成方法，请参考图7，包括如下步骤:步骤S101，提供半导体衬底，所述半导体衬底表面具有金属层；步骤S102，在所述金属层表面形成至少为两个牺牲凸起，所述牺牲凸起的截面为梯形或三角形；步骤S103,形成覆盖所述牺牲凸起的介质层；步骤S104，在所述牺牲凸起之间的介质层内形成暴露出金属层的开口 ；步骤S105，在所述介质层表面形成填充所述开口的金属薄膜；步骤S106，平坦化所述金属薄膜直至暴露出所述牺牲凸起；步骤S107，去除所述牺牲凸起形成空气间隙。本专利技术的实施例在所述金属层表面形成多个牺牲凸起，所述牺牲凸起的截面为梯形或三角形，使得后续去除牺牲凸起后形成的空气间隙具有上窄下宽的结构，在后续空气间隙表面形成其他覆盖层时，具有上窄下宽的结构的空气间隙不容易填入其他材料，保证器件的性能。下面结合一具体实施例对本专利技术的半导体器件的形成方法做详细描述。请参考图8，提供半导体衬底200，所述半导体衬底200表面具有金属层210。提供半导体衬底200，所述半导体衬底200为硅基衬底，例如为η型硅衬底、ρ型硅衬底或者为SOI衬底；所述半导体衬底200也可以是硅、锗、砷化镓或硅锗化合物衬底；所述半导体衬底200还可以是包括集成电路及其他元件的一部分的衬底，或者是具有覆盖电介质和金属膜的衬底，在此特地说明，不应过分限制本专利技术的保护范围。所述半导体衬底200表面具有金属层210,所述金属层210材料为招、铜、镍、金、钼、钨等金属，所述金属层210用于作为半导体器件的单元与单元之间的导线或做为导电单元。请参考图9，在所述金属层210表面形成牺牲层220。所述牺牲层220为后续形成牺牲凸起提供平台，所述牺牲层220材料为氧化硅或氮化硅，所述牺牲层220的形成方法为化学气相沉积。请参考图10,在所述牺牲层220本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体结构的形成方法，其特征在于，提供半导体衬底，所述半导体衬底表面具有金属层；在所述金属层表面形成至少为两个牺牲凸起，所述牺牲凸起的截面为梯形或三角形；形成覆盖所述牺牲凸起的介质层；在所述牺牲凸起之间的介质层内形成暴露出金属层的开口；在所述介质层表面形成填充所述开口的金属薄膜；平坦化所述金属薄膜直至暴露出所述牺牲凸起；去除所述牺牲凸起形成空气间隙。

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于， 提供半导体衬底，所述半导体衬底表面具有金属层； 在所述金属层表面形成至少为两个牺牲凸起，所述牺牲凸起的截面为梯形或三角形； 形成覆盖所述牺牲凸起的介质层； 在所述牺牲凸起之间的介质层内形成暴露出金属层的开口； 在所述介质层表面形成填充所述开口的金属薄膜； 平坦化所述金属薄膜直至暴露出所述牺牲凸起； 去除所述牺牲凸起形成空气间隙。2.按权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述牺牲凸起的侧壁倾斜角度为80度至89度。3.按权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述牺牲凸起的形成步骤为: 在所述金属层表面形成牺牲层； 在所述牺牲层内形成暴露金属层的第一开口，所述第一开口具有倾斜侧壁； 在所述第一开口内填充掩膜层； 以所述掩膜层为掩膜， 刻蚀所述牺牲层，形成牺牲凸起。4.按权利要求3所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一开口的倾斜侧壁倾斜角度为80度至89度。5.按权利要求3所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述掩膜层的材料为氮化娃、氮化钛，或无定形碳。6.按权利要求3所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述牺牲层的...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍宇，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：