互連結(jié)構(gòu)的形成方法和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種互連結(jié)構(gòu)的形成方法和一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，超大規(guī)模集成電路的芯片集成度已經(jīng)高達幾億乃至幾十億個器件的規(guī)模，兩層以上的多層金屬互連技術(shù)廣泛得以使用。傳統(tǒng)的金屬互連是由鋁金屬制成的，但隨著集成電路芯片中器件特征尺寸的不斷減小，金屬互連線中的電路密度不斷增加，要求的響應(yīng)時間不斷減小，傳統(tǒng)的鋁互連線已經(jīng)不能滿足要求。工藝尺寸小于130納米以后，銅互連技術(shù)已經(jīng)取代了鋁互連技術(shù)。但隨著特征尺寸的進一步微細化，互連線所承載的電流密度越來越大，接近銅互連線的極限，同時銅互連線表面的表面散射和晶界散射也逐漸加劇，導(dǎo)致銅互連線的電阻增大，使得互連結(jié)構(gòu)的可靠性下降。所以，需要尋找新的能夠替換銅的材料以提高互連結(jié)構(gòu)的可靠性。
[0003]碳納米管(Carbon Nanotube, CNT)擁有諸多優(yōu)越的特性，是目前被公認為可替代銅互連的新型互連材料。碳納米管擁有良好的熱傳導(dǎo)性，利于互連結(jié)構(gòu)的散熱；并且由于碳納米管中的載流子輸運模式為彈道輸運，載流子在碳納米管中的遷移基本不受散射作用，使得碳納米管能夠承載較大的電流密度；同時碳納米管還具有良好的機械強度和熱穩(wěn)定性以及低能耗等優(yōu)點。
[0004]由于碳納米管的橫向生長難度較大，目前，一般在垂直通孔內(nèi)形成碳納米管作為互連結(jié)構(gòu)的一部分。但是現(xiàn)有采用碳納米管形成互連結(jié)構(gòu)的可靠性還有待進一步的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的問題是提供一種互連結(jié)構(gòu)的形成方法和一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，可以提高互連結(jié)構(gòu)的可靠性。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種互連結(jié)構(gòu)的形成方法，包括:提供襯底；在所述襯底上形成犧牲層；刻蝕所述犧牲層至襯底表面，在所述犧牲層內(nèi)形成開口，所述開口暴露出部分襯底的表面；在所述開口底部的襯底上以及犧牲層上形成催化金屬層；在所述催化層表面形成垂直于襯底表面的碳納米管束；去除所述犧牲層、位于犧牲層上的催化層和碳納米管束，保留位于所述開口內(nèi)的碳納米管束；形成覆蓋所述襯底表面的第一介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層的表面與剩余的碳納米管束的表面齊平；在所述第一介質(zhì)層和碳納米管束上形成第二介質(zhì)層；在所述第二介質(zhì)層內(nèi)形成第二導(dǎo)電層，所述第二導(dǎo)電層與碳納米管束頂部電連接。
[0007]可選的，所述催化層由分散分布的金屬粒子組成。
[0008]可選的，所述金屬粒子的材料至少包括金、銀、銅、鐵、鈷或鎳中的一種。
[0009]可選的，所述金屬粒子的直徑小于10nm。
[0010]可選的，相鄰金屬粒子之間的間距為Inm?5nm。
[0011]可選的，形成所述催化層的方法包括:通過激光燒蝕工藝形成所述金屬粒子之后，將金屬粒子分散在溶液中；將所述金屬粒子的溶液旋涂或旋涂于所述開口底部的襯底表面以及犧牲層表面；通過烘干處理，將溶劑蒸發(fā)，使金屬粒子分散在所述開口底部的襯底表面和犧牲層表面形成催化層。
[0012]可選的，通過激光燒蝕工藝形成所述金屬粒子的方法包括:采用待形成金屬粒子的金屬塊材或片材作為金屬靶材，利用脈沖激光燒蝕所述金屬靶材，形成金屬粒子，所述脈沖激光能量密度為3J/cm2?lOJ/cm2，頻率為8Hz?12Hz。
[0013]可選的，形成所述金屬粒子之后，對所述金屬粒子進行篩選，選擇直徑均勻的金屬粒子分散在溶液中。
[0014]可選的，采用等離子體增強化學氣相沉積工藝形成所述碳納米管束，所述碳納米管束由若干分立的碳納米管組成。
[0015]可選的，所述等離子體增強學氣相沉積氣體采用的反應(yīng)氣體為甲烷、乙烷、乙烯或乙炔，載氣為H2,反應(yīng)氣體流量為5sccm?10sccm, H2的流量為50sccm?100sccm,反應(yīng)溫度為400°C?1000°C。
[0016]可選的，所述碳納米管的直徑為Inm?10nm。
[0017]可選的，所述犧牲層的材料為光刻膠、有機底部抗反射材料或有機頂部抗反射材料。
[0018]可選的，所述第一介質(zhì)層的形成方法包括:形成覆蓋襯底和碳納米管束的第一介質(zhì)材料層之后，以所述碳納米管束頂部表面作為停止位置，采用化學機械掩膜工藝對所述第一介質(zhì)材料層進行平坦化，形成第一介質(zhì)層。
[0019]可選的，所述襯底內(nèi)具有第一導(dǎo)電層，所述第一導(dǎo)電層的表面與襯底表面齊平；所述犧牲層內(nèi)的開口底部暴露出第一導(dǎo)電層的表面。
[0020]可選的，在形成所述犧牲層之前，在所述襯底表面形成第一阻擋層，再在所述第一阻擋層表面形成所述犧牲層。
[0021]可選的，在所述開口底部的襯底表面以及犧牲層表面形成擴散阻擋層和位于所述擴散阻擋層表面的電接觸層。
[0022]可選的，采用物理氣相沉積工藝形成所述擴散阻擋層和電接觸層。
[0023]可選的，采用濺射工藝形成所述擴散阻擋層和電接觸層。
[0024]可選的，在形成所述第二介質(zhì)層之前，在所述第一介質(zhì)層表面和碳納米管束表面形成第二阻擋層，然后在所述第二阻擋層表面形成第二介質(zhì)層。
[0025]為解決上述問題，本發(fā)明的技術(shù)方案還提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括:襯底，所述襯底內(nèi)具有第一導(dǎo)電層，所述第一導(dǎo)電層的表面與襯底表面齊平；位于第一導(dǎo)電層上垂直于所述襯底表面的碳納米管束；位于所述襯底上，覆蓋襯底和碳納米管束的第一介質(zhì)材料層，所述碳納米管處于密閉空間內(nèi)。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點:
[0027]本發(fā)明的技術(shù)方案中，在襯底上形成犧牲層之后，刻蝕所述犧牲層至襯底表面形成開口 ；在所述開口底部和犧牲層表面形成催化層之后，在所述催化層表面形成碳納米管束；然后去除所述犧牲層，以及犧牲層頂部的碳納米管束，保留襯底表面的碳納米管束；形成覆蓋襯底表面的第一介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層的表面與碳納米管束的表面齊平；在所述第一介質(zhì)層和碳納米管束上形成第二介質(zhì)層；在所述第二介質(zhì)層內(nèi)形成第二導(dǎo)電層，所述第二導(dǎo)電層與碳納米管束頂部電連接。由于所述碳納米管束具有較高的載流子遷移率和電流密度承受能力，能夠提高襯底與第二介質(zhì)層內(nèi)的第二導(dǎo)電層之間的互連性能，并且，形成所述碳納米管的過程中，在形成碳納米管之后再形成第一介質(zhì)層，不需要對所述碳納米管進行化學機械研磨，從而可以避免研磨液進入所述碳納米管之間，對碳納米管造成污染而影響所述碳納米管的性能，從而可以提高最終形成的互連結(jié)構(gòu)的性能。
[0028]進一步的，在形成所述第一介質(zhì)層的過程中，由于相鄰碳納米管之間的間距很小，反應(yīng)氣體很難進入碳納米管之間，而首先會在碳納米管頂部以及側(cè)壁形成第一介質(zhì)材料，將碳納米管頂部和側(cè)壁的間隙封閉，從而后續(xù)沉積第一介質(zhì)材料的過程中，反應(yīng)氣體也不會進入所述碳納米管之間的間隙內(nèi)，不會在所述碳納米管之間形成第一介質(zhì)材料。從而，可以避免所述碳納米管的性質(zhì)受到第一介質(zhì)材料的影響而使所述碳納米管的導(dǎo)電性能發(fā)生變化。
[0029]進一步的，采用化學機械研磨工藝對所述第一介質(zhì)材料層進行平坦化形成第一介質(zhì)層時，碳納米管的兩側(cè)及頂部均有第一介質(zhì)材料層的覆蓋，使得所述碳納米管處于密閉空間內(nèi)，研磨液無法進入所述碳納米管之間。當暴露出所述碳納米管的頂部表面時，研磨停止，從而后續(xù)也不會在有研磨液進入碳納米管之間對所述碳納米管造成雜質(zhì)污染，可以確保所述碳納米管的性能不受影響。并且，對所述第一介質(zhì)材料層進行平坦化的過程中，所述碳納米管頂部覆蓋有第一介質(zhì)材料層，使得所述碳納米管受到的機械應(yīng)力較小，不會造成碳納米管底部與電接觸層之間發(fā)生脫落問題，從而可以確保所述碳納米管底部與電接觸層之間具有較好的電連接性能。
【附圖說明】
[0030]圖1至圖5是本發(fā)明的一個實施例的互連結(jié)構(gòu)的形成方法；
[0031]圖6至圖16是本發(fā)明的另一實施例的互連結(jié)構(gòu)的形成方法。
【具體實施方式】
[0032]如【背景技術(shù)】中所述，現(xiàn)有采用碳納米管形成的互連結(jié)構(gòu)的可靠性還有待進一步的提聞。
[0033]請參考圖1至圖5為本發(fā)明的一個實施例的互連結(jié)構(gòu)的形成方法。
[0034]請參考圖1，提供襯底10，所述襯底10內(nèi)形成有第一導(dǎo)電層11，所述第一導(dǎo)電層11與襯底10之間還形成有第一擴散阻擋層12，所述第一擴散阻擋層12可以阻