半导体结构及其制备方法与流程

本发明涉及半导体，具体涉及一种半导体结构及其制备方法。

背景技术：

1、互连技术是在半导体制造的后段工艺（back end of line，beol）中制造金属互连结构，以对半导体器件进行布线形成半导体器件所需电路。半导体集成电路技术的飞速发展不断对互连技术的发展提出新的要求，随着半导体器件的尺寸不断收缩，互连结构变得越来越窄，从而导致互连电阻越来越高。为了降低互连电阻，通常采用电阻率低的金属作为互连材料，例如，铝、铜、钨等，其中，铜因其具有更低的电阻率和更好的电迁移性能而逐渐成为主流的互连材料。但是这些金属材料也都存在金属离子扩散的问题，尤其是铜作为互连材料，在半导体制造过程中，金属互连结构中的金属离子向其周围的介质层中扩散，会导致介质层的绝缘性能降低和电路短路，从而影响半导体器件的可靠性和寿命。

技术实现思路

1、鉴于以上现有技术的缺点，本发明提供一种半导体结构及其制备方法，以改善金属互连结构中的金属离子扩散问题。

2、为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种半导体结构，所述半导体结构包括基底、第一层间介质层、金属互连结构和第二层间介质层，所述第一层间介质层设置于所述基底上，所述第一层间介质层中设有导电结构；所述金属互连结构设置在所述第一层间介质层上，并延伸至所述第一层间介质层内部与所述导电结构导电互连；所述第二层间介质层设置在所述第一层间介质层上并覆盖所述金属帽层；其中，所述金属互连结构与所述第二层间介质层之间设有金属帽层，所述金属帽层包覆所述金属互连结构的顶壁和与所述第二层间介质层相邻的侧壁。

3、在本发明一示例中，所述金属互连结构包括由下至上依次设置的扩散阻挡层、种子层和互连金属层，所述金属帽层设置在所述互连金属层的顶壁和与所述第二层间介质层相邻的侧壁。

4、在本发明一示例中，所述金属帽层选自钴、镍、钽、氮化钽、钌、钴钨磷化物、含氮钴化物中的一种或多种。

5、在本发明一示例中，所述半导体结构还包括介质帽层，所述介质帽层设置在所述金属帽层和所述第二层间介质层之间。

6、在本发明一示例中，所述半导体结构还包括空气间隙，所述空气间隙形成于相邻所述金属互连结构之间。

7、本发明还提供一种半导体结构的制备方法，至少包括以下步骤：

8、提供基底；

9、在所述基底上形成第一层间介质层和导电结构，所述导电结构位于所述第一层间介质层内；

10、在所述第一层间介质层上形成金属互连结构，并使所述金属互连结构延伸至所述第一层间介质层内部与所述导电结构导电互连；

11、在所述金属互连结构的顶壁和暴露的侧壁形成金属帽层；

12、在所述第一层间介质层上形成第二层间介质层，并使所述第二层间介质层覆盖所述金属帽层。

13、在本发明一示例中，在所述第一层间介质层上形成金属互连结构，包括：

14、在所述第一层间介质层中形成通孔，所述通孔暴露所述导电结构；

15、在所述通孔的内壁及所述通孔两侧的所述第一层间介质层的上方形成扩散阻挡层；

16、在所述扩散阻挡层上形成种子层；

17、在所述种子层上形成互连金属层，且所述互连金属层填满所述通孔。

18、在本发明一示例中，在所述种子层上形成互连金属层，包括：

19、在所述种子层上形成图案化的掩膜层，所述图案化的掩膜层的开口位于所述通孔上方，且所述开口的宽度大于所述通孔的宽度；

20、以所述图案化的掩膜层为掩膜，采用电镀工艺在所述种子层上形成互连金属层。

21、在本发明一示例中，在所述金属互连结构的顶壁和暴露的侧壁形成金属帽层，包括：

22、去除所述图案化的掩膜层；

23、刻蚀所述第一层间介质层上方暴露的所述种子层和所述扩散阻挡层；

24、在所述互连金属层的顶壁和侧壁形成金属帽层。

25、在本发明一示例中，在形成第二层间介质层之前，所述制备方法还包括：在所述金属帽层上方和暴露的所述第一层间介质层上方形成介质帽层的过程。

26、本发明半导体结构在金属互连结构的顶壁和与上层介质层相邻的侧壁均设置金属帽层，此种优化后的金属帽层可以有效阻止互连金属向周围的介质层中扩散，改善电迁移（electromigration，em）和时间依赖介电击穿（time-dependent dielectricbreakdown, tddb）现象，从而提高半导体结构的稳定性和可靠性。本发明半导体结构的制备方法简单、易操作。

技术特征：

1.一种半导体结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述金属互连结构包括由下至上依次设置的扩散阻挡层、种子层和互连金属层，所述金属帽层设置在所述互连金属层的顶壁和与所述第二层间介质层相邻的侧壁。

3.根据权利要求1或2所述的半导体结构，其特征在于，所述金属帽层选自钴、镍、钽、氮化钽、钌、钴钨磷化物、含氮钴化物中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述半导体结构还包括介质帽层，所述介质帽层设置在所述金属帽层和所述第二层间介质层之间。

5.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述半导体结构还包括空气间隙，所述空气间隙形成于相邻所述金属互连结构之间。

6.一种半导体结构的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在所述第一层间介质层上形成金属互连结构，包括：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在所述种子层上形成互连金属层，包括：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述金属互连结构的顶壁和暴露的侧壁形成金属帽层，包括：

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在形成第二层间介质层之前，所述制备方法还包括：在所述金属帽层上方和暴露的所述第一层间介质层上方形成介质帽层的过程。

技术总结本发明提供一种半导体结构及其制备方法，具体涉及半导体技术领域。所述半导体结构包括：基底、第一层间介质层、金属互连结构和第二层间介质层，所述第一层间介质层设置在所述基底上，所述第一层间介质层中设有导电结构；所述金属互连结构设置在所述第一层间介质层上，并延伸至所述第一层间介质层内部与所述导电结构导电互连；所述第二层间介质层设置在所述第一层间介质层上并覆盖所述金属互连结构；其中，所述金属互连结构与所述第二层间介质层之间设有金属帽层，所述金属帽层包覆所述金属互连结构的顶壁和与所述第二层间介质层相邻的侧壁。该结构通过优化金属帽层可以有效改善金属扩散的问题。技术研发人员：谭发龙,吴卓杰,唐凌,成悦兴,郝丽婷受保护的技术使用者：杭州积海半导体有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29