[发明专利]半导体结构及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术，特别涉及一种用于互连工艺的半导体结构及其形成方法。

背景技术

随着半导体集成电路技术的不断发展，半导体器件尺寸和互连结构尺寸不断减小，从而导致金属连线之间的间距在逐渐缩小，用于隔离金属连线之间的介质层也变得越来越薄，这样会导致金属连线之间可能会发生串扰。现在，通过降低金属连线层间的介质层的介电常数，可有效地降低这种串扰，且低K的介质层可有效地降低金属连线层间的电阻电容延迟(RC delay)，因此，低K介电材料、超低K介电材料已越来越广泛地应用于互连工艺的介质层，用于形成低K介质或超低K介质层，所述低K介电材料为介电常数小于4、大于等于2.2的材料，所述超低K介电材料为介电常数小于2.2的材料。

由于空气是目前能获得的最低K值的材料(K＝1.0)，为了大幅的降低K值，在介质层中形成空气隙或孔洞以有效的降低介质层的K值。因此，为了能使得介电常数低于2.2，现在广泛应用的超低K介电材料为多孔材料。但是由于多孔材料的多孔性，利用多孔材料形成的介质层的机械强度较低，在进行晶片处理时容易受到损伤；例如，在利用干法刻蚀工艺对超低K介质层进行刻蚀、利用等离子体灰化工艺去除光刻胶或对超低K介质层进行化学机械研磨时，所述等离子体会对暴露出的超低K介质层造成损伤；而且，在除去光刻胶或等离子体刻蚀的过程中，多孔材料容易吸附水汽，且所述水汽可能与多孔材料发生反应，使得原本具有低介电常数的超低K介质层受到损伤，超低K介质层的介电常数增大，影响了互连结构的电学性能。

更多关于形成超低K介质层的工艺请参考公开号为US2008/0026203A1的美国专利文献。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种用于互连工艺的半导体结构及其形成方法，既可以保证超低K介质层带来的降低金属连线之间的串扰、降低互连RC延迟的优势，又可以避免超低K介质层因为刻蚀等工艺造成的损伤。

为解决上述问题，本发明实施例提供了一种半导体结构，包括：

衬底，所述衬底具有待互连区域；

位于所述衬底表面的超低K介质层，所述超低K介质层内具有暴露出所述待互连区域的第二沟槽；

位于所述超低K介质层表面的低K介质层，所述低K介质层填充满第二沟槽；

贯穿所述低K介质层厚度且与待互连区域相连接的互连结构。

可选的，所述第二沟槽的尺寸大于互连结构的尺寸。

可选的，所述互连结构为大马士革铜互连结构。

可选的，所述超低K介质层的材料为多孔介质材料。

可选的，所述低K介质层的材料为掺杂有氟、碳、氢的二氧化硅，无定形碳或有机聚合物。

本发明实施例还提供了一种半导体结构的形成方法，包括：

提供衬底，所述衬底具有待互连区域；

在所述衬底表面形成超低K介质层；

在所述超低K介质层内形成暴露出所述待互连区域的第一沟槽，除去所述超低K介质层的损伤区，形成第二沟槽；

在所述超低K介质层表面形成低K介质层，所述低K介质层填充满所述第二沟槽；

在所述低K介质层内形成互连结构，所述互连结构贯穿所述低K介质层的厚度且与待互连区域相连接。

可选的，所述第二沟槽的尺寸大于所述互连结构的尺寸。

可选的，所述损伤区包括位于第一沟槽的侧壁的损伤区和位于超低K介质层的表面的损伤区。

可选的，除去所述损伤区的工艺为湿法刻蚀工艺。

可选的，所述湿法刻蚀的溶液为稀释氢氟酸。

可选的，所述超低K介质层的材料为多孔介质材料。

可选的，形成所述超低K介质层的工艺包括化学气相沉积工艺或溶胶-凝胶工艺。

可选的，当所述超低K介质层的材料为二氧化硅气凝胶时，利用所述溶胶-凝胶工艺形成二氧化硅气凝胶具体包括：利用化学气相沉积工艺在所述衬底表面形成烷氧基硅烷，然后将所述烷氧基硅烷进行混合水解反应形成二氧化硅湿凝胶，将所述二氧化硅湿凝胶进行干燥处理，形成二氧化硅气凝胶。

可选的，在所述第二沟槽内填充满低K介质层的工艺包括：在所述第一沟槽内和超低K介质层表面形成低K介质材料，利用化学机械研磨工艺对所述低K介质材料进行研磨，形成位于所述超低K介质层表面的低K介质层，且所述低K介质层填充满所述第二沟槽内。

可选的，形成所述互连结构的工艺为大马士革工艺或双大马士革工艺。

与现有技术相比，本发明技术方案具有以下优点：