[发明专利]互连结构的形成方法和半导体结构

说明书

一种互连结构的形成方法和一种半导体结构，所述互连结构的形成方法包括：提供衬底；在所述衬底上形成牺牲层；刻蚀所述牺牲层至衬底表面，在所述牺牲层内形成开口，所述开口暴露出部分衬底的表面；在所述开口底部的衬底上以及牺牲层上形成催化层；在所述催化层表面形成垂直于衬底表面的碳纳米管束；去除所述牺牲层、位于牺牲层上的催化层和碳纳米管束，保留位于所述开口内的碳纳米管束；形成覆盖所述衬底表面的第一介质层，所述第一介质层的表面与剩余的碳纳米管束的表面齐平；在所述第一介质层和碳纳米管束上形成第二介质层；在所述第二介质层内形成第二导电层，所述第二导电层与碳纳米管束顶部电连接。所述方法可以提高互连结构的可靠性。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种互连结构的形成方法和一种半导体结构。

背景技术

随着半导体技术的发展，超大规模集成电路的芯片集成度已经高达几亿乃至几十亿个器件的规模，两层以上的多层金属互连技术广泛得以使用。传统的金属互连是由铝金属制成的，但随着集成电路芯片中器件特征尺寸的不断减小，金属互连线中的电路密度不断增加，要求的响应时间不断减小，传统的铝互连线已经不能满足要求。工艺尺寸小于130纳米以后，铜互连技术已经取代了铝互连技术。但随着特征尺寸的进一步微细化，互连线所承载的电流密度越来越大，接近铜互连线的极限，同时铜互连线表面的表面散射和晶界散射也逐渐加剧，导致铜互连线的电阻增大，使得互连结构的可靠性下降。所以，需要寻找新的能够替换铜的材料以提高互连结构的可靠性。

碳纳米管(Carbon Nanotube，CNT)拥有诸多优越的特性，是目前被公认为可替代铜互连的新型互连材料。碳纳米管拥有良好的热传导性，利于互连结构的散热；并且由于碳纳米管中的载流子输运模式为弹道输运，载流子在碳纳米管中的迁移基本不受散射作用，使得碳纳米管能够承载较大的电流密度；同时碳纳米管还具有良好的机械强度和热稳定性以及低能耗等优点。

由于碳纳米管的横向生长难度较大，目前，一般在垂直通孔内形成碳纳米管作为互连结构的一部分。但是现有采用碳纳米管形成互连结构的可靠性还有待进一步的提高。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种互连结构的形成方法和一种半导体结构，可以提高互连结构的可靠性。

为解决上述问题，本发明提供一种互连结构的形成方法，包括：提供衬底；在所述衬底上形成牺牲层；刻蚀所述牺牲层至衬底表面，在所述牺牲层内形成开口，所述开口暴露出部分衬底的表面；在所述开口底部的衬底上以及牺牲层上形成催化金属层；在所述催化层表面形成垂直于衬底表面的碳纳米管束；去除所述牺牲层、位于牺牲层上的催化层和碳纳米管束，保留位于所述开口内的碳纳米管束；形成覆盖所述衬底表面的第一介质层，所述第一介质层的表面与剩余的碳纳米管束的表面齐平；在所述第一介质层和碳纳米管束上形成第二介质层；在所述第二介质层内形成第二导电层，所述第二导电层与碳纳米管束顶部电连接。

可选的，所述催化层由分散分布的金属粒子组成。

可选的，所述金属粒子的材料至少包括金、银、铜、铁、钴或镍中的一种。

可选的，所述金属粒子的直径小于10nm。

可选的，相邻金属粒子之间的间距为1nm～5nm。

可选的，形成所述催化层的方法包括：通过激光烧蚀工艺形成所述金属粒子之后，将金属粒子分散在溶液中；将所述金属粒子的溶液旋涂或旋涂于所述开口底部的衬底表面以及牺牲层表面；通过烘干处理，将溶剂蒸发，使金属粒子分散在所述开口底部的衬底表面和牺牲层表面形成催化层。

可选的，通过激光烧蚀工艺形成所述金属粒子的方法包括：采用待形成金属粒子的金属块材或片材作为金属靶材，利用脉冲激光烧蚀所述金属靶材，形成金属粒子，所述脉冲激光能量密度为3J/cm²～10J/cm²，频率为8Hz～12Hz。