互连结构的形成方法和半导体结构的制作方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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】
[0005]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。
[0006]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。
[0007]可选的，所述催化层由分散分布的金属粒子组成。
[0008]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。
[0009]可选的，所述金属粒子的直径小于10nm。
[0010]可选的，相邻金属粒子之间的间距为Inm?5nm。
[0011]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。
[0012]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?lOJ/cm2，频率为8Hz?12Hz。
[0013]可选的，形成所述金属粒子之后，对所述金属粒子进行筛选，选择直径均匀的金属粒子分散在溶液中。
[0014]可选的，采用等离子体增强化学气相沉积工艺形成所述碳纳米管束，所述碳纳米管束由若干分立的碳纳米管组成。
[0015]可选的，所述等离子体增强学气相沉积气体采用的反应气体为甲烷、乙烷、乙烯或乙炔，载气为H2,反应气体流量为5sccm?10sccm, H2的流量为50sccm?100sccm,反应温度为400°C?1000°C。
[0016]可选的，所述碳纳米管的直径为Inm?10nm。
[0017]可选的，所述牺牲层的材料为光刻胶、有机底部抗反射材料或有机顶部抗反射材料。
[0018]可选的，所述第一介质层的形成方法包括:形成覆盖衬底和碳纳米管束的第一介质材料层之后，以所述碳纳米管束顶部表面作为停止位置，采用化学机械掩膜工艺对所述第一介质材料层进行平坦化，形成第一介质层。
[0019]可选的，所述衬底内具有第一导电层，所述第一导电层的表面与衬底表面齐平；所述牺牲层内的开口底部暴露出第一导电层的表面。
[0020]可选的，在形成所述牺牲层之前，在所述衬底表面形成第一阻挡层，再在所述第一阻挡层表面形成所述牺牲层。
[0021]可选的，在所述开口底部的衬底表面以及牺牲层表面形成扩散阻挡层和位于所述扩散阻挡层表面的电接触层。
[0022]可选的，采用物理气相沉积工艺形成所述扩散阻挡层和电接触层。
[0023]可选的，采用溅射工艺形成所述扩散阻挡层和电接触层。
[0024]可选的，在形成所述第二介质层之前，在所述第一介质层表面和碳纳米管束表面形成第二阻挡层，然后在所述第二阻挡层表面形成第二介质层。
[0025]为解决上述问题，本发明的技术方案还提供一种半导体结构，包括:衬底，所述衬底内具有第一导电层，所述第一导电层的表面与衬底表面齐平；位于第一导电层上垂直于所述衬底表面的碳纳米管束；位于所述衬底上，覆盖衬底和碳纳米管束的第一介质材料层，所述碳纳米管处于密闭空间内。
[0026]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0027]本发明的技术方案中，在衬底上形成牺牲层之后，刻蚀所述牺牲层至衬底表面形成开口 ；在所述开口底部和牺牲层表面形成催化层之后，在所述催化层表面形成碳纳米管束；然后去除所述牺牲层，以及牺牲层顶部的碳纳米管束，保留衬底表面的碳纳米管束；形成覆盖衬底表面的第一介质层，所述第一介质层的表面与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。由于所述碳纳米管束具有较高的载流子迁移率和电流密度承受能力，能够提高衬底与第二介质层内的第二导电层之间的互连性能，并且，形成所述碳纳米管的过程中，在形成碳纳米管之后再形成第一介质层，不需要对所述碳纳米管进行化学机械研磨，从而可以避免研磨液进入所述碳纳米管之间，对碳纳米管造成污染而影响所述碳纳米管的性能，从而可以提高最终形成的互连结构的性能。
[0028]进一步的，在形成所述第一介质层的过程中，由于相邻碳纳米管之间的间距很小，反应气体很难进入碳纳米管之间，而首先会在碳纳米管顶部以及侧壁形成第一介质材料，将碳纳米管顶部和侧壁的间隙封闭，从而后续沉积第一介质材料的过程中，反应气体也不会进入所述碳纳米管之间的间隙内，不会在所述碳纳米管之间形成第一介质材料。从而，可以避免所述碳纳米管的性质受到第一介质材料的影响而使所述碳纳米管的导电性能发生变化。
[0029]进一步的，采用化学机械研磨工艺对所述第一介质材料层进行平坦化形成第一介质层时，碳纳米管的两侧及顶部均有第一介质材料层的覆盖，使得所述碳纳米管处于密闭空间内，研磨液无法进入所述碳纳米管之间。当暴露出所述碳纳米管的顶部表面时，研磨停止，从而后续也不会在有研磨液进入碳纳米管之间对所述碳纳米管造成杂质污染，可以确保所述碳纳米管的性能不受影响。并且，对所述第一介质材料层进行平坦化的过程中，所述碳纳米管顶部覆盖有第一介质材料层，使得所述碳纳米管受到的机械应力较小，不会造成碳纳米管底部与电接触层之间发生脱落问题，从而可以确保所述碳纳米管底部与电接触层之间具有较好的电连接性能。
【附图说明】
[0030]图1至图5是本发明的一个实施例的互连结构的形成方法；
[0031]图6至图16是本发明的另一实施例的互连结构的形成方法。
【具体实施方式】
[0032]如【背景技术】中所述，现有采用碳纳米管形成的互连结构的可靠性还有待进一步的提闻。
[0033]请参考图1至图5为本发明的一个实施例的互连结构的形成方法。
[0034]请参考图1，提供衬底10，所述衬底10内形成有第一导电层11，所述第一导电层11与衬底10之间还形成有第一扩散阻挡层12，所述第一扩散阻挡层12可以阻