半导体结构及其形成方法技术

一种半导体结构及其形成方法，形成方法包括：在沟槽的侧壁和底部形成含硫的金属层；形成含硫金属层的步骤包括：在含硫氛围中，在沟槽的侧壁和底部上形成金属层；或者，对沟槽的底部和侧壁进行表面处理，适于使沟槽的底部和侧壁含有硫元素；在表面处理后的沟槽的侧壁和底部形成金属层；对金属层进行掺硫处理；或者，形成含硫金属层包括多次进行的沉积处理循环，沉积处理包括：在沟槽的侧壁和底部形成子金属层；对子金属层进行掺硫处理；对含硫金属层进行热处理，使金属层转化为金属硫化物，作为扩散阻挡层。本发明专利技术实施例有利于使得在热处理过程中金属层与硫元素充分反应，保证金属层能够完全转化为金属硫化物，提高扩散阻挡层的形成质量。质量。质量。

【技术实现步骤摘要】
半导体结构及其形成方法


[0001]本专利技术实施例涉及半导体制造领域，尤其涉及一种半导体结构及其形成方法。

技术介绍

[0002]在半导体器件的后段制作过程中，通常需要进行金属互连结构形成工艺。金属互连结构中，通常可有多层通孔互连结构和金属互连线，多层金属互连线之间可以通过通孔互连结构电连接。在前一层通孔互连结构上形成后一层金属互连线、或在前一层金属互连线上形成后一层通孔互连结构时，通常先在前一层通孔互连结构或金属互连线上形成层间介质层，之后在层间介质层中形成通孔(Via)和互连沟槽(Trench)，最后采用金属填充通孔和互连沟槽，形成后一层通孔互连结构或金属互连线。
[0003]其中，在形成通孔或互连沟槽后，采用金属填充通孔和互连沟槽之前，通常还在通孔或互连沟槽的侧壁形成扩散阻挡层(Barrier)，使得在形成位于通孔内的通孔互连结构或形成位于互连沟槽内的金属互连线后，所述扩散阻挡层位于通孔互连结构之间或位于金属互连线与介质层之间，用于改善电迁移的问题。
[0004]但是，采用扩散阻挡层，半导体结构的性能仍有待提高。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例解决的问题是提供一种半导体结构及其形成方法，提高扩散阻挡层的形成质量。
[0006]为解决上述问题，本专利技术实施例提供一种半导体结构，包括：介质层，所述介质层中形成有沟槽，且所述沟槽的底部和侧壁含有硫元素；扩散阻挡层，位于所述沟槽的底部和侧壁上，所述扩散阻挡层由对含硫的金属层进行热处理使含硫的金属层的材料转化为金属硫化物形成；互连结构，位于所述扩散阻挡层上且填充于所述沟槽。
[0007]相应的，本专利技术实施例还提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供介质层，所述介质层中形成有沟槽；在所述沟槽的侧壁和底部上形成含硫的金属层；形成所述含硫的金属层的步骤包括：在含硫氛围中，在所述沟槽的侧壁和底部上形成金属层；或者，形成所述含硫的金属层的步骤包括：对所述沟槽的底部和侧壁进行表面处理，适于使所述沟槽的底部和侧壁含有硫元素；在进行表面处理后的所述沟槽的侧壁和底部上形成金属层；对所述金属层进行掺硫处理；或者，形成所述含硫的金属层的步骤包括多次进行的沉积处理循环，一次所述沉积处理包括：在所述沟槽的侧壁和底部上形成子金属层；对所述子金属层进行掺硫处理；对所述含硫的金属层进行热处理，使所述含硫的金属层转化为扩散阻挡层，所述扩散阻挡层的材料为金属硫化物；在所述扩散阻挡层上形成填充所述沟槽的互连结构。
[0008]与现有技术相比，本专利技术实施例的技术方案具有以下优点：
[0009]本专利技术实施例提供的半导体结构，所述扩散阻挡层通过在热处理的过程中，将含硫的金属层转化为金属硫化物材料形成，所述沟槽的底部和侧壁残留的硫元素，保障了金属层与沟槽相接触的表面也能够接触到硫元素，从而提高在热处理的过程中金属层的材料
与硫原子反应的充分性，有利于保证金属层能够完全转化成为金属硫化物材料，相应提高扩散阻挡层的形成质量，进而有利于在扩散阻挡层较薄的同时，保证扩散阻挡层具有较高的防扩散阻挡能力，相应提升了半导体结构的性能。
[0010]本专利技术实施例半导体结构的形成方法中，形成含硫的金属层的步骤包括在含硫氛围中在所述沟槽的侧壁和底部上形成金属层，从而提高了硫元素在金属层中的分布均匀性，相应有利于使得在热处理的过程中金属层与硫元素能够充分反应。
[0011]或者，本专利技术实施例形成含硫的金属层的步骤包括：对所述沟槽的底部和侧壁进行表面处理，之后在沟槽的侧壁和底部上形成金属层，并且对所述金属层进行掺硫处理，从而所述金属层，与所述沟槽的表面相接触的面和未与沟槽表面相接触的表面均能够接触到硫元素，有利于提高在热处理过程中硫元素在金属层中的扩散均匀性和分布均匀性。
[0012]又或者，本专利技术实施例形成含硫的金属层的步骤包括多次进行的沉积处理循环，一次所述沉积处理包括：在所述沟槽的侧壁和底部上形成子金属层；对所述子金属层进行掺硫处理；由于子金属层较薄，对所述子金属层进行掺硫处理有利于提高子金属层中硫元素的分布均匀性，通过多次进行的沉积处理循环以形成含硫的金属层，能够提高金属层中硫元素的分布均匀性，进而有利于使得在热处理过程中金属层与硫元素能够充分反应。
[0013]综上，本专利技术实施例有利于提高硫元素在金属层中的分布均匀性，有利于使得在热处理过程中金属层与硫元素能够充分反应，从而有利于保证金属层能够完全转化为金属硫化物材料，相应提高扩散阻挡层的形成质量，进而有利于在扩散阻挡层较薄的同时，保证扩散阻挡层具有较高的防扩散阻挡能力，相应提升了半导体结构的性能。
附图说明
[0014]图1至图3是一种半导体结构的形成方法中各步骤对应的结构示意图；
[0015]图4至图15是本专利技术半导体结构的形成方法一实施例中各步骤对应的结构示意图；
[0016]图16至图19是本专利技术半导体结构的形成方法另一实施例中各步骤对应的结构示意图；
[0017]图20至图23是本专利技术半导体结构的形成方法另一实施例中各步骤对应的结构示意图；
[0018]图24和图25是本专利技术半导体结构一实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0019]由
技术介绍
可知，目前半导体结构的性能有待提高。
[0020]具体地，在器件尺寸不断微缩的情况下，金属线之间的节距(Pitch)也越来越小，扩散阻挡层在金属线或通孔互连结构中的占比逐渐提高，而扩散阻挡层材料的电阻率相较于通孔互连结构更高，扩散阻挡层材料的导电性能更差，这导致后段互连的电阻较高，还容易恶化后段RC延迟，导致半导体结构的性能不佳。
[0021]因此，为了降低扩散阻挡层在金属线或通孔互连结构中的占比，以减小后段互连的电阻，所述扩散阻挡层需要越来越薄。目前一种方法是选用二维材料作为所述扩散阻挡层的材料。但是，在选用二维材料作为扩散阻挡层的材料时，半导体结构的性能仍有待提
高。
[0022]现结合一种半导体结构的形成方法分析半导体结构性能有待提高的原因。图1至图3是一种半导体结构的形成方法中各步骤对应的结构示意图。
[0023]参考图1，提供介质层10，所述介质层10中形成有沟槽20。
[0024]继续参考图1，在所述沟槽20的底部和侧壁上形成金属层30。
[0025]参考图2，在含硫氛围中，对所述金属层30进行等离子体处理，适于使所述金属层30转化为扩散阻挡层40，所述扩散阻挡层40的材料为金属硫化物。
[0026]参考图3，在所述扩散阻挡层40上形成填充所述沟槽20的互连结构50。
[0027]其中，金属硫化物材料可以为TaSx和TiSx，可以作为二维材料，从而能够获得材料为二维材料的扩散阻挡层40，有利于在使得扩散阻挡层40较薄的同时，使得扩散阻挡层40的防扩散性能满足器件性能的需求。
[0028]但是，上述方法在形成金属层30之后，再在含硫氛围中，对所述金属层30进行等离子体处理，以形成金属硫化物，这容易导致等离子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：提供介质层，所述介质层中形成有沟槽；在所述沟槽的侧壁和底部上形成含硫的金属层；其中，形成所述含硫的金属层的步骤包括：在含硫氛围中，在所述沟槽的侧壁和底部上形成金属层；或者，形成所述含硫的金属层的步骤包括：对所述沟槽的底部和侧壁进行表面处理，适于使所述沟槽的底部和侧壁含有硫元素；在进行表面处理后的所述沟槽的侧壁和底部上形成金属层；对所述金属层进行掺硫处理；或者，形成所述含硫的金属层的步骤包括多次进行的沉积处理循环，一次所述沉积处理包括：在所述沟槽的侧壁和底部上形成子金属层；对所述子金属层进行掺硫处理；对所述含硫的金属层进行热处理，使所述含硫的金属层转化为扩散阻挡层，所述扩散阻挡层的材料为金属硫化物；在所述扩散阻挡层上形成填充所述沟槽的互连结构。2.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，对所述沟槽的底部和侧壁进行表面处理包括：在含硫氛围中，对所述沟槽的底部和侧壁进行等离子体处理。3.如权利要求2所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述含硫氛围的硫源包括H2S气体或硫固体。4.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述金属层的材料包括Ta、Ti、Mo或W；所述金属硫化物包括硫化钽、硫化钛、硫化钼或硫化钨。5.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，对所述金属层或子金属层进行掺硫处理的步骤包括：在含硫氛围中，对所述金属层或子金属层进行等离子体处理，或者，对所述金属层或子金属层进行离子掺杂，适于在所述金属层或子金属层中掺杂硫离子。6.如权利要求5所述的半导体结构的形成方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：金吉松，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：