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半導體結(jié)構(gòu)及其形成方法與流程

文檔序號:12041320閱讀:195來源:國知局
半導體結(jié)構(gòu)及其形成方法與流程
本發(fā)明涉及半導體制造技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種半導體結(jié)構(gòu)及其形成方法。

背景技術(shù):
在現(xiàn)有的集成電路工藝中,大馬士革結(jié)構(gòu)(Damascene)和金屬-絕緣層-金屬(MIM)結(jié)構(gòu)的金屬電容器均為目前集成電路中的常用結(jié)構(gòu)。其中,由于金屬-絕緣層-金屬結(jié)構(gòu)的金屬電容器具有電阻值低、寄生電容(ParasiticCapacitance)小的優(yōu)點,而且沒有耗盡層感應電壓(InducedVoltage)偏移的問題,因此所述金屬-絕緣層-金屬結(jié)構(gòu)的電容器得以在模擬電路、射頻電路或混合信號電路中被廣泛應用。請參考圖1,是現(xiàn)有技術(shù)的具有金屬-絕緣層-金屬結(jié)構(gòu)的金屬電容器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖,包括:位于半導體襯底100內(nèi)的導電層101;位于所述半導體襯底100和導電層101表面的第一介質(zhì)層102,所述第一介質(zhì)層102內(nèi)具有暴露出導電層101和部分半導體襯底100的開口(未示出);位于所述開口的側(cè)壁和底部表面的第一金屬層103和所述第一金屬層103表面的第二介質(zhì)層104;位于所述第二介質(zhì)層104表面且填充滿所述開口的第二金屬層105。其中,所述第二金屬層105的材料為銅,由于銅具有低電阻的特性,使所述金屬電容器具有更良好的特性。此外,隨著集成電路的集成度不斷提高,半導體器件的特征尺寸不斷減小,銅以其低電阻的特性成為了金屬互連結(jié)構(gòu)的主流材料;為了克服銅材料難以被刻蝕的問題,大馬士革結(jié)構(gòu)成為制作銅金屬互連的主要結(jié)構(gòu)。然而,在現(xiàn)有的集成電路制造工藝中,形成所述金屬-絕緣層-金屬結(jié)構(gòu)電容器和大馬士革結(jié)構(gòu)的工藝集成度較低,工藝流程過于復雜。更多大馬士革和金屬-絕緣層-金屬結(jié)構(gòu)電容器及其形成方法的相關(guān)資料請參考公開號為US2007/0057305的美國專利文件。

技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明解決的問題是提供一種半導體結(jié)構(gòu)及其形成方法,簡化形成金屬-絕緣層-金屬結(jié)構(gòu)電容器和大馬士革結(jié)構(gòu)的工藝,且使所形成的金屬-絕緣層-金屬結(jié)構(gòu)電容器和大馬士革結(jié)構(gòu)形貌良好,性能穩(wěn)定。為解決上述問題,本發(fā)明提供一種半導體結(jié)構(gòu)的形成方法,包括:提供半導體襯底,所述半導體襯底內(nèi)具有第一導電層和第二導電層,所述第一導電層和第二導電層的表面和半導體襯底的表面齊平,所述半導體襯底、第一導電層和第二導電層的表面具有第一介質(zhì)層;在所述第一介質(zhì)層內(nèi)形成第一開口,所述第一開口暴露出第一導電層和部分半導體襯底;在所述第一介質(zhì)層表面、第一開口的側(cè)壁和底部表面形成第一金屬層和第一金屬層表面的第二介質(zhì)層,所述第一金屬層和第二介質(zhì)層暴露出第二導電層的對應位置的第一介質(zhì)層表面,形成第三開口;以所述第一金屬層和第二介質(zhì)層為掩膜,刻蝕所述第一介質(zhì)層,形成暴露出第二導電層的第二開口,所述第二開口包括暴露出第二導電層的第一子開口、以及底部與所述第一子開口貫通的第二子開口,所述第二子開口的開口尺寸大于所述第一子開口的開口尺寸;在所述第二開口的側(cè)壁和底部表面、以及第一開口的第二介質(zhì)層表面形成第三金屬層、以及位于所述第三金屬層表面且填充滿第一開口和第二開口的第四金屬層??蛇x的,所述第二開口的形成工藝為:在所述第二介質(zhì)層表面、以及第三開口的側(cè)壁和部分底部表面形成光刻膠層,所述光刻膠層暴露出第二導電 層的對應位置;以所述光刻膠層為掩膜刻蝕所述第一介質(zhì)層,形成第四開口;去除所述光刻膠層,并以所述第一金屬層和第二介質(zhì)層為掩膜,采用各向異性的干法刻蝕工藝刻蝕所述第四開口的底部和第一介質(zhì)層表面,形成第二開口。可選的,還包括:所述第二介質(zhì)層表面具有第二金屬層,所述第二金屬層暴露出第三開口,以所述第一金屬層、第二介質(zhì)層和第二金屬層為掩膜,形成所述第二開口??蛇x的,所述第二金屬層的材料為鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭中的一種或多種組合??蛇x的,所述第三金屬層的材料為鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭中的一種或多種組合。可選的,所述第三金屬層和第四金屬層的形成工藝為:在第二開口的側(cè)壁和底部表面、以及第二介質(zhì)層表面形成第三金屬薄膜;在所述第三金屬薄膜表面形成填充滿第一開口和第二開口的第四金屬薄膜;采用化學機械拋光工藝去除高于第一介質(zhì)層表面的第四金屬薄膜、第三金屬薄膜、第二介質(zhì)層和第一金屬層??蛇x的,所述第四金屬薄膜的形成工藝為化學氣相沉積工藝、物理氣相沉積工藝、電鍍工藝、或物理氣相沉積工藝和電鍍工藝相結(jié)合。可選的,所述第四金屬層的材料為銅??蛇x的,所述半導體襯底和第一介質(zhì)層之間具有刻蝕阻擋層,所述刻蝕阻擋層的材料為氧化硅、氮化硅或低K介質(zhì)材料,且所述刻蝕阻擋層與所述第一介質(zhì)層的材料不同。可選的,所述第一介質(zhì)層的材料為氧化硅、氮化硅或低K介質(zhì)材料??蛇x的,所述第一金屬層的材料為鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭中的一種或多種組合??蛇x的,所述第二介質(zhì)層的材料為高K介質(zhì)材料。可選的,所述高K介質(zhì)材料包括:HfO2、ZrO2、HfSiNO、Al2O3或SbO。可選的,所述第一導電層和第二導電層的材料為銅、鎢或鋁。相應的,本發(fā)明提供一種半導體結(jié)構(gòu),包括:半導體襯底,所述半導體襯底內(nèi)具有第一導電層和第二導電層,所述第一導電層和第二導電層的表面和半導體襯底的表面齊平,所述半導體襯底表面具有第一介質(zhì)層;位于所述第一介質(zhì)層內(nèi)的第一開口,所述第一開口暴露出第一導電層和部分半導體襯底;位于所述第一介質(zhì)層內(nèi)的第二開口,所述第二開口包括暴露出第二導電層的第一子開口、以及底部與所述第一子開口貫通的第二子開口,所述第二子開口的開口尺寸大于所述第一子開口的開口尺寸;位于所述第一開口的側(cè)壁和底部表面的第一金屬層、所述第一金屬層表面的第二介質(zhì)層和所述第二介質(zhì)層表面的第三金屬層;位于所述第二開口的側(cè)壁和底部表面的第三金屬層;位于所述第一開口和第二開口內(nèi)的第三金屬層表面、且填充滿所述第一開口和第二開口的第四金屬層。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點:所述第一介質(zhì)層內(nèi)具有暴露出第一導電層的第一開口,用于形成電容結(jié)構(gòu);在所述第一介質(zhì)層表面和第一開口內(nèi)形成第一金屬層、以及第一金屬層表面的第二介質(zhì)層,且所述第一金屬層和第二介質(zhì)層暴露出與第二導電層位置對應的第一介質(zhì)層表面;位于第一開口內(nèi)的第一金屬層和第二介質(zhì)層構(gòu)成電容結(jié)構(gòu)的一部分;而第一介質(zhì)層表面的第一金屬層和第二介質(zhì)層還能夠作為刻蝕形成第二開口的掩膜,形成暴露出第二導電層的第二開口;而所述第二開口包括第一子開口、以及底部與所述第一子開口貫通的第二子開口,且 所述第二子開口的開口尺寸大于所述第一子開口的開口尺寸,使所述第二開口能夠用于形成大馬士革結(jié)構(gòu);因此,所述第一金屬層和第二介質(zhì)層既能夠用于在第一開口內(nèi)構(gòu)成電容結(jié)構(gòu)的一部分,又能夠作為刻蝕形成第二開口的掩膜,從而省去了在刻蝕第二開口之前,再次于第一介質(zhì)層表面形成硬掩膜的工藝步驟,能夠簡化工藝。之后,同時在所述第一開口和第二開口內(nèi)形成填充滿金屬,在第一開口和第二開口內(nèi)形成第四金屬層;從而,所述第一導電層與第一開口內(nèi)的第一金屬、第二介質(zhì)層和第四金屬層形成電容結(jié)構(gòu),而第二開口內(nèi)的第四金屬層形成大馬士革結(jié)構(gòu);而且,在第一開口和第二開口內(nèi)同時填充金屬,能夠進一步簡化工藝,又能夠減少工藝對第一介質(zhì)層表面、和形成于半導體襯底表面的其他器件的損傷,使所形成的半導體器件的形貌良好,且性能穩(wěn)定。本發(fā)明的技術(shù)方案所述的半導體結(jié)構(gòu)包括由第一導電層和第一開口內(nèi)的第一金屬層、第二介質(zhì)層、第三金屬層和第四金屬層構(gòu)成的電容結(jié)構(gòu),以及由第二開口內(nèi)的第三金屬層和第四金屬層構(gòu)成的大馬士革結(jié)構(gòu);所述電容結(jié)構(gòu)和大馬士革結(jié)構(gòu)的形貌良好,表面的缺陷或損傷較少,性能穩(wěn)定。附圖說明圖1是現(xiàn)有技術(shù)的具有金屬-絕緣層-金屬結(jié)構(gòu)的金屬電容器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;圖2至圖5是現(xiàn)有形成金屬-絕緣層-金屬結(jié)構(gòu)電容器和大馬士革結(jié)構(gòu)的過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;圖6至圖12是本發(fā)明的實施例所述的半導體結(jié)構(gòu)的形成方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式如背景技術(shù)所述,制作所述金屬-絕緣層-金屬結(jié)構(gòu)電容器和大馬士革結(jié)構(gòu) 的工藝流程不易集成,使集成電路的制造工藝過于復雜。本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn),由于用于形成所述金屬-絕緣層-金屬結(jié)構(gòu)電容器和大馬士革結(jié)構(gòu)的開口形狀不同,因此其形成工藝也不同;而且,如圖1所示,所述金屬-絕緣層-金屬結(jié)構(gòu)電容器由第一金屬層103、第二介質(zhì)層104和第二金屬層105構(gòu)成,而所述大馬士革結(jié)構(gòu)僅由金屬構(gòu)成,因此,所述金屬-絕緣層-金屬結(jié)構(gòu)電容器的結(jié)構(gòu)和大馬士革結(jié)構(gòu)不同;因此,在現(xiàn)有的集成電路工藝中,所述金屬-絕緣層-金屬結(jié)構(gòu)電容器和大馬士革結(jié)構(gòu)采用各自的工藝流程分別形成,使集成電路的制造工藝復雜;具體的,圖2至圖5是現(xiàn)有形成金屬-絕緣層-金屬結(jié)構(gòu)電容器和大馬士革結(jié)構(gòu)的過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖,包括:請參考圖2,提供具有第一導電層201和第二導電層202的半導體襯底200,所述第一導電層201和第二導電層202的表面與半導體襯底200表面齊平,所述第二導電層202和半導體襯底200表面具有第一介質(zhì)層203,所述介質(zhì)層203具有暴露出第一導電層201和部分半導體襯底200的第一開口204。請參考圖3,在所述第一介質(zhì)層203表面、和第一開口204(如圖2所示)的側(cè)壁和底部表面形成第一金屬層205、第一金屬層205表面的第二介質(zhì)層206、以及第二介質(zhì)層206表面的第二金屬層207,且所述第二金屬層207填充滿所述第一開口204;采用第一次化學機械拋光工藝去除高于第一介質(zhì)層203表面的第一金屬層205、第二介質(zhì)層206和第二金屬層207,形成電容結(jié)構(gòu)。請參考圖4,在第一次化學機械拋光工藝之后,在所述第一介質(zhì)層203內(nèi)形成暴露出第二導電層202的第二開口208,所述第二開口208包括暴露出第二導電層的第一子開口(未示出),以及底部與第一子開口貫通的第二子開口(未示出),所述第二子開口的尺寸大于所述第一子開口的尺寸。請參考圖5,在所述第二開口208內(nèi)填充滿金屬材料,并采用第二次化學機械拋光工藝去除高于第一介質(zhì)層203表面的金屬材料,形成大馬士革結(jié)構(gòu)209。在上述形成金屬-絕緣層-金屬結(jié)構(gòu)電容器和大馬士革結(jié)構(gòu)209的過程中,在形成完電容結(jié)構(gòu)之后,再形成大馬士革結(jié)構(gòu),其工藝過程復雜;而且,在第一開口204(如圖2所示)內(nèi)形成第一金屬層205、第二介質(zhì)層206和第二金屬層207之后,需要進行第一次化學機械拋光工藝,而在第二開口208內(nèi)填充金屬材料之后,需要進行第二次化學機械拋光工藝,而兩次化學機械拋光工藝容易造成第一介質(zhì)層203的凹陷,或在第二次化學機械拋光過程中,對已形成的電容結(jié)構(gòu)表面造成損傷;使所形成的器件形貌和性能不良。本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過進一步研究,在暴露出第一導電層的第一開口內(nèi)形成第一金屬層、以及第一金屬層表面的第二介質(zhì)層,且所述第一金屬層和第二介質(zhì)層暴露出第二導電層對應位置的第一介質(zhì)層表面;以所述第一金屬層和第二介質(zhì)層為掩膜形成暴露出第二導電層的第二開口,而所述第二開口包括暴露出第二導電層的第一子開口、以及底部與所述第一子開口貫通的第二子開口,且所述第二子開口的開口尺寸大于所述第一子開口的開口尺寸,從而,所述第二開口能夠用于形成大馬士革結(jié)構(gòu);之后,同時在所述第一開口和第二開口內(nèi)形成填充滿第一開口和第二開口的第四金屬層,則所述第一開口內(nèi)的第一金屬、第二介質(zhì)層和第四金屬層形成電容結(jié)構(gòu),而第二開口內(nèi)形成大馬士革結(jié)構(gòu);其中,所述第一金屬層和第二介質(zhì)層既能夠用于在第一開口內(nèi)構(gòu)成電容結(jié)構(gòu)的一部分,又能夠作為刻蝕形成第二開口的掩膜,省去了在刻蝕第二開口之前,于第一介質(zhì)層表面再形成硬掩膜的工藝步驟,能夠簡化工藝。此外,以所述第一金屬層和第二介質(zhì)層為掩膜刻蝕形成第二開口之后,能夠同時在第一開口和第二開口內(nèi)填充金屬,以形成第四金屬層,能夠進一 步簡化工藝;而且,同時在第一開口和第二開口內(nèi)填充金屬能夠減少化學機械拋光工藝的次數(shù),從而減少工藝對第一介質(zhì)層表面和形成于半導體襯底表面的其他器件的損傷,使所形成的半導體器件的形貌良好,且性能穩(wěn)定。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂,下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細的說明。圖6至圖12是本發(fā)明的實施例所述的半導體結(jié)構(gòu)的形成方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。請參考圖6,提供半導體襯底300,所述半導體襯底300內(nèi)具有第一導電層301和第二導電層302,所述第一導電層301和第二導電層302的表面和半導體襯底300的表面齊平,所述半導體襯底300、第一導電層301和第二導電層302的表面具有第一介質(zhì)層304。所述半導體襯底300用于為后續(xù)工藝提供工作平臺;所述半導體襯底300為硅襯底、硅鍺襯底、碳化硅襯底、絕緣體上硅(SOI)襯底、絕緣體上鍺(GOI)襯底、玻璃襯底或III-V族化合物襯底(例如氮化硅或砷化鎵等)。或者,所述半導體襯底300包括:基底,以及形成于所述基底表面具有若干層重疊設置的器件層或介質(zhì)層,所述基底包括上述各類襯底,而所述器件層或介質(zhì)層由前序工藝形成,所述第一導電層301和第二導電層302位于頂層的器件層或介質(zhì)層內(nèi),且所述第一導電層301和第二導電層302的表面與所述器件層或介質(zhì)層的表面齊平。所述第一導電層301和第二導電層302的材料為銅、鎢或鋁;所述第一導電層301用于電連接后續(xù)所形成的電容結(jié)構(gòu)的電極,所述第二導電層302用于與后續(xù)形成的大馬士革結(jié)構(gòu)電連接;所述第一導電層301和第二導電層302的形成工藝為:在所述半導體襯底內(nèi)形成兩個開口;在所述兩個開口的側(cè)壁和底部表面形成停止層,所述停止層的材料為鈦、鉭、氮化鈦和氮化鉭中 的一種或多種組合;在所述停止層表面形成填充滿所述兩個開口的金屬材料;采用化學機械拋光工藝去除高于所述半導體襯底300表面的金屬材料和停止層,在所述兩個開口內(nèi)形成第一導電層301和第二導電層302。其中,由于所填充的金屬材料與所述停止層的材料不同,因此所述停止層用于定義化學機械拋光工藝的停止位置,并通過一定程度的過拋光暴露出半導體襯底300表面。所述第一介質(zhì)層304的材料為氧化硅、氮化硅、低K介質(zhì)材料或超低K(UltraLow-k)材料,所述第一介質(zhì)層304內(nèi)在后續(xù)工藝中形成電容結(jié)構(gòu)和大馬士革結(jié)構(gòu);在本實施例中,所述半導體襯底300、第一導電層301和第二導電層302與所述第一介質(zhì)層304之間具有刻蝕阻擋層303,所述刻蝕阻擋層304的材料為氧化硅、氮化硅或低K介質(zhì)材料,且所述刻蝕阻擋層303與所述第一介質(zhì)層304的材料不同;所述刻蝕阻擋層303用于在后續(xù)采用刻蝕工藝形成用于形成電容結(jié)構(gòu)和大馬士革結(jié)構(gòu)的開口時,定義刻蝕工藝的停止位置,并在刻蝕停止后,通過一定的過刻蝕工藝以暴露出第一導電層301或第二導電層302,從而使所述刻蝕工藝更容易控制。請參考圖7,在所述第一介質(zhì)層304內(nèi)形成第一開口305,所述第一開口305暴露出第一導電層301和部分半導體襯底300。所述第一開口305用于在后續(xù)工藝形成電容結(jié)構(gòu);所述第一開口305的形成工藝為:在所述第一介質(zhì)層304表面形成第一光刻膠層,所述第一光刻膠層暴露出與第一導電層301位置對應的第一介質(zhì)層304表面;以所述第一光刻膠層為掩膜,刻蝕所述第一介質(zhì)層直至所述刻蝕阻擋層303,并進行一定的過刻蝕以暴露出第一導電層301以及所述第一導電層301周圍的部分半導體襯底300表面;最后去除所述第一光刻膠層。所述第一開口305的側(cè)壁相對于所述半導體襯底300表面垂直或傾斜;由于所述第一開口305的側(cè)壁和底部的面積決定了后續(xù)所形成的電容結(jié)構(gòu)內(nèi)第 一金屬層和第四金屬層之間的重疊面積,而所述重疊面積決定了后續(xù)所形成電容結(jié)構(gòu)的電容值;因此所述第一開口305的側(cè)壁形狀能夠根據(jù)所形成的電容器所需的電容值而具體調(diào)整,而不應過于限定,以增大或減小后續(xù)所形成的第一金屬層和第四金屬層之前的重疊面積,使產(chǎn)生的電容值滿足工藝需求。在本實施例中,所述第一開口305的側(cè)壁相對于所述半導體襯底300表面垂直。請參考圖8,在所述第一介質(zhì)層304表面、第一開口305的側(cè)壁和底部表面形成第一金屬層306、第一金屬層306表面的第二介質(zhì)層307、和第二介質(zhì)層307表面具有第二金屬層308,所述第一金屬層306、第二介質(zhì)層307和第二金屬層308中形成有第三開口309,第三開口309暴露出第二導電層302的對應位置的第一介質(zhì)層304表面。所述第一金屬層306和第二金屬層308的材料均為鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭中的一種或多種組合,所述第二介質(zhì)層307的材料為高K介質(zhì)材料,所述高K介質(zhì)材料包括:HfO2、ZrO2、HfSiNO、Al2O3或SbO(氧化銻);所述第一金屬層306作為所形成的電容結(jié)構(gòu)中的一層電極,而所述第二介質(zhì)層307用于在后續(xù)所形成的電容結(jié)構(gòu)中兩層電極之間進行隔離。由于所述第一金屬層306和第二金屬層308用于構(gòu)成電容結(jié)構(gòu)的一部分的同時,還用于作為后續(xù)刻蝕第二開口的掩膜,因此在本實施例中,所述第二介質(zhì)層307表面還形成有第二金屬層308;所述第二金屬層308用于在后續(xù)形成第二開口時,保護所述第二介質(zhì)層307不被減薄,從而保證了所形成的電容結(jié)構(gòu)中,所述第二介質(zhì)層307的隔離效果,進而保證了所形成的電容結(jié)構(gòu)的性能。所述第一金屬層306、第二介質(zhì)層307和第二金屬層308的形成工藝為:在所述第一介質(zhì)層304表面和所述第一開口305的側(cè)壁和底部表面依次沉積第一金屬薄膜、第一金屬薄膜表面的第二介質(zhì)薄膜、和第二介質(zhì)薄膜表面的第二金屬薄膜;在所述第二金屬薄膜表面形成第二光刻膠層,所述第二光刻膠層暴露出與第二導電層302位置對應的第二金屬薄膜表面;以所述第二光刻膠層 為掩膜,采用各向異性的干法刻蝕工藝刻蝕所述第一金屬薄膜、第二介質(zhì)薄膜和第二金屬薄膜,直至暴露出第一介質(zhì)層為止,形成第三開口309。所述第二光刻膠層能夠在形成所述第三開口309之后去除,還能夠在后續(xù)形成第四開口之后,與第三光刻膠層一起被去除。其他實施例中,所述第二介質(zhì)層307的表面不形成所述第二金屬層308,能夠減少工藝步驟,節(jié)約工藝成本;那么,需要通過增厚所述第二介質(zhì)層307的厚度以保證在后續(xù)形成所述第二開口后,所述第二介質(zhì)層307的厚度能夠滿足工藝需求,而不會過薄。請參考圖9,在所述第二金屬層308表面、以及第三開口309的側(cè)壁和部分底部表面形成第三光刻膠層310,所述第三光刻膠層310暴露出與第二導電層302位置對應的第一介質(zhì)層304表面;以所述光刻膠層310為掩膜刻蝕所述第一介質(zhì)層304,形成第四開口311。所述第三光刻膠層310通過旋涂工藝和旋涂工藝之后的曝光工藝形成,所述第三光刻膠層310定義了后續(xù)所形成的第二開口中第一子開口的尺寸,而所述第一子開口在后續(xù)工藝中用于形成大馬士革結(jié)構(gòu)中的接觸孔結(jié)構(gòu)。所述第四開口311的形成工藝為:以所述第三光刻膠層310為掩膜,采用各向異性的干法刻蝕工藝刻蝕所述第一介質(zhì)層304,形成第四開口311;所述第四開口311的底部到刻蝕阻擋層303的距離不大于后續(xù)所需形成的第二開口內(nèi)的第二子開口的深度,從而保證了后續(xù)形成第二開口的刻蝕工藝在形成所需深度的第二子開口的同時,能夠使第一子開口暴露出刻蝕阻擋層303表面。請參考圖10,去除所述第三光刻膠層310(如圖9所示),并以所述第一金屬層306、第二介質(zhì)層307和第二金屬層308為掩膜,采用各向異性的干法刻蝕工藝刻蝕所述第三開口309(如圖9所示)和第四開口311(如圖9所示)底部的第一介質(zhì)層304,直至暴露出第二導電層302表面為止,形成第二開口312。所述第二開口312包括暴露出第二導電層302的第一子開口、以及底部與所述第一子開口貫通的第二子開口,所述第二子開口的開口尺寸大于所述第一子開口的開口尺寸;所述第二開口312在后續(xù)工藝中用于形成大馬士革結(jié)構(gòu)。在本實施例中,所述各向異性的干法刻蝕工藝以所述第一金屬層306、第二介質(zhì)層307和第二金屬層308為掩膜,而位于所述第一開口305內(nèi)所述第一金屬層306、第二介質(zhì)層307和第二金屬層308用于在后續(xù)工藝中作為所形成的電容器的一部分;因此,本實施例中,省去了額外為形成第二開口312而形成硬掩膜的工藝,從而能夠簡化工藝步驟,且節(jié)省工藝成本。而且,由于以第一金屬層306、第二介質(zhì)層307和第二金屬層308為掩膜進行刻蝕時,所述第一開口305內(nèi)的第二金屬層308表面還未填充金屬材料以作為電容結(jié)構(gòu)的電極,而所形成的第二開口312后續(xù)也需要填充相同的金屬材料以形成大馬士革結(jié)構(gòu),因此在形成第二開口312之后,能夠于所述第一開口305和第二開口312內(nèi)同時填充金屬,并進行化學機械拋光工藝;而同時填充金屬并拋光不僅能夠節(jié)省工藝步驟,還能夠減少化學機械拋光工藝的次數(shù),以減少拋光工藝對所形成的半導體器件表面的損傷,使所形成的半導體器件的性能穩(wěn)定。由于所述第三光刻膠層310覆蓋所述第三開口309的側(cè)壁和部分底部表面,因此由所述第三光刻膠層310定義的第四開口311的尺寸小于所述第三開口309的尺寸;當去除所述第三光刻膠層310之后,以所述第一金屬層306、第二介質(zhì)層307和第二金屬層308為掩膜,進行各向異性的干法刻蝕時,所述刻蝕工藝同時刻蝕所述第三開口309底部的第一介質(zhì)層304、以及所述第四開口311底部的第一介質(zhì)層;通過刻蝕所述第三開口309底部的第一介質(zhì)層304能夠形成第二子開口,刻蝕所述第四開口311底部的第一介質(zhì)層304能夠形成第一 子開口;因此,所形成的第一子開口的尺寸小于所述第二子開口的尺寸,從而所述第二開口312能夠用于形成大馬士革結(jié)構(gòu)。此外,所述第四開口311的底部到刻蝕阻擋層303的距離不大于所需形成的第二子開口的深度,當刻蝕所述第三開口309以形成足夠深度的第二子開口時,能夠保證刻蝕所述第四開口311底部所形成的第一子開口完全暴露出刻蝕阻擋層303;由于所述刻蝕阻擋層303的材料與第一介質(zhì)層304的材料不同,在所述刻蝕第一介質(zhì)層304的工藝中,所述刻蝕阻擋層303相對于所述第一介質(zhì)層304具有刻蝕選擇比,因此,所述刻蝕工藝在所述刻蝕阻擋層303處停止;且當形成第二開口312之后,去除所述第二開口312底部的刻蝕阻擋層303,而由于所述刻蝕阻擋層303的材料與第一介質(zhì)層304的材料不同,因此去除所述刻蝕阻擋層303的工藝不會損傷所述第二開口312的形貌。請參考圖11,在第二開口312的側(cè)壁和底部表面、以及第二金屬層308表面形成第三金屬薄膜313;在所述第三金屬薄膜313表面形成填充滿第一開口305(如圖10所示)和第二開口312(如圖10所示)的第四金屬薄膜314。所述第四金屬薄膜314的材料為銅,因此能夠使后續(xù)形成的電容結(jié)構(gòu)的另一層電極、以及大馬士革結(jié)構(gòu)的材料為銅;由于銅的電阻較低,以銅作為電容結(jié)構(gòu)的電極時,能夠降低電容結(jié)構(gòu)的能耗,提高電容結(jié)構(gòu)的性能;而由于銅的低電阻特性,以銅為材料的大馬士革結(jié)構(gòu)能夠滿足特征尺寸不斷減小的半導體器件中,電互連的工藝需求。所述第三金屬薄膜313的材料為鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭中的一種或多種組合,形成工藝為化學氣相沉積工藝或物理氣相沉積工藝;由于所述第四金屬薄膜314的材料為銅,因此所述第四金屬薄膜314的形成工藝為電鍍工藝,能夠形成質(zhì)量較好的第四金屬薄膜314;而所述第三金屬薄膜313用于在形成第四金屬薄膜314的電鍍工藝中,作為導電層以生長銅材料。在其他實施例中,所述第四金屬薄膜314的形成工藝還能夠為化學氣相沉積工藝、物理氣相沉積工藝、或物理氣相沉積工藝和電鍍工藝相結(jié)合;其中,當所述第四金屬薄膜314的形成工藝為化學氣相沉積工藝或物理氣相沉積工藝時,能夠不形成所述第三金屬薄膜313而直接形成所述第四金屬薄膜314。請參考圖12,采用化學機械拋光工藝去除高于第一介質(zhì)層304表面的第四金屬薄膜314(如圖11所示)、第三金屬薄膜313(如圖11所示)、第二金屬層308、第二介質(zhì)層307(如圖11所示)和第一金屬層306(如圖11所示),形成填充滿第一開口305(如圖10所示)和第二開口312(如圖10所示)的第四金屬層314a。由于本實施例中,所述第一開口305和第二開口312內(nèi)同時形成第四金屬薄膜314(如圖11所示),因此僅需采用一次化學機械拋光工藝去除高于第一介質(zhì)層304表面的第四金屬薄膜314、第三金屬薄膜313、第二金屬層308、第二介質(zhì)層307和第一金屬層306;從而,避免為了分別形成電容結(jié)構(gòu)和大馬士革結(jié)構(gòu)而多次采用化學機械拋光工藝,減少了化學機械拋光工藝的次數(shù);而減少化學機械拋光工藝的次數(shù)不僅能夠節(jié)省工藝成本,還能夠減少化學機械拋光工藝對于所形成的半導體器件表面的損傷,使所形成的半導體器件的性能更為穩(wěn)定。位于所述第一開口305內(nèi)的第四金屬層314a用于作為所形成的電容結(jié)構(gòu)的另一層電極;從而,位于所述第一開口305內(nèi)的所述第一金屬層306、第二介質(zhì)層307和第四金屬層314a,以及半導體襯底300內(nèi)的第一導電層301構(gòu)成所需形成的金屬-絕緣層-金屬的電容結(jié)構(gòu);其中,所述第二介質(zhì)層307和第四金屬層314a之間還具有拋光工藝后剩余的第二金屬層308和第三金屬薄膜313,由于所述第二金屬層308和第三金屬薄膜313均有導電材料形成,因此不會影響所形成的電容結(jié)構(gòu)的性能。位于所述第二開口312內(nèi)的第四金屬層314a用于作為大馬士革結(jié)構(gòu);其中,所述第一子開口內(nèi)的第四金屬層314a作為大馬士革結(jié)構(gòu)的接觸孔,而所述第二子開口內(nèi)的第四金屬層314a作為大馬士革結(jié)構(gòu)的電互連層。本實施例中,在第一開口305內(nèi)和第一介質(zhì)層304表面形成第一金屬層306、第二介質(zhì)層307和第二金屬層308之后,以所述第一金屬層306、第二介質(zhì)層307和第二金屬層308為掩膜形成第二開口312;所述第一開口305用于形成電容結(jié)構(gòu),所述第二開口312用于形成大馬士革結(jié)構(gòu);其中,所述第一金屬層306用于作為電容結(jié)構(gòu)一層電極,而所述第二介質(zhì)層307用于作為電容結(jié)構(gòu)中兩層電極之間的隔離層;同時,所述第一金屬層306、第二介質(zhì)層307和第二金屬層308還能夠作為刻蝕第二開口312時的掩膜,從而減少了額外形成掩膜以刻蝕第二開口312的工藝,減少了工藝步驟,并節(jié)省了成本;此外,在形成第二開口312之后,同時在第一開口305和第二開口312內(nèi)形成第四金屬薄膜314,并進行化學機械拋光工藝,減少了化學機械拋光的次數(shù),從而避免了多次化學機械拋光工藝對所形成的半導體器件表面的損傷,提高了所形成的半導體器件的穩(wěn)定性。相應的,基于上述半導體結(jié)構(gòu)的形成方法,本發(fā)明的實施例還提供過一種半導體結(jié)構(gòu),請繼續(xù)參考圖12,包括:半導體襯底300,所述半導體襯底300內(nèi)具有第一導電層301和第二導電層302,所述第一導電層301和第二導電層302的表面和半導體襯底300的表面齊平,所述半導體襯底300表面具有第一介質(zhì)層304;位于所述第一介質(zhì)層304內(nèi)的第一開口(未示出),所述第一開口暴露出第一導電層301和部分半導體襯底300;位于所述第一介質(zhì)層304內(nèi)的第二開口(未示出),所述第二開口包括暴露出第二導電層302的第一子開口(未示出)、以及底部與所述第一子開口貫通的第二子開口(未示出),所述第二子開口的開口尺寸大于所述第一子開口的開口尺寸;位于所述第一開口的側(cè)壁和底部表面的第一金屬層306、所述第一金屬層306表面的第二介 質(zhì)層307、所述第二介質(zhì)層307表面的第二金屬層308和所述第二金屬層308表面的第三金屬層313;位于所述第二開口的側(cè)壁和底部表面的第三金屬層313;位于所述第一開口和第二開口內(nèi)的第三金屬層313表面、且填充滿所述第一開口和第二開口的第四金屬層314a。本實施例中,第一開口305內(nèi)的所述第一金屬層306、第二介質(zhì)層307和第四金屬層314a,以及半導體襯底300內(nèi)的第一導電層301構(gòu)成所需形成的金屬-絕緣層-金屬的電容結(jié)構(gòu);而第二開口312內(nèi)的第四金屬層314a構(gòu)成大馬士革結(jié)構(gòu);本實施例所述的電容結(jié)構(gòu)和大馬士革結(jié)構(gòu)的表面形貌良好,性能穩(wěn)定。綜上所述,所述第一介質(zhì)層內(nèi)具有暴露出第一導電層的第一開口,用于形成電容結(jié)構(gòu);在所述第一介質(zhì)層表面和第一開口內(nèi)形成第一金屬層、以及第一金屬層表面的第二介質(zhì)層,且所述第一金屬層和第二介質(zhì)層暴露出與第二導電層位置對應的第一介質(zhì)層表面;位于第一開口內(nèi)的第一金屬層和第二介質(zhì)層構(gòu)成電容結(jié)構(gòu)的一部分;而第一介質(zhì)層表面的第一金屬層和第二介質(zhì)層還能夠作為刻蝕形成第二開口的掩膜,形成暴露出第二導電層的第二開口;而所述第二開口包括第一子開口、以及底部與所述第一子開口貫通的第二子開口,且所述第二子開口的開口尺寸大于所述第一子開口的開口尺寸,使所述第二開口能夠用于形成大馬士革結(jié)構(gòu);因此,所述第一金屬層和第二介質(zhì)層既能夠用于在第一開口內(nèi)構(gòu)成電容結(jié)構(gòu)的一部分,又能夠作為刻蝕形成第二開口的掩膜,從而省去了在刻蝕第二開口之前,再次于第一介質(zhì)層表面形成硬掩膜的工藝步驟,能夠簡化工藝。之后,同時在所述第一開口和第二開口內(nèi)形成填充滿金屬,在第一開口和第二開口內(nèi)形成第四金屬層;從而,所述第一導電層與第一開口內(nèi)的第一金屬、第二介質(zhì)層和第四金屬層形成電容結(jié)構(gòu),而第二開口內(nèi)的第四金屬層形成大馬士革結(jié)構(gòu);而且,在第一開口和第二開口內(nèi)同時填充金屬,能夠進 一步簡化工藝,又能夠減少工藝對第一介質(zhì)層表面、和形成于半導體襯底表面的其他器件的損傷,使所形成的半導體器件的形貌良好,且性能穩(wěn)定。本發(fā)明的技術(shù)方案所述的半導體結(jié)構(gòu)包括由第一導電層和第一開口內(nèi)的第一金屬層、第二介質(zhì)層、第三金屬層和第四金屬層構(gòu)成的電容結(jié)構(gòu),以及由第二開口內(nèi)的第三金屬層和第四金屬層構(gòu)成的大馬士革結(jié)構(gòu);所述電容結(jié)構(gòu)和大馬士革結(jié)構(gòu)的形貌良好,表面的缺陷或損傷較少,性能穩(wěn)定。本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上,但其并不是用來限定本發(fā)明,任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi),都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改,因此,凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容,依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾,均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
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