半导体结构及其形成方法与流程

本发明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。

背景技术：

1、为了满足关键尺寸缩小过后的互连线所需，目前不同金属层或者金属层与基底的导通是通过互连结构实现的。互连结构包括互连线和形成于接触开口内的接触孔插塞。接触孔插塞与半导体器件相连接，互连线实现接触孔插塞之间的连接，从而构成电路。

2、晶体管结构内通常包括与栅极结构接触的栅极插塞，用于实现栅极结构与外部电路之间的电连接，还包括与源漏掺杂区接触的源漏互连结构，用于实现源漏掺杂区与外部电路之间的电连接。为了减小栅极结构与源漏互连结构之间的耦合电容，目前一种方案是在栅极结构与源漏互连结构之间形成空气侧墙(air gap spacer)。空气具有比半导体工艺中常用介质材料(例如：低k介质材料或超低k介质材料等)更低的介电常数，有利于显著减小栅极结构与源漏互连结构之间的耦合电容。

3、但是，目前形成空气侧墙仍具有较大的挑战。

技术实现思路

1、本发明实施例解决的问题是提供一种半导体结构及其形成方法，有利于提高空气侧墙的形成质量和一致性，并增大形成栅极插塞、源漏插塞的工艺窗口。

2、为解决上述问题，本发明实施例提供一种半导体结构，包括：基底；栅极结构，分立于基底上；源漏掺杂区，位于栅极结构两侧的基底内；第一介质层，覆盖源漏掺杂区以及栅极结构的顶部和侧壁；源漏互连层，位于源漏掺杂区顶部上的第一介质层中且与源漏掺杂区相接触；侧墙结构，位于栅极结构的侧壁与源漏互连层的侧壁之间，且侧墙结构的顶面低于第一介质层的顶面，侧墙结构包括位于栅极结构侧壁上的第一侧墙和位于源漏互连层侧壁上的第二侧墙、以及位于第一侧墙和第二侧墙之间的空气侧墙；自对准停止层，位于侧墙结构顶部的第一介质层中且密封空气侧墙的顶部；栅极插塞，位于栅极结构顶部的第一介质层中且与栅极结构顶部和自对准停止层的侧壁相接触；源漏插塞，位于源漏互连层顶部且与源漏互连层的顶部和自对准停止层的侧壁相接触。

3、相应的，本发明实施例还提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供基底，基底上形成有分立的栅极结构，栅极结构两侧的基底内形成有源漏掺杂区，源漏掺杂区上形成有覆盖栅极结构的侧壁和顶部的第一介质层；形成贯穿源漏掺杂区顶部上的第一介质层的互连槽；形成位于互连槽侧壁上的初始侧墙结构、以及覆盖初始侧墙结构的侧壁且填充互连槽的源漏互连层，初始侧墙结构包括依次堆叠于互连槽侧壁上的第一侧墙、牺牲侧墙和第二侧墙，源漏互连层与源漏掺杂区相接触，且初始侧墙结构的顶面低于第一介质层的顶面；去除牺牲侧墙，在第一侧墙和第二侧墙之间形成空气侧墙，空气侧墙和第一侧墙以及第二侧墙用于构成侧墙结构；在互连槽露出的第一介质层侧壁上形成密封空气侧墙顶部的自对准停止层；以自对准停止层为沿垂直于栅极结构延伸方向上的停止层，在第一介质层中形成与栅极结构顶部相接触的栅极插塞、以及在源漏互连层顶部形成与源漏互连层相接触的源漏插塞。

4、与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点：

5、本发明实施例提供的半导体结构，侧墙结构位于栅极结构的侧壁与源漏互连层的侧壁之间，即空气侧墙位于栅极结构的侧壁与源漏互连层的侧壁之间，与空气侧墙位于栅极结构的整个侧壁上相比，本发明实施例的空气侧墙的质量和一致性高；且侧墙结构的顶面低于第一介质层的顶面，半导体结构中还设置有自对准停止层，位于侧墙结构顶部的第一介质层中且密封空气侧墙的顶部，在栅极插塞和源漏插塞的形成步骤中，自对准停止层能够作为沿垂直于栅极结构延伸方向上的停止层，即通过自对准停止层能够实现形成栅极插塞和源漏插塞的自对准，有利于降低形成栅极插塞和源漏插塞的工艺难度、增大形成栅极插塞和源漏插塞的工艺窗口，且位于空气侧墙顶部的自对准停止层能够对空气侧墙起到保护作用，有利于降低形成栅极插塞和源漏插塞的过程中，对空气侧墙顶部造成误刻蚀的风险，进而降低空气侧墙被打开的风险，提升了半导体结构的性能。

6、本发明实施例提供的半导体结构的形成方法中，形成初始侧墙结构的步骤中，初始侧墙结构的顶面低于第一介质层的顶面，且初始侧墙结构仅位于互连槽内，有利于降低去除牺牲侧墙以形成空气侧墙的工艺难度、提高工艺友好度，相应有利于提高空气侧墙的形成质量和一致性；并且，在形成空气侧墙后，还在侧墙结构露出的互连槽的侧壁上形成密封空气侧墙顶部的自对准停止层，从而能够以自对准停止层为沿垂直于栅极结构延伸方向上的停止层，形成与栅极结构顶部相接触的栅极插塞、以及形成与源漏互连层顶部相接触的源漏插塞，即通过自对准停止层能够实现形成栅极插塞和源漏插塞的自对准，有利于降低形成栅极插塞和源漏插塞的工艺难度、增大形成栅极插塞和源漏插塞的工艺窗口，且位于空气侧墙顶部的自对准停止层能够对空气侧墙起到保护作用，有利于降低形成栅极插塞和源漏插塞的过程中，对空气侧墙顶部造成误刻蚀的风险，进而降低空气侧墙被打开的风险，提升了半导体结构的性能。

技术特征：

1.一种半导体结构，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述源漏互连层的顶面低于所述第一介质层的顶面；

3.如权利要求2所述的半导体结构，其特征在于，所述半导体结构还包括：第二介质层，位于所述第一介质层上且覆盖所述自对准停止层和盖帽层；

4.如权利要求2所述的半导体结构，其特征在于，所述自对准停止层的材料包括低k介质材料；所述盖帽层的材料包括氧化硅和氮化硅中的一种或两种。

5.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述侧墙结构的顶面齐平于或高于所述栅极结构的顶面。

6.如权利要求1至5中任一项所述的半导体结构，其特征在于，所述源漏互连层的顶面与所述侧墙结构的顶面相齐平。

7.如权利要求1至5中任一项所述的半导体结构，其特征在于，所述半导体结构还包括：衬垫层，位于所述侧墙结构与所述自对准停止层之间，所述衬垫层密封所述空气侧墙的顶部。

8.如权利要求7所述的半导体结构，其特征在于，所述衬垫层的材料包括氧化硅。

9.如权利要求1至5中任一项所述的半导体结构，其特征在于，所述第一侧墙还延伸位于所述空气侧墙的底部。

10.如权利要求1至5中任一项所述的半导体结构，其特征在于，沿垂直于基底表面的方向，所述栅极结构顶部与第一介质层顶面之间的距离为第一距离，所述侧墙结构的顶面与第一介质层顶面之间的距离为第二距离，所述第二距离至少是第一距离的45％。

11.如权利要求1至5中任一项所述的半导体结构，其特征在于，所述第一介质层包括：底部介质层，位于所述栅极结构的侧部且覆盖所述源漏掺杂区；顶部介质层，位于所述底部介质层上且覆盖栅极结构的顶部。

12.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：

13.如权利要求12所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，在形成所述初始侧墙结构和所述源漏互连层的步骤中，所述源漏互连层的顶面低于所述第一介质层的顶面；

14.如权利要求13所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，形成所述初始侧墙结构和源漏互连层的步骤包括：在所述互连槽的侧壁上形成侧墙结构膜；在所述互连槽内填充初始互连层，所述初始互连层与所述源漏掺杂区相接触且覆盖所述侧墙结构膜的侧壁；

15.如权利要求14所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，去除部分高度的所述初始互连层和所述侧墙结构膜的步骤包括：去除部分高度的所述初始互连层，剩余的所述初始互连层用于作为所述源漏互连层；

16.如权利要求13所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，在形成所述自对准停止层之后，且在形成所述栅极插塞和源漏插塞之前，所述半导体结构的形成方法还包括：在所述第一介质层上形成第二介质层，所述第二介质层覆盖所述自对准停止层；

17.如权利要求13所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，形成所述栅极插塞的步骤包括：以所述自对准停止层为沿垂直于栅极结构延伸方向上的停止层，形成贯穿所述栅极结构顶部的第一介质层的栅极接触孔；在所述栅极接触孔内形成所述栅极插塞；

18.如权利要求12所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述初始侧墙结构的顶面齐平于或高于所述栅极结构的顶面。

19.如权利要求12至18中任一项所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述半导体结构的形成方法还包括：在形成所述空气侧墙之后，且在形成所述自对准停止层之前，在所述侧墙结构露出的互连槽的底部和侧壁形成衬垫层，所述衬垫层密封所述空气侧墙的顶部。

20.如权利要求12至18中任一项所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，提供基底的步骤包括：提供基底、分立于所述基底上的栅极结构、位于所述栅极结构两侧基底内的源漏掺杂区以及位于所述栅极结构的侧部且覆盖所述源漏掺杂区的底部介质层；

技术总结
一种半导体结构及其形成方法，方法包括：形成位于互连槽侧壁上的初始侧墙结构以及覆盖初始侧墙结构的侧壁且填充互连槽的源漏互连层，初始侧墙结构包括依次堆叠于互连槽侧壁上的第一侧墙、牺牲侧墙和第二侧墙，初始侧墙结构的顶面低于第一介质层的顶面；去除牺牲侧墙以形成空气侧墙；在互连槽露出的第一介质层侧壁上形成密封空气侧墙顶部的自对准停止层；以自对准停止层为沿垂直于栅极结构延伸方向上的停止层，在第一介质层中形成与栅极结构顶部相接触的栅极插塞、以及在源漏互连层顶部形成与源漏互连层相接触的源漏插塞。本发明实施例有利于提高空气侧墙的形成质量和一致性，并增大形成栅极插塞、源漏插塞的工艺窗口。

技术研发人员：谭程,纪世良,张海洋
受保护的技术使用者：中芯国际集成电路制造（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15