[發明專利]用于高性能互連的結構和方法

有效

• 申請號: 201210058714.9
• 申請日: 2012-03-07
• 公開（公告）號: CN102881675A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 萬幸仁;柯亭竹
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L23/528
• 分類號: H01L23/528;H01L21/768
• 代理公司: 北京德恒律師事務所 11306
• 代理人: 陸鑫;房嶺梅

技術領域

本發明涉及半導體領域，更具體地，本發明涉及一種用于高性能互連的結構和方法。

背景技術

在半導體技術中，可以使用各種工藝(包括光刻工藝、離子注入、沉積和蝕刻)在襯底上形成集成電路圖案。利用鑲嵌工藝來形成多層銅互連，包括垂直互連通孔和水平互連金屬線。在鑲嵌工藝期間，在電介質材料層中形成溝槽，在溝槽中填充銅或鎢，然后應用化學機械拋光(CMP)工藝來去除電介質材料層上的過量金屬并對上表面進行平坦化。

隨著集成電路(IC)制造前進到先進的技術節點，IC部件尺寸規模縮小到更小的尺寸。例如，溝槽尺寸變得越來越小。因此，這些金屬材料的間隙填充能力受限，并且間隙填充質量和可靠性受到挑戰。此外，為了獲得互連結構的預期性能，間隙填充金屬的對應導電性需要更高。因此，互連材料對于進一步改善具有預期性能和可靠性的互連結構來說是瓶頸。于是，需要互連結構的結構及其制造方法來解決上述問題。

發明內容

為了解決現有技術中所存在的問題，根據本發明的一個方面，提供了一種集成電路(IC)結構，包括：襯底，具有形成在其中的IC器件；第一電介質材料層，被設置在所述襯底上并具有形成在其中的第一溝槽；以及第一合成互連部件，被設置在所述第一溝槽中并且與所述IC器件電連接，其中，所述第一合成互連部件包括：第一阻擋層，被設置在所述第一溝槽的側壁上；第一金屬層，被設置在所述第一阻擋層上；以及第一石墨烯層，被設置在所述金屬層上。

在該IC結構中，所述第一合成互連部件還包括：第二金屬層，被設置在所述第一石墨烯層上；以及第二石墨烯層，被設置在所述第二金屬層上。

在該IC結構中，所述第一金屬層具有第一厚度；以及所述第二金屬層具有小于所述第一厚度的第二厚度。

在該IC結構中，所述襯底包括半導體襯底；所述第一電介質材料層包含氧化硅和低k電介質材料中的至少一種；以及所述第一金屬層包含銅和鎢中的一種。

在該IC結構中，還包括：蝕刻停止層，被夾置在所述襯底和所述電介質層之間。

在該IC結構中，還包括：第二電介質材料層，被夾置在所述第一電介質材料層和所述襯底之間，具有形成在所述第二電介質材料層中的第二溝槽；以及第二合成互連部件，形成在所述第二溝槽中并與所述第一合成互連部件相接觸，其中，所述第二合成互連部件包括：第二阻擋層，被設置在所述第二溝槽的側壁上；至少一個碳納米管，被設置在所述第二溝槽中；以及金屬材料，被填充在所述第二溝槽中并被所述第二阻擋層圍繞，使得所述至少一個碳納米管嵌入在所述金屬材料中。

在該IC結構中，所述第一互連部件是金屬線；所述第二合成互連部件是通孔和接觸件中的一種；以及所述第一合成互連部件通過所述第二互連部件連接至所述IC器件。

在該IC結構中，所述第二合成互連部件接觸所述IC器件的自對準多晶硅化物部件。

在該IC結構中，所述第一阻擋層包含石墨烯。

10.根據權利要求9所述的IC結構，其中

所述第一阻擋層包括所述第一溝槽的側壁上的氮化鈦(TiN)層和所述TiN層上的釕(Ru)層；以及

所述第一石墨烯層被夾置在所述Ru層和所述第一金屬層之間。

根據本發明的另一方面，還提供了一種集成電路(IC)結構，包括：半導體襯底，具有形成在其中的IC器件；第一電介質材料層，被設置在所述襯底上并具有形成在其中的溝槽；以及第一合成互連部件，被設置在所述溝槽中并且與所述IC器件電連接，其中，所述第一合成互連部件包括：第一阻擋層，被設置在所述溝槽的側壁上；至少一個碳納米管，被設置在所述溝槽中，并且基本上沿著所述溝槽的深度方向定向；以及銅材料，被填充在所述溝槽中并通過所述阻擋層與所述第一電介質材料隔離，使得所述至少一個碳納米管嵌入在所述銅材料中。

在該IC結構中，還包括：第二電介質材料層，被設置在所述第一電介質材料層上；以及第二合成互連部件，嵌入在所述第二電介質材料層中并與所述第一合成互連部件相接觸，其中，所述第二合成互連部件包括：多個金屬層，包括接近所述第二電介質材料層的第一金屬層；以及多個石墨烯層，每一個所述石墨烯層都被夾置在兩個相鄰的金屬層之間。

在該IC結構中，所述第二合成互連部件還包括：第二阻擋層，被夾置在所述第二電介質材料層和所述第一金屬層之間。