[發(fā)明專利]互連結(jié)構(gòu)及其制造方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310017093.4
• 申請日: 2013-01-17
• 公開（公告）號: CN103943599A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 聶鵬飛;粟雅娟;朱慧瓏;趙超;賈昆鵬;楊杰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院微電子研究所
• 主分類號: H01L23/522
• 分類號: H01L23/522;H01L23/552;H01L21/768
• 代理公司: 北京藍智輝煌知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11345
• 代理人: 陳紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種互連結(jié)構(gòu)及其制造方法，特別是涉及一種使用單層或者多層石墨烯的后端工藝及其制造方法。

背景技術(shù)

隨著集成電路進入納米尺度范圍，后端互聯(lián)線之間的串?dāng)_成為困擾電路設(shè)計的重要因素之一。串?dāng)_是兩條信號線之間的耦合、信號線之間的互感和互容引起線上的噪聲。串?dāng)_產(chǎn)生的感應(yīng)噪音可從多方面影響信號的完整性和芯片性能，例如在受害信號處于穩(wěn)態(tài)0或穩(wěn)態(tài)1時會產(chǎn)生毛刺干擾。通常電路中的信號轉(zhuǎn)換時間要比穩(wěn)態(tài)時間短得多，由于多數(shù)信號常常處于穩(wěn)態(tài)中，而毛刺噪音會破壞這種穩(wěn)態(tài)。

一般情況下芯片設(shè)計公司可在商用的集成電路布局CAD解決方案中集成四種降低串?dāng)_的方法：插入緩沖器、改變連線間距、門電路尺寸及屏蔽受害節(jié)點。但是這四種方法在納米尺度下均面臨了較大的困難，或者會降低芯片的性能參數(shù)。插入緩沖器在高速電路中會損害并降低芯片的工作頻率，改變連線間距，采用兩倍線間距和改變門電路尺寸會增加占用的布線資源，而傳統(tǒng)的屏蔽受害節(jié)點更會使布線更加復(fù)雜，更加難以用普通的EDA工具進行布線，同時也增加了研發(fā)的周期和成本。

同時，使用傳統(tǒng)的金屬線會存在電遷移情況。電遷移通常是指在電場的作用下導(dǎo)電離子運動造成元件或電路失效的現(xiàn)象，會發(fā)生在芯片內(nèi)部互聯(lián)線金屬導(dǎo)體內(nèi)部的金屬化電子遷移，是芯片失效的一個重要原因。

發(fā)明內(nèi)容

針對存在的上述問題，本發(fā)明提出了一種使用單晶石墨烯作為屏蔽層的互連結(jié)構(gòu)及其制造方法。

本發(fā)明提供了一種互連結(jié)構(gòu)，包括：位于襯底上的下層布線結(jié)構(gòu)；位于下層布線結(jié)構(gòu)上的屏蔽層，其中屏蔽層包括石墨烯；位于屏蔽層上的上層布線結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明還提供了一種互連結(jié)構(gòu)的制造方法，包括：在襯底上形成下層布線結(jié)構(gòu)；在下層布線結(jié)構(gòu)上形成屏蔽層，其中屏蔽層包括石墨烯；在屏蔽層上形成上層布線結(jié)構(gòu)。

其中，石墨烯為單晶結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)。

其中，下層布線結(jié)構(gòu)與上層布線結(jié)構(gòu)交錯或者重合。

其中，形成下層布線結(jié)構(gòu)和/或上層布線結(jié)構(gòu)的步驟進一步包括：形成第一絕緣層；在第一絕緣層上形成刻蝕停止層；在刻蝕停止層上形成第二絕緣層；刻蝕第二絕緣層、刻蝕停止層、第一絕緣層形成溝槽；在溝槽中依次填充形成擴散阻擋層以及互連金屬。

其中，擴散阻擋層包括Ti、Ta、TiN、TaN；互連金屬包括選自Co、Ni、Cu、Al、Pd、Pt、Ru、Re、Mo、Ta、Ti、Hf、Zr、W、Ir、Eu、Nd、Er、La的金屬單質(zhì)、或這些金屬的合金以及這些金屬的氮化物。

本專利采用石墨烯這種單晶的薄層導(dǎo)電材料作為上下兩層的金屬連線直接的屏蔽層，具有如下的優(yōu)勢，解決的問題如下：

1.在不通過在芯片設(shè)計中更復(fù)雜的走線且不占用更多的布線資源的情況下能夠滿足高速信號的設(shè)計要求。

2.解決了傳統(tǒng)金屬電遷移率的問題，石墨烯作為單晶的導(dǎo)電材料，具有較強的導(dǎo)電特性的同時不具有電遷移特性，能夠在更小的互聯(lián)尺度下應(yīng)用。

3.在納米尺度下尤其是20nm設(shè)計光刻采用兩次光刻的情況下，布線規(guī)則改變的同時，通過工藝角度對串?dāng)_的抑制簡化了集成電路布局的復(fù)雜度。

4.相對于傳統(tǒng)金屬來說，石墨烯不需要考慮擴散阻擋等相關(guān)問題，而且由于石墨烯很薄，相對于標(biāo)準(zhǔn)的芯片流程中CMP的高度差可以忽略，因此也不需要復(fù)雜的額外工藝。

依照本發(fā)明的互連結(jié)構(gòu)及其制造方法，采用石墨烯這種單晶薄層導(dǎo)電材料作為上下層金屬連線之間的屏蔽層，有效降低了小尺寸器件的連線噪聲，提高了器件信號精度。

附圖說明

以下參照附圖來詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案，其中：

圖1a顯示了依照本發(fā)明的互連結(jié)構(gòu)的頂視圖，其中上下互連線交錯；

圖1b顯示了依照本發(fā)明的互連結(jié)構(gòu)的頂視圖，其中上下互連線重合；

圖2顯示了現(xiàn)有技術(shù)的互連結(jié)構(gòu)的剖視圖；

圖3顯示了依照本發(fā)明的互連結(jié)構(gòu)的剖視圖。

具體實施方式

以下參照附圖并結(jié)合示意性的實施例來詳細說明本發(fā)明技術(shù)方案的特征及其技術(shù)效果，公開了能有效降低了小尺寸器件的連線噪聲的互連結(jié)構(gòu)及其制造方法。需要指出的是，類似的附圖標(biāo)記表示類似的結(jié)構(gòu)，本申請中所用的術(shù)語“第一”、“第二”、“上”、“下”等等可用于修飾各種器件結(jié)構(gòu)或工藝步驟。這些修飾除非特別說明并非暗示所修飾器件結(jié)構(gòu)或工藝步驟的空間、次序或?qū)蛹夑P(guān)系。

圖1a顯示了依照本發(fā)明的互連結(jié)構(gòu)的頂視圖，其中上下互連線交錯；圖1b顯示了依照本發(fā)明的互連結(jié)構(gòu)的頂視圖，其中上下互連線重合。