步驟S01，請(qǐng)參閱圖4a，提供一具有介質(zhì)層402的襯底401，介質(zhì)層402上形成一通孔 403。
[0046]本步驟中，襯底401的材料優(yōu)選為Si，介質(zhì)層402的材料優(yōu)選為Si02、SiN、低介電常數(shù)材料、超低介電常數(shù)材料或六方氮化硼層中的一種或多種，其中，低介電常數(shù)材料指介電常數(shù)小于3的材料，超低介電常數(shù)材料指介電常數(shù)小于2.5的材料。本實(shí)施例中的介質(zhì)層402從下往上依次包括黑鉆石材料層(Black Diamond，BD) 402a以及六方氮化硼層402b，六方氮化硼層402b的厚度為15nm ;本實(shí)施例中的通孔403的尺寸的深度優(yōu)選為250nm，通孔403特征尺寸優(yōu)選為65nm。本實(shí)施例中采用六方氮化硼層402b可保證后續(xù)石墨烯阻擋層404的生長(zhǎng)質(zhì)量。
[0047]步驟S02，請(qǐng)參閱圖4b，在通孔403中依次生長(zhǎng)石墨烯阻擋層404以及釕金屬阻擋層 405。
[0048]本步驟中，采用低溫化學(xué)氣相沉積法、原子氣相沉積法、SiC熱分解法或氧化還原法形成石墨稀阻擋層404，石墨稀阻擋層404的厚度優(yōu)選為0.34-3.4nm，本實(shí)施例中的石墨烯阻擋層404的厚度為1.7nm ;同時(shí)，采用原子氣相沉積法形成釕金屬阻擋層405，釕金屬阻擋層405的厚度優(yōu)選為l_3nm，實(shí)施例中的f了金屬阻擋層405的厚度為2nm。
[0049]步驟S03，請(qǐng)參閱圖4c，在通孔403內(nèi)形成第一光刻膠406，并以其為掩膜去除石墨烯阻擋層404上表面的釕金屬阻擋層405。
[0050]本步驟中，采用濕法刻蝕工藝或反應(yīng)離子刻蝕工藝去除石墨烯阻擋層404上表面的釕金屬阻擋層405，其中，采用濕法刻蝕工藝去除釕金屬阻擋層405的刻蝕藥液為硝酸鈰銨和硝酸的混合液、順03和NH4F的混合液、陽(yáng)04和H 202的混合液、稀HF的一種或多種，采用反應(yīng)離子刻蝕工藝去除釕金屬阻擋層405的刻蝕氣體為含F(xiàn)、C1或XeF氣體中的一種或多種。本實(shí)施例中，采用HF和NH4F的混合液以及圓03和NH 4F的混合液去除釕金屬阻擋層405。由于本實(shí)施例中的石墨烯阻擋層404化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐酸堿，因此，本實(shí)施例中的濕法刻蝕工藝停止在石墨烯阻擋層404上表面。
[0051]步驟S04，請(qǐng)參閱圖4d，去除第一光刻膠406，并清洗襯底表面。
[0052]本步驟中，可采用濕法刻蝕工藝去除第一光刻膠406，其中，刻蝕藥液優(yōu)選為二甲亞砜、氟化氨和氫氟酸的混合溶液。
[0053]步驟S05，請(qǐng)參閱圖4e，采用選擇性銅電鍍工藝在通孔403內(nèi)填充金屬銅407，且金屬銅407的上表面與介質(zhì)層402的上表面平齊。
[0054]本實(shí)施例中由于晶片表面被石墨稀阻擋層404覆蓋，由于石墨稀具有良好的導(dǎo)電性能，因此可以進(jìn)行銅電鍍工藝。進(jìn)一步地，由于只有通孔403中具有釕金屬阻擋層405，因此銅電鍍工藝具有選擇性，即只在通孔403內(nèi)沉積，而在表面的石墨烯阻擋層404上不沉積。
[0055]步驟S06，請(qǐng)參閱圖4f，在金屬銅407的上表面形成與其寬度相等的第二光刻膠408，并以第二光刻膠408為掩膜去除介質(zhì)層402上表面的石墨烯阻擋層404。
[0056]本步驟中，優(yōu)選采用干法刻蝕工藝去除石墨烯阻擋層404的刻蝕氣體為H2、02或CxFy氣體的一種或多種。在本實(shí)施例中，去除表面的石墨烯阻擋層404采用是含0 2氣體的干法刻蝕方法。
[0057]步驟S07，請(qǐng)參閱圖4g，去除第二光刻膠408，形成銅互連結(jié)構(gòu)。
[0058]本步驟中，可采用濕法刻蝕工藝去除第二光刻膠408，刻蝕藥液優(yōu)選為乙醇胺、叔胺、氟化氫和氫氧化銨的混合液；去除第二光刻膠408后，可對(duì)晶片進(jìn)行進(jìn)一步清洗，形成銅互連結(jié)構(gòu)。
[0059]綜上所述，本發(fā)明提供了一種銅互連結(jié)構(gòu)及其制造方法，石墨烯阻擋層以及釕金屬阻擋層替代了現(xiàn)有的阻擋層，采用釕金屬阻擋層可以省去銅籽晶層，可直接進(jìn)行后續(xù)的選擇性銅電鍍工藝，由于釕金屬阻擋層較薄，其阻擋能力有限，但與其相配合的石墨烯阻擋層由于其所有的sp2雜化的碳原子均飽和成鍵，其原子排列呈蜂巢結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定，能有效阻擋金屬銅向介質(zhì)層擴(kuò)散，并且其電阻率比銅更低，產(chǎn)生的電阻可忽略不記，從而使銅互連的整體電阻變化很小，器件功耗降低；同時(shí)，由于石墨烯阻擋層的厚度較薄，可以很好的保持通孔的輪廓形貌，不影響后續(xù)的銅電鍍工藝的填充性，避免金屬銅產(chǎn)生縫隙；此外，石墨烯阻擋層由于其導(dǎo)電性能，可以實(shí)現(xiàn)后續(xù)的選擇性銅電鍍工藝，即金屬銅只在通孔中的釕金屬阻擋層上電鍍沉淀，而避免在石墨烯阻擋層上進(jìn)行銅電鍍工藝。本發(fā)明采用選擇性銅電鍍工藝以及光刻、刻蝕工藝形成銅互連結(jié)構(gòu)，避免了傳統(tǒng)制備工藝中的化學(xué)機(jī)械研磨工藝，避免了在化學(xué)機(jī)械研磨工藝過(guò)程中產(chǎn)生的各種缺陷，提高器件的良率和良率。
[0060]上述說(shuō)明示出并描述了本發(fā)明的若干優(yōu)選實(shí)施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對(duì)其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過(guò)上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識(shí)進(jìn)行改動(dòng)。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動(dòng)和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種銅互連結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述銅互連結(jié)構(gòu)包括: 半導(dǎo)體襯底； 介質(zhì)層，所述介質(zhì)層覆蓋在所述襯底的上表面，且所述介質(zhì)層上具有一通孔； 石墨烯阻擋層，形成在所述通孔的底部以及側(cè)壁； 釕金屬阻擋層，覆蓋在所述石墨烯阻擋層的底部以及側(cè)壁； 金屬銅，填充在所述通孔內(nèi)，且所述金屬銅的上表面與所述介質(zhì)層的上表面平齊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅互連結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述介質(zhì)層的材料為Si02、SiN、低介電常數(shù)材料、超低介電常數(shù)材料或六方氮化硼層中的一種或多種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅互連結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述介質(zhì)層從下往上依次包括黑鉆石材料層以及六方氮化硼層。4.一種制造如權(quán)利要求1?3任一所述的銅互連結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟S01，提供一具有介質(zhì)層的襯底，所述介質(zhì)層上形成一通孔； 步驟S02，在所述通孔中依次生長(zhǎng)石墨烯阻擋層以及釕金屬阻擋層； 步驟S03，在所述通孔內(nèi)形成第一光刻膠，并以其為掩膜去除所述石墨烯阻擋層上表面的釕金屬阻擋層； 步驟S04，去除所述第一光刻膠，并清洗襯底表面； 步驟S05，采用選擇性銅電鍍工藝在所述通孔內(nèi)填充金屬銅，且所述金屬銅的上表面與所述介質(zhì)層的上表面平齊； 步驟S06，在所述金屬銅的上表面形成與其寬度相等的第二光刻膠，并以所述第二光刻膠為掩膜去除所述介質(zhì)層上表面的石墨烯阻擋層； 步驟S07，去除所述第二光刻膠，形成銅互連結(jié)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的銅互連結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，步驟S02中，采用低溫化學(xué)氣相沉積法、原子氣相沉積法、SiC熱分解法或氧化還原法形成所述石墨烯阻擋層，所述石墨稀阻擋層的厚度為0.34-3.4nm。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的銅互連結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，步驟S02中，采用原子氣相沉積法形成所述釕金屬阻擋層，所述釕金屬阻擋層的厚度為l_3nm。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的銅互連結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，步驟S03中，采用濕法刻蝕工藝或反應(yīng)離子刻蝕工藝去除所述石墨烯阻擋層上表面的釕金屬阻擋層。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的銅互連結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，采用濕法刻蝕工藝去除所述釕金屬阻擋層的刻蝕藥液為硝酸鈰銨和硝酸的混合液、HNOjP NH4F的混合液、H2SO4和H2O2的混合液、稀HF的一種或多種。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的銅互連結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，采用反應(yīng)離子刻蝕工藝去除所述釕金屬阻擋層的刻蝕氣體為含F(xiàn)、Cl或XeF氣體中的一種或多種。10.根據(jù)權(quán)利要求4?9任一所述的銅互連結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，步驟S06中，采用干法刻蝕工藝去除所述石墨烯阻擋層的刻蝕氣體為H2、02或C xFy氣體的一種或多種。
【專利摘要】本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路制造工藝技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種銅互連結(jié)構(gòu)，其包括半導(dǎo)體襯底、介質(zhì)層、石墨烯阻擋層、釕金屬阻擋層以及金屬銅。本發(fā)明提供了一種銅互連結(jié)構(gòu)及其制造方法，采用釕金屬阻擋層可以省去銅籽晶層，可直接進(jìn)行后續(xù)的選擇性銅電鍍工藝，由于釕金屬阻擋層較薄，其阻擋能力有限，但與其相配合的石墨烯阻擋層能有效阻擋金屬銅向介質(zhì)層擴(kuò)散，并且其電阻率比銅更低，產(chǎn)生的電阻可忽略不記，從而使銅互連的整體電阻變化很小，器件功耗降低；同時(shí)，由于石墨烯阻擋層的厚度較薄，可以很好的保持通孔的輪廓形貌，不影響后續(xù)的銅電鍍工藝的填充性，避免金屬銅產(chǎn)生縫隙，提高了器件的良率和一致性。
【IPC分類】H01L23/532, H01L21/768
【公開(kāi)號(hào)】CN105355620
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510953119
【發(fā)明人】鐘旻
【申請(qǐng)人】上海集成電路研發(fā)中心有限公司
【公開(kāi)日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2015年12月17日