半导体结构及其形成方法技术

一种半导体结构及其形成方法，其中半导体结构的形成方法包括：提供基底以及位于基底表面的第一介质层；形成贯穿第一介质层的开口；形成填充满开口的第一金属层、以及位于第一金属层顶部表面的第二金属层；在第二金属层顶部表面和侧壁表面形成第一石墨烯层；在第一介质层顶部表面、以及第一石墨烯层顶部表面和侧壁表面形成第二介质层；研磨去除高于第二金属层顶部表面的第一石墨烯层以及第二介质层，直至暴露出第二金属层顶部表面；在暴露出的第二金属层顶部表面形成第二石墨烯层。本发明专利技术降低了半导体结构的电阻，改善了半导体结构的电学性能。

Semiconductor structure and method of forming the same

A semiconductor structure and forming method thereof, wherein the semiconductor structure forming method comprises providing a substrate and a first dielectric layer located on the substrate surface; forming a through opening in the first dielectric layer; forming a metal layer, filling the first opening and full in the first metal layer on top of the second of the surface of the metal layer; forming a first layer of graphene in second the metal layer top surface and side wall surface; in the first dielectric layer, and the top surface of the first graphene layers on the top surface and the side wall is formed on the surface of the second dielectric layer; removing more than second metal layer on the top surface of the first graphene layer and a second dielectric layer, and exposed the second metal layer top surface; forming second graphene layers in second the top of the metal layer surface exposed. The invention reduces the resistance of the semiconductor structure and improves the electrical performance of the semiconductor structure.

【技术实现步骤摘要】
半导体结构及其形成方法
本专利技术涉及半导体制造
，特别涉及一种半导体结构及其形成方法。
技术介绍
随着超大规模集成电路工艺技术的不断进步，半导体器件的特征尺寸不断缩小，半导体器件的性能越来越强，集成电路芯片的集成度已经高达几亿乃至几十亿个器件的规模，两层以上的多层互连技术被广泛使用。传统的互连结构是由铝金属制备而成的，但是随着半导体尺寸的不断缩小，越来越小的互连结构中承载越来越高的电流，且互连结构的响应时间要求越来越短，传统铝互连结构已经不能满足要求；因此，铜金属已经取代铝金属作为互连结构的材料。与铝相比，金属铜的电阻率更低且抗电迁移性更好，铜互连结构可以降低互连结构的电阻电容(RC)延迟，改善电迁移，提高器件的可靠性。因此，铜互连技术取代铝互连技术成为发展趋势。尽管采用铜金属作为半导体结构中互连结构的材料能在一定程度上改善半导体结构的性能，然而半导体结构的性能仍有待提高。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种半导体结构及其形成方法，优化半导体结构的性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供基底以及位于基底表面的第一介质层；图形化所述第一介质层，形成贯穿所述第一介质层的开口；形成填充满所述开口的第一金属层、以及位于第一金属层顶部表面的第二金属层，且所述第二金属层覆盖第一介质层部分顶部表面；在所述第二金属层顶部表面和侧壁表面形成第一石墨烯层；在所述第一介质层顶部表面、以及第一石墨烯层顶部表面和侧壁表面形成第二介质层；研磨去除高于第二金属层顶部表面的第一石墨烯层以及第二介质层，直至暴露出第二金属层顶部表面；在所述暴露出的第二金属层顶部表面形成第二石墨烯层。可选的，采用激光直写技术形成所述第一石墨烯层；采用激光直写技术形成所述第二石墨烯层。可选的，形成所述第一石墨烯层的工艺参数包括：激光功率为5毫瓦至500毫瓦，直写速率为100微米每秒至1000微米每秒。可选的，还包括步骤：采用AuCl3对所述第一石墨烯层进行掺杂处理。可选的，所述第一石墨烯层的厚度为1埃至100埃；所述第二石墨烯层的厚度为1埃至100埃。可选的，所述第一金属层的材料为铜；所述第二金属层的材料为铜。可选的，形成所述第一金属层和第二金属层的工艺步骤包括：形成填充满所述开口的金属膜，且所述金属膜还覆盖于第一介质层顶部表面；对所述金属膜进行平坦化处理；图形化所述平坦化处理后的金属膜，形成位于开口内的第一金属层、以及位于第一金属层顶部表面的所述第二金属层。可选的，形成所述第一金属层和第二金属层的工艺步骤包括：形成填充满所述开口的第一金属膜；研磨去除高于第一介质层顶部表面的第一金属膜，形成填充满开口的第一金属层；在所述第一金属层顶部表面以及第一介质层顶部表面形成第二金属膜；图形化所述第二金属膜，形成位于第一金属层顶部表面以及部分第一介质层顶部表面的第二金属层。可选的，采用化学机械研磨工艺，研磨去除所述高于第二金属层顶部表面的第一石墨烯层以及第二介质层。可选的，所述第一介质层的材料为氧化硅、低k介质材料或超低k介质材料；所述第二介质层的材料为氧化硅、低k介质材料或超低k介质材料。本专利技术还提供一种半导体结构，包括：基底以及位于所述基底表面的第一介质层；位于所述第一介质层内且贯穿所述第一介质层的开口；填充满所述开口的第一金属层、以及位于第一金属层顶部表面的第二金属层，且所述第二金属层覆盖第一介质层部分顶部表面；位于所述第二金属层侧壁表面的第一石墨烯层；位于所述第二金属层顶部表面的第二石墨烯层；位于所述第一石墨烯层侧壁表面以及第一介质层顶部表面的第二介质层。可选的，所述第一金属层的材料为铜；所述第二金属层的材料为铜。可选的，所述第一石墨烯层的厚度为1埃至100埃；所述第二石墨烯层的厚度为1埃至100埃。本专利技术还提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供基底以及位于基底表面的第一介质层；图形化所述第一介质层，形成贯穿所述第一介质层的开口；形成填充满所述开口的第一金属层、以及位于第一金属层顶部表面的第二金属层，且所述第二金属层覆盖第一介质层部分顶部表面；在所述第二金属层顶部表面和侧壁表面形成石墨烯层；在所述石墨烯层顶部表面和侧壁表面、所述第一介质层顶部表面形成第二介质层；刻蚀所述第二介质层，形成贯穿所述第二介质层的沟槽，且所述沟槽底部暴露出石墨烯层顶部表面。可选的，采用激光直写技术形成所述石墨烯层。可选的，形成所述石墨烯层的工艺参数包括：激光功率为5毫瓦至500毫瓦，直写速率为100微米每秒至1000微米每秒。可选的，还包括步骤：采用AuCl3对所述石墨烯层进行掺杂处理。可选的，所述石墨烯层的厚度为1埃至100埃。可选的，形成所述第一金属层和第二金属层的工艺步骤包括：形成填充满所述开口的金属膜，且所述金属膜还覆盖于第一介质层顶部表面；对所述金属膜进行平坦化处理；图形化所述平坦化处理后的金属膜，形成位于开口内的第一金属层、以及位于第一金属层顶部表面的所述第二金属层。本专利技术还提供一种半导体结构，包括：基底以及位于所述基底表面的第一介质层；位于所述第一介质层内且贯穿所述第一介质层的开口；填充满所述开口的第一金属层、以及位于第一金属层顶部表面的第二金属层，且所述第二金属层覆盖第一介质层部分顶部表面；位于所述第二金属层顶部表面和侧壁表面的石墨烯层；位于所述石墨烯层顶部表面和侧壁表面、以及所述第一介质层顶部表面的第二介质层；位于所述第二介质层内且贯穿所述第二介质层的沟槽，且所述沟槽底部暴露出石墨烯层顶部表面。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术提供的半导体结构的形成方法的技术方案中，形成填充满开口的第一金属层、以及位于第一金属层顶部表面的第二金属层，且第二金属层覆盖第一介质层部分顶部表面；在第二金属层顶部表面和侧壁表面形成第一石墨烯层；在第一介质层顶部表面、以及第一石墨烯层顶部表面和侧壁表面形成第二介质层；研磨去除高于第二金属层顶部表面的第一石墨烯层以及第二介质层，直至暴露出第二金属层顶部表面；在所述暴露出的第二金属层顶部表面形成第二石墨烯层，通过所述第二石墨烯层能够将第二金属层与外部结构电连接。由于第二金属层侧壁表面形成有第一石墨烯层，第二金属层顶部表面形成有第二石墨烯层，第二金属层、第一石墨烯层以及第二石墨烯层的整体结构的电阻小于第二金属层的电阻，第二金属层、第一石墨烯层以及第二石墨烯层的整体结构的导热性优于第二金属层的导热性，因此本专利技术形成的半导体结构的电阻降低且导热性得到提高。进一步，本专利技术中采用激光直写工艺形成所述第一石墨烯层，采用激光直写工艺形成所述第二石墨烯层，使得形成第一石墨烯层和第二石墨烯层的工艺简单。进一步，形成第一金属层和第二金属层的工艺步骤包括：形成填充满开口的金属膜，且所述金属膜还覆盖于第一介质层顶部表面；对所述金属膜顶部表面进行平坦化处理；图形化所述平坦化处理后的金属膜，形成位于开口内的第一金属层以及位于第一金属层顶部表面的第二金属层。本专利技术中，由于高于第一介质层顶部表面的金属膜的晶粒在生长过程中未受到限制，因此高于第一介质层顶部表面的金属膜具有较大的晶粒尺寸且晶粒界面少，使得形成的第二金属层的晶粒尺寸大且晶粒界面少，第二金属层中的晶粒界面散射弱，从而使得第二金属层具有较低本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：提供基底以及位于基底表面的第一介质层；图形化所述第一介质层，形成贯穿所述第一介质层的开口；形成填充满所述开口的第一金属层、以及位于第一金属层顶部表面的第二金属层，且所述第二金属层覆盖第一介质层部分顶部表面；在所述第二金属层顶部表面和侧壁表面形成第一石墨烯层；在所述第一介质层顶部表面、以及第一石墨烯层顶部表面和侧壁表面形成第二介质层；研磨去除高于第二金属层顶部表面的第一石墨烯层以及第二介质层，直至暴露出第二金属层顶部表面；在所述暴露出的第二金属层顶部表面形成第二石墨烯层。

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：提供基底以及位于基底表面的第一介质层；图形化所述第一介质层，形成贯穿所述第一介质层的开口；形成填充满所述开口的第一金属层、以及位于第一金属层顶部表面的第二金属层，且所述第二金属层覆盖第一介质层部分顶部表面；在所述第二金属层顶部表面和侧壁表面形成第一石墨烯层；在所述第一介质层顶部表面、以及第一石墨烯层顶部表面和侧壁表面形成第二介质层；研磨去除高于第二金属层顶部表面的第一石墨烯层以及第二介质层，直至暴露出第二金属层顶部表面；在所述暴露出的第二金属层顶部表面形成第二石墨烯层。2.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，采用激光直写技术形成所述第一石墨烯层；采用激光直写技术形成所述第二石墨烯层。3.如权利要求2所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，形成所述第一石墨烯层的工艺参数包括：激光功率为5毫瓦至500毫瓦，直写速率为100微米每秒至1000微米每秒。4.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，还包括步骤：采用AuCl3对所述第一石墨烯层进行掺杂处理。5.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，所述第一石墨烯层的厚度为1埃至100埃；所述第二石墨烯层的厚度为1埃至100埃。6.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一金属层的材料为铜；所述第二金属层的材料为铜。7.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，形成所述第一金属层和第二金属层的工艺步骤包括：形成填充满所述开口的金属膜，且所述金属膜还覆盖于第一介质层顶部表面；对所述金属膜进行平坦化处理；图形化所述平坦化处理后的金属膜，形成位于开口内的第一金属层、以及位于第一金属层顶部表面的所述第二金属层。8.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，形成所述第一金属层和第二金属层的工艺步骤包括：形成填充满所述开口的第一金属膜；研磨去除高于第一介质层顶部表面的第一金属膜，形成填充满开口的第一金属层；在所述第一金属层顶部表面以及第一介质层顶部表面形成第二金属膜；图形化所述第二金属膜，形成位于第一金属层顶部表面以及部分第一介质层顶部表面的第二金属层。9.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，采用化学机械研磨工艺，研磨去除所述高于第二金属层顶部表面的第一石墨烯层以及第二介质层。10.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一介质层的材料为氧化硅、低k介质材料或超低k介质材料；所述第二介质层的材料为氧化硅、低k介质材料或超低k介质材料。11.一种半导体结构，其特征在于，包括：基底以及位于所述基底表面的第一介质层...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海洋，张城龙，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31