互连结构及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种互连结构及其制造方法，涉及半导体技术领域。其中，所述方法包括：提供衬底结构，所述衬底结构包括：衬底；在所述衬底上的第一电介质层；和在所述衬底上贯穿所述第一电介质层的金属互连线；去除金属互连线两侧的第一电介质层以形成凹陷；在金属互连线暴露的表面上形成石墨烯层；沉积第二电介质层以填充所述凹陷并覆盖所述石墨烯层。本发明专利技术能够阻挡金属互连线中的金属向电介质层扩散。

【技术实现步骤摘要】
互连结构及其制造方法
本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种互连结构及其制造方法。
技术介绍
随着半导体器件尺寸的减小，互连结构的尺寸也逐渐减小，互连结构尺寸的减小有可能会引起信号的传输受到限制。利用铜和低k(介电常数)电介质材料制造的互连结构可以降低对信号传输的限制。但是，铜向电介质材料的扩散将影响电介质材料的有效k值，并且这种影响随着扩散程度的增加而变得越来越大，甚至有可能造成电介质材料导电，从而影响器件的可靠性。另外，在平坦化工艺后，暴露的铜很容易被空气氧化，这使得工艺的等待时间(Q-time)比较短，不利于制造工艺的实施。
技术实现思路
本公开的一个的目的在于提出一种新颖的互连结构的制造方法，能够阻挡金属互连线中的金属向电介质层扩散。本公开的另一个的目的在于提出一种新颖的互连结构。根据本公开的一个实施例，提供了一种互连结构的制造方法，包括：提供衬底结构，所述衬底结构包括：衬底；在所述衬底上的第一电介质层；和在所述衬底上贯穿所述第一电介质层的金属互连线；去除金属互连线两侧的第一电介质层以形成凹陷；在金属互连线暴露的表面上形成石墨烯层；沉积第二电介质层以填充所述凹陷并覆盖所述石墨烯层。在一个实施例中，所述衬底结构还包括：在所述衬底和所述第一电介质层之间的第一阻挡层；所述金属互连线贯穿所述第一电介质层和所述第一阻挡层。在一个实施例中，所述在金属互连线暴露的表面上形成石墨烯层的步骤包括：在金属互连线暴露的表面上形成石墨烯层，并在暴露的第一阻挡层上形成非晶碳层。在一个实施例中，所述衬底结构还包括：在所述金属互连线的底面和侧面上的第二阻挡层。在一个实施例中，所述去除金属互连线两侧的第一电介质层以形成凹陷的步骤包括：去除金属互连线两侧的第一电介质层，以暴露金属互连线的侧面上的第二阻挡层的一部分；去除暴露的第二阻挡层以形成所述凹陷。在一个实施例中，所述提供衬底结构的步骤包括：提供衬底；在所述衬底上形成第一阻挡层；在所述第一阻挡层上形成第一电介质层；在所述第一电介质层上形成图案化的硬掩模；以所述图案化的硬掩模为掩模依次刻蚀所述第一电介质层和所述第一阻挡层，以形成到所述衬底的通孔；在所述通孔的侧壁上形成第二阻挡层；沉积金属以在所述通孔中填充金属；执行平坦化工艺并去除所述图案化的硬掩模，以暴露剩余的第一电介质层，从而形成所述衬底结构。在一个实施例中，所述通孔是大马士革结构的通孔；所述以所述图案化的第一硬掩模为掩模依次刻蚀所述第一电介质层和所述第一阻挡层，以形成到所述衬底的通孔包括：以所述图案化的第一硬掩模为掩模刻蚀所述第一电介质层，以形成第一开口和第二开口；在所述第一开口上形成图案化的第二硬掩模；以所述图案化的第一硬掩模和第二硬掩模为掩模继续刻蚀所述第一电介质层，以形成第三开口；去除所述图案化的第二硬掩模；以所述图案化的第一硬掩模对剩余的第一电介质层和所述第一阻挡层进行刻蚀，从而形成到衬底的第一通孔和第二通孔，所述第一通孔包括第一开口和第三开口，所述第二通孔由所述第二开口形成而来。在一个实施例中，所述石墨烯层包括氟化石墨烯层。在一个实施例中，通过化学气相沉积CVD的方式形成石墨烯层，工艺条件包括：反应气体包括甲烷、氢气和载流气体；反应温度为600℃至1500℃；反应时间为5-300min；其中，载流气体的流量为50-10000sccm，甲烷的流量和载流气体的流量之比为0.05％-50％，氢气的流量和载流气体的流量之比为0.05％-50％。在一个实施例中，所述方法还包括：对所述第二电介质层进行平坦化。在一个实施例中，所述方法还包括：在所述第二电介质层上形成用于另一互连结构的第三电介质层。在一个实施例中，所述方法还包括：在所述第二电介质层上形成第三阻挡层，所述第三电介质层形成在所述第三阻挡层上。在一个实施例中，所述金属互连线的材料包括铜；所述第一电介质层和所述第二电介质层的材料包括硅的氧化物或低k电介质材料。在一个实施例中，所述第一阻挡层的材料包括SiCN；所述第二阻挡层的材料包括Ta、TaN或由Ta和TaN组成的叠层。在一个实施例中，所述石墨烯层包括1至30层的石墨烯单原子层。根据本公开的另一个实施例，提供了一种互连结构，包括：衬底；在所述衬底上的金属互连线；在所述金属互连线的上表面和侧面上的石墨烯层；和在所述衬底上并且至少覆盖所述金属互连线的侧面上的石墨烯层的电介质层。在一个实施例中，所述电介质层不覆盖所述金属互连线的上表面上的石墨烯层。在一个实施例中，所述电介质层覆盖所述金属互连线的上表面和侧面上的石墨烯层。在一个实施例中，所述互连结构还包括：在所述衬底和所述电介质层之间的第一阻挡层；所述石墨烯层形成在所述金属互连线的上表面和位于所述第一阻挡层之上的侧面上。在一个实施例中，所述互连结构还包括：在所述第一阻挡层与所述电介质层之间的非晶碳层。在一个实施例中，所述互连结构还包括：在所述金属互连线与所述衬底之间、以及所述金属互连线与所述第一阻挡层之间的第二阻挡层。在一个实施例中，所述互连结构还包括：在所述金属互连线的上表面上的石墨烯层与所述电介质层上的用于另一互连结构另一电介质层。在一个实施例中，所述互连结构还包括：在所述金属互连线的上表面上的石墨烯层与所述电介质层上的用于另一互连结构的第三阻挡层；在所述第三阻挡层上的用于另一互连结构另一电介质层。在一个实施例中，所述互连结构还包括：在所述电介质层上的用于另一互连结构的另一电介质层。在一个实施例中，所述互连结构还包括：在所述电介质层与所述另一电介质层之间的第三阻挡层。在一个实施例中，所述石墨烯层包括氟化石墨烯层。在一个实施例中，所述金属互连线为大马士革结构的金属互连线。在一个实施例中，所述金属互连线的材料包括铜；所述电介质层的材料包括硅的氧化物或低k电介质材料。在一个实施例中，所述第一阻挡层的材料包括SiCN；所述第二阻挡层的材料包括Ta、TaN或由Ta和TaN组成的叠层。在一个实施例中，所述石墨烯层包括1至30层的石墨烯单原子层。通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征、方面及其优点将会变得清楚。附图说明附图构成本说明书的一部分，其描述了本公开的示例性实施例，并且连同说明书一起用于解释本专利技术的原理，在附图中：图1是根据本公开一个实施例的互连结构的制造方法的简化流程图；图2A示出了根据本公开一个实施例的互连结构的制造方法的一个阶段；图2B示出了根据本公开一个实施例的互连结构的制造方法的一个阶段；图2C示出了根据本公开一个实施例的互连结构的制造方法的一个阶段；图2D示出了根据本公开一个实施例的互连结构的制造方法的一个阶段；图2E示出了根据本公开一个实施例的互连结构的制造方法的一个阶段；图2F示出了根据本公开一个实施例的互连结构的制造方法的一个阶段；图3A示出了根据本公开另一个实施例的互连结构的制造方法的一个阶段；图3B示出了根据本公开另一个实施例的互连结构的制造方法的一个阶段；图3C示出了根据本公开另一个实施例的互连结构的制造方法的一个阶段；图3D示出了根据本公开另一个实施例的互连结构的制造方法的一个阶段；图3E示出了根据本公开另一个实施例的互连结构的制造方法的一个阶段；图3F示出了根据本公开另一个实施例的互连结构的制造方法的一个阶段；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种互连结构的制造方法，其特征在于，包括：提供衬底结构，所述衬底结构包括：衬底；在所述衬底上的第一电介质层；和在所述衬底上贯穿所述第一电介质层的金属互连线；去除金属互连线两侧的第一电介质层以形成凹陷；在金属互连线暴露的表面上形成石墨烯层；沉积第二电介质层以填充所述凹陷并覆盖所述石墨烯层。

【技术特征摘要】
1.一种互连结构的制造方法，其特征在于，包括：提供衬底结构，所述衬底结构包括：衬底；在所述衬底上的第一电介质层；和在所述衬底上贯穿所述第一电介质层的金属互连线；去除金属互连线两侧的第一电介质层以形成凹陷；在金属互连线暴露的表面上形成石墨烯层；沉积第二电介质层以填充所述凹陷并覆盖所述石墨烯层。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底结构还包括：在所述衬底和所述第一电介质层之间的第一阻挡层；所述金属互连线贯穿所述第一电介质层和所述第一阻挡层。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在金属互连线暴露的表面上形成石墨烯层的步骤包括：在金属互连线暴露的表面上形成石墨烯层，并在暴露的第一阻挡层上形成非晶碳层。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述衬底结构还包括：在所述金属互连线的底面和侧面上的第二阻挡层。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述去除金属互连线两侧的第一电介质层以形成凹陷的步骤包括：去除金属互连线两侧的第一电介质层，以暴露金属互连线的侧面上的第二阻挡层的一部分；去除暴露的第二阻挡层以形成所述凹陷。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述提供衬底结构的步骤包括：提供衬底；在所述衬底上形成第一阻挡层；在所述第一阻挡层上形成第一电介质层；在所述第一电介质层上形成图案化的第一硬掩模；以所述图案化的第一硬掩模为掩模依次刻蚀所述第一电介质层和所述第一阻挡层，以形成到所述衬底的通孔；在所述通孔的侧壁上形成第二阻挡层；沉积金属以在所述通孔中填充金属；执行平坦化工艺并去除所述图案化的第一硬掩模，以暴露剩余的第一电介质层，从而形成所述衬底结构。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述通孔是大马士革结构的通孔；所述以所述图案化的第一硬掩模为掩模依次刻蚀所述第一电介质层和所述第一阻挡层，以形成到所述衬底的通孔包括：以所述图案化的第一硬掩模为掩模刻蚀所述第一电介质层，以形成第一开口和第二开口；在所述第一开口上形成图案化的第二硬掩模；以所述图案化的第一硬掩模和第二硬掩模为掩模继续刻蚀所述第一电介质层，以形成第三开口；去除所述图案化的第二硬掩模；以所述图案化的第一硬掩模对剩余的第一电介质层和所述第一阻挡层进行刻蚀，从而形成到衬底的第一通孔和第二通孔，所述第一通孔包括第一开口和第三开口，所述第二通孔由所述第二开口形成而来。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述石墨烯层包括氟化石墨烯层。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过化学气相沉积CVD的方式形成石墨烯层，工艺条件包括：反应气体包括甲烷、氢气和载流气体；反应温度为600℃至1500℃；反应时间为5-300min；其中，载流气体的流量为50-10000sccm，甲烷的流量和载流气体的流量之比为0.05％-50％，氢气的流量和载流气体的流量之比为0.05％-50％。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：对所述第二电介质层进行平坦化。11.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鸣，
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