包括包含MXene的互连结构的半导体器件及其制造方法技术

提供一种半导体器件以及制造半导体器件的方法。半导体器件包括：第一导电层，该第一导电层包含第一金属；第二导电层，该第二导电层电连接到第一导电层并且包含第二金属；以及互连结构，该互连结构对第一导电层与第二导电层的连接部分是共同的。互连结构包括：晶种层，该晶种层在第一导电层上，并且包含石墨烯；以及金属迁移阻挡层，该金属迁移阻挡层在晶种层上，并且包含MXene。并且包含MXene。并且包含MXene。

【技术实现步骤摘要】
包括包含MXene的互连结构的半导体器件及其制造方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2021年10月18日在韩国知识产权局提交的申请号为10
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2021
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0138869的韩国专利申请的优先权，其通过引用整体合并于此。


[0003]本公开总体上涉及一种包括互连结构的半导体器件，并且更具体地，涉及一种具有包括MXene的互连结构的半导体器件。

技术介绍

[0004]半导体器件包括用于器件之间的电连接的多个金属布线。接触电阻可能出现在不同金属布线彼此连接的连接部分处。为了使电信号顺畅地穿过连接部分，需要降低在连接部分处的接触电阻。此外，当连接部分的温度由于在半导体器件的运行期间接触电阻产生的热量而升高时，可能会发生电迁移，在该电迁移中金属布线中的金属以离子的形式扩散。因为电迁移现象使金属布线的结构稳定性和电可靠性劣化，所以有必要防止或抑制电迁移现象。
[0005]近来，随着半导体器件的特征尺寸连续减小，能够提高金属布线之间的连接部分中的结构稳定性和电可靠性的技术的需求量很大。

技术实现思路

[0006]根据本公开的实施例的半导体器件包括：第一导电层，该第一导电层包含第一金属；第二导电层，该第二导电层电连接到第一导电层，并且包含第二金属；以及互连结构，该互连结构设置在第一导电层与第二导电层之间的连接部分中。互连结构可以包括：晶种层，该晶种层被设置在第一导电层上并且包含石墨烯；以及金属迁移阻挡层，该金属迁移阻挡层被设置在晶种层上并且包含MXene。
[0007]根据本公开的另一个实施例的半导体器件包括：衬底；第一导电层，该第一导电层包含第一金属，该第一导电层在衬底上；层间绝缘层，该层间绝缘层被设置在第一导电层上并且包含接触图案；晶种层，该晶种层包含石墨烯，该晶种层被设置为在接触图案中与第一导电层接触；金属迁移阻挡层，该金属迁移阻挡层包含MXene，该金属迁移阻挡层被设置在所述晶种层上；以及第二导电层，该第二导电层包含第二金属并且被设置为与金属迁移阻挡层接触。
[0008]在根据本公开的另一个实施例的制造半导体器件的方法中，提供了衬底。在衬底上形成包含第一金属的第一导电层。在第一导电层的至少一部分上形成包含石墨烯的晶种层。在晶种层上形成包含MXene的金属迁移阻挡层。在金属迁移阻挡层上形成包含第二金属的第二导电层，以将第二导电层电连接到第一导电层。
附图说明
[0009]图1是示意性地示出根据本公开的实施例的半导体器件的截面图。
[0010]图2是示意性地示出根据本公开的另一个实施例的半导体器件的截面图。
[0011]图3是示意性地示出根据本公开的另一个实施例的半导体器件的截面图。
[0012]图4A至图4D是示意性地示出根据本公开的实施例的制造半导体器件的方法的截面图。
[0013]图5A至图5E是示意性地示出根据本公开的另一个实施例的制造半导体器件的方法的截面图。
具体实施例
[0014]在下文中，将参考附图详细描述本公开的实施例。在附图中，为了清楚地表达每个器件的部件，部件的尺寸(诸如部件的宽度和厚度)被放大了。本文中所使用的术语可以对应于在实施例中考虑到它们的功能而选择的词语，并且根据实施例所属领域的普通技术人员可以将术语的含义解释为不同。如果明确详细定义，则可以根据定义来解释这些术语。除非另有定义，否则本文中所使用的术语(包括技术术语和科学术语)具有与实施例所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。
[0015]此外，除非在上下文中另有明确使用，否则词语的单数形式的表达应被理解为包括该词语的复数形式。应当理解，术语“包括”、“包含”或“具有”旨在指定特征、数量、步骤、操作、部件、元件、部分或它们的组合的存在，但不用于排除添加一个或更多个其他特征、数量、步骤、操作、部件、元件、部分或它们的组合的存在或可能性。
[0016]此外，在执行方法或制造方法中，构成该方法的每个工艺可以与规定的顺序不同地发生，除非在上下文中明确描述了特定顺序。换言之，每个工艺可以以与所述顺序相同的方式执行，并且可以基本上同时执行。同样地，可以以相反的顺序执行上述每个工艺中的至少一部分。
[0017]本文中所公开的二维材料可以指结晶材料，在该结晶材料中，原子或分子形成在单个单层中。原子或分子可以通过诸如共价键的分子内力(intramolecular force)被结合在单个层中。单个层可以通过诸如范德华力的分子内力耦合到另一个相邻层。因此，以单个层形式的多个二维材料可以在一个方向上叠置(stack)。
[0018]本公开的各种实施例提供了半导体器件，在该半导体器件中，作为二维材料的石墨烯和MXene被用作金属布线之间的互连结构。互连结构可以降低在金属布线的连接部分处的接触电阻，并且可以充当阻挡层，用于在连接部分中金属布线之间的材料移动。
[0019]图1是示意性地示出根据本公开的实施例的半导体器件的截面图。半导体器件1可以包括衬底101和层叠在衬底101上的第一导电层110，该第一导电层包括第一金属。包括第二金属的第二导电层130可以电连接到第一导电层110。互连结构120可以位于与第一导电层110和第二导电层130的连接部分共同的位置。互连结构120可以包括：晶种层120a，其包含石墨烯；和金属迁移阻挡层120b，其包含MXene。
[0020]衬底101可以包括支持半导体工艺的材料。例如，衬底101可以包括半导体、导体或绝缘体。尽管未示出，但可以在衬底101与第一导电层110之间设置至少一个绝缘层。该绝缘层可以使衬底101与第一导电层110电绝缘。
[0021]包含第一金属的第一导电层110可以设置在衬底101上。第一导电层110可以是例如接触插塞或金属布线。第一金属可以包括例如钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、铝(Al)、铜(Cu)或者它们中的两种或更多种的组合。
[0022]互连结构120可以设置在第一导电层110上。互连结构120可以形成第一导电层110与第二导电层130之间的连接部分。即，通过互连结构120，电流可以从第一导电层110流向第二导电层130，或从第二导电层130流向第一导电层110。
[0023]在一个实施例中，互连结构120可以包括：设置在第一导电层110上的晶种层120a和设置在晶种层120a上的金属迁移阻挡层120b。晶种层120a可以用作能够在形成金属迁移阻挡层120b的沉积方法中使用的晶种层。该沉积方法可以包括：例如化学气相沉积法或原子层沉积法。
[0024]参考图1，在一些实施例中，晶种层120a可以被设置为与整个第一导电层110接触。然而，在其他实施例中，晶种层120a可以仅接触第一导电层110的一部分。
[0025]晶种层120a可以包括石墨烯。石墨烯可以是具有导电性的二维材料。晶种层120a可以包括至少一层或单层的石墨烯。
[0026]金属迁移阻挡层120b可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件，其包括：第一导电层，所述第一导电层包含第一金属；第二导电层，所述第二导电层电连接到所述第一导电层并且包含第二金属；以及互连结构，所述互连结构被设置在所述第一导电层与所述第二导电层之间的连接部分中，其中，所述互连结构包括：晶种层，所述晶种层被设置在所述第一导电层上，所述晶种层包含石墨烯；以及金属迁移阻挡层，所述金属迁移阻挡层被设置在所述晶种层上，所述金属迁移阻挡层包含MXene。2.如权利要求1所述的半导体器件，其中，所述金属迁移阻挡层被设置为与所述第二导电层接触。3.如权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一金属和所述第二金属中的每一者包括选自由钛、钽、钨、铝和铜组成的组中的至少一者。4.如权利要求1所述的半导体器件，其中，所述晶种层被设置为与所述第一导电层的至少一部分接触。5.如权利要求1所述的半导体器件，其中，所述石墨烯是具有导电性的二维材料，以及其中，所述晶种层包括至少一层石墨烯。6.如权利要求1所述的半导体器件，其中，所述MXene是具有导电性的二维材料，以及其中，所述金属迁移阻挡层包括至少一层MXene。7.如权利要求1所述的半导体器件，其中，所述MXene包括具有化学式M
n+1
X
n
的二维材料，以及其中，n为1、2或3，并且M包括选自由钪、钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼和钨组成的组中的至少一者；以及X包括选自碳和氮中的至少一者。8.一种半导体器件，其包括：衬底；第一导电层，所述第一导电层包含第一金属，所述第一导电层在所述衬底上；层间绝缘层，所述层间绝缘层被设置在所述第一导电层上，所述层间绝缘层包含接触图案；晶种层，所述晶种层包含石墨烯，所述晶种层被设置为在所述接触图案中与所述第一导电层接触；金属迁移阻挡层，所述金属迁移阻挡层包含MXene，所述金属迁移阻挡层被设置在所述晶种层上；以及第二导电层，所述第二导电层包含第二金属，并且被设置为与所述金属迁移阻挡层接触。9.如权利要求8所述的半导体器件，其中，所述第一金属和所述第二金属中的每一者包括选自由钛、钽、钨、铝和铜组成...

【专利技术属性】
技术研发人员：具元泰，韩在贤，
申请(专利权)人：爱思开海力士有限公司，
类型：发明
国别省市：