[发明专利]石墨烯导电插塞及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及石墨烯导电插塞及其形成方法。

背景技术

在半导体工艺中，通常需要利用导电插塞将上下两层导电层进行电连接。目前使用的导电插塞多采用钛、钨等填充通孔以形成导电插塞。所述利用钛、钨等金属填充通孔形成的导电插塞不仅导电性相对较差，而且随着半导体元件高度集成化的发展，通孔的临界尺寸不断减小，深度变深，通孔的深宽比不断加大，利用所述金属沉积来填充通孔形成导电插塞可能会因为阶梯覆盖能力不佳而造成孔洞的产生，这不仅会造成导电插塞阻值的增加，当孔洞过大时还会发生导电插塞断路的情况，严重影响导电插塞的电学性能。

专利号为US7741722B2的美国专利文献公开了一种能较好的填充大深宽比的通孔以形成导电插塞的方法，但由于仍采用利用金属填充通孔的方法，还是可能会在导电插塞内形成孔洞，且导电插塞导电性相对较差的问题仍得不到解决。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种石墨烯(Graphene)导电插塞及其形成方法，利用石墨烯优异的导电性能，来解决目前导电插塞导电性相对较差的问题，同时所述石墨烯导电插塞采用自对准工艺形成，不需要对通孔进行金属填充，从而不会在导电插塞中形成孔洞，不会影响导电插塞的电学性能。

为解决上述问题，本发明技术方案提供了一种石墨烯导电插塞，包括目标衬底，位于所述目标衬底表面的介质层，还包括：位于所述目标衬底表面且贯穿所述介质层的辅助金属柱，所述辅助金属柱侧壁形成有隔离所述介质层的石墨烯薄膜。

可选的，所述辅助金属柱的材料为钴、铂、铱、钌、镍其中的一种。

可选的，所述石墨烯薄膜的厚度为至

本发明技术方案还提供了一种石墨烯导电插塞的形成方法，包括：提供第一衬底，在所述第一衬底表面形成隔离层，在所述隔离层表面形成第一金属层；刻蚀部分所述第一金属层直到暴露出隔离层，形成辅助金属柱；在所述辅助金属柱表面形成石墨烯薄膜；在所述隔离层表面形成固定层，所述固定层覆盖表面形成有石墨烯薄膜的辅助金属柱；除去所述隔离层，将所述表面形成有石墨烯薄膜的辅助金属柱和固定层与第一衬底分离；提供目标衬底，将暴露出所述辅助金属柱的固定层的表面与目标衬底的表面粘附，然后除去所述固定层，暴露出所述目标衬底和所述表面形成有石墨烯薄膜的辅助金属柱；；在所述目标衬底表面形成介质层，所述介质层覆盖表面形成有石墨烯薄膜的辅助金属柱，对所述介质层进行平坦化直至暴露出辅助金属柱，形成石墨烯导电插塞。

可选的，形成所述辅助金属柱的方法包括：在所述第一金属层表面形成底部抗反射层，在所述底部抗反射层表面形成聚苯乙烯与4-乙烯基吡啶嵌段共聚物层，所述聚苯乙烯与4-乙烯基吡啶嵌段共聚物层包括聚4-乙烯基吡啶和聚苯乙烯，所述聚4-乙烯基吡啶与辅助金属柱位置对应；在所述聚4-乙烯基吡啶表面形成氧化硅层；以所述氧化硅层为掩膜对聚苯乙烯、底部抗反射层、第一金属层进行干法刻蚀，直到暴露出隔离层，形成辅助金属柱。

可选的，形成所述石墨烯薄膜的方法为CVD工艺。

可选的，形成所述石墨烯薄膜的具体工艺为：在反应温度范围为900℃至1000℃、气压为常压的反应容器中，在辅助金属柱表面通H₂和CH₄的混合气体。

可选的，所述形成的石墨烯薄膜的厚度范围为至

可选的，还包括，在所述辅助金属柱表面形成石墨烯薄膜前，对所述辅助金属柱进行退火处理。

可选的，所述隔离层为氮化硅层、氧化硅层、氮氧化硅层其中的一层或其中的几层形成的多层叠加结构。

可选的，所述第一金属层的材料为钴、铂、铱、钌、镍其中的一种。

可选的，所述第一衬底包括硅衬底和位于所述硅衬底表面的第二金属层。

可选的，所述固定层的材料为有机玻璃。

可选的，所述除去隔离层的方法为湿法腐蚀工艺。

可选的，将固定层的暴露出辅助金属柱的表面与目标衬底的表面粘附的方法包括：将所述表面形成有石墨烯薄膜的辅助金属柱和固定层放置到目标衬底表面后，对所述目标衬底进行退火处理。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：