[发明专利]一种石墨烯/铜复合互连结构及其制造方法

说明书

本发明公开一种石墨烯/铜复合互连结构及其制造方法。该石墨烯/铜复合互连结构包括：底部沟槽，形成在绝缘介质(200)内，内部填充底层铜互连线(201)；通孔，贯穿第一刻蚀终止层(202)和第一绝缘介质层(203)所构成的第一介质叠层，通孔内填充有石墨烯(204)；顶部沟槽，贯穿第二刻蚀终止层(205)和第二绝缘介质层(206)所构成的第二介质叠层，内部填充有顶层铜互连线；介质覆盖层(210)，覆盖上述结构的上表面，其中，所述石墨烯(204)的上下表面分别与顶层铜互连线和底层铜互连线(201)相接触。本发明通过石墨烯连通各层金属连线，能够有效降低电阻率，提高散热性能。

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，具体涉及一种石墨烯/铜复合互连结构及其制造方法。

背景技术

随着超大规模集成电路的高速发展，芯片的集成度不断提高，特征尺寸不断减小。金属互连的多层布线导致金属导线的电阻、线间电容和层间电容增大，从而使RC延迟时间、串扰噪声和功耗等增加，这些问题成为集成电路进一步发展的制约因素。为了解决上述问题，一方面采用Cu金属互连线(电阻率为1.7μΩ·cm)代替Al金属互联线(电阻率为3μΩ·cm)，减小电阻；另一方面用低介电常数(低k)介质材料(如SiCOH)代替二氧化硅(k＞＞3.9)，降低金属互连层间的寄生电容。随着技术节点的不断推进，铜互连双镶嵌工艺沟槽以及通孔的横向尺寸不断缩小。为了能够在铜互连双镶嵌工艺沟槽以及通孔中填充更多无孔洞、低电阻率的铜层，集成电路后道工艺对扩散阻挡层的厚度以及质量的要求越来越高。根据国际半导体工艺技术发展规划，集成电路工艺中先进微处理器(MPU)技术对扩散阻挡层厚度要求，在10nm以下技术节点时，阻挡层将缩减到2nm以下。对于如此薄的扩散阻挡层，仍然要求其具有良好的致密性、极佳的深孔台阶覆盖性和高温热稳定性，已经变得极其困难。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开一种石墨烯/铜复合互连结构，包括：底部沟槽，形成在绝缘介质内，内部填充底层铜互连线；通孔，贯穿第一刻蚀终止层和第一绝缘介质层所构成的第一介质叠层，通孔内填充石墨烯；顶部沟槽，贯穿第二刻蚀终止层和第二绝缘介质层所构成的第二介质叠层，内部填充顶层铜互连线；介质覆盖层，覆盖上述结构的上表面，其中，所述石墨烯的上下表面分别与顶层铜互连线和底层铜互连线相接触。

本发明的石墨烯/铜复合互连结构中，优选为，所述顶层铜连线包括铜扩散阻挡层207、Cu籽晶层208和金属铜209，其中，所述铜扩散阻挡层207覆盖所述顶部沟槽的侧壁和下表面，所述Cu籽晶层208覆盖所述铜扩散阻挡层207，所述金属铜209覆盖所述Cu籽晶层208，并完全填充所述顶部沟槽。

本发明的石墨烯/铜复合互连结构中，优选为，所述第一刻蚀终止层、所述第二刻蚀终止层是SiCN、SiN、SiC、SiON和SiOC中的至少一种。

本发明的石墨烯/铜复合互连结构中，优选为，所述介质覆盖层是SiCN、SiC、SiN中的至少一种。

本发明还公开一种石墨烯/铜复合互连结构制造方法，包括以下步骤：在绝缘介质内形成底部沟槽，并在底部沟槽内填充底层铜互连线；依次形成第一刻蚀终止层和第一绝缘介质层，刻蚀所述第一刻蚀终止层和所述第一绝缘介质层，使之贯穿形成通孔；在所述通孔内形成石墨烯；依次形成第二刻蚀终止层和第二绝缘介质层，刻蚀所述第二刻蚀终止层和所述第二绝缘介质层，使之形成顶部沟槽；在所述顶部沟槽内形成顶层铜互连线；形成介质覆盖层。

本发明的石墨烯/铜复合互连结构制造方法中，优选为，在所述通孔内形成石墨烯的步骤，具体包括：以所述底层铜互连线中的金属铜为催化剂，向所述通孔内通入碳源，从而在所述通孔内催化生长出石墨烯。

本发明的石墨烯/铜复合互连结构制造方法中，优选为，所述碳源为苯、丙烷、乙烷或碳氢化合物。

本发明的石墨烯/铜复合互连结构制造方法中，优选为，所述催化生长的温度在200℃～400℃之间。