[发明专利]形成互连结构的方法及互连结构

说明书

技术领域

本公开涉及半导体结构及其形成方法。更具体地，本公开涉及后段制程（BEOL，back-end-of-the-line）互连结构，该互连结构包括存在于铜（Cu）结构的暴露的侧壁表面和最上表面上的石墨烯。

背景技术

集成电路（IC）典型地包括多个半导体器件和互连布线。金属互连布线网络典型地连接半导体衬底的半导体部分中的半导体器件。衬底的半导体部分上方的多层级（level）金属互连布线连接到一起以形成后段制程（BEOL）互连结构。在这种结构内，金属线平行于衬底延伸并且金属过孔垂直于衬底延伸。

过去十年的两个发展对当代IC的性能增强做出了贡献。一个发展是使用铜作为BEOL互连结构的互连金属。铜是有利的，这是因为铜与其他传统上使用的互连金属（诸如，例如铝）相比具有更高的电导率。

第二个发展是在BEOL互连结构内采用低介电常数（低k）电介质材料和/或气隙（air-gap）。与传统上使用的诸如例如二氧化硅的互连电介质材料相比，低k电介质材料和气隙具有更低的介电常数。

使用铜作为BEOL互连结构中的金属的一个问题是：铜在空气中非常活泼并且容易形成氧化铜。因此，需要对暴露的铜表面进行钝化。典型地，在现有技术的含铜BEOL互连结构中采用电介质和/或金属盖层。

当将铜用作互连结构中的金属时出现的另一个问题是，在使用期间铜离子趋向于扩散到互连电介质材料中。铜离子从金属特征向电介质材料中的扩散使得在BEOL互连结构的金属特征内形成孔隙。这些孔隙可导致IC的故障。因此，典型地将诸如例如TiN的扩散阻挡层用于减少铜离子向互连电介质材料中的扩散，并且因此减少铜从金属特征的电迁移。

尽管在现有技术中各种盖层和扩散阻挡层是已知的，但是仍需要在这种BEOL内提供能够提供与上述盖层和扩散阻挡层相同的功能但是降低铜金属的电阻率的备选材料。

发明内容

在存在于衬底表面上的含铜结构的暴露的侧壁表面和最上表面上形成连续的（contiguous）石墨烯层。在含铜结构上连续的石墨烯层的存在减少了铜氧化和铜离子的表面扩散，因此提高了所述结构的抗电迁移性。使用石墨烯可以获得这些优点而不增加含铜结构的电阻。

在本公开的一个方面中，提供了一种形成互连结构的方法。本公开的该方法包括在衬底的表面上形成牺牲电介质材料。接下来，在所述牺牲电介质材料中形成暴露所述衬底的表面的一部分的至少一个开口。在所述至少一个开口中以及所述衬底的表面的暴露部分形成含铜结构。去除所述牺牲电介质材料的剩余部分，之后在所述含铜结构的暴露的侧壁表面和最上表面上形成连续的石墨烯层。

在本公开的另一个方面中，提供了一种互连结构。所述互连结构包括位于衬底的表面上的至少一个含铜结构。本公开的所述结构还包括：连续的石墨烯层，其包括位于所述含铜结构的每个暴露的侧壁表面上的第一部分和位于所述至少一个含铜结构的最上表面上的第二部分，其中所述连续的石墨烯层的所述第一部分的最下表面与所述衬底的所述表面接触。

附图说明

图1是（通过横截面视图）示例出能够在根据本公开的一个实施例中使用的衬底的图示。

图2是（通过横截面视图）示例出在衬底表面上形成牺牲电介质材料之后的图1的结构的图示。

图3是（通过横截面视图）示例出在所述牺牲电介质材料中形成暴露衬底表面的一部分的至少一个开口之后的图2的结构的图示。

图4是（通过横截面视图）示例出在所述至少一个开口以及衬底表面的暴露部分中形成含铜结构之后的图3的结构的图示。

图5是（通过横截面视图）示例出在去除牺牲电介质材料的剩余部分之后的图4的结构的图示。

图6A是（通过横截面视图）示例出在含铜结构的暴露的侧壁表面和最上表面上形成连续的石墨烯层之后的图5的结构的图示。

图6B是（通过横截面视图）示例出在存在于衬底上的含铜结构的暴露的侧壁表面和最上表面上形成连续的石墨烯层之后的另一结构的图示。

图7是（通过横截面视图）示例出在形成低k电介质材料并且回蚀刻该低k电介质材料之后的图6A的结构的图示。

图8是（通过横截面视图）示例出根据本公开的一个实施例的包含两个含铜结构的含气隙的互连结构的图示，所述两个含铜结构包括位于每个含铜结构的暴露表面上的连续的石墨烯层。

图9是（通过横截面视图）示例出根据本公开的一个实施例的包含两个含铜结构的含低k的互连结构的图示，所述两个含铜结构包括位于每个含铜结构的暴露表面上的连续的石墨烯层。