[发明专利]一种制备高导电性铜互连线的方法

说明书

本发明公开了一种制备高导电性铜/石墨烯复合互连线的方法，包括如下步骤：S01：在介质层中刻蚀通孔；S02：在所述通孔中依次沉积铜阻挡层和铜籽晶层；S03：在所述铜籽晶层上生长铜，形成位于所述通孔中的铜互连层；S04：将石墨烯前驱体注入所述铜互连层中，从而在通孔中形成铜/石墨烯复合互连线。本发明提供的一种制备高导电性铜/石墨烯复合互连线的方法，该方法基于成熟的铜互连工艺，形成铜/石墨烯复合互连线，可以有效解决随着技术节点向下延伸，互连线中铜电阻变大，无法达到芯片对其导电性要求的问题；并且石墨烯在铜晶界表面生成，可以有效保护金属铜，避免铜被氧腐蚀，延长复合互连线使用寿命，减少不必要的电阻。

技术领域

本发明涉及半导体中铜互连领域，具体涉及一种制备高导电性铜/石墨烯复合互连线的方法。

背景技术

集成电路制造主要可以分为两个部分：前道器件制作和后道互连。随着摩尔定律的发展，技术节点已经发展到7纳米，甚至是5纳米。随着技术节点的向下延伸，限制芯片工作速度的主要因素已经由前道器件转移到后道互连层。当前，由于后道互连层的RC延迟，导致芯片的工作速度无法有进一步的突破。

在集成电路的发展过程中，集成电路后道互连层也在不断的改进。在微米级别的技术节点中，后道互连层所用金属为铝。随着技术节点的延伸，铝由于电阻率大，并且抗电迁移差等原因，导致铝互连层已经无法满足电学性能的要求，因此急需新材料取代铝互连。铜和铝相比电阻率更低，为1.7μΩ·cm，并且铜的抗电迁移明显优于铝，因此铜互联成为取代铝互连的优选方案。但在实际应用中，铜由于刻蚀问题，导致铜互连无法完全取代铝互联。随着大马士革工艺的开发，为铜互连取代铝互连提供了工艺上的可行性方案。随着后期工艺改进，铜互连逐渐取代铝互连成为深亚微米后道互连层的互联材料。

铜互连在深亚微米集成电路中获得了大规模的应用，但随着技术节点的延伸，铜互连存在的问题逐渐显现，成为限制芯片工作速率的主要原因。在铜互连工艺过程中，铜会发生扩散，为防止铜扩散导致电学参数波动，因此在铜电沉积前，要先进行Ta，TaN等阻挡层的沉积。阻挡层的电阻率远高于铜；并且随着技术节点延伸，阻挡层的厚度不能减小(有效阻挡铜扩散)，因此，铜在通孔中的体积占比逐渐下降，铜的尺寸逐渐减小。上述情况导致铜互连层中铜的电阻率随着技术节点的延伸逐渐增大。由于互连层中铜电阻率的逐渐增大，导致无法适应当前先进技术节点对互连层内部电阻的要求。因此铜互连层成为限制先进工艺芯片工作速度的主要条件。

2004年，石墨烯通过在碳表面用胶带粘的方式被发现，其基本结构为SP2杂化碳原子形成的类六元环苯单元并无限扩展的二维晶体材料。这种特殊结构使其具有优异的电学、光学、热学和力学等特性，并成为一种新型的结构材料和功能材料，被广泛应用于发光二极管中的透明导电电极、传感器电极、超级电容器以及超敏感的PH传感器等。石墨烯具有超高载流子迁移率(常温下超过15000cm2/V·s，比碳纳米管和硅晶体高)、只有约10-6Ω·cm的电阻率(比Cu和Ag更低)、10倍于铜的超高热导率、抗电迁移性能优异。因此石墨烯/铜复合材料互联、石墨烯互连成为取代铜互连的理想方案。石墨烯/铜复合材料互联方案基于当前铜互连工艺改进，成为实际集成电路制造过程中首选方案，如何将石墨烯和铜一起形成复合材料作为互连层，也称成为当今研究的热点。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备高导电性铜/石墨烯复合互连线的方法，该方法基于成熟的铜互连工艺，形成铜/石墨烯复合互连线，可以有效解决随着技术节点向下延伸，互连线中铜电阻变大，无法达到芯片对其导电性要求的问题；并且石墨烯在铜晶界表面生成，可以有效保护金属铜，避免铜被氧腐蚀，延长复合互连线使用寿命，减少不必要的电阻。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种制备高导电性铜互连线的方法，包括如下步骤：

S01：在介质层中刻蚀通孔；

S02：在所述通孔中依次沉积铜阻挡层和铜籽晶层；