步骤S01，请参阅图4a，提供一具有介质层402的衬底401，介质层402上形成一通孔 403。
[0046]本步骤中，衬底401的材料优选为Si，介质层402的材料优选为Si02、SiN、低介电常数材料、超低介电常数材料或六方氮化硼层中的一种或多种，其中，低介电常数材料指介电常数小于3的材料，超低介电常数材料指介电常数小于2.5的材料。本实施例中的介质层402从下往上依次包括黑钻石材料层(Black Diamond，BD) 402a以及六方氮化硼层402b，六方氮化硼层402b的厚度为15nm ;本实施例中的通孔403的尺寸的深度优选为250nm，通孔403特征尺寸优选为65nm。本实施例中采用六方氮化硼层402b可保证后续石墨烯阻挡层404的生长质量。
[0047]步骤S02，请参阅图4b，在通孔403中依次生长石墨烯阻挡层404以及钌金属阻挡层 405。
[0048]本步骤中，采用低温化学气相沉积法、原子气相沉积法、SiC热分解法或氧化还原法形成石墨稀阻挡层404，石墨稀阻挡层404的厚度优选为0.34-3.4nm，本实施例中的石墨烯阻挡层404的厚度为1.7nm ;同时，采用原子气相沉积法形成钌金属阻挡层405，钌金属阻挡层405的厚度优选为l_3nm，实施例中的f了金属阻挡层405的厚度为2nm。
[0049]步骤S03，请参阅图4c，在通孔403内形成第一光刻胶406，并以其为掩膜去除石墨烯阻挡层404上表面的钌金属阻挡层405。
[0050]本步骤中，采用湿法刻蚀工艺或反应离子刻蚀工艺去除石墨烯阻挡层404上表面的钌金属阻挡层405，其中，采用湿法刻蚀工艺去除钌金属阻挡层405的刻蚀药液为硝酸铈铵和硝酸的混合液、順03和NH4F的混合液、阳04和H 202的混合液、稀HF的一种或多种，采用反应离子刻蚀工艺去除钌金属阻挡层405的刻蚀气体为含F、C1或XeF气体中的一种或多种。本实施例中，采用HF和NH4F的混合液以及圆03和NH 4F的混合液去除钌金属阻挡层405。由于本实施例中的石墨烯阻挡层404化学性质稳定，耐酸碱，因此，本实施例中的湿法刻蚀工艺停止在石墨烯阻挡层404上表面。
[0051]步骤S04，请参阅图4d，去除第一光刻胶406，并清洗衬底表面。
[0052]本步骤中，可采用湿法刻蚀工艺去除第一光刻胶406，其中，刻蚀药液优选为二甲亚砜、氟化氨和氢氟酸的混合溶液。
[0053]步骤S05，请参阅图4e，采用选择性铜电镀工艺在通孔403内填充金属铜407，且金属铜407的上表面与介质层402的上表面平齐。
[0054]本实施例中由于晶片表面被石墨稀阻挡层404覆盖，由于石墨稀具有良好的导电性能，因此可以进行铜电镀工艺。进一步地，由于只有通孔403中具有钌金属阻挡层405，因此铜电镀工艺具有选择性，即只在通孔403内沉积，而在表面的石墨烯阻挡层404上不沉积。
[0055]步骤S06，请参阅图4f，在金属铜407的上表面形成与其宽度相等的第二光刻胶408，并以第二光刻胶408为掩膜去除介质层402上表面的石墨烯阻挡层404。
[0056]本步骤中，优选采用干法刻蚀工艺去除石墨烯阻挡层404的刻蚀气体为H2、02或CxFy气体的一种或多种。在本实施例中，去除表面的石墨烯阻挡层404采用是含0 2气体的干法刻蚀方法。
[0057]步骤S07，请参阅图4g，去除第二光刻胶408，形成铜互连结构。
[0058]本步骤中，可采用湿法刻蚀工艺去除第二光刻胶408，刻蚀药液优选为乙醇胺、叔胺、氟化氢和氢氧化铵的混合液；去除第二光刻胶408后，可对晶片进行进一步清洗，形成铜互连结构。
[0059]综上所述，本发明提供了一种铜互连结构及其制造方法，石墨烯阻挡层以及钌金属阻挡层替代了现有的阻挡层，采用钌金属阻挡层可以省去铜籽晶层，可直接进行后续的选择性铜电镀工艺，由于钌金属阻挡层较薄，其阻挡能力有限，但与其相配合的石墨烯阻挡层由于其所有的sp2杂化的碳原子均饱和成键，其原子排列呈蜂巢结构十分稳定，能有效阻挡金属铜向介质层扩散，并且其电阻率比铜更低，产生的电阻可忽略不记，从而使铜互连的整体电阻变化很小，器件功耗降低；同时，由于石墨烯阻挡层的厚度较薄，可以很好的保持通孔的轮廓形貌，不影响后续的铜电镀工艺的填充性，避免金属铜产生缝隙；此外，石墨烯阻挡层由于其导电性能，可以实现后续的选择性铜电镀工艺，即金属铜只在通孔中的钌金属阻挡层上电镀沉淀，而避免在石墨烯阻挡层上进行铜电镀工艺。本发明采用选择性铜电镀工艺以及光刻、刻蚀工艺形成铜互连结构，避免了传统制备工艺中的化学机械研磨工艺，避免了在化学机械研磨工艺过程中产生的各种缺陷，提高器件的良率和良率。
[0060]上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
【主权项】
1.一种铜互连结构，其特征在于，所述铜互连结构包括: 半导体衬底； 介质层，所述介质层覆盖在所述衬底的上表面，且所述介质层上具有一通孔； 石墨烯阻挡层，形成在所述通孔的底部以及侧壁； 钌金属阻挡层，覆盖在所述石墨烯阻挡层的底部以及侧壁； 金属铜，填充在所述通孔内，且所述金属铜的上表面与所述介质层的上表面平齐。2.根据权利要求1所述的铜互连结构，其特征在于，所述介质层的材料为Si02、SiN、低介电常数材料、超低介电常数材料或六方氮化硼层中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的铜互连结构，其特征在于，所述介质层从下往上依次包括黑钻石材料层以及六方氮化硼层。4.一种制造如权利要求1?3任一所述的铜互连结构的方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤S01，提供一具有介质层的衬底，所述介质层上形成一通孔； 步骤S02，在所述通孔中依次生长石墨烯阻挡层以及钌金属阻挡层； 步骤S03，在所述通孔内形成第一光刻胶，并以其为掩膜去除所述石墨烯阻挡层上表面的钌金属阻挡层； 步骤S04，去除所述第一光刻胶，并清洗衬底表面； 步骤S05，采用选择性铜电镀工艺在所述通孔内填充金属铜，且所述金属铜的上表面与所述介质层的上表面平齐； 步骤S06，在所述金属铜的上表面形成与其宽度相等的第二光刻胶，并以所述第二光刻胶为掩膜去除所述介质层上表面的石墨烯阻挡层； 步骤S07，去除所述第二光刻胶，形成铜互连结构。5.根据权利要求4所述的铜互连结构的制造方法，其特征在于，步骤S02中，采用低温化学气相沉积法、原子气相沉积法、SiC热分解法或氧化还原法形成所述石墨烯阻挡层，所述石墨稀阻挡层的厚度为0.34-3.4nm。6.根据权利要求4所述的铜互连结构的制造方法，其特征在于，步骤S02中，采用原子气相沉积法形成所述钌金属阻挡层，所述钌金属阻挡层的厚度为l_3nm。7.根据权利要求4所述的铜互连结构的制造方法，其特征在于，步骤S03中，采用湿法刻蚀工艺或反应离子刻蚀工艺去除所述石墨烯阻挡层上表面的钌金属阻挡层。8.根据权利要求7所述的铜互连结构的制造方法，其特征在于，采用湿法刻蚀工艺去除所述钌金属阻挡层的刻蚀药液为硝酸铈铵和硝酸的混合液、HNOjP NH4F的混合液、H2SO4和H2O2的混合液、稀HF的一种或多种。9.根据权利要求7所述的铜互连结构的制造方法，其特征在于，采用反应离子刻蚀工艺去除所述钌金属阻挡层的刻蚀气体为含F、Cl或XeF气体中的一种或多种。10.根据权利要求4?9任一所述的铜互连结构的制造方法，其特征在于，步骤S06中，采用干法刻蚀工艺去除所述石墨烯阻挡层的刻蚀气体为H2、02或C xFy气体的一种或多种。
【专利摘要】本发明属于半导体集成电路制造工艺技术领域，公开了一种铜互连结构，其包括半导体衬底、介质层、石墨烯阻挡层、钌金属阻挡层以及金属铜。本发明提供了一种铜互连结构及其制造方法，采用钌金属阻挡层可以省去铜籽晶层，可直接进行后续的选择性铜电镀工艺，由于钌金属阻挡层较薄，其阻挡能力有限，但与其相配合的石墨烯阻挡层能有效阻挡金属铜向介质层扩散，并且其电阻率比铜更低，产生的电阻可忽略不记，从而使铜互连的整体电阻变化很小，器件功耗降低；同时，由于石墨烯阻挡层的厚度较薄，可以很好的保持通孔的轮廓形貌，不影响后续的铜电镀工艺的填充性，避免金属铜产生缝隙，提高了器件的良率和一致性。
【IPC分类】H01L23/532, H01L21/768
【公开号】CN105355620
【申请号】CN201510953119
【发明人】钟旻
【申请人】上海集成电路研发中心有限公司
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年12月17日