专利名称：半导体器件、形成互连结构的方法
技术领域：
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及半导体器件、形成互连结构的方法。
背景技术：
在半导体器件中，减小RC(resistance capacitance delay)延迟,可以提高半导体器件的性能。随着半导体工艺的发展，半导体技术在摩尔定律的驱动下持续地朝更小的工艺节点迈进，工艺节点进入到65纳米、45纳米,甚至更低的32纳米。随着半导体技术的不断进步，器件的功能不断强大，器件的集成度越来越高，器件的特征尺寸(criticaldimension,⑶)越来越小,相应的需要进一步减小RC延迟,这样才可以提高半导体器件的性能。 现有技术中，半导体器件的互连结构的中使用的材料通常为铝、铜、钨。互连结构包括互连线以及栓塞，栓塞的材料通常使用铜或者钨，互连线的材料通常使用铜或铝。最初，使用钨作为栓塞的材料，使用铝作为互连线的材料，然而随着半导体工艺的发展，为了减小RC延迟，采用铜作为材料的栓塞、互连线逐渐取代了钨栓塞、铝互连线。然而，随着半导体技术的发展，铜栓塞、铜互连线的RC延迟将会成为提高半导体器件性能的一大障碍，期望可以找到一种替代的材料作为互连结构的材料，用该材料形成互连结构，减少RC延迟，提高半导体器件的性能。现有技术中有许多关于半导体器件互连结构的专利，例如，申请号为“200910052969. 2”的中国专利申请，然而，均没有解决以上所述的技术问题。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种新的形成互连结构的方法，减少RC延迟。为解决上述问题，本发明提供一种形成互连结构的方法，包括提供第一衬底，在所述第一衬底上形成牺牲层；利用压印模具拓印所述牺牲层，在所述牺牲层上形成凸棱，所述凸棱具有顶面和两侧壁；在所述凸棱顶面、侧壁的预定位置以及相邻的凸棱之间形成碳单原子层，作为互连结构；形成粘附层，覆盖所述碳单原子层；去除所述牺牲层；将所述粘附层、碳单原子层转移至第二衬底上，所述第二衬底为半导体衬底，其中形成有器件结构，所述碳单原子层与所述器件结构电连接。可选的，利用压印模具拓印所述牺牲层，在所述牺牲层上形成凸棱包括对所述牺牲层进行软化；使用所述压印模具对所述软化后的牺牲层进行冲压；对所述冲压后的牺牲层进行冻结，形成凸棱；移除所述压印模具。可选的，所述牺牲层的材料为镍。
可选的，在所述凸棱的顶面、侧壁的预定位置以及相邻凸棱之间形成碳单原子层包括在所述凸棱的两侧壁形成中间层；去除侧壁预定位置的中间层；分解甲烷，在所述凸棱的顶面、侧壁的预定位置以及相邻凸棱之间形成碳单原子层。可选的，在所述凸棱的两侧壁形成中间层包括形成中间层，覆盖所述凸棱的顶面和两侧壁；
光刻、刻蚀去除顶面的中间层。可选的，所述中间层的材料为氮化硅，其形成方法为化学气相沉积。可选的，在去除牺牲层时，还包括去除剩余的中间层。可选的，利用盐酸或者磷酸湿法刻蚀去除所述牺牲层、去除剩余的中间层。可选的，在将所述粘附层、碳单原子层转移至第二衬底上之后还包括去除粘附层。可选的，所述粘附层的材料为有机玻璃。可选的，所述形成粘附层的方法为旋涂法。可选的，利用丙酮湿法刻蚀去除粘附层。可选的，去除粘附层后还包括退火的步骤。可选的，去除粘附层之后，还包括形成超低k介质层，覆盖所述第二衬底以及碳单
原子层。可选的，超低k介质层为胶状，其材料为SiLK，聚酰亚胺，降冰片烯聚合物，苯环丁烯或聚四氟乙烯。可选的，所述第一衬底的材料为硅或二氧化硅。本发明还提供一种半导体器件，包括衬底，所述衬底中形成有器件结构；形成在所述衬底上的互连结构，与所述器件结构电连接；所述互连结构由碳单原子层形成。与现有技术相比，本发明具有以下优点利用碳单原子层的高导电性，本发明形成了由碳单原子层组成的互连结构，可以降低RC延迟，提高半导体器件的性能。
图I是本发明具体实施例的形成互连结构的方法的流程图；图2 图15为本发明具体实施例的形成互连结构的方法的剖面结构以及俯视平面示意图。
具体实施例方式现有技术中，随着半导体技术的发展，铜互连结构的RC延迟将会成为提高半导体器件性能的一大障碍，期望可以找到一种替代的材料作为互连结构的材料，用该材料形成互连结构，减少RC延迟，提高半导体器件的性能。本发明的发明人为了解决以上的问题，查阅了大量的资料，进行了长期的钻研，发现碳单原子层具有高导电性，可以作为电极使用，因此发明人利用碳单原子层具有高导电性的特性，提出了形成互连结构的方法。关于碳单原子层具有高导电性的特性可以详见 “Graphene-on-insulator transistors made using C on Ni chemical-vaporDeposition, IEEE electron device letters, Vol. 30, No. 7, July 2009，，。利用碳单原子层的高导电性，本发明形成了由碳单原子层组成的互连结构，可以降低RC延迟，提高半导体器件的性能。为了使本领域的技术人员可以更好的理解本发明，下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式
。图I为本发明的具体实施方式
的形成互连结构的方法的流程图，参图1，本发明具 体实施方式的形成互连结构的方法包括步骤S11，提供第一衬底，在所述第一衬底上形成牺牲层；步骤S12，利用压印模具拓印所述牺牲层，在所述牺牲层上形成凸棱，所述凸棱具有顶面和两侧壁；步骤S13，在所述凸棱顶面、侧壁的预定位置以及相邻的凸棱之间形成碳单原子层，作为互连结构；步骤S14，形成粘附层，覆盖所述碳单原子层；步骤S15，去除所述牺牲层；步骤S16，将所述粘附层、碳单原子层转移至第二衬底上，所述第二衬底为半导体衬底，其中形成有器件结构，所述碳单原子层与所述器件结构电连接。图2 图15为本发明具体实施例的形成互连结构的方法的剖面结构、俯视平面示意图，为了使本领域技术人员可以更好的理解本发明具体实施方式
的形成栓塞的方法，下面结合具体实施例并结合参考图I和图2 图15详细说明本发明具体实施方式
的形成互连结构的方法。结合参考图I和图2，执行步骤SI I，提供第一衬底20，在所述第一衬底上形成牺牲层21。在本发明具体实施例中，所述第一衬底20的材料为硅或二氧化硅。由于本发明中第一衬底20起到中间媒介的作用，之后的工艺中会将形成于其上的互连结构转移至第二衬底上，因此本发明中第一衬底20的材料不限于硅或二氧化硅，可以为其他材料的衬底。结合参考图I和图3，执行步骤S12，利用压印模具30拓印所述牺牲层21，在所述牺牲层21上形成凸棱211，所述凸棱211具有顶面和两侧壁。在本发明具体实施例中，所述牺牲层21的材料为镍。利用压印模具30拓印所述牺牲层21，在牺牲层21上形成凸棱211，形成凸棱211后，第一衬底20上还有一薄层牺牲层，保证之后工艺中在凸棱211的预定位置形成的碳单原子层与第一衬底20相互分割，这样在去除牺牲层21后，才可以将碳单原子层与第一衬底20分离。凸棱211的图形根据需要形成的互连线的图形确定。拓印的具体方法包括对所述牺牲层21进行软化；使用所述压印模具30对所述软化后的牺牲层21进行冲压；对所述冲压后的牺牲层21进行冻结，形成凸棱211 ;之后，移除所述压印模具30。由于本发明中利用纳米拓印(nano-imprint)技术在牺牲层21上形成凸棱，因此牺牲层21的材料不限于镍，只要满足可以利用纳米拓印技术形成凸棱即可。
结合参考图I和图9、图10 (图10为图9的俯视平面示意图，图9为图10沿a_a方向的剖面结构示意图)，执行步骤S13，在所述凸棱211的顶面、侧壁的预定位置、相邻凸棱211之间形成碳单原子层，作为互连结构。本发明具体实施例中，在所述凸棱211顶面、侧壁的预定位置、相邻凸棱211之间形成碳单原子层包括参考图4，形成中间层22，覆盖所述凸棱211和牺牲层21，其中形成中间层22的方法为化学气相沉积。参考图5、图6(图6为图5的俯视平面不意图，图5为图6沿a-a方向的剖面结构示意图)，光刻、刻蚀去除顶面的中间层、相邻凸棱21之间的中间层，只剩余凸棱211两侧壁的中间层。参考图7、图8(图8为图7的俯视平面示意图，图7为图8沿a-a方向的剖面结构示意图)，去除凸棱211侧壁预定位置的中间层，该预定位置是用来形成栓塞的位置；去除凸棱侧壁预定位置的中间层的方法为光刻、刻蚀。参考图
9、图10，高温分解甲烷，在凸棱211顶面、侧壁的预定位置、相邻凸棱211之间形成碳单原子层23。本发明具体实施例中，形成碳单原子层23的方法为在反应腔内通入甲烷(CH4)和氢气(H2)，高温分解甲烧，甲烷在高温下分解生成碳原子和氢气，碳原子沉积在凸棱21没有 被中间层覆盖的表面形成碳单原子层23。其中，通入的甲烷(CH4)和氢气(H2)的流量比为90 : I 100 : 1，甲烷的流量为760torr 860torr。优选为，甲烷(CH4)和氢气(H2)的流量比为99 1，甲烷的流量为760torr ;分解甲烷的温度为1000°C，沉积时间约为5min。中间层22起到定义碳单原子层的位置的作为，本发明具体实施例中，中间层22的材料为氮化硅，在其他实施例中，也可以为本领域技术人员公知的其他材料，只要满足之后的工艺中可以去除中间层即可。结合参考图I和图11，执行步骤S14，形成粘附层24，覆盖所述碳单原子层23。本发明具体实施例中，粘附层24与碳单原子层23有很好的粘附性，在之后去除牺牲层21后，粘附层24与碳单原子层23粘附在一起，粘附层24起到保持碳单原子层23形状的目的，之后的工艺中将粘附层24与碳单原子层23 —起转移到第二衬底上。所述粘附层24的材料为有机玻璃(PMMA)，形成有机玻璃粘附层24的方法为旋涂法。结合参考图I和图12，执行步骤S15，去除所述牺牲层21。本发明具体实施例中，利用湿法刻蚀去除牺牲层21。由于在本发明具体实施例中，牺牲层21的材料为镍，利用盐酸或者磷酸湿法刻蚀去除牺牲层21。在去除牺牲层21时，也去除了剩余中间层22的氮化硅。去除牺牲层21后，第一衬底20与碳单原子层23、粘附层24分离。结合参考图I和图13，执行步骤S16，将所述碳单原子层23、粘附层24转移至第二衬底40上，所述第二衬底40为半导体衬底，其中形成有器件结构，碳单原子层23与所述器件结构电连接。本发明具体实施例中，可以利用工具夹持粘附层24，将粘附层24和碳单原子层23 —起转移至第二衬底40上。位于凸棱顶面的碳单原子层23作为与上层结构连接的互连线，相邻凸棱之间的碳单原子层23作为与下层结构连接的互连线，凸棱侧壁预定位置的碳单原子层作为栓塞。第二衬底40的材料可以为单晶或非晶结构的硅或硅锗；也可以是绝缘体上娃(SOI);或者还可以包括其它的材料,例如砷化镓等III-V族化合物。在所述第二衬底40中形成有器件结构(图中未示)，例如隔离沟槽结构，源区、漏区等。本发明具体实施例中，将碳单原子层23、粘附层24转移至第二衬底40上之后，参考图14，去除所述粘附层24。在本发明具体实施例中，粘附层24的材料为有机玻璃，利用丙酮湿法刻蚀去除材料为有机玻璃的粘附层24。本发明具体实施例中，去除粘附层24后还包括退火的步骤，以提高碳单原子层23与第二衬底40之间的粘附性。之后，参考图15，形成超低k介质层25，覆盖所述碳单原子层23以及所述第二衬底40。本发明具体实施例中，超低k介质层25的材料为胶状的超低k材料。超低k介质层25的材料为SiLK，聚酰亚胺，降冰片烯聚合物，苯环丁烯或聚四氟乙烯。形成超低k介质层25的方法为旋涂法，这样可以保证超低k介质层25也形成在碳单原子层23与第二衬底40之间的空隙。参考图2k，本发明还提供一种半导体器件，包括衬底40，所述衬底40中形成有器件结构；超低k介质层25，形成于所述衬底40上；互连结构23，位于所述超低k介质层中，与所述器件结构电连接；其中，互连结构23由碳单原子层形成。本发明技术方案利用碳单原子层的高导电性，形成了由碳单原子层组成的互连结构，可以降低RC延迟，提高半导体器件的性能。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
权利要求
1.一种形成互连结构的方法，其特征在于，包括 提供第一衬底，在所述第一衬底上形成牺牲层； 利用压印模具拓印所述牺牲层，在所述牺牲层上形成凸棱，所述凸棱具有顶面和两侧壁； 在所述凸棱顶面、侧壁的预定位置以及相邻的凸棱之间形成碳单原子层，作为互连结构； 形成粘附层，覆盖所述碳单原子层； 去除所述牺牲层； 将所述粘附层、碳单原子层转移至第二衬底上，所述第二衬底为半导体衬底，其中形成有器件结构，所述碳单原子层与所述器件结构电连接。
2.如权利要求I的所述的形成互连结构的方法，其特征在于，利用压印模具拓印所述牺牲层，在所述牺牲层上形成凸棱包括对所述牺牲层进行软化；使用所述压印模具对所述软化后的牺牲层进行冲压；对所述冲压后的牺牲层进行冻结，形成凸棱；移除所述压印模具。
3.如权利要求2所述的形成互连结构的方法，其特征在于，所述牺牲层的材料为镍。
4.如权利要求I所述的形成互连结构的方法，其特征在于，在所述凸棱的顶面、和侧壁的预定位置以及相邻凸棱之间形成碳单原子层包括 在所述凸棱的两侧壁形成中间层； 去除侧壁预定位置的中间层； 分解甲烷，在所述凸棱的顶面、侧壁的预定位置以及相邻凸棱之间形成碳单原子层。
5.如权利要求4所述的形成互连结构的方法，其特征在于，在所述凸棱的两侧壁形成中间层包括 形成中间层，覆盖所述凸棱的顶面和两侧壁； 光刻、刻蚀去除顶面的中间层。
6.如权利要求5所述的形成互连结构的方法，其特征在于，所述中间层的材料为氮化娃，其形成方法为化学气相沉积。
7.如权利要求4所述的形成互连结构的方法，其特征在于，在去除牺牲层时，还包括去除剩余的中间层。
8.如权利要求7所述的形成互连结构的方法，其特征在于，利用盐酸或者磷酸湿法刻蚀去除所述牺牲层、去除剩余的中间层。
9.如权利要求I所述的形成互连结构的方法，其特征在于，在将所述粘附层、碳单原子层转移至第二衬底上之后还包括去除粘附层。
10.如权利要求9所述的形成互连结构的方法，其特征在于，所述粘附层的材料为有机玻璃。
11.如权利要求10所述的形成互连结构的方法，其特征在于，所述形成粘附层的方法为旋涂法。
12.如权利要求11所述的形成互连结构的方法，其特征在于，利用丙酮湿法刻蚀去除粘附层。
13.如权利要求12所述的形成互连结构的方法，其特征在于，去除粘附层后还包括退火的步骤。
14.如权利要求9的所述的形成互连结构的方法，其特征在于，去除粘附层之后，还包括形成超低k介质层，覆盖所述第二衬底以及碳单原子层。
15.如权利要求14的所述的形成互连结构的方法，其特征在于，所述超低k介质层为胶状，其材料为SiLK，聚酰亚胺，降冰片烯聚合物，苯环丁烯或聚四氟乙烯。
16.如权利要求I的形成互连结构的方法，其特征在于，所述第一衬底的材料为硅或二氧化硅。
17.一种半导体器件，其特征在于，包括 衬底，所述衬底中形成有器件结构； 形成在所述衬底上的互连结构，与所述器件结构电连接；其特征在于， 所述互连结构由碳单原子层形成。
全文摘要
半导体器件、形成互连结构的方法，形成互连结构的方法包括提供第一衬底，在所述第一衬底上形成牺牲层；利用压印模具拓印所述牺牲层，在所述牺牲层上形成凸棱，所述凸棱具有顶面和两侧壁；在所述凸棱顶面、侧壁的预定位置以及相邻的凸棱之间形成碳单原子层，作为互连结构；形成粘附层，覆盖所述碳单原子层；去除所述牺牲层；将所述粘附层、碳单原子层转移至第二衬底上，所述第二衬底为半导体衬底，其中形成有器件结构，碳单原子层与所述器件结构电连接。利用碳单原子层的高导电性，本发明形成了由碳单原子层组成的互连结构，可以降低RC延迟，提高半导体器件的性能。
文档编号H01L21/768GK102760686SQ20111010756
公开日2012年10月31日 申请日期2011年4月27日 优先权日2011年4月27日
发明者周俊卿, 张海洋, 洪中山 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司