)包裹。在如圖6和7所展示的其他示例中，VIA36由三面包裹勢皇金屬38的銅芯構(gòu)成。在本實(shí)施例中，VIA 16和VIA 36是形成能夠在兩個或多個層(例如，襯底10和12)之間承載信號的電連接的結(jié)構(gòu)。在其他實(shí)施例中，VIA的芯可以被銅、鋁、銀、金、鈣、鉑、錫、鋰、鋅、鎳和鎢的元素形式或者合金填充。
[0034]在本示例性實(shí)施例中，勢皇金屬18、19和38是用于集成電路以便將半導(dǎo)體從軟性金屬互連化學(xué)隔離開，同時又保持其之間的電連接的材料。例如，在當(dāng)前的基于銅的芯片中，勢皇金屬層必須包裹每個銅互連，以便防止銅擴(kuò)散到周邊材料中，因?yàn)殂~擴(kuò)散到周邊材料中可能降低其性能。用作勢皇金屬的一些材料包括鈷、釕、鉭、氮化鉭、氧化銦、氮化鎢和氮化鈦(最后四個是傳導(dǎo)性陶瓷，但是在此處上下文中作為“金屬”)。
[0035]參照圖2，根據(jù)示例性實(shí)施例，溝槽26被刻蝕出(例如，使用光刻)直到刻蝕停止層24并且進(jìn)入襯底層12。溝槽26的右端與VIA16和勢皇金屬18交叉，從而使得VIA16和勢皇金屬18的部分被移出，繼而暴露VIA16的銅芯。
[0036]參照圖3，根據(jù)示例性實(shí)施例，施加氮化鉭(TaN)層然后施加釕(Ru)層，這兩層一起構(gòu)成襯墊層28。氮化鉭(TaN)層有助于將釕(Ru)層粘附到襯底12。在本示例性實(shí)施例中，釕是石墨烯催化劑，即輔助在溝槽26中生長石墨烯的催化劑(見以下)。在其他實(shí)施例中，其他元素或者材料，包括合金，可以替代釕催化劑，例如鎳、鈀、銥和銅。在沉積襯墊層28之后，通過CMP工藝移出額外的和/或不需要的材料。在示例中，如圖4所展示的，刻蝕停止層24和襯墊層28的部分被CMP工藝所移除。
[0037]現(xiàn)在參照圖5，根據(jù)示例性實(shí)施例，示出了選擇性生長此處稱為石墨烯30的多層石墨烯(即多個級別或多個層)。在本實(shí)施例中，使用化學(xué)氣相淀(CVD)，從固態(tài)和液態(tài)碳源，在300°C到400°C之間的溫度生長多層石墨烯。多層石墨烯30使用襯墊層28連接到VIA16，生成能夠承載沿每個石墨烯水平層的電流的電連接。在其他實(shí)施例中，電流可以從一個石墨烯層進(jìn)入另一個。然而，在單獨(dú)的石墨烯層之間往往存在較高的電阻。在其他實(shí)施例中，使用與本公開中所提到的催化劑不同的催化劑，生長石墨烯時所處的溫度可以高于和/或低于300°C到400°C的范圍。
[0038]參照圖6，根據(jù)示例性實(shí)施例，添加另一刻蝕停止層(25)，然后添加另一襯底層
(32)ο在襯底層32和刻蝕停止層25中刻蝕出溝槽。所述溝槽被刻蝕為與石墨烯30的左端交叉而不穿過，但是與襯墊層28(TaN/Ru層)接觸。所述溝槽被襯以勢皇金屬38，用銅芯填充，從而生成VIA36，然后被刻蝕停止(或刻蝕抑制)層44封蓋。這樣，元件20被石墨烯連接器連接到兩個VIA，形成其之間的電連接。
[0039]一般來說，生成VIA和石墨烯結(jié)構(gòu)的工藝可以持續(xù)到形成繞線或期望的連接。在其他實(shí)施例中，生成VIA和石墨烯層的準(zhǔn)確工藝可能變化。例如，VIA可以包括若干不同的芯和/或勢皇金屬，若干金屬可以用作生長石墨烯的催化劑(例如，鈀)。
[0040]參照圖7，示出了作為替換的示例性實(shí)施例。在該作為替換的實(shí)施例中，VIA開口被形成為穿過襯底32和刻蝕停止材料34，并且對齊，從而與沉積層28的部分交叉。如圖7所示，VIA開口沒有到達(dá)石墨烯30溝槽的底部，但是優(yōu)選地接觸石墨烯30溝槽的頂部。通孔開口然后被襯以勢皇金屬36，填充以包括銅的芯38，從而生成VIA36。該結(jié)構(gòu)被刻蝕停止(或刻蝕抑制)層44封蓋。在本實(shí)施例中，VIA36的底端在石墨烯30連接器的側(cè)壁上方和石墨烯30連接器的最頂層的上方與襯墊層28電接觸(其提供豎直電路徑)。這樣，元件20被連接到兩個通孔，其中石墨稀連接器形成其之間的電連接。
[0041]本發(fā)明的實(shí)施例可以用在多個電應(yīng)用中，包括但不限于先進(jìn)的傳感器，存儲器/數(shù)據(jù)存儲，半導(dǎo)體，微處理器和其他應(yīng)用。
[0042]所得到的集成電路芯片可以由制造商以原始晶片形式(即作為具有多個未封裝芯片的單個晶片)，作為裸基底，或者以封裝的形式分發(fā)。在后一種情況下，所述芯片被安裝到單個芯片封裝內(nèi)(例如塑料載體，其具有附著到母板或其他更高級別的載體的引腳)或者被安裝到多芯片封裝內(nèi)(例如陶瓷載體，其具有表面互連或掩埋互連中的一個或兩個)。在任何情況下，所述芯片然后被與其他芯片、離散電路組件和/或其他信號處理期間集成在一起作為(a)中間產(chǎn)品，例如母板，或(b)最終產(chǎn)品中的任何一個的一部分。所述最終產(chǎn)品可以是任何包括集成電路芯片的產(chǎn)品，從玩具和其他低端應(yīng)用到包括顯示器、鍵盤或其他輸入設(shè)備和中央處理器的高級電腦產(chǎn)品。
[0043]已經(jīng)描述了優(yōu)選的生成石墨烯與金屬互連結(jié)構(gòu)(其目的是作為示意性的而不是限制性的)的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)該注意，本領(lǐng)域技術(shù)人員在以上教導(dǎo)的啟示下可以進(jìn)行修改和變化。
[0044]相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，材料，動作以及下面的權(quán)利要求書中的所有裝置或步驟加功能元件的等同物旨在包括與作為特別要求保護(hù)的其它要求保護(hù)的元件接合而執(zhí)行功能的任何結(jié)構(gòu)，材料或動。本發(fā)明的實(shí)施例的描述已經(jīng)被呈現(xiàn)以用于說明和描述的目的，但不旨在作為窮舉性的或者限制為具有所公開的形式的發(fā)明實(shí)施例。許多修改和變化對于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將是顯而易見的，其并不脫離本發(fā)明的范圍和精神。本著最好地解釋本發(fā)明的實(shí)際應(yīng)用的原理，以及使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的具有各種修改的各種實(shí)施例作為適合于預(yù)期的特定用途的目的選擇和描述了實(shí)施例。
[0045]盡管僅結(jié)合有限數(shù)量的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述，但是應(yīng)當(dāng)容易理解的是，本發(fā)明并不限于這些公開的實(shí)施方案。相反，本發(fā)明可以被修改，以結(jié)合此前未描述的任何數(shù)量的變化，變更，替換或等效布置，但這些都與本發(fā)明的精神和范圍相稱。另外，雖然已經(jīng)對本發(fā)明的各種實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的方面可僅包括一些所述實(shí)施例。因此，本發(fā)明不應(yīng)被視為受到前述描述的限制。對單數(shù)的元件的引用并不旨在表不“一個且僅一個”，除非特別聲明，而是“一個或多個”。在本公開中描述的各種實(shí)施例中的元件的所有結(jié)構(gòu)上和功能上的等同，不管是已知或稍后為普通技術(shù)人員所知，都明確地通過引用而并入，并旨在被本發(fā)明所涵蓋。因此，應(yīng)當(dāng)理解，可以對所公開的特定實(shí)施例進(jìn)行改變，這些改變在由所附權(quán)利要求提出的本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
[0046]每個相應(yīng)圖中，除了示出的各階段的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，還示出石墨烯和金屬互連結(jié)構(gòu)的制造/生產(chǎn)的方法中的各個步驟。
產(chǎn)業(yè)實(shí)用性
[0047]本發(fā)明在設(shè)計和制造集成電路芯片中所包含的互連方面具有產(chǎn)業(yè)實(shí)用性，所述集成電路芯片應(yīng)用在廣泛的電子和電氣設(shè)備中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種互連結(jié)構(gòu)包括: 石墨稀連接器30 ； 上通孔36，所述上通孔的下端與石墨烯連接器30的第一端相連；以及 下通孔16，所述下通孔的頂端與石墨烯連接器30的第二端相連。2.如權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述上通孔36穿透所述石墨烯連接器30。3.如權(quán)利要求2所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述上通孔36與襯墊層28在所述石墨烯連接器30的底部處接觸。4.如權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述上通孔36與襯墊層28在所述石墨烯連接器30的側(cè)壁處接觸。5.如權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括襯墊層28，其襯在包括所述石墨稀連接器30的溝槽26內(nèi)。6.如權(quán)利要求5所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述襯墊層28包括Ru或Ta的至少之一。7.如權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述石墨烯連接器30和所述下通孔26的頂端的一部分共面。8.如權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述上通孔36和所述下通孔26的一個或全部包括填充金屬，所述填充金屬填充上通孔和下通孔的相應(yīng)內(nèi)部部分，所述填充金屬是銅、鋁、銀、金、鈣、鉑、錫、鋰、鋅、鎳、鎢中一種或多種的元素形式或合金。9.一種形成互連結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括: 刻蝕第一溝槽26，從而去除第一通孔16的頂端的至少一部分，所述第一溝槽26的第一端與所述第一通孔16的頂部交叉； 形成進(jìn)入第一溝槽26的襯墊層28 ; 形成進(jìn)入第一溝槽26的多個石墨烯催化劑層30 ;以及 沉積介電材料層以便在第一溝槽和第一通孔上形成蓋25。10.如權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括: 在蓋25的頂上施加絕緣材料32 ；以及 在絕緣材料32、蓋25以及被填充了石墨烯30的第一溝槽的第二端的一部分中形成開□ O11.如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括: 向所述開口中沉積勢皇材料層38 ；以及 用填充金屬填充所述開口以形成第二通孔36。12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述勢皇材料38包括鈷、釕、鉭、氮化鉭、氧化銦、鎢氮化和氮化鈦中的一個或多個。13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述填充金屬是銅、鋁、銀、金、鈣、鉑、錫、鋰、鋅、鎳、鎢中一種或多種的元素形式或合金。14.如權(quán)利要求9所述的方法，其中生長多層石墨烯包括碳源的化學(xué)氣相淀。15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述碳源是液體。16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述碳源是固體。17.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述沉積時的溫度為大約300°C到400°C。18.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述石墨烯催化劑包括鎳、鈀、釕、銥和銅的一種或多種的元素形式或合金。19.如權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括: 在蓋25的頂上施加絕緣體材料；以及 在絕緣體材料32、蓋25中形成開口以便暴露石墨烯連接器30的頂表面。20.如權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括: 向所述開口中沉積勢皇材料層38 ；以及 以填充金屬填充所述開口以便形成第二通孔36。
【專利摘要】石墨烯和金屬互連結(jié)構(gòu)及其制造方法。使用石墨烯催化劑來生長多層石墨烯結(jié)構(gòu)。所述石墨烯形成兩個或多個通孔(16、36)或元件20或通孔和元件的組合之間的電連接30。通孔包括填充金屬，其中填充金屬36的至少一部分被勢壘金屬38包裹。所述元件可以是繞線軌跡、時鐘信號源、電源、電磁信號源、接地端子、晶體管、微單元及其組合。使用石墨烯催化劑來從液體和固體碳源，通過在300℃到400℃之間的化學(xué)氣相淀來生長石墨烯。所述石墨烯催化劑可以是包括鎳、鈀、釕、銥或銅的元素形式或合金。
【IPC分類】H01L21/3205, H01L21/28, H01L21/768
【公開號】CN104885210
【申請?zhí)枴緾N201380065932
【發(fā)明人】鮑軍靜, G·伯尼拉, R·G·菲利皮, N·E·拉斯汀, A·H·希門, S·S·喬伊
【申請人】國際商業(yè)機(jī)器公司
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2013年12月9日
【公告號】DE112013006022T5, US9202743, US20140167268, WO2014099428A1