專利名稱：半導(dǎo)體器件、形成栓塞的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及半導(dǎo)體器件、形成栓塞的方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件中，減小RC(resistance capacitance delay)延遲，可以提高半導(dǎo)體器件的性能。隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，半導(dǎo)體技術(shù)在摩爾定律的驅(qū)動下持續(xù)地朝更小的工藝節(jié)點(diǎn)邁進(jìn)，工藝節(jié)點(diǎn)進(jìn)入到65納米、45納米，甚至更低的32納米。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷進(jìn)步，器件的功能不斷強(qiáng)大，器件的集成度越來越高，器件的特征尺寸(critical dimension,CD)越來越小。器件的特征尺寸越來越小，器件的集成度越來越高，相應(yīng)的需要進(jìn)一步減小RC延遲，這樣才可以提高半導(dǎo)體器件的性能?，F(xiàn)有技術(shù)中，半導(dǎo)體器件的互連結(jié)構(gòu)的中使用的材料通常為鋁、銅、鎢?；ミB結(jié)構(gòu)包括互連線以及栓塞，栓塞的材料的通常使用銅或者鎢。最初，使用鎢作為栓塞的材料，然而隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，為了減小RC延遲，采用銅作為材料的栓塞逐漸取代了鎢栓塞。然而，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，銅栓塞的RC延遲將會成為提高半導(dǎo)體器件性能的一大障礙，期望可以找到一種替代的材料作為栓塞的材料，用該材料形成栓塞，減少RC延遲，提高半導(dǎo)體器件的性能?，F(xiàn)有技術(shù)中有許多關(guān)于半導(dǎo)體器件栓塞的專利，例如，申請?zhí)枮?“200910052969. 2”的中國專利申請，然而，均沒有解決以上所述的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新的形成栓塞的方法，減少RC延遲，提高半導(dǎo)體器件的性能，促進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展。為解決上述問題，本發(fā)明一種形成栓塞的方法，包括提供第一襯底；在所述第一襯底上依次形成剝離層和金屬層；利用壓印模具拓印所述金屬層，形成位于所述剝離層上的金屬凸柱；形成碳單原子層，覆蓋所述金屬凸柱的表面；形成粘附層，覆蓋所述碳單原子層的表面以及所述剝離層暴露的表面；去除所述剝離層；轉(zhuǎn)移金屬凸柱和粘附層至第二襯底上，所述第二襯底為半導(dǎo)體襯底，所述第二襯底中形成有器件結(jié)構(gòu)；去除所述粘附層；在所述金屬凸柱之間形成超低k介質(zhì)層，位于所述超低k介質(zhì)層中的金屬凸柱以及位于所述金屬凸柱表面的碳單原子層作為栓塞，所述栓塞與所述器件結(jié)構(gòu)電連接?？蛇x的，所述第一襯底的材料為硅或二氧化硅。可選的，所述剝離層包括鎳層和位于所述鎳層上的介質(zhì)層。
可選的，所述介質(zhì)層的材料為氮化硅?？蛇x的，所述去除剝離層的方法包括利用鹽酸濕法刻蝕去除鎳層；利用磷酸濕法刻蝕去除介質(zhì)層。可選的，所述金屬層的材料為鎳?？蛇x的，所述形成碳單原子層的氣體包括甲烷和氫氣?？蛇x的，所述形成碳單原子層的方法為分解甲烷，沉積形成碳單原子層?？蛇x的，所述粘附層的材料為有機(jī)玻璃。可選的，所述形成粘附層的方法為旋涂法?？蛇x的，所述去除粘附層的方法為利用丙酮濕法刻蝕去除粘附層?？蛇x的，去除粘附層后還包括退火的步驟。可選的，所述在所述金屬凸柱之間形成超低k介質(zhì)層包括 形成超低k介質(zhì)層，覆蓋所述碳單原子層以及所述第二襯底，所述超低k介質(zhì)層的厚度大于所述金屬凸柱的高度；平坦化所述超低k介質(zhì)層至暴露出所述碳單原子層?？蛇x的，所述利用壓印模具拓印所述金屬層，形成位于所述介質(zhì)層上的金屬凸柱包括對所述金屬層進(jìn)行軟化；使用所述壓印模具對所述軟化后的金屬層進(jìn)行沖壓；對所述沖壓后的金屬層進(jìn)行凍結(jié)，形成金屬凸柱；移除所述壓印模具。本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件，包括襯底，所述襯底中形成有器件結(jié)構(gòu)；超低k介質(zhì)層，形成于所述襯底上；栓塞，位于所述超低k介質(zhì)層中，與所述器件結(jié)構(gòu)電連接；所述栓塞包括金屬凸柱以及位于所述金屬凸柱側(cè)壁和上表面的碳單原子層?？蛇x的，所述金屬凸柱的材料為鎳。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)利用碳單原子層的高導(dǎo)電性，本發(fā)明形成栓塞的方法，在形成有器件結(jié)構(gòu)的第二襯底上形成金屬凸柱以及位于所述金屬凸柱表面的碳單原子層，其中金屬凸柱以及位于所述金屬凸柱表面的碳單原子層作為栓塞。由于碳單原子層比銅、鎢具有更好的導(dǎo)電性，因此本發(fā)明形成的栓塞，比銅、鎢作為材料的栓塞具有更好的導(dǎo)電性，可以降低RC延遲，提高半導(dǎo)體器件的性能，促進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展。本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，利用金屬凸柱以及位于所述金屬凸柱側(cè)壁和上表面的碳單原子層作為栓塞，此種栓塞比銅、鎢作為材料的栓塞具有更好的導(dǎo)電性，可以降低RC延遲， 提高半導(dǎo)體器件的性能，促進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展。


圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式
的形成栓塞的流程圖；圖加 圖2j為本發(fā)明具體實(shí)施例的形成栓塞的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)有技術(shù)中，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，銅栓塞的RC延遲將會成為提高半導(dǎo)體器件性能的一大障礙，期望可以找到一種替代的材料作為栓塞的材料，用該材料形成栓塞，減少 RC延遲，提高半導(dǎo)體器件的性能。本發(fā)明的發(fā)明人為了解決以上的問題，查閱了大量的資料，進(jìn)行了長期的鉆研，發(fā)現(xiàn)碳單原子層具有高導(dǎo)電性，可以作為電極使用，因此發(fā)明人利用碳單原子層具有高導(dǎo)電性的特性，提出了形成栓塞的方法。關(guān)于碳單原子層具有高導(dǎo)電性的特性可以詳見“Graphene-on-insulator transistors made usingC on Ni chemical-vapor Deposition，IEEE electron device letters, Vol. 30, No.7, July 2009”。利用碳單原子層的高導(dǎo)電性，本發(fā)明形成栓塞的方法，在形成有器件結(jié)構(gòu)的第二襯底上形成金屬凸柱以及位于所述金屬凸柱表面的碳單原子層，其中金屬凸柱以及位于所述金屬凸柱表面的碳單原子層作為栓塞。由于碳單原子層比銅、鎢具有更好的導(dǎo)電性，因此本發(fā)明形成的栓塞，比銅、鎢作為材料的栓塞具有更好的導(dǎo)電性，可以降低RC延遲，提高半導(dǎo)體器件的性能，促進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展。為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。圖1為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
的形成栓塞的方法的流程圖，參圖1，本發(fā)明具體實(shí)施方式
的形成栓塞的方法包括步驟Sll，提供第一襯底；步驟S12，在所述第一襯底上依次形成剝離層和金屬層；步驟S13，利用壓印模具拓印所述金屬層，形成位于所述介質(zhì)層上的金屬凸柱；步驟S14，形成碳單原子層，覆蓋所述金屬凸柱的表面；步驟S15，形成粘附層，覆蓋所述碳單原子層的表面以及所述介質(zhì)層暴露的表面；步驟S16，去除所述剝離層；步驟S17，轉(zhuǎn)移金屬凸柱和粘附層至第二襯底上，所述第二襯底為半導(dǎo)體襯底，所述第二襯底中形成有器件結(jié)構(gòu)；步驟S18，去除所述粘附層；步驟S19，在所述金屬凸柱之間形成超低k介質(zhì)層，位于所述超低k介質(zhì)層中的金屬凸柱以及位于所述金屬凸柱表面的碳單原子層作為栓塞，所述栓塞與所述器件結(jié)構(gòu)電連接。圖加 圖2j為本發(fā)明具體實(shí)施例的形成栓塞的方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明具體實(shí)施方式
的形成栓塞的方法，下面結(jié)合具體實(shí)施例并結(jié)合參考圖1和圖加 圖2j詳細(xì)說明本發(fā)明具體實(shí)施方式
的形成栓塞的方法。結(jié)合參考圖1和圖加，執(zhí)行步驟S11，提供第一襯底20。在本發(fā)明具體實(shí)施例中， 所述第一襯底20的材料為硅或二氧化硅。但是，由于本發(fā)明中第一襯底20起到中間媒介的作用，之后的工藝中會將形成于其上的其他結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至第二襯底上，因此本發(fā)明中第一襯底20的材料不限于硅或二氧化硅，可以為其他材料的襯底。結(jié)合參考圖1和圖2b，執(zhí)行步驟S12，在所述第一襯底20上依次形成剝離層21和金屬層22。本發(fā)明中剝離層21作為金屬層22和襯底20之間的隔離層，在之后的工藝中形成需要的結(jié)構(gòu)后，會將剝離層21去除，以將襯底20與其上的其他結(jié)構(gòu)分離，這樣才可以將形成的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至第二襯底上。在本發(fā)明具體實(shí)施例中，所述剝離層21為雙層結(jié)構(gòu)，其包括鎳層21a和位于鎳層21a上的介質(zhì)層21b。本發(fā)明具體實(shí)施例中，介質(zhì)層21b的材料為氮化硅。本發(fā)明具體實(shí)施例中，所述金屬層22的材料為鎳。由于本發(fā)明中金屬層22在之后的工藝中是利用納米拓印(nano-imprint)技術(shù)形成金屬凸柱，因此金屬層22的材料不限于鎳，只要滿足可以利用納米拓印技術(shù)形成金屬凸柱即可。結(jié)合參考圖1和圖2c，并結(jié)合參考圖2b，執(zhí)行步驟S13，利用壓印模具30拓印所述金屬層22，形成位于所述剝離層21上的金屬凸柱221。本發(fā)明具體實(shí)施例中，所述利用壓印模具30拓印所述金屬層22，形成位于所述剝離層21上的金屬凸柱221包括對所述金屬層22進(jìn)行軟化；使用所述壓印模具30對所述軟化后的金屬層22進(jìn)行沖壓；對所述沖壓后的金屬層22進(jìn)行凍結(jié)，形成金屬凸柱221 ；移除所述壓印模具30。結(jié)合參考圖1和圖2d，執(zhí)行步驟S14，形成碳單原子層23，覆蓋所述金屬凸柱221 的表面，即覆蓋所述金屬凸柱21的四個側(cè)壁和上表面(與剝離層21接觸表面的相對表面)。本發(fā)明具體實(shí)施例中，形成碳單原子層23的方法為在反應(yīng)腔內(nèi)通入甲烷(CH4)和氫氣(H2)，高溫分解甲烷，甲烷在高溫下分解生成碳原子和氫氣，碳原子沉積在金屬凸柱221 的表面形成碳單原子層23。其中，通入的甲烷(CH4)和氫氣(H2)的流量比為90 1 100 1，甲烷的流量為760torr 860torr。優(yōu)選為，甲烷(CH4)和氫氣(H2)的流量比為 99 1，甲烷的流量為760torr ；分解甲烷的溫度為1000°C，沉積時間約為5min。結(jié)合參考圖1和圖加，執(zhí)行步驟S15，形成粘附層M，覆蓋所述碳單原子層23的表面以及所述剝離層21暴露的表面；在本發(fā)明具體實(shí)施例中，也就是覆蓋碳單原子層23的表面以及所述介質(zhì)層21b暴露的表面。粘附層M與介質(zhì)層21b有很好的粘附性，并且在之后去除剝離層21時，可以保護(hù)碳原子層23以及金屬凸柱221不受損傷。本發(fā)明具體實(shí)施例中，所述粘附層M的材料為有機(jī)玻璃(PMMA)，形成有機(jī)玻璃粘附層M的方法為旋涂法。結(jié)合參考圖1和圖2f、2g，執(zhí)行步驟S16，去除所述剝離層21。由于在本發(fā)明具體實(shí)施例中，剝離層21包括鎳層21a和介質(zhì)層21b，去除剝離層21的方法包括參考圖2f，利用鹽酸濕法刻蝕去除鎳層21a(結(jié)合參考圖2e)。參考圖2g，利用磷酸濕法刻蝕去除介質(zhì)層 21b (結(jié)合參考圖2f)。結(jié)合參考圖1和圖2h，執(zhí)行步驟S17，轉(zhuǎn)移金屬凸柱221和粘附層M至第二襯底 40上，所述第二襯底40為半導(dǎo)體襯底，所述第二襯底40中形成有器件結(jié)構(gòu)(圖中未示)。 第一襯底40的材料可以為單晶或非晶結(jié)構(gòu)的硅或硅鍺；也可以是絕緣體上硅(SOI)；或者還可以包括其它的材料，例如砷化鎵等III-V族化合物。在所述第一襯底40中形成有器件結(jié)構(gòu)(圖中未示)，例如隔離溝槽結(jié)構(gòu)，源區(qū)、漏區(qū)等。結(jié)合參考圖1和圖2i、圖2h，執(zhí)行步驟S18，去除所述粘附層M。在本發(fā)明具體實(shí)施例中，粘附層M的材料為有機(jī)玻璃，利用丙酮濕法刻蝕去除材料為有機(jī)玻璃的粘附層對。本發(fā)明具體實(shí)施例中，去除粘附層M后還包括退火的步驟，以提高金屬凸柱221與第二襯底40之間的粘附性。結(jié)合參考圖1和圖2j，執(zhí)行步驟S19，在所述金屬凸柱221之間形成超低k介質(zhì)層 25，位于所述超低k介質(zhì)層25中的金屬凸柱221以及位于所述金屬凸柱221表面的碳單原子層23作為栓塞，所述栓塞與所述第二襯底40中的器件結(jié)構(gòu)電連接。本發(fā)明具體實(shí)施例中，所述在所述金屬凸柱221之間形成超低k介質(zhì)層包括形成超低k介質(zhì)層25，覆蓋所述碳單原子層23以及所述第二襯底40，所述超低k介質(zhì)層25的厚度大于所述金屬凸柱221 的高度；平坦化所述超低k介質(zhì)層25至暴露出所述碳單原子層23。利用碳單原子層的高導(dǎo)電性，本發(fā)明形成栓塞的方法，在形成有器件結(jié)構(gòu)的第二襯底上形成金屬凸柱以及位于所述金屬凸柱表面的碳單原子層，其中金屬凸柱以及位于所述金屬凸柱表面的碳單原子層作為栓塞。由于碳單原子層比銅、鎢具有更好的導(dǎo)電性，因此本發(fā)明形成的栓塞，比銅、鎢作為材料的栓塞具有更好的導(dǎo)電性，可以降低RC延遲，提高半導(dǎo)體器件的性能，促進(jìn)半導(dǎo)體的發(fā)展。而且，由于金屬凸柱也具有導(dǎo)電性，該金屬凸柱可以在碳單原子層失效時單獨(dú)作為栓塞使用，延長半導(dǎo)體器件的可靠性，即壽命。根據(jù)以上所述的本發(fā)明的精神，參考圖2j，本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件，包括 襯底40，所述襯40底中形成有器件結(jié)構(gòu)；超低k介質(zhì)層25，形成于所述襯底40上；栓塞，位于所述超低k介質(zhì)層中，與所述器件結(jié)構(gòu)電連接；本發(fā)明中，所述栓塞包括金屬凸柱221以及位于所述金屬凸柱221側(cè)壁和上表面的碳單原子層23。本發(fā)明具體實(shí)施例中，所述金屬凸柱221的材料為鎳。本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，利用金屬凸柱以及位于所述金屬凸柱側(cè)壁和上表面的碳單原子層作為栓塞，此種栓塞比銅、鎢作為材料的栓塞具有更好的導(dǎo)電性，可以降低RC延遲， 提高半導(dǎo)體器件的性能，促進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展。而且，由于金屬凸柱也具有導(dǎo)電性，該金屬凸柱可以在碳單原子層失效時，也可以單獨(dú)作為栓塞使用，延長半導(dǎo)體器件的可靠性，即
壽命ο本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種形成栓塞的方法，其特征在于，包括 提供第一襯底；在所述第一襯底上依次形成剝離層和金屬層；利用壓印模具拓印所述金屬層，形成位于所述剝離層上的金屬凸柱；形成碳單原子層，覆蓋所述金屬凸柱的表面；形成粘附層，覆蓋所述碳單原子層的表面以及所述剝離層暴露的表面； 去除所述剝離層；轉(zhuǎn)移金屬凸柱和粘附層至第二襯底上，所述第二襯底為半導(dǎo)體襯底，所述第二襯底中形成有器件結(jié)構(gòu)； 去除所述粘附層；在所述金屬凸柱之間形成超低k介質(zhì)層，位于所述超低k介質(zhì)層中的金屬凸柱以及位于所述金屬凸柱表面的碳單原子層作為栓塞，所述栓塞與所述器件結(jié)構(gòu)電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的形成栓塞的方法，其特征在于，所述第一襯底的材料為硅或二氧化硅。
3.如權(quán)利要求1所述的形成栓塞的方法，其特征在于，所述剝離層包括鎳層和位于所述鎳層上的介質(zhì)層。
4.如權(quán)利要求3所述的形成栓塞的方法，其特征在于，所述介質(zhì)層的材料為氮化硅。
5.如權(quán)利要求4所述的形成栓塞的方法，其特征在于，所述去除剝離層的方法包括 利用鹽酸濕法刻蝕去除鎳層；利用磷酸濕法刻蝕去除所述介質(zhì)層。
6.如權(quán)利要求1所述的形成栓塞的方法，其特征在于，所述金屬層的材料為鎳。
7.如權(quán)利要求1所述的形成栓塞的方法，其特征在于，所述形成碳單原子層的氣體包括甲烷和氫氣。
8.如權(quán)利要求7所述的形成栓塞的方法，其特征在于，所述形成碳單原子層的方法為分解甲烷，沉積形成碳單原子層。
9.如權(quán)利要求1所述的形成栓塞的方法，其特征在于，所述粘附層的材料為有機(jī)玻璃。
10.如權(quán)利要求9所述的形成栓塞的方法，其特征在于，所述形成粘附層的方法為旋涂法。
11.如權(quán)利要求9所述的形成栓塞的方法，其特征在于，所述去除粘附層的方法為利用丙酮濕法刻蝕去除粘附層。
12.如權(quán)利要求11所述的形成栓塞的方法，其特征在于，去除粘附層后還包括退火的步驟。
13.如權(quán)利要求1所述的形成栓塞的方法，其特征在于，所述在所述金屬凸柱之間形成超低k介質(zhì)層包括形成超低k介質(zhì)層，覆蓋所述碳單原子層以及所述第二襯底，所述超低k介質(zhì)層的厚度大于所述金屬凸柱的高度；平坦化所述超低k介質(zhì)層至暴露出所述碳單原子層。
14.如權(quán)利要求1所述的形成栓塞的方法，其特征在于，所述利用壓印模具拓印所述金屬層，形成位于所述介質(zhì)層上的金屬凸柱包括對所述金屬層進(jìn)行軟化；使用所述壓印模具對所述軟化后的金屬層進(jìn)行沖壓；對所述沖壓后的金屬層進(jìn)行凍結(jié)，形成金屬凸柱；移除所述壓印模具。
15.一種半導(dǎo)體器件，包括 襯底，所述襯底中形成有器件結(jié)構(gòu)； 超低k介質(zhì)層，形成于所述襯底上；栓塞，位于所述超低k介質(zhì)層中，與所述器件結(jié)構(gòu)電連接；其特征在于，所述栓塞包括金屬凸柱以及位于所述金屬凸柱側(cè)壁和上表面的碳單原子層。
16.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述金屬凸柱的材料為鎳。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件、形成栓塞的方法，形成栓塞的方法包括提供第一襯底；在第一襯底上依次形成剝離層和金屬層；利用壓印模具拓印金屬層，形成位于剝離層上的金屬凸柱；形成碳單原子層，覆蓋金屬凸柱的表面；形成粘附層，覆蓋碳單原子層的表面以及剝離層暴露的表面；去除剝離層；轉(zhuǎn)移金屬凸柱和粘附層至第二襯底上，第二襯底為半導(dǎo)體襯底，第二襯底中形成有器件結(jié)構(gòu)；去除粘附層；在金屬凸柱之間形成超低k介質(zhì)層，位于超低k介質(zhì)層中的金屬凸柱以及位于金屬凸柱表面的碳單原子層作為栓塞，栓塞與器件結(jié)構(gòu)電連接。本發(fā)明形成的栓塞，比銅、鎢作為材料的栓塞具有更好的導(dǎo)電性，可以降低RC延遲，提高半導(dǎo)體器件的性能，促進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展。
文檔編號H01L23/522GK102543841SQ201010608248
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者張海洋, 林益世 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司