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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-10-17
(45)【発行日】2023-10-25
(54)【発明の名称】高周波数応用例のためのヘテロ構造相互接続
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3205 20060101AFI20231018BHJP
H01L 21/768 20060101ALI20231018BHJP
H01L 23/532 20060101ALI20231018BHJP
C01B 32/194 20170101ALI20231018BHJP
【ＦＩ】
H01L21/88 M
H01L21/90 K
H01L21/90 P
C01B32/194
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2019566057
(86)(22)【出願日】2018-02-21
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2020-03-19
(86)【国際出願番号】 US2018019016
(87)【国際公開番号】W WO2018156626
(87)【国際公開日】2018-08-30
【審査請求日】2021-02-22
(31)【優先権主張番号】15/438,174
(32)【優先日】2017-02-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】507107291
【氏名又は名称】テキサス インスツルメンツ インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】230129078
【弁護士】
【氏名又は名称】佐藤 仁
(72)【発明者】
【氏名】アルチャナ ヴェヌゴパル
(72)【発明者】
【氏名】ベンジャミン スタッセン クック
(72)【発明者】
【氏名】ルイジ コロンボ
(72)【発明者】
【氏名】ロバート レイド ドーリング
【審査官】早川 朋一
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１４５３３２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１１／００４５２８２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表２００９－５２７１２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－０２３４２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－１５２５４４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／３２０５－２１／３２１５
Ｈ０１Ｌ ２１／７６８
Ｈ０１Ｌ ２３／５２
Ｈ０１Ｌ ２３／５２２－２３／５３２
Ｈ０１Ｌ ２１／２８－２１／２８８
Ｈ０１Ｌ ２１／４４－２１／４４５
Ｈ０１Ｌ ２９／４０－２９／５１
Ｃ０１Ｂ ３２／１８２－３２／１９８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
集積回路であって、半導体材料を含む基板と、
前記基板に配置される能動構成要素と、
前記基板の上に配置される相互接続領域であって、第１の誘電性材料と前記第１の誘電性材料とは別個の第２の誘電性材料とを含む、前記相互接続領域と、
前記相互接続領域に配置される相互接続であって、
金属層と、
前記金属層の底部表面上に配置される下側グラフェン層であって、グラフェンの少なくとも１原子厚さを有する、前記下側グラフェン層と、
前記金属層の頂部表面上に配置される上側グラフェン層であって、グラフェンの少なくとも１原子層を有する、前記上側グラフェン層と、
前記金属層とは反対の前記下側グラフェン層上に配置される下側六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）層であって、１～３原子層の厚みである、前記下側ｈＢＮ層と、
前記金属層とは反対の前記上側グラフェン層上に配置される上側ｈＢＮ層であって、１～３原子層の厚みである、前記上側ｈＢＮ層と、
を含む、前記相互接続と、
を含み、
前記第１の誘電性材料が前記下側グラフェン層とは反対の前記下側ｈＢＮ層に接し、前記第２の誘電性材料が前記上側グラフェン層とは反対の前記上側ｈＢＮ層に接する、集積回路。
【請求項2】
請求項１に記載の集積回路であって、前記下側グラフェン層がベルナルグラフェンを含む、集積回路。
【請求項3】
請求項１に記載の集積回路であって、前記金属層が、ダマシンライナー上に配置されるダマシン銅層を含む、集積回路。
【請求項4】
集積回路であって、半導体材料を含む基板と、
前記基板に配置される能動構成要素と、
前記基板の上に配置される相互接続領域であって、第１の誘電性材料と前記第１の誘電性材料とは別個の第２の誘電性材料とを含む、前記相互接続領域と、
前記相互接続領域に配置される相互接続であって、
主としてアルミニウムを含むアルミニウム層を含む金属層と、
前記金属層の頂部表面又は前記金属層の底部表面の少なくとも一方の上に配置され、前記金属層の横方向表面上に延在しないグラフェン層であって、グラフェンの少なくとも１原子厚さを有する、前記グラフェン層と、
前記金属層とは反対の前記グラフェン層上に配置される六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）層であって、１～３原子層の厚みである、前記ｈＢＮ層と、
を含む、前記相互接続と、
を含み、
前記第１又は第２の誘電性材料が前記グラフェン層とは反対の前記ｈＢＮ層に接する、集積回路。
【請求項5】
集積回路を形成する方法であって、半導体材料を含む基板を提供することと、
前記半導体材料内に能動構成要素を形成することと、
前記基板の上に下側誘電体層を形成することと、
相互接続を形成することであって、
前記下側誘電体層上に１～３原子層の厚みの下側ｈＢＮ層を形成することと、
前記下側ｈＢＮ層上にグラフェンの少なくとも１原子層を有する下側グラフェン層を形成することと、
前記下側グラフェン層上に金属層を形成することと、
を含む、前記相互接続を形成することと、
を含み、
前記下側グラフェン層を形成することがトランスファプロセスを含み、
前記トランスファプロセスが、
前記集積回路とは別の成長基板上に前記下側グラフェン層を形成することと、
前記下側グラフェン層を前記成長基板から除去することと、
前記下側グラフェン層を前記下側ｈＢＮ層上に配置することと、
を含む、方法。
【請求項6】
請求項５に記載の方法であって、前記金属層を形成することが、
前記下側グラフェン層上にダマシンライナーを形成することであって、前記下側グラフェン層と前記下側ｈＢＮ層とが前記下側誘電体層における相互接続トレンチに配置される、前記ダマシンライナーを形成することと、
前記ダマシンライナー上にダマシン銅層を形成することと、
前記相互接続トレンチに近接する前記下側誘電体層の上から前記ダマシン銅層と前記ダマシンライナーと前記下側グラフェン層と前記下側ｈＢＮ層とを除去することと、
を含む、方法。
【請求項7】
集積回路を形成する方法であって、半導体材料を含む基板を提供することと、
前記半導体材料内に能動構成要素を形成することと、
前記基板の上に下側誘電体層を形成することと、
相互接続を形成することであって、
前記下側誘電体層上に１～３原子層の厚みの下側ｈＢＮ層を形成することと、
前記下側ｈＢＮ層上にグラフェンの少なくとも１原子層を有する下側グラフェン層を形成することと、
前記下側グラフェン層上に金属層を形成することと、
を含む、前記相互接続を形成することと、
を含み、
前記金属層を形成することが、
スパッタプロセスによって主としてアルミニウムを含むアルミニウム層を前記下側グラフェン層の上に形成することと、
前記相互接続のためのエリアを覆うエッチマスクをアルミニウム層上に形成することと、
前記エッチマスクによって露出される前記アルミニウム層と前記下側グラフェン層とを除去することと、
その後に前記エッチマスクを除去することと、
を含む、方法。
【請求項8】
集積回路を形成する方法であって、半導体材料を含む基板を提供することと、
前記半導体材料内に能動構成要素を形成することと、
前記基板の上に下側誘電体層を形成することと、
相互接続を形成することであって、
前記下側誘電体層の上に金属層を形成することと、
グラフェンの少なくとも１原子層を有する上側グラフェン層を前記金属層上に形成することと、
１～３原子層の厚みの上側ｈＢＮ層を前記上側グラフェン層上に形成することと、
前記上側ｈＢＮ層上に上側誘電体層を形成することと、
を含む、前記相互接続を形成することと、
を含む、方法。
【請求項9】
請求項８に記載の方法であって、前記上側グラフェン層を形成することがＰＥＣＶＤプロセスを含み、
前記ＰＥＣＶＤプロセスが、
前記金属層の上に炭素含有反応ガスを流すことと、
前記炭素含有反応ガスにＲＦ電力を印加することと、
を含む、方法。
【請求項10】
請求項９に記載の方法であって、前記金属層が触媒を含み、前記上側グラフェン層が前記金属層上に選択的に形成される、方法。
【請求項11】
請求項８に記載の方法であって、前記上側グラフェン層を形成することがトランスファプロセスを含み、
前記トランスファプロセスが、
前記集積回路とは別の成長基板上に前記上側グラフェン層を形成することと、
前記成長基板から前記上側グラフェン層を除去することと、
前記金属層上に前記上側グラフェン層を配置することと、
を含む、方法。
【請求項12】
請求項８に記載の方法であって、前記上側ｈＢＮ層を形成することがＡＬＤプロセスを含み、
前記ＡＬＤプロセスが、
前記上側グラフェン層上にホウ素含有層を形成するために前記上側グラフェン層の上にホウ素含有反応ガスを流すことと、
前記ホウ素含有反応ガスの流れを止めることと、
前記上側グラフェン層の上に窒素含有反応ガスを流すことであって、前記窒素含有反応ガスからの窒素が前記ホウ素含有層と反応して前記上側ｈＢＮ層のホウ素窒化物の原子層を形成する、前記窒素含有反応ガスを流すことと、
前記窒素含有反応ガスの流れを止めることと、
を含む、方法。
【請求項13】
請求項８に記載の方法であって、前記上側ｈＢＮ層を形成することがＰＥＣＶＤプロセスを含み、
前記ＰＥＣＶＤプロセスが、
前記上側グラフェン層の上にホウ素含有反応ガスと窒素含有反応ガスとを同時に流すことと、
前記ホウ素含有反応ガスと前記窒素含有反応ガスとにＲＦ電力を印加することと、
を含む、方法。
【請求項14】
請求項８に記載の方法であって、前記金属層を形成することが、
スパッタプロセスによって主としてアルミニウムを含むアルミニウム層を前記下側誘電体層の上に形成することと、
前記相互接続のためのエリアを覆うエッチマスクを前記上側ｈＢＮ層上に形成することと、
前記エッチマスクによって露出された前記上側ｈＢＮ層と前記上側グラフェン層と前記アルミニウム層とを除去することと、
その後に前記エッチマスクを除去することと、
を含む、方法。
【請求項15】
請求項８に記載の方法であって、前記金属層を形成することが、
前記下側誘電体層上にダマシンライナーを形成することであって、前記ダマシンライナーが前記下側誘電体層内の相互接続トレンチ内に延在する、前記ダマシンライナーを形成することと、
前記ダマシンライナー上にダマシン銅層を形成することと、
前記相互接続トレンチに近接する前記下側誘電体層の上から前記ダマシン銅層と前記ダマシンライナーとを除去することと、
を含み、
前記相互接続トレンチに近接する前記下側誘電体層の上から前記ダマシン銅層と前記ダマシンライナーとを除去した後に前記上側グラフェン層が形成される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、一般に集積回路に関し、より詳細には集積回路における相互接続構造に関する。
【背景技術】
【0002】
集積回路は、ますますより小さな構成要素及び相互接続で製造されてきている。エッチングされたアルミニウム相互接続及び銅ダマシン相互接続を含む金属相互接続は、増大する電流密度を取り扱うのが難しい。また、相互接続の厚みを減少させることが望ましい場合があり、電流密度の問題を悪化させる。相互接続材料として、非常に高い平面内（in-plane）導電性を有するグラフェンが提案されている。しかしながら、数原子層の厚みより厚いグラフェン層は、劣化した導電性を示す傾向がある。グラフェンの薄い層を集積回路に統合することは、グラフェンに接する誘電性材料によるグラフェンの歪みに起因して問題となっている。
【発明の概要】
【0003】
記載される例において、集積回路が相互接続を含み、相互接続は、金属層、金属層の頂部表面又は金属層の底部表面の少なくとも一方の上のグラフェンの層、及び金属層とは反対の、グラフェン層上の六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）の層を含む。集積回路の誘電性材料が、グラフェン層とは反対のｈＢＮの層と接する。グラフェンの層は、グラフェンの一つ又は複数の原子層で構成される。ｈＢＮの層は１～３原子層の厚みである。
【図面の簡単な説明】
【0004】
【図1】一実施例に従った、下側グラフェン層及び上側グラフェン層を有するエッチングされたアルミニウム相互接続を含む例示の集積回路の断面である。
【0005】
【図2A】一実施例に従った形成の連続的段階の一段階を示す、下側グラフェン層及び上側グラフェン層を有するエッチングされたアルミニウム相互接続を含む集積回路の断面である。
【図2B】一実施例に従った形成の連続的段階の一段階を示す、下側グラフェン層及び上側グラフェン層を有するエッチングされたアルミニウム相互接続を含む集積回路の断面である。
【図2C】一実施例に従った形成の連続的段階の一段階を示す、下側グラフェン層及び上側グラフェン層を有するエッチングされたアルミニウム相互接続を含む集積回路の断面である。
【図2D】一実施例に従った形成の連続的段階の一段階を示す、下側グラフェン層及び上側グラフェン層を有するエッチングされたアルミニウム相互接続を含む集積回路の断面である。
【図2E】一実施例に従った形成の連続的段階の一段階を示す、下側グラフェン層及び上側グラフェン層を有するエッチングされたアルミニウム相互接続を含む集積回路の断面である。
【図2F】一実施例に従った形成の連続的段階の一段階を示す、下側グラフェン層及び上側グラフェン層を有するエッチングされたアルミニウム相互接続を含む集積回路の断面である。
【図2G】一実施例に従った形成の連続的段階の一段階を示す、下側グラフェン層及び上側グラフェン層を有するエッチングされたアルミニウム相互接続を含む集積回路の断面である。
【図2H】一実施例に従った形成の連続的段階の一段階を示す、下側グラフェン層及び上側グラフェン層を有するエッチングされたアルミニウム相互接続を含む集積回路の断面である。
【0006】
【図3A】一実施例に従った形成の連続的段階の一段階を示す、下側グラフェン層及び上側グラフェン層を有するエッチングされたアルミニウム相互接続を含む集積回路の断面である。
【図3B】一実施例に従った形成の連続的段階の一段階を示す、下側グラフェン層及び上側グラフェン層を有するエッチングされたアルミニウム相互接続を含む集積回路の断面である。
【図3C】一実施例に従った形成の連続的段階の一段階を示す、下側グラフェン層及び上側グラフェン層を有するエッチングされたアルミニウム相互接続を含む集積回路の断面である。
【図3D】一実施例に従った形成の連続的段階の一段階を示す、下側グラフェン層及び上側グラフェン層を有するエッチングされたアルミニウム相互接続を含む集積回路の断面である。
【図3E】一実施例に従った形成の連続的段階の一段階を示す、下側グラフェン層及び上側グラフェン層を有するエッチングされたアルミニウム相互接続を含む集積回路の断面である。
【図3F】一実施例に従った形成の連続的段階の一段階を示す、下側グラフェン層及び上側グラフェン層を有するエッチングされたアルミニウム相互接続を含む集積回路の断面である。
【図3G】一実施例に従った形成の連続的段階の一段階を示す、下側グラフェン層及び上側グラフェン層を有するエッチングされたアルミニウム相互接続を含む集積回路の断面である。
【図3H】一実施例に従った形成の連続的段階の一段階を示す、下側グラフェン層及び上側グラフェン層を有するエッチングされたアルミニウム相互接続を含む集積回路の断面である。
【0007】
【図4】一実施例に従った、下側グラフェン層及び上側グラフェン層を有するダマシン銅相互接続を含む例示の集積回路の断面である。
【0008】
【図5A】一実施例に従った形成の連続的段階の一段階を示す、下側グラフェン層及び上側グラフェン層を有するエッチングされたアルミニウム相互接続を含む集積回路の断面である。
【図5B】一実施例に従った形成の連続的段階の一段階を示す、下側グラフェン層及び上側グラフェン層を有するエッチングされたアルミニウム相互接続を含む集積回路の断面である。
【図5C】一実施例に従った形成の連続的段階の一段階を示す、下側グラフェン層及び上側グラフェン層を有するエッチングされたアルミニウム相互接続を含む集積回路の断面である。
【図5D】一実施例に従った形成の連続的段階の一段階を示す、下側グラフェン層及び上側グラフェン層を有するエッチングされたアルミニウム相互接続を含む集積回路の断面である。
【図5E】一実施例に従った形成の連続的段階の一段階を示す、下側グラフェン層及び上側グラフェン層を有するエッチングされたアルミニウム相互接続を含む集積回路の断面である。
【図5F】一実施例に従った形成の連続的段階の一段階を示す、下側グラフェン層及び上側グラフェン層を有するエッチングされたアルミニウム相互接続を含む集積回路の断面である。
【図5G】一実施例に従った形成の連続的段階の一段階を示す、下側グラフェン層及び上側グラフェン層を有するエッチングされたアルミニウム相互接続を含む集積回路の断面である。
【0009】
【図6】一実施例に従った、各々が下側グラフェン層及び上側グラフェン層を有する複数のセグメントを含む金属相互接続を含むリッツワイヤを含む例示の集積回路の断面である。
【0010】
【図7】ベルナルグラフェンの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
図面は一定の縮尺で描いてはいない。幾つかの行為又は事象が異なる順で及び／又は他の行為又は事象と同時に起こり得るので、例示の実施例は、行為又は事象の図示された順によって限定されない。また、例示の実施例の方法論を実装するために、図示された全ての動作又は事象が必要とされるわけではない。
【0012】
集積回路が、相互接続領域に配置される相互接続を含み、相互接続は、金属層、金属層の頂部表面又は金属層の底部表面の少なくとも一方の上のグラフェンの層、及び金属層とは反対の、グラフェンの層上のｈＢＮの層を含む。グラフェンの層は、グラフェンにおける所望の電子移動度を維持するために、例えば、１～１０原子層の厚みであり得る。グラフェンの層は、図７を参照して説明するベルナル（Bernal）グラフェンを含み得る。ｈＢＮの層は、１～３原子層の厚みである。集積回路の相互接続領域の誘電性材料がｈＢＮの層に接する。金属層が、エッチングされたアルミニウム層を含む一例が本願において説明される。本願において、金属層がダマシン銅層を含む別の例が記載される。グラフェンの層は、例えばミリ波周波数又はテラヘルツ周波数での、高周波数での導電性を有利に改善し得る相互接続のための高度に導電性の表面層を提供する。金属相互接続は金属の表面に近接して流れる電流（「表皮効果」と呼ばれることもある現象）のために、高周波数でのインピーダンスが増大するという問題を抱えている。グラフェンの層は、金属層の頂部及び／又は底部表面において高度に導電性の層を提供し、したがって表皮効果を軽減する。相互接続は、ＲＦ回路又はその他の高周波数応用例において用いることができる。グラフェン層の導電性は、原子層の数を約１０原子層まで増加させることによって改善される。１０原子層を超えると、グラフェンの導電性は、グラファイトのものに類似して挙動することが観察されている。ｈＢＮ層は、望ましくは、誘電性材料との接触によってグラフェン層を劣化から隔離するのに十分な厚みであるが、集積回路のコンタクト又はバイアによってグラフェンに適切な電気的接続を提供するのに十分な薄さであるべきである。１～３原子層のｈＢＮを有することは、グラフェンの劣化とグラフェン層への電気的接続性との間の所望のバランスを提供することが示されている。
【0013】
本説明のため、「横方向」という用語は、集積回路の頂部表面の平面に平行な方向を指し、「垂直」という用語は、集積回路の頂部表面の平面に垂直な方向を指す。
【0014】
図１は、一実施例に従った、下側グラフェン層及び上側グラフェン層を有するエッチングされたアルミニウム相互接続を含む例示の集積回路の断面である。集積回路１００は、基板１０２と、基板１０２の上に配置される相互接続領域１０４とを含む。基板１０２は、シリコン、ガリウム窒化物、又は同様のものなどの半導体材料１０６を含む。能動構成要素１０８が、半導体材料１０６内に配置されている。能動構成要素１０８は、図１において、半導体材料１０６のドープされたウェル１１０に配置される金属酸化物半導体（ＭＯＳ）トランジスタ１０８として示されており、ゲートは半導体材料１０６の上方に延在している。能動構成要素１０８の他の表現もこの例の範囲内にある。能動構成要素１０８は、基板１０２内に配置されるフィールド酸化物１１２によって横方向に分離され得る。フィールド酸化物１１２は、図１において示されるように、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）構造を有してもよく、又はシリコン構造の局所酸化（ＬＯＣＯＳ）を有し得る。
【0015】
この実施形態の相互接続領域１０４は、基板１０２及び能動部品１０８の直上に配置されるプレメタル誘電体（ＰＭＤ）層１１４と、ＰＭＤ層１１４の直上に配置される第１の金属内誘電体（ＩＭＤ）層１１６と、第１のＩＭＤ層１１６の直上に配置される第１のレベル間誘電体（ＩＬＤ）層１１８と、第１のＩＬＤ層１１８の直上に配置される第２のＩＭＤ層１２０とを含む。
【0016】
ＰＭＤキャップ層１１４は、例えば、シリコン窒化物のＰＭＤ層、二酸化シリコンのギャップ充填層、リン珪酸ガラス（ＰＳＧ）又はホウ素リン珪酸ガラス（ＢＰＳＧ）のメイン層、及びシリコン窒化物のキャップ層を含む。コンタクト１２２がＰＭＤ層１１４を介して配置され、能動構成要素１０８への電気的接続を成す。コンタクト１２２は、例えば、ＰＭＤ層１１４に接するチタンの第１のライナー、第１のライナー上のチタン窒化物の第２のライナー、及び第２ライナー上のタングステンの充填金属を含み得る。
【0017】
第１のＩＭＤ層１１６は、低ｋ誘電体材料、及びシリコン窒化物、シリコンカーバイド、又はシリコン窒化物カーバイドのキャップ層を含む、誘電性材料の一つ又は複数のサブ層を含み得る。第１の埋め込み層１１６内に第１レベルの相互接続１２４が配置される。第１レベルの相互接続１２４は、コンタクト１２２の頂部への電気的接続を成す。この例では、第１レベルの相互接続１２４は、ＰＭＤ層１１４上に配置される下側ｈＢＮ金属１２６と、下側ｈＢＮ金属１２６上に直に配置される下側グラフェン層１２８と、下側グラフェン層１２８上に直に配置される金属層１３０と、金属層１３０上に直に配置される上側グラフェン層１３２と、上側グラフェン層１３２上に直に配置される上側ｈＢＮ１３４とを含む。ＰＭＤ層１１４の誘電性材料は、下側グラフェン層１２８とは反対の下側ｈＢＮ層１２６に接する。第１の埋め込み層１１６の誘電性材料は、上側グラフェン層１３２とは反対の上側ｈＢＮ層１３４に接する。この例の金属層１３０は、下側グラフェン層１２８上に配置されるアルミニウム層１３６と、アルミニウム層１３６上に配置される金属キャップ層１３８とを含む。下側ｈＢＮ層１２６及び上側ｈＢＮ層１３４は、それぞれ１～３原子層の厚みである。下側グラフェン層１２８及び上側グラフェン層１３２は、それぞれ、グラフェンの一つ又は複数の原子層で構成される。アルミニウム層１３６は、例えば、５０ナノメートル～１マイクロメートルの厚みとされ得、数パーセントのシリコン、銅、及び／又はチタンを含み得る。金属キャップ層１３８は、例えば、３ナノメートル～２０ナノメートルの厚みであり得、また、耐反射層を提供するために、例えばチタン窒化物を含み得、又は、例えば、銅、ニッケル、パラジウム、プラチナ、イリジウム、ロジウム、セリウム、オスミウム、モリブデン、金、又はグラフェンの触媒作用に適したその他の金属を含み得る。
【0018】
第１のＩＬＤ層１１８は、例えば、窒化シリコンのエッチストップ層、二酸化シリコン又はオルガノシリケートガラス（ＯＳＧ）などの低ｋ誘電体材料のメイン層、及びシリコン窒化物のキャップ層など、誘電体材料の一つ又は複数のサブ層を含み得る。第１レベルのビア１４０が、第１のＩＬＤ層１１８、及び第１レベルの相互接続１２４の上の第１のＩＭＤ層１１６の任意の部分を介して延在して、第１レベルの相互接続１２４への電気的接続を成す。第１レベルのビア１４０は、上側グラフェン層１３２、金属キャップ層１３８、又はアルミニウム層１３６まで延在し得る。第１レベルのビア１４０は、例えば、第１のＩＬＤ層１１８に接するチタン又はチタン窒化物を含むライナー、及びライナー上のタングステンの充填金属を含み得る。
【0019】
第２のＩＭＤ層１２０は、低ｋ誘電体材料及びキャップ層を含む、誘電性材料の一つ又は複数のサブ層を含み得る。第２レベルの相互接続１４２が、第２のＩＭＤ層１２０内に配置され、第１レベルのビア１４０の頂部への電気的接続を成す。第２レベルの相互接続１４２は、任意選択で、第１レベルの相互接続１２４と同様に、下側及び／又は上側グラフェン及びｈＢＮ層を有し得る。集積回路１００は、付加的なＩＬＤ層及びＩＭＤ層、ビア、及び相互接続を含み得る。付加的な相互接続は、場合により、第１レベルの相互接続１２４と同様に、下側及び／又は上側グラフェン及びｈＢＮ層を有していてもよい。
【0020】
図２Ａ～図２Ｈは、一実施例に従った形成の連続的段階を示す、下側グラフェン層及び上側グラフェン層を有するエッチングされたアルミニウム相互接続を含む集積回路の断面である。図２Ａを参照すると、集積回路２００が、半導体材料２０６を有する基板２０２を含む。ＭＯＳトランジスタ２０８として示される能動構成要素２０８が、半導体材料２０６内に形成される。能動構成要素２０８を横方向に分離するために、フィールド酸化物２１２が基板２０２に形成され得る。
【0021】
集積回路２００の相互接続領域のＰＭＤ層２１４が、基板２０２及び能動構成要素２０８の上に形成される。ＰＭＤ層２１４は、一連のサブ層、例えば、低圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）プロセスを用いるシリコン窒化物のＰＭＤライナー、プラズマエンハンスト化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）プロセス又はオゾンを用いる高アスペクト比プロセス（ＨＡＲＰ）を用いる二酸化シリコンベースの誘電体材料のメイン層を形成することによって形成され得る。ＰＭＤ層２１４は、ＰＥＣＶＤプロセスを用いてシリコン窒化物のキャップ層を形成する前に、例えば酸化物化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスによって平坦化され得る。
【0022】
コンタクト２２２が、ＰＭＤ層２１４を介して形成され、能動構成要素２０８まで延在する。コンタクト２２２は、ＰＭＤ層２１４を介してコンタクトホールをエッチングし、スパッタリング又はイオン化金属プラズマ（ＩＭＰ）プロセスによって、ＰＭＤ層２１４上及びコンタクトホール内に延在するチタンライナーを形成することによって形成され得る。反応性スパッタリング又は原子層堆積（ＡＬＤ）によって、チタン窒化物ライナーがチタンライナー上に形成される。チタン窒化物ライナー上に、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）プロセスによりタングステンの層が形成され、コンタクトホールを充填する。タングステン、チタン窒化物、及びチタンは、タングステンＣＭＰプロセスによってＰＭＤ層２１４の頂部表面の上から除去され、コンタクト２２２を提供するために、コンタクトホール内にタングステン充填金属、チタン窒化物ライナー、及びチタンライナーを残す。
【0023】
下側ｈＢＮ層がＰＭＤ層２１４の上に形成される。この例では、下側ｈＢＮ層はＡＬＤプロセスによって形成される。ＡＬＤプロセスの第１の工程を図２Ａに示す。ホウ素反応ガスとして図２Ａに示されるホウ素含有反応ガスが、集積回路２００の上に流される。ホウ素含有反応ガスは、例えば、ホウ素三塩化物（ＢＣｌ３）又はボラン（ＢＨ３）を含み得る。ホウ素含有反応ガスは、ＰＭＤ層２１４の上及びコンタクト２２２の頂部の上にホウ素含有層２４４を形成する。続いて、ホウ素含有反応ガスの流れが停止され、ホウ素含有層２４４が、ＡＬＤプロセスの第２の工程のための適所に残される。
【0024】
図２Ｂを参照すると、窒素反応ガスとして図２Ｂに示される窒素含有反応ガスが集積回路２００の上に流される。窒素含有反応ガスは、例えば、アンモニアガス（ＮＨ３）を含み得る。窒素含有反応ガスからの窒素が、図２Ａのホウ素含有ガス２４４と反応して、ＰＭＤ層２１４の上及びコンタクト２２２の頂部の上に下側ｈＢＮ層２２６の原子層を形成する。その後、窒素含有反応ガスの流れは停止される。図２Ａ及び図２Ｂを参照して説明されるＡＬＤプロセスは、下側ｈＢＮ層２２６の所望の厚みである１～３原子層を形成するために繰り返され得る。
【0025】
図２Ｃを参照すると、下側グラフェン層２２８がトランスファプロセスによって下側ｈＢＮ層２２６上に形成される。下側グラフェン層２２８は、まず、成長基板２４６上に形成され、これは、例えば、触媒表面層を有するシリコンウェハであり得る。下側グラフェン層２２８は、化学気相成長（ＣＶＤ）プロセス又はＰＥＣＶＤプロセスによって、集積回路２００が堪え得る、例えば８００℃を超える高温で成長基板上に形成され得る。下側グラフェン層２２８は、続いて、例えば、下側グラフェン層２２８と成長基板２４６との間に応力を誘導することによって、集積回路２００に転送され、下側グラフェン下側２２８を成長基板２４６から分離させる。下側グラフェン層２２８と下側ｈＢＮ層２２６との間の結合は、熱及び圧力の組み合わせによって強化され得る。下側グラフェン層２２８は、グラフェンの一つ又は複数の原子層を含む。
【0026】
図２Ｄを参照すると、アルミニウム層２３６及び金属キャップ層２３８を含む金属層２３０が、下側グラフェン層２２８上に形成される。アルミニウム層２３６は、例えば、少なくとも９５パーセントのアルミニウム及び数パーセントのシリコン、銅、及び／又はチタンを含み得る。この例では、金属キャップ層２３８は、銅、ニッケル、パラジウム、プラチナ、イリジウム、ロジウム、セリウム、オスミウム、モリブデン、及び／又は金などの触媒を含む。アルミニウム層２３６は、スパッタプロセスによって形成され得る。金属キャップ層２３８は、スパッタプロセス又は蒸着プロセスによって形成され得る。金属キャップ層２３８を形成する前に、金属隔離層（図示せず）がアルミニウム層２３６上に形成され得、金属キャップ層２３８へのアルミニウムの拡散を減少させ、アルミニウム層２３６への触媒の拡散を減少させることができる。金属隔離層は、例えば、チタン窒化物又は窒化タンタルを含み得る。
【0027】
エッチマスク２４８が、後に形成される第１レベルの相互接続のためのエリアを覆う金属層２３０の上に形成される。エッチマスク２４８は、フォトリソグラフィプロセスによって形成されたフォトレジストを含み得、任意選択で、底部反射防止コート（ＢＡＲＣ）又は同様のものなどの反射防止層を含み得る。あるいは、エッチマスク２４８は、シリコン窒化物及び／又は非晶質炭素などのハードマスク材料を含み得る。
【0028】
図２Ｅを参照すると、金属層２３０及び下側グラフェン層２２８、及び任意選択で下側ｈＢＮ２２６は、ハロゲンラジカル及び酸素ラジカル２５０を用いる反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）プロセスによって、エッチマスク２４８により露出されたエリアにおいて除去される。ＲＬＥプロセスは、金属キャップ層２３８、アルミニウム層２３６、下側グラフェン層２２８、及び下側ｈＢＮ層２２６におけるさまざまな材料を除去するために、ハロゲンラジカル及び酸素ラジカル２５０のタイプ及び濃度を変えることができる。ＲＩＥプロセスが終了した後、エッチマスク２４８が除去される。エッチマスク２４８内の有機材料及び非晶質炭素は、酸素プラズマプロセスによって除去され得る。エッチマスク２４８内のシリコン窒化物又はその他のハードマスク材料は、フッ素ラジカル及び酸素ラジカルを用いるプラズマプロセスにより除去され得る。
【0029】
図２Ｆを参照すると、上側グラフェン層２３２が、グラフェンＰＥＣＶＤプロセスによって金属キャップ層２３８上に選択的に形成される。グラフェンＰＥＣＶＤのプロセスでは、集積回路２００が、例えば２００℃～４００℃の温度まで加熱される。炭素反応ガスとして図２Ｆに示される炭素含有反応ガスが集積回路２００の上に流され、ＲＦ電力として図２Ｆに示される無線周波数（ＲＦ）電力が炭素含有反応ガスに印加されて、集積回路２００の上に炭素ラジカルが生成される。炭素含有反応ガスは、メタン、エタン、プロパン、及び／又はブタンなどの直鎖アルカン、エタノールなどのアルコール、及び／又は、シクロブタン又はベンゼンなどの環式炭化水素を含み得る。水素、アルゴン、及び／又は酸素などの付加的なガスが集積回路２００の上に流され得る。金属キャップ層２３８における触媒は、炭素ラジカルに触媒作用を及ぼして反応し、金属キャップ層２３８上に選択的に上側グラフェン層２３２を形成する。上側グラフェン層２３２は、グラフェンの一つ又は複数の原子層を含む。グラフェンは、金属キャップ層２３８を越えて集積回路２００上に形成されない。
【0030】
図２Ｇを参照すると、上側ｈＢＮ層２３４が、上側グラフェン層２３２上に形成され、金属層２３０及び下側グラフェン層２２８の横方向表面上にコンフォーマルに形成され、下側ｈＢＮ２２６及び／又はＰＭＤ層２１４上に延在する。上側ｈＢＮ層２３４は、この例ではホウ素窒化物ＰＥＣＶＤプロセスによって形成される。ホウ素反応ガスとして図２Ｇに示されるホウ素含有反応ガス、及び窒素反応ガスとして示される窒素含有反応ガスが、集積回路２００の上に同時に流される。ホウ素含有反応ガスは、例えば、ホウ素三塩化物又はボランを含み得る。窒素含有反応ガスは、例えば、アンモニアガスを含み得る。水素及び／又はアルゴンなどの付加的なガスが、ホウ素含有反応ガス及び窒素含有反応ガスと共に集積回路２００の上に流され得る。ＲＦ電力として示されるＲＦ電力が、ホウ素含有反応ガス及び窒素含有反応ガスに印加されて、集積回路２００の上方にホウ素ラジカル及び窒素ラジカルを生成する。ホウ素ラジカル及び窒素ラジカルは、集積回路２００上で反応して、上側ｈＢＮ層２３４を形成する。上側ｈＢＮ層２３４は、１～３原子層の厚みである。下側ｈＢＮ２２６、下側グラフェン層２２８、金属層２３０、上側グラフェン層２３２、及び上側ｈＢＮ層２３４の組み合わせが、集積回路２００の第１レベルの相互接続２２４を提供する。
【0031】
図２Ｈを参照すると、第１レベルの相互接続２２４及びＰＭＤ層２１４の上に第１のＩＭＤ層２１６が形成される。第１のＩＭＤ層２１６は、シリコン窒化物のエッチストップ層の形成によって形成され得、その後、ＯＳＧ又は二酸化シリコンのメイン層の形成が続く。第１のＩＭＤ層２１６の種々の層は、別個のＰＥＣＶＤプロセスによって形成され得る。メイン層は、酸化物ＣＭＰプロセスによって平坦化され得、その後、シリコン窒化物のキャップ層の形成が続く。集積回路２００の形成は、ＩＬＤ層、付加的なＩＭＤ層、ビア、及び相互接続を形成することによって継続される。付加的な相互接続が、図２Ａ～図２Ｇを参照して説明するものと同様のプロセスによって、第１レベルの相互接続２２４の上に形成され得る。
【0032】
図３Ａ～図３Ｈは、別の一実施例に従った、形成の連続的段階を示す、下側グラフェン層及び上側グラフェン層を有するエッチングされたアルミニウム相互接続を含む集積回路の断面である。図３Ａを参照すると、集積回路３００が、半導体材料３０６を備える基板３０２を含む。ＭＯＳトランジスタ３０８として示される能動構成要素３０８が、半導体材料３０６内に形成される。フィールド酸化物３１２が、能動構成要素３０８を横方向に分離するように基板３０２内に形成され得る。集積回路３００の相互接続領域のＰＭＤ層３１４が、基板３０２及び能動構成要素３０８の上に形成される。コンタクト３２２が、能動構成要素３０８まで延在して、ＰＭＤ層３１４を介して形成される。
【0033】
下側ｈＢＮ層３２６がＰＭＤ層３１４の上に形成される。この例では、下側ｈＢＮ３２６層は、ホウ素反応ガスとして図３Ａに示されるホウ素含有反応ガスと、例えば図２Ａ及び図２Ｂを参照して説明されるような、窒素反応ガスとして示される窒素含有反応ガスとを用いるＡＬＤプロセスによって形成され得る。
【0034】
図３Ｂを参照すると、静電堆積プロセス、インクジェットプロセス、又は同様のものなどアディティブプロセス３５２を用いて、場合によってはキャリア流体と組み合わされて、グラフェンフレーク３５４をディスペンスすることによって、ｈＢＮ３２６上に下側グラフェン層３２８が形成される。アディティブプロセス３５２は、後に形成される第１レベルの相互接続のためのエリアにおいて下側グラフェン層３２８を形成し得、集積回路３００の製造を簡素化する。下側グラフェン層３２８は、グラフェンの一つ又は複数の原子層を含む。ｈＢＮはグラフェンに非常に密に合致する格子間隔及び原子パターンを有するので、シート抵抗などの電気的特性の所望の値を有する、下側グラフェン層３２８内のグラフェンの連続的な層を生成するために、グラフェンフレークは下側ｈＢＮ３２６の格子と整合し得る。
【0035】
図３Ｃを参照すると、アルミニウム層３３６及び任意選択の金属キャップ層３３８を含む金属層３３０が、下側グラフェン層３２８上に形成される。この例では、金属キャップ層３３８は、反射防止層を提供するためのチタン窒化物と、アルミニウムを含有するための拡散障壁とを含み得る。アルミニウム層３３６は、スパッタプロセスによって形成され得る。金属キャップ層３３８は、スパッタプロセス又はＡＬＤプロセスによって形成され得る。
【0036】
図３Ｄを参照すると、上側グラフェン層３３２が金属層３３０上に形成される。上側グラフェン層３３２は、図３Ｄに示すように、成長基板３４６からトランスファプロセスによって形成され得る。上側グラフェン層３３２は、グラフェンの一つ又は複数の原子層を含む。上側グラフェン層３３２を形成する他の方法も、この例の範囲内にある。
【0037】
図３Ｅを参照すると、上側ｈＢＮ層３３４が上側グラフェン層３３２上に形成される。上側ｈＢＮ層３３４は１～３原子層の厚みである。上側ｈＢＮ層３３４は、図３Ｅにおいてホウ素反応ガスとして示されるホウ素含有反応ガス、及び窒素反応ガスとして示される窒素含有反応ガス、及び一つ又は複数の他のガスを用いるＰＥＣＶＤプロセスによって形成され得る。ホウ素含有反応ガスは、ホウ素三塩化物及び／又はボランを含み得る。窒素含有反応ガスは、アンモニアガスを含み得る。他のガスには、アルゴン、水素、及び／又は酸素が含まれ得る。ＲＦ電力と示されるＲＦ電力が、ホウ素含有反応ガス、窒素含有反応ガス、及び他のガスに印加されて、ホウ素ラジカル及び窒素ラジカルを形成する。ホウ素ラジカル及び窒素ラジカルは反応して上側ｈＢＮ層３３４を形成する。上側ｈＢＮ層３３４を形成する他のプロセスも、この例の範囲内にある。
【0038】
図３Ｆを参照すると、任意選択の保護層３５６が上側ｈＢＮ層３３４の上に形成され得る。保護層３５６は、例えば、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）を用いるＰＥＣＶＤプロセスによって形成される１０ナノメートル～５０ナノメートルの二酸化シリコンを含み得る。続いて、エッチマスク３４８が、上側ｈＢＮ層３３４の上、及び存在する場合は保護層３５６の上に形成される。エッチマスク３４８は、後に形成される第１レベルの相互接続のためのエリアを覆う。エッチマスク３４８は、図２Ｄを参照して説明したものと同様のプロセスによって形成され得る。この例では、エッチマスク３４８は、下側グラフェン層３２８と整合される。この例では、保護層３５６の目的は、エッチマスク３４８を後の除去の間、上側ｈＢＮ層３３４を保護することである。
【0039】
図３Ｇを参照すると、保護層３５６、存在する場合、上側ｈＢＮ層３３４、上側グラフェン層３３２、金属層３３０、下側グラフェン層３２８、及び任意選択で下側ｈＢＮ層３２６が、ハロゲンラジカル及び酸素ラジカル３５０を用いるＲＬＥプロセスによって、エッチマスク３４８により露出されたエリアにおいて除去される。ハロゲンラジカル及び酸素ラジカル３５０のタイプ及び濃度は、所望のエッチングプロファイルを有する変化する材料を除去するために必要に応じて変化させることができる。
【0040】
図３Ｈを参照すると、図３Ｇを参照して説明されるＲＩＥプロセスが完了した後、エッチマスク３４８が、例えば酸素ラジカル３５８を用いる酸素プラズマプロセスによって除去される。存在する場合、保護層３５６は、エッチマスク３４８の除去の間、酸素ラジカル３５８によるダメージから上側ｈＢＮ層３３４を保護する。
【0041】
下側ｈＢＮ層３２６、下側グラフェン層３２８、金属層３３０、上側グラフェン層３３２、及び上側ｈＢＮ層３３４の組み合わせが、集積回路３００の第１レベルの相互接続３２４を提供する。集積回路３００の形成は、第１レベル相互接続３２４間に第１のＩＭＤ層を形成することによって継続される。集積回路３００の形成は、ＩＬＤ層、付加的なＩＭＤ層、ビア、及び付加的な相互接続を後に形成することによって更に継続される。
【0042】
図４は、一実施例に従った、下側グラフェン層及び上側グラフェン層を有するダマシン銅相互接続を含む例示の集積回路の断面である。集積回路４００は、基板４０２と、基板４０２の上に配置される相互接続領域４０４とを含む。基板４０２は半導体材料４０６を含む。ドープされたウェル４１０に配置される図４に示される能動構成要素４０８が、半導体材料４０６内に配置される。能動構成要素４０８は、基板４０２内に配置されるフィールド酸化物４１２によって横方向に分離され得る。
【0043】
この例の相互接続領域４０４は、基板４０２及び能動構成要素４０８の直上に配置されるＰＭＤ層４１４と、ＰＭＤ層４１４の直上に配置される第１のＩＭＤ層４１６と、第1のＩＭＤ層４１６の直上に配置される第１のＩＬＤ相互接続領域４１８とを含む。図４には示されていないが、集積回路４００の付加的なＩＭＤ層及びＩＬＤ層が、第１のＩＬＤ層４１８の上方に延在する。コンタクト４２２が、ＰＭＤ層４１４を介して配置され、能動構成要素４０８への電気的接続を成す。ＰＭＤ層４１４及びコンタクト４２２は、図１を参照して説明されるものに類似する構造を有し得る。
【0044】
第1のＩＭＤ層４１６は、シリコン窒化物のエッチストップ層、低ｋ誘電体材料のメイン層、及び、シリコン窒化物、シリコンカーバイド、又はシリコンナイトライドカーバイドのキャップ層を含む、一つ又は複数のサブ層を含み得る。第１レベルの相互接続４２４は、第１のＩＭＤ層４１６内の相互接続トレンチに配置される。第１レベルの相互接続４２４は、コンタクト４２２の頂部への電気的接続を成す。この例では、第１レベルの相互接続４２４は、ＰＭＤ層４１４上に配置され、第１のＩＭＤ層４１６の頂部表面まで相互接続トレンチの側壁を上方に延在する下側ｈＢＮ層４２６と、下側ｈＢＮ層４２６上に直接配置され、第１レベルの相互接続４２４の側部を上方に延在する下側グラフェン層４２８と、下側グラフェン層４２８上に直接配置される金属層４３０と、金属層４３０上に直接配置される上側グラフェン層４３２と、上側グラフェン層４３２上に直接配置され、第１レベルの相互接続４２４に近接する第１のＩＭＤ層４１６の上に延在する上側ｈＢＮ上側４３４とを含む。この例の金属層４３０は、下側グラフェン層４２８上に配置され、第１レベルの相互接続４２４の側部を上方に延在するダマシンライナー４３８を含む。ダマシンライナー４３８は、窒化タンタル又はそれに類するもののような銅拡散障壁を含む。この例の金属層４３０は、ダマシンライナー４３８上に配置されるダマシン銅層４３６を更に含む。上側グラフェン層４３２は、ダマシン銅層４３６上に直接的に配置される。下側ｈＢＮ層４２６及び上側ｈＢＮ層４３４は、各々、１～３原子層の厚みである。下側グラフェン層４２８及び上側グラフェン層４３２は、各々、例えば１～１０層のグラフェンなどの一つ又は複数の原子層を含む。ＰＭＤ層４１４の誘電性材料は、下側グラフェン層４２８とは反対の、下側ｈＢＮ層４２６に接する。
【0045】
第１のＩＬＤ層４１８は、図１を参照して説明するものに類似する構造を有し得る。第１のＩＬＤ層４１８の誘電性材料は、上側グラフェン層４３２とは反対の、上側ｈＢＮ層４３４に接する。
【0046】
図５Ａ～図５Ｇは、一実施例に従った形成の連続的段階を示す、下側グラフェン層及び上側グラフェン層を有するエッチングされたアルミニウム相互接続を含む集積回路の断面である。図５Ａを参照すると、集積回路５００が、半導体材料５０６を有する基板５０２を含む。ＭＯＳトランジスタ５０８として示される能動構成要素５０８が、半導体材料５０６内に形成される。フィールド酸化物５１２が、能動構成要素５０８を横方向に分離するように基板５０２に形成され得る。基板５０２及び能動構成要素５０８の上にＰＭＤ層５１４が形成される。コンタクト５２２がＰＭＤ層５１４を介して形成され、能動構成要素５０８への電気的接続を成す。
【0047】
第１のＩＭＤ層５１６が、ＰＭＤ層５１４及びコンタクト５２２の上に形成される。第１のＩＭＤ層５１６は、例えば一連のＰＥＣＶＤプロセスによって形成され得る。相互接続トレンチ５６０が、第１のＩＭＤ層５１６を介して形成されて、コンタクト５２２の頂部を露出させる。相互接続トレンチ５６０は、エッチマスクを用いるＲＩＥプロセスにより形成され得る。
【0048】
下側ｈＢＮ層５２６が第１のＩＭＤ層５１６の上に形成され、相互接続トレンチ５６０内へ、及び、相互接続トレンチ５６０の底部でＰＭＤ層５１４上に延在する。下側ｈＢＮ層５２６は、ＡＬＤプロセス、ＰＥＣＶＤプロセス、又は別の方法によって形成され得る。下側ｈＢＮ層５２６は、１～３原子層の厚みである。
【0049】
図５Ｂを参照すると、下側グラフェン層５２８が下側ｈＢＮ層上に形成される。下側グラフェン層５２８は、相互接続トレンチ５６０内に延在し、相互接続トレンチ５６０の底部で下側ｈＢＮ層５２６に沿って継続的である。下側グラフェン層５２８は、例えば、ＰＥＣＶＤプロセス又はアディティブプロセスによって形成され得、これは、相互接続トレンチ５６０のトポグラフィに起因して利点となり得る。
【0050】
図５Ｃを参照すると、ダマシンライナー５３８が下側グラフェン層５２８上に形成される。ダマシンライナー５３８は、例えば、窒化タンタルを含み得る。ダマシンライナー５３８は、相互接続トレンチ５６０における継続的な被覆を提供するために、ＡＬＤプロセスによって形成され得る。
【0051】
図５Ｄを参照すると、ダマシン銅層５３６がダマシンライナー５３８上に形成され、相互接続トレンチ５６０を充填する。ダマシン銅層５３６は、例えば、図５Ｄには示されていない銅のシード層をスパッタプロセスによってダマシンライナー５３８上に直接形成し、続いて電気めっきプロセスによってシード層上にダマシン銅層５３６の残部を形成することによって形成され得る。電気めっきプロセスは、電気めっき槽への添加剤であるブライトナー（brightener）、抑制剤、及びレベラー（leveler）の組み合わせを用いて、相互接続トレンチ５６０をダマシン銅層５３６で充填する一方で、相互接続トレンチ５６０に近接する第１のＩＭＤ層５１６の上の電気めっきされた銅の厚みを最小限にし得る。
【0052】
図５Ｅを参照すると、ダマシン銅層５３６、ダマシンライナー５３８、下側グラフェン層５２８、及び下側ｈＢＮ層５２６は、銅ＣＭＰパッド５６２によって図５Ｅにおいて概略的に示される銅ＣＭＰプロセスによって第１のＩＭＤ層５１６の上から除去される。ダマシン銅層５３６、ダマシンライナー５３８、下側グラフェン層５２８、及び下側ｈＢＮ層５２６は、相互接続トレンチ５６０において適所に残される。
【0053】
図５Ｆを参照すると、上側グラフェン層５３２がダマシン銅層５３６上に形成される。上側グラフェン層５３２は、グラフェンの一つ又は複数の原子層を含み、相互接続トレンチ５６０に近接する第１のＩＭＤ層５１６上には延在しない。上側グラフェン層５３２は、図２Ｆを参照して説明されるＰＥＣＶＤプロセスに類似する様式で、例えば、ダマシン銅層５３６がグラフェンの形成を選択的に触媒するＰＥＣＶＤプロセスによって形成され得る。あるいは、上側グラフェン層５３２は、例えば図３Ｂを参照して説明されるようなアディティブプロセスによって形成され得る。上側グラフェン層５３２を形成する他の方法も、この例の範囲内にある。
【0054】
図５Ｇを参照すると、上側グラフェン層５３２を含む集積回路５００の現存する頂部表面上に上側ｈＢＮ層５３４が形成される。上側ｈＢＮ層５３４は、ＡＬＤプロセス、ＰＥＣＶＤプロセス、又はその他の方法によって形成され得る。下側ｈＢＮ層５２６、下側グラフェン層５２８、ダマシンライナー５３８、ダマシン銅層５３６、上側グラフェン層５３２、及び上側ｈＢＮ層５３４は、集積回路５００の第１レベルの相互接続５２４を提供する。集積回路５００の形成は、上側ｈＢＮ層５３４上の、図５Ｇには示されていない第１のＩＬＤ層の形成で継続する。第１のＩＬＤ層の誘電性材料は、上側ｈＢＮ層５３４に接する。
【0055】
図６は、一実施例に従った、各々が下側グラフェン層及び上側グラフェン層を有する、複数のセグメントを含む金属相互接続を含むリッツワイヤを含む例示の集積回路の断面である。集積回路６００は、基板６０２と、基板６０２の上に配置される相互接続領域６０４とを含む。基板６０２は、例えば図１を参照して説明されるような半導体材料及び能動構成要素を含む。相互接続領域６０４は、例えば図１を参照して説明されるような誘電体層のスタックをなどの誘電性材料６６４を含む。この例では、集積回路６００は、直列接続された相互接続セグメント６２４の複数のストランドを含むリッツワイヤ６６６を含む。この例では、各相互接続層６２４は、金属層６３０、金属層６３０の底部表面上の下側グラフェン層６２８、金属層６３０とは反対の下側グラフェン層６２８上の下側ｈＢＮ層６２６、金属層６３０の頂部表面上の上側グラフェン層６３２、及び金属層６３０とは反対の上側グラフェン層６３２上の上側グラフェン層６３２を有する。誘電性材料６６４は、下側グラフェン層６２８とは反対の下側ｈＢＮ層６２６に接し、上側グラフェン層６３２とは反対の上側ｈＢＮ層６３４に接する。この例の他のバージョンにおいて、相互接続セグメント６２４の幾つかは、上側グラフェン層６３２なしで、下側グラフェン層６２８及び下側ｈＢＮ層６２６を有し得る。この例の他のバージョンにおいて、相互接続セグメント６２４の幾つかは、下側グラフェン層６２８なしで、上側グラフェン層６３２及び上側ｈＢＮ層６３４を有し得る。リッツワイヤ６６６の相互接続セグメント６２４は、複数の相互接続レベルに配置され、この例では、リッツワイヤ６６６は、相互接続セグメント６２４の３つの相互接続レベルを含む。相互接続セグメント６２４自体の配置をより明確に示すために、各ストランドにおける順次の相互接続セグメント６２４間の接続は図６に示されていない。各ストランドは、そのストランド内の相互接続セグメント６２４の一部が、リッツワイヤ６６６の周囲に位置するように構成される。各ストランドにおける順次の相互接続セグメント６２４は、例えば、ビア及びその他の相互接続によって接続され得る。各ストランドは、各相互接続レベルにおける相互接続セグメント６２４の一部を含む。リッツワイヤ６６６は、同様の名目断面積を有するモノリシック導体と比較して、有利にも、相互接続セグメント６２４間の表皮効果の分布に起因して高周波数で一層低いインピーダンスを示し得る。各ストランドは、誘電性材料６６４によって他のストランドから分離され、「近接作用」と呼ばれることもある、誘導された局所電流を有利に低減する。
【0056】
図７はベルナルグラフェンの斜視図である。本願において記載される実施例におけるグラフェンの層は、ベルナルグラフェンを含み得る。図７において第１の原子層と示されるグラフェンの第１の原子層が、図７において炭素原子と示される炭素原子を六角形構成で含む。図７において第２の原子層と示されるグラフェンの第２の原子層も、六角形構成の炭素原子を含む。第１の原子層内の炭素原子の半分は、第２の原子層内の炭素原子の直上に位置する。グラフェンの付加的な層が、すぐ下にあるグラフェン層に対して同様の整合を有する。グラフェンヘテロ層のグラフェン層にベルナルグラフェンを含めることは、他の構成を有するグラフェンの層と比較して、グラフェンヘテロ層の導電性を有利に改善し得る。
【0057】
本発明の特許請求の範囲内で、説明した例示の実施例に改変が成され得、他の実施例が可能である。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図2F】
【図2G】
【図2H】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図3F】
【図3G】
【図3H】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図5E】
【図5F】
【図5G】
【図6】
【図7】