电浆增强化学气相沉积方法、半导体结构及其制造方法与流程

1.本公开涉及电浆增强化学气相沉积方法、半导体结构的制造方法以及半导体结构。


背景技术：

2.半导体集成电路(integrated circuit,ic)行业经历了快速的增长。集成电路的材料和设计方面的技术进步已经产生了几代集成电路。每一代的产品都有比上一代的产品更小、更复杂的电路。
3.在集成电路发展的过程中，功能密度(即，每个晶片区域的互连装置的数量)通常已经增加，而几何尺寸(即，可以使用制程创建的最小元件(或线宽))减少了。这种按比例缩小的过程通常可透过提高生产效率和降低相关成本来提供收益。
4.然而，这些进步增加了处理和制造集成电路的复杂性。由于特征尺寸持续地减小，因此制造过程继续变得更加难以执行。因此，以越来越小的尺寸形成可靠的半导体装置将是一个挑战。


技术实现要素：

5.依据本公开的部分实施例，提供一种电浆增强化学气相沉积方法，包含：将晶片装载到配备有射频系统的处理室中，其中晶片上具有磁性层；将芳香烃前驱物引入处理室中；以及开启射频系统的射频源，以大于约1000赫兹的频率将芳香烃前驱物分解成多个活性自由基，以在磁性层上形成石墨烯层。
6.依据本公开的部分实施例，提供一种半导体结构的制造方法，包含：形成晶体管于基材上；形成源极/漏极接触于晶体管的源极/漏极结构上；形成介电质层于源极/漏极接触上；蚀刻介电质层以形成暴露源极/漏极接触的开口；沉积磁性层于介电质层的开口中；沉积第一石墨烯层于磁性层上；沉积填充金属以过度地填充介电质层的开口的其余部分，其中磁性层具有比填充金属更大的磁导系数；以及执行化学机械平坦化制程于填充金属上，直到暴露介电质层。
7.依据本公开的部分实施例，提供一种半导体结构，包含：半导体基材、栅极结构、源极/漏极结构、接触、介电质层和金属线。栅极结构在半导体基材上。源极/漏极结构与栅极结构相邻。接触在源极/漏极结构上。介电质层跨越接触和栅极结构。金属线延伸穿过介电质层至接触，金属线包含在接触上的衬垫，在衬垫上的磁性层，在磁性层上的石墨烯层，以及在石墨烯层上的填充金属，磁性层具有比填充金属更大的磁导系数。
附图说明
8.当结合附图阅读时，根据以下详细描述可以最好地理解本公开的各方面。应理解，根据行业中的标准实践，各种特征未按比例绘制。实际上，为了清楚起见，可以任意地增加或减小各种特征的尺寸。
9.图1是根据本公开的部分实施例的用于形成半导体装置的方法的流程图；
10.图2至图9绘示根据本公开的部分实施例的在形成石墨烯层的各个阶段中的方法；
11.图10a是根据本公开的部分实施例的沉积系统的示意图；
12.图10b绘示根据本公开的部分实施例的与沉积系统的功能有关的机制；
13.图11a绘示实验结果，其绘示射频源的不同操作持续时间对磁性层的温度的影响；
14.图11b绘示图11a的局部放大图；
15.图12a至图12c绘示在具有不同的射频源操作持续时间的磁性层上形成的石墨烯的拉曼光谱的实验结果；
16.图13绘示射频源的不同操作持续时间对在磁性层上形成的石墨烯的d band与g band的比例(d/g比例)的影响的实验结果；
17.图14绘示绘示射频源的不同操作持续时间对电性能的影响的实验结果；
18.图15至图32绘示根据本公开的部分实施例的形成半导体装置的各个阶段的方法；
19.图33绘示根据本公开的部分实施例的半导体装置；
20.图34和图35绘示示意性穿透式电子显微镜图像，其绘示在不同的沉积持续时间中形成的不同的石墨烯生长实验的结果。
21.【符号说明】
22.10a：沉积系统
23.12：阀门
24.14：阀门
25.22：阀门
26.24：阀门
27.100：处理室
28.110：线圈
29.170：导电材料
30.200：气体输送系统
31.202：来源
32.204：来源
33.206：来源
34.212：质量流量控制器
35.214：质量流量控制器
36.216：质量流量控制器
37.300：射频系统
38.302：射频源
39.304：匹配盒
40.306：控制器
41.308：隔离器
42.310：远距控制模块
43.400：残余气体分析系统
44.402：残余气体分析器
45.404：主泵
46.406：真空泵
47.500：泵送系统
48.502：压力计
49.504：前级阱
50.506：真空泵
51.600a：栅极结构
52.600b：栅极结构
53.600n：n型井区域
54.600p：p型井区域
55.602：栅极电介质
56.604：栅极
57.605：隔离结构
58.610：基材
59.612：栅极间隔物
60.620n：源极/漏极结构
61.620p：源极/漏极结构
62.625：覆盖层
63.630：接触蚀刻停止层
64.640：层间介电质层
65.650：源极/漏极接触
66.652：衬垫
67.654：栓塞
68.700：蚀刻停止层
69.705：金属间介电质层
70.710：衬垫
71.715：磁性层
72.720：石墨烯层
73.730：填充金属
74.740：石墨烯层
75.800：蚀刻停止层
76.802：金属间介电质层
77.804：蚀刻停止层
78.806：金属间介电质层
79.810：衬垫
80.815：磁性层
81.820：石墨烯层
82.830：填充金属
83.840：石墨烯层
84.900：蚀刻停止层
85.902：金属间介电质层
86.904：蚀刻停止层
87.906：金属间介电质层
88.910：衬垫
89.915：磁性层
90.920：石墨烯层
91.930：填充金属
92.940：石墨烯层
93.950：导电层
94.c1：第一清洁制程
95.c2：第二清洁制程
96.c3：第三清洁制程
97.c4：第四清洁制程
98.g1：气体输送管线
99.g2：气体输送管线
100.g12：气体输送管线
101.g14：气体输送管线
102.gl：石墨烯层
103.gl2：石墨烯层
104.gl3：石墨烯层
105.m：方法
106.m1：金属－1
107.m2：金属－2
108.m3：金属－3
109.mf：磁场
110.ml1：磁性层
111.ml2：磁性层
112.ml3：磁性层
113.mox：金属氧化物层
114.o1：开口
115.o2：开口
116.o3：开口
117.s101：方框
118.s102：方框
119.s103：方框
120.s104：方框
121.s105：方框
122.s106：方框
123.s107：方框
124.s108：方框
125.tr2：沟槽
126.tr3：沟槽
127.v4：阀门
128.v5：阀门
129.v12：阀门
130.v14：阀门
131.v16：阀门
132.v22：阀门
133.v24：阀门
134.v26：阀门
135.w1：基材
136.w2：基材
具体实施方式
137.以下公开提供了用于实现本公开的不同特征的许多不同的实施例或示例。以下描述元件和配置的特定示例以简化本公开。当然，这些仅是示例，并不旨在进行限制。例如，在下面的描述中，在第二特征之上或上方形成第一特征可以包括第一特征和第二特征以直接接触形成的实施例，并且还可以包括在第一特征和第二特征之间形成附加的特征，使得第一特征和第二特征可以不直接接触的实施例。另外，本公开可以在各个示例中重复参考数字和/或文字。此重复是出于简单和清楚的目的，并且其本身并不指示所讨论的不同的实施例和/或配置之间的关系。
138.更甚者，空间相对的词汇(例如，“低于”、“下方”、“之下”、“上方”、“之上”等相关词汇)于此用以简单描述如图所示的元件或特征与另一元件或特征的关系。在使用或操作时，除了图中所绘示的转向之外，这些空间相对的词汇涵盖装置的不同转向。再者，这些装置可旋转(旋转90度或其他角度)，且在此使用的空间相对的描述语可作对应的解读。
139.如本文所用，“大约”、“大概”、“近似”或“实质上”通常可以指给定值或范围的百分之二十以内、百分之十以内或百分之五以内。在此给出的数值是近似的，意味着如果没有明确地说明，则可以推断出术语“大约”、“大概”、“近似”或“实质上”。
140.除非另有定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属领域具通常知识者通常所理解的含义相同。还将理解的是，诸如在常用字典中定义的术语应被解释为具有与它们在相关领域和本公开的上下文中的含义一致的含义，并且将不以理想化的方式或过于正式的意义进行解释，除非在此明确地定义。
141.为了提高集成电路结构的多层互连(multi-layer interconnect,mli)的导电性，可以透过使用化学气相沉积(chemical vapor deposition,cvd)方法在多层互连中的金属线/通孔上形成石墨烯层。然而，透过使用化学气相沉积方法在金属线/通孔上形成石墨烯层可能需要较长的沉积时间，因为化学气相沉积方法中的加热速率太慢而不能在短时间内达到石墨烯生长的目标温度。
142.因此，本公开在不同的实施例中提供了一种透过使用具有射频源的沉积系统在磁性层上形成石墨烯层的方法。此方法的益处在于可实现缩短形成石墨烯层的沉积时间，以提高石墨烯层的生产效率、品质和片电阻(sheet resistance)。更详细地，可以透过本公开的沉积系统的射频源在几秒钟内将磁性层加热到用于石墨烯生长的目标温度，这反过来将缩短在磁性层上沉积石墨烯层的持续时间。
143.现在参考图1，其绘示根据部分实施例的用于制造半导体装置的示例性方法m的流程图。方法m包括整个制造过程的相关部分。应当理解，可以在图1所示的操作之前、之中和之后提供附加的操作，并且可以代替或消除以下描述的一些操作以作为此方法的附加实施例。操作/过程的顺序可以互换。方法m包括半导体装置的制造。然而，半导体装置的制造仅是用于描述根据本公开的部分实施例的制造过程的示例。
144.图2至图9绘示根据本公开的部分实施例的形成石墨烯层的各个阶段的方法m。方法m开始于方框s101。参照图2，在方框s101的部分实施例中，在基材上形成磁性层，然后对磁性层执行第一清洁制程。在图2中绘示基材w1。在部分实施例中，基材w1可以包括半导体基材(例如，体半导体(bulk semiconductor)、绝缘体上半导体(semiconductor-on-insulator,soi)基材等)。绝缘体上半导体基材包括形成在绝缘体层上的半导体材料层。绝缘体层可以是例如埋入氧化物(buried oxide,box)层、氧化硅层等。绝缘体层设置在基材、硅或玻璃基材上。亦可以使用其他基材(例如，多层或梯度基材)。在部分实施例中，基材w1的半导体材料可以包括硅；锗；化合物半导体(包括，碳化硅、砷化镓、磷化镓、磷化铟、砷化铟和/或锑化铟)；合金半导体(包括，硅锗(sige)、磷化镓砷(gaasp)、砷化铝铟(alinas)、砷化铝镓(algaas)、砷化镓铟(gainas)、磷化镓铟(gainp)和/或磷砷化镓铟(gainasp))；或其组合。在部分实施例中，基材w1可以是未掺杂或掺杂的(例如，p型、n型或其组合)。可以将诸如锗、石英、蓝宝石和玻璃之类的其他材料替代地作为基材w1。
145.如图2所示，将磁性层ml1沉积在基材w1上。在部分实施例中，磁性层ml1可以是磁性箔或磁性膜。在部分实施例中，磁性层ml1可以由高磁导系数(permeability coefficient)材料制成，以便在如图8所示的石墨烯层的沉积过程期间增强其上的感应涡流(eddy current)。换句话说，磁性层ml1可以由具有比周围的层更高的磁导系数的材料制成。作为示例但不限制本公开，磁性层ml1可具有大于约5
×
10-5
亨利/米(h/m)的磁导系数。如本文所用，术语“磁导率”是指当磁性材料受到施加的磁场时所发生的磁化强度的增加。在部分实施例中，磁性层ml1可以由高磁滞系数(hysteresis coefficient)材料制成，以便在如图8所示的石墨烯层gl的沉积制程期间增强其上的感应涡流。换句话说，磁性层ml1可以由具有比周围的层更高的磁滞系数的材料制成。作为示例但不限制本公开，磁性层ml1可具有大于约300安培/米(a/m)的磁滞系数。在部分实施例中，磁性层ml1可以由低电导率材料制成。换句话说，磁性层ml1可以由具有比周围的层低的传导系数(conductivity coefficient)的材料制成。作为示例但不限制本公开，磁性层ml1可具有低于约1
×
107(1/欧姆
×
米)(s/m)的传导系数。
146.在部分实施例中，磁性层ml1可以由磁性材料(例如，铁(fe)、钴(co)、镍(ni)、合适的合金、合适的材料或其组合)制成。作为示例但不限制本公开，磁性材料可以由钴铂(copt)、钴钯(copd)、铁铂(fept)或铁钯(fepd)制成。在部分实施例中，磁性层ml1中的磁性材料具有大于或等于大约10％(例如，大约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或
90％)的原子百分比。在部分实施例中，磁性材料均匀地分散在磁性层ml1中。即，磁性层ml1中的任何位置实质上具有相同原子百分比的磁性材料。在部分实施例中，磁性材料上部中的磁性材料比磁性层ml1下部具有更高的原子百分比。在部分实施例中，整个磁性层ml1由相同的磁性材料制成。
147.在部分实施例中，磁性层ml1可以包括多种磁性材料。作为示例但不限制本公开，多种磁性材料可包括铁(fe)、钴(co)、镍(ni)、适当的合金或其他合适的材料(例如，钴铁钽(cofeta)、镍铁(nife)、钴铁(cofe)、镍钴(nico))。作为示例但不限制本公开，磁性层ml1可以包括原子百分比在大约70％至大约90％范围内的镍，以及原子百分比在大约10％至大约30％范围内的铁。作为示例但不限制本公开，磁性层ml1可以包括原子百分比在大约30％至大约50％范围内的镍，原子百分比在大约10％至大约30％范围内的锌，以及原子百分比在约10％至约30％范围内的铜，加上原子百分比在约0.5％至约10％范围内的氧化铁(例如，fe2o4)。作为示例但不限制本公开，磁性层ml1可以包括原子百分比在大约70％至大约90％的范围内的钇，以及原子百分比在大约10％至大约30％的范围内的铋，加上原子百分比在约0.5％至约10％的范围内的氧化铁(例如，fe5o
12
)。作为示例但不限制本公开，磁性层ml1可以包括原子百分比在大约85％至大约95％的范围内的钴，原子百分比在大约2.5％至大约7.5％的范围内的锆，以及原子百分比在约2.5％至约7.5％的范围内的钽。
148.在部分实施例中，磁性层ml1可以由磁性材料的氮化物或硅化物(例如，铁(fe)、钴(co)、镍(ni)、其合适的合金、合适的材料或其组合的氮化物或硅化物)制成。在部分实施例中，磁性层ml1可以由铁磁材料制成。作为示例但不限制本公开，磁性层ml1可以包括稀土金属和过渡金属的合金(rare earth metal and a transition metal,re-tm alloy)(例如，铽铁钴(tbfeco)、铽钴(tbco)、稀土金属－钴钯(re-copd)、稀土金属－钴铂(re-copt)、合适的材料或它们的组合)。在部分实施例中，磁性层ml1可以由其中具有掺杂剂(例如，硼(b))的磁性材料制成。作为示例但不限制本公开，磁性层ml1可以由钴铁硼(cofeb)制成。
149.在部分实施例中，可以使用合适的制程(例如，物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积、溅镀、电镀等)将磁性层ml1沉积在基材w1上。在部分实施例中，磁性层ml1具有在大约10纳米(nm)至大约100纳米的范围内的厚度。在部分实施例中，因为磁性层ml1暴露于空气中，所以由于氧化可以在磁性层ml1上方形成金属氧化物层mox。金属氧化物层mox是磁性层ml1的氧化物。例如，如果磁性层ml1由钴(co)制成，则金属氧化物层mox可以是氧化钴(coo)。
150.如图2所示，执行第一清洁制程c1以清洁基材w1的表面。更详细地，第一清洁制程c1用于去除金属氧化物层mox上的一些污染物。在部分实施例中，第一清洁制程c1的清洁溶剂是有机溶剂。作为非限制性实例，有机溶剂可具有极性官能团(例如，-oh、-cooh、-co-、-o-、-coor、-cn-、-so-)。在不同的实施例中，有机溶剂可包括丙二醇甲醚(pgme)、丙二醇乙醚(pgee)、γ-丁内酯(gbl)、与环己酮(chn)、el、甲醇(methanol,)、乙醇(ethano)、丙醇(propanol)、正丁醇(n-butanol)、丙酮(acetone)、二甲基甲酰胺(dmf)、乙腈(acetonitrile)、异丙醇(ipa)、四氢呋喃(thf)、乙酸(acetic acid)或其组合。
151.再次参考图1，方法m然后进行到方框s102，执行第二清洁制程以去除磁性层上的金属氧化物层。参考图3，在方框s102的部分实施例中，执行第二清洁制程c2以从磁性层ml1去除金属氧化物层mox。在第二清洁制程c2之后，磁性层ml1的顶表面被暴露。在部分实施例
中，第二清洁制程c2的清洁溶剂可以是矿酸(例如，无机酸)(例如，氢氟酸(hf)、盐酸(hcl)、硝酸(hno3)、硫酸(h2so4)等)。在用5％的硝酸清洁磁性层ml1的部分实施例中，第二清洁制程c2的持续时间在约2秒至约4秒的范围内(例如，在部分实施例中为约3秒)。如果第二清洁制程c2的持续时间太短，则可能无法充分地去除金属氧化物层mox。如果第二清洁制程c2的持续时间太长，则第二清洁制程c2的清洁溶剂可能会对磁性层ml1产生不期望的蚀刻。
152.继续参考图1，方法m然后前进到方框s103，执行第三清洁制程以从磁性层去除第二清洁制程的残留物。参考图4，在方框s103的部分实施例中，执行第三清洁制程c3以去除第二清洁制程c2的清洁溶剂的残留物。在部分实施例中，第三清洁制程c3可以使用去离子水(deionized water)去除第二清洁制程c2的清洁溶剂(例如，矿酸)。
153.再次参考图1，方法m然后进行到方框s104，将基材移入沉积系统的处理室中。参照图10a和图10b更详细地描述，其绘示本公开的部分实施例中示例性沉积系统10a的示意图。如图10a和图10b所示，沉积系统10a包括处理室100、气体输送系统200、射频系统300、残余气体分析系统400和泵送系统500。在部分实施例中，气体输送系统200透过气体输送管线g1连接至处理室100，残余气体分析系统400和泵送系统500透过气体输送管线g2与处理室100相连。射频系统300透过缠绕在处理室100外部的线圈110耦合到处理室100。
154.如图10a和图10b的部分实施例所示，处理室100是横向地延伸的细长管。作为示例但不限制本公开，处理室100可以是石英管。在部分实施例中，气体输送管线g1和g2与处理室100流体地连通，其中气体输送管线g1和g2与处理室100的相对侧流体地连通。线圈110从处理室100的顶部到底部缠绕在处理室100周围。处理室100可以容纳晶片w2(亦可称为基材)。例如，晶片w2可以包括半导体基材(例如，体半导体、绝缘体上半导体基材等)。绝缘体上半导体基材包括形成在绝缘体层上的半导体材料层。绝缘体层可以是例如埋入氧化物层、氧化硅层等。绝缘体层设置在基材、硅或玻璃基材上。亦可以使用其他基材(例如，多层或梯度基材)。在部分实施例中，晶片w2的半导体材料可以包括硅；锗；化合物半导体(包括，碳化硅、砷化镓、磷化镓、磷化铟、砷化铟和/或锑化铟)；合金半导体(包括，硅锗(sige)、磷化镓砷(gaasp)、砷化铝铟(alinas)、砷化铝镓(algaas)、砷化镓铟(gainas)、磷化镓铟(gainp)和/或磷砷化镓铟(gainasp))；或其组合。在部分实施例中，基材w2可以是未掺杂或掺杂的(例如，p型、n型或其组合)。可以将诸如锗、石英、蓝宝石和玻璃之类的其他材料替代地作为基材w2。磁性层ml2可沉积在基材w2上。在部分实施例中，磁性层ml2可以作为用于生长石墨烯层的催化层，这将在下面讨论。在部分实施例中，图10a所示的磁性层ml2可以与图2所示的磁性层ml1实质上相同或相当。可参考前述段落中提供的详细描述，并且在此不重复其描述。可以使用适当的制程(例如，物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积、溅镀、电镀等)将磁性层ml2沉积在基材w2上。
155.在部分实施例中，感应线圈110透过传输线(例如，波导(wave guide)或同轴电缆(co-axial cable))连接到射频系统300。线圈110可以由铜(cu)或其他合适的导电材料制成。在部分实施例中，线圈110具有多匝圆柱形构造，并且在操作频率下可以具有大约四分之一波长(《λ/4)的电长度(electrical length)。例如，线圈110位于处理室100的外部，以将射频磁场mf耦合到处理室100中。这些感应的射频磁场mf使至少一部分的处理气体电离，从而在处理室100中形成电浆。
156.现在将描述气体输送系统200。在部分实施例中，气体输送系统200包括多个来源
202、204和206。在图10a所示的示例中，绘示三个来源，而在部分其他实施例中可以应用更多或更少的来源。气体输送系统200包括多个质量流量控制器(mass flow controller)212、214、216，其中，质量流量控制器212、214、216分别经由阀门v12、v14、v16连接至来源202、204和206。此外，质量流量控制器212、214、216分别经由阀门v22、v24、v26连接至气体输送管线g1。
157.在部分实施例中，来源202是液体源，因此来源202可包括液体槽。例如，来源202的液体可以是液体芳香烃(例如，苯(c6h6)或甲苯(c7h8))。在部分实施例中，液体芳香烃(例如，苯或甲苯)的碳元素作为沉积下文讨论的石墨烯层的来源。
158.另一方面，来源204和206是气体源，因此来源204和206可以包括气瓶。来源204和206的气体可以是诸如氢气(h2)、氩气(ar)、氮气(n2)、氯气(cl2)或其他合适的气体。
159.现在将描述射频系统300。射频系统300包括射频源302、匹配盒304、控制器306、隔离器308和远距控制模块310。在部分实施例中，射频能量透过感应线圈110供应到处理室100，其中感应线圈110由射频源302和匹配盒304供电。
160.匹配盒304的输入耦合到射频源302，其中射频源302提供用于产生电浆的射频功率。匹配盒304用于将线圈110的阻抗与射频源302的阻抗匹配，以便将最大功率传递到处理室100中的电浆。在部分实施例中，匹配盒304包括匹配网络、相位和振幅检测器(phase and magnitude detector,pmd)以及使用相位和振幅检测器提供的信息自动调整匹配网络的控制器。
161.控制器306可以控制射频源302的操作。控制器306可以包括诸如计算机(此计算机包括中央处理单元(central processing unit,cpu)、记忆体和支持电路(support circuit)。控制器306在储存在记忆体中的计算机程序的控制下或透过其他计算机程序(例如，储存在可移除式记忆体中的程序)的控制下进行操作。此计算机程序规定了诸如时间、气体的混合、射频功率水平和特定制程的其他参数。
162.远距控制模块310电耦合在控制器306和射频源302之间。在部分实施例中，远距控制模块310使控制器306能够远距操作射频源302。
163.隔离器308电耦合至射频源302、远距控制模块310和控制器306。通常，隔离器308用于将射频源302与远距控制模块310隔离。隔离器308用于保护来自射频源302的高功率射频能量。如果射频源302直接连接到负载(例如，线圈110)，并且负载与射频源302的匹配度不高，则到达负载的一些功率将被反射回远距控制模块310，然后反射回控制器306，这可能会破坏控制器306。控制器306和射频源302之间的隔离器308将吸收大部分反射的射频能量，从而保护控制器306不会被破坏。
164.现在将描述残余气体分析系统400。残余气体分析系统400包括残余气体分析器(residue gas analyzer,rga)402、主泵404和辅助真空泵406。残余气体分析器402经由阀门v4连接到气体输送管线g2。在部分实施例中，残余气体分析器402是有效地测量在低压环境中存在的气体的化学组成的光谱仪。例如，残余气体分析器402可以电离气体的单独成分以产生各种离子，然后检测并决定质荷比(mass-to-charge ratio)。此过程在真空中效果较好，由于低压，在真空中较易监控品质并且而较易检测到杂质和不一致性。
165.主泵404连接到残余气体分析器402，而辅助真空泵406连接到主泵404。在部分实施例中，泵404和406串联连接，以提高残余气体分析器402的泵送速率。辅助真空泵406用于
将压力从一种压力状态(通常为大气压)降低到较低的压力状态，此后，主泵404用于将处理室抽真空至处理所需的高真空程度。在部分实施例中，主泵404可以是涡轮泵、低温泵、离子泵、扩散泵等。辅助真空泵406可以是旋转叶片泵、涡旋泵等。从辅助真空泵排出的气体可以经由气体导管被排放到工厂的气体处理系统(未绘示出)中。
166.现在将描述泵送系统500。在部分实施例中，泵送系统500包括压力计502、前级阱(foreline trap)504和真空泵506。前级阱504经由阀门v5连接到气体输送管线g2。从处理室100排出的其余气体混合物(包括反应产物或副产物)，透过真空泵506从处理室100排出。在部分实施例中，前级阱504可以是颗粒收集器或颗粒过滤器，其位于排气源(例如，处理室100)的下游。在部分实施例中，前级阱504位于尽可能靠近处理室100处，以便使收集在处理室100内的粉末和其他颗粒物的量最大化，并使沉积在气体输送管线g2的其他区域内的量最小化。在部分其他实施例中，前级阱504可以是冷却阱(cooling trap)，其透过在流过前级阱504时从处理气体中去除可冷凝材料来回收处理气体。
167.参考图5，在方框s104的部分实施例中，在第三清洁制程c3之后，将基材w1装载到沉积系统的处理室100中。在部分实施例中，图5中的沉积系统10a的气体输送系统200仅包括两个来源202和204。例如，来源202是液体源，因此来源202可以包括液体槽。来源202的液体可以诸如是液体芳香烃(例如，苯(c6h6)或甲苯(c7h8))。在部分实施例中，液体芳香烃(例如，苯或甲苯)的碳元素用于沉积下文讨论的石墨烯层的来源。另一方面，来源204是气体源，因此来源204可以包括气瓶。在部分实施例中，来源204的气体可以是氢气(h2)。在部分实施例中，气体输送管线g12将来源202连接到气体输送管线g1(或处理室100)，并且气体输送管线g14将来源204连接到气体输送管线g1(或处理室100)。
168.返回参考图1，然后方法m前进到方框s105，对沉积系统的处理室中的磁性层执行第四清洁制程。参考图6，在方框s105的部分实施例中，执行第四清洁制程c4以清洁基材w1。透过例如开启气体输送系统200的阀门v14和v24来执行第四清洁制程c4，使得来源204内部的气体可以流过质量流量控制器214，然后流入气体输送管线g14和g1。例如，氢气(h2)透过气体输送管线g14和g1从来源204流入处理室100。在部分实施例中，控制质量流量控制器214，使得氢气(h2)的流速在约1sccm(standard cubic centimeter per minute)(标准状态立方公分每分钟)至约5sccm的范围内。
169.同时，射频系统300的射频源302以约150瓦(w)至约200瓦的范围内的射频功率开启，使得流入处理室100的氢气(h2)变为氢气电浆(h
2 plasma)。氢气电浆可以蚀刻并清洁基材w1上方的磁性层ml1。电浆可以去除基材w1上不需要的金属氧化物。例如，h

coo
→
co h2o，在其中发生还原－氧化过程，使得氧化钴(coo)变成钴(co)。在部分实施例中，第四清洁制程c4的持续时间在大约20秒到大约40秒的范围内(例如，在部分实施例中，大约30秒)。如果第四清洁制程c4的持续时间太短，则可能无法充分地清洁磁性层ml1。如果第四清洁制程c4的持续时间过长，则第四清洁制程c4的氢气电浆可能会导致对磁性层ml1不必要的耗损。另一方面，第四清洁制程c4也可以激活磁性层ml1的表面。氢气电浆去除了磁性层ml1上不需要的金属氧化物，以确保磁性层ml1的表面是纯金属(例如，钴(co))，使得金属可以在随后的石墨烯沉积制程中充当催化剂。
170.应理解，在图6的步骤中，气体输送系统200的阀门v22被关闭，使得在清洗基材w1期间，只有来源204中的气体(例如，氢气(h2))被供应到处理室100中。即，在第四清洁制程
c4期间，处理室100中没有芳香烃。另一方面，在第四清洁制程c4期间，泵送系统500被开启，以便泵出处理室100中的气体(例如，氢气(h2))。更详细地，处理室100中的气体(例如，氢气(h2))透过气体输送管线g2被泵送到泵送系统500。在部分实施例中，在图8的第四清洁制程c4期间，处理室100的气体环境实质上是纯氢气(h2)环境。
171.再次参考图1，方法m然后进行到方框s106，在此将芳香烃前驱物供应到沉积系统的处理室中。在清洁图6的磁性层ml1之后，关闭气体输送系统200的阀门v24，以停止将来源204中的气体(例如，氢气(h2))供应至处理室100。同时，关闭射频系统300。即，在此步骤中，射频系统300的射频功率为零值或可以忽略不计。另一方面，泵送系统500可以泵出(去除)处理室100中的剩余气体(例如，氢气(h2))，从而在处理室100中建立真空环境。
172.参考图7，在方框s106的部分实施例中，可以将芳香烃前驱物提供到处理室100中并在磁性层ml1上。随后，开启气体输送系统200的阀门v12和v22。如上所述，来源202是液体源。液体源可以是液体芳香烃(例如，苯(c6h6)或甲苯(c7h8))。在部分实施例中，芳香烃(例如，苯或甲苯)作为沉积图8中讨论的石墨烯层的前驱物。尽管来源202是液体芳香烃源，但是液体芳香烃可能容易挥发。因此，随着阀门v12的开启，来源202中的液体芳香烃可能会挥发并从液相转变成气相，并且芳香烃气体(例如，苯气或甲苯气)可流过质量流量控制器212，然后流入气体输送管线g12和g1。例如，芳香烃气体透过气体输送管线g12和g1从来源202流入处理室100。在部分实施例中，控制质量流量控制器212，使得芳香烃气体的流速在约0.5sccm至约1sccm的范围内。如果流速太低(例如，远低于约0.5sccm)，则芳香烃气体的浓度可能太低而不能提供足够的碳。如果流速太高(例如，远高于约1sccm)，则碳浓度可能太高并且可能影响石墨烯层的品质。在部分实施例中，在不使用载体气体(carrier gas)(例如，氩气(ar)或氢气(h2))的情况下将芳香烃气体供应到处理室100中。即，在此步骤中，处理室100的气体环境实质上是纯的芳香烃气体环境，这将有助于图8中的石墨烯层的形成。
173.在部分实施例中，当用于沉积石墨烯层的前驱物是甲烷(ch4)、乙炔(c2h2)或乙烯(c2h4)时，形成石墨烯层将花费更长的时间，因为每个分子提供较少的碳原子。然而，由于用于沉积石墨烯层的前驱物是芳香烃前驱物，因此与甲烷(ch4)、乙炔(c2h2)或乙烯(c2h4)的分子相比，芳香烃(例如，苯(c6h6)或甲苯(c7h8))的分子可提供更多的碳原子。因此，在本公开的部分实施例中，当使用芳香烃前驱物时，可以提高石墨烯层的沉积速率，这进而可以提高石墨烯层的生产效率。
174.应理解，在图8的步骤中，气体输送系统200的阀门v24已被关闭，使得仅来源202中的芳香烃被供应到处理室100中。在部分实施例中，在图8中，在沉积过程中将芳香烃气体作为前驱物，因此在以下描述中芳香烃气体可以互换地称为芳香烃前驱物。
175.再次参考图1，方法m然后进行到方框s107，其中开启装配到处理室的射频系统的射频功率，以便在磁性层上沉积石墨烯层。参考图8，在方框s107的部分实施例中，开启射频系统300的射频源302，以便在处理室100中产生芳香烃的电浆。芳香烃前驱物被分解(或电离)成几个活性自由基物质，这些物质构成了磁性层ml1上方的电浆。例如，电浆的活性自由基物质可以包括芳香族自由基(aromatic radical)。本文所用的“芳香族自由基”是指包括至少一个共振键环(例如，苯环)的自由基。
176.接下来，活性自由基可以在磁性层ml1的表面上沉积，并且可以在磁性层ml1的表
面上扩散。在部分实施例中，一些自由基将聚集在一起并且彼此靠近。这种机制被称为自由基的“表面扩散”(surface diffusion)。可以进行脱氢反应(dehydrogenation reaction)和环化反应(cyclization reaction)，然后活性自由基和/或环的共价键合在磁性层ml1上形成石墨烯层gl。本公开使用的“脱氢”是指涉及从有机分子中除去氢的化学反应。本公开使用的“环化”是指将自由基结合并转化为“苯”环的过程。通常，射频系统300的射频源302被开启以将芳香烃前驱物分解成活性自由基，然后这些活性自由基被环化成石墨烯层。
177.再次参考图8，如上所述，在射频系统300的射频源302开启之前，处理室100已经充满了芳香烃前驱物(参见图7)。因此，一旦射频系统300的射频源302被开启，就可以立即产生芳香烃的电浆，并且发生石墨烯层gl的沉积。即，射频系统300可用来触发本公开讨论的石墨烯沉积。例如，芳香烃前驱物被分解成几个活性自由基。随后，进行脱氢反应和环化反应，从而在磁性层ml1上形成石墨烯层gl。
178.在部分实施例中，芳香烃前驱物的流速在约0.5sccm至约1sccm的范围内。在部分实施例中，处理压力在约1
×
10-2
托至约2
×
10-2
托的范围内。在部分实施例中，射频系统300的射频源302的射频功率在从大约250瓦到大约400瓦的范围内。如果射频功率太低(例如，远低于约250瓦)，则芳香烃可能无法充分地被分解。如果射频功率太高(例如，远高于约400瓦)，则电浆可能太强而会引起对磁性层ml1的不期望的蚀刻。
179.如图8所示，还对磁性层ml1进行了高频感应加热过程，这可以加快石墨烯层gl的沉积速率。更详细地，磁性层ml1可以由射频系统300透过缠绕在其上的线圈110加热，以加速石墨烯层gl在磁性层ml1上的沉积速率。射频源302可以将高频交流电提供给线圈110。可以以射频(例如，大于1000赫兹的频率)将交流电供应给线圈110。作为示例但不限制本公开，交流电可以处于大于300千赫兹的频率中。高频交流电的时间变化在线圈110处产生如图10b所示的时变磁场(time-varying magnetic field,mf)。因此，磁性层ml1位于由线圈110产生的时变磁场mf内。
180.接下来，可以透过将具有高频电流的线圈110放置在磁性层ml1附近而产生感应涡流，在几秒钟或更短的时间内将磁性层ml1加热到预定的温度。换句话说，透过控制射频源302，可以在几秒钟或更短的时间内实现期望的加热温度。作为示例但不限制本公开，透过使用上述的方法和沉积系统，当温度大于约200℃至约400℃时，可以开始形成石墨烯层gl，因此可以在不使用射频系统300以外的加热器的情况下在磁性层ml1上生长石墨烯层gl。换句话说，沉积系统10a除了射频系统300之外没有加热器。因此，透过使用此方法加热磁性层ml1可以是主动的和可控制的，从而加快了石墨烯层gl在磁性层ml1上的沉积速率。
181.作为示例而非限制本公开，可以在射频源302的操作中将磁性层ml1加热至约800℃少于约30秒，这进而允许加速在其上形成的石墨烯层gl的沉积速率，从而减少了石墨烯层gl的沉积时间的持续时间。即，石墨烯层gl的沉积时间的持续时间可以透过线圈110由射频源302的操作持续时间来决定，因为射频源302的操作可以激活脱氢反应和环化反应，并且然后将芳香烃的活性自由基和/或环共价键合以形成石墨烯层gl。在部分实施例中，将石墨烯层gl的沉积时间定义为开启射频系统300的射频源302与关闭射频系统300的射频源302之间的持续时间。在部分实施例中，在射频源302的操作期间，石墨烯层gl在磁性层ml1上的沉积时间的持续时间可小于约30秒。在部分实施例中，在射频源302的操作期间，石墨烯层gl在磁性层ml1上的沉积时间的持续时间可小于或等于约12秒(例如，约3、4、5、6、7、8、
9、10、11或12秒)。例如，在射频源302的操作中沉积石墨烯层gl，可将磁性层ml1加热至约200℃约7秒，加热至约250℃约12秒，加热至约350℃约18秒，或者加热至约650℃约32秒。在部分实施例中，石墨烯层gl在磁性层ml1上的沉积时间的持续时间短于执行第四清洁制程c4的时间。因此，可以实现石墨烯层gl的短沉积时间，以提高石墨烯层的生产效率。
182.在部分实施例中，磁性层ml1具有比非磁性材料更好的表面效果，并且因此具有更快的加热速率，这反过来可加快在其上形成的石墨烯层gl的沉积速率，从而最终缩短了石墨烯层gl的沉积时间的持续时间。在部分实施例中，具有较高磁导系数的磁性层ml1比具有较低磁导系数的磁性层有更好的表面效果，因此有更快的加热速率。这进而允许加快在其上形成的石墨烯层gl的沉积速率，从而最终导致降低石墨烯层gl的沉积时间的持续时间。在部分实施例中，具有较大磁滞系数的磁性层ml1比具有较低磁滞系数的磁性层有更好的表面效果，因此有更快的加热速率。这进而允许加快在其上形成的石墨烯层gl的沉积速率，从而最终导致降低石墨烯层gl的沉积时间的持续时间并提高石墨烯层的生产效率。
183.此外，可以透过射频源302决定沉积系统10a的处理室100内的环境温度。更详细地，射频系统300的射频源302可以透过线圈110产生芳香烃电浆，这可能会升高处理室100中的环境温度。作为示例但不限制本公开，在射频源302的操作期间，处理室100内部的环境温度可升高至约200℃至约300℃。同时，可以将基材w1上的磁性层ml1加热到大约800℃，以加快在其上形成的石墨烯层gl的沉积速率。即，在射频源302的操作期间，处理室100内部的环境温度低于磁性层ml1的温度。在基材w1上形成半导体装置(例如，晶体管)的部分实施例中，具有约200℃至约300℃的环境温度的处理室100不会破坏半导体装置，从而提高了装置的生产效率。如果处理室100的环境温度高于大约400℃，则可能会破坏在基材w1上形成的一些装置。
184.图11a绘示实验结果，其绘示射频源的不同操作持续时间对磁性层的温度的影响。图11b绘示图11a的局部放大图。参照图11a和图11b，制备在基材上包括磁性层(例如，钴(co)箔)的样品，并且在射频源操作的预定持续时间下测量磁性层的温度。例如，磁性层可以透过缠绕在样品周围的线圈由射频系统加热。射频源可以向线圈供应高频交流电。可以以射频(例如，大于1000赫兹的频率)将交流电提供给线圈。作为示例但不限制本公开，交流电可以处于大于300千赫兹的频率中。在图11a和图11b所示的示例中，射频源以约0、7、12、20、30、250和600秒的预定持续时间操作。
185.如图11a和图11b所示，在开启射频系统的射频源之前(即，预定时间为大约0秒)，磁性层的温度为大约室温(例如，在部分实施例中为大约25℃)。一旦开启射频系统的射频源，便会对磁性层执行高频感应加热过程，从而可以在几秒钟内加热磁性层。如图11a和图11b的实施例所示，可以在大约7秒内将磁性层加热到大约200℃，在大约12秒内加热到大约250℃，并且在大约30秒内加热到大约800℃，这将允许加速形成在其上的石墨烯层的沉积速率，从而减少了石墨烯层的沉积时间。因此，透过控制射频源，可以在几秒钟内达到所需的加热温度。透过使用上述的方法和沉积系统，当温度大于约200℃至约400℃时，石墨烯层可以开始形成，因此无需使用除射频系统以外的加热器，便可在磁性层上生长石墨烯层。
186.拉曼光谱法(raman spectroscopy)是用于石墨烯层gl的表征技术。碳基材料(例如，石墨烯)可能具有三个强烈的拉曼特征，包括缺陷峰(d band)，与sp2碳的平面内振动相关的峰(g band)和堆叠顺序(2d band)。对于单层石墨烯，g band的拉曼位移位于约1580公
分-1，d band的拉曼位移位于约1350公分-1，而2d band的拉曼位移位于约2700公分-1
。拉曼光谱的g band频率的相对强度(a.u.)可以作为许多特征的量度，其提供有关样品纯度、几何形状以及材料的金属或半导体性质的信息。碳基材料的拉曼光谱的另一个突出的特征是d band。d band对许多碳基材料所特有的碳层中的差异敏感，并且d band的强度可提供有关特定材料的电子特性的信息。因为碳晶格可以包含被sp2混成(hybridize)的芳香族碳，并且可能实质上更具导电性，所以选择具有较少数量的非芳香族sp3混成的碳位点或碳晶格中的“缺陷”的石墨烯层gl是有益的。例如，拉曼光谱中d band中较高的强度可能表示特定样品具有较高的缺陷浓度，并且其可能不像具有相对较低的d band强度的样品那样导电。
187.在部分实施例中，d band与g band的比(d/g比)也可以作为样品纯度的量度，并且在相对纯净的样品中，可以用于表征存在石墨烯层gl上的缺陷，其中较低的d/g比可能表明样品中含有较高浓度的sp2碳，在石墨烯层gl上具有更完整的碳晶格和较高的一般导电率和/或导热率。
188.在部分实施例中，透过使用上述方法和沉积系统，当沉积时间超过约3秒时，透过拉曼光谱法测量在磁性层ml1上形成的石墨烯层gl的d/g比可以小于约1。在部分实施例中，透过使用上述方法和沉积系统，当沉积时间长于约10纳米时，透过拉曼光谱法测量在磁性层ml1上形成的石墨烯层gl的d/g比可小于约0.3。在部分实施例中，透过使用上述方法和沉积系统，当沉积时间长于约12秒时，透过拉曼光谱法测量在磁性层ml1上形成的石墨烯层gl的d/g比可以小于约0.1。因此，透过使用上述方法和沉积系统，可以实现石墨烯层gl的短沉积时间(例如，在部分实施例中为约3至30秒，例如，约3、5、10、20或30秒)以降低d/g比，这又降低了缺陷密度(例如，在部分实施例中d/g比小于约0.5，例如，约0.1、0.2、0.3、0.4或0.5)并改善了石墨烯层gl的品质和均匀性。
189.图12a至图12c绘示在具有不同的射频源的操作持续时间的磁性层上形成的石墨烯的拉曼光谱的实验结果。参照图12a至图12c，制备包括在磁性层(例如，钴(co)箔)上由前驱物(例如，苯(c6h6))形成的石墨烯层的样品，并且在预定的射频源的操作时间的持续时间之后测量石墨烯层的拉曼位移的强度。可以以射频(例如，大于1000赫兹的频率)将射频源提供给样本。作为示例但不限制本公开，交流电可以处于大于300千赫兹的频率中。对于在图12a至12c中所示的样品，g band具有位于约1580公分-1处的拉曼位移，d band具有位于约1350公分-1
处的拉曼位移，并且2d band具有位于约2700公分-1
处的拉曼位移。在图12a所示的示例中，射频源以约3、5、10、20和30秒的预定时间段操作。在图12b所示的示例中，射频源以约7秒的预定持续时间操作。在图12c所示的示例中，射频源以约12秒的预定持续时间操作。图13绘示实验结果，其绘示射频源的不同操作持续时间对形成在图12a至图12c的磁性层上的石墨烯的d band与g band之比(d/g比)的影响。
190.如图12a、图12b、图12c和图13所示，当持续时间为大约3秒时，透过拉曼光谱法测量在磁性层上形成的石墨烯层的d/g比为大约1；当持续时间约为10秒时，透过拉曼光谱法测量在磁性层上的石墨烯层的d/g比约为0.3；并且当持续时间大约为20秒时，透过拉曼光谱法测量在磁性层上形成的石墨烯层的d/g比为大约小于0.1。因此，如图13的实验结果所示，透过使用上述方法和沉积系统，可以实现石墨烯层的短沉积时间以降低d/g比，从而可以降低缺陷密度并改善石墨烯层的品质。
191.在部分实施例中，石墨烯层gl可以沉积在取决于射频线圈110和处理室100的尺寸的大面积上。例如，在部分实施例中，磁性层ml1的面积可以是在约1
×
2公分2至约12
×
2公分2的范围内，实验结果表明，石墨烯层gl具有面积为约8
×
2公分2至约10
×
2公分2(例如，约9
×
2公分2)的均匀区域。
192.在整个磁性层ml1被石墨烯层gl覆盖之后和/或在石墨烯层gl生长到期望的厚度之后，可以关闭射频系统300的射频源302，以便停止沉积石墨烯层gl。作为示例但不限制本公开，在部分实施例中，形成在磁性层ml1上的石墨烯层gl的沉积时间可以小于约30秒，并且石墨烯层gl的厚度可以在大约0.7纳米至大约7纳米的范围内，层的数量范围为大约2至大约20，并且片电阻(sheet resistance)低于约100欧姆/平方(ω/sq)。图34和图35绘示示意性穿透式电子显微镜图像，其绘示在不同的沉积持续时间中形成的不同的石墨烯生长实验结果。在图34中，当形成在磁性层ml2上的石墨烯层gl2的沉积时间为大约12秒时，石墨烯层gl2可以在大约17层中具有大约5.74纳米的厚度。在图35中，当形成在磁性层ml3上的石墨烯层gl3的沉积时间为大约7秒时，石墨烯层gl3可以在大约4层中具有大约1.8纳米的厚度。在图35所示的例子中，磁性层可以在约7秒内加热到约200℃。在图34所示的示例中，可以在约12秒内将磁性层加热至约250℃。因此，透过使用上述方法和沉积系统，可以实现在磁性层ml1上形成的石墨烯层gl的短沉积时间，以提高石墨烯层的生产效率、品质和片电阻。此外，如图34和图35所示，与在较长持续时间中形成的石墨烯层gl2相比，在较短持续时间中形成的石墨烯层gl3可以具有更高的厚度不均匀性，这意味着随着沉积时间的增加，石墨烯的厚度均匀性会增加。
193.图14绘示射频源的不同操作持续时间对电性能的影响的实验结果。在图14中，制备了包括由前驱物(例如，苯(c6h6))形成的石墨烯层和磁性层(例如，钴(co)箔)的样品，并且在射频源操作的持续预定时间之后测量片电阻(ω/sq)。可以以射频(例如，大于1000赫兹的频率)将射频源提供给样本。作为示例但不限制本公开，交流电可以处于大于300千赫兹的频率中。在图14所示的示例中，射频源以约3、5、10、12、15、30、60和120秒的预定持续时间操作。如图14所示，当持续时间为约3秒时，形成在磁性层上的石墨烯层的片电阻(ω/sq)可以小于约500(例如，约480)；当持续时间为约5秒时，形成在磁性层上的石墨烯层的片电阻(ω/sq)可小于约200(例如，约190)；并且当持续时间约为12秒时，形成在磁性层上的石墨烯层的片电阻(ω/sq)约为100。因此，如图14的实验结果所示，透过使用上述方法和沉积系统，可以实现石墨烯层的短沉积时间以在几秒钟内改善石墨烯层的片电阻。
194.应理解，本公开在不使用载体气体(例如，氩气(ar)或氢气(h2))的情况下将芳香烃前驱物供应到处理室100中。这将改善沉积的石墨烯层gl的品质，因为由射频系统300提供的射频功率可能会将载体气体转变成电浆(例如，氩气(ar)电浆或氢气(h2)电浆)，而此电浆可能会在沉积过程中蚀刻石墨烯层gl。
195.再次参考图1，方法m然后进行到方框s108，其将基材从沉积系统的处理室中移出。参考图9，在方框s108的部分实施例中，在射频系统300的射频源302(参见图8)被关闭之后，从处理室100中将基材w1移出(参见图9)。在部分实施例中，在从处理室100移出基材w1之前，可以关闭气体输送系统200的阀门v22，以便停止将芳香烃前驱物提供到处理室100中。
196.参考图15至图32。图15至图32绘示根据本公开的部分实施例的形成半导体装置的各个阶段的方法。
benzocyclobutenes,bcb)或聚酰亚胺(polyimide)。可以使用诸如化学气相沉积、原子层沉积、旋涂式玻璃(spin-on-glass,sog)或其他合适的技术来形成层间介电质层640。
203.源极/漏极接触650设置在层间介电质层640中并且接触源极/漏极结构620n和620p。在部分实施例中，每个源极/漏极接触650包括衬垫652和栓塞(plug)654。衬垫652在栓塞654和下面的源极/漏极结构620a或620b之间。在部分实施例中，衬垫652有助于栓塞654的沉积，并且有助于减少栓塞654的材料穿过栅极间隔物612的扩散。在部分实施例中，衬垫652包括钛(ti)、氮化钛(tin)、钽(ta)、氮化钽(tan)或其他合适的材料。栓塞654包括导电材料(例如，钨(w)、铜(cu)、铝(al)、钌(ru)、钴(co)、钼(mo)、镍(ni)或其他合适的导电材料)。
204.蚀刻停止层(etch stop layer)700设置在层间介电质层640和源极/漏极接触650上方。金属间介电质(inter-metal dielectric,imd)层705设置在蚀刻停止层700上方。蚀刻停止层700的材料和形成方法类似于接触蚀刻停止层630的材料和形成方法。此外，金属间介电质层705的材料和形成方法类似于层间介电质层640的材料和形成方法。
205.参考图16。对蚀刻停止层700和金属间介电质层705进行图案化以形成开口o1。随后，在开口o1中形成衬垫710和磁性层715。在部分实施例中，衬垫710包括钛(ti)、氮化钛(tin)、钽(ta)、氮化钽(tan)或另一种合适的材料。在部分实施例中，磁性层715可以由与衬垫710相比更高的磁导系数材料制成。磁性层715可以由与衬垫710相比更高的磁滞系数材料制成。磁性层715可以由与衬垫710相比较低的导电性材料制成。在部分实施例中，磁性层715的厚度可以比衬垫710更大。
206.在部分实施例中，磁性层715可以由磁性材料(例如，铁(fe)、钴(co)、镍(ni)、合适的合金，合适的材料或其组合)制成。作为示例但不限制本公开，磁性材料可以由钴铂(copt)、钴钯(copd)、铁铂(fept)或铁钯(fepd)制成。在部分实施例中，磁性层715中的磁性材料具有大于或等于约10％(例如，约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％)的原子百分比。在部分实施例中，磁性材料均匀地分散在磁性层715中。也就是说，磁性层715中的任何位置实质上具有相同原子百分比的磁性材料。在部分实施例中，磁性材料上部中磁性材料的原子百分比大于磁性层715下部中磁性材料的原子百分比。在部分实施例中，整个磁性层715由相同的磁性材料制成。
207.在部分实施例中，磁性层715可以包括多种磁性材料。作为示例但不限制本公开，多种磁性材料可包括铁(fe)、钴(co)、镍(ni)、适当的合金或其他合适的材料(例如，钴铁钽(cofeta)、镍铁(nife)、钴铁(cofe)、镍钴(nico))。作为示例但不限制本公开，磁性层715可以包括原子百分比在大约70％至大约90％范围内的镍和原子百分比在大约10％至大约30％范围内的铁。作为示例但不限制本公开，磁性层715可以包括原子百分比在约30％至约50％的范围内的镍，原子百分比在约10％至约30％的范围内的锌，以及原子百分比在约10％至约30％范围内的铜，加上原子百分比在约0.5％至约10％范围内的氧化铁(例如，fe2o4)。作为示例但不限制本公开，磁性层715可以包括原子百分比在大约70％至大约90％的范围内的钇，以及原子百分比在大约10％至大约30％的范围内的铋，加上原子百分比在约0.5％至约10％范围内的氧化铁(例如，fe5o
12
)。作为示例但不限制本公开，磁性层715可以包括原子百分比在约85％至约95％范围内的钴，原子百分比在约2.5％至约7.5％范围内的锆，以及原子百分比在约2.5％至约7.5％范围内的钽。
208.在部分实施例中，磁性层715可以由磁性材料的氮化物或硅化物(例如，铁(fe)、钴(co)、镍(ni)、其合适的合金、合适的材料或其组合的氮化物或硅化物)制成。在部分实施例中，磁性层715可以由铁磁材料制成。作为示例但不限制本公开，磁性层715可以包括稀土金属和过渡金属的合金(an arroy of a rare earth metal and a transition metal,re-tm alloy)(例如，铽铁钴(tbfeco)、铽钴(tbco)、稀土金属－钴钯(re-copd)、稀土金属－钴铂(re-copt)、合适的材料或它们的组合)。在部分实施例中，磁性层715可以由其中具有掺杂剂(例如，硼(b))的磁性材料制成。作为示例但不限制本公开，磁性层715可以由钴铁硼(cofeb)制成。
209.参考图17。在磁性层715上沉积石墨烯层720。在部分实施例中，可以透过使用图1至图10b中描述的方法和沉积系统来形成石墨烯层720，因此在下文中将不再重复相关的细节。例如，磁性层715类似于图2至图9的磁性层ml1，而石墨烯层720类似于图2至图9的石墨烯层gl。在部分实施例中，石墨烯层720的厚度在从大约1纳米到大约3纳米的范围内。关于图8的沉积过程，石墨烯层720的沉积时间可以在从大约3秒到大约15秒的范围内(例如，大约3、4、5、6、7、8、9，10、11、12、13、14或15秒)。在部分实施例中，石墨烯层720可以具有比磁性层715更小的厚度。
210.参考图18。填充金属730沉积在石墨烯层720上方并填充开口o1。在部分实施例中，填充金属730由高导电材料制成。在部分实施例中，填充金属730可以包括金属(例如，钨(w)、钌(ru)、铝(al)、铜(cu))或其他合适的导电材料。在部分实施例中，可以透过化学气相沉积、物理气相沉积、溅镀沉积、原子层沉积、电镀或适合于沉积导电材料的其他技术来沉积导电材料170。在部分实施例中，磁性层715可以由与填充金属730相比更高的磁导系数材料制成。磁性层715可以由与填充金属730相比更高的磁滞系数材料制成。磁性层715可以由与填充金属730相比更高的磁滞系数材料制成。磁性层715可以由与填充金属730相比更低的导电性材料制成。
211.参考图19。执行化学机械平坦化制程以去除填充金属730、石墨烯层720、磁性层715和衬垫710的过量材料，直到暴露出金属间介电质层705。在部分实施例中，在后段制程(back end of line,beol)中，剩余的填充金属730、石墨烯层720、磁性层715和衬垫710可以被称为金属－1(m1)层。
212.参考图20。在剩余的填充金属730、石墨烯层720、磁性层715和衬垫710上沉积多个石墨烯层740。更详细地，因为填充金属730被周围的磁性层715加热，所以石墨烯层720生长在填充金属730上。可以透过本公开的沉积系统的射频源在几秒钟内(例如，在部分实施例中，大约3至30秒)透过周围的磁性层715将填充金属730加热到预定的温度(例如，在部分实施例中大于约200℃至约400℃)。因此，透过使用本公开的高频感应加热制程，透过周围的磁性层715加热填充金属730可以减少石墨烯层的沉积时间的持续时间，这进而可以提高石墨烯层的生产效率、品质和制造效率以及片电阻。在部分实施例中，石墨烯层740倾向于生长在石墨烯表面和/或金属表面上而不是在介电质表面上。作为图20中的示例，石墨烯层740选择地形成在填充金属730、石墨烯层720、磁性层715和衬垫710上，而石墨烯层740没有形成在金属间介电质层705上。在部分实施例中，石墨烯层740可以透过使用图1至图10b中描述的方法和沉积系统来形成，因此在下文中将不再重复相关细节。例如，石墨烯层740类似于图2和图9的石墨烯层gl。在部分实施例中，石墨烯层740的厚度在从大约1纳米到大约3
纳米的范围内。关于图8的沉积过程，石墨烯层740的沉积时间可以在大约3秒至大约15秒的范围内(例如，大约3、4、5、6、7、8、9，10、11、12、13、14或15秒)。
213.参考图21。蚀刻停止层800、金属间介电质层802、蚀刻停止层804和金属间介电质层806依次形成在金属间介电质层705上。蚀刻停止层800和804类似于蚀刻停止层700，而金属间介电质层802和806类似于金属间介电质层705，因此为了简洁将不再重复相关细节。参考图21更详细地描述，由于下面的石墨烯层740，蚀刻停止层800具有不均匀的厚度。也就是说，石墨烯层740上的蚀刻停止层800的厚度可以比金属间介电质层705上的蚀刻停止层800的厚度更薄。在部分实施例中，蚀刻停止层800具有均匀的厚度，但是由于蚀刻停止层800在石墨烯层740上是保形的，所以金属间介电质层802具有不均匀的厚度。
214.参考图22，对蚀刻停止层800、金属间介电质层802、蚀刻停止层804和金属间介电质层806进行图案化以形成通孔开口o2。在部分实施例中，通孔开口o2与石墨烯层740对准并且暴露石墨烯层740。在部分实施例中，通孔开口o2的形成可以透过例如在金属间介电质层806之上形成图案化的光阻层，随后进行蚀刻制程以去除蚀刻停止层800、金属间介电质层802、蚀刻停止层804和金属间介电质层806的部分，然后去除光阻层。
215.参考图23，对蚀刻停止层804和金属间介电质层806进行图案化，以形成在通孔开口o2上方对准的沟槽tr2。在部分实施例中，可以透过诸如在金属间介电质层806之上形成图案化的光阻层，随后进行蚀刻制程以去除蚀刻停止层804和金属间介电质层806的一部分，然后去除光阻层来形成沟槽tr2。
216.参考图24。衬垫810、磁性层815和石墨烯层820依次地形成在金属间介电质层806上方以及在通孔开口o2和沟槽tr2中。衬垫810和磁性层815分别类似于衬垫710和磁性层715，因此，为简洁起见，将不再重复相关细节。在部分实施例中，石墨烯层820可以透过使用图1至图10b中描述的方法和沉积系统来形成，因此相关细节将不在下文中重复。例如，石墨烯层820类似于图2和图9的石墨烯层gl。在部分实施例中，石墨烯层820的厚度在从大约3纳米到大约5纳米的范围内。关于图8的沉积过程，石墨烯层820的沉积时间可以在从大约3秒到大约15秒的范围内(例如，大约3、4、5、6、7、8、9，10、11、12、13、14或15秒)。在部分实施例中，石墨烯层820可以具有比磁性层815更小的厚度。在部分实施例中，石墨烯层820比石墨烯层720更厚，并且石墨烯层820的沉积时间比石墨烯层720的沉积时间更长。在部分实施例中，磁性层815可以由与衬垫810相比更高的磁导系数材料制成。磁性层815可以由与衬垫810相比更高的磁滞系数材料制成。磁性层815可以由与衬垫810相比更低的电导性材料制成。在部分实施例中，磁性层815可以具有比衬垫810更大的厚度。
217.参考图25。填充金属830沉积在石墨烯层820上方并且填充通孔开口o2和沟槽tr2。填充金属830与填充金属730相似，因此在下文中将不再重复相关的细节。在部分实施例中，磁性层815可以由与填充金属830相比更高的磁导系数材料制成。磁性层815可以由与填充金属830相比更高的磁滞系数材料制成。磁性层815可以由与填充金属830相比更低的导电性材料制成。
218.参考图26。执行化学机械平坦化制程以去除填充金属830、石墨烯层820、磁性层815和衬垫810的过量材料，直到暴露出金属间介电质层806。在部分实施例中，在后段制程(beol)中，剩余的填充金属830、石墨烯层820、磁性层815和衬垫810可被称为金属－2(m2)层。在部分实施例中，金属－2层的线宽大于金属－1层的线宽(参见图19)，因此可以形成比
金属－1层的石墨烯层820更厚的金属－2层的石墨烯层820。
219.参考图27。多个石墨烯层840沉积在剩余的填充金属830、石墨烯层820、磁性层815和衬垫810上。在部分实施例中，石墨烯层840倾向于生长在石墨烯表面和/或金属表面上而不是在介电质表面上。例如，石墨烯层840选择性地形成在填充金属830、石墨烯层820、磁性层815和衬垫810上，而石墨烯层840不会形成在金属间介电质层806上。在部分实施例中，石墨烯层840可以透过使用图1至图10b中描述的方法和沉积系统来形成，因此在下文中将不再重复相关细节。例如，石墨烯层840类似于图2和图9的石墨烯层gl。在部分实施例中，石墨烯层840的厚度在从大约3纳米到大约5纳米的范围内。关于图8的沉积过程，石墨烯层840的沉积时间可以在从大约3秒到大约15秒的范围内(例如，大约3、4、5、6、7、8、9，10、11、12、13、14或15秒)。
220.参考图28。蚀刻停止层900、金属间介电质层902、蚀刻停止层904和金属间介电质层906依次地形成在金属间介电质层806之上。蚀刻停止层900和904与蚀刻停止层700类似，金属间介电质层902和906与金属间介电质层705相似，因此为简洁起见将不再重复相关细节。
221.参考图29。对蚀刻停止层900、金属间介电质层902、蚀刻停止层904和金属间介电质层906进行图案化以形成通孔开口o3和在通孔开口o3上方的沟槽tr3。通孔开口o3和沟槽tr3的形成分别类似于在图23和图24中描述的通孔开口o2和沟槽tr2，因此为简洁起见，将不再重复相关的细节。
222.接下来，在金属间介电质层906上方以及在通孔开口o3和沟槽tr3中依次地形成衬垫910、磁性层915和石墨烯层920。衬垫910和磁性层915分别类似于衬垫710和磁性层715，因此，为简洁起见，将不再重复相关细节。在部分实施例中，石墨烯层920可以透过使用图1至图10b中描述的方法和沉积系统来形成，因此在下文中将不再重复相关细节。在部分实施例中，石墨烯层920的厚度在约3纳米至约10纳米的范围内。关于图8的沉积过程，石墨烯层920的沉积时间可以在从大约3秒到大约20秒的范围内(例如，大约3、4、5、6、7、8、9，10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20秒)。在部分实施例中，石墨烯层920的厚度可以小于磁性层915的厚度。在部分实施例中，石墨烯层920的厚度大于石墨烯层820的厚度，并且石墨烯层920的沉积时间长于石墨烯层820的沉积时间。在部分实施例中，磁性层915可以由与衬垫910相比更高的磁导系数材料制成。磁性层915可以由与衬垫910相比更高的磁滞系数材料制成。磁性层915可以由与衬垫910相比更低的导电性材料制成。在部分实施例中，磁性层915可以具有比衬垫910更大的厚度。
223.参考图30。填充金属930沉积在石墨烯层920上方，并填充通孔开口o3和沟槽tr3。填充金属930与填充金属730相似，因此在下文中将不再重复相关的细节。在部分实施例中，磁性层915可以由与填充金属930相比更高的磁导系数材料制成。磁性层915可以由与填充金属930相比更高的磁滞系数材料制成。磁性层915可以由与填充金属930相比更低的导电性材料制成。
224.参考图31。执行化学机械平坦化制程以去除填充金属930、石墨烯层920、磁性层915和衬垫910的过量材料，直到暴露出金属间介电质层906。在部分实施例中，在后段生产(beol)制程中，剩余的填充金属930、石墨烯层920、磁性层915和衬垫910可以被称为金属－3(m3)层。在部分实施例中，金属－3层的线宽大于金属－2层的线宽(参见图26)，因此可以
形成比金属－2层的石墨烯层820更厚的金属－3层的石墨烯层920。
225.参考图32。多个石墨烯层940沉积在剩余的填充金属930、石墨烯层920、磁性层915和衬垫910上。在部分实施例中，石墨烯层940倾向于生长在石墨烯表面和/或金属表面上而不是在介电质表面上。例如，石墨烯层940选择性地形成在填充金属930、石墨烯层920、磁性层915和衬垫910上，而石墨烯层940不会形成在金属间介电质层906上。在部分实施例中，石墨烯层940可以透过使用图1至图10b中描述的方法和沉积系统来形成，因此相关细节将在下文中不再重复。在部分实施例中，石墨烯层940的厚度在从大约3纳米到大约10纳米的范围内。关于图8的沉积过程，石墨烯层940的沉积时间可以在从大约3秒到大约20秒的范围内(例如，大约3、4、5、6、7、8、9，10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20秒)。在部分实施例中，石墨烯层940比石墨烯层840厚，并且石墨烯层940的沉积时间长于石墨烯层840的沉积时间。
226.接下来，分别在石墨烯层940上方形成多个导电层950。在部分实施例中，导电层950可以是铝或其他合适的导电材料。在部分实施例中，可以透过物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积或其他合适的制程来形成导电层950。在部分实施例中，导电层950的形成可以透过例如在基材610上沉积导电材料，然后透过微影制程图案化导电材料来形成。
227.图33绘示根据本公开的一些替代实施例的处于对应于图28的阶段的另一半导体装置。图32与图33之间的差异在于省略了衬垫710、衬垫810和衬垫910。因此，形成与金属间介电质层705直接接触的磁性层715。形成与金属间介电质层802、蚀刻停止层804和金属间介电质层806直接接触并位在石墨烯层740上的磁性层815。形成与金属间介电质层902、蚀刻停止层904和金属间介电质层906直接接触并位在石墨烯层840上的磁性层915，从而可以改善半导体装置的互连的导电性。在部分实施例中，磁性层715、815和/或915用以阻止填充金属730、830和/或930的材料向金属间介电质层705、802、806、902和/或906扩散。
228.基于以上讨论，可以看出本公开提供了益处。然而，应当理解，其他实施例可以提供附加的益处，并且在本文中不必公开所有益处，并且对于所有实施例都不需要特定的益处。透过使用具有射频源的沉积系统，将本公开的石墨烯层沉积在磁性层上。其中一个益处在于，可以实现形成在磁性层上的石墨烯层gl的短沉积时间(例如，在部分实施例中为大约3秒至30秒)，以提高石墨烯层的生产效率、品质和片电阻。更详细地，当温度足够高时(例如，在部分实施例中大于约200℃至约400℃)，可以开始形成石墨烯层。透过本公开的沉积系统的射频源可以在几秒内(例如，在部分实施例中，大约3秒至30秒)将其上将形成石墨烯层的磁性层加热到预定的温度(例如，在部分实施例中，大于约200℃至约400℃)。因此，透过使用本公开的高频感应加热制程来加热磁性层可以减少石墨烯层的沉积时间的持续时间，这进而可以改善石墨烯层的生产效率、品质和片电阻。
229.在部分实施例中，电浆增强化学气相沉积方法包括将其上具有磁性层的晶片装载到配备有射频系统的处理室中，将芳香烃前驱物引入处理室中，开启射频系统的射频源，以大于约1000赫兹的频率将芳香烃前驱物分解成活性自由基，从而在磁性层上形成石墨烯层。在部分实施例中，射频源的频率大于大约300千赫兹。在部分实施例中，磁性层由钴制成。在部分实施例中，磁性层由镍制成。在部分实施例中，磁性层由铁制成。在部分实施例中，磁性层具有大于约5
×
10-5
亨利/米的磁导系数。在部分实施例中，磁性层具有大于约300安培/米的磁滞系数。在部分实施例中，以小于约60秒的持续时间来执行开启射频系统的射
频源。在部分实施例中，此方法进一步包括在装载晶片之后并且在引入芳香烃前驱物之前，在晶片上执行氢气(h2)电浆处理以清洁磁性层，其中，执行射频系统的射频源的开启的持续时间短于进行氢气(h2)电浆处理的持续时间。在部分实施例中，执行开启射频系统的射频源以使得处理室内部的环境温度小于大约300℃。在部分实施例中，执行开启射频系统的射频源以将磁性层加热到大于约400℃的温度。在部分实施例中，执行开启射频系统的射频源使得处理室内部的环境温度小于磁性层的温度。
230.在部分实施例中，一种方法包括在基材上形成晶体管；在晶体管的源极/漏极结构上形成源极/漏极接触；在源极/漏极接触上方形成介电质层；蚀刻介电质层以形成暴露源极/漏极接触的开口；在介电质层的开口中沉积磁性层；在磁性层上沉积第一石墨烯层；沉积填充金属以过度填充介电质层的开口的其余部分，其中磁性层的磁导系数比填充金属大；然后对填充金属进行化学机械平坦化制程，直到暴露出介电质层。在部分实施例中，透过使用具有开启的射频功率的芳香烃前驱物来执行第一石墨烯层的沉积。在部分实施例中，在不使用加热器的情况下，在将磁性层的温度加热至大于约400℃的同时执行第一石墨烯层的沉积。在部分实施例中，磁性层具有比填充金属更大的磁滞系数。在部分实施例中，此方法还包括在沉积磁性层之前在介电质层的开口中形成衬垫，其中磁性层具有比衬垫更大的磁导系数。在部分实施例中，此方法进一步包括使用具有开启的射频功率的芳香烃前驱物在填充金属、第一石墨烯层和磁性层之上，而不是在介电质层之上形成第二石墨烯层。在部分实施例中，磁性层具有大于约5
×
10-5
亨利/米的磁导系数。在部分实施例中，磁性层具有大于约300安培/米的磁滞系数。
231.在部分实施例中，一种结构包括半导体基材、栅极结构、源极/漏极结构、接触、介电质层和金属线。栅极结构在半导体基材上。源极/漏极结构与栅极结构相邻。接触位在源极/漏极结构上。介电质层跨越接触和栅极结构。金属线延伸穿过介电质层到接触。金属线包括位于接触上方的衬垫，位于衬垫上方的磁性层，位于磁性层上方的石墨烯层，以及位于石墨烯层上方的填充金属。磁性层具有比填充金属更大的磁导系数。在部分实施例中，磁性层具有比填充金属更大的磁滞系数。在部分实施例中，磁性层具有比衬垫更大的磁导系数。在部分实施例中，磁性层具有比石墨烯层更大的厚度。
232.前述内容概述了几个实施例的特征，使得本领域具通常知识者可以更好地理解本公开的各方面。本领域具通常知识者应当理解，他们可以容易地将本公开作为设计或修改其他过程和结构的基础，以实现与本文介绍的实施例相同的目的和/或实现相同的益处。本领域具通常知识者还应该认识到，这样的等同构造不脱离本公开的精神和范围，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，它们可以在本文中进行各种改变、替换和变更。