本發(fā)明實施例涉及一種半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)，且特別涉及一種具有內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)及其形成方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體裝置使用于各種電子應(yīng)用中，例如個人電腦、行動電話、數(shù)位相機(jī)和其他電子設(shè)備。半導(dǎo)體裝置通常通過以下方式而制造，包括在半導(dǎo)體基板上依序沉積絕緣或介電層、導(dǎo)電層及半導(dǎo)體層，使用微影工藝圖案化上述各材料層，藉以在其上形成電路組件及元件。許多集成電路通常制造于單一半導(dǎo)體晶片上，且通過沿著切割線在集成電路之間進(jìn)行切割，以將各個晶粒單一化。上述各個晶粒通常分別地封裝于，例如，多芯片模塊中或其他類型的封裝中。

在半導(dǎo)體裝置的制造中，為了增加裝置密度，半導(dǎo)體裝置的尺寸持續(xù)地縮減。因此，提供了多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)。內(nèi)連線結(jié)構(gòu)可包括一或多個導(dǎo)線及通孔層。

雖然現(xiàn)有的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)及制造內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的方法已普遍足以達(dá)成預(yù)期的目標(biāo)，然而仍無法完全滿足所有需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一實施例提供一種半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)，包括：基板，以及形成于基板上的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，其中此內(nèi)連線結(jié)構(gòu)包括：第一介電層，形成于基板上；第一石墨烯層，形成于第一介電層之中與之上，其中第一石墨烯層包括位于第一介電層之中的第一部分，以及位于第一介電層之上的第二部分；以及第一絕緣層，形成于第一石墨烯層的第一部分上。

本發(fā)明的另一實施例提供一種半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)，包括：第一基板；內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，形成于第一基板上，其中此內(nèi)連線結(jié)構(gòu)包括形成于第一介電層之中的u型第一石墨烯層；第二基板，形成于此內(nèi)連線結(jié)構(gòu)上，其中此內(nèi)連線結(jié)構(gòu)形成于第一基板與第二基板之間；以及晶體管裝置結(jié)構(gòu)，形成于第二基板上。

本發(fā)明的又一實施例提供一種半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：形成內(nèi)連線結(jié)構(gòu)于第一基板上，其中形成此內(nèi)連線結(jié)構(gòu)于第一基板上包括：形成介電層于第一基板上，其中此介電層具有多個開口；形成催化劑層于介電層之上與此等開口之中；形成石墨烯層于催化劑層上，其中催化劑層受到石墨烯層包圍；形成絕緣層于石墨烯層上；圖案化絕緣層、石墨烯層及催化劑層，其中石墨烯層形成于此等開口中，且絕緣層形成于石墨烯層之上與此等開口之中；以及移除催化劑層，以在介電層之中與之上留下一部分的石墨烯層，其中石墨烯層包括形成于介電層之中的第一部分，以及形成于介電層之上的第二部分。

附圖說明

以下將配合所附附圖詳述本發(fā)明的實施例。應(yīng)注意的是，依據(jù)在業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)做法，各種特征并未按照比例繪制且僅用以說明例示。事實上，可能任意地放大或縮小元件的尺寸，以清楚地表現(xiàn)出本發(fā)明實施例的特征。

圖1a-圖1q繪示依據(jù)本發(fā)明的一些實施例的形成一半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的各個工藝階段的剖面示意圖。

圖2a-圖2f繪示依據(jù)本發(fā)明的一些實施例的形成一半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的各個工藝階段的剖面示意圖。

圖3a-圖3f繪示依據(jù)本發(fā)明的一些實施例的形成一半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的各個工藝階段的剖面示意圖。

附圖標(biāo)記說明：

11～內(nèi)連線結(jié)構(gòu)

100a、100b、100c～半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)

102～第一基板

102a～前側(cè)

102b～背側(cè)

104～第一介電層

105～開口

106～催化劑層

107～溝槽

110～第一石墨烯層

110a～第一部分

110b～第二部分

111～通孔

112～絕緣層

114～第二介電層

116～光致抗蝕劑層

120～第二石墨烯層

120a～第一部分

120b～第二部分

122～第二絕緣層

124～第三介電層

130～第三石墨烯層

130a～第一部分

130b～第二部分

134～第四介電層

140～第一穿硅通孔

142～導(dǎo)電墊

144～導(dǎo)線

202～第二基板

202a～前側(cè)

202b～背側(cè)

204～柵極介電層

206～柵極電極層

208～柵極結(jié)構(gòu)

212～間隔物

214～源極/漏極

220～層間介電層

230～保護(hù)層

240～第二穿硅通孔

302～合并的基板

340～合并的穿硅通孔

d1、d2、d3～厚度

h1、h2～深度

w1、w2～寬度

具體實施方式

以下公開許多不同的實施方法或是例子來實行本發(fā)明的不同特征，以下描述具體的元件及其排列的實施例以闡述本發(fā)明。當(dāng)然這些實施例僅用以例示，且不該以此限定本發(fā)明的范圍。例如，在說明書中提到第一特征形成于第二特征之上，其包括第一特征與第二特征是直接接觸的實施例，另外也包括于第一特征與第二特征之間另外有其他特征的實施例，亦即，第一特征與第二特征并非直接接觸。此外，在不同實施例中可能使用重復(fù)的標(biāo)號或標(biāo)示，這些重復(fù)僅為了簡單清楚地敘述本發(fā)明實施例，不代表所討論的不同實施例及/或結(jié)構(gòu)之間有特定的關(guān)系。

本發(fā)明描述了實施例的一些變型。在各個視圖及例示性實施例中，相同的標(biāo)號用于表示相同的元件。應(yīng)可理解的是，可在所述方法之前、之間及之后提供額外的操作步驟，并且對于所述方法的其他實施例，所描述的一些操作步驟可被替換或省略。

本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)及其形成方法的一些實施例。圖1a-圖1q繪示依據(jù)本發(fā)明的一些實施例的形成一半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)100a的各個工藝階段的剖面示意圖。在一些實施例中，半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)100a應(yīng)用于晶片級封裝(waferlevelpackage,wlp)。

請參照圖1a，提供第一基板102。在一些實施例中，第一基板102為晶片。第一基板102可以由硅或其他半導(dǎo)體材料所形成。此外，第一基板102可包括其他元素半導(dǎo)體材料，例如，鍺。在一些實施例中，第一基板102由化合物半導(dǎo)體所形成，例如，碳化硅、砷化鎵、砷化銦或磷化銦。在一些實施例中，第一基板102由合金半導(dǎo)體所形成，例如，硅鍺、硅鍺碳、鎵砷磷或鎵銦磷。在一些實施例中，第一基板102包括外延層。舉例而言，第一基板102具有覆蓋塊材(bulk)半導(dǎo)體的外延層。

形成第一介電層104于第一基板102之上。第一介電層104由氧化硅(siox)、氮化硅(sixny)或氮氧化硅(sion)或其他合適的材料所形成。在一些實施例中，第一介電層104由具有介電常數(shù)低于約3.5的低介電常數(shù)(low-k)介電材料所形成。在一些實施例中，低介電常數(shù)介電材料包括碳氧化硅、含氟硅玻璃(fluorinatedsilicaglass,fsg)、碳摻雜氧化硅或上述的組合。

在一些實施例中，第一介電層104由具有介電常數(shù)低于約2.5的極低介電常數(shù)(extremelow-k,elk)介電材料所形成。在一些實施例中，極低介電常數(shù)介電材料包括碳摻雜氧化硅、非晶氟化碳、聚對二甲苯、雙苯并環(huán)丁烯(bis-benzocyclobutenes,bcb)、聚四氟乙烯或碳氧化硅高分子(sioc)。在一些實施例中，極低介電常數(shù)介電材料包括既有介電材料的多孔型態(tài)，例如，多孔氫倍半硅氧烷(silsesquioxane,hsq)、多孔甲基硅倍半氧烷(methylsilsesquioxane,msq)、多孔聚芳醚(polyarylether,pae)、多孔silk或多孔二氧化硅。在一些實施例中，通過沉積工藝(例如，等離子體增強化學(xué)氣相沉積(pecvd)工藝)，或是通過旋轉(zhuǎn)涂布工藝形成第一介電層104。

接著，依據(jù)本發(fā)明的一些實施例，圖案化第一介電層104，以在第一介電層104中形成多個開口105，如圖1b所示。開口105具有第一寬度w1。

通過圖案化第一圖案化工藝介電層104。圖案化工藝包括微影工藝及蝕刻工藝。蝕刻工藝的實例包括軟烘烤、掩模對準(zhǔn)、曝光、曝光后烘烤、顯影光致抗蝕劑、沖洗及干燥(例如，硬烘烤)。蝕刻工藝可以是干式蝕刻或濕式蝕刻工藝。

接著，依據(jù)本發(fā)明的一些實施例，形成催化劑層106于多個開口105之中及第一介電層104之上，如圖1c所示。催化劑層106由過渡金屬所形成，例如銅、鈷、鎳、鐵、鋅或上述的組合。催化劑層106可以是單層或多層。

接著，依據(jù)本發(fā)明的一些實施例，圖案化催化劑層106，以形成多個溝槽107，如圖1d所示。因此，催化劑層106包括多個部分。溝槽107具有第二寬度w2。應(yīng)注意的是，開口105的第一寬度w1大于溝槽107的第二寬度w2。第一基板102的一部分因溝槽107而暴露。

在一些實施例中，催化劑層106的厚度為約100nm到約300nm的范圍。若催化劑層106的厚度小于100nm，則可能無法形成石墨烯層(110，如圖1e所示)。若催化劑層106的厚度大于300nm，則可能無法形成溝槽107。

接著，依據(jù)本發(fā)明的一些實施例，形成第一石墨烯層110于催化劑層106之上，如圖1c所示。催化劑層106受到第一石墨烯層110的包圍。此外，第一石墨烯層110形成于溝槽107的底部部分與側(cè)壁部分上，但是溝槽107并未被第一石墨烯層110完全填滿。如此一來，形成多個通孔111，其分別位于催化劑層106的兩個相鄰部分之間。

第一石墨烯層110具有二維碳結(jié)構(gòu)。第一石墨烯層110具有致密地包裝在蜂窩狀晶體結(jié)構(gòu)中的碳原子的單原子厚的平面薄片。這些碳原子被包裝在規(guī)則的sp²鍵結(jié)的原子尺寸的六角形圖案中以形成第一石墨烯層110。

在一些實施例中，通過化學(xué)氣相沉積工藝形成第一石墨烯層110。在一些實施例中，化學(xué)氣相沉積工藝所使用的氣體包括主要氣體與載流氣體。主要氣體可包括碳?xì)浠衔?cxhy)，例如，甲烷(ch4)。載流氣體可包括氦或氬。在一些實施例中，主要氣體的流速為約0.5sccm到約50sccm的范圍。在一些實施例中，載流氣體的流速為約1sccm到約500sccm的范圍。

在一些實施例中，化學(xué)氣相沉積工藝的工藝溫度為800℃到約1200℃的范圍。若工藝溫度小于800℃，則可能無法形成第一石墨烯層110。若工藝溫度大于1200℃，則第一石墨烯層110的厚度可能會太厚。此外，若溫度過高，也可能會使第一石墨烯層110的結(jié)構(gòu)劣化。如此一來，可能會導(dǎo)致第一石墨烯層110的電阻增加。在一些實施例中，化學(xué)氣相沉積工藝的工藝時間為約10分鐘到約180分鐘的范圍。若工藝時間小于10分鐘，則可能無法形成第一石墨烯層110。若工藝時間大于180分鐘，則可能會使第一石墨烯層110的結(jié)構(gòu)劣化，并且可能會導(dǎo)致第一石墨烯層110的電阻增加。

在化學(xué)氣相沉積工藝之后，對第一石墨烯層110實施退火工藝。在一些實施例中，退火工藝的工藝溫度為800℃到約1200℃。當(dāng)退火工藝的工藝溫度為上述范圍之內(nèi)，則可使第一石墨烯層110的結(jié)構(gòu)安定化。

應(yīng)注意的是，并無任何主動元件預(yù)先形成于第一基板102之中。更具體而言，并無任何晶體管元件預(yù)先形成于第一基板102之中，因此，在形成第一石墨烯層110而實施化學(xué)氣相沉積工藝與退火工藝的期間，不會有任何第一石墨烯層晶體管元件結(jié)構(gòu)受到上述的高工藝溫度的傷害。

接著，依據(jù)本發(fā)明的一些實施例，形成絕緣層112于多個通孔111之中及第一石墨烯層110之上，如圖1f所示。

在一些實施例中，絕緣層112由硬掩模材料所形成。在一些實施例中，絕緣層112由氧化硅、氮化硅、氮化鈦或上述的組合所形成。在一些實施例中，通過低壓化學(xué)氣相沉積工藝或等離子體增強化學(xué)氣相沉積工藝形成絕緣層112，然而，在其他實施例中，也可通過其他合適的工藝形成絕緣層112。

接著，依據(jù)本發(fā)明的一些實施例，形成光致抗蝕劑層116于絕緣層112之上，如圖1g所示。之后，對光致抗蝕劑層116進(jìn)行圖案化。光致抗蝕劑層116被配置用以保護(hù)其下方的各膜層免于受到后續(xù)蝕刻工藝的蝕刻。

接著，依據(jù)本發(fā)明的一些實施例，利用圖案化光致抗蝕劑層116作為掩模，移除部分的絕緣層112、部分的第一石墨烯層110及部分的催化劑層106，如圖1h所示。移除未受到圖案化光致抗蝕劑層116覆蓋或保護(hù)的絕緣層112的部分。如此一來，絕緣層112具有t型結(jié)構(gòu)。

接著，依據(jù)本發(fā)明的一些實施例，移除部分的絕緣層112，如圖1i所示。如此一來，絕緣層112的頂表面低于第一石墨烯層110的頂表面。此外，暴露出部分的第一石墨烯層110。

接著，依據(jù)本發(fā)明的一些實施例，移除暴露的第一石墨烯層110，如圖1j所示。在一些實施例中，通過干式蝕刻工藝移除第一石墨烯層110。在一些實施例中，在干式蝕刻工藝期間使用的氣體包括氦氣、氧氣、氫氣、氮氣或碳氟化合物(cxfy)。

接著，依據(jù)本發(fā)明的一些實施例，移除催化劑層106，如圖1k所示。如此一來，暴露出部分的第一石墨烯層110。第一介電層104、第一石墨烯層110及絕緣層112構(gòu)成內(nèi)連線結(jié)構(gòu)11。

第一石墨烯層110包括形成于第一介電層104中的第一部分110a以及形成于第一介電層104上的第二部分110b。在一些實施例中，第一石墨烯層110的第一部分110a具有u型結(jié)構(gòu)，且絕緣層112填入此u型結(jié)構(gòu)的中間部分之中。絕緣層112的頂表面與第一石墨烯層110的第一部分110a的頂表面齊平。在一些實施例中，絕緣層112具有平坦的頂表面。

在一些實施例中，通過濕式蝕刻工藝移除催化劑層106。在一些實施例中，濕式蝕刻工藝包括使用一溶液進(jìn)行，且此溶液包括氯化鐵及鹽酸。

接著，依據(jù)本發(fā)明的一些實施例，形成第二介電層114于第一介電層104之上，且形成第二石墨烯層120于第二介電層114之上，如圖1l所示。第二石墨烯層120及第二介電層114構(gòu)成內(nèi)連線結(jié)構(gòu)11的第二層。

第二石墨烯層120包括形成于第二介電層114中的第一部分120a以及形成于第二介電層114上的第二部分120b。第二石墨烯層120的第一部分120a亦具有u型結(jié)構(gòu)，且第二絕緣層122填入此u型結(jié)構(gòu)的中間部分之中。u型第一部分120a的底部部分電性連接至第一石墨烯層110的第二部分110b。

接著，依據(jù)本發(fā)明的一些實施例，形成第三介電層124于第二介電層114之上，且形成第三石墨烯層130于第三介電層124之上，如圖1m所示。內(nèi)連線結(jié)構(gòu)11還包括第三層，此第三層包括第三介電層124及第三石墨烯層130。

第三石墨烯層130包括形成于第三介電層124中的第一部分130a以及形成于第三介電層124上的第二部分130b。第三石墨烯層130的第一部分130a亦具有u型結(jié)構(gòu)，且第二部分130b具有平坦的頂表面。接著，形成第四介電層134于第三介電層124之上。應(yīng)注意的是，石墨烯層的數(shù)量與介電層的數(shù)量可依照實際的應(yīng)用進(jìn)行調(diào)整。

接著，依據(jù)本發(fā)明的一些實施例，翻轉(zhuǎn)第一基板102，且第一基板102位于如圖1n所示的結(jié)構(gòu)的頂部。

接著，依據(jù)本發(fā)明的一些實施例，通過薄化工藝薄化第一基板102，如圖1o所示。在一些實施例中，通過化學(xué)機(jī)械研磨工藝薄化第一基板102。如此一來，相較于其原本的厚度h1，第一基板102具有降低的厚度h2。在薄化工藝之后，實施濕式蝕刻步驟，以移除形成于第一基板102頂表面的缺陷。

接著，依據(jù)本發(fā)明的一些實施例，準(zhǔn)備另一結(jié)構(gòu)，其具有位于第二基板202上的晶體管元件，且第一基板102面對第二基板202的背側(cè)202b，如圖1p所示。

形成第一穿硅通孔(throughsiliconvia,tsv)140穿過第一基板102，且第一穿硅通孔140直接接觸且電性連接至第一石墨烯層110的第一部分110a的底部部分。

形成柵極結(jié)構(gòu)208于第二基板202上，且柵極結(jié)構(gòu)208包括柵極介電層204，以及位于柵極介電層204上的柵極電極層206。形成間隔物212于柵極結(jié)構(gòu)208兩個相對的側(cè)壁上。形成源極/漏極結(jié)構(gòu)214于第二基板202之中。此外，形成層間介電層220于第二基板202上，并且形成第二穿硅通孔240穿過層間介電層220及第二基板202。第二穿硅通孔240電性連接至源極/漏極結(jié)構(gòu)214。

在一些實施例中，層間介電層220具有第一厚度d1，且第二基板202具有第二厚度d2。第二穿硅通孔240穿過層間介電層220及第二基板202，因此，第二穿硅通孔240具有的深度為第一厚度d1與第二厚度d2的總和。在一些實施例中，基板202具有厚度h2，且第一穿硅通孔140具有深度h2。

此外，在第一基板102接合到第二基板202之前，將第一穿硅通孔140對準(zhǔn)第二穿硅通孔240。接著，對第一基板102及第二基板202進(jìn)行預(yù)處理。通過干式處理步驟或濕式處理步驟，對第一基板102及第二基板202進(jìn)行預(yù)處理。干式處理步驟包括等離子體處理步驟。在惰性環(huán)境下實施等離子體處理步驟，惰性環(huán)境為，例如，充滿包括氮氣、氬氣、氦氣或上述的組合的惰性氣體的環(huán)境。在加壓及加熱的條件下實施第一基板102與第二基板202的接合。

接著，依據(jù)本發(fā)明的一些實施例，將第一基板102的背側(cè)102b面對第二基板202的背側(cè)202b，且將其接合在一起，以形成三維集成電路堆疊結(jié)構(gòu)，如圖1q所示。在一些實施例中，第一基板102與第二基板202兩者皆為硅，且兩晶片之后被接合在一起。如此一來，即可得到半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)100a。之后，形成保護(hù)層230于層間介電層220之上。在一些實施例中，保護(hù)層230由聚苯并惡唑(polybenzoxazole,pbo)、苯并環(huán)丁烯(benzocyclobuten,bcb)、硅、丙烯酸酯、硅氧烷或上述的組合所形成。

將第二穿硅通孔240電性連接至第一穿硅通孔140，以形成合并的穿硅通孔340，并且將第一基板102與第二基板202結(jié)合，以形成合并的基板302。虛線用以表示第一基板102與第二基板202。事實上，在第一基板102與第二基板202之間并無可觀測到的界面。合并的穿硅通孔340被配置用以將源極/漏極結(jié)構(gòu)214的信號傳遞至內(nèi)連線結(jié)構(gòu)11。導(dǎo)電墊142及導(dǎo)線144被配置用以將內(nèi)連線結(jié)構(gòu)11的信號傳遞至外部裝置。合并的穿硅通孔340形成于倒置的u型第一石墨烯層110之上。

在一些實施例中，合并的基板302具有的厚度為第二基板202的厚度d2與第一基板102的厚度h2的總和。合并的穿硅通孔340穿過層間介電層220與合并的基板302。因此，合并的穿硅通孔340具有的深度為層間介電層220的第一厚度d1與合并的基板302的第三厚度d3的總和，且第一厚度d1大于第三厚度d3。

如上所述，第一石墨烯層110形成于第一基板102上，用以作為內(nèi)連線結(jié)構(gòu)11的一部分。相較于金屬導(dǎo)電層(例如，銅層)，第一石墨烯層110具有相對較低的電阻與較低的電容。再者，第一石墨烯層110提供高可靠性以及第一介電層104與第一絕緣層112之間的良好粘著力。因此，可降低電阻電容延遲(rcdelay)，進(jìn)而改善半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)100a的效能。

應(yīng)注意的是，并無任何晶體管元件預(yù)先形成于第一基板102之中，且柵極結(jié)構(gòu)208形成于另外的第二基板202之中。內(nèi)連線結(jié)構(gòu)11與柵極結(jié)構(gòu)208各自分別形成于不同的基板。因此，在形成第一石墨烯層110于第一基板102上的期間，此高溫工藝不會對形成于第二基板202上的柵極結(jié)構(gòu)208造成傷害。

圖2a-圖2f繪示依據(jù)本發(fā)明的一些實施例的形成一半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)100b的各個工藝階段的剖面示意圖。半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)100b相似或相同于圖1q所示的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)100a，差別在于柵極結(jié)構(gòu)208是形成于第一基板102的前側(cè)102a上。用以形成半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)100b的工藝與材料相似或相同于用以形成半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)100a的工藝與材料，故在此不再贅述。

第一基板102包括前側(cè)102a及背側(cè)102b，如圖2a所示。形成第一介電層104于第一基板102的前側(cè)102a之上。形成第一石墨烯層110的第一部分110a于第一介電層104之中，并且形成第一石墨烯層110的第二部分110b于第一介電層104之上。第一石墨烯層110的第一部分110a具有u型結(jié)構(gòu)，且絕緣層112填入此u型結(jié)構(gòu)的中間部分之中。形成第二介電層114于第一介電層104之上。第一部分110a的頂表面與絕緣層112的頂表面齊平。

之后，依據(jù)本發(fā)明的一些實施例，在位于第一基板102的前側(cè)102a的第二介電層114之上形成第二基板202，并且形成第一穿硅通孔140穿過第二基板202，如圖2b所示。更具體而言，第一穿硅通孔140形成于第一石墨烯層110的第一部分110a之上以及絕緣層112之上。第一穿硅通孔140電性連接至第一石墨烯層110。

之后，依據(jù)本發(fā)明的一些實施例，形成柵極結(jié)構(gòu)208于第二基板202的前側(cè)202a之上，如圖2c所示。在一些實施例中，柵極結(jié)構(gòu)208是鰭式場效晶體管(finfet)裝置結(jié)構(gòu)的一部分。

在第一實施例中，如圖1q所示，柵極結(jié)構(gòu)208形成于第一基板102的背側(cè)102b之上，且其形成于倒置的u型第一石墨烯層110之上。在第二實施例中，如圖2c所示，柵極結(jié)構(gòu)208形成于u型第一石墨烯層110之上。

柵極結(jié)構(gòu)208包括柵極介電層204以及柵極電極層206。間隔物212形成于柵極結(jié)構(gòu)208兩個相對的側(cè)壁上。源極/漏極結(jié)構(gòu)214形成于第二基板202之中，且電性連接至第一穿硅通孔140。

之后，依據(jù)本發(fā)明的一些實施例，形成層間介電層220于第一穿硅通孔140、第二基板202及源極/漏極結(jié)構(gòu)214之上，如圖2d所示。

之后，依據(jù)本發(fā)明的一些實施例，形成第二穿硅通孔240穿過層間介電層220以連接至第一穿硅通孔140，如圖2e所示。第二穿硅通孔240電性連接至第一穿硅通孔140。

之后，依據(jù)本發(fā)明的一些實施例，形成第三基板402于層間介電層220之上，如圖2f所示。之后，通過研磨工藝(例如，化學(xué)機(jī)械研磨工藝)薄化第一基板102。第一基板102的厚度從第一高度h1降低為第二高度h2?？稍诘谌?02中形成其他的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)(未繪示)，以連接至第二穿硅通孔240。如此一來，即可得到半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)100b。

應(yīng)注意的是，在形成第一石墨烯層110之后，才形成晶體管裝置的柵極結(jié)構(gòu)208。因此，用以形成第一石墨烯層110的熱工藝不會影響晶體管裝置的形成。

圖3a-圖3f繪示依據(jù)本發(fā)明的一些實施例的形成一半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)100c的各個工藝階段的剖面示意圖。半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)100c相似或相同于圖2f所示的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)100b，差別在于內(nèi)連線結(jié)構(gòu)11具有多層結(jié)構(gòu)。用以形成半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)100c的工藝與材料相似或相同于用以形成半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)100b的工藝與材料，故在此不再贅述。

如圖3a所示，形成第一石墨烯層110于第一介電層104之中，并且形成第二石墨烯層120于第二介電層114之中。形成第三石墨烯層130的第一部分130a于第三介電層124之中。形成第四介電層134于第三介電層124之上。

之后，依據(jù)本發(fā)明的一些實施例，形成第二基板202于第四介電層134之上，并且形成第一穿硅通孔140穿過第二基板202，如圖3b所示。

之后，依據(jù)本發(fā)明的一些實施例，形成柵極結(jié)構(gòu)208于第二基板202的前側(cè)202a之上，如圖3c所示。在一些實施例中，柵極結(jié)構(gòu)208是鰭式場效晶體管裝置結(jié)構(gòu)的一部分。

之后，依據(jù)本發(fā)明的一些實施例，形成層間介電層220于第一穿硅通孔140、第二基板202及源極/漏極結(jié)構(gòu)214之上，如圖3d所示。

之后，依據(jù)本發(fā)明的一些實施例，形成第二穿硅通孔240穿過層間介電層220，以連接至第一穿硅通孔140，如圖3e所示。第二穿硅通孔240電性連接至第一穿硅通孔140。

之后，依據(jù)本發(fā)明的一些實施例，形成第三基板402于層間介電層220之上，如圖3f所示。之后，薄化第一基板102。如此一來，即可得到半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)100c。

內(nèi)連線結(jié)構(gòu)11具有多于一層的石墨烯層。在本實施例中，石墨烯層包括u型的第一石墨烯層110、u型的第二石墨烯層120及u型的第三石墨烯層130。穿硅通孔包括形成于u型的第三石墨烯層130之上的第一穿硅通孔140及第二穿硅通孔240。石墨烯層110、120及130具有相對較低的電阻及相對較低的電容，因此，可降低電阻電容延遲。此外，能夠改善半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)100a的效能。

本發(fā)明提供多個半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)及其形成方法的實施例。內(nèi)連線結(jié)構(gòu)形成于基板上，且此內(nèi)連線結(jié)構(gòu)包括第一石墨烯層。此第一石墨烯層包括位于介電層之中的第一部分，以及位于此介電層之上的第二部分。第一石墨烯層的第一部分具有u型結(jié)構(gòu)，且第一絕緣層形成于此u型結(jié)構(gòu)的中間部分之中。第二石墨烯層及/或第三石墨烯層形成于第一石墨烯層之上。第一石墨烯層具有相對較低的電阻及相對較低的電容，因此，可降低電阻電容延遲。此外，第一石墨烯層提供相對較高的可靠性。如此一來，能夠改善半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的效能。

在一些實施例中，提供一種半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)。此半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)包括基板，以及形成于此基板上的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)。此內(nèi)連線結(jié)構(gòu)包括第一介電層形成于基板上，以及第一石墨烯層形成于第一介電層之中與之上。第一石墨烯層包括第一部分位于第一介電層之中，以及第二部分位于第一介電層之上，以及第一絕緣層形成于第一石墨烯層的第一部分上。

如本發(fā)明一些實施例所述的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)，其中上述內(nèi)連線結(jié)構(gòu)還包括第二介電層，形成于上述第一介電層上；以及第二石墨烯層，形成于上述第二介電層之中與之上。

如本發(fā)明一些實施例所述的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)，其中上述第二石墨烯層包括位于上述第二介電層之中的第一部分，以及位于上述第二介電層之上的第二部分，上述第一石墨烯層的上述第二部分電性連接至上述第二石墨烯層的上述第一部分。

如本發(fā)明一些實施例所述的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)，其中上述第一石墨烯層的上述第一部分具有u型結(jié)構(gòu)。

如本發(fā)明一些實施例所述的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)，還包括層間介電層，形成于上述半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)與上述內(nèi)連線結(jié)構(gòu)之間；以及晶體管裝置結(jié)構(gòu)，形成鄰接于上述層間介電層。

如本發(fā)明一些實施例所述的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)，還包括穿硅通孔，形成穿過上述層間介電層及上述基板，其中上述穿硅通孔電性連接至上述第一石墨烯層。

如本發(fā)明一些實施例所述的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)，還包括源極/漏極結(jié)構(gòu)，形成于上述基板中，其中上述穿硅通孔電性連接至上述源極/漏極結(jié)構(gòu)。

如本發(fā)明一些實施例所述的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)，其中上述穿硅通孔在上述層間介電層中具有第一深度，上述穿硅通孔在上述基板中具有第二深度，且上述第一深度大于上述第二深度。

在另一些實施例中，提供一種半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)。此半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)包括第一基板，以及內(nèi)連線結(jié)構(gòu)形成于第一基板上。此內(nèi)連線結(jié)構(gòu)包括形成于第一介電層之中的u型第一石墨烯層。此半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)亦包括第二基板形成于此內(nèi)連線結(jié)構(gòu)上，且此內(nèi)連線結(jié)構(gòu)形成于第一基板與第二基板之間。此半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)亦包括晶體管裝置結(jié)構(gòu)形成于第二基板上。

如本發(fā)明另一些實施例所述的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)，還包括層間介電層，形成于上述第二基板上且鄰接于上述晶體管裝置結(jié)構(gòu)；以及穿硅通孔，形成穿過上述層間介電層及上述第二基板，其中上述穿硅通孔電性連接至上述第一石墨烯層。

如本發(fā)明另一些實施例所述的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)，還包括源極/漏極結(jié)構(gòu)，形成于上述第二基板中，其中上述穿硅通孔電性連接至上述源極/漏極結(jié)構(gòu)。

如本發(fā)明另一些實施例所述的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)，其中上述內(nèi)連線結(jié)構(gòu)還包括絕緣層形成于上述u型第一石墨烯層的中間部分中，且上述絕緣層與上述穿硅通孔接觸。

如本發(fā)明另一些實施例所述的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)，其中上述第一石墨烯層包括位于上述第一介電層之中的第一部分，以及位于上述第一介電層之上的第二部分。

如本發(fā)明另一些實施例所述的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)，其中上述內(nèi)連線結(jié)構(gòu)還包括形成于上述第一介電層上的第二介電層，且上述穿硅通孔延伸至一部分的上述第二介電層。

如本發(fā)明另一些實施例所述的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)，還包括第二石墨烯層，形成于上述u型第一石墨烯層之下，其中上述第二石墨烯層與上述u型第一石墨烯層的底部接觸。

在又一些實施例中，提供一種半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的形成方法。此方法包括形成內(nèi)連線結(jié)構(gòu)于第一基板上，其中形成此內(nèi)連線結(jié)構(gòu)于第一基板上包括：形成介電層于第一基板上，其中此介電層具有多個開口。形成此內(nèi)連線結(jié)構(gòu)亦包括：形成催化劑層于介電層之上與此等開口之中，以及形成石墨烯層于催化劑層上。催化劑層受到石墨烯層包圍。形成此內(nèi)連線結(jié)構(gòu)亦包括：形成絕緣層于石墨烯層上，并且圖案化絕緣層、石墨烯層及催化劑層。石墨烯層形成于此等開口中，且絕緣層形成于石墨烯層之上與此等開口之中。形成此內(nèi)連線結(jié)構(gòu)亦包括：移除催化劑層，以在介電層之中與之上留下一部分的石墨烯層，且石墨烯層包括形成于介電層之中的第一部分，以及形成于介電層之上的第二部分。

如本發(fā)明又一些實施例所述的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的形成方法，其中，在形成上述石墨烯層于上述催化劑層上之前，還包括圖案化上述催化劑層，以形成多個溝槽，其中上述開口的每一者具有第一寬度，上述溝槽的每一者具有第二寬度，且上述第一寬度大于上述第二寬度。

如本發(fā)明又一些實施例所述的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的形成方法，其中，在移除上述催化劑層之前，還包括移除上述絕緣層的一部分，以暴露上述石墨烯層的一部分；以及移除上述石墨烯層的上述暴露部分。

如本發(fā)明又一些實施例所述的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的形成方法，還包括將上述第一基板接合至第二基板，其中晶體管裝置結(jié)構(gòu)預(yù)先形成于上述第二基板上

如本發(fā)明又一些實施例所述的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的形成方法，還包括形成第二基板于上述第一基板上；形成晶體管裝置結(jié)構(gòu)于上述第二基板上；以及形成穿硅通孔穿過上述第二基板及一部分的上述內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，其中上述穿硅通孔電性連接至上述石墨烯層的上述第一部分。

前述內(nèi)文概述了許多實施例的特征，使本領(lǐng)域技術(shù)人員可以從各個方面更佳地了解本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可理解，且可輕易地以本發(fā)明為基礎(chǔ)來設(shè)計或修飾其他工藝及結(jié)構(gòu)，并以此達(dá)到相同的目的及/或達(dá)到與本發(fā)明介紹的實施例相同的優(yōu)點。本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)了解這些相等的結(jié)構(gòu)并未背離本發(fā)明的發(fā)明精神與范圍。在不背離本發(fā)明的發(fā)明精神與范圍的前提下，可對本發(fā)明進(jìn)行各種改變、置換或修改。

雖然本發(fā)明已以數(shù)個較佳實施例公開如上，然其并非用以限定本發(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)，當(dāng)可作任意的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。