碳納米管互連接觸制造技術

一種用于在半導體基材上形成互連的方法，包括：提供至少一種在溝槽之內的碳納米管（３０４），蝕刻所述碳納米管的至少一部分以產生開口（６０２），通過所述開口在所述碳納米管上共形地沉積金屬層，并且在所述基本上與所述碳納米管連接的開口上形成金屬化的接觸（３０８）。可以使用原子層沉積工藝或無電鍍覆工藝將金屬層共形地沉積到所述碳納米管上。可以沉積多個金屬層以基本填充所述碳納米管中的空隙。所述無電鍍覆工藝可以使用超臨界液體作為用于鍍覆溶液的介質。在所述無電鍍覆工藝之前可以對所述碳納米管的潤濕特性進行改性，以提高所述碳納米管的親水性。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】碳納米管互連接觸
技術介紹
碳納米管是石墨烯(graphene)的圓柱體，其末端通常是通過包括五 元環的端帽而被閉合。所述納米管是碳原子的六邊形網絡形成的無縫圓 柱。這些圓柱直徑可以小至納米級，并且長度可為數十微米，在某些情 況下會更長。依賴于它們是怎樣制造的，所述碳納米管可以是單壁或多壁的。碳納米管可以顯示出各種電特性。依賴于其結構，碳納米管可以作 為半導體或者導體。例如，某些類型的碳納米管可以顯示出許多金屬的 特征。在這些金屬的特征當中，許多性能是令人特別感興趣的，這些性 能是關于使用碳納米管來添加到或替換在半導體芯片的互連結構中的 銅金屬的性能。碳納米管已經顯示出比銅更高的導電和導熱性。碳納米 管也顯示出比銅更高的電遷移阻力，并且當銅互連變得更狹窄時，電遷 移已經成為 一個大的問題。由碳納米管和銅金屬構成的復合材料也已經 顯示出比單獨的銅具有更高的電導率和更高的電遷移阻力。令人遺憾地，使用碳納米管形成的常規互連結構并不能完全利用形 成所述納米管的石墨烯片層(graphene sheet)的全部載流容量。附圖說明圖1說明了一種碳納米管互連。圖2A和2B是到碳納米管束的一種常規電接觸的前視和側視圖。 圖2C和2D是到多壁碳納米管的一種常規電接觸的前一見和側一見圖。 圖3A和3B是用金屬填充的碳納米管束的截面前視和側視圖。 圖3C是用金屬部分填充的碳納米管束的截面側視圖。 圖4A和4B是用金屬填充的多壁碳納米管的截面前視和側視圖。 圖4C是用金屬部分填充的多壁碳納米管的截面側視圖。圖6A到6D說明了圖5的方法。圖7是形成根據本專利技術另一個實施方式的碳納米管互連結構的方法。i羊細i兌明在此處所描述的是實現用于互連的碳納米管的更大部分的載流潛能(potent ial)系統和方法。在下面的描述中，將使用本領域技術人員 通常用來在彼此之間交流其工作內容的方式來對說明性實施方式的不 同方面進行描述。但是，對于本領域技術人員來說明顯的是，僅僅通過 所描述方面中的一些，就可以對本專利技術進行實施。出于解釋的目的，給 出了具體的數字、材料和結構以提供對于說明性實施方式的詳細理解。 但是，對于本領域技術人員來說明顯的是，本專利技術可以不通過所述具體 細節而實施。換句話說，為了不混淆所述的說明性實施方案，省略或簡 化了眾所周知的特征。各種操作將以最有助于理解本的方式被依次描述為多個不連續的 操作，但是，描述的順序并不意味這些操作必須依賴于所述的順序。特 別是，這些操作不必以所述介紹的順序而被進行。碳納米管可以被用于在集成電路上的互連，以代替或者被用于傳統 的銅金屬連接。碳納米管以彈道形式(ballistically)傳導電子，換 言之，不存在分散，而所述分散帶來了銅的電阻。具有低介電常數(低 -i)的介電材料，如非晶的、碳基絕緣體或者氟摻雜的二氧化硅、可被 用來絕緣所述碳納米管。例如，碳-摻雜的氧化物(CD0)是一種可以被 用作所述碳基絕緣體的低-1介電材料。圖l說明了被用于集成電路上互 連的碳基絕緣體和碳納米管。參考圖l, 一種碳基低-A介電材料，如CDO層IOO，被沉積到集成 電路結構102上。在所述集成電路結構102之上或之內形成如晶體管、 電容器和互連(未顯示)的裝置。所述CD0層IOO通常被認為是所述集 成電路結構102的一部分。在一個實施方式中，所述CDO層100的沉積 可以通過本領域技術人員熟知的技術來進行，如化學氣相沉積(CVD)、 物理氣相沉積(PVD)或等離子強化化學氣相沉積(PECVD)。使用化學機械拋光(CMP)對所述CD0層100進4亍平面化，這對本 領域技術人員來說明熟知的。可以使用常規照相平版印刷術和蝕刻技術 對所述平面化的CD0層100進行圖案化以產生圖案化層。在一個實施方 式中，所述刻蝕過程產生了溝槽104。然后，碳基前體材料可以被沉積 到在所述CDO層100內的所述溝槽104之中。可以從所述石友基前體材料 產生碳納米管106，并且其作用是作為在所述集成電路結構102內的電接觸之間的電互連。該工藝可以被重復以使用碳納米管106和CD0層100產生多個芯片級互連的層。圖2A-2D是常規納米管互連結構的示意圖。圖2A和2B基于單壁 納米管200的束。圖2C和2D基于多壁納米管202。線A-A'顯示了橫截 面所處的位置。兩種碳納米管互連結構都以金屬的自頂向下蒸發而被顯 示。到所述碳納米管束200的電接觸204僅僅與所述納米管的頂層具有 界面，同時到所述多壁碳納米管202的電接觸2 04僅僅與所述外壁納米 管具有界面。如圖所示，使用碳納米管形成的常規互連結構并沒有利用所述碳納 米管的石墨烯片層的全部載流能力。這部分是由于存在于碳納米管束之 內的空隙206以及存在于所述多壁碳納米管的殼之間的空隙206,如圖 2A- 2D所示。這也部分是由于所述電接觸并不是由構成碳納米管束200 或多壁碳納米管202的全部石墨烯片層而構成的。由于所使用常規方法 (如使用熱或電子束蒸發的高度單向的金屬沉積工藝)的特性，只有所 述單壁碳納米管束200或多壁納米管202的頂層是被接觸的。當只有所 述單壁碳納米管束200或多壁納米管202的頂層被接觸時，電子隧穿是 必需的，以與位于下部的層或管進行電通信。令人遺憾地，電子隧穿是 與電阻相伴隨的，而電阻取決于在納米管之間的相互電子耦合以及在所 述納米管之間的距離。因而，根據本專利技術的實施方式，可以通過在構成碳納米管互連結構 的全部石墨烯片層上共形的并且基本上完全的金屬沉積來形成一種新 的碳納米管互連結構。新的接觸也可在所述碳納米管互連結構的末端上 形成，其物理連接到構成所述碳納米管互連結構的基本上全部的石墨烯大部分。圖3A和3B是本專利技術一種實施方式的截面前視圖和側視圖。介電層 300被顯示包括溝槽302。所述介電層300可以是集成電路的一部分， 并且例如，可以形成在半導體基材、層間介電層、或金屬化層之上。所 迷介電層300可以使用常規介電材料形成，包括但不局限于二氧化硅 (SiO》和碳摻雜的氧化物(CDO)。所述溝槽302可以使用已知的掩模和 蝕刻(即，照相平版印刷術)技術在所述介電層300中形成。所述溝槽 302可被用來限定互連結構。可以使用一個或多個碳納米管304在所述溝槽302內形成互連結 構。圖3A和3B說明了一種實施方式，其由單壁碳納米管304的束所組 成。在替代實施方式中，所述束的每個碳納米管304可以由單壁或多壁 碳納米管304組成。所述束可以僅僅含有單壁或多壁碳納米管304,或 者所述束可以含有單壁和多壁碳納米管304的混合物。所述碳納米管 304可以被形成為與所述溝槽302相分離，然后沉積進入所述溝槽302 之內，或者所述碳納米管304可以使用一個或多個前體材料直接在所述 溝槽302內形成，所述前體材料被沉積進入所述溝槽302內然后轉換成 碳納米管304。根據本專利技術的一種實施方式，金屬306可以被共形地沉積到構成所 述碳納米管304的石墨烯片層中的每一個上。所述金屬306可被用來填 充存在于每個碳納米管304之內的空隙以及存在于所述碳納米管304之 間的空隙。所述金屬306可以使用如原子層沉積(ALD)、物理氣相沉 積(PVD)以及無電鍍覆的工藝被沉積為多個本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種方法，其包括：　　　　提供至少一個在溝槽之內的碳納米管；　　　　蝕刻所述碳納米管的至少一部分以產生開口；　　　　通過所述開口在所述碳納米管上共形地沉積金屬層；并且　　　　在所述基本上與所述碳納米管連接的開口上形成金屬化的接觸。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】US 2005-6-8 11/148,6141、一種方法，其包括提供至少一個在溝槽之內的碳納米管；蝕刻所述碳納米管的至少一部分以產生開口；通過所述開口在所述碳納米管上共形地沉積金屬層；并且在所述基本上與所述碳納米管連接的開口上形成金屬化的接觸。2、 權利要求l所述的方法，其中所述溝槽在介電材料中形成。3、 權利要求l所述的方法，其中所述碳納米管包括碳納米管束。4、 權利要求l所述的方法，其中所述碳納米管包括多壁碳納米管。5、 權利要求l所述的方法，其中所述金屬層的共形沉積包括共形地沉 積多個金屬層以基本填充在所述碳納米管之內的空隙。6、 權利要求3所述的方法，其中所述金屬層的共形沉積包括共形地沉 積多個金屬層以基本填充在所述碳納米管之內的空隙以及在所述束的碳 納米管之間的空隙。7、 權利要求4所述的方法，其中所述金屬層的共形沉積包括共形地沉 積多個金屬層以基本填充在所述碳納米管的多個壁之間的空隙以及在所 述碳納米管中心的空隙。8、 權利要求l所述的方法，其中所述金屬層的共形沉積是使用原子層 沉積工藝進行的。9、 權利要求l所述的方法，其中所述金屬層的共形沉積是使用無電鍍 覆工藝進行的。10、 權利要求9所述的方法，其中所述無電鍍覆工藝利用了由二氧化碳 超臨界液體形成的鍍覆溶液。11、 權利要求3所述的方法，其中所述金屬化接觸基本上與所述束的全 部碳納米管相連接。12、 權利要求4所迷的方法，其中所述金屬化接觸基本上與所述多壁碳 納米管的全部壁相連接。13、 權利要求l所述的方法，其中所述沉積的金屬層包括Cu、 Al、 Au、 Pt、 Pd、 Rh、 Ru、 0s、 Ag、 Ir、 Ti、或者一種或多種這些金屬的合金。14、 權利要求1所述的方法，其中所述金屬化接觸包括Cu、 Al、 Au、 Pt、 Pd、 Rh、 Ru、 0s、 Ag、 Ir、 Ti、或者一種或多種這些金屬的合金。15、 一種方法，其包括提供在溝槽之內的碳納米管束；蝕刻所述碳納 米管束的第 一末端以產生第 一開口 ；蝕刻所述碳納米管束的第二末端以產生第二開口 ；通過所述開口在所述束的各個碳納米管上共形沉積多個金屬層；以及在所述第一和笫二開口中形成金屬化的接觸，其基本上與所述束 的全部碳納米管相連接。16、 權利要求15所述的方法，其中所述溝槽在包括二氧化硅或碳摻雜 氧化物的介電材料中形成。17、 權利要求15所述的方法，其中所述共形沉積多個金屬層的工藝基 本上填充了...

【專利技術屬性】
技術研發人員：F格斯特賴因，A拉瓦，V杜賓，
申請(專利權)人：英特爾公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]