碳纳米管互连接触制造技术

一种用于在半导体基材上形成互连的方法，包括：提供至少一种在沟槽之内的碳纳米管（３０４），蚀刻所述碳纳米管的至少一部分以产生开口（６０２），通过所述开口在所述碳纳米管上共形地沉积金属层，并且在所述基本上与所述碳纳米管连接的开口上形成金属化的接触（３０８）。可以使用原子层沉积工艺或无电镀覆工艺将金属层共形地沉积到所述碳纳米管上。可以沉积多个金属层以基本填充所述碳纳米管中的空隙。所述无电镀覆工艺可以使用超临界液体作为用于镀覆溶液的介质。在所述无电镀覆工艺之前可以对所述碳纳米管的润湿特性进行改性，以提高所述碳纳米管的亲水性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳纳米管互连接触
技术介绍
碳纳米管是石墨烯(graphene)的圆柱体，其末端通常是通过包括五 元环的端帽而被闭合。所述纳米管是碳原子的六边形网络形成的无缝圆 柱。这些圆柱直径可以小至纳米级，并且长度可为数十微米，在某些情 况下会更长。依赖于它们是怎样制造的，所述碳纳米管可以是单壁或多壁的。碳纳米管可以显示出各种电特性。依赖于其结构，碳纳米管可以作 为半导体或者导体。例如，某些类型的碳纳米管可以显示出许多金属的 特征。在这些金属的特征当中，许多性能是令人特别感兴趣的，这些性 能是关于使用碳纳米管来添加到或替换在半导体芯片的互连结构中的 铜金属的性能。碳纳米管已经显示出比铜更高的导电和导热性。碳纳米 管也显示出比铜更高的电迁移阻力，并且当铜互连变得更狭窄时，电迁 移已经成为 一个大的问题。由碳纳米管和铜金属构成的复合材料也已经 显示出比单独的铜具有更高的电导率和更高的电迁移阻力。令人遗憾地，使用碳纳米管形成的常规互连结构并不能完全利用形 成所述纳米管的石墨烯片层(graphene sheet)的全部载流容量。附图说明图1说明了一种碳纳米管互连。图2A和2B是到碳纳米管束的一种常规电接触的前视和侧视图。 图2C和2D是到多壁碳納米管的一种常规电接触的前一见和侧一见图。 图3A和3B是用金属填充的碳纳米管束的截面前视和侧视图。 图3C是用金属部分填充的碳纳米管束的截面侧视图。 图4A和4B是用金属填充的多壁碳纳米管的截面前视和侧视图。 图4C是用金属部分填充的多壁碳纳米管的截面侧视图。图6A到6D说明了图5的方法。图7是形成根据本专利技术另一个实施方式的碳纳米管互连结构的方法。i羊细i兌明在此处所描述的是实现用于互连的碳纳米管的更大部分的载流潜能(potent ial)系统和方法。在下面的描述中，将使用本领域技术人员 通常用来在彼此之间交流其工作内容的方式来对说明性实施方式的不 同方面进行描述。但是，对于本领域技术人员来说明显的是，仅仅通过 所描述方面中的一些，就可以对本专利技术进行实施。出于解释的目的，给 出了具体的数字、材料和结构以提供对于说明性实施方式的详细理解。 但是，对于本领域技术人员来说明显的是，本专利技术可以不通过所述具体 细节而实施。换句话说，为了不混淆所述的说明性实施方案，省略或简 化了众所周知的特征。各种操作将以最有助于理解本的方式被依次描述为多个不连续的 操作，但是，描述的顺序并不意味这些操作必须依赖于所述的顺序。特 别是，这些操作不必以所述介绍的顺序而被进行。碳纳米管可以被用于在集成电路上的互连，以代替或者被用于传统 的铜金属连接。碳纳米管以弹道形式(ballistically)传导电子，换 言之，不存在分散，而所述分散带来了铜的电阻。具有低介电常数(低 -i)的介电材料，如非晶的、碳基绝缘体或者氟掺杂的二氧化硅、可被 用来绝缘所述碳纳米管。例如，碳-掺杂的氧化物(CD0)是一种可以被 用作所述碳基绝缘体的低-1介电材料。图l说明了被用于集成电路上互 连的碳基绝缘体和碳纳米管。参考图l, 一种碳基低-A介电材料，如CDO层IOO，被沉积到集成 电路结构102上。在所述集成电路结构102之上或之内形成如晶体管、 电容器和互连(未显示)的装置。所述CD0层IOO通常被认为是所述集 成电路结构102的一部分。在一个实施方式中，所述CDO层100的沉积 可以通过本领域技术人员熟知的技术来进行，如化学气相沉积(CVD)、 物理气相沉积(PVD)或等离子强化化学气相沉积(PECVD)。使用化学机械抛光(CMP)对所述CD0层100进4亍平面化，这对本 领域技术人员来说明熟知的。可以使用常规照相平版印刷术和蚀刻技术 对所述平面化的CD0层100进行图案化以产生图案化层。在一个实施方 式中，所述刻蚀过程产生了沟槽104。然后，碳基前体材料可以被沉积 到在所述CDO层100内的所述沟槽104之中。可以从所述石友基前体材料 产生碳纳米管106，并且其作用是作为在所述集成电路结构102内的电接触之间的电互连。该工艺可以被重复以使用碳纳米管106和CD0层100产生多个芯片级互连的层。图2A-2D是常规纳米管互连结构的示意图。图2A和2B基于单壁 纳米管200的束。图2C和2D基于多壁纳米管202。线A-A'显示了横截 面所处的位置。两种碳纳米管互连结构都以金属的自顶向下蒸发而被显 示。到所述碳纳米管束200的电接触204仅仅与所述纳米管的顶层具有 界面，同时到所述多壁碳纳米管202的电接触2 04仅仅与所述外壁纳米 管具有界面。如图所示，使用碳纳米管形成的常规互连结构并没有利用所述碳纳 米管的石墨烯片层的全部载流能力。这部分是由于存在于碳纳米管束之 内的空隙206以及存在于所述多壁碳纳米管的壳之间的空隙206,如图 2A- 2D所示。这也部分是由于所述电接触并不是由构成碳纳米管束200 或多壁碳纳米管202的全部石墨烯片层而构成的。由于所使用常规方法 (如使用热或电子束蒸发的高度单向的金属沉积工艺)的特性，只有所 述单壁碳纳米管束200或多壁纳米管202的顶层是被接触的。当只有所 述单壁碳纳米管束200或多壁纳米管202的顶层被接触时，电子隧穿是 必需的，以与位于下部的层或管进行电通信。令人遗憾地，电子隧穿是 与电阻相伴随的，而电阻取决于在纳米管之间的相互电子耦合以及在所 述纳米管之间的距离。因而，根据本专利技术的实施方式，可以通过在构成碳纳米管互连结构 的全部石墨烯片层上共形的并且基本上完全的金属沉积来形成一种新 的碳纳米管互连结构。新的接触也可在所述碳纳米管互连结构的末端上 形成，其物理连接到构成所述碳纳米管互连结构的基本上全部的石墨烯大部分。图3A和3B是本专利技术一种实施方式的截面前视图和侧视图。介电层 300被显示包括沟槽302。所述介电层300可以是集成电路的一部分， 并且例如，可以形成在半导体基材、层间介电层、或金属化层之上。所 迷介电层300可以使用常规介电材料形成，包括但不局限于二氧化硅 (SiO》和碳掺杂的氧化物(CDO)。所述沟槽302可以使用已知的掩模和 蚀刻(即，照相平版印刷术)技术在所述介电层300中形成。所述沟槽 302可被用来限定互连结构。可以使用一个或多个碳纳米管304在所述沟槽302内形成互连结 构。图3A和3B说明了一种实施方式，其由单壁碳纳米管304的束所组 成。在替代实施方式中，所述束的每个碳纳米管304可以由单壁或多壁 碳納米管304组成。所述束可以仅仅含有单壁或多壁碳纳米管304,或 者所述束可以含有单壁和多壁碳纳米管304的混合物。所述碳纳米管 304可以被形成为与所述沟槽302相分离，然后沉积进入所述沟槽302 之内，或者所述碳纳米管304可以使用一个或多个前体材料直接在所述 沟槽302内形成，所述前体材料被沉积进入所述沟槽302内然后转换成 碳纳米管304。根据本专利技术的一种实施方式，金属306可以被共形地沉积到构成所 述碳纳米管304的石墨烯片层中的每一个上。所述金属306可被用来填 充存在于每个碳纳米管304之内的空隙以及存在于所述碳纳米管304之 间的空隙。所述金属306可以使用如原子层沉积(ALD)、物理气相沉 积(PVD)以及无电镀覆的工艺被沉积为多个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包括：　　　　提供至少一个在沟槽之内的碳纳米管；　　　　蚀刻所述碳纳米管的至少一部分以产生开口；　　　　通过所述开口在所述碳纳米管上共形地沉积金属层；并且　　　　在所述基本上与所述碳纳米管连接的开口上形成金属化的接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-6-8 11/148,6141、一种方法，其包括提供至少一个在沟槽之内的碳纳米管；蚀刻所述碳纳米管的至少一部分以产生开口；通过所述开口在所述碳纳米管上共形地沉积金属层；并且在所述基本上与所述碳纳米管连接的开口上形成金属化的接触。2、 权利要求l所述的方法，其中所述沟槽在介电材料中形成。3、 权利要求l所述的方法，其中所述碳纳米管包括碳纳米管束。4、 权利要求l所述的方法，其中所述碳纳米管包括多壁碳纳米管。5、 权利要求l所述的方法，其中所述金属层的共形沉积包括共形地沉 积多个金属层以基本填充在所述碳纳米管之内的空隙。6、 权利要求3所述的方法，其中所述金属层的共形沉积包括共形地沉 积多个金属层以基本填充在所述碳纳米管之内的空隙以及在所述束的碳 纳米管之间的空隙。7、 权利要求4所述的方法，其中所述金属层的共形沉积包括共形地沉 积多个金属层以基本填充在所述碳纳米管的多个壁之间的空隙以及在所 述碳纳米管中心的空隙。8、 权利要求l所述的方法，其中所述金属层的共形沉积是使用原子层 沉积工艺进行的。9、 权利要求l所述的方法，其中所述金属层的共形沉积是使用无电镀 覆工艺进行的。10、 权利要求9所述的方法，其中所述无电镀覆工艺利用了由二氧化碳 超临界液体形成的镀覆溶液。11、 权利要求3所述的方法，其中所述金属化接触基本上与所述束的全 部碳纳米管相连接。12、 权利要求4所迷的方法，其中所述金属化接触基本上与所述多壁碳 纳米管的全部壁相连接。13、 权利要求l所述的方法，其中所述沉积的金属层包括Cu、 Al、 Au、 Pt、 Pd、 Rh、 Ru、 0s、 Ag、 Ir、 Ti、或者一种或多种这些金属的合金。14、 权利要求1所述的方法，其中所述金属化接触包括Cu、 Al、 Au、 Pt、 Pd、 Rh、 Ru、 0s、 Ag、 Ir、 Ti、或者一种或多种这些金属的合金。15、 一种方法，其包括提供在沟槽之内的碳纳米管束；蚀刻所述碳纳 米管束的第 一末端以产生第 一开口 ；蚀刻所述碳納米管束的第二末端以产生第二开口 ；通过所述开口在所述束的各个碳纳米管上共形沉积多个金属层；以及在所述第一和笫二开口中形成金属化的接触，其基本上与所述束 的全部碳纳米管相连接。16、 权利要求15所述的方法，其中所述沟槽在包括二氧化硅或碳掺杂 氧化物的介电材料中形成。17、 权利要求15所述的方法，其中所述共形沉积多个金属层的工艺基 本上填充了...

【专利技术属性】
技术研发人员：F格斯特赖因，A拉瓦，V杜宾，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]