横向生长纳米管的方法和半导体技术

本发明专利技术公开一种横向生长纳米管的方法以及半导体。半导体器件（１０）具有由诸如碳的纳米管形成的横向导体或轨迹。形成在衬底（１２）上面的牺牲层（１６）。形成在牺牲层上面的电介质层（１８）。通过去除电介质层的一部分和位于金属催化剂的两个柱体之间的牺牲层而形成横向开口（３４）。横向开口包含颈状部分和用作生长纳米管的受限空间的空腔部分。等离子体（３６）被用于施加电荷，该电荷形成控制纳米管的形成方向的电场。源自金属催化剂的各柱体的纳米管（４２、４４）横向生长并且邻接或合并成一个纳米管。可以从颈状部分（２４）或金属催化剂（２０、２２）的柱体形成与纳米管的接触。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及集成电路，更特别地，涉及横向生长的纳米管。
技术介绍
由于铜的较低电阻，因此与铝相比铜互连的使用是重大的改进。 随着尺寸由于由更高密度的益处所推动的光刻和处理的持续改进而减小，铜对于互连尺寸的相应按比例缩放(scaling)表现出不利的特性。 一种有希望克服铜的该最终问题的材料是碳纳米管。可以生长具有约10纳米的直径的碳纳米管，并且它具有远比相同尺寸的铜低的电阻。 通过具有一束碳纳米管或者使得碳納米管具有更大的直径，在碳纳米 管中可得到较低电阻。诸如镍和硅纳米管的一些非碳纳米管是金属性 的并且也是互连导体候选物。IO纳米的铜线是一种挑战，但可望很快 是可能的，甚至是可制造的。但是，如果铜在10纳米的宽度在截面面 积和电阻之间表现出线性关系，那么电阻率在这一尺寸增大得比所预 测的大得多。碳纳米管的困难之一是难以横向形成它们，所述横向形成对于在 半导体中制造互连层是优选的。大多数碳纳米管以随机、偶然的方式生长。最近发现了使它们垂直生长的方法。这两者在显示碳纳米管对 于通路(vias)的有价值的特性方面均是有用的，但均未实现所需要 的对于铜互连层的替代。因此，希望能够以使得使用纳米管的半导体的制造更可行的方式 横向制造纳米管，特别是碳纳米管。附图说明在附图中作为例子而不是作为限制解释本专利技术，在所述附图中，类似的附图标记指的是类似的要素，并且其中，图l是在根据本专利技术实施例的过程中的某一阶段的半导体器件的截面；图2是图1的半导体器件在所述过程中的随后阶段的截面； 图3是图2的半导体器件在所述过程中的随后阶段的截面； 图4是图3的半导体器件在所述过程中的随后阶段的截面； 图5是图4的半导体器件在所迷过程中的随后阶段的截面； 图6是图5的半导体器件在所述过程中的随后阶段的截面； 图7是图6的半导体器件的顶视图8是图6的半导体器件在所述过程中的随后阶段的截面； 图9是图8的半导体器件在所述过程中的随后阶段的截面； 图IO是图9的半导体器件的顶视图；以及 图ll是图9的半导体器件在所述过程中的随后阶段的截面。具体实施例方式在一个方面中，中间层被夹在其它两个层之间，其中，中间层可 相对于其它两个层选择性蚀刻。穿过其它两个层中的顶层并穿过中间 层制成沿一条线的三个孔。 一个孔是基本上处于作为端孔的其它两个 孔之间的中间的中心孔。在端孔中形成催化剂衬里(liner)的同时覆 盖中心孔。然后覆盖端孔并露出中心孔。使用各向同性蚀刻以去除中 层间的在具有催化剂的两个端孔之间的部分。继续蚀刻直到沿邻接中 间层的边露出催化剂衬里。借助于露出的催化剂衬里的边，通过允许 前体穿过中心孔到达催化剂衬里而实现碳纳米管生长。继续生长，直 到碳纳米管相接。可以在中心孔中形成导电插塞(plug)以保证两个 碳纳米管被电连接。这样完成与两个端孔连接的横向碳纳米管线。可 以制成到端孔以及到中心孔的通路。参照附图以及以下的说明可以更 好地理解。图1示出具有有源电路12、绝缘层14、绝缘层16和绝缘层18 的半导体器件10。有源电路12是在半导体村底中和在半导体村底上形成的晶体管和其它电路元件的集合。有源电路12可用于任何功能， 并且需要具有通路以与上面(overlying)的互连层连接。绝缘层14 在本例子中用作要形成的互连层和有源电路12之间的层间电介质。或 者，绝缘层14可以在另一互连层上面。绝缘层16是可相对于绝缘层 14和18被选择性蚀刻的材料。在本例子中，绝缘层14和18是氧化 硅，绝缘层16是氮化硅。图2示出穿过绝缘层18和16形成开口 20、 22和24之后的半导 体器件IO。开口 24优选基本上处于开口 20和22之间的中心。图3示出在开口 24之上形成留下开口 20和22露出的掩蔽层26 之后的半导体器件IO。在形成掩蔽层26之后，在开口20和22中形 成催化剂衬里28。催化剂衬里28还覆盖掩蔽层26。催化剂衬里28 因其用作生长碳纳米管的籽层(seed layer)的能力而被选择。 一种这 样的材料是钴。各个体的催化剂材料可以是单独的或组合的。其它的 选择包含铁、钼和镍。对于这种目的来说，其它的材料可能也是有效 的。掩蔽层26优选是光致抗蚀剂，但可以是其它的掩蔽材料。由于光 致抗蚀剂可被直接构图并且可用于在剥离过程中去除在其上面淀积的 材料，因此光致抗蚀剂是特别有利的。图4示出在催化剂衬里28上形成金属衬里30并在金属衬里30 上形成金属插塞层32之后的半导体器件10。金属衬里30优选为钽。 其它的材料包含铝、氮化钽、碳纳米管和氮化钛。其它的导电材料可 能也是有效的。金属插塞层32优选为铜。也可被使用的另一材料是钨。 可有效用作插塞的其它材料是可用适当的衬里和催化剂在开口 20和 22中选择性淀积的其它直立的导电纳米管。镍纳米管可以被这样使 用。其它的材料也可有效用作插塞。图5示出通过具有去除处于掩蔽层26之上的催化剂衬里28、金 属衬里30和金属插塞层32的效果的剥离过程而去除掩蔽层26之后的 半导体器件10。使用化学机 7图6示出施加去除处于开口 20和22之间的区域中的绝缘层16 的各向同性蚀刻之后的半导体器件10。这在开口 20和22之间的区域 中露出它们的催化剂衬里28的外侧壁。在本例子中绝缘层14和18 为氧化物并且层16为氮化物时，湿蚀刻剂是有效的。在这种情况下， 例如热的磷酸是有效的湿蚀刻剂。也可以使用例如氙和氟等离子体的 干蚀刻。于是开口 24类似于向开口 20和22的催化剂衬里28之间的 区域中的空腔34开放的颈状物。图7示出图6所示的半导体器件10的顶视图。它示出各向同性蚀 刻导致空腔34基本上为圆形的。替代方案是首先形成沟槽并在沟槽中 形成层16。沟槽方法需要在形成开口 20、 22和24时与沟槽对准。它 还需要其它的处理步骤。图8示出施加用于从催化剂衬里28形成碳纳米管的前体的等离子 体36之后的半导体器件10。在本例子中，前体优选为乙炔和氢。作 为乙炔的替代，其它的例子是其它的碳氢化合物。其它的等离子体也 是可能的。对于氢的可能的替代包含NH3和氩。等离子体具有沿开口 24从电子建立负电荷并且在开口 24下面的空腔34的底部上从带正电 的离子建立正电荷38的效果。这种类型的带电配置是一般被认为有害 的来自等离子体的已知效果。但是，在这种情况下，该电荷配置可用 于在正电荷38和催化剂衬里28之间设置为纳米管生长设置生长方向 的电场40。另外，在等离子体淀积之前提供电荷建立步骤可能是有利 的。例如，单独的氩的等离子体步骤对于这种目的可能是有效的。图9示出实施施加等离子体36以导致形成在缝46处会合的碳纳 米管42和碳纳米管44之后的半导体器件10。 一种在缝46处建立电 接触的方法是通过等离子体焊接两个碳纳米管。图IO示出在图9中示出截面的半导体器件10的顶视图。它示出 从催化剂衬里28到开口 24沿直线形成碳管42。它示出碳管42和44 处于绝缘层18下面但可在开口 20、 22和24处被接触。图11示出形成保证碳纳米管42和44被电连接并在催化剂衬里 28之间形成连续的导电线的导电插塞48之后的半导体器件10。如果可在纳米管42和44之间制成可靠的接触，那么导电插塞48可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种横向生长纳米管的方法，包括：　形成在两金属催化剂之间延伸的横向开口，该横向开口包含颈状部分和空腔部分；和　使用横向开口的空腔部分作为受限的空间以从金属催化剂中的每一个沿径向生长纳米管，从而在两金属催化剂之间形成连续的横向电导体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：MK奥罗斯基，S拉弗，PLG文特泽克，
申请(专利权)人：飞思卡尔半导体公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]