集成電路互連線目前正面臨進步的瓶頸。即使是銅互連,互連線引起的信號延遲比由晶體管所引起的延遲大兩到三個數量等級。分析還表明,當銅線的線寬從30 nm縮放到10 nm時,每單位長度的電阻增加了10倍以上。同樣的在較小的線寬下,導線必須承受較高的電流密度才能傳遞相同的電流,縮短導線的電遷移壽命,引起可靠度問題。 喬治亞理工學院在2009年證明,石墨烯互連可降低互連線電阻率和電遷移率、提高導熱率和提高機械強度並减少相鄰導線之間的電容耦合。常規的微電子工藝對石墨烯也可以進行圖案化。 雖然石墨烯可能是未来集成電路互連線,但在整個芯片中具有完整的石墨烯多層級互連仍然存在一些挑戰: (1)石墨烯互連線和矽结合之間的高接觸電阻; (2) 矽芯片中多層石墨烯互連的工藝集成,包括通孔形成。此外,目前石墨烯的沉積溫度高於1000oC。 由於互連線製造步驟通常是在集成電路製造的後端過程,在製造晶體管之後,這種高溫會破壞晶體管中的pn結,因此與當前的集成電路製造過程不兼容。 為了克服上述挑戰,本技術我們開發了兩項專利。 一種是使用PVD工藝和非晶碳(一種低成本材料)在銅互連線上進行石墨烯的低溫沉積。 沉積溫度可以降至850oC,並且可以通過一些修改進一步降低。 另一種是可以將石墨烯夾在銅互連線中的製造方法。通過這種夾層結構,當前成熟的銅互連線微電子工藝技術可以繼續使用,而載流機制是通过石墨烯實現的。因此,這種夾層結構可以降低互連線電阻並增強其電遷移可靠度和散熱能力。工藝技術僅是將銅互連線浸入硫酸銅溶液約10分鐘的附加步驟。 |