[发明专利]碳纳米管互连接触

说明书

背景技术：

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是到多壁碳纳米管的一种常规电接触的前视和侧视图。

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5是形成根据本发明实施方式的碳纳米管互连结构的方法。

图6A到6D说明了图5的方法。

图7是形成根据本发明另一个实施方式的碳纳米管互连结构的方法。

详细说明

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(potential)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，就可以对本发明进行实施。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，本发明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-k)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(CDO)是一种可以被用作所述碳基绝缘体的低-k介电材料。图1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1，一种碳基低-k介电材料，如CDO层100，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CDO层100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CDO层100进行平面化，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CDO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。可以从所述碳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CDO层100产生多个芯片级互连的层。