[发明专利]CMOS兼容性石墨烯结构、互连体和制造方法

权利要求书

1.用于在CMOS(互补金属氧化物半导体)兼容性工艺温度下直接在电介质或金属层上形成与通孔连接的MLG(多层石墨烯)器件层的方法，包括：

提供电介质或金属层；

在所述电介质或金属层上沉积金属或金属合金催化剂层；

在所述催化剂层上沉积固相石墨烯前体；和

经由在扩散温度下施加扩散压力使碳从石墨烯前体扩散通过催化剂层以在所述电介质或金属层上沉积MLG，从而形成M1 MLG层；

去除所述催化剂层；

在所述M1 MLG层上沉积层间电介质；

经由沉积催化剂层、沉积固相石墨烯前体和使碳扩散而在所述层间电介质上形成M2MLG层；

打开通过M2 MLG、层间电介质和M1 MLG层的整体的导通孔以形成导通孔；和

在所述导通孔中沉积通孔金属以贯穿M1 MLG层和M2 MLG层二者的厚度形成边缘接触。

2.权利要求1所述的方法，其中所述扩散压力为～65-80psi的压力并且所述扩散温度为至少约200℃。

3.任一前述权利要求所述的方法，其中所述石墨烯前体为石墨粉末。

4.权利要求1-2中任一项所述的方法，其中所述石墨烯前体为无定形碳。

5.权利要求1-2中任一项所述的方法，其中所述石墨烯前体为石墨浆料。

6.任一前述权利要求所述的方法，包括在沉积所述固相石墨烯前体之前在低于500℃的温度下对催化剂进行退火。

7.任一前述权利要求所述的方法，其中所述通孔金属为Co、Ru和W之一。

8.权利要求7所述的方法，其中所述通孔金属为Co。

9.任一前述权利要求所述的方法，其中所述催化剂层为Ni。

10.任一前述权利要求所述的方法，其中电介质层和层间电介质包括SiO₂。

11.用于在金属表面上形成MLG(多层石墨烯)的方法，该方法包括：

在所述金属表面上形成无定形碳阻隔层；

在所述无定形碳阻隔层上沉积金属或金属合金催化剂层；

在所述催化剂层上沉积固相石墨烯前体；和

经由在扩散温度下施加扩散压力使碳从石墨烯前体扩散通过所述催化剂层以在所述金属表面上沉积MLG。

12.权利要求9所述的方法，其中所述金属表面为Cu。

13.权利要求9或10所述的方法，其中所述催化剂层为Ni。

14.权利要求1所述的方法，图案化和掺杂M1 MLG并且图案化和掺杂M2 MLG层。

15.与通孔连接的MLG(多层石墨烯)器件层结构体，包括：

在电介质层上的M1 MLG互连体器件层；

隔开所述M1 MLG互连体器件层的层间电介质；

在所述层间电介质上的M2 MLG互连体器件层；和

穿过所述M2 MLG互连体器件层、所述层间电介质和所述M1 MLG互连体器件层的金属通孔，所述金属通孔贯穿M1 MLG层和M2 MLG层二者的厚度形成边缘接触。

16.权利要求15所述的器件层结构体，其中所述M1 MLG层和所述M2MLG层是经图案化的。

17.权利要求15或16所述的器件层结构体，其中所述电介质层和所述层间电介质包括SiO₂。

18.权利要求15-17中任一项所述的器件层结构体，其中所述M1 MLG层和所述M2 MLG层是经掺杂的。