集成電路碳納米管通孔互連結(jié)構(gòu)的工藝整合.pdf

1、隨著集成電路特征尺寸的減小,銅互連線上的電阻及信號延遲增大,抗電遷移能力減弱,使得電路可靠性降低。由于碳納米管不會發(fā)生電遷移且可承受高達(dá)1010A/cm2的電流密度,故有望成為替代銅互連線的新型材料。當(dāng)前研究表明,碳納米管作為互連線的應(yīng)用仍具有高電阻和與CMOS工藝不兼容等問題。本文通過通孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及工藝制備的研究,優(yōu)化了工藝條件和流程,將碳納米管集成在集成電路通孔互連結(jié)構(gòu)當(dāng)中。
　　 本文首先詳細(xì)研究了磁控濺射沉積阻擋層Ti

2、N、ILD層SiO2和電極Cu薄膜的沉積條件,利用四探針測試儀、臺階儀和原子力顯微鏡(AFM)對薄膜進(jìn)行分析表征,得到電阻率為1.14×10-6Ω·m的TiN薄膜,沉積速率330 nm/h且均勻致密的SiO2薄膜和粘附性好的Cu薄膜沉積條件。光刻和濕法腐蝕工藝的優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了最小尺寸約為3μm的通孔和最小間距約為4μm頂電極圖形結(jié)構(gòu)。
　　 其次采用離子束濺射沉積Fe-Al催化劑薄膜,等離子體化學(xué)氣相沉積(PECVD)進(jìn)行催化劑的

3、預(yù)處理和碳納米管的生長,制備出的碳納米管具有較高的密度(約3×1011cm2)和較好的定向性,這也是通孔結(jié)構(gòu)中CNTs的優(yōu)化生長條件。利用掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)和原子力顯微鏡(AFM)對催化劑顆粒與CNTs形貌進(jìn)行表征,研究了Fe、Fe-Ni和Fe-Al不同催化劑種類對低溫碳納米管生長的影響以及襯底偏壓對碳納米管定向生長的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:隨著溫度的降低,Fe比其它兩種催化劑具有更高的催化活性;650℃時,使用Fe-A