[发明专利]一种基于碳纳米管的互连结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种基于碳纳米管的互连结构及其制造方法。

背景技术

铜互连技术指在半导体集成电路互连层的制作中采用铜金属材料取代传统铝金属互连材料的新型半导体制造工艺技术。传统的铜互连结构如图1所示，包括在半导体基底10上形成的低介电常数介质层11，在低介电常数介质层11中形成有互连通孔，覆盖所述互连通孔的底壁和侧壁形成有抗铜扩散阻挡层12，在所述互连通孔内所述抗铜扩散阻挡层12之上形成有铜互连线13。由于采用铜互连线可以降低互连层的厚度，使得互连层间的分布电容降低，从而使频率提高成为可能。另外，在器件密度进一步增加的情况下还会出现由电子迁移引发的可靠性问题，而铜在这方面比铝也有很强的优越性。然而随着半导体器件尺寸的进一步缩小，铜互连正经历着非常严峻的挑战，比如电迁移现象、互连功耗以及串扰的存在等，都使得铜互连在器件小型化以后暴露出越来越多的问题。此外，铜互连的工艺虽然比较成熟，但是仍然存在许多问题，比如需要使用抗铜扩散阻挡层防止铜在低介电常数介质中扩散，以防止漏电，而且当集成电路尺寸减小之后，如何在小空间内生长出致密性和一致性都很好的铜互连，也非常具有挑战性。

碳纳米管的研究目前比较火热。碳纳米管具有优越的电学、热学和机械特性，并且可以负载高密度电流而不会有可靠性的问题，同时，碳纳米管本身不具有扩散的特性，而且经过研究，随着集成电路尺寸的减小，为了保持电路的延迟特性，对碳纳米管浓度的需求却在逐渐降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、可靠性高、功耗低的基于碳纳米管的互连结构及其制备方法，从而可以解决铜互连技术所面对的问题。

本发明所提供的一种基于碳纳米管的互连结构，其主要包括：

在半导体基底表面生长的绝缘介质层

在所述绝缘介质层中形成的互连通孔；

在所述互连通孔底部形成的底部金属；

在所述互连通孔内并位于所述底部金属上生长的碳纳米管；

在所述互连通孔内并位于所述碳纳米管周围形成的密封层；

以及在所述碳纳米管顶部形成的顶部金属。

如上所述的基于碳纳米管的互连结构，在所述碳纳米管的底部形成有用于生长碳纳米管的催化剂薄膜，所述的催化剂为铁，其厚度范围为1-3纳米。

如上所述的基于碳纳米管的互连结构，所述的密封层为低介电常数的金属氧化物或者硅氧化物。

进一步地，本发明还提出了所述基于碳纳米管的互连结构的制备方法，具体步骤如下：

在提供的半导体基底表面生长第一层金属；

在所述第一层金属之上淀积第一层光刻胶并光刻形成图形；

刻蚀掉没有被光刻胶保护的所述第一层金属，剩余的所述第一层金属形成底部金属接触；

剥除第一层光刻胶；

覆盖所述底部金属淀积第一层绝缘薄膜；

在所述第一层绝缘薄膜之上淀积第二层光刻胶并光刻定义出互连通孔的位置；

刻蚀掉没有被光刻胶保护的所述第一层绝缘薄膜形成互连通孔；

剥除第二层光刻胶；

在所述互连通孔底部淀积一层用于生长碳纳米管的催化剂；

在所述互连通孔内生长碳纳米管；

在所述互连通孔内、所述碳纳米管周围生长金属氧化物或硅氧化物密封层；

用化学机械抛光技术去除不需要的碳纳米管；

在剩余的碳纳米管顶部生长第二层金属；

在所述第二层金属之上淀积第三次光刻胶并光刻形成图形；

刻蚀掉没有被光刻胶保护的所述第二层金属，剩余的所述第二层金属形成顶部金属接触。

如上所述的基于碳纳米管的互连结构的制造方法，所述的催化剂为铁，其厚度范围为1-3纳米。

本发明使用碳纳米管替代铜作为互连介质，工艺过程简单，而且经过一定的工艺处理可以在互连通孔中得到均匀且平行的碳纳米管，不需要制备扩散阻挡层就可以有效防止漏电流的产生、减少电路的可靠性问题。同时，由于碳纳米管具有良好的电学、热学和机械特性，可以提高电路的电流密度、降低芯片功耗，也可以有效的解决铜互连在尺寸减小后遇到的电迁移和串扰噪声等问题。

附图说明

图1为传统技术的铜互连结构的截面图

图2为本发明所提出的基于碳纳米管的互连结构的一个实施例的截面图。

图3-图9为本发明所提出的如图1所示的基于碳纳米管的互连结构的制造方法的一个实施例的工艺流程图。

具体实施方式