[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明一般地涉及半导体技术领域，更具体地来说，涉及半导体器件及其制造方法。

背景技术

半导体器件用于各种电子应用中使用，诸如，个人计算机、蜂窝电话、数码相机以及其他电子设备。通常通过在半导体衬底上方顺序地沉积绝缘或介电层、导电层以及半导体材料层，并且使用光刻图案化多种材料层以在其上形成电路部件和元件来制造半导体器件。

半导体工业通过最小特征尺寸的不断减小来持续改进多种电子部件（例如，晶体管、二极管、电阻器、电容器等）的集成密度，从而允许更多部件被集成到给定区域中。

诸如金属或半导体的导电材料用于半导体器件中，以制作集成电路的电连接。多年来，铝被用作电连接的导电材料的金属，并且二氧化硅被用作绝缘体。然而，由于器件尺寸减小，不得不改变导体和绝缘体的材料，以改进器件性能。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本发明的一方面，提供了一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：提供包括形成在第一绝缘材料中的导电部件和设置在所述第一绝缘材料上方的第二绝缘材料的工件，所述第二绝缘材料具有在所述导电部件上方的开口；在所述第二绝缘材料中的所述开口内的所述导电部件的暴露顶面上方形成基于石墨烯的导电层；在所述第二绝缘材料中的所述开口的侧壁上方形成基于碳的粘合层；以及在图案化的所述第二绝缘材料中的所述基于石墨烯的导电层和所述基于碳的粘合层上方形成碳纳米管（CNT）。

该方法进一步包括：同时形成所述基于石墨烯的导电层和所述基于碳的粘合层。

在该方法中，形成所述基于石墨烯的导电层和形成所述基于碳的粘合层包括气相生长工艺。

在该方法中，形成所述基于石墨烯的导电层和形成所述基于碳的粘合层包括选自基本由化学汽相沉积（CVD）、常压CVD（APCVD）、次大气压力下的低压CVD（LPCVD）、等离子体增强CVD（PECVD）、原子层CVD（ALCVD）及它们的组合所构成的组中的工艺。

在该方法中，形成所述基于石墨烯的导电层包括：形成多个石墨烯薄片（GS）。

在该方法中，形成所述基于碳的粘合层包括：形成无定形碳。

在该方法中，形成所述基于石墨烯的导电层包括：形成第一基于石墨烯的导电层，并且所述方法进一步包括：在所述CNT的顶面上形成第二基于石墨烯的导电层。

根据本发明的另一方面，提供了一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：在工件上方形成第一绝缘材料；在所述第一绝缘材料中形成导电部件；在所述导电部件和所述第一绝缘材料上方形成第二绝缘材料；图案化所述第二绝缘材料，以暴露所述导电部件的顶面的一部分；在所述导电部件的暴露顶面上方形成基于石墨烯的导电层并且同时在图案化的第二绝缘材料的侧壁上形成基于碳的粘合层；以及在所述图案化的第二绝缘材料中的所述基于石墨烯的导电层和所述基于碳的粘合层上方形成多个碳纳米管（CNT）。

在该方法中，形成所述导电部件包括：镶嵌工艺和金属蚀刻工艺。

在该方法中，同时形成所述基于石墨烯的导电层和所述基于碳的粘合层包括使用CH₄+H₂+Ar。

在该方法中，形成所述多个CNT包括：形成通孔互连件。

在该方法中，形成所述基于石墨烯的导电层减小所述通孔互连件的接触阻抗。

在该方法中，所述导电部件包括第一导电部件；所述方法进一步包括：在所述多个CNT和所述第二绝缘材料上方形成第三绝缘材料，图案化所述第三绝缘材料以在所述多个CNT的每一个的顶面上方形成开口，以及在图案化的第三绝缘材料中形成导电材料；并且所述图案化的第三绝缘材料中的所述导电材料包括第二导电部件。

该方法进一步包括：在所述第二绝缘材料和所述多个CNT上方形成导电材料，并且形成所述导电材料包括：通过所述导电材料密封所述多个CNT。

根据本发明的又一方面，提供了一种半导体器件，包括：工件，包括设置在第一绝缘材料中的导电部件和设置在所述第一绝缘材料上方的第二绝缘材料，所述第二绝缘材料具有在所述导电部件上方的开口；基于石墨烯的导电层，在所述第二绝缘材料中的所述开口内设置在所述导电部件的暴露顶面上方；基于碳的粘合层，设置在所述第二绝缘材料中的所述开口的侧壁上方；以及碳纳米管（CNT），在图案化的第二绝缘材料内设置在所述基于石墨烯的导电层和所述基于碳的粘合层上方。

在该半导体器件中，所述导电部件包括选自基本由Cu、Fe、Co、Ni、它们的合金及它们的组合所构成的组的材料。