[发明专利]金属配线、其的形成方法及包含其的半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及金属-石墨烯异种接合金属配线、在半导体器件形成金属-石墨烯异种接合金属配线的方法及包括金属-石墨烯异种接合金属配线的半导体器件。

背景技术

随着半导体器件的大小逐渐减小，正处于金属配线的宽度及间隔逐渐减小的趋势。用作半导体器件的金属配线的铜随着配线宽度减小电阻急剧增大，因此在适用于数-数十纳米的半导体器件中存在困难。

最近，全球对作为低电阻材料的碳类原材料应用于配线的方法进行着广泛的研究，在上述碳类原材料中将石墨烯应用于配线原材料的方法进行着广泛的研究。

上述石墨烯(graphene)作为由碳原子形成的二维导电性物质，既以蜂窝状的结构在化学上稳定，又以一维或二维的纳米大小的图案容易进行加工。并且，上述石墨烯热传导性高，且具有可使电子如无质量似的快速移动的优秀的导电性，从而作为可替代当前作为半导体器件的原材料使用得多的硅的新一代电子原材料受到瞩目。

并且，由于上述石墨烯具有由量子导电引起的弹道输运(ballistic transport)特性，因此预计可用作代替金属配线的超大规模集成电路(Very Large Scale Integrated Circuit；VLSI)的低电阻配线。

为了将石墨烯用作半导体器件的金属配线，需要高品质的石墨烯。为此，以往将利用化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition；CVD)合成的大面积石墨烯转移于金属配线后，利用蚀刻工序进行图案化来制作金属-石墨烯异种接合金属配线。在上述情况下，存在如下问题：由石墨烯合成和转移工序导致制备费用高，工序时间长，在转移过程中产生非预期的石墨烯的损伤(撕裂或起皱)或产生转移媒介的残留物，从而对电子元件的性能产生负面影响。并且，在对石墨烯进行蚀刻的过程中受到物理性损伤或形成缺陷，降低石墨烯的电特性。并且，因为石墨烯形成二维的板状结构，所以难以适用于垂直的配线结构。

因此，为了解决这种问题，需要可利用一次石墨烯合成工序在垂直或水平的金属配线的前部面涂敷石墨烯，来制备金属-石墨烯异种接合金属配线的技术。

发明内容

本发明要解决的技术问题

本发明的目的在于，提供在半导体器件形成金属-石墨烯异种接合金属配线的方法。

并且，本发明的再一目的在于，提供金属-石墨烯异种接合金属配线。

并且，本发明的另一目的在于，提供根据上述方法形成的金属-石墨烯异种接合金属配线的半导体器件。

技术方案

用于实现上述目的的本发明的在半导体器件形成金属-石墨烯异种接合金属配线的方法可包括：步骤A，通过在基板的上部面蒸镀碳源，来形成碳源层；步骤B，通过在上述碳源层上蒸镀金属催化剂，来形成金属催化剂层；以及步骤C，对包括上述碳源层及金属催化剂层的基板进行热处理，来将与上述金属催化剂层相接触的碳源层合成为石墨烯层。

在上述步骤C之后，还包括去除在不形成金属配线的位置的上述基板的上部面形成的石墨烯层及金属催化剂层进行去除的步骤。

在上述步骤B与步骤C之间还可包括步骤B`，上述步骤B`为在露出的上述金属催化剂层的露出面蒸镀碳源的步骤，在进行步骤B`的情况下，还可包括如下步骤：在上述步骤B`之前，去除在不形成金属配线的位置的上述基板的上部面形成的石墨烯层及金属催化剂层，在上述热处理步骤之后，对未合成为上述石墨烯的碳源层进行去除的步骤。

以交替的方式反复进行上述步骤A及上述步骤B，可通过在进行到上述步骤B的基板上层叠另一基板来反复进行。在这种情况下，在上述步骤B之后，去除不形成金属配线的位置的上述基板的上部面形成的碳源层及金属催化剂层之后，可通过层叠另一基板来反复过程，在上述步骤B与步骤C之间还包括步骤B`，在露出有上述金属催化剂层的露出面蒸镀碳源。

上述基板可以为形成有用于形成配线的沟道(trench)的基板，上述碳源层可位于上述配线沟道的内侧，上述金属催化剂层可以为通过蒸镀于形成在上述配线沟道的内侧的碳源层上来在上述配线沟道填满有金属催化剂的层。