[发明专利]一种石墨烯/铜复合金属互连线的制备方法

说明书

本发明提供了一种石墨烯/铜复合金属互连线的制备方法，包括以下步骤：A)将铜粉和石墨烯混合后进行球磨，得到混合粉体；所述石墨烯占所述混合粉体质量的1～8％；B)在保护性气氛下，将所述混合粉体进行微波热压烧结，和热等静压，得到铜/石墨烯靶材；所述微波热压烧结的真空度达到10^‑4Pa以下时，开始升温，升温速率为10～20℃/min，升至500～600℃后，再以20～30℃/min的速率升至750～950℃，保温0.1～1小时；C)使用所述铜/石墨烯靶材在刻蚀后的硅基底表面进行磁控溅射镀膜，得到石墨烯/铜复合金属互连线。本发明中的方法增强了器件的散热能力和传输速率，减少电子迁移对材料性能的损害。

技术领域

本发明属于电子材料与器件技术领域，尤其涉及一种石墨烯/铜复合金属互连线的制备方法。

背景技术

互连就是将同一芯片内的各个独立的元器件连接成为具有一定功能的电路模块。随着集成电路的发展，特征尺寸越来越小，而电源电压并不能按比例相应减小，这就造成互连线中电流密度大幅上升，此外，集成电路器件密度的增加导致单位面积芯片上的线密度和做产生的热量不断增加，日益加剧了互连可靠性的严峻程度。

在亚微米和深亚微米阶段，与门延迟相比，互连引起的延迟RC占总延迟的比重越来越大。大量实例说明，当器件的特征长度小于0.18μm，则互连的信号损失和信号延迟约占总延迟和损失的75％以上。采用低电阻率的互连材料和低介电常数的介质材料可以有效的降低互连系统的延迟时间RC，进而满足器件短尺寸效应。铜互连有很多优点：铜的电阻率仅为1.67μΩ/cm，远小于铝的2.66μΩ/cm，同时能减少互连层的厚度，通过降低电容达到了减少信铜及低K介质互连体系，就成为集成电路进入深亚微米阶段以后，为了降低互连延迟时间所选择的材料。因此，在现代ULSI集成电路中，金属互连线主要采用双层大马士革的铜互连工艺。

但是，在进入纳米尺度之后，铜互连工艺将面临诸多的问题，包括尺度效应和稳定性效应。微米及更大尺度下，金属铜的电阻率在常温下可以认为是一个常数，这是由于金属铜的电子平均自由程在常温下大约为45nm，而当尺寸与电子平均自由程相当时，电子的散射显著增加，从而增加电阻率。随后再进入28nm尺度，电子表面散射和晶界散射会导致金属互连线的有效电阻率不断升高，即所谓尺度效。同时，铜互连线中的阻挡层进一步增加了等效电阻率。另一方面，电迁移现象越来越显著，尤其是在电流密度较高的互连电路中。互连线电阻率的增大，将显著增加集成电路中的信号时延，并加大电源/地线网络的IR压降，从而严重影响电路的整体性能.此外，由于铜互连线电阻率的增加和低介电材料的引入，会导致互连线的自热效应和热耗散问题趋于严重。因此，传统铜互连线电性能的恶化和可靠性的降低，成为未来超大规模集成电路发展的极大障碍。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯/铜复合金属互连线的制备方法，本发明中的石墨烯/铜复合金属互连线电子传输能力高、电阻率低且散热性强。

本发明提供一种石墨烯/铜复合金属互连线的制备方法，包括以下步骤：

A)将铜粉和石墨烯混合后进行球磨，得到混合粉体；所述石墨烯占所述混合粉体质量的1～8％；

B)在保护性气氛下，将所述混合粉体进行微波热压烧结，所述微波热压烧结完成后，将得到的坯料进行热等静压，得到铜/石墨烯靶材；

所述微波热压烧结的真空度达到10^-4Pa以下时，开始升温，升温速率为10～20℃/min，升至500～600℃后，再以20～30℃/min的速率升至750～950℃，保温0.1～1小时；

所述热等静压的压强为130～180MPa；所述热等静压的温度为900～1000℃；所述热等静压的保温时间为1～3小时；

C)使用所述铜/石墨烯靶材在刻蚀后的硅基底表面进行磁控溅射镀膜，得到石墨烯/铜复合金属互连线。