碳納米管小孔徑互連以及相關(guān)工藝的研究.pdf

1、隨著集成電路的飛速發(fā)展，布線密度的急劇增加，互連線將要承載高達(dá)107A/cm2的電流密度。導(dǎo)致銅互連線上的RC延遲增大，散熱能力減弱，電遷移現(xiàn)象嚴(yán)重，大大影響了芯片的可靠性。由于碳納米管具備高達(dá)1010A/cm2的超高電流密度承載能力，優(yōu)良的熱傳導(dǎo)特性以及很高的抗電遷移穩(wěn)定特性。被認(rèn)為在未來集成電路領(lǐng)域中，最有可能替代銅互連線的新型材料。然而碳納米管的生長模式使得其末端封閉，形成了很高的固有電阻率以及較大的電極間接觸電阻等缺陷。同時，碳

2、納米管在通孔中的生長機(jī)理也不是十分的明確。這些問題都在很大程度上妨礙了碳納米管應(yīng)用于集成電路的互連。
　　本文嘗試了利用聚焦離子束來實(shí)現(xiàn)碳納米管通孔互連結(jié)構(gòu)并改善其導(dǎo)電特性。首先，通過電流-深度終點(diǎn)檢測曲線，利用干法刻蝕，實(shí)現(xiàn)了最小孔徑為2μm的介質(zhì)層通孔陣列。對比了兩種集成電路主流互連材料鋁和銅在碳納米管互連中的優(yōu)勢與不足。并在銅電極上利用50nm的鋁作為緩沖層，有效地解決了銅離子擴(kuò)散對催化劑的污染問題，在通孔內(nèi)得到了高密度、高

3、定向性的碳納米管。并設(shè)計(jì)了便于測試的頂電極結(jié)構(gòu)。為碳納米管通孔互連結(jié)構(gòu)的電學(xué)表征，提供了良好的保證。
　　其次，采用聚焦離子束切割碳納米管頂端的方法，對其導(dǎo)電特性進(jìn)行了改良。探究了不同切割方法、不同孔徑、不同生長高度對碳納米管通孔互連結(jié)構(gòu)導(dǎo)電特性的影響。并描繪了其電阻隨高度的變化曲線，使得碳納米管的固有電阻率及其與電極間的接觸電阻分隔開來，更加明顯的體現(xiàn)了聚焦離子束切割碳納米管頂端對改善整個互連結(jié)構(gòu)導(dǎo)電特性的作用。結(jié)果顯示，利用聚

4、焦離子束對碳納米管頂端進(jìn)行切割不僅可以改善碳納米管通孔互連結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電特性而且還能提高它的I-V線性度。其中，孔徑為2μm的碳納米管通孔互連結(jié)構(gòu)，在Pt保護(hù)層下經(jīng)過聚焦離子束切割頂端后與電極間的接觸電阻由原來的439Ω降為31Ω，碳納米管的固有電阻率也由原來的508.8mΩ·cm降為81.2mΩ·cm，分別降低一個數(shù)量級。
　　最后，通過描繪碳納米管在通孔互連結(jié)構(gòu)內(nèi)生長高度隨生長時間的變化曲線，探究了碳納米管在通孔中的生長機(jī)理，以及