[發明專利]半導體器件利用碳納米管的層間布線及其制造方法

無效

• 申請號: 200710007707.5
• 申請日: 2007-01-29
• 公開（公告）號: CN101101903A
• 公開（公告）日: 2008-01-09
• 發明（設計）人: 韓仁澤;金夏辰
• 申請（專利權）人: 三星SDI株式會社
• 主分類號: H01L23/522
• 分類號: H01L23/522;H01L21/768
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 張波

技術領域

本發明涉及半導體器件的層間布線及其制造方法，更特別地，涉及利用高度密集的碳納米管的能減小電阻且增大電流密度的半導體器件層間布線以及制造該層間布線的方法，其包括形成多個高度密集的碳納米管的工藝。

背景技術

半導體器件，特別地，半導體存儲器件包括各種存儲器件例如動態RAM(DRAM)、靜態RAM(SRAM)、相變RAM(PRAM)、以及磁RAM(MRAM)。存儲器件一般包括金屬氧化物半導體(MOS)晶體管作為開關器件。存儲器件包括作為電子遷移路徑的導線(wire)例如接觸和互連。近來，隨著半導體器件的集成密度增大，導線的線寬減小且電流的量即每單位面積的電流密度增大。因此，約在2010年，半導體器件導線的每單位面積的電流密度預期將達到10⁶A/cm²。

鋁或銅形成的金屬導線主要用在傳統半導體器件中。然而，在減小金屬導線的線寬和增大其電流密度方面存在某些限制。線寬的減小和電流密度的增大對于半導體器件的高集成密度是必須的。然而，由于上述原因，使用金屬導線的半導體器件的集成在不久的將來會到達一極限。

因此，近來正在努力用碳納米管導線代替金屬導線以增大半導體器件的集成密度，碳納米管導線與金屬導線相比可以以窄的線寬具有高的電流密度。然而，盡管半導體器件的導線由碳納米管形成，但是碳納米管的稠化成為重要的問題，因為半導體器件的集成密度目前仍不可達。

發明內容

本發明提供一種半導體器件的層間布線結構以及制造該層間布線結構的方法，該層間布線結構能減小電阻且能夠增大電流密度。

本發明還提供一種半導體器件的層間布線結構以及制造該層間布線結構的方法，該層間布線結構能應用于微小通孔，通過其可以實現半導體器件的極高集成密度。

根據本發明的一個方面，提供一種半導體器件的層間布線，包括：形成在下層上的下電極；電連接到該下電極的催化劑層；由從該催化劑層的表面向上生長的多個碳納米管形成的碳納米管束，其中由于在該碳納米管束上部中碳納米管的聚集，該碳納米管束的上部比該碳納米管束的下部具有更高的碳納米管密度；層間電介質，其覆蓋該下層，圍繞該碳納米管束，且暴露該碳納米管束的上表面；以及上電極，設置在該層間電介質上且電連接到該碳納米管束的上表面。

根據本發明的一個方面，提供一種制造半導體器件的層間布線的方法，該方法包括：形成電連接到下電極的催化劑層；從該催化劑層的表面生長多個碳納米管；通過聚集上部中的所述碳納米管，形成上部比下部具有更高碳納米管密度的碳納米管束；形成層間電介質，其覆蓋該下電極，圍繞該碳納米管束，且暴露該碳納米管束的僅上表面；以及形成上電極，其接觸該碳納米管束的上表面。

該碳納米管束的形成可包括在所述多個碳納米管之間分配液滴且蒸發該液滴。在此情況下，該液滴(droplet)可以通過將該碳納米管浸在液體中或者通過噴淋液體而分配在所述多個碳納米管之間。該液滴可具有比生長在催化劑層邊緣的碳納米管朝向碳納米管束的中心彎曲時的恢復力更大的表面張力。具有表面張力的該液體的非限制示例可以是蒸餾水或酒精。

該層間電介質的形成可包括利用絕緣材料涂覆形成下電極的層和該碳納米管束且平坦化所涂覆絕緣材料的上表面直到碳納米管束的上表面被暴露。此時，該絕緣材料的涂覆可包括涂覆絕緣材料的前體(precursor)且烘焙該前體。

附圖說明

通過參照附圖詳細描述其示例性實施例，本發明的上述和其他特征和優點將變得更加明顯，附圖中：

圖1是根據本發明一實施例的半導體器件的層間布線結構的剖視圖；

圖2A是根據本發明一實施例的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像，示出稠化之前的碳納米管；

圖2B是根據本發明一實施例的SEM圖像，示出一束稠化碳納米管；

圖3是示意圖，示出碳納米管的濕稠化法；以及

圖4A至4E是剖視圖，示出根據本發明一實施例制造半導體器件的層間布線結構的方法。

具體實施方式

現在將參照附圖更全面地描述本發明，附圖中示出本發明的示例性實施例。首先，將描述半導體器件的利用碳納米管的層間布線結構。

圖1是根據本發明一實施例的半導體器件的層間布線結構的剖視圖。下電極21形成在基板10上。下電極21由導電材料形成，可以是單獨形成的電極圖案或者可以是通過層間布線彼此連接的兩層中的下層結構的一部分。