[發明專利]半導體器件及其制造方法

有效

• 申請號: 201310182466.3
• 申請日: 2013-05-16
• 公開（公告）號: CN103996651B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 楊士億;李明翰;李香寰;吳憲昌
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L23/532
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司11409
• 代理人: 章社杲,孫征

技術領域

本發明一般地涉及半導體技術領域，更具體地來說，涉及半導體器件及其制造方法。

背景技術

半導體器件用于各種電子應用中使用，諸如，個人計算機、蜂窩電話、數碼相機以及其他電子設備。通常通過在半導體襯底上方順序地沉積絕緣或介電層、導電層以及半導體材料層，并且使用光刻圖案化多種材料層以在其上形成電路部件和元件來制造半導體器件。

半導體工業通過最小特征尺寸的不斷減小來持續改進多種電子部件（例如，晶體管、二極管、電阻器、電容器等）的集成密度，從而允許更多部件被集成到給定區域中。

諸如金屬或半導體的導電材料用于半導體器件中，以制作集成電路的電連接。多年來，鋁被用作電連接的導電材料的金屬，并且二氧化硅被用作絕緣體。然而，由于器件尺寸減小，不得不改變導體和絕緣體的材料，以改進器件性能。

發明內容

為了解決現有技術中所存在的缺陷，根據本發明的一方面，提供了一種制造半導體器件的方法，所述方法包括：提供包括形成在第一絕緣材料中的導電部件和設置在所述第一絕緣材料上方的第二絕緣材料的工件，所述第二絕緣材料具有在所述導電部件上方的開口；在所述第二絕緣材料中的所述開口內的所述導電部件的暴露頂面上方形成基于石墨烯的導電層；在所述第二絕緣材料中的所述開口的側壁上方形成基于碳的粘合層；以及在圖案化的所述第二絕緣材料中的所述基于石墨烯的導電層和所述基于碳的粘合層上方形成碳納米管（CNT）。

該方法進一步包括：同時形成所述基于石墨烯的導電層和所述基于碳的粘合層。

在該方法中，形成所述基于石墨烯的導電層和形成所述基于碳的粘合層包括氣相生長工藝。

在該方法中，形成所述基于石墨烯的導電層和形成所述基于碳的粘合層包括選自基本由化學汽相沉積（CVD）、常壓CVD（APCVD）、次大氣壓力下的低壓CVD（LPCVD）、等離子體增強CVD（PECVD）、原子層CVD（ALCVD）及它們的組合所構成的組中的工藝。

在該方法中，形成所述基于石墨烯的導電層包括：形成多個石墨烯薄片（GS）。

在該方法中，形成所述基于碳的粘合層包括：形成無定形碳。

在該方法中，形成所述基于石墨烯的導電層包括：形成第一基于石墨烯的導電層，并且所述方法進一步包括：在所述CNT的頂面上形成第二基于石墨烯的導電層。

根據本發明的另一方面，提供了一種制造半導體器件的方法，所述方法包括：在工件上方形成第一絕緣材料；在所述第一絕緣材料中形成導電部件；在所述導電部件和所述第一絕緣材料上方形成第二絕緣材料；圖案化所述第二絕緣材料，以暴露所述導電部件的頂面的一部分；在所述導電部件的暴露頂面上方形成基于石墨烯的導電層并且同時在圖案化的第二絕緣材料的側壁上形成基于碳的粘合層；以及在所述圖案化的第二絕緣材料中的所述基于石墨烯的導電層和所述基于碳的粘合層上方形成多個碳納米管（CNT）。

在該方法中，形成所述導電部件包括：鑲嵌工藝和金屬蝕刻工藝。

在該方法中，同時形成所述基于石墨烯的導電層和所述基于碳的粘合層包括使用CH₄+H₂+Ar。

在該方法中，形成所述多個CNT包括：形成通孔互連件。

在該方法中，形成所述基于石墨烯的導電層減小所述通孔互連件的接觸阻抗。

在該方法中，所述導電部件包括第一導電部件；所述方法進一步包括：在所述多個CNT和所述第二絕緣材料上方形成第三絕緣材料，圖案化所述第三絕緣材料以在所述多個CNT的每一個的頂面上方形成開口，以及在圖案化的第三絕緣材料中形成導電材料；并且所述圖案化的第三絕緣材料中的所述導電材料包括第二導電部件。

該方法進一步包括：在所述第二絕緣材料和所述多個CNT上方形成導電材料，并且形成所述導電材料包括：通過所述導電材料密封所述多個CNT。

根據本發明的又一方面，提供了一種半導體器件，包括：工件，包括設置在第一絕緣材料中的導電部件和設置在所述第一絕緣材料上方的第二絕緣材料，所述第二絕緣材料具有在所述導電部件上方的開口；基于石墨烯的導電層，在所述第二絕緣材料中的所述開口內設置在所述導電部件的暴露頂面上方；基于碳的粘合層，設置在所述第二絕緣材料中的所述開口的側壁上方；以及碳納米管（CNT），在圖案化的第二絕緣材料內設置在所述基于石墨烯的導電層和所述基于碳的粘合層上方。

在該半導體器件中，所述導電部件包括選自基本由Cu、Fe、Co、Ni、它們的合金及它們的組合所構成的組的材料。