[發(fā)明專利]半導(dǎo)體器件及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310182466.3
• 申請(qǐng)日: 2013-05-16
• 公開（公告）號(hào): CN103996651B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊士?jī)|;李明翰;李香寰;吳憲昌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/768
• 分類號(hào): H01L21/768;H01L23/532
• 代理公司: 北京德恒律治知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11409
• 代理人: 章社杲,孫征

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般地涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更具體地來說，涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體器件用于各種電子應(yīng)用中使用，諸如，個(gè)人計(jì)算機(jī)、蜂窩電話、數(shù)碼相機(jī)以及其他電子設(shè)備。通常通過在半導(dǎo)體襯底上方順序地沉積絕緣或介電層、導(dǎo)電層以及半導(dǎo)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(dǎo)體器件。

半導(dǎo)體工業(yè)通過最小特征尺寸的不斷減小來持續(xù)改進(jìn)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(qū)域中。

諸如金屬或半導(dǎo)體的導(dǎo)電材料用于半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體和絕緣體的材料，以改進(jìn)器件性能。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種制造半導(dǎo)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(dǎo)電部件和設(shè)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(dǎo)電部件上方的開口；在所述第二絕緣材料中的所述開口內(nèi)的所述導(dǎo)電部件的暴露頂面上方形成基于石墨烯的導(dǎo)電層；在所述第二絕緣材料中的所述開口的側(cè)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(dǎo)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(jìn)一步包括：同時(shí)形成所述基于石墨烯的導(dǎo)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(dǎo)電層和形成所述基于碳的粘合層包括氣相生長(zhǎng)工藝。

在該方法中，形成所述基于石墨烯的導(dǎo)電層和形成所述基于碳的粘合層包括選自基本由化學(xué)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(qiáng)CVD（PECVD）、原子層CVD（ALCVD）及它們的組合所構(gòu)成的組中的工藝。

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

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種制造半導(dǎo)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(dǎo)電部件；在所述導(dǎo)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(dǎo)電部件的頂面的一部分；在所述導(dǎo)電部件的暴露頂面上方形成基于石墨烯的導(dǎo)電層并且同時(shí)在圖案化的第二絕緣材料的側(cè)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(dǎo)電層和所述基于碳的粘合層上方形成多個(gè)碳納米管（CNT）。

在該方法中，形成所述導(dǎo)電部件包括：鑲嵌工藝和金屬蝕刻工藝。

在該方法中，同時(shí)形成所述基于石墨烯的導(dǎo)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(gè)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(dǎo)電層減小所述通孔互連件的接觸阻抗。

在該方法中，所述導(dǎo)電部件包括第一導(dǎo)電部件；所述方法進(jìn)一步包括：在所述多個(gè)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(gè)CNT的每一個(gè)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(dǎo)電材料；并且所述圖案化的第三絕緣材料中的所述導(dǎo)電材料包括第二導(dǎo)電部件。

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

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

在該半導(dǎo)體器件中，所述導(dǎo)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(gòu)成的組的材料。