[發(fā)明專利]一種基于石墨烯的集成電路中的屏蔽層結(jié)構(gòu)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410709623.6
• 申請(qǐng)日: 2014-11-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105702663A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦樵風(fēng);王紫東;賈越輝;彭沛;任黎明;傅云義
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L23/552
• 分類(lèi)號(hào): H01L23/552
• 代理公司: 北京萬(wàn)象新悅知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11360
• 代理人: 賈曉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微納器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及在集成電路中的一種基于石墨烯的屏蔽層結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

在超大規(guī)模集成電路的發(fā)展中，隨著在集成化程度與工作速度方面日益提高的需求，更 小的器件尺寸、更高的器件密度與更高的工作頻率成為集成電路的發(fā)展趨勢(shì)。在這樣的背景 下，互連線間的串?dāng)_成為了影響集成電路性能的重要因素之一。串?dāng)_是指由于兩條信號(hào)線之 間的耦合、互感與互容而引起的噪聲，可能造成所傳輸數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤或丟失。常用的減少串?dāng)_ 的方法有增加信號(hào)線之間的間距、加設(shè)屏蔽線等。然而，上述措施均需消耗額外的面積，不 利于工藝尺寸的進(jìn)一步減小。

石墨烯，即單層石墨，是厚度僅為0.34nm，而又具有優(yōu)良的導(dǎo)電性質(zhì)的材料。其極高的 電子遷移率適應(yīng)高頻工作的要求，且其材料與器件的制備可與傳統(tǒng)CMOS工藝相容。利用以 石墨烯為代表的新型二維材料，有望在不顯著犧牲面積的情況下，對(duì)集成電路中互連線間的 串?dāng)_實(shí)行有效的抑制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種基于石墨烯的集成電路中的屏蔽層結(jié)構(gòu)。

為達(dá)到本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供的基于石墨烯的集成電路中的屏蔽層結(jié)構(gòu)，如圖 1所示，包括上下層疊的多個(gè)絕緣介質(zhì)層、金屬信號(hào)線、水平的二維材料屏蔽層、豎直的二 維材料屏蔽層、金屬信號(hào)線間的通孔、以及屏蔽層與金屬信號(hào)線間的通孔。

絕緣介質(zhì)層，其材料為集成電路中常用的絕緣介質(zhì)材料，典型的有二氧化硅。其厚度為 數(shù)微米至數(shù)十微米。金屬信號(hào)線與水平屏蔽層交替設(shè)置于各層絕緣層中。

金屬信號(hào)線，其材料為集成電路中常用的金屬導(dǎo)體材料，典型的有金、銀、銅、鋁等。 根據(jù)現(xiàn)行工藝，其厚度為數(shù)百納米至數(shù)微米，寬度為數(shù)百納米至數(shù)微米，長(zhǎng)度為數(shù)微米至數(shù) 毫米。在金屬信號(hào)線中有電信號(hào)傳輸。

水平的屏蔽層，其材料為單層石墨烯或多層石墨烯。其厚度通常小于1納米，寬度與長(zhǎng) 度取決于其相鄰絕緣層中的金屬信號(hào)線——在不存在通孔處，其寬度應(yīng)大于相鄰絕緣層中金 屬信號(hào)線的寬度，其長(zhǎng)度應(yīng)與該金屬信號(hào)線的長(zhǎng)度大約相同。

豎直的屏蔽層，其材料與水平屏蔽層相同。其厚度通常小于1納米，寬度橫跨兩個(gè)絕緣 層(金屬信號(hào)線所在的絕緣層與該層下方的絕緣層)，其長(zhǎng)度應(yīng)與金屬信號(hào)線的長(zhǎng)度大約相同。 其水平位置安放在同一絕緣層中的兩個(gè)相鄰金屬信號(hào)線之間。其制備方式是，在絕緣層上打 出一個(gè)極窄的溝槽，之后在溝槽的兩個(gè)側(cè)壁上CVD生長(zhǎng)二維材料，再在溝槽中填充絕緣介質(zhì) 材料。由于其制備方式，如圖1所示，通常每一個(gè)位置會(huì)同時(shí)形成相互平行的兩個(gè)屏蔽層， 其間距視工藝而定，一般為數(shù)百納米至數(shù)微米，在與金屬信號(hào)線2A～2G寬度相同或小一個(gè)的 數(shù)量級(jí)。

金屬信號(hào)線間的通孔，其材料與金屬信號(hào)線相同，水平截面為矩形，邊長(zhǎng)數(shù)百納米至數(shù) 微米，高度為一個(gè)絕緣層的高度的偶數(shù)倍。它用于連接兩個(gè)或多個(gè)處于不同絕緣層中的金屬 信號(hào)線。

屏蔽層與金屬信號(hào)線間的通孔，其材料為石墨或金屬，水平截面為矩形，邊長(zhǎng)數(shù)百納米 至數(shù)微米，高度為一個(gè)絕緣層的高度的奇數(shù)倍。它用于連接屏蔽層與作為地線的金屬信號(hào)線。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明提出的基于石墨烯的集成電路中的屏蔽層結(jié)構(gòu)既可顯著降低 同層內(nèi)多個(gè)金屬信號(hào)線間的層內(nèi)串?dāng)_，又可降低不同層之間金屬信號(hào)線間的層間串?dāng)_。由于 所采用二維材料極小的厚度，與同等工藝下不含串?dāng)_抑制處理的結(jié)構(gòu)相比，水平與豎直所占 用面積均沒(méi)有顯著增加，豎直方向的尺度如絕緣層厚度甚至可以降低。結(jié)構(gòu)的制備與傳統(tǒng) CMOS工藝相兼容，并且與三維集成電路技術(shù)的工藝、要求與發(fā)展趨勢(shì)相適應(yīng)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明基于石墨烯的集成電路中的屏蔽層結(jié)構(gòu)示意圖；

其中1A、1B、1C、1D、1E為絕緣介質(zhì)層；2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G為金屬信號(hào) 線；3A、3B為水平的屏蔽層；4A、4B、4C為豎直的屏蔽層；5為金屬信號(hào)線間的通孔；6 為屏蔽層與金屬信號(hào)線間的通孔。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。需要注意的是，公布實(shí)施例的目的在于幫助進(jìn)一 步理解本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明及所附權(quán)利要求的精神和 范圍內(nèi)，各種替換和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于實(shí)施例所公開(kāi)的內(nèi)容，本發(fā) 明要求保護(hù)的范圍以權(quán)利要求書(shū)界定的范圍為準(zhǔn)。