碳納米管小孔徑互連以及相關工藝的研究.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107A/cm2的電流密度。導致銅互連線上的RC延遲增大，散熱能力減弱，電遷移現(xiàn)象嚴重，大大影響了芯片的可靠性。由于碳納米管具備高達1010A/cm2的超高電流密度承載能力，優(yōu)良的熱傳導特性以及很高的抗電遷移穩(wěn)定特性。被認為在未來集成電路領域中，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用于集成電路的互連。
　　本文嘗試了利用聚焦離子束來實現(xiàn)碳納米管通孔互連結(jié)構(gòu)并改善其導電特性。首先，通過電流-深度終點檢測曲線，利用干法刻蝕，實現(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。并設計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，對其導電特性進行了改良。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行切割不僅可以改善碳納米管通孔互連結(jié)構(gòu)的導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理，以及