集成电路互连技术

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3.2 碳纳米管的结构
碳纳米管是由单层或多层石墨片按一定形式卷曲形成的中空 的无缝圆柱结构，是一种石墨晶体。碳纳米管的每层都是一 个C原子通过sp2杂化与旁边另外3个C原子结合在一起形成 六边形平面组成的圆柱。
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3.3 碳纳米管的导电机制
碳纳米管的电子平均自由程约为1.6μm（室温下金属Cu的 电子平均自由程约为45nm ），如果碳纳米管长度小于这 个值，那么电子在碳纳米管中传输就可能为弹道输运，此 时碳纳米管的电阻跟管的长度无关 。
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3.5 CNT应用于互连亟待解决的问题
碳纳米管的高密度定向生长问题
碳纳米管束的低温生长问题
碳纳米管的横向生长问题
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集成电路的互连技术
2015 年 8月
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目 录

1、集成电路互连简介 2、早期和目前应用最为广泛的互连技术 3、下一代互连材料与互连技术


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1、集成电路互连简介
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1.1 什么是集成电路互连技术
所谓的集成电路互 连技术，就是将同 一芯片内各个独立 的元器件通过一定 的方式，连接成具 有一定功能的电路 模块的技术。
在铝中加入硅饱和溶解度所需要的足量硅，形成Al-Si 合金，避免硅向铝中扩散，从而杜绝尖ห้องสมุดไป่ตู้现象。

铝-掺杂多晶硅双层金属化结构 掺杂多晶硅主要起隔离作用。 铝-阻挡层结构

在铝与硅之间淀积一薄层金属，阻止铝与硅之间的作 用，从而限制Al尖楔问题。一般将这层金属称为阻挡层。

采用新的互连金属材料
解决Al/Si接触问题最有效的方法。
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2.5 改进电迁移的方法
“竹状“结构的选择
“竹状“结构
常规结构
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2.5 目前应用最广泛的互连技术----铜互连
IBM 6层Cu互连表面结构图
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2.6 以Cu作为互连材料的工艺流程
金属填充通孔 溅射势垒和籽晶层 淀积介质材料 CMP金属层 光刻引线沟槽图形 去掉刻蚀停止层 光刻通孔图形 刻蚀引线沟槽 去掉光刻胶
刻蚀通孔 去掉光刻胶 淀积刻蚀停止层
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2.7 Cu互连存在的问题

a 尺寸太大 b 导电能力不符合发展需求
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3、下一代互连材料与互连技术
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3.1 下一代互联材料与互连技术：碳纳米管互连

碳纳米管于1991年发现以来, 就一直是纳米科学领域的研究 热点。
由于其超高电流密度承载能力 的特性（碳纳米管上可以通过 高达1010A/cm2的电流 ），引 起了集成电路器件制造领域专 家的关注。 碳纳米管互连的研究目前主要 都集中在Via上。
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3.4 目前CNT的发展现状

日本： 1000根CNTs的Via互连技术； 美国：定向生长CNT，填充SiO2并进行抛光实现了 CNTs的互 连；


德国：20-60nm单根多壁CNT互连；
法国：单根40nm多壁CNT互连； 国内：研究集中在CNT互连模拟领域， CNT互连研究处于起 步阶段。
铝互连的优点： 铝在室温下的 电阻率很低，与硅 和磷硅玻璃的附着 性很好，易于沉积 与刻蚀。由于上述 优点，铝成为集成 电路中最早使用的 互连金属材料。
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2.2 铝互连的不足（一）：Al/Si接触中的尖楔现象
Al
Si
Al/Si接触中的 尖楔现象
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2.3 Al/Si接触的改进

Al-Si合金金属化引线
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2.4 铝互连的不足（二）：电迁移现象
电迁移现象的本质 是导体原子与通过该导 体电子流之间存在相互 作用，当一个铝金属粒 子被激发处于晶体点阵 电位分布的谷顶的时候， 它将受到两个方向相反 的作用力： （1）静电作用力， （2）“电子风”作用 力，
金属为良导体时，静电作用力将减小， 电子风作用力将起主要作用。
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1.2 集成电路对互连金属材料的要求

具有较小的电阻率 易于沉积和刻蚀 具有良好的抗电迁移特性


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1.3 电迁移现象：
电迁移现象 是集成电路制造 中需要努力解决 的一个问题。特 别是当集成度增 加，互连线条变 窄时，这个问题 更为突出。
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2、早期和目前应用最为广泛的 互连技术
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2.1 早期互连技术----铝互连