技術名稱 石墨烯在電子互連線應用的可行性技術
計畫單位 長庚大學
計畫主持人 陳始明
技術簡介
集成電路互連線目前正面臨進步的瓶頸。即使是銅互連,互連線引起的信號延遲比由晶體管所引起的延遲大兩到三個數量等級。分析還表明,當銅線的線寬從30 nm縮放到10 nm時,每單位長度的電阻增加了10倍以上。同樣的在較小的線寬下,導線必須承受較高的電流密度才能傳遞相同的電流,縮短導線的電遷移壽命,引起可靠度問題。
喬治亞理工學院在2009年證明,石墨烯互連可降低互連線電阻率和電遷移率、提高導熱率和提高機械強度並减少相鄰導線之間的電容耦合。常規的微電子工藝對石墨烯也可以進行圖案化。
雖然石墨烯可能是未来集成電路互連線,但在整個芯片中具有完整的石墨烯多層級互連仍然存在一些挑戰:
(1)石墨烯互連線和矽结合之間的高接觸電阻; (2) 矽芯片中多層石墨烯互連的工藝集成,包括通孔形成。此外,目前石墨烯的沉積溫度高於1000oC。 由於互連線製造步驟通常是在集成電路製造的後端過程,在製造晶體管之後,這種高溫會破壞晶體管中的pn結,因此與當前的集成電路製造過程不兼容。
為了克服上述挑戰,本技術我們開發了兩項專利。 一種是使用PVD工藝和非晶碳(一種低成本材料)在銅互連線上進行石墨烯的低溫沉積。 沉積溫度可以降至850oC,並且可以通過一些修改進一步降低。 另一種是可以將石墨烯夾在銅互連線中的製造方法。通過這種夾層結構,當前成熟的銅互連線微電子工藝技術可以繼續使用,而載流機制是通过石墨烯實現的。因此,這種夾層結構可以降低互連線電阻並增強其電遷移可靠度和散熱能力。工藝技術僅是將銅互連線浸入硫酸銅溶液約10分鐘的附加步驟。
科學突破性
在VLSI互連線上進行低溫石墨烯沉積以實現後端工藝兼容性,以及將該石墨烯嵌入VLSI互連線內的方法,從而可以應用標準的成熟互連線工藝。 導電和導熱將通過嵌入的石墨烯進行,與任何金屬相比,石墨烯均具有出色的導電和導熱性,並且石墨烯的電遷移可靠壽命也比銅高出至少三倍。
產業應用性
本發明可用於所有互連線,包括集成電路以及印刷電路板。使用本發明的成本低,因為它僅需要硫酸銅溶液的浸沒槽。
由於本發明減小了互連線的電阻並改善了互連線的散熱,因此可以在電子工業中做出重要貢獻。特別是台灣的半導體和印刷電路板行業非常強大,這種發明可以使台灣電子行業受益,並推動該行業領先許多國家。
關鍵字 互連線 超大規模集成電路 印刷電路板 兼容晶片製造 可靠度 電遷移 電化學 石墨烯
備註
  • 聯絡人
  • 林宜慧
其他人也看了