[发明专利]以石墨烯为金属化层和扩散势垒层的互连线及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种互连线，尤其是一种以石墨烯为金属化层和扩散势垒层的互连线及其制备方法。

背景技术

现有的互连线一般是在绝缘基板上自下而上依次有扩散势垒层、金属化层及导电层。其中，扩散势垒层通常使用TiNx等纳米晶或非晶势垒层，其目的主要是阻止铜的扩散。而金属化层一般为化学镀铜层，其作用主要是为后续的电镀铜工艺提供导电的阴极。扩散势垒层的电阻通常很大，热扩散性能也较差，且其厚度通常也较大，这一方面降低了互连线的导电性，一方面增加了互连线结构的尺寸。在化学镀铜等金属化层上电镀得到的互连线的表面粗糙度通常较大，会增加导线的电子散射，使互连线的电阻率增大。扩散势垒层与金属化层的双层结构既增加了工艺的复杂性，又增加了器件的尺寸，限制了器件的进一步小型化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有利于器件小型化的以石墨烯为金属化层和扩散势垒层的互连线及其制备方法。

本发明的以石墨烯为金属化层和扩散势垒层的互连线在绝缘基板上自下而上依次有石墨烯层和铜-石墨烯复相导电层。

上述的绝缘基板为PET或Si/SiO₂基板。

以石墨烯为金属化层和扩散势垒层的互连线的制备方法，包括以下步骤:

1）将绝缘基板放入丙酮中超声清洗，并用去离子水冲洗，氮气吹干；

2）将石墨烯转移至经步骤1)处理的绝缘基板上；

3）使用光刻的方法对步骤2)的石墨烯层图形化，将互连线图形转移到石墨烯层上；

4）铜镀液配置：将硫酸铜用水溶解，在其中依次加入硫酸、表面活性剂和盐酸，搅拌均匀，获得铜镀液，铜镀液中的硫酸铜浓度为150-250g/L，硫酸浓度为40-110 g/L，氯离子浓度为50-120 ppm，表面活性剂浓度为0.1-2g/L；

5) 含石墨烯的电镀液配置：将石墨烯纳米片先用少量步骤4)的铜镀液润湿并超声后，再加入到剩余的铜镀液中，石墨烯纳米片的浓度为0.01-4g/L，充分搅拌，得到含石墨烯的电镀液； 

6）电镀：以磷铜片为阳极，步骤2)所得图形化的石墨烯作为阴极，置于步骤5)的含石墨烯纳米片的电镀液中，调节温度为10-40^oC、电流密度为0.5-16A/dm²，在搅拌条件下电镀1-120min，获得导电层为铜-石墨烯复相的互连线。

上述的表面活性剂可以为十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠。所述的石墨烯可以是单层或多层。

本发明与背景技术相比具有的有益效果有：

本发明与背景技术相比具有的有益效果：本发明以石墨烯作为金属化层和扩散势垒层，不仅降低了导电层的表面粗糙度，可提高互连线的导电性，而且降低了扩散势垒层的厚度，有利于器件的小型化。采用铜-石墨烯复相作为导电层，可提高互连线的导电性、抗氧化性能和耐腐蚀性能。本发明制备工艺简单。

附图说明

图1 本发明互连线的结构示意图。

具体实施方式

以下结合实施例进一步说明本发明。

如图1所示，本发明的以石墨烯为金属化层和扩散势垒层的互连线在绝缘基板1上自下而上依次有石墨烯层2和铜-石墨烯复相导电层3。

实施例1

1）将Si/SiO₂基板放入丙酮中超声清洗、并用去离子水冲洗，氮气吹干待用；

2）将单层石墨烯转移至经步骤1)处理的Si/SiO₂基板上；

3）使用光刻的方法对步骤2)的石墨烯层图形化，将互连线图形转移到石墨烯层上；

4）铜镀液配置：将硫酸铜用水溶解，在其中依次加入硫酸、十二烷基苯磺酸钠和盐酸，搅拌均匀，获得镀液，镀液中的硫酸铜浓度为200g/L，硫酸浓度为40 g/L，氯离子浓度为100ppm，十二烷基苯磺酸钠浓度为0.1g/L；

5) 含石墨烯的电镀液配置：将石墨烯纳米片先用少量步骤4)的铜镀液润湿并超声后，再加入到剩余的铜镀液中，石墨烯纳米片的浓度为0.01g/L，充分搅拌，得到含石墨烯的电镀液； 

6）电镀：以磷铜片为阳极，图形化的石墨烯作为阴极，置于步骤5)的含石墨烯纳米片的电镀液中，调节温度为25^oC、电流密度为16A/dm²，在搅拌条件下电镀1min，在石墨烯表面获得铜-石墨烯复相导电层。

实施例2