[发明专利]一种形成石墨烯互连线的方法

说明书

本发明提供一种形成石墨烯互连线的方法，其包括以下步骤：提供目标衬底；接着在目标衬底上形成均匀且厚度可控的碳源层；在碳源层上淀积金属催化层；然后在预设温度下采用退火工艺将淀积的碳源层转化为石墨烯层；随后去除金属催化层；最后采用光刻和刻蚀工艺对石墨烯层图案化，以形成石墨烯互连线。本发明提供的一种形成石墨烯互连线的方法，能够直接在目标衬底上制备出预设厚度的石墨烯互连线，无需额外的石墨烯转移工艺，解决了现有技术中石墨烯薄膜易损伤的问题，方法简单，与传统CMOS工艺相兼容，有利于石墨烯技术发展和应用。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造技术领域，更具体地，涉及一种形成石墨烯互连线的方法。

背景技术

近年来,电子信息产业如计算机、通信、自动化等的高速发展给人们的生活带来了巨大的便利，电子产品微型化的同时性能也越来越好。在此过程中单晶硅材料发挥了巨大作用，但随着器件尺寸的不断缩小，极限问题随之出现，如特征线宽的缩小和芯片集成度的限制：一方面，工艺上很难继续达到更窄的线宽，主要体现在光刻精度的问题；另一方面，尺寸不断缩小，一些物理效应将影响器件的正常工作，最终导致器件失效。那么，为了克服这一瓶颈，需要寻找更好的电子器件材料来代替单晶硅。科学家和研究工作者将目光和研究焦点聚集在了明星材料—石墨烯上。

石墨烯是由一层密集的、包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子组成，是世界上最薄的二维材料，其厚度仅为单层原子层的厚度—几埃的量级。这种特殊结构蕴含了丰富而新奇的物理现象，使石墨烯表现出许多优异性质。例如，石墨烯的强度是已测试材料中最高的，达130GPa，是钢的100多倍；其载流子迁移率达15000cm2/(V*s)，是目前已知的具有最高迁移率的锑化铟材料的两倍，超过商用硅片迁移率的10倍以上，在特定条件下(如低温骤冷等)，其迁移率甚至可达250000cm2/(V*s)；其热导率可达5000W/(m*K)，是金刚石的3倍；还具有室温量子霍尔效应及室温铁磁性等特殊性质。由于其优良的机械和光电性质，结合其特殊的单原子层平面二维结构及其高比表面积，可以制备基于石墨烯的各种柔性电子器件和功能复合材料。由于石墨烯具有性能优异、成本低廉、可加工性好等众多优点，人们普遍预测石墨烯在电子、信息、能源、材料和生物医药等领域具有重大的应用前景，可望在21世纪掀起一场新的技术革命。

在现有的研究技术中，石墨烯互连线的普遍制备工艺为先通过各种石墨烯制备工艺得到石墨烯薄膜，然后将石墨烯薄膜转移至目标衬底，然后再对石墨烯进行图形化形成石墨烯互连线。因此，石墨烯薄膜的转移工艺直接关系着石墨烯薄膜的最终质量和性质。

但上述方法中石墨烯薄膜的转移工艺很容易对最终的石墨烯互连线造成损伤，导致石墨烯作为互连线材料的优异特性损失。因此，本领域技术人员亟需提供一种形成石墨烯互连线的方法，以防止石墨烯薄膜受损。

发明内容

针对以上问题，为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种形成石墨烯互连线的方法，以解决现有技术中石墨烯薄膜易损伤的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种形成石墨烯互连线的方法，包括以下步骤：

步骤S01：提供一目标衬底；

步骤S02：在所述目标衬底上形成均匀且厚度可控的碳源层；

步骤S03：在所述碳源层上淀积金属催化层；

步骤S04：对所述金属催化层、碳源层以及目标衬底进行退火工艺，以使所述碳源层在金属催化层的作用下转变成石墨烯层；

步骤S05：去除所述金属催化层；

步骤S06：对所述石墨烯层进行光刻和刻蚀工艺，在所述目标衬底上形成石墨烯互连线。

优选的，所述目标衬底还包括制作在所述目标衬底之上的包含晶体管在内的器件层以及铜互连结构。