[01323419]天津市重点实验室建设—定向碳纳米管电路垂直互连集成技术

本项目属于碳纳米管（CNT）互连集成方法及GLSI下一代布线互连应用的基础研究，是半导体科学、纳米材料与集成电路制造的交叉学科领域。

随着集成电路特征尺寸的进一步微细化，互连线所承载的电流密度越来越大，正在挑战Cu互连线的极限（106A/cm2），尤其是ITRS预测技术时代进入32纳米后，互连线的电流承载密度将达107A/cm2，这将超越Cu布线的导电能力;而且随着特征尺寸的微细化，电子散射和晶界散射引起的电阻增大效应问题日益严重，迫使集成电路行业必须寻求新型互连材料。

碳纳米管以其独特的超高电流密度承载能力的特性引起了集成电路器件制造领域专家的关注。研究表明，多壁碳纳米管（MWNTs）在250℃下施加1010A/cm2的电流350小时，电流输运能力未劣化。CNT的高电流密度、高导热性及电子输运的弹道效应等特性使得CNT正在成为GLSI互连材料的最佳选择。

日本、美国、德国等国家积极开展相关的研究工作：

日本早稻田大学与MIRAI-Selete联合研究小组采用改进的等离子CVD系统在390℃下制备出MWNTs，通过CNT的化学机械抛光工艺实现CNT的互连与打开端口，但是由于CNT束密度较低及CNT-金属接触问题，所获得的电阻（2微米直径的插塞电阻为0.6欧姆）比现在常用的钨插塞大许多倍。

美国国家航空与航天管理局Ames研究中心Li Jun等采用bottom-up途径，先对催化剂图形化，定向生长出垂直结构的CNT，填充SiO2后通过对SiO2的平坦化实现CNT的互连结构，但是CNT的缺陷及束密度低限制了高电导的实现。

德国Infineon在6inch晶圆上生长CNT，并在通孔中进行CNT填充生长，表明填充密度不及3%，并指出工作挑战在于提高CNT束密度及互连接触特性。

国内从事CNT互连方面研究主要集中在CNT互连电特性分析（上海交通大学、浙江大学等课题组）。

本课题组通过与新加坡科技局制造研究所合作积极开展CNT互连研究，并取得进展。

本项目采用ECR-CVD低温沉积CNT研究不同沉积温度对CNT微结构的影响，进而影响CNT互连的导电特性，解决了低温、缺陷与高导电特性的矛盾。

采用溅射-回蚀-热处理复合工艺制备高密度纳米催化剂颗粒，提高了CNT束密度，降低互连电阻;

通过CNT紧缩技术，进一步提高CNT束密度，同时设计CNT-金属复合互连新结构，不仅利用高密度CNT的高导电特性，而且通过复合实现了CNT的固定和改善接触特性;

希望实现与现有IC互连工艺的兼容性，提高接触和有效导电通路，有望达到工艺兼容的高电导CNT互连结构，将为CNT的GLSI互连应用及导电机制分析提供基础。