以石墨烯為金屬化層和擴散勢壘層的互連線及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的以石墨烯為金屬化層和擴散勢壘層的互連線在絕緣基板上自下而上依次有石墨烯層和銅-石墨烯復相導電層。其制備步驟包括：將石墨烯轉(zhuǎn)移到經(jīng)清洗的絕緣基板上，使用光刻的方法對石墨烯進行圖形化，然后在含石墨烯納米片的電鍍液中通過電鍍的方法在該石墨烯上電鍍形成銅-石墨烯復相導電層。本發(fā)明的互連線以石墨烯作為導電層的擴散勢壘層，降低了擴散勢壘層的厚度，有利于器件的小型化，并可降低導電層的表面粗糙度，提高其電導，且具有優(yōu)異的抗腐蝕性能。石墨烯既作為金屬化層，又作為導電層的擴散勢壘層，簡化了制備工藝。
【專利說明】以石墨烯為金屬化層和擴散勢壘層的互連線及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種互連線，尤其是一種以石墨烯為金屬化層和擴散勢壘層的互連線及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的互連線一般是在絕緣基板上自下而上依次有擴散勢壘層、金屬化層及導電層。其中，擴散勢壘層通常使用TiNx等納米晶或非晶勢壘層，其目的主要是阻止銅的擴散。而金屬化層一般為化學鍍銅層，其作用主要是為后續(xù)的電鍍銅工藝提供導電的陰極。擴散勢壘層的電阻通常很大，熱擴散性能也較差，且其厚度通常也較大，這一方面降低了互連線的導電性，一方面增加了互連線結(jié)構(gòu)的尺寸。在化學鍍銅等金屬化層上電鍍得到的互連線的表面粗糙度通常較大，會增加導線的電子散射，使互連線的電阻率增大。擴散勢壘層與金屬化層的雙層結(jié)構(gòu)既增加了工藝的復雜性，又增加了器件的尺寸，限制了器件的進一步小型化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種有利于器件小型化的以石墨烯為金屬化層和擴散勢壘層的互連線及其制備方法。
[0004]本發(fā)明的以石墨烯為金屬化層和擴散勢壘層的互連線在絕緣基板上自下而上依次有石墨烯層和銅-石墨烯復相導電層。
[0005]上述的絕緣基板為PET或Si/Si02基板。
[0006]以石墨烯為金屬化層和擴散勢壘層的互連線的制備方法，包括以下步驟:
1)將絕緣基板放入丙酮中超聲清洗，并用去離子水沖洗，氮氣吹干；
2)將石墨烯轉(zhuǎn)移至經(jīng)步驟I)處理的絕緣基板上；
3)使用光刻的方法對步驟2)的石墨烯層圖形化，將互連線圖形轉(zhuǎn)移到石墨烯層上；
4)銅鍍液配置:將硫酸銅用水溶解，在其中依次加入硫酸、表面活性劑和鹽酸，攪拌均勻，獲得銅鍍液，銅鍍液中的硫酸銅濃度為150-250g/L，硫酸濃度為40-110 g/L，氯離子濃度為50-120 ppm，表面活性劑濃度為0.l_2g/L ；
5)含石墨烯的電鍍液配置:將石墨烯納米片先用少量步驟4)的銅鍍液潤濕并超聲后，再加入到剩余的銅鍍液中，石墨烯納米片的濃度為0.01-4g/L，充分攪拌，得到含石墨烯的電鍍液；
6)電鍍:以磷銅片為陽極，步驟2)所得圖形化的石墨烯作為陰極，置于步驟5)的含石墨烯納米片的電鍍液中，調(diào)節(jié)溫度為10-40°C、電流密度為0.5-16A/dm2，在攪拌條件下電鍍l-120min，獲得導電層為銅-石墨烯復相的互連線。
[0007]上述的表面活性劑可以為十二烷基苯磺酸鈉或十二烷基硫酸鈉。所述的石墨烯可以是單層或多層。
[0008]本發(fā)明與【背景技術(shù)】相比具有的有益效果有: 本發(fā)明與【背景技術(shù)】相比具有的有益效果:本發(fā)明以石墨烯作為金屬化層和擴散勢壘層，不僅降低了導電層的表面粗糙度，可提高互連線的導電性，而且降低了擴散勢壘層的厚度，有利于器件的小型化。采用銅-石墨烯復相作為導電層，可提高互連線的導電性、抗氧化性能和耐腐蝕性能。本發(fā)明制備工藝簡單。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1本發(fā)明互連線的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0010]以下結(jié)合實施例進一步說明本發(fā)明。
[0011]如圖1所示，本發(fā)明的以石墨烯為金屬化層和擴散勢壘層的互連線在絕緣基板I上自下而上依次有石墨烯層2和銅-石墨烯復相導電層3。
[0012]實施例1
1)將Si/Si02基板放入丙酮中超聲清洗、并用去離子水沖洗，氮氣吹干待用；
2)將單層石墨烯轉(zhuǎn)移至經(jīng)步驟I)處理的Si/Si02基板上；
3)使用光刻的方法對步驟2)的石墨烯層圖形化，將互連線圖形轉(zhuǎn)移到石墨烯層上；
4)銅鍍液配置:將硫酸銅用水溶解，在其中依次加入硫酸、十二烷基苯磺酸鈉和鹽酸，攪拌均勻，獲得鍍液，鍍液中的硫酸銅濃度為200g/L，硫酸濃度為40 g/L，氯離子濃度為IOOppm,十二燒基苯磺酸鈉濃度為0.lg/L ；
5)含石墨烯的電鍍液配置:將石墨烯納米片先用少量步驟4)的銅鍍液潤濕并超聲后，再加入到剩余的銅鍍液中，石墨烯納米片的濃度為0.01g/L，充分攪拌，得到含石墨烯的電鍍液；
6)電鍍:以磷銅片為陽極，圖形化的石墨烯作為陰極，置于步驟5)的含石墨烯納米片的電鍍液中，調(diào)節(jié)溫度為25°C、電流密度為16A/dm2，在攪拌條件下電鍍lmin，在石墨烯表面獲得銅-石墨烯復相導電層。
[0013]實施例2
1)基板清洗:將PET基板放入丙酮中超聲清洗、并用去離子水沖洗，氮氣吹干待用；
2)將多層石墨烯轉(zhuǎn)移至經(jīng)步驟I)處理的PET基板上；
3)使用光刻的方法對步驟2)的石墨烯層圖形化，將互連線圖形轉(zhuǎn)移到石墨烯層上；
4)銅鍍液配置:將硫酸銅用水溶解，在其中依次加入硫酸、十二烷基硫酸鈉和鹽酸，攪拌均勻，獲得鍍液，鍍液中的硫酸銅濃度為150g/L，硫酸濃度為90 g/L，氯離子濃度為50ppm,十二燒基硫酸鈉濃度為2g/L ；
5)含石墨烯的電鍍液配置:將石墨烯納米片先用少量步驟4)的銅鍍液潤濕并超聲后，再加入到剩余的銅鍍液中，石墨烯納米片的濃度為4g/L，充分攪拌，得到含石墨烯的電鍍液；
6)電鍍:以磷銅片為陽極，圖形化的石墨烯作為陰極，置于步驟5)的含石墨烯納米片的電鍍液中，調(diào)節(jié)溫度為10°C、電流密度為0.5A/dm2，在攪拌條件下電鍍120min，在石墨烯表面獲得銅-石墨烯復相導電層。
[0014]實施例3 1)基板清洗:將Si/Si02基板放入丙酮中超聲清洗、并用去離子水沖洗，氮氣吹干待
用；
2)將單層石墨烯轉(zhuǎn)移至經(jīng)步驟I)處理的Si/Si02基板上；
3)使用光刻的方法對步驟2)的石墨烯層圖形化，將互連線圖形轉(zhuǎn)移到石墨烯層上；
4)銅鍍液配置:將硫酸銅用水溶解，在其中依次加入硫酸、十二烷基苯磺酸鈉和鹽酸，攪拌均勻，獲得鍍液，鍍液中的硫酸銅濃度為250g/L，硫酸濃度為80g/L，氯離子濃度為120ppm,十二燒基苯磺酸鈉濃度為L 5g/L ；
5)含石墨烯的電鍍液配置:將石墨烯納米片先用少量步驟4)的銅鍍液潤濕并超聲后，再加入到剩余的銅鍍液中，石墨烯納米片的濃度為lg/L，充分攪拌，得到含石墨烯的電鍍液；
6)電鍍:以磷銅片為陽極，圖形化的石墨烯作為陰極，置于步驟5)的含石墨烯納米片的電鍍液中，調(diào)節(jié)溫度為40°C、電流密度為8A/dm2，在攪拌條件下電鍍20min，在石墨烯表面獲得銅-石墨烯復相導電層。
[0015]實施例4
O基板清洗:將Si/Si02基板放入丙酮中超聲清洗、并用去離子水沖洗，氮氣吹干待
用；
2)將單層石墨烯轉(zhuǎn)移至經(jīng)步驟I)處理的Si/Si02基板上；
3)使用光刻的方法對步驟2)的石墨烯層圖形化，將互連線圖形轉(zhuǎn)移到石墨烯層上；
4)銅鍍液配置:將硫酸銅用水溶解，在其中依次加入硫酸、十二烷基苯磺酸鈉和鹽酸，攪拌均勻，獲得鍍液，鍍液中的硫酸銅濃度為200g/L，硫酸濃度為110 g/L，氯離子濃度為IOOppm,十二燒基苯磺酸鈉濃度為2g/L ；
5)含石墨烯的電鍍液配置:將石墨烯納米片先用少量步驟4)的銅鍍液潤濕并超聲后，再加入到剩余的銅鍍液中，石墨烯納米片的濃度為2g/L，充分攪拌，得到含石墨烯的電鍍液；
6)電鍍:以磷銅片為陽極，圖形化的石墨烯作為陰極，置于步驟5)的含石墨烯納米片的電鍍液中，調(diào)節(jié)溫度為25°C、電流密度為lA/dm2，在攪拌條件下電鍍50min，在石墨烯表面獲得銅-石墨烯復相導電層。
[0016]實施例5
O基板清洗:將Si/Si02基板放入丙酮中超聲清洗、并用去離子水沖洗，氮氣吹干待
用；
2)將單層石墨烯轉(zhuǎn)移至經(jīng)步驟I)處理的Si/Si02基板上；
3)使用光刻的方法對步驟2)的石墨烯層圖形化，將互連線圖形轉(zhuǎn)移到石墨烯層上；
4)銅鍍液配置:將硫酸銅用水溶解，在其中依次加入硫酸、十二烷基苯磺酸鈉和鹽酸，攪拌均勻，獲得鍍液，鍍液中的硫酸銅濃度為200g/L，硫酸濃度為65 g/L，氯離子濃度為IOOppm,十二燒基苯磺酸鈉濃度為1.2g/L ；
5)含石墨烯的電鍍液配置:將石墨烯納米片先用少量步驟4)的銅鍍液潤濕并超聲后，再加入到剩余的銅鍍液中，石墨烯納米片的濃度為3g/L，充分攪拌，得到含石墨烯的電鍍液；
6)電鍍:以磷銅片為陽極，圖形化的石墨烯作為陰極，置于步驟5)的含石墨烯納米片的電鍍液中，調(diào)節(jié)溫度為25°C、電流密度為2A/dm2，在攪拌條件下電鍍60min，在石墨烯表面獲得銅-石墨烯復相導電層。
【權(quán)利要求】
1.一種以石墨烯為金屬化層和擴散勢壘層的互連線，其特征是在絕緣基板(I)上自下而上依次有石墨烯層(2)和銅-石墨烯復相導電層(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以石墨烯為金屬化層和擴散勢壘層的互連線，其特征在于:所述的絕緣基板(I)為PET或Si/Si02基板。
3.一種制備如權(quán)利要求1所述的以石墨烯為金屬化層和擴散勢壘層的互連線的方法，其特征在于包括以下步驟: 1)將絕緣基板放入丙酮中超聲清洗，并用去離子水沖洗，氮氣吹干； 2)將石墨烯轉(zhuǎn)移至經(jīng)步驟I)處理的絕緣基板上； 3)使用光刻的方法對步驟2)的石墨烯層圖形化，將互連線圖形轉(zhuǎn)移到石墨烯層上； 4)銅鍍液配置:將硫酸銅用水溶解，在其中依次加入硫酸、表面活性劑和鹽酸，攪拌均勻，獲得銅鍍液，銅鍍液中的硫酸銅濃度為150-250g/L，硫酸濃度為40-110 g/L，氯離子濃度為50-120 ppm，表面活性劑濃度為0.l_2g/L ； 5)含石墨烯的電鍍液配置:將石墨烯納米片先用少量步驟4)的銅鍍液潤濕并超聲后，再加入到剩余的銅鍍液中，石墨烯納米片的濃度為0.01-4g/L，充分攪拌，得到含石墨烯的電鍍液； 6)電鍍:以磷銅片為陽極，步驟2)所得圖形化的石墨烯作為陰極，置于步驟5)的含石墨烯納米片的電鍍液中，調(diào)節(jié)溫度為10-40°C、電流密度為0.5-16A/dm2，在攪拌條件下電鍍l-120min，獲得導電層為銅-石墨烯復相的互連線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的以石墨烯為金屬化層和擴散勢壘層的互連線的制備方法，其特征在于:所述的表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉或十二烷基硫酸鈉。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的以石墨烯為金屬化層和擴散勢壘層的互連線的制備方法，其特征在于:所述的石墨烯為單層或多層。
【文檔編號】C25D15/00GK103956354SQ201410194159
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月9日
【發(fā)明者】徐楊, 任招娣, 駱季奎, 俞濱 申請人:浙江大學