石墨烯纳米带电阻器及其制作方法技术

本发明专利技术涉及一种石墨烯纳米带电阻器及其制作方法，包括以下步骤：在衬底上采用大马士革工艺形成下层铜互连，所述下层铜互连包括互连介质和金属铜；将带有SiC衬底的石墨烯薄膜键合到下层铜互连上，使石墨烯薄膜覆盖下层铜互连；去除大部分SiC衬底；刻蚀SiC衬底和石墨烯薄膜形成石墨烯纳米带，所述石墨烯纳米带具有第一图形和连接第一图形的第二图形，所述第一图形覆盖下层铜互连的金属铜；所述第二图形呈蛇形结构；在上述结构上采用大马士革工艺形成上层铜互连。本发明专利技术采用石墨烯纳米带并通过第二图形边缘结构的选取制作高精度阻值的电阻器。本发明专利技术与CMOS后道工艺完全兼容，可以嵌入到标准的CMOS工艺中，实现高精度电阻与其它有源、无源器件的芯片级集成。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯纳米带电阻器及其制作方法
本专利技术涉及一种半导体领域，特别涉及一种石墨烯纳米带电阻器及其制作方法。
技术介绍
集成电路沿着摩尔定律发展，对器件和系统性能的要求越来越高；除了按比例缩小提高器件速度和芯片性能外，还需要提高芯片的功能，以满足市场对芯片功能的需求；其中将无源器件和有源器件集成在同一块芯片上变得越来越重要。尤其随着SOC、RF等电路的发展，高集成度、高精度和高可靠性的无源器件——电阻已经得到了众多设计公司和芯片制造商的关注。在芯片上集成电阻大致包括采用掺杂形成隐埋层电阻、MOS器件特殊连接、多晶硅电阻和金属薄膜电阻。现有薄膜电阻技术中，一般使用PVD或CVD成膜技术以及离子注入工艺技术生成电阻薄膜，然后图形化形成电阻图形。然而，PVD和CVD成膜工艺以及离子注入工艺往往具有很大的工艺不均匀性问题，包括硅片内薄膜厚度和材质的不均匀性，以及硅片间的不均匀性，以多晶电阻为例，其标准工艺提供的电阻阻值变化范围一般在百分之十几，这给电路设计者带来很大的设计困难，会带来一系列包括不匹配(mismatch)等问题。同时无论是多晶电阻还是金属电阻，很难实现高阻值小面积的电阻结构，为了实现高阻值电阻，往往需要非常大的面积，给设计者带来增加的芯片面积和成本。同时，电路设计者往往需要一些标准电阻，由于现有多晶和金属电阻技术无法提供这种高精度电阻，设计者往往需要外接一个标准电阻来实现对电路的校准，这无疑又带来增加的成本和设计难度。石墨烯是一种新颖的材料，它其实是单原子层的石墨，是指由单层碳原子组成的六角型蜂巢晶格平面单层薄膜，是由一个碳原子层厚度组成的二维材料。而石墨烯纳米带则是带状石墨烯，或者可以理解为展开的单壁碳纳米管，或者图形化后的石墨烯结构。石墨烯材料具有非常优异的性能，包括高载流子迁移率、高电流密度、高机械强度、高热传导性能等。石墨烯纳米带材料同时具备了石墨烯材料的优异特性和独特性能，包括：1、高电导特性：有报道称其平均自由程可以有几百纳米，高电子迁移率近几个微米；多层石墨纳米带的并联能大幅降低电阻，改善性能，小尺寸特性优于铜2、抗电迁移性能优越：其相邻碳原子依靠SP2价键形成键合，机械强度和抗电迁移特性非常优越10E9A/cm2对比与Cu的10E6A/cm23、热导性能更优越：单层石墨烯的热导有报道为5300W/mK。4、电阻率随不同石墨烯纳米带(GNR)边缘状态可以由半导体变化为导体，如图1所示，其锯齿型(Zigzag)边缘结构1为导体，而扶手型(armchair)边缘结构2则是半导体。由于石墨烯纳米带为单层碳原子结构，其电阻率紧随不同边缘情况而改变，而不受薄膜厚度均匀性、材质均匀性等传统电阻形成工艺的影响，故而可以制作高精度电阻。同时，由于石墨烯纳米带电阻率可以随不同石墨烯纳米带的边缘情况而由导体变化为半导体，因而可以得到高电阻率的电阻，且占用面积非常小。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种石墨烯纳米带电阻器及其制作方法，以制造出高精度阻值的电阻器；同时减小占用面积。本专利技术的技术解决方案是一种石墨烯纳米带电阻器，包括石墨烯纳米带以及与石墨烯纳米带相连接的下层铜互连和上层铜互连，所述下层铜互连包括互连介质和金属铜，其特征在于：所述石墨烯纳米带具有第一图形和连接第一图形的第二图形，所述第一图形覆盖下层铜互连的金属铜；所述第二图形呈蛇形结构。作为优选：所述石墨烯纳米带的第二图形的横向边界具有锯齿型或扶手型边缘结构，竖向边界具有锯齿型或扶手型边缘结构，通过调节石墨烯纳米带的第二图形的横向和竖向不同边缘结构的长度比例来调节电阻值。作为优选：所述石墨烯纳米带的电阻率通过掺杂或离子注入来调节。作为优选：所述石墨烯纳米带第一图形的边缘到下层铜互连的金属铜边缘的距离为0.01-0.5微米。本专利技术还提供石墨烯纳米带电阻器的制作方法，包括以下步骤：在硅衬底上采用大马士革工艺形成下层铜互连，所述下层铜互连包括互连介质和金属铜；将带有SiC衬底的石墨烯薄膜键合到下层铜互连上，使石墨烯薄膜覆盖下层铜互连；去除大部分SiC衬底；刻蚀SiC衬底和石墨烯薄膜形成石墨烯纳米带，所述石墨烯纳米带具有第一图形和连接第一图形的第二图形，所述第一图形覆盖下层铜互连的金属铜；所述第二图形呈蛇形结构。在上述结构上采用大马士革工艺形成上层铜互连。作为优选：所述带有SiC衬底的石墨烯薄膜的形成是在晶向为0001的SiC衬底上通过高温处理形成的。作为优选：所述石墨烯纳米带的第二图形的横向边界具有锯齿型或扶手型边缘结构，竖向边界具有锯齿型或扶手型边缘结构，通过调节石墨烯纳米带的第二图形的横向和竖向不同边缘结构长度比例来调节电阻值。作为优选：所述石墨烯薄膜为单层或多层。作为优选：所述石墨烯纳米带的电阻率通过掺杂或离子注入来调节。作为优选：所述石墨烯纳米带第一图形边缘到下层铜互连的金属铜边缘的距离为0.01-0.5微米。作为优选：所述去除大部分SiC衬底后保留在石墨烯薄膜上的SiC衬底厚度为50-10000埃。本专利技术先在SiC衬底上形成石墨烯薄膜，然后将石墨烯薄膜转移到带有下层金属图形的硅衬底上，同时保留部分SiC衬底作为石墨烯薄膜的保护层，然后刻蚀部分SiC衬底和石墨烯形成石墨烯纳米带，并使用标准CMOS工艺形成后续金属互连。对比现有技术，本专利技术可以制造出高精度阻值的电阻器；同时利用石墨烯纳米带边缘结构的选取，可以得到高电阻率的电阻器，实现一定面积下的高阻值电阻器，这使得改电阻器的设计和使用更加灵活，能够满足范围更大的不同应用领域的需求。同时本专利技术与现有CMOS标准后道工艺完全兼容，从而可以嵌入到标准的CMOS工艺中，实现高精度电阻与其它有源、无源器件的芯片级集成。附图说明图1是石墨烯纳米带边缘结构的示意图。图2是本专利技术石墨烯纳米带电阻器的制作方法流程图。图3a-3d是本专利技术石墨烯纳米带电阻器的制作方法各个工艺步骤的流程图。图4为石墨烯纳米带的结构图。图5a、图5b为蛇形结构中横向和竖向边界的边缘结构示意图。具体实施方式本专利技术下面将结合附图作进一步详述：在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。其次，本专利技术利用示意图进行详细描述，在详述本专利技术实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本专利技术保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。如图3d和图4所示，一种石墨烯纳米带电阻器，包括石墨烯纳米带7以及与石墨烯纳米带7相连接的下层铜互连4和上层铜互连8，所述下层铜互连4包括互连介质42和金属铜41，其特征在于：所述石墨烯纳米带7具有第一图形71和连接第一图形71的第二图形72，所述第一图形71覆盖下层铜互连4的金属铜41；所述第二图形71呈蛇形结构。所述石墨烯纳米带第一图形的边缘到下层铜互连的金属铜边缘的距离为0.01-0.5微米。所述石墨烯纳米带的电阻率通过掺杂或离子注入来调节。如图5a和图5b所示，所述石墨烯纳米带7的第二图形72的横向边界具有锯齿型或扶手型边缘结构，竖本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯纳米带电阻器，包括石墨烯纳米带以及与石墨烯纳米带相连接的下层铜互连和上层铜互连，所述下层铜互连包括互连介质和金属铜，其特征在于：所述石墨烯纳米带包括石墨烯薄膜以及覆盖在石墨烯薄膜上的薄层SiC衬底；所述薄层SiC衬底的厚度为50～10000埃；所述下层铜互连的金属铜与所述石墨烯薄膜相键合，使得整个石墨烯薄膜和石墨烯薄膜上的薄层SiC衬底平铺覆盖在下层铜互连上；所述石墨烯纳米带具有第一图形和连接第一图形的第二图形，所述第一图形完全覆盖下层铜互连的金属铜；所述第二图形呈蛇形结构；通过调节所述石墨烯纳米带的第二图形中横向和竖向不同边缘结构长度比例来调节电阻值；其中，所述第二图形的横向边界具有锯齿型边缘结构，竖向边界具有扶手型边缘结构；或者所述第二图形的横向边界具有扶手型边缘结构，竖向边界具有锯齿型边缘结构。2.根据权利要求1所述的石墨烯纳米带电阻器的制作方法，其特征在于：所述石墨烯纳米带的电阻率通过掺杂来调节。3.根据权利要求1所述的石墨烯纳米带电阻器的制作方法，其特征在于：所述石墨烯纳米带第一图形的边缘到下层铜互连的金属铜边缘的距离为0.01-0.5微米。4.一种石墨烯纳米带电阻器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：在硅衬底上采用大马士革工艺形成下层铜互连，所述下层铜互连包括互连介质和金属铜；将带有SiC衬底的石墨烯薄膜键合到下层铜互连上，使整个石墨烯薄膜和石墨烯薄膜上的SiC衬底平铺覆盖在下层铜互连上；去除大部分SiC衬底，保留一薄层SiC衬底覆盖在石墨烯薄膜之上；所述薄层SiC衬...

【专利技术属性】
技术研发人员：康晓旭，赵宇航，李铭，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：