多层石墨烯垂直互连结构制作方法技术

本发明专利技术是一种多层石墨烯垂直互连结构制作方法，包括步骤：S101.在基片上制作垂直孔；S102.在所述基片的表面上制作催化层，所述催化层覆盖所述垂直孔的内表面；S103.在所述催化层上制作石墨烯层；S104.重复制作催化层和石墨烯层，直到获得所需的导电效果；S105.对垂直孔进行填充，直到获得对垂直孔所需的填充效果。通过本发明专利技术可以提高垂直互连结构的电信号传输性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体及微传感器制作
，涉及芯片间垂直互连结构的制作方法，特别涉及一种。
技术介绍
芯片间的垂直互连是一种三维芯片集成技术。有别于传统封装技术，它可以提供垂直方向的电学信号互连，降低互连寄生参数，提高系统工作速度，降低系统功耗。芯片间垂直互连结构的制作方法主要包括在芯片上制作通孔、在通孔中淀积绝缘层以及通孔填充等工艺。填充通孔的导电材料一般是金属，比如铜或钨，也可以是掺杂多晶硅等材料。金属铜填充通孔是最为普遍的做法，如美国专利US7498258中所揭露的，利用电镀铜工艺，可以获得低成本高性能的通孔填充。但金属铜与硅衬底的热膨胀系数失配较大， 存在可靠性问题，另外，铜填充垂直互连间的电感、电容耦合以及与硅衬底的耦合较大，对高频电学性能有较大的影响。石墨烯由于其特有的弹道输运机制，具有非常高的电导率，适合于用作芯片上的互连导电材料。如美国专利申请US20110101528中所揭露的，利用石墨烯制作芯片上的水平互连，而垂直互连仍采用传统的金属铜、钨或铝等材料。这样虽然水平方向的互连具有非常高的电导率，但相对低电导率的垂直互连仍降低了整体电学性能，而且在水平石墨烯互连与垂直金属互连的连接处会产生信号反射，对高频电学性能有较大的影响。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种，可以提高垂直互连结构的电信号传输性能。( 二 )技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种，包括步骤S101.在基片上制作垂直孔；S102.在所述基片的表面上制作催化层，所述催化层覆盖所述垂直孔的内表面；S103.在所述催化层上制作石墨烯层；S104.重复制作催化层和石墨烯层，直到获得所需的导电效果；S105.对垂直孔进行填充，直到获得对垂直孔所需的填充效果。优选地，在所述步骤S102制作催化层之前还包括步骤在所述基片的表面上制作绝缘层。优选地，每次制作催化层和石墨烯层前还制作一层绝缘层。优选地，每次重复制作若干层催化层和石墨烯层前还制作一层绝缘层。优选地，所述垂直孔为通孔或盲孔。优选地，所述垂直孔为盲孔；所述步骤S105后还包括S106 对基片从盲孔不通的表面开始减薄至暴露出填充材料，并在该表面制作绝缘层和互连。优选地，所述基片为不限于硅或锗的单质半导体材料，或砷化镓、磷化铟或氮化镓的化合物半导体材料，或钛、钼、镍、铬、钨或铜的金属材料或其合金，或玻璃或石英的绝缘材料。优选地，所述基片为裸片，或在基片的第一表面和/或第二表面上有制作完成有半导体器件、多层电学互连层或者微传感器结构，或设有焊盘或钝化层；所述基片也可以是上述一种或几种基片键合而成的。优选地，在制作催化层之前先制作一层阻挡层，在制作阻挡层之前先制作一层粘附层。优选地，制作出的石墨烯层只包含一层碳原子或包含多层碳原子。(三)有益效果根据本专利技术制作的基片，采用晶圆到晶圆 (Wafer to Wafer)、芯片到晶圆(Chip to Wafer)或芯片到芯片(Chip to Chip)的方式进行堆叠，形成基于多层石墨烯垂直互连的三维集成结构，可以提高垂直互连结构的电信号传输性能。1、石墨烯由于其特有的弹道疏运机制，具有非常高的电导率、电子迁移率以及电子饱和速率，有利于提高电信号传输性能，特别有利于高频高速电信号的传输；2、单层石墨烯可以承载非常高的电流密度，多层石墨烯结构可以进一步提升其总体电流承载能力，有利于提高垂直互连结构的功率承载；3、石墨烯具有非常高的热导率，多层石墨烯结构可以进一步提高其导热能力，有利于提高芯片整体的热传导能力，芯片散热效果好；4、石墨烯具有无电迁移问题的特点，可以在大电流密度下长时间工作，有利于提高垂直互连结构的电学可靠性；5、石墨烯具有良好的化学惰性，不会发生表面氧化反应，而且致密的石墨烯可以阻止大多数化学物质的渗透，有利于提高垂直互连结构在恶劣环境下的可靠性；6、通过在多层石墨烯间制作绝缘层，提供了一种多通道多层石墨烯垂直互连结构，可以在一个垂直孔中传导多路电信号，有利于提高垂直电信号传输通路密度；7、多层石墨烯垂直互连结构可以和多层水平石墨烯互连结构同时制作，实现全石墨烯互连，在水平互连与垂直互连连接处没有材料转变或界面，特别有利于高频高速电信号的传输。附图说明图1是本专利技术方法的流程图；图Ia是实施例1中在基片上制作通孔的示意图；图Ib是实施例1中在基片上制作绝缘层的示意图；图Ic是实施例1中在绝缘层上制作催化层的示意图；图Id是实施例1中在催化层上制作石墨烯的示意图；图Ie是实施例1中在石墨烯上接着制作催化层的示意图；图If是实施例1中在催化层上接着制作石墨烯的示意图；图Ig是实施例1中接着制作多层催化层和石墨烯的示意图；图Ih是实施例1中在对通孔进行填充的示意图加是实施例2中在石墨烯上接着制作绝缘层的示意图；图2b是实施例2中在绝缘层上接着制作催化层的示意图；图2c是实施例2中在催化层上截至制作石墨烯的示意图；图2d是实施例2中接着制作多层绝缘层、催化层和石墨烯的示意图；图2e是实施例2中在对通孔进行填充的示意图；图3a是实施例3中在石墨烯上接着制作绝缘层的示意图；图北是实施例3中在绝缘层上接着制作多层催化层和石墨烯的示意图；图3c是实施例3中在对通孔进行填充的示意图；图如是实施例4中在基片上制作盲孔的示意图；图4b是实施例4中在基片上制作绝缘层的示意图；图如是实施例4中在绝缘层上制作催化层的示意图；图4d是实施例4中在催化层上制作石墨烯的示意图；图如是实施例4中在石墨烯上接着制作催化层的示意图；图4f是实施例4中在催化层上接着制作石墨烯的示意图；图4g是实施例4中接着制作多层催化层和石墨烯的示意图；图4h是实施例4中在对盲孔进行填充的示意图；图4i是实施例4中对基片正面进行平坦化并制作水平互连的示意图；图4j是实施例4中对基片背面进行减薄和抛光，并制作绝缘层和水平互连的示意图。具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不是限制本专利技术的范围。如图1所示，本专利技术所述的，包括步骤S101. 在基片上制作垂直孔；S102.在所述基片的表面上制作催化层，所述催化层覆盖所述垂直孔的内表面；S103.在所述催化层上制作石墨烯层；S104.重复制作催化层和石墨烯层，直到获得所需的导电效果；S105.对垂直孔进行填充，直到获得对垂直孔所需的填充效果。在一实施例中，在所述步骤S102制作催化层之前还包括步骤在所述基片的表面上制作绝缘层。在另一实施例中，每次制作催化层和石墨烯层前都制作一层绝缘层。在又一实施例中，每次重复制作若干层催化层和石墨烯层前还制作一层绝缘层。在再一实施例中所述步骤S105后还包括S106 对基片从盲孔不通的表面开始减薄至暴露出填充材料，并在该表面制作绝缘层和互连。在本专利技术的实施例中，所述垂直孔为通孔或盲孔。实施例1 1)首先，如图Ia所示，提供一基片110，制作通孔120。基片可以是半导体材料，如硅、锗等单质半导体，或砷化镓、磷化铟、氮化镓等化合物半导体；也可以是金属材料，如钛、 钼、镍、铬、钨、铜等或其合金；还可以是玻璃或石英等绝缘材料。基片一般是圆形，有为了区分或对准晶相而制作的缺口或对准边，基片直径常用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱韫晖，方孺牛，马盛林，孙新，陈兢，缪旻，金玉丰，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：