碳基电子的制作及互连方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微电子制作及互连领域，特别涉及碳基电子的制作及互连方法。
【背景技术】
[0002]近年来，由于基本物理定律的限制，以摩尔定律所述的速度提高芯片中晶体管的数量愈发困难，人们开始寻找新的材料来代替传统的互补金属氧化物半导体技术。目前国际上碳基纳米电子学成为了炙手可热的研宄方向，许多研宄机构包括国际半导体路线图委员会也强烈推荐重点投资加强碳基纳米电子学的研宄，与传统的互补金属氧化物半导体技术相比，碳基电子器件在速度和功耗较相同尺寸的硅基器件都有很大优势。但直到目前国际上尚没有一个成熟的后摩尔时代碳基电子学发展的具体方案，同时相当多的研宄内容还是集中在碳基器件的性能方面，鲜有三维碳基电子制作及互连方案的提出。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种碳基电子的制作及互连方法，不仅实现了全碳电子的制作，同时实现了垂直方向碳纳米管束与水平方向上的碳基晶体管的三维互连，为碳基电子取代传统互补金属氧化物半导体技术提供了一种可能。
[0004]为解决上述技术问题，本发明提供了一种碳基电子的制作及互连方法，包含以下步骤:
[0005]将制作好的碳纳米管束转移至第一硅片中的硅垂直通孔内，其中，每个所述碳纳米管束对应一个所述硅垂直通孔；
[0006]在每三个所述碳纳米管束之间的所述第一硅片的上表面制作一个水平的碳基晶体管；
[0007]将所述每三个碳纳米管束中的每个碳纳米管束分别与所述碳基晶体管的源极、漏极和栅极互连，得到所述碳基电子。
[0008]目前，由于基本物理定律的限制，以摩尔定律所述的速度提高芯片中晶体管的数量愈发困难，人们开始寻找新的材料来代替传统的互补金属氧化物半导体技术，但直到目前国际上尚没有一个成熟的后摩尔时代碳基电子学发展的具体方案，相当多的研宄内容还是集中在碳基器件的性能方面，鲜有三维碳基电子制作及互连方法的提出。而本发明就提供了一种碳基电子制作及互连方法，不仅实现了全碳电子的制作，同时实现了垂直方向碳纳米管束与水平方向上的碳基晶体管的三维互连，为碳基电子取代传统互补金属氧化物半导体技术提供了一种可能。
[0009]优选地，在所述将制作好的碳纳米管束转移至第一硅片中的硅垂直通孔内的步骤之前，还包含以下步骤:
[0010]在所述第一硅片中制作所述硅垂直通孔；
[0011]在第二硅片上制作所述碳纳米管束。
[0012]本发明中碳纳米管束与硅垂直通孔是分别制作在两个不同的硅片上的，制作完成后，再将碳纳米管束转移到硅垂直通孔内。
[0013]优选地，所述在第二硅片上制作所述碳纳米管束的步骤之后，还包含以下步骤:致密化处理所述碳纳米管束；在所述致密化处理所述碳纳米管束的步骤中，通过蒸发的丙酮气体对所述碳纳米管束进行致密化处理。
[0014]对碳纳米管束进行致密化处理，提高单位面积内的碳纳米管束密度，降低阻值，进而提高碳纳米管束的电导率，最终提升碳基晶体管的源极和漏极与碳纳米管束之间的互连效果；用丙酮气体对碳纳米管束进行致密化处理，是因为丙酮容易挥发，碳纳米管束遇到丙酮之后，由于丙酮挥发引起的碳纳米管表面张力增加，使碳纳米管束收缩，进而提高单位面积内的碳纳米管束密度。
[0015]优选地，所述在第一硅片中制作所述硅垂直通孔的步骤中，包含以下子步骤:
[0016]在所述第一硅片的上表面热生长一层二氧化硅；
[0017]在所述二氧化硅的上表面定位出需要制备所述硅垂直通孔的位置；
[0018]去除位于所述硅垂直通孔的位置处的二氧化硅及其以下的第一硅片，形成所述硅垂直通孔。
[0019]二氧化硅在本发明中起到绝缘的作用，避免之后制作出的碳基晶体管的源极、漏极以及碳纳米管束之间形成短路，使整个碳基电子失效；另外，在二氧化硅的上表面定位出需要制备硅垂直通孔的位置的步骤中，使用光刻技术定位出硅垂直通孔的位置，光刻技术操作简便，定位出的图形尺寸精确，是微电子领域经常需要用到的一种成熟的图形化技术；另外，在去除位于硅垂直通孔的位置处的二氧化硅及其以下的第一硅片，形成硅垂直通孔的步骤中，使用湿法腐蚀法去除二氧化硅，然后通过深反应离子刻蚀法去除二氧化硅以下的第一娃片。
[0020]优选地，所述在第二硅片上制作所述碳纳米管束的步骤中，包含以下子步骤:
[0021]在所述第二硅片上定位出需要生长所述碳纳米管束的位置，其中，需要生长所述碳纳米管束的位置与所述硅垂直通孔的位置一一对应；
[0022]在所述需要生长碳纳米管束的位置处生成一层催化层；
[0023]在所述催化层上生长所述碳纳米管束。
[0024]本发明中，在第二硅片上生长碳纳米管束之前，要先在需要生长碳纳米管束的位置生长一层催化层，该催化层由依次蒸镀的10纳米厚的三氧化二铝和I纳米厚的铁形成，利于碳源的沉积和碳纳米管束的生长。另外，在催化层上生长碳纳米管束的步骤中，使用化学气相沉积法生长碳纳米管束，化学气相沉积法是现有成熟技术，用这种方法生成出的碳纳米管束较致密，质量较好，化学气相沉积法的沉积温度优选700摄氏度，沉积时间优选5?10分钟，沉积过程中使用到的气体优选乙炔和氢气，严格控制化学气象沉积过程中的沉积温度，时间和使用的气体利于提高生成的碳纳米管束质量。
[0025]优选地，在所述将制作好的碳纳米管束转移至第一硅片中的硅垂直通孔内的步骤之后，所述在每三个所述碳纳米管束之间的所述第一硅片的上表面制作一个水平的碳基晶体管的步骤之前，还包含以下步骤:
[0026]使用光敏型苯并环丁烯填充所述碳纳米管束与所述硅垂直通孔之间的空隙；
[0027]硬化所述光敏型苯并环丁烯；
[0028]将所述碳纳米管束的上表面研磨后打磨至与所述二氧化硅的上表面在同一水平面。
[0029]待光敏型苯并环丁烯硬化后再对碳纳米管束和二氧化硅的表面进行研磨和打磨，是为了防止在研磨或打磨时碳纳米管束与硅垂直通孔相对位移发生变化，因为光滑平整的表面才能制备出质量较好的碳基晶体管，使最终得到质量较好的碳基电子；在本发明中，研磨时的转速优选25转每分钟，施加的压力优选15千帕；打磨时的转速优选30转每分钟，施加的压力优选15千帕，严格控制研磨和打磨时的转速和施加的压力，能够确保最终得到的碳纳米管束和二氧化硅的表面光滑平整。
[0030]优选地，所述硬化所述光敏型苯并环丁烯的步骤中，通过以下步骤将所述光敏型苯并环丁烯硬化:
[0031]将所述第一硅片放入250摄氏度的氮气炉中加热I小时。
[0032]使用氮气炉加热的方式将光敏型苯并环丁烯硬化，方法简便，成本低廉。
[0033]优选地，所述在每三个所述碳纳米管束之间的所述第一硅片的上表面制作一个水平的碳基晶体管的步骤中，包含以下子步骤:
[0034]在所述每三个碳纳米管束中的任意两个碳纳米管束之间制作所述碳基晶体管的单壁半导体型碳纳米管通道；
[0035]在所述单壁半导体型碳纳米管通道两侧制作所述碳基晶体管的源极和漏极；
[0036]制作所述碳基晶体管的介质层，其中，所述介质层位于所述单壁半导体型碳纳米管通道之上，并向两侧延伸至所述源极和漏极，且与所述源极和漏极接触；
[0037]在所述介质层上制作所述碳基晶体管的栅极。
[0038]上述步骤是制备碳基电子中碳基晶体管的过程，与现有技术一样，本发明中的碳基晶体管也包含源极、漏极、介质层和栅极。
[0039]优选地，所述在每三个碳纳米管束中的任意两个碳纳米管束之间制作所述碳基晶体管的单壁半导体型碳纳米管通道的步骤中，包含以下子步骤:
[0040]在所述任意两个碳纳米管束之间制作出一个所述碳基晶体管的通道；
[0041 ] 将单壁半导体型碳纳米管溶液涂覆到所述通道内；
[0042]蒸发所述单壁半导体型碳纳米管溶液中的溶剂，使单壁半导体型碳纳米管留在