专利名称：芯片、制造方法以及用于使碳层局部呈现传导性的方法
技术领域：
本发明涉及包括集成电路的芯片、制造方法以及用于使碳层局部呈现传导性的方法。
背景技术：
芯片通常包括形成于基板上的不同层。不同层可构成集成电路的一部分，诸如用于集成电路的电路元件的互连线。具体地，电路元件通常通过由隔离层相互分开的传导层或者传导路径来相互电气连接。所述传导路径通常由金属或者多晶硅或者其它传导材料制成。用于提供传导路径的方法(诸如剥离工艺)使得所述路径嵌入于隔离层的沟槽中。这些方法包括几个用于嵌入的处理步骤，诸如光刻步骤，结构化和化学蚀刻。例如，一个可能性是利用化学机械抛光(CMP)的又一步骤来填充先前利用传导材料形成(例如，通过沉积工艺)的沟槽，以在利用传导材料填充沟槽之后获得跨沟槽的隔离层平坦表面。由于几个制造·步骤，所示出的用于提供传导路径的方法是非常劳动密集的。
发明内容
本发明实施方式提供一种芯片，包括集成电路和碳层，其中，碳层包括类石墨碳，以及其中，穿过类石墨碳(graphite-like carbon,石墨类碳)的横向传导路径电气连接至集成电路的电路元件。本发明的又一实施方式提供一种芯片，包括基板；集成电路；以及基板上的碳层，其中，碳层包括包括无定形碳的隔离部分；以及包括类石墨碳的传导部分，以及其中，穿过类石墨碳的横向传导路径电气连接集成电路的两个电路元件。本发明的一些实施方式提供一种用于使碳隔离层局部呈现传导性的方法，其中，所述方法包括以下步骤将激光束引导至碳隔离层上，以将碳隔离层的无定形碳转换为类石墨碳。本发明的一些实施方式提供一种制造芯片的方法，所述芯片包括集成电路和碳层，其中，所述方法包括以下步骤加热碳层以形成所述层的传导部分，其中，穿过传导部分的横向路径连接集成电路的两个电路元件。
随后将参考附图讨论根据本发明的实施方式，其中图I示出根据实施方式的穿过芯片的两个层的横截面图以及包括两个电路元件的芯片的顶视图；图2示出根据实施方式的穿过芯片的三个层的横截面图以及包括两个电路元件的芯片的顶视图；图3示出根据实施方式的穿过芯片的四个层的横截面图以及包括两个电路元件的芯片的顶视图；以及
图4示出根据实施方式的穿过芯片的两个层的横截面图以及包括两个电路元件和一个接触垫的芯片的顶视图。
具体实施例方式图I示出芯片10，其包括集成电路和碳层12，碳层12形成在另一层14上。例如，碳层12可包括CoSi或者CoSi2。集成电路大体上形成于层14内，但是为了说明，只有集成电路的两个电路元件16a和16b示出于图I中。例如，层14可包括半导体基板或基板的半导体堆栈以及介于基板和层12之间的其他层。两个电路元件16a和16b形成于另一层14中的横向上的不同位置处，并且例如可分别为晶体管、电容器和二极管。电路元件16a和16b被示例性示出为邻接层14和层12之间的界面。然而，这没有必要，并且下文将示出替代方式。一般地，电路兀件16a和16b可经由层12的横向不同部分来连接。在横向围绕部分处，层14具有隔离材料，例如，所述隔离材料电气隔离元件16a和16b。层12具有例如IOOnm的厚度，并且包括类石墨碳部分18，所述类石墨碳部分又可通过层12的隔离无定形碳部分来围绕。例如，层12的隔离用无定形碳部分可包括类金刚石碳，或者为类金刚石碳。层12中的类石墨碳部分18被示例性示出为具有线(直线)形式，所述线具有宽度W18(例如，其可为5nm至50nm)和深度d18 (例如，其可为3nm至300nm)。类石墨碳部分18被设置为·使得穿过类石墨碳的横向传导路径18电气连接层14的两个电路元件16a和16b。在图I的实施方式中，传导路径18向下连续延伸至与下层14连接的层12的表面，使得传导路径18固有地互连能够在该表面的与传导路径18重叠的部分处被连接的所有电路元件16a和16b。然而，下文将描述替代性实施方式。因此，经由传导路径18，从集成电路(例如，逻辑电路)的电路元件16a到电路元件16b可传导电流或者可传送控制信号。穿过类石墨碳的传导路径18具有导电性，例如O. 5X 10lclU/cm2,导电性取决于传导类石墨碳部分18的宽度W18和深度d18。例如,传导性可被选择为足以传送控制信号和低电流。下文中，描述一种提供横向传导路径18的方法。提供层14，其包括两个电路元件16a和16b。所述方法的第一步骤是然后提供碳隔离层12到层14上。例如，如此提供的碳隔离层12可分别包括无定形碳和类金刚石碳。可使用气相沉积。下一步骤是在应提供有横向传导路径18的横向区域中局部加热碳隔离层12。无定形碳和类金刚石碳的网格结构分别通过局部加热来破坏，以在所述区域中将无定形碳转换为类石墨碳。类石墨碳的网格结构使相同导电性成为可能。因此，碳隔离层12在所述区域中(局部)呈现传导性，以生成经由类石墨碳部分18的传导路径18。可通过使用扩散辐射热源或者通过将激光束引导至碳隔离层12的部分18上来执行局部加热。一般地，通过在所述区域内移动局部热点(诸如，激光点)，或者通过覆盖除所关注区域之外周围区域以免加热(例如，通过使用掩模)并且照射未遮蔽部分处的层12，可通过热源来扫描应发生转换的区域。根据将激光束引导至碳隔离层上(至某一位置上)的持续时间以及根据激光束功率，类石墨碳18的深度d18可调整。换言之，由于吸收率，热从层12的面对热源的一侧剧烈减少，并且在层12沿深度方向完全转换之前，可在层12位置处停止加热。即，传导路径18的深度d18可为等于层12的厚度，如图I所示。碳层12的厚度，以及因此部分18的深度d18和无定形碳部分的深度为恒定。所述方法不改变层12的拓扑结构，以及因此层12的主表面为平面或者近似平面。类石墨碳18可具有宽度W18，所述宽度与层12和14之间的界面处电路元件16a和16b的连接区域的宽度相比更小。类石墨碳部分18的宽度W18可通过改变激光频率或者通过改变激光束直径来调整。作为替代，可通过提供两个相邻类石墨碳部分来增加宽度W18，使得形成宽的类石墨碳部分。可通过简单且具有成本效益的方法来提供传导路径18是有益的。又一优点是，所述方法使提供直接嵌入在隔离层12中的结构化传导路径成为可能，而无需平坦化层12表面的又一步骤(例如，在提供更多层之前)。因此，因填充沟槽以及因平坦化处理而引起的芯片10的机械应力得以减少。图2中，讨论当与图I实施方式相比具有减少深度的类石墨碳部分。图2示出具有三层的芯片的另一实施方式。碳隔离层13设置于层14和层22之间。在层13的第一侧处的第一层14与第一实施方式的层14相同。在层13的第二侧处的第二层22包括两个电路兀件16c和16d。电路兀件16c和16d形成于上层22的面对层13的表面上或者在该表面处具有可连接区域。层13包括横向占据碳层13的不同区域的无定形碳和类石墨碳。在·本实施方式中，穿过类石墨碳的横向传导路径24电气连接两个电路元件16c和16d。类石墨碳部分24的第一部分24b在第一横向方向(与层堆栈平行)上延伸，以在电路兀件16c的位置和点24a之间延伸。第二部分24c在穿过层13的第二横向方向(即，在电路元件16d的位置和点24a之间)上延伸。S卩，传导路径24在图2中被示例性示出为具有非直线形式。与图I实施方式不同，横向传导路径24的类石墨碳仅仅向下延伸至深度d24，所述深度小于碳层13的厚度，使得电路元件16a和16b未通过传导路径24相互电气连接。S卩，传导路径24被嵌入在只在层13 —侧处的层13的隔离无定形碳中，并且电路元件16c和16d的连接区域位于层13的相对侧处。一些电路元件未经由路径24电气连接，尽管路径24与两个连接区域重叠。准确地说，电路元件16a经由隔离用无定形碳部分沿厚度方向与传导路径24分开。如上所述，传导路径24的类石墨碳可通过局部加热碳层13来提供，例如，通过将激光束引导至碳隔离层13上。对比图I的实施方式，例如，通过使用与图I实施方式相比较低能量密度的激光来执行碳层13的局部加热。作为替代，可改变将激光束引导至层13上的持续时间，而不是降低激光功率。与深度d18 (参见图I)相比，减少的激光功率密度或者引导激光束的较短持续时间导致类石墨碳部分24的减少深度d24。换言之，所述方法使通过使用激光在碳隔离层13中形成横向传导路径24成为可能，其中，传导路径24的深度d24为可调。包括两个电路元件16c和16d的层22可在将碳隔离层的无定形碳转换为类石墨碳24之前或者之后提供。在后者情况下，在本实施方式中，将激光束引导至碳隔离层13上的步骤可被执行为使得激光束在入射至部分24的区域中的碳隔离层13上之前经过层22。这里，激光参数(例如，频率和功率密度)可被设置为使得部分24的区域中的层13的无定形碳被转换为类石墨碳，而层22的特性不改变。图3示出提供横向和纵向传导路径的类石墨碳部分。图3示出具有四层的芯片的实施方式。层25包括第一电路兀件16a,而层26包括第二电路兀件16e。在层25和26之间设置两个隔离层28和30。隔离层28包括通孔32。层30为包括无定形碳部分和传导的类石墨碳部分34的碳层。横向传导路径34将设置于层26的面对层28的表面处的电路元件16e电气连接至层28的通孔32。通孔32电气连接至设置于层25的面对层30的表面处的电路元件16a。因此，通孔32和传导路径34横向和纵向连接两个电路元件16a和16e，即，分别穿过两个层28和30以及穿过层堆叠，并且与层25、26、28、30平行。如上所述，可提供层30，并且局部呈现传导性。类石墨碳部分34的宽度W34被示例性示出为当与根据图I实施方式的类石墨碳部分18的宽度W18相比时增加。因此，当与根据图I的传导路径18相比时，传导路径34的导电性增加。类石墨碳部分34的深度在层30的整个厚度上延伸，以在从下层28中的通孔32到上层26中的电路元件16e的垂直方向上提供电气连接。图4示出具有分叉点的类石墨碳部分以及类石墨碳部分不同位置处的不同深度。图4示出具有两个层35和36的又一实施方式。层35包括两个电路元件16a和16f，所述电路元件16a和16f设置于层35的面对层36的表面处。碳层36包括无定形碳的第一部分以及嵌入在该无定形碳部分中的类石墨碳的第二部分38。电路元件16a经由穿过类石墨碳38的第一横向方向上的传导路径38电气连接至接触垫38a，所述接触垫38a形成为类·石墨碳的局部横向放大部分。经由所述接触垫38a，芯片可通过设置于层36的表面处的另
一(上)层的另一通孔而被电气连接。例如，接触垫38a的放大形状使得另一层或者另一通孔的安装定位不精确(诸如，通过用于界定通孔的光刻处理)成为可能。接触垫38a具有示例性为正方形的几何形状，并且通孔38b与区域38b处的电路元件16a的位置之间的类石墨碳的部分38c向下延伸至比层36的厚度更小的深度。类石墨碳部分38的深度在电路元件16a处区域38b中的碳层36的整个厚度上延伸，以经由层36的表面电气连接电路元件16a。类石墨碳38还包括第二横向方向上的第二部分38d。穿过类石墨碳的第二部分38d的横向传导路径将电路元件16f电气连接至电路元件16a，以及因此连接至接触垫38a。因此，在电路元件16f处区域38e中的类石墨碳38在层36的整个厚度上延伸，同时类石墨碳38的部分38d的深度小于层36的厚度。碳层36可在部分38中局部呈现传导性，如参照图I的实施方式所述。例如，区域38a、38c和38b之间的深度差以及区域38d和38e之间的深度差可以是在不同位置处使用不同激光功率密度的结果。接触垫38a的正方形几何形状，或者换言之，接触垫38a的大面积表面可通过提供多个相邻类石墨碳部分来产生。根据另一实施方式，代替局部加热，横向全面加热可被执行，以使得碳隔离层的整个表面区域或者所述层的大面积区域被转换为类石墨碳。例如，此步骤可通过使用烘箱来执行。作为替代，局部加热可通过另一加热源或者通过离子源来执行。该层的大面积加热不会引起该层或者基板的变形是有益的。虽然就方法而言已经描述一些方面，但是这些方面也对应于包括碳层12的芯片10 (参见图1)，所述碳层12包括传导性石墨碳部分18，其中，穿过类石墨碳18的横向传导路径18电气连接至集成电路的电路元件16a和16b。如图I所示，芯片10可包括隔离部分，所述隔离部分包括无定形碳，类石墨碳18嵌入于无定形碳中。芯片10还可包括基板。虽然在一些实施方式中，电路元件(例如，16a、16b)和传导路径(例如，18)已经示出在不同层(例如，12、14)中，但是本发明还涉及电路元件中的至少一个和传导路径的类石墨碳被设置于相同层中的实施方式。·
权利要求
1.一种芯片，包括 集成电路；以及 碳层，其中，所述碳层包括类石墨碳，其中，穿过所述类石墨碳的横向传导路径电气连接所述集成电路的两个电路元件。
2.根据权利要求I所述的芯片，其中，所述碳层包括隔离部分，所述隔离部分包括围绕且邻接所述类石墨碳的无定形碳。
3.根据权利要求2所述的芯片，其中，所述类石墨碳和无定形碳在横向上占据所述碳层的不同区域，并且均在所述碳层的整个厚度上延伸。
4.根据权利要求2所述的芯片，其中，所述类石墨碳向下延伸至比所述碳层的厚度小的碳层深度，以嵌入在所述无定形碳中。
5.根据权利要求2所述的芯片，其中，所述碳层的厚度在横向上恒定。
6.根据权利要求I所述的芯片，其中，所述两个电路元件包括逻辑电路。
7.根据权利要求I所述的芯片，其中，所述两个电路元件中的第一电路元件为晶体管，并且所述两个电路元件中的第二电路元件为选自由接触垫、晶体管、电容器和二极管组成的组的元件。
8.—种芯片,包括 基板； 集成电路；以及 位于所述基板上的碳层； 其中，所述碳层包括包括无定形碳的隔离部分；以及包括类石墨碳的传导部分；并且 其中，穿过所述类石墨碳的横向传导路径电气连接所述集成电路的两个电路元件。
9.一种用于使碳隔离层局部呈现传导性的方法，所述方法包括以下步骤 将激光束引导至所述碳隔离层上，以将所述碳隔离层的无定形碳转换为类石墨碳。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，将激光束引导至所述碳隔离层上被执行为使得所述激光束在入射到所述碳隔离层上之前穿过另一层。
11.一种用于制造芯片的方法，所述芯片包括集成电路和碳层，所述方法包括以下步骤 加热所述碳层以形成该层的传导部分，其中，穿过所述传导部分的横向路径连接所述集成电路的两个电路元件。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括在基板上提供碳隔离层。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，提供所述碳隔离层被执行为使得所述碳隔离层包括无定形碳。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，加热所述碳层包括局部加热所述碳层。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，加热所述碳层包括使用激光。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，加热所述碳层包括使用烘箱。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述加热被执行为使得无定形碳转换为由无定形碳围绕的类石墨碳。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述加热被执行为使得无定形碳和类石墨碳在横向上占据所述碳层的不同区域，并且均在所述碳层的整个厚度上延伸。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述加热被执行为使得所述类石墨碳向下延伸至比所述碳层的厚度小的碳层深度，并且嵌入在所述无定形碳中。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述碳层的厚度在横向上恒定。
21.根据权利要求14所述的方法，其中，局部加热被执行为使得所述横向路径连接两个电路元件，其中，所述两个电路元件中的第一电路元件为晶体管或逻辑电路，并且所述两个电路元件中的第二电路元件为由接触垫、逻辑电路、晶体管、电容器和二极管组成的组中的一个。·
全文摘要
本发明公开了一种芯片、制造方法以及用于使碳层局部呈现传导性的方法。该芯片包括集成电路和碳层。碳层包括类石墨碳，其中，穿过类石墨碳的横向传导路径电气连接集成电路的两个电路元件。
文档编号H01L21/768GK102881636SQ20121024682
公开日2013年1月16日 申请日期2012年7月16日 优先权日2011年7月15日
发明者乌韦·霍克勒 申请人:英飞凌科技股份有限公司