一种具有石墨烯的互连线及其制备方法
【专利摘要】本发明公开的具有石墨烯的互连线，在绝缘基板上自下而上依次有石墨烯层和铜导电层。其制备步骤包括：将石墨烯转移到经清洗的绝缘基板上，使用光刻的方法对石墨烯进行图形化，然后通过电镀的方法在该石墨烯上形成铜导电层。本发明的互连线以石墨烯作为导电层的扩散势垒层，降低了扩散势垒层的厚度，有利于器件的小型化，并可降低导电层的表面粗糙度，提高其电导。石墨烯既作为金属化层，又作为导电层的扩散势垒层，简化了制备工艺。
【专利说明】一种具有石墨烯的互连线及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种互连线及其制备方法，尤其涉及一种具有石墨烯的互连线及其制备方法。
【背景技术】
[0002]现有的互连线一般自下而上有绝缘基板、扩散势垒层、金属化层及导电层。其中，扩散势垒层通常使用TiNx等纳米晶或非晶势垒层，其目的主要是阻止铜的扩散。而金属化层一般为化学镀铜层，其作用主要是为后续的电镀铜工艺提供导电的阴极。扩散势垒层的电阻通常很大，热扩散性能也较差，且其厚度通常也较大，这一方面降低了互连线的导电性，另一方面增加了互连线结构的尺寸。在化学镀铜等金属化层上电镀得到的互连线的表面粗糙度通常较大，会增加导线的电子散射，使互连线的电阻率增大。扩散势垒层与金属化层的双层结构既增加了工艺的复杂性，又增加了器件的尺寸，限制了器件的进一步小型化。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种用石墨烯作为金属化层和扩散势垒层，有利于器件小型化的具有石墨烯的互连线及其制备方法。
[0004]本发明的具有石墨烯的互连线在绝缘基板上自下而上依次有石墨烯层和铜导电层。
[0005]上述的绝缘基板为PET或Si/Si02基板。
[0006]本发明的具有石墨烯的互连线的制备方法，包括以下步骤:
1)将绝缘基板放入丙酮中超声清洗，并用去离子水冲洗，氮气吹干；
2)将石墨烯转移至经步骤I)处理的绝缘基板上；
3)使用光刻的方法对步骤2)的石墨烯层图形化，将互连线图形转移到石墨烯层上；
4)铜镀液配置:将硫酸铜用水溶解，在其中依次加入硫酸、表面活性剂和盐酸，搅拌均匀，获得铜镀液，铜镀液中的硫酸铜浓度为150-250g/L，硫酸浓度为40-110 g/L，氯离子浓度为50-120 ppm，表面活性剂浓度为0.l_2g/L ；
5)电镀:以磷铜片为阳极，图形化的石墨烯作为阴极，置于步骤4)的铜镀液中，调节温度为10-40°C、电流密度为0.5-16A/dm2，在搅拌条件下电镀l_120min，在石墨烯表面获得铜导电层。
[0007]上述的表面活性剂可以为十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠。所述的石墨烯为单层或多层。
[0008]本发明与【背景技术】相比具有的有益效果:本发明以石墨烯作为导电层和扩散势垒层，不仅降低了导电层的表面粗糙度，可提高互连线的导电性，而且降低了扩散势垒层的厚度，有利于器件的小型化。且本发明制备工艺简单。
【专利附图】
【附图说明】[0009]图1本发明互连线的示意图。
【具体实施方式】
[0010]以下结合实施例进一步说明本发明。
[0011]如图1所不，本发明的具有石墨稀的互连线，在绝缘基板I上自下而上依次有石墨烯层2和铜导电层3。
[0012]实施例1
1)将PET基板放入丙酮中超声清洗、并用去离子水冲洗，氮气吹干；
2)将单层石墨烯转移至经步骤I)处理的PET基板上；
3)使用光刻的方法对步骤2)的石墨烯层图形化，将互连线图形转移到石墨烯层上；
4)铜镀液配置:将硫酸铜用水溶解，在其中依次加入硫酸、十二烷基苯磺酸钠和盐酸，搅拌均匀，获得镀液，镀液中的硫酸铜浓度为180g/L，硫酸浓度为80 g/L，氯离子浓度为50ppm,十二烧基苯磺酸钠浓度为0.lg/L ；
5)电镀:以磷铜片为阳极，图形化的石墨烯作为阴极，置于步骤4)的铜镀液中，调节温度为10°C、电流密度为3A/dm2，在搅拌条件下电镀120min，在石墨烯表面获得铜导电层。
[0013]实施例2
1)将Si/Si02基板放入丙酮中超声清洗、并用去离子水冲洗，氮气吹干；
2)将单层石墨烯转移至经步骤I)处理的Si/Si02基板上；
3)使用光刻的方法对步骤2)的石墨烯层图形化，将互连线图形转移到石墨烯层上；
4)铜镀液配置:将硫酸铜用水溶解，在其中依次加入硫酸、十二烷基苯磺酸钠和盐酸，搅拌均匀，获得镀液，镀液中的硫酸铜浓度为150g/L，硫酸浓度为40 g/L，氯离子浓度为50ppm,十二烧基苯磺酸钠浓度为lg/L ；
5)电镀:以磷铜片为阳极，图形化的石墨烯作为阴极，置于步骤4)的铜镀液中，调节温度为30°C、电流密度为0.5A/dm2，在搅拌条件下电镀90min，在石墨烯表面获得铜导电层。
[0014]实施例3
O基板清洗:将Si/Si02基板放入丙酮中超声清洗、并用去离子水冲洗，氮气吹干待
用；
2)将多层石墨烯转移至经步骤I)处理的Si/Si02基板上；
3)使用光刻的方法对步骤2)的石墨烯层图形化，将互连线图形转移到石墨烯层上；
4)铜镀液配置:将硫酸铜用水溶解，在其中依次加入硫酸、十二烷基硫酸钠和盐酸，搅拌均匀，获得镀液，镀液中的硫酸铜浓度为250g/L，硫酸浓度为110 g/L，氯离子浓度为120ppm,十二烧基硫酸钠浓度为2g/L ；
5)电镀:以磷铜片为阳极，图形化的石墨烯作为阴极，置于步骤4)的铜镀液中，调节温度为40°C、电流密度为16A/dm2，在搅拌条件下电镀lmin，在石墨烯表面获得铜导电层。
【权利要求】
1.一种具有石墨烯的互连线，其特征是在绝缘基板(I)上自下而上依次有石墨烯层(2)和铜导电层(3)。
2.根据权利要求1所述的具有石墨烯的互连线，其特征在于:所述的绝缘基板(I)为PET 或 Si/Si02 基板。
3.根据权利要求1所述的具有石墨烯的互连线的制备方法，其特征在于:所述的石墨烯为单层或多层。
4.一种制备如权利要求1所述的具有石墨烯的互连线的方法，其特征在于包括以下步骤: 1)将绝缘基板放入丙酮中超声清洗，并用去离子水冲洗，氮气吹干； 2)将石墨烯转移至经步骤I)处理的绝缘基板上； 3)使用光刻的方法对步骤2)的石墨烯层图形化，将互连线图形转移到石墨烯层上； 4)铜镀液配置:将硫酸铜用水溶解，在其中依次加入硫酸、表面活性剂和盐酸，搅拌均匀，获得铜镀液，铜镀液中的硫酸铜浓度为150-250g/L，硫酸浓度为40-110 g/L，氯离子浓度为50-120 ppm，表面活性剂浓度为0.l_2g/L ； 5)电镀:以磷铜片为阳极，图形化的石墨烯作为阴极，置于步骤4)的铜镀液中，调节温度为10-40°C、电流密度为0.5-16A/dm2，在搅拌条件下电镀l_120min，在石墨烯表面获得铜导电层。
5.根据权利要求4所述的具有石墨烯的互连线的制备方法，其特征在于:所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠。
【文档编号】H01L21/768GK103943562SQ201410194398
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月9日 优先权日:2014年5月9日
【发明者】徐杨, 任招娣, 骆季奎, 俞滨 申请人:浙江大学