(57)【要約】幾つかの実施形態は、電気的相互接続を含む。相互接続は、非グラフェン領域の間に挟まれたグラフェン領域を有する薄層構造を含みうる。幾つかの実施形態においては、グラフェンおよび非グラフェン領域は、お互いの内に入れ子になっていてもよい。幾つかの実施形態においては、電気的に絶縁性の材料が薄層構造の上部表面上に存在し、開口は、薄層構造の一部へと絶縁性材料を通って伸長してもよい。導電性材料は、開口内にあり、薄層構造の非グラフェン領域のうちの少なくとも一つと電気的に接触してもよい。幾つかの実施形態は、入れ子になった非グラフェンおよびグラフェン領域を形成するために、非グラフェン材料とグラフェンがトレンチ内に交互に形成される、電気的相互接続を形成する方法を含む。
2013529859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の非グラフェン領域の間に挟まれたグラフェン領域を含む、
ことを特徴とする導電性薄層構造。
【請求項２】
前記グラフェン領域は、５つのグラフェン単層の厚さよりも小さい、
ことを特徴とする請求項１に記載の薄層構造。
【請求項３】
前記グラフェン領域は、１つから３つの間のグラフェン単層の厚さである、
ことを特徴とする請求項１に記載の薄層構造。
【請求項４】
前記複数の非グラフェン領域のうちの少なくとも一つは、導電性である、
ことを特徴とする請求項１に記載の薄層構造。
【請求項５】
前記複数の非グラフェン領域のうちの少なくとも一つは、電気的に絶縁性である、
ことを特徴とする請求項１に記載の薄層構造。
【請求項６】
前記グラフェン領域と、複数の非グラフェン領域は、お互いに入れ子になっている、
ことを特徴とする請求項１に記載の薄層構造。
【請求項７】
前記複数の非グラフェン領域のうちの少なくとも一つは、一つ以上の金属を含む、
ことを特徴とする請求項６に記載の薄層構造。
【請求項８】
前記複数の非グラフェン領域のうちの少なくとも一つは、銅およびニッケルのうちの一つもしくはその双方を含む、
ことを特徴とする請求項６に記載の薄層構造。
【請求項９】
導電性薄層構造であって、前記薄層構造は、お互いのうちに入れ子になった複数の領域を含み、前記複数の入れ子領域のうちの一つはグラフェン領域であり、前記複数の入れ子領域のうちの他方は複数の非グラフェン領域であり、前記グラフェン領域は、一対の非グラフェン領域の間に挟まれ、前記薄層構造は、前記グラフェン領域の部分と、前記複数の非グラフェン領域の部分とを含む最上部表面を含み、前記複数の非グラフェン領域のうちの少なくとも一つは導電性である、導電性薄層構造と、
前記薄層構造の前記上部表面上で、前記薄層構造の一部へとそこを通って伸長する開口を有する電気的に絶縁性の材料であって、前記複数の非グラフェン領域間にグラフェンを有する代わりに、前記一対の非グラフェン領域の間にスペースを有することによって、前記部分は、前記薄層構造の他の複数の部分とは異なる、電気的に絶縁性の材料と、
前記開口内および前記スペース内の導電性材料と、
を含む、
ことを特徴とする電気的相互接続。
【請求項１０】
前記複数の非グラフェン領域のうちの前記少なくとも一つは、銅およびニッケルのうちの一つもしくはその双方を含む、
ことを特徴とする請求項９に記載の電気的相互接続。
【請求項１１】
前記導電性材料は、少なくとも一つの金属を含む、
ことを特徴とする請求項９に記載の電気的相互接続。
【請求項１２】
電気的相互接続を形成する方法であって、
電気的に絶縁性の材料にトレンチを形成するステップと、
前記トレンチを配列し、かつ前記第一のトレンチ内に入れ子になった第二のトレンチを形成するために、前記トレンチ内に第一の非グラフェン材料を形成するステップと、
前記第二のトレンチを配列し、かつ、前記第二のトレンチ内に入れ子になった第三のトレンチを形成するために、前記第一の非グラフェン材料上にグラフェンを形成するステップと、
前記第三のトレンチ内に第二の非グラフェン材料を形成するステップと、
を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記グラフェンは、５つのグラフェン単層の厚さよりも小さい、
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記グラフェンは、１つから３つの間のグラフェン単層の厚さである、
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記第一および第二の非グラフェン材料は、お互いに同一の組成である、
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記第一の非グラフェン材料は、前記第二の非グラフェン材料とは異なる組成である、
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記第一の非グラフェン材料は、少なくとも一つの金属を含む、
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記第一の非グラフェン材料は、銅およびニッケルのうちの一つもしくはその双方を含む、
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記第二の非グラフェン材料は、前記第三のトレンチを完全に充填する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記第二の非グラフェン材料は、前記第三のトレンチを配列し、かつ、前記第三のトレンチ内に入れ子になった第四のトレンチを形成し、
前記第四のトレンチを配列し、かつ、前記第四のトレンチ内に入れ子になった第五のトレンチを形成するために、前記第二の非グラフェン材料上にグラフェンを形成するステップと、
前記第五のトレンチ内に第三の非グラフェン材料を形成するステップと、
をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
前記第一、第二および第三の非グラフェン材料は、お互いに同一の組成である、
ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第一、第二および第三の非グラフェン材料のうちの少なくとも一つは、前記第一、第二および第三の非グラフェン材料のうちの他の材料とは異なる組成である、
ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記第一、第二および第三の非グラフェン材料のうちの少なくとも一つは、電気的に絶縁性である、
ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
電気的相互接続を形成する方法であって、
導電性薄層構造を形成するステップであって、前記薄層構造は、お互いのうちに入れ子になった複数の領域を含み、前記複数の入れ子領域のうちの一つは、グラフェン領域であり、前記複数の入れ子領域のうちの他方は複数の非グラフェン領域であり、前記グラフェン領域は、一対の非グラフェン領域の間に挟まれ、前記薄層構造は、前記グラフェン領域の部分と前記複数の非グラフェン領域の部分とを含む最上部表面を含み、前記複数の非グラフェン領域のうちの少なくとも一つは導電性である、ステップと、
前記薄層構造の前記上部表面上に、電気的に絶縁性の材料を形成するステップと、
前記薄層構造の前記上部表面へと、前記絶縁性材料を通って伸長する開口を形成するステップと、
前記複数の非グラフェン領域に対して、前記グラフェン領域を選択的に除去するために、前記開口内にエッチャントを提供し、それによって、前記一対の非グラフェン領域の間にスペースを形成するステップと、
前記開口内、および前記スペース内に導電性材料を形成するステップと、
を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項２５】
前記グラフェン領域の内部内に入れ子になった前記非グラフェン領域は、内部非グラフェン領域であり、前記スペースは、前記内部非グラフェン領域の全体を包囲して伸長する、
ことを特徴とする請求項２４に記載の方法。  
【請求項２６】
前記グラフェン領域の内部内に入れ子になった前記非グラフェン領域は、内部非グラフェン領域であり、前記スペースは、前記内部非グラフェン領域を部分的にのみ包囲して伸長する、
ことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記複数の非グラフェン領域のうちの双方が導電性である、
ことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記複数の非グラフェン領域のうちの唯一つだけが導電性である、
ことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
電気的相互接続を形成する方法であって、
導電性薄層構造を形成するステップであって、前記薄層構造は、お互いの内に入れ子になった複数の領域を含み、前記複数の入れ子領域のうちの一つはグラフェン領域であり、前記複数の入れ子領域のうちの他方は、複数の非グラフェン領域であり、前記グラフェン領域は、一対の非グラフェン領域の間に挟まれ、前記薄層構造は、前記グラフェン領域の部分と前記複数の非グラフェン領域の部分とを含む最上部表面を含み、前記複数の非グラフェン領域のうちの少なくとも一つは導電性である、ステップと、
前記薄層構造の前記上部表面上に電気的に絶縁性の材料を形成するステップと、
前記薄層構造の前記上部表面へと、前記絶縁性材料を通って伸長する開口を形成するステップと、
前記薄層構造を少なくとも部分的に通って前記開口を伸長するステップと、
前記開口内に導電性材料を形成するステップと、
を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項３０】
開口は、前記薄層構造全体を通って伸長する、
ことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
開口は、前記薄層構造を部分的にのみ通って伸長する、
ことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記複数の非グラフェン領域のうちの双方が導電性である、
ことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
前記複数の非グラフェン領域のうちの唯一つだけが導電性である、
ことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
導電性薄層構造、電気的相互接続および電気的相互接続を形成する方法。
【背景技術】
【０００２】
電気的相互接続は、集積回路の種々のコンポーネントを電気的に相互接続するために使用される可能性がある。
【０００３】
集積回路作製の長期にわたる目標は、回路デバイスの密度を増加させることである。関連する目標は、比較的小さい物理的寸法内に、高電流密度に耐えることが可能な電気的相互接続を開発することである。従来の処理は、電気的相互接続用に、導電性を有するようにドープされた半導体材料（例えば、導電性を有するようにドープされたシリコン、導電性を有するようにドープされたゲルマニウムなど）、金属材料（例えば、銅、アルミニウムなど）および金属含有組成物（例えば、金属シリサイド、金属ナイトライドなど）のうちの一つ以上を利用する。
【０００４】
集積回路がさらに高密度で形成されるにつれて、従来の材料で満足な電気的相互接続を形成することはますます困難になりつつある。したがって、新規の相互接続構造を開発し、かつ、そのような相互接続構造を作製するための方法を開発することが望まれている。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】例示的な一実施形態の種々の処理段階における半導体構造の一部の断面図である。
【図２】例示的な一実施形態の種々の処理段階における半導体構造の一部の断面図である。
【図３】例示的な一実施形態の種々の処理段階における半導体構造の一部の断面図である。
【図４】例示的な一実施形態の種々の処理段階における半導体構造の一部の断面図である。
【図５】例示的な一実施形態の種々の処理段階における半導体構造の一部の断面図である。
【図６】例示的な一実施形態の種々の処理段階における半導体構造の一部の断面図である。
【図７】例示的な一実施形態の種々の処理段階における半導体構造の一部の断面図である。
【図８】図７の半導体構造の上面図である。図７の断面は、図８の直線７−７に沿ったものである。
【図９】図７および図８の後の処理段階における、図１−図７に示された半導体構造の断面図である。
【図１０】図９の後の処理段階における、図１−図７に示された半導体構造の断面図である。
【図１１】図９の後の処理段階における、図１−図７に示された半導体構造の上面図である。図１０の断面は、図１１の直線１０−１０に沿ったものである。
【図１２】図１０および図１１の後の処理段階における、図１−図７に示された半導体構造の断面図である。
【図１３】図１０および図１１の後の処理段階における、図１−図７に示された半導体構造の上面図である。図１２の断面は、図１３の直線１２−１２に沿ったものである。
【図１４】図１２および図１３の後の処理段階における、図１−図７に示された半導体構造の断面図である。
【図１５】図１２および図１３の後の処理段階における、図１−図７に示された半導体構造の上面図である。図１４の断面は、図１５の直線１４−１４に沿ったものである。
【図１６】図１４および図１５の後の処理段階における、図１−図７に示された半導体構造の断面図である。
【図１７】図１４および図１５の後の処理段階における、図１−図７に示された半導体構造の上面図である。図１６の断面は、図１７の直線１６−１６に沿ったものである。
【図１８】別の例示的な実施形態の種々の処理段階における半導体構造の一部の断面図である。図１８の処理段階は、図１０および図１１の処理段階の後に続くものである。
【図１９】別の例示的な実施形態の種々の処理段階における半導体構造の一部の断面図である。
【図２０】図１０および図１１の半導体構造の断面側面図であり、別の例示的な実施形態の処理段階を表す。
【図２１】図１０および図１１の半導体構造の上面図であり、別の例示的な実施形態の処理段階を表す。図２０の断面は、図２１の直線２０−２０に沿ったものである。
【図２２】図２０および図２１の後の処理段階における、図２０および図２１の半導体構造の上面図である。
【図２３】図２０および図２１の後の処理段階における、図２０および図２１の半導体構造の一対の断面側面図である。図２３の断面は、図２２および図２４の直線２３−２３に沿ったものである。
【図２４】図２０および図２１の後の処理段階における、図２０および図２１の半導体構造の一対の断面側面図である。図２４の断面は、図２２および図２３の直線２４−２４に沿ったものである。
【図２５】図２２−図２４の後の処理段階における、図２２−図２４の半導体構造の上面図である。
【図２６】図２２−図２４の後の処理段階における、図２２−図２４の半導体構造の一対の断面側面図である。図２６の断面は、図２５および図２７の直線２６−２６に沿ったものである。
【図２７】図２２−図２４の後の処理段階における、図２２−図２４の半導体構造の一対の断面側面図である。図２７の断面は、図２５および図２６の直線２７−２７に沿ったものである。
【図２８】図２５−図２７の後の処理段階における、図２２−図２４の半導体構造の上面図である。
【図２９】図２５−図２７の後の処理段階における、図２２−図２４の半導体構造の一対の断面側面図である。図２９の断面は、図２８および図３０の直線２９−２９に沿ったものである。
【図３０】図２５−図２７の後の処理段階における、図２２−図２４の半導体構造の一対の断面側面図である。図３０の断面は、図２８および図２９の直線３０−３０に沿ったものである。
【図３１】例示的な一実施形態に従う、図３０の後の処理段階における図２８−図３０の構造の断面側面図を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
幾つかの実施形態は、グラフェンを含む導電性薄層構造を含む。グラフェンは、非グラフェン材料の間に挟まれてもよい。グラフェンに直接相対する非グラフェン材料のうちの少なくとも一つは、金属材料（銅およびニッケルのうちの一つもしくはその双方を含む材料など）であってもよい。グラフェンの広い表面面積は、金属材料に直接相対し、それによって、金属材料とグラフェンとの間の電子の移動性を高める可能性がある。グラフェンと非グラフェン材料の界面における表面面積の量は、トレンチ内にグラフェンと非グラフェン材料とを包囲することによって高められる可能性がある。幾つかの実施形態においては、グラフェンを含む薄層構造へと電気的接点が形成される。接点は、薄層構造の導電性非グラフェン材料と直接接触する導電性材料を提供することによって形成されてもよい。動作においては、薄層構造のグラフェンは、相互接続を介して電流の大部分を伝導し、薄層構造の導電性非グラフェン材料は、薄層構造への回路を電気的に接続するために使用されてもよい。幾つかの実施形態においては、薄層構造は、超高電流密度を支持するために適切である可能性がある。
【０００７】
例示的な実施形態は、図１−図３０に関連して記述される。
図１に関連して、半導体構造１０は、例示的な一実施形態の処理段階において図示される。半導体構造は、ベース１２と、ベース上の電気的に絶縁性の材料１４とを含む。
【０００８】
ベース１２は、単結晶性シリコンを含むか、本質的に単結晶性シリコンで構成されるか、単結晶性シリコンから成り、かつ、半導体基板もしくは半導体基板の一部として称されてもよい。“半導電性基板”“半導体構造”および“半導体基板”という用語は、半導電性ウェーハ（単独、もしくは他の材料を含むアセンブリのいずれか）、半導電性材料層（単独、もしくは他の材料を含むアセンブリのいずれか）などのバルク半導電性材料を含むがそれに限定はされない、半導電性材料を含む任意の構造を意味する。“基板”という用語は、上述された半導電性基板を含むがそれに限定はされない任意の支持構造のことを称する。ベース１２は、均質なものとして示されているが、ベースは、幾つかの実施形態においては、多数の層を含んでもよい。例えば、ベース１２は、集積回路作製に関連する一つ以上の層を含む半導体基板に対応してもよい。このような実施形態においては、このような層は、一つ以上の耐熱金属層、バリア層、拡散層、絶縁体層などに対応してもよい。
【０００９】
材料１４は、例えば、シリコン二酸化物、シリコン窒化物、ボロホスホシリケートガラス（ＢＰＳＧ）、フルオロシリケートガラス（ＦＳＧ）、ホスホシリケートガラス（ＰＳＧ）のうちの一つ以上などの、任意の適切な電気的に絶縁性の組成物を含んでもよい。材料１４は均質なものとして示されているが、材料１４は幾つかの実施形態においては多数の層を含んでもよい。
【００１０】
トレンチ１６は材料１４へと伸長する。トレンチ１６は、任意の適切な処理で形成されてもよい。例えば、トレンチは、トレンチの位置を画定するために、材料１４上に（図示されていない）フォトリソグラフィーによってパターン化されたマスクを提供し、一つ以上の適切なエッチングで材料１４へとエッチングし、その後、図１に示された構造を残すためにマスクを除去することによって形成されてもよい。
【００１１】
図２に関連して、材料１８は、絶縁性材料１４を横切って形成される。材料１８はトレンチ１６を配列し、それによってトレンチ１６内に第二のトレンチ２０を形成する。材料１８は、非グラフェン材料（換言すると、グラフェンを含まない材料）であってもよい。幾つかの実施形態においては、材料１８はその後にグラフェンを上に形成するために適切な導電性材料を含んでもよいし、幾つかの実施形態においては、金属材料を含んでもよい。例えば、材料１８は、銅およびニッケルのうちの一つもしくはその双方を含むか、本質的に銅およびニッケルのうちの一つもしくはその双方で構成されるか、銅およびニッケルのうちの一つもしくはその双方から成ってもよい。したがって、材料１８は、その後のグラフェンの化学蒸着に適切である可能性がある。幾つかの実施形態においては、材料１８は、その上にその後にグラフェンを形成するために適切な電気的に絶縁性の材料を含んでもよい。幾つかの実施形態においては、材料１８はシリコンカーバイドを含んでもよい。
【００１２】
図３に関連して、グラフェン２２は非グラフェン材料１８上に形成される。グラフェン２２はトレンチ２０を配列し、それによって第二のトレンチ２０内に第三のトレンチ２４を形成する。
【００１３】
グラフェン２２は、任意の適切な方法によって形成されてもよい。例えば、グラフェンは、金属の非グラフェン材料１８上に化学蒸着および／もしくは原子層堆積によって形成されてもよい。別の実施例として、グラフェンは、ＳｉＣ由来のＳｉの昇華など、シリコンカーバイド材料１８から形成されてもよい。
【００１４】
グラフェンは、少なくとも一つの単層の厚さであり、望ましくは、１０個の単層の厚さよりも小さい。幾つかの実施形態においては、グラフェンは、５つの単層の厚さよりも小さいか、またはそれに等しく、例えば、おおよそ１つの単層の厚さからおおよそ５つの単層の厚さの間の厚さである可能性がある。幾つかの例示的な用途においては、グラフェン２２は、おおよそ３つの単層の厚さであってもよい。グラフェンは、所望の高い導電性を達成するほど十分に薄いことが望まれる。幾つかの実施形態においては、グラフェンは、銅の電流密度よりも約１０倍から約１００倍大きい電流密度に耐えることができる可能性がある。
【００１５】
図４に関連して、非グラフェン材料２６はグラフェン材料２２上に形成される。非グラフェン材料２６はトレンチ２４を配列し、それによって、第三のトレンチ２４内に第四のトレンチ２８を形成する。非グラフェン材料２６は、第一の非グラフェン材料１８と区別するために、第二の非グラフェン材料と称されてもよい。幾つかの実施形態においては、材料１８および２６はお互いに同一の組成を含んでもよいし、他の実施形態においては、材料１８および２６はお互いに異なる組成を含んでもよい。幾つかの実施形態においては、材料１８および２６のうちの少なくとも一つは導電性であり、他方は電気的に絶縁性である。例えば、材料１８は、その上にグラフェン２２を形成するために適切な金属材料を含み、材料２６は、シリコン二酸化物、シリコン窒化物などの電気的に絶縁性の材料を含んでもよい。幾つかの実施形態においては、非グラフェン材料１８および２６のうちの双方が導電性である。
【００１６】
図５に関連して、グラフェン３０は非グラフェン材料２６上に形成される。グラフェン３０は第四のトレンチ２８を配列し、それによって、第四のトレンチ内に第五のトレンチ３２を形成する。
【００１７】
図６に関連して、非グラフェン材料３４はグラフェン材料３０上に形成される。非グラフェン材料３４は、示された実施形態においてトレンチ３２を充填する。他の実施形態においては、非グラフェン材料３４はトレンチを部分的にのみ充填し、トレンチ内のグラフェンおよび非グラフェン材料の積層は、トレンチ内に示された数の個別の材料よりも多く形成し続けてもよい。幾つかの実施形態においては、最初のトレンチ１６（図１）内に示された数の交互の材料よりも少ない材料が存在してもよい。つまり、非グラフェン材料２６は、図４の処理段階においてトレンチ２４を部分的に充填するだけであるが、他の実施形態においては、非グラフェン材料２６は、トレンチを完全に充填し、最初のトレンチ１６内に材料１８、２２、２６のみが存在する。
【００１８】
図６の非グラフェン材料３４は、第三の非グラフェン材料と称されてもよい。幾つかの実施形態においては、非グラフェン材料１８、２６および３４は、全てお互いに同一の組成を有してもよいし、他の実施形態においては、非グラフェン材料のうちの少なくとも一つが、他の非グラフェン材料のうちの少なくとも一つと異なる組成を有してもよい。幾つかの実施形態においては、全ての非グラフェン材料が導電性であり、他の実施形態においては、非グラフェン材料のうちの少なくとも一つは電気的に絶縁性であってもよい。
【００１９】
図７に関連して、構造１０は、電気的に絶縁性の材料１４の表面上から、材料１８、２２、２６、３０および３４を除去するために、平坦化（例えば、化学機械研磨）に晒される。最初のトレンチ１６（図１）内に残存する材料１８、２２、２６、３０および３４は、ともに導電性相互接続３６を形成する。グラフェン材料２２および３０は、非グラフェン材料１８、２６および３２のうちの一つ以上が電気的に絶縁性であるか否かに関わらず、相互接続３６を介して導電性を提供することができる。さらには、導電性の非グラフェン材料１８、２６および３４のうちの任意の材料も、相互接続３６内に導電性を提供する。しかしながら、他の材料と比較して、グラフェンの電流密度は高いため、グラフェンに相互接続を通過する電流の大部分を伝導する可能性がある。
【００２０】
相互接続３６は、グラフェン領域（つまり、グラフェン２２およびグラフェン３０を含む領域）と、非グラフェン領域（つまり、非グラフェン材料１８、２６および３４を含む領域）とを含むものと考えられてもよい。相互接続３６は、交互のグラフェン領域と非グラフェン領域とを含む、薄層構造であるものと考えられてもよい。
【００２１】
示される実施形態においては、グラフェン領域および非グラフェン領域は、グラフェン領域および非グラフェン領域が種々の入れ子になったトレンチ１６、２０、２４、２８および３２（図６）の側壁に沿って包囲することによって、お互いの内に入れ子になる。他の実施形態においては、グラフェン領域および非グラフェン領域は、平面であってもよい。しかしながら、図７のグラフェン領域と非グラフェン領域の入れ子配置は、グラフェン領域と直接隣接する非グラフェン領域との間の広範囲の表面界面を提供することができ、それによって、グラフェン領域と直接隣接する非グラフェン領域との間の電子の移動性を高めることが可能である。非グラフェン材料からグラフェンへと電子が通過すること、またはその逆に、グラフェンから非グラフェン材料へと電子が通過することは困難である可能性がある。したがって、グラフェンと非グラフェン材料との間の広い表面界面は、相互接続３６の種々の構造の間を電子が通過することを可能にするために都合がよい可能性がある。
【００２２】
図７の実施形態においては、各グラフェン領域は、一対の非グラフェン領域によって挟まれる。他の実施形態においては、少なくとも一つのグラフェン領域は、相互接続の外側の端部に存在し、そのようなグラフェン領域は、一対の非グラフェン領域間に挟まれるのではなく、唯一つの非グラフェン領域に相対する。
【００２３】
図８は、図７の構造の上面図を示し、相互接続３６は、直線として構成されることを示す。他の実施形態においては、相互接続３６は、図８の線形形状以外の形状を有するように構成されてもよい。
【００２４】
図８の上面図は、相互接続３６が非グラフェン領域の露出部３５と、グラフェン領域の露出部３７とを含む上部表面を有することを示す。
【００２５】
相互接続３６へと電気的接点を形成することは困難である可能性がある。なぜなら、グラフェン領域と隣接する導電性材料との間に電気的接続を構築することは困難である可能性があるからである。幾つかの実施形態は、相互接続３６の非グラフェン導電性材料へと電気的接点を形成し、その後、相互接続に沿って電子を移動させるために、相互接続のグラフェンへとこのような導電性材料から電子を移動させることが好都合でありうるとの認識を含む。
【００２６】
相互接続３６へと電気的接点を形成する例示的な一方法は、図９−図１７に関連して記述される。
【００２７】
図９に関連して、電気的に絶縁性の材料４０は、相互接続３６の上部表面上かつ絶縁性材料１４上に形成される。材料４０は、例えば、シリコン二酸化物、シリコン窒化物、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＦＳＧなどのうちの一つ以上などの任意の適切な組成物、もしくはそのような組成物の組み合わせを含んでもよい。
【００２８】
図１０に関連して、接点開口４２は、材料４０を介してエッチングされ、相互接続３６の上部表面を露出させる。開口４２は、任意の適切な方法によって形成されてもよい。例えば、（図示されていない）パターン化されたフォトレジストマスクが開口４２の位置を画定するために材料４０上に提供され、開口は一つ以上の適切なエッチングで形成され、その後、マスクは、図１０に示された構造を残すために除去されてもよい。
【００２９】
図１１は、図１０の構造の上面図を示し、相互接続３６のグラフェン含有部３７と非グラフェン含有部３５とを露出するために、材料４０を通って伸長する接点開口４２を示す。接点開口４２の外側へ伸長する相互接続３６の部分は、この部分が材料４０の下に存在することを示すために、破線で示される。
【００３０】
図１２および図１３に関連して、エッチングは、接点開口４２内からグラフェン含有領域の少なくとも一部を除去するために使用され、スペース４４および４６を形成する。エッチングは、任意の適切な化学を利用し、例えば、グラフェンを灰化するために酸化プラズマを使用してもよい。エッチングは、示されるように、非グラフェン領域と比較して、グラフェン含有領域に対して選択的であってもよい。
【００３１】
示された実施形態においては、接点開口４２内に露出したグラフェン含有領域のうちの幾らかのみが除去され、それによってグラフェン２２およびグラフェン３０の部分が図１２の断面において、見えたままである。他の実施形態においては、図１８および図１９に関連して以下に記述されるように、露出されたグラフェン領域全体が除去されてもよい。幾つかの実施形態においては、グラフェン領域内に入れ子になっている非グラフェン領域は、内部非グラフェン領域であると考えられ、グラフェン領域の除去によって形成されるスペースは、このような内部非グラフェン領域を少なくとも部分的に包囲して伸長すると考えられてもよい。幾つかの実施形態においては、一つ以上の非グラフェン材料（例えば、図１２に示された実施形態における材料１８、２６および３４のうちの一つ以上）は、開口４４および４６のうちの一つもしくはその双方を拡大するためにエッチングされてもよい。
【００３２】
スペース４４および４６の存在によって、相互接続の他の部分と比較して、接点開口４２の下にある相互接続３６の部分は変化する。つまり、接点開口４２の下の相互接続部分は、非グラフェン領域間のスペース４４および４６を有し、相互接続の他の部分はこのような非グラフェン領域間にグラフェンを有する。
【００３３】
図１４および図１５に関連して、導電性材料４８は、開口４２内かつ絶縁性材料４０を横切って提供される。導電性材料４８は、任意の適切な組成物もしくは組成物の組み合わせを含んでもよく、幾つかの実施形態においては、種々の金属（例えば、銅、アルミニウム、タングステン、チタンなど）、金属含有組成物（例えば、金属シリサイド、金属ナイトライド、金属カーバイドなど）および導電性を有するようにドープされた半導体材料（例えば、導電性を有するようにドープされたシリコン、導電性を有するようにドープされたゲルマニウムなど）のうちの一つ以上を含むか、本質的にそれらから構成されるか、またはそれらで構成されてもよい。
【００３４】
導電性材料４８は、スペース４４および４６内に伸長し、それによって、示された実施形態においては、非グラフェン材料２６および３４を部分的に包囲して伸長する。
【００３５】
図１６および図１７に関連して、構造１０は、絶縁性材料４０上から導電性材料４８を除去するために平坦化（例えば、化学機械研磨）に晒されるが、接点開口４２内の導電性材料はそのまま残す。接点開口４２内の導電性材料４８は、電気的接点５０を画定する。電気的接点は、非グラフェン領域２６および３４を部分的に包囲して、スペース４４および４６内に伸長する導電性材料を有する。
【００３６】
非グラフェン領域２６および３４のうちの一つもしくはその双方が金属もしくは他の導電性材料を含む実施形態においては、非グラフェン材料２６および３４を包囲する導電性材料４８の伸長は、少なくとも部分的に材料２６および３４を包囲して伸長する導電性材料が存在しない場合に達成されるであろう接続と比較して、接点５０と材料２６および３４との間に、改良された電気的接続を可能にすることができる。このことは、材料２６および３４へと電気的接点５０から電流を容易に通過させることを可能にすることができる。その後、グラフェン領域と材料２６および３４との間の広範囲の表面界面を利用することによって、電流は、相互接続３６に沿ってグラフェン領域２２および３０へと通過することができる。電流は、その後、グラフェンの高電流密度によって、相互接続を通って迅速に移動することができ、その後、電流を別の電気的コンポーネントへと方向づけるために、電流は、接点５０に類似する別の接点へと移動してもよい。したがって、相互接続３６と組み合わせて、示された接点５０に類似する一つ以上の接点は、集積回路のコンポーネント間で電流を移動させるための、小型かつ効率的な構造を提供する可能性がある。
【００３７】
図１２−図１７は、スペース４４および４６が非グラフェン領域２６および３４を部分的に包囲して伸長するように形成される一実施形態を示す。他の実施形態においては、エッチングは、接点開口４２下の非グラフェン領域２６および３４の間から、グラフェンを全て除去するために、適切な化学を使用して、適切な期間、実施されてもよい。これによってスペース４４および４６を形成し、スペース４４および４６は、接点開口４２下にある相互接続３６の一部において、非グラフェン領域２６および３４の全体を包囲して伸長する。
【００３８】
図１８は、図１２の処理段階に類似する処理段階における構造１０を示すが、一実施形態においては、スペース４４および４６は接点開口４２の直下の相互接続３６の一部における非グラフェン材料２６および３４の全体を包囲して伸長するように形成される。図１８の構造は、図１４に関連して上述された方法と類似する方法でその後処理されて、開口４２内に導電性材料を形成する。図１９は、導電性材料４８が接点開口４２内に形成された後の、図１８の構造を示す。導電性材料４８は、接点開口４２下の相互接続３６の一部において、非グラフェン領域２６および３４の全体を包囲して伸長する。（図示されていない）その後の処理においては、導電性材料４８は、所望の場合には、図１６に関連して上述された処理と類似する処理で、絶縁性材料４０上から除去されうる。
【００３９】
図１２−図１９に関連して上述された処理は、まずスペースを形成するために非グラフェン材料に対して、グラフェンを除去し、その後、スペース内の導電性材料を形成することによって相互接続３６へと電気的接点を形成する。相互接続３６に対して電気的接点を形成する別の方法は、相互接続を少なくとも部分的に通る穴を開けることであり、相互接続を少なくとも部分的に通って伸長する穴を形成して、その後、穴内に導電性材料を形成する。この方法は、図２０−図３０に関連して記述される。
【００４０】
図２０および図２１に関連して、構造１０は、図１０および図１１に関連して上述されたものと同一の処理段階において示される。したがって、構造は、相互接続３６の上部表面を露出するために、絶縁性材料４０を通って伸長する接点開口４２を含む。
【００４１】
図２２−図２４に関連して、開口４２は、一つ以上のエッチングで、相互接続３６を通って、絶縁性材料１４へと伸長される。示された実施形態においては、開口４２は、相互接続３６の全体を通って伸長される。（図示されていない）他の実施形態においては、開口４２は、相互接続３６を部分的にのみ通って伸長されてもよい。
【００４２】
図２５−図２７に関連して、導電性材料４８は、材料４０を横切って、開口４２内に形成される。導電性材料４８は、材料４８と領域１８、２６および３４との界面において、領域１８、２６および３４と直接接触する材料４８表面の大きさによって、導電性を有する非グラフェン領域１８、２６および３４のうちのいずれかと良好な電気的接触を有する。
【００４３】
図２８−図３０に関連して、導電性材料４８は、開口４２内に電気的接点５０を形成するために、平坦化（例えば、化学機械研磨）によって材料４０の上部表面上から除去される。
【００４４】
その後の処理においては、別の高さの相互接続が半導体基板にわたって形成されてもよい。例えば、図３１は、基板の材料１４の直上に第一の相互接続構造１００を形成し、かつ、第一の相互接続構造の高さよりも上の別の高さに第二の相互接続構造１０２を形成する材料１８、２２、２６、３０および３４を示す。導電性材料１０４は、第二の相互接続構造１０２を通って伸長し、第二の相互接続構造１０２を導電性材料４８へと電気的に結合し、それによって、第二の相互接続構造１０２を第一の相互接続構造１００へと電気的に結合する。導電性材料１０４は、銅もしくは任意の他の適切な材料を含んでもよい。
【００４５】
第二の相互接続構造１０２は、第一の相互接続構造１００と同一の材料１８、２２、２６、３０および３４を含むものとして示されているが、他の実施形態においては、第二の相互接続構造は、第一の相互接続構造とは別の材料を含んでもよい。
【００４６】
示された実施形態においては、第二の相互接続構造１０２の材料１８は、電気的接点５０の導電性材料４８に直接接触する。他の実施形態においては、第二の相互接続構造の材料１８は、電気的に絶縁性の材料によって、接点５０から空間をあけられてもよい。幾つかの実施形態においては、第二の相互接続構造１０２の材料１８は、電気的に絶縁性であってもよいし、幾つかの実施形態においては、第二の相互接続構造の材料１８は、導電性であってもよい。
【００４７】
上述された種々の方法および構造は、電流が、グラフェンと導電性層の間を、相互接続に沿ってビア内を流れるとき、低接触抵抗を維持することによって、回路における高電流密度を達成するために使用されてもよい。
【００４８】
上述された相互接続は、集積回路において使用されてもよい。このような集積回路は、電子システムへと組み込まれてもよい。電子システムは、例えば、コンピュータ、自動車、飛行機、時計、携帯電話などの多数の電子システムのうちの任意のシステムであってもよい。
【００４９】
図面において、種々の実施形態の特定の方向は、例示的な目的のためだけのものであって、実施形態は、幾つかの用途においては、示された方向に対して回転されてもよい。本明細書で提供された記述およびそれに続く請求項は、その構造が図面の特定の方向にあるか、またはその方向に対して回転されているか否かに関わらず、種々の機構の間で記述された関係を有する任意の構造に関するものである。
【００５０】
添付の図面の断面図は、断面の平面内の機構のみを示し、図面を簡略化するために、断面の平面の後方に存在する材料は示していない。
【００５１】
ある構造が、別の構造の“上に”もしくは“相対して”存在するものとして上記で言及されるときには、他の構造の上に直接存在しうるか、または、中間構造も存在してもよい。対照的に、ある構造が、別の構造の“直上に”もしくは“直接相対して”存在するものとして言及されるときには、中間構造は存在しない。ある構造が、別の構造に対して、“接続されて”いるかまたは“結合されて”いるものとして言及されるときには、他の構造に対して直接接続されるか、または直接結合されうるか、あるいは中間構造が存在してもよい。対照的に、ある構造が、別の構造に対して、“直接接続されて”いるかまたは“直接結合されて”いるものとして言及されるときには、中間構造は存在しない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年2月15日(2013.2.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の非グラフェン領域の間に挟まれたグラフェン領域を含み、前記グラフェン領域は、５つのグラフェン単層の厚さよりも小さい、
ことを特徴とする導電性薄層構造。
【請求項２】
前記グラフェン領域は、１つから３つの間のグラフェン単層の厚さである、
ことを特徴とする請求項１に記載の薄層構造。
【請求項３】
前記複数の非グラフェン領域のうちの少なくとも一つは、導電性である、
ことを特徴とする請求項１に記載の薄層構造。
【請求項４】
導電性薄層構造であって、前記薄層構造は、お互いのうちに入れ子になった複数の領域を含み、前記複数の入れ子領域のうちの一つはグラフェン領域であり、前記複数の入れ子領域のうちの他方は複数の非グラフェン領域であり、前記グラフェン領域は、一対の非グラフェン領域の間に挟まれ、前記薄層構造は、前記グラフェン領域の部分と、前記複数の非グラフェン領域の部分とを含む最上部表面を含み、前記複数の非グラフェン領域のうちの少なくとも一つは導電性である、導電性薄層構造と、
前記薄層構造の前記上部表面上で、前記薄層構造の一部へとそこを通って伸長する開口を有する電気的に絶縁性の材料であって、前記複数の非グラフェン領域間にグラフェンを有する代わりに、前記一対の非グラフェン領域の間にスペースを有することによって、前記部分は、前記薄層構造の他の複数の部分とは異なる、電気的に絶縁性の材料と、
前記開口内および前記スペース内の導電性材料と、
を含む、
ことを特徴とする電気的相互接続。
【請求項５】
前記複数の非グラフェン領域のうちの前記少なくとも一つは、銅およびニッケルのうちの一つもしくはその双方を含む、
ことを特徴とする請求項４に記載の電気的相互接続。
【請求項６】
電気的相互接続を形成する方法であって、
電気的に絶縁性の材料にトレンチを形成するステップと、
前記トレンチを配列し、かつ前記第一のトレンチ内に入れ子になった第二のトレンチを形成するために、前記トレンチ内に第一の非グラフェン材料を形成するステップと、
前記第二のトレンチを配列し、かつ、前記第二のトレンチ内に入れ子になった第三のトレンチを形成するために、前記第一の非グラフェン材料上にグラフェンを形成するステップと、
前記第三のトレンチ内に第二の非グラフェン材料を形成するステップと、
を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項７】
前記グラフェンは、１つから３つの間のグラフェン単層の厚さである、
ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第二の非グラフェン材料は、前記第三のトレンチを完全に充填する、
ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第二の非グラフェン材料は、前記第三のトレンチを配列し、かつ、前記第三のトレンチ内に入れ子になった第四のトレンチを形成し、
前記第四のトレンチを配列し、かつ、前記第四のトレンチ内に入れ子になった第五のトレンチを形成するために、前記第二の非グラフェン材料上にグラフェンを形成するステップと、
前記第五のトレンチ内に第三の非グラフェン材料を形成するステップと、
をさらに含む、
ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記第一、第二および第三の非グラフェン材料は、お互いに同一の組成である、
ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第一、第二および第三の非グラフェン材料のうちの少なくとも一つは、前記第一、第二および第三の非グラフェン材料のうちの他の材料とは異なる組成である、
ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
電気的相互接続を形成する方法であって、
導電性薄層構造を形成するステップであって、前記薄層構造は、お互いのうちに入れ子になった複数の領域を含み、前記複数の入れ子領域のうちの一つは、グラフェン領域であり、前記複数の入れ子領域のうちの他方は複数の非グラフェン領域であり、前記グラフェン領域は、一対の非グラフェン領域の間に挟まれ、前記薄層構造は、前記グラフェン領域の部分と前記複数の非グラフェン領域の部分とを含む最上部表面を含み、前記複数の非グラフェン領域のうちの少なくとも一つは導電性である、ステップと、
前記薄層構造の前記上部表面上に、電気的に絶縁性の材料を形成するステップと、
前記薄層構造の前記上部表面へと、前記絶縁性材料を通って伸長する開口を形成するステップと、
前記複数の非グラフェン領域に対して、前記グラフェン領域を選択的に除去するために、前記開口内にエッチャントを提供し、それによって、前記一対の非グラフェン領域の間にスペースを形成するステップと、
前記開口内、および前記スペース内に導電性材料を形成するステップと、
を含む、    
ことを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記グラフェン領域の内部内に入れ子になった前記非グラフェン領域は、内部非グラフェン領域であり、前記スペースは、前記内部非グラフェン領域の全体を包囲して伸長する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。  
【請求項１４】
前記グラフェン領域の内部内に入れ子になった前記非グラフェン領域は、内部非グラフェン領域であり、前記スペースは、前記内部非グラフェン領域を部分的にのみ包囲して伸長する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記複数の非グラフェン領域のうちの双方が導電性である、
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記複数の非グラフェン領域のうちの唯一つだけが導電性である、
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
電気的相互接続を形成する方法であって、
導電性薄層構造を形成するステップであって、前記薄層構造は、お互いの内に入れ子になった複数の領域を含み、前記複数の入れ子領域のうちの一つはグラフェン領域であり、前記複数の入れ子領域のうちの他方は、複数の非グラフェン領域であり、前記グラフェン領域は、一対の非グラフェン領域の間に挟まれ、前記薄層構造は、前記グラフェン領域の部分と前記複数の非グラフェン領域の部分とを含む最上部表面を含み、前記複数の非グラフェン領域のうちの少なくとも一つは導電性である、ステップと、
前記薄層構造の前記上部表面上に電気的に絶縁性の材料を形成するステップと、
前記薄層構造の前記上部表面へと、前記絶縁性材料を通って伸長する開口を形成するステップと、
前記薄層構造を少なくとも部分的に通って前記開口を伸長するステップと、
前記開口内に導電性材料を形成するステップと、
を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項１８】
開口は、前記薄層構造全体を通って伸長する、
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
開口は、前記薄層構造を部分的にのみ通って伸長する、
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記複数の非グラフェン領域のうちの双方が導電性である、
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記複数の非グラフェン領域のうちの唯一つだけが導電性である、
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【国際調査報告】
2013529859.tif 000034
2013529859.tif 000035