基于压力辅助固相扩散技术的CMOS兼容大面积多层石墨烯合成及其互连应用

为解决CMOS后端工艺(BEOL)中金属互连面临的电阻升高、自发热和电迁移等问题，研究人员开发了一种低温(<500°C)、免转移的压力辅助固相扩散技术，直接合成高质量多层石墨烯(MLG)，结合插层掺杂使电导率超越30纳米金属导线，为半导体制造提供了革命性解决方案。

　　

在先进互补金属氧化物半导体(CMOS)技术节点中，传统金属互连正面临电阻激增、自发热、电迁移和集成复杂度等严峻挑战。多层石墨烯(MLG)通过刻蚀掺杂工艺展现出替代潜力，但传统合成方法需要600°C以上高温及金属催化剂转移步骤，既突破后端工艺(BEOL)的500°C热预算限制，又易引入缺陷和褶皱。

研究团队开创性地采用压力辅助固相扩散技术，在BEOL热预算内直接生长高质量MLG，无需转移步骤。结合该团队首创的插层掺杂优化方案，使材料电导率显著超越亚30纳米金属导线，同时展现卓越的抗电迁移特性。这项突破性技术通过精准调控催化剂选择、碳源及工艺参数，不仅为晶圆级石墨烯互连奠定基础，更为光电子学、自旋电子学、光伏和柔性电子等领域开辟了新路径。