美国Destination 2D 公司：将石墨烯引入主流 CMOS，晶圆级突破性互连技术或将革新下一代节能芯片

2024 年 12 月 6 日，Destination 2D，一家在石墨烯工艺技术方面拥有无与伦比专业知识的美国半导体初创公司，今日宣布已成功在与互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容的工艺条件下，实现了高质量石墨烯的晶圆级合成。

通过这一成果，该公司借助首款 300 毫米规模的石墨烯合成设备 ——CoolC GT300的即时可用，使得石墨烯有望成为首个应用于主流半导体产品的二维材料。

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引言

Destination 2D 由拉维・伊扬加尔（Ravi Iyengar，首席执行官）和考斯塔夫・班纳吉（Kaustav Banerjee，首席技术官）共同创立。伊扬加尔是一位半导体微处理器设计领域的资深人士，后转型成为连续创业者；班纳吉博士是加州大学圣巴巴拉分校的电气工程教授，也是公司独特且已获专利的石墨烯互连技术背后的先驱者。

半导体行业在互连方面面临的问题，深受常规工艺技术不断缩小的尺寸的深刻影响。过去 30 年来一直使用的标准互连材料铜，由于摩尔定律的无情制约以及电子迁移问题，在低几何尺寸制造中铜变得问题重重，如今已接近商业使用寿命的尾声。

在互连尺寸小于 15 纳米时，铜的电阻率迅速增加，这会导致电路和系统级性能、功耗出现严重下降，并极大地影响现代半导体设计（如 GPU、CPU 等产品）所需的所有可靠性指标。

石墨烯是一种碳的同素异形体，由单层碳原子以六边形平面排列组成，呈原子级薄的二维纳米结构。“石墨烯” 这个名称源于 “石墨”（graphite）一词，并以 “-ene” 作为后缀，表明其碳结构中存在双键。石墨烯以其极高的抗拉强度、电导率闻名，是世界上最薄的二维材料。在微观尺度上，石墨烯是有史以来测量到的最强材料，远比钢铁坚固。

1947 年，菲利普・R・华莱士（Philip R. Wallace）在研究石墨的电子特性时，首次提出了石墨烯存在的理论。2004 年，安德烈・海姆爵士（Sir Dr. Andre Geim）和康斯坦丁・诺沃肖洛夫爵士（Sir Dr. Konstantin Novoselov）在曼彻斯特大学利用一块石墨和胶带分离并表征了这种材料。2010 年，诺沃肖洛夫（现为 Destination 2D 的首席科学家）和海姆因 “关于二维材料石墨烯的开创性实验” 共同获得了诺贝尔物理学奖。

虽然生产小片状的石墨烯较为容易，但由于制造工艺与晶圆厂的兼容性问题以及质量控制方面的考量，将其制造工艺扩大规模以整合到主流 CMOS 中的尝试成效甚微。

大面积石墨烯合成通常涉及基于化学气相沉积（CVD）的技术，这类技术需要的高温远远超出了 CMOS 互连制造所允许的热预算，并且还需要将在金属基底上生长的石墨烯机械 “转移” 到电介质基底上。

此外，原始（单层）石墨烯是一种具有低载流子密度的半金属，导致其面电阻较高，这进一步限制了它在互连应用中的直接适用性。因此，对于互连应用而言，需要多层边缘接触的石墨烯以及合适的 “插层掺杂”。

这一理念最初由 Destination 2D 的首席技术官及其团队提出并通过实验进行了验证，随后他们开创了压力辅助固相扩散技术，能够在与 CMOS 兼容的温度下直接在电介质基底上合成多层石墨烯。

由首席产品官戴夫・西尔韦蒂（Dave Silvetti）领导的设备工程团队进一步巩固了公司在利用石墨烯独特性能用于芯片互连方面的无与伦比的专业知识。西尔韦蒂是一位屡获殊荣的半导体设备行业资深人士，他成功将多项前沿的 CMOS 工艺技术设备设计投入大批量生产。

Destination 2D 的与 CMOS 兼容的互连设计创新是通过插层掺杂且边缘接触的多层石墨烯实现的，相较于铜互连，它能提供更低的电阻率、显著更高的可靠性以及高达 80% 的更高能效。

一种与 CMOS 兼容的合成技术允许在远低于 CMOS 热预算的温度下，直接在晶圆级电介质基底上合成石墨烯。所有这一切的实现都避免了此前围绕 CMOS 互连进行石墨烯商业化努力时一直困扰的翘曲和开裂问题。

凭借多项关键专利，这些设计和工艺技术发明只是 Destination 2D 突破性创新的一个方面。另一个同样关键的组成部分是 CoolC GT300，这是 Destination 2D 研发的一款专用的、具备工业规模的专利设备。

CoolC GT300 实现了 Destination 2D 专有的石墨烯合成工艺，解决了以往阻碍石墨烯应用于 CMOS 应用的传统热问题。在 Destination 2D 实现晶圆级石墨烯合成技术的同时，这款专利设备也宣布即刻可供有兴趣的客户订购。

Destination 2D 首席执行官拉维・伊扬加尔表示：“Destination 2D 利用后端制程（BEOL）兼容的低温无转移工艺展示的晶圆级石墨烯覆盖，标志着 CMOS 行业的一个重要里程碑。Destination 2D 的互连技术 —— 当集成到逻辑和存储芯片中时 —— 可能会深刻改变人工智能及其他以计算为中心的应用的格局。”

关于 Destination 2D

Destination 2D 是一家开创性的初创公司，它已经实现了将石墨烯互连大规模商业化地整合到标准 CMOS 半导体工艺技术中，且解决了迄今为止阻碍石墨烯用于芯片制造工艺的传统问题。

石墨烯具有卓越的电子导电性，远远优于过去 30 年使用的标准铜互连，而铜互连如今已接近商业使用寿命的尾声。石墨烯还具备高机械柔韧性和强度，以及出色的物理和化学稳定性。得益于一支世界知名团队的开创性努力，Destination 2D 处于独特的优势地位，有望将石墨烯带入半导体制造的主流领域。

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