Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

تلفيق درجة الحرارة منخفضة الكربون الأنابيب الجزيئية عمودي روابط متوافق مع تكنولوجيا أشباه الموصلات

Published: December 7, 2015 doi: 10.3791/53260
Automatic Translation
1, 1
1Department of Microelectronics, Delft University of Technology

Introduction

النحاس والتنغستن والمعادن التي تستخدم حاليا ليربط في نطاق واسع جدا الاندماج (VLSI) التكنولوجيا للدولة من بين الفن، تقترب حدودها المادية من حيث الموثوقية والتوصيل الكهربائي 1. في حين الترانزستورات أسفل القشور يحسن عموما أدائها، فإنه في الواقع يزيد من المقاومة والكثافة الحالية من الوصلات. وأدى ذلك إلى الوصلات التي تسيطر على الدوائر المتكاملة (IC) الأداء من حيث تأخير واستهلاك الطاقة 2.

وقد اقترحت أنابيب الكربون النانوية (CNT) كبديل للنحاس وW معدنة، وخاصة بالنسبة الوصلات الرأسية (فيا)، والمركز الوطني للاستشعار يمكن بسهولة قد نمت الرأسي 3. وقد ثبت CNT أن يكون الموثوقية الكهربائية ممتازة، مما يسمح ما يصل إلى 1000 مرة أعلى كثافة التيار من النحاس 4. وعلاوة على ذلك، CNT لا تعاني من السطحية والحبوب تشتت الحدود، الذي يزيد من صesistivity من النحاس على مقياس متناهي الصغر 5. وأخيرا، وقد ثبت CNT أن تكون الموصلات الحرارية ممتازة 6، والتي يمكن أن تساعد في إدارة الحرارية في رقائق VLSI.

للاندماج الناجح لCNT في تكنولوجيا VLSI من المهم أن عمليات النمو لCNT يتم متوافق مع تصنيع أشباه الموصلات. وهذا يتطلب النمو في درجة الحرارة من CNT (<400 ° C) باستخدام المواد والمعدات التي تعتبر متوافقة وقابلة للتصنيع على نطاق واسع. في حين أثبتت العديد من الأمثلة على CNT اختبار فيا في الأدب 7،8،9،10،11،12،13،14، ومعظم هذه استخدام الحديد كمحفز التي تعتبر من الملوثات في IC تصنيع 15. الى جانب ذلك، درجة حرارة النمو المستخدمة في العديد من هذه الأعمال هو أعلى بكثير من الحد الأعلى من 400 درجة مئوية. ويفضل CNT يجب حتى يمكن زراعتها تحت 350 ° C، وذلك للسماح للتكامل مع العوازل الحديثة المنخفض κ أو مرنةركائز.

نحن هنا نقدم وسيلة قابلة لزراعة CNT في درجات حرارة منخفضة تصل إلى 350 درجة مئوية باستخدام المشارك كمحفز 16. هذا الأسلوب هو من مصلحة لافتعال الهياكل والمعدات الكهربائية المختلفة التي تتكون من محاذاة عموديا CNT في الدوائر المتكاملة، بدءا من ربط والأقطاب الكهربائية لالمكثفات الفائقة وأجهزة انبعاث المجال. وكثيرا ما يستخدم المحفز المعدنية المحدودة في صناعة IC لتصنيع السيليسيد في 17، في حين القصدير هو مادة الحاجز غالبا ما تستخدم 7. وعلاوة على ذلك، علينا أن نظهر عملية لافتعال CNT اختبار فيا بينما فقط باستخدام تقنيات من تصنيع أشباه الموصلات القياسية. مع ذلك، هي ملفقة فيا CNT الاختبار، للتفتيش من قبل المجهر الإلكتروني (SEM) ورامان الطيفي، ودراسة خصائصها الكهربائية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

تنبيه: يرجى التشاور مع جميع بيانات سلامة المواد ذات الصلة (MSDS) قبل الاستخدام. العديد من المواد الكيميائية المستخدمة في تصنيع هذه العملية هي شديدة السمية ومسرطنة. قد يكون النانوية مخاطر إضافية مقارنة مع نظرائهم الأكبر. الرجاء استخدام جميع ممارسات السلامة المناسبة عند التعامل مع المعدات والمواد الكيميائية أو المواد متناهية الصغر، بما في ذلك استخدام ضوابط هندسية (هود الدخان)، ومعدات الوقاية الشخصية (النظارات الواقية والقفازات والملابس غرف الأبحاث).

1. محاذاة علامة تعريف للالطباعة الحجرية

  1. تبدأ مع الصف الصناعية مصقول من جانب واحد سي (100) الرقائق إما ن أو ف نوع المنشطات.
  2. معطف الرقاقة مع 1،4 ميكرون من مقاومة للضوء إيجابي. إجراء hexamethyldisilazane 90 ثانية (HMDS) العلاج في 130 ° C لتعزيز التصاق مقاومة للضوء، تليها تبريد الرقاقة على لوحة الباردة، وتدور طلاء في سرعة مناسبة (3500 دورة في الدقيقة)، و90 ثانية خبز لينةر 95 ° C.
  3. استخدام قناع الصور الحجرية وأداة التعرض تعرض علامات المحاذاة، جرعة التعرض 120 ميغا جول / سم 2.
  4. إجراء عملية التنمية عجن واحدة. إجراء 90 ثانية 115 ° C خبز بعد التعرض، تليها 60 ثانية باستخدام تطوير مطور و 90 ثانية خبز الثابت عند 100 درجة مئوية لعلاج مقاومة.
  5. استخدام المجهر لفحص إذا كانت فتحات في مقاومة ذات الأبعاد الصحيحة.
  6. حفر 120 نيوتن متر من سي باستخدام الحفر الكلور البلازما. هذا السمك يعطي تناقض جيد لأنظمة المحاذاة التلقائية من أداة التعرض المستخدمة في هذا العمل. على سبيل المثال باستخدام البلازما الاستقرائي إلى جانب (ICP): 20/40 SCCM O 2 / CF 4، 5 mTorr، 60/500 W الصوانى / السلطة ICP RF، 10 ثانية أكسيد اختراق الحفر، تليها 80/40 SCCM الكلورين 2 / دورية هارفارد ، 60 mTorr، 20/500 W الصوانى / السلطة ICP RF، 35 ثانية سي حفر.
  7. استخدام متجرد البلازما الأكسجين لإزالة مقاومة للضوء (1 كيلوواط، 400 SCCM O 2 مع endpoكشف الباحث و 2 دقيقة overetch). كما يتم الشفاء مقاومة للضوء عن طريق البلازما العادي المذيبات مثل الأسيتون لا يمكن استخدامها.
  8. تنظيف الرقائق. طرحت لأول مرة لهم لمدة 10 دقيقة في 99٪ HNO 3، تليها الشطف في المياه DI حتى المقاومة من المياه تقدر ب 5 MΩ (نظيف العضوي). بعد هذا نظيفة رقائق لمدة 10 دقيقة في HNO 3 65٪ في 110 ° C، تليها الشطف بالماء DI حتى المقاومة من المياه تقدر ب 5 MΩ (معدن نظيف). استخدام مجفف الشطاف لتجفيف الرقائق.

2. معدن أسفل والبينية عازل ترسب

  1. استخدام المغنطرون الاخرق لإيداع طبقة معدنية السفلية للاختبار عبر. وتستخدم مجموعة من ثلاث طبقات معدنية يحتاج إلى تودع: 500 نيوتن متر من منظمة الشفافية الدولية، 50 نانومتر من القصدير، و 100 نانومتر تي. الطبقة الأولى هي منظمة الشفافية الدولية للحد من المقاومة من المكدس، والقصدير هي طبقة الدعم الفعلي للنمو CNT، وأعلى تي هو لحماية القصدير ضد الضرر البلازما عند الحفر طبقة 12 شافي 2 وN 2، ومرة أخرى في 350 درجة مئوية درجة حرارة الركيزة.
  2. عن طريق ترسيب الأبخرة الكيميائية محسنة البلازما (PECVD)، إيداع 1 ميكرون طبقة سميكة من شافي 2. هنا يستخدم orthosilicate رابع إيثيل (TEOS) السلائف عند درجة حرارة اسطوانة الطباعة 350 ° C.
    1. تحقق سمك طبقة شافي 2 باستخدام أداة مناسبة، على سبيل المثال في الإنعكاس أو ellipsometer.
  3. معطف الرقاقة مع 1،4 ميكرون من مقاومة للضوء إيجابي، بدءا من معالجة 90 ثانية HMDS في 130 ° C، تليها تبريد الرقاقة على لوحة الباردة، وتدور طلاء في سرعة مناسبة (3500 دورة في الدقيقة)، و90 ثانية لينة تخبز في 95 ° C.
  4. استخدام قناع الصور الحجرية وأداة التعرض، وفضح النمط المطلوب من الفتحات، والتي سوف يكون محفورا في وقت لاحق إلى شافي 2 رس تشكيل فيا، الانحياز إلى علامات المحاذاة، جرعة التعرض 140 ميغا جول / سم 2.
  5. إجراء عملية التنمية بركة واحدة بدءا من 90 ثانية 115 ° C بعد التعرض خبز، تليها 60 ثانية باستخدام تطوير مطور و 90 ثانية خبز الثابت في 100 ° C.
  6. استخدام المجهر لفحص إذا كانت فتحات في مقاومة ذات أبعاد صحيحة وإذا كان التراكب إلى علامات المحاذاة هو الصحيح.
  7. البلازما حفر فتحات الاتصال في شافي 2. على سبيل المثال، استخدم مطبوع الصمام الثلاثي البلازما مع C 2 F 6 / CHF 3 36/144 SCCM في 180 mTorr و 300 قوة W RF. إذا لزم الأمر، إجراء اختبارات معدل حفر على رقاقة اختبار من أجل تقليل خلال الحفر إلى 5٪ -10٪ في الوقت المناسب.
    ملاحظة: على الرغم من أن منظمة الشفافية الدولية هي مقاومة للالنقش على رد الفعل في هذه الكيمياء الفلور، والتعرض لفترات طويلة للالبلازما يؤدي إلى النقش المادي للطبقة تي. إذا تعرضت طبقة القصدير إلى البلازما هذا سيكون له influen سلبيCE على نمو CNT 12. لا تستخدم الحفر الرطب لأن هذا سيؤدي في الكثير من اتساع فتحات، مما يجعل من معدنة أعلى في الجزء 4 إشكالية.
  8. إزالة طبقة تي التضحيات النقش الرطب في 0.55٪ HF لمدة 60 ثانية. بعد الحفر شطف رقائق بالماء DI حتى المقاومة الماء 5 MΩ واستخدام مجفف الشطاف لتجفيف الرقائق.
    ملاحظة: استخدام المجهر ويمكن فحص إذا كان محفورا طبقة تي، فإن طبقة القصدير يكون لون الذهب البني في حين أن منظمة الشفافية الدولية هي الرمادي المعدني.

3. محفز ترسب وCNT النمو

  1. تتبخر 5 نانومتر لشركة باستخدام المبخر شعاع ه. ضخ أسفل حتى 2x10 على الأقل -6 عربة، وتسخين رقائق إلى 60 درجة مئوية باستخدام مصابيح تحت فراغ قبل إيداع لإزالة أي فيلم المياه. يتم الاحتفاظ المستخدمة لتحديد فتحات اتصال مقاومة الصور على رقاقة لتوفير التوافق الذاتي للمحفز لفتحات الاتصال في شافي 2.
  2. إزالةالرئيسان خارج فتحات الاتصال عن طريق انطلاقه. للشركة وجدنا أن رباعي هيدرو الفوران (THF) يعطي أفضل النتائج انطلاقه والنمو في درجات حرارة منخفضة. N -methyl-2-pyrrolidone (NMP)، الذي كان يستخدم في السابق لانطلاقه بعد الحديد التبخر، وقد وجد أن الضرر الرئيسان هذا أيضا حد لمنع أي نمو CNT الانحياز. وضع رقاقة لمدة 15 دقيقة في حمام بالموجات فوق الصوتية مع THF في 35 ° C. يشطف بالماء DI لمدة 5 دقائق وتجفيف باستخدام الدوار أو النيتروجين بندقية.
  3. تفقد الرقاقة تحت المجهر والتحقق من وجود مقاومة المخلفات. إذا ظلت بقايا إجراء العلاج يعد بالموجات فوق الصوتية في THF، واختياريا استخدام ممسحة قطنية ناعمة خاصة لأغراض انطلاقه للقضاء يدويا بعيدا المخلفات.
  4. أداء النمو CNT باستخدام ترسيب الأبخرة الكيميائية الضغط المنخفض (LPCVD). استخدام الوصفة التالية: 8 دقيقة قبل يصلب في 350 ° C مع 700 SCCM H 2 في 80 م بار، يليه نمو CNT بإضافة 50 SCCM C 2 H 2. في 350 ° C، +60دقيقة من النمو يعطي ما يقرب من 1 ميكرون من CNT. إذا لزم الأمر إجراء نمو اختبار لضبط الارتفاع، الذي يجب أن يكون بنفس سمك طبقة شافي 2. تبريد المفاعل وتطهير باستخدام N 2.
  5. استخدام المجهر الإلكتروني الماسح للتحقق من ذروة CNT داخل فتحات تحت 45 درجة الميل، أو عن طريق إعداد المقطع العرضي.
  6. تفقد العينات باستخدام رامان الطيفي لتحديد التبلور من CNT 18.

4. ظهر المركب معدنة

  1. استخدام المغنطرون الاخرق لإيداع المعدن العلوي. كما تي هو معدن جيد للاتصال CNT 19، تفل أول 100 نيوتن متر من منظمة الشفافية الدولية، تليها 2 ميكرون من آل (1٪ سي) دون كسر فراغ.
  2. معطف الرقاقة مع 3،1 ميكرون من مقاومة للضوء إيجابي مع ارتفاع اللزوجة، بدءا من معالجة 90 ثانية HMDS في 130 ° C، تليها تبريد الرقاقة على لوحة الباردة، وتدور طلاء في 3000 دورة في الدقيقة، وتخبز لينة 90 ثانية في 95° C.
  3. استخدام قناع الصور الحجرية وأداة التعرض فضح نمط معدن كبار الانحياز إلى علامات المحاذاة، جرعة التعرض 420 ميغا جول / سم 2، محور -1.
  4. إجراء عملية التنمية عجن واحدة. هذا يبدأ مع 90 ثانية 115 ° C بعد التعرض خبز، تليها 60 ثانية باستخدام تطوير مطور و 90 ثانية خبز الثابت في 100 ° C.
  5. استخدام المجهر لفحص اذا كانت الخطوط في مقاومة ذات أبعاد صحيحة وإذا كان التراكب إلى علامات هو الصحيح.
  6. حفر كومة تي / شركة الحفر باستخدام الكلور البلازما. على سبيل المثال باستخدام البلازما بالإضافة الاستقرائي: 30/40 SCCM الكلورين 2 / دورية هارفارد، 5 mTorr، 40/500 السلطة W الصوانى / ICP RF مع الكشف عن نقطة النهاية و 80٪ يستخدمون overetch 15/30 SCCM الكلورين 2 / دورية هارفارد.
  7. استخدام متجرد البلازما الأكسجين لإزالة مقاومة للضوء (1 كيلوواط، 400 SCCM O 2 مع الكشف عن نقطة النهاية و 2 دقيقة overetch). إذا كانت التغطية المعدنية ليست كاملة (أي هناك الثقوب حولCNT) استخدام المذيبات العضوية (على سبيل المثال، NMP) لإزالة مقاومة للضوء وذلك لمنع الضرر البلازما إلى CNT.
  8. تنظيف الرقائق. وضعها لمدة 10 دقيقة في 99٪ HNO 3، تليها الشطف بالماء DI حتى المقاومة من المياه تقدر ب 5 MΩ (نظيف العضوي). استخدام مجفف الشطاف لتجفيف الرقائق.

5. القياسات

  1. استخدام المجهر الإلكتروني الماسح وفقا لتعليمات الشركة الصانعة للتحقق من معدنة العليا للرقائق.
    ملاحظة: إذا لزم الأمر الرقاقة يمكن المشقوق ميكانيكيا وذلك للتحقق من CNT كاملة عن طريق استخدام الميل عينة من 90 درجة مئوية، مما أسفر عن الصور كما هو موضح في الشكل (3) والعينات كهربائيا الموصلة والتي ستستخدم أي خطوات معالجة إضافية و العينات يمكن تركيبه مباشرة في SEM. عموما، الفولتية تسارع عال من 15 أو 20 كيلو فولت يمكن استخدامها، ولكن إذا كانت طبقة شافي 2 يتم شحن ما يصل أكثر من اللازم وهذا يمكن أن تخفض رس 5 كيلو فولت.
  2. أداء 4 نقاط القياسات التحقيق IV باستخدام محطة التحقيق في توليفة مع أشباه الموصلات المعلمة محلل كما هو موضح في الشكل رقم 1 وVollebregt وآخرون. 16.
    ملاحظة: عادة اكتساح التيار الكهربائي من -0.5 إلى 0.5 V غير كافية، حيث أن انخفاض محتمل عبر ربط بموقع مميز صغير. باستخدام الإعداد التحقيق 4 نقاط يتم حذف المقاومة اتصال من الإبر التحقيق ومقاومة سلك من الإعداد.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

تصميم هيكل القياس المستخدمة في هذا العمل يمكن العثور عليها في الشكل 1. من خلال توظيف مثل هذه البنية يمكن تحديد قياس CNT المقاومة حزمة والمقاومة الاتصال المعدنية CNT بدقة، كما يتم التحايل التحقيق وسلك المقاومة. المقاومة من حزمة هي مقياس لجودة وكثافة حزمة CNT. من أجل تحديد حزم المقاومة الاتصال أطوال مختلفة يجب أن تقاس.

ويرد SEM صورة نموذجية من CNT نمت في 350 درجة مئوية لمدة 60 دقيقة مأخوذ من الجزء العلوي قبل معدنة في 45 درجة الميل في الشكل 2. هذه صورة هي مفيدة لفحص إذا تم تعيين الساعة نمو CNT بشكل صحيح لكي الحصول على نفس طول سمك طبقة شافي 2. ويرد المقطع العرضي قبل الشق الميكانيكي للتفتيش من قبل SEM من نفس الرقاقة بعد معدنة أعدت في الشكل (3). وهذا يمكن بالبريد المستخدمة لتحديد محاذاة CNT، كثافتها (على سبيل المثال أن يكون حساب عدد CNT لكل وحدة طول)، وإذا دقة عالية يستخدم SEM لتحديد قطرها. أيضا منطقة الاتصال بين المركز الوطني للاستشعار وطبقات معدنية يمكن التحقيق.

يتم عرض أطياف رامان من يزرع المشارك CNT في 350 ° C في الشكل (4). رامان الطيفي هو أسلوب فعال للتحقيق في التبلور من CNT 18، ويمكن استخدامها يمكن على سبيل المثال لتحسين معايير النمو CNT من أجل الحصول على أعلى مستوى جودة CNT. أجريت قياسات IV باستخدام أربعة هياكل التحقيق نقطة ويتم عرضها في الشكل (5). عندما يكون السلوك IV الخطية فهو يشير إلى الاتصال أومية بين CNT والاتصالات المعدنية. من المنحدر يمكن تحديد المقاومة الكهربائية. من المقاومة والبعد من الحزم يمكن حساب المقاومة، والذي مقارنة لهذه الباقات CNTالأدب في الشكل (6).

الشكل 1
الشكل 1. تصميم 4 نقطة هيكل قياس التحقيق المستخدمة في هذا العمل. وفي هذا الرقم يشير إلى طبقة صفراء داكنة والقصدير، والأنابيب السوداء حزم CNT، وطبقة معدنية وتي و آل المكدس. تم حذف طبقة تي فداء للوضوح وأكسيد هو شبه شفافة. وأشار اتصالات دقق في القياسات الكهربائية التحقيق 4 نقاط. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 2
الشكل 2. الأعلى رأي SEM صورة حزمة CNT. وهذا يدل على 2 ميكرون حزمة CNT واسعة نمت في افتتاح الاتصال الذي محفورا داخلوشافي 2. تم تعديل هذا الرقم من 16، بإذن من السيفير. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (3)
الشكل 3. SEM المقطع العرضي للطريق CNT. المقطع العرضي للاختبار 2 ميكرون واسع و1 ميكرون CNT طويلة عبر إعدادها باستخدام الشق الميكانيكي بعد معدنة. تم تعديل هذا الرقم من 16، بإذن من السيفير. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 4
الرقم 4. رامان الطيف من حزمة CNT المزروعة باستخدام المشارك ل يشار ر 350 ° C. أسماء نطاقات رامان. يعرض المنحنى الأسود للبيانات القياس الخام. لجميع نطاقات يتم تنفيذ المناسب Lorentzian (أخضر متقطع المنحنيات)، باستثناء D 'الفرقة التي تركيبها من قبل جاوس 18. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 5
الرقم 5. IV قياسات CNT اختبار فيا بأقطار مختلفة. الرموز تمثل بيانات القياس، في حين أن خط الصلبة يشير إلى الخطية المربعات المناسب للبيانات القياس. وأشار المقاومة الكهربائية للفيا مختلفة كما هو محدد من المنحدر من تركيب خطي. تم تعديل هذا الرقم من 16، بإذن من السيفير.tp_upload / 53260 / 53260fig5large.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (6)
الشكل 6. مقارنة CNT حزمة المقاومة مع القيم من الأدب. ويتم احتساب المقاومة من المقاومة وعبر الأبعاد. ومقارنة ذلك مع القيم من الأدب، وفيا CNT ملفقة عند درجات حرارة مختلفة باستخدام الطريقة الموصوفة في هذا العمل. تم تعديل هذا الرقم من 16، بإذن من السيفير. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

يعرض الشكل 1 عرضا عاما للهيكل ملفقة في هذا العمل، والذي كان يستخدم لقياسات المسبار 4 نقاط. كما يتم قياس القدرة من خلال تحقيقات تحمل أي تيار، ويمكن قياس انخفاض محتمل المحدد (V H-V L) على حزمة CNT المركزية واتصالاتها لهذا المعدن. وتستخدم أكبر قطرها حزم CNT في الاتصال طبقة القصدير أسفل من منصات الاتصال، وذلك للحد من المقاومة الكلية للتحقيقات إجبار الحالية وتحقيق أقصى قدر من انخفاض محتمل على حزمة CNT المركزية.

كما يتبين من الشكل 2، كانت CNT نمت بنجاح داخل فتحات محفورة في شافي 2 بطول تقريبا نفس عمق الحفرة (1 ميكرون). ومن الأهمية بمكان أن طول CNT هو تقريبا نفس عمق الحفرة، من أجل تحقيق طلاء امتثالي للاتصال المعدن العلوي. حزم تظهر الامم المتحدةيفورم، والذي يساعد أيضا في طلاء امتثالي من المعدن. ويمكن بوضوح أن ينظر إلى الاستقامة والمحاذاة الرأسية للأنابيب في المقطع العرضي المعروضة في الشكل (3). بواسطة العد، ويقدر كثافة حزمة CNT أن يكون حوالي 10 5X10 أنابيب / سم 2. تم العثور على استخدام المجهر الإلكتروني النافذ متوسط ​​قطر الأنابيب ليكون 8 نانومتر، كما هو موضح في مكان آخر (16). بسبب درجات الحرارة المنخفضة النمو الجدران CNT تحتوي على العديد من العيوب مما يجعل تحديد عدد من الجدران صعبة. تظهر أنابيب لدينا نواة جوفاء، على الرغم من أن معابر الخيزران وقد لوحظ. ويظهر المقطع العرضي أيضا طبقة القصدير أسفل، وطبقة تي الأضاحي التي يتم إزالتها جزئيا تحت شافي 2 أثناء الحفر الرطب. إذا تم وضع فتحات مغلقة معا الوقت الحفر طبقة تي الأضاحي قد تضطر إلى أن يكون الأمثل للحد من underetch لمنع أكسيد التبطين. بسبب الحفر الجاف من الحفرة، والتباعد بين شافي 2 و CNT حزمة هو الحد الأدنى، وهو أمر ضروري لمنع تي باءت بالفشل و آل من تشكيل دوائر قصيرة حول حزمة CNT.

باستخدام البيانات رامان في التبلور (أو النوعية) من المركز الوطني للاستشعار يمكن التحقيق فيها. كما عصابات رامان مختلفة هي قريبة من بعضها الآخر، deconvolution من العصابات هو ضروري، كما هو موضح في مكان آخر (18). من البيانات رامان في الشكل (4) ومن الواضح أن عصابة قوية D و D 'يمكن ملاحظة، والتي سببها رامان نثر مع العيوب، في حين يرتبط الفرقة G إلى السندات CC. وشريطين غيرها من الميزات رامان الضعيفة والتي شملت لتركيب أكثر دقة.

ومن المعروف أن درجة حرارة منخفضة النمو في النتائج العامة في أقل جودة CNT 18. وعادة ما يتم استخدام D على G نسبة كثافة (I D / G) لتقييم جودة المواد غرافيتي، وهو 1.1 في الشكل (4). وبما أن تكونأون أظهره على سبيل المثال فيراري وروبرتسون 20، والرعاية يجب أن يؤخذ عند استخدام فقط هذه النسبة الفرقة. مع نوعية المتزايد للCNT، لأول مرة I D / G زيادة النسبة، حتى يتم التوصل إلى كمية معينة من تبلور بعد مما يقلل من نسبة مفردة النغمة. نظرا لدرجة الحرارة نمو منخفضة جدا، وCNT في هذا العمل يبدو أن لها التبلور دون هذه العتبة 16. في هذه الحالات عرض كامل في نصف كحد أقصى من الفرقة D يمكن استخدامها لمقارنة عينات CNT ملفقة في ظروف عملية مختلفة 18. ويمكن توقع أن تدني نوعية CNT سوف تؤثر بشكل كبير على الأداء الكهربائي.

انطلاقا من سلوك خطي شبه كامل من الخصائص الرابع في الشكل (5)، والاتصالات بين CNT وأعلى وأسفل طبقات معدنية هي أومية. المقاومة من حزمة تتناقص مع قطر، التي أمر متوقع كما يمكن إجراء أكثر CNT في paralالحد الأدنى للانفجار لحزم أكبر. ويعزى اتصالات جيدة بين CNT والمعادن لاستخدام تي 19، والقصدير التي هي أكثر مرونة ضد الأكسدة 21. الى جانب ذلك، وجدنا أنه نظرا لعدم وجود أي خطوات غطاء عازل للCNT بعد النمو (على سبيل المثال باستخدام تدور على الزجاج)، الأمر الذي غالبا ما يستخدم في الأدب في تركيبة مع تلميع الميكانيكية الكيميائية (CMP) 22،23، المقاومة الاتصال إلى CNT منخفضة بسبب التضمين من النصائح CNT في أعلى المعدنية 24.

عند مقارنة المقاومية من CNT حزم مع الأدب، كما هو الحال في الشكل (6)، وكانت النتائج بين متوسط ​​القيم في الأدب. ومع ذلك، فإن درجة حرارة النمو المستخدمة في هذا العمل هي مستوى قياسي منخفض. نتائج يوكوياما وآخرون. 13 هي أدنى مقاومة ذكرت في الأدب، فقط باستخدام 40 ° C درجة حرارة النمو العالي. ومع ذلك، فإن المعدات المستخدمة لقدم المساواة المشاركترسب جسيما في عملهم من المحتمل أن لا قابلة للتصنيع حجم كبير. واضح يقلل من المقاومة مع زيادة درجة حرارة النمو، والتي يمكن أن تكون مفيدة لتطبيق يسمح درجات الحرارة نمو أعلى. عند مقارنة المقاومة للCNT حزم مع المعادن ربط التقليدية مثل النحاس (1.7 μΩ سم)، فمن الواضح أن هناك حاجة إلى خفض جذري للمقاومة. تحسين نوعية CNT وكثافة حزمة، عن طريق تحسين ظروف النمو، سوف تكون هناك حاجة. هذا الذي ينبغي القيام به دون زيادة درجة حرارة النمو، وذلك للسماح للتكامل مع المواد منخفضة κ الحديثة وركائز مرنة.

وبذلك نكون قد أثبتت تقنية لدمج درجات الحرارة المنخفضة النمو CNT والاندماج في تصنيع أشباه الموصلات القياسية. وقد استخدمت هذه التقنية لافتعال CNT عبر الهياكل اختبار ومؤخرا تم تطبيقها لتصنيع CNT المكثفات الفائقة 25 </ سوب>.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Si (100) wafer 4" International Wafer Service Resisitivity: 2-5 mΩ-cm, thickness: 525 µm 
Ti-sputter target (99.995% purity) Praxair
Al (1% Si)-sputter target (99.999% purity) Praxair
Co (99.95% purity) Kurt J. Lesker
SPR3012 positive photoresist Dow Electronic Materials
MF-322 developer Dow Electronic Materials
HNO3 (99.9%) KMG Ultra Pure Chemicals
HNO3 (69.5%) KMG Ultra Pure Chemicals
HF 0.55% Honeywell
Tetrahydrofuran JT Baker
Acetone Sigma-Aldrich
ECI3027 positive photoresist AZ
Tetraethyl orthosilicate (TEOS) Praxair
N2 (99.9990%) Praxair
O2 (99.9999%) Praxair
CF4 (99.9970%) Praxair
Cl2 (99.9900%) Praxair
HBr (99.9950%) Praxair
Ar (99.9990%) Praxair
C2F6 (99.9990%) Praxair
CHF3 (99.9950%) Praxair
H2 (99.9950%) Praxair
C2H2 (99.6000%) Praxair
EVG 120 coater/developer EVG
ASML PAS5500/80 waferstepper ASML
SPTS Ωmega 201 plasma etcher SPTS Used for Si and metal etching
SPTS Σigma sputter coater SPTS
Novellus Concept One PECVD LAM
Drytek 384T plasma etcher LAM Used for oxide etching
CHA Solution e-beam evaporator CHA
AIXTRON BlackMagic Pro CVD tool AIXTRON Carbon nanotube growth
Philips XL50 scanning electron microscope FEI
Tepla 300 PVA TePla Resist plasma stripper
Avenger rinser dryer Microporcess Technologies
Leitz MPV-SP reflecometer Leitz
Renishaw inVia Raman spectroscope Renishaw
Agilent 4156C parameter spectrum analyzer Agilent
Cascade Microtech probe station Cascade Microtech

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. International Technology Roadmap for Semiconductors. , Available from: http://public.itrs.net (2013).
  2. Sun, S. C. Process technologies for advanced metallization and interconnect systems. Technical digest of the IEEE International Electron Devices Meeting. , 765-768 (1997).
  3. Robertson, J. Growth of nanotubes for electronics. Mater. Today. 10 (1-2), 36-43 (2007).
  4. Wei, B. Q., Vajtai, R., Ajayan, P. M. Reliability and current carrying capacity of carbon nanotubes. Appl. Phys. Lett. 79 (8), 1172-1174 (2001).
  5. Rossnagel, S. M., Wisnieff, R., Edelstein, D., Kuan, T. S. Interconnect issues post 45nm. Technical digest of the IEEE International Electron Devices Meeting. , 89-91 (2005).
  6. Pop, E., Mann, D., Wang, Q., Goodson, K., Dai, H. Thermal Conductance of an Individual Single-Wall Carbon Nanotube above Room Temperature. Nano Lett. 6 (1), 96-100 (2006).
  7. Chiodarelli, N., et al. Measuring the electrical resistivity and contact resistance of vertical carbon nanotube bundles for application as interconnects. Nanotechnology. 22 (8), 085302 (2011).
  8. Choi, Y. -M., et al. Integration and Electrical Properties of Carbon Nanotube Array for Interconnect Applications. Proceedings of the Sixth IEEE Conference on Nanotechnology. , 262-265 (2006).
  9. Dijon, J., et al. Ultra-high density Carbon Nanotubes on Al-Cu for advanced Vias. Technical digest of the IEEE International Electron Devices Meeting. , 33-34 (2010).
  10. Kreupl, F., et al. Carbon nanotubes in interconnect applications. Microelectron. Eng. 64 (1-4), 399-408 (2002).
  11. Vereecke, B., et al. Characterization of carbon nanotube based vertical interconnects. Extended Abstracts of the 2012 International Conference on Solid State Devices and Materials. , 648-649 (2012).
  12. Vollebregt, S., Ishihara, R., Derakhshandeh, J., vander Cingel, J., Schellevis, H., Beenakker, C. I. M. Integrating low temperature aligned carbon nanotubes as vertical interconnects in Si technology. Proceedings of the 11th IEEE Conference on Nanotechnology. , 985-990 (2011).
  13. Yokoyama, D., et al. Electrical Properties of Carbon Nanotubes Grown at a Low Temperature for Use as Interconnects. Jpn J. App. Phys. 47 (4), 1985-1990 (2008).
  14. Van der Veen, M. H., et al. Electrical Improvement of CNT Contacts with Cu Damascene Top Metallization. Proceedings of the IEEE International Interconnect Technology Conference. , 193-195 (2013).
  15. Istratov, A. A., Hieslmair, H., Weber, E. R. Iron contamination in silicon technology. Appl. Phys. A. 70, 489-534 (2000).
  16. Vollebregt, S., Tichelaar, F. D., Schellevis, H., Beenakker, C. I. M., Ishihara, R. Carbon nanotube vertical interconnects fabricated at temperatures as low as 350 °C. 71, 249-256 (2014).
  17. Kikkawa, T., Inoue, K., Imai, K. Cobalt silicide technology. Silicide Technology for Integrated Circuits. , The Institution of Engineering and Technology. 77-94 (2004).
  18. Vollebregt, S., Ishihara, R., Tichelaar, F. D., Hou, Y., Beenakker, C. I. M. Influence of the growth temperature on the first and second-order Raman band ratios and widths of carbon nanotubes and fibers. Carbon. 50 (10), 3542-3554 (2012).
  19. Lim, S. C., et al. Contact resistance between metal and carbon nanotube interconnects: Effect of work function and wettability. Appl. Phys. Lett. 95 (26), 264103 (2009).
  20. Ferrari, A. C., Robertson, J. Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon. Phys. Rev. B. 61 (20), 14095-14107 (2000).
  21. Awano, Y., et al. Carbon nanotube via interconnect technologies: size-classified catalyst nanoparticles and low-resistance ohmic contact formation. Phys. Status Solidi (a). 203 (14), 3611-3616 (2006).
  22. Van der Veen, M. H., et al. Electrical characterization of CNT contacts with Cu Damascene top contact. Microelectron. Eng. 106, 106-111 (2012).
  23. Horibe, M., Nihei, M., Kondo, D., Kawabata, A., Awano, Y. Mechanical Polishing Technique for Carbon Nanotube Interconnects in ULSIs. Jpn J. App. Phys. 43 (9A), 6499-6502 (2004).
  24. Vollebregt, S., Chiaramonti, A. N., Ishihara, R., Schellevis, H., Beenakker, C. I. M. Contact resistance of low-temperature carbon nanotube vertical interconnects. Proceedings of the 12th IEEE Conference on Nanotechnology. , 424-428 (2012).
  25. Fiorentino, G., Vollebregt, S., Tichelaar, F. D., Ishihara, R., Sarro, P. M. Impact of the atomic layer deposition precursors diffusion on solid-state carbon nanotube based supercapacitors performances. Nanotechnology. 26 (6), 064002 (2015).

Tags

الهندسة، العدد 106، أنابيب الكربون النانوية، ترسيب الأبخرة الكيميائية، يربط، تصنيع أشباه الموصلات، ومحفز، والدوائر المتكاملة، المجهر الإلكتروني، رامان الطيفي، وتوصيف الكهربائية
تلفيق درجة الحرارة منخفضة الكربون الأنابيب الجزيئية عمودي روابط متوافق مع تكنولوجيا أشباه الموصلات
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Vollebregt, S., Ishihara, R.… More

Vollebregt, S., Ishihara, R. Fabrication of Low Temperature Carbon Nanotube Vertical Interconnects Compatible with Semiconductor Technology. J. Vis. Exp. (106), e53260, doi:10.3791/53260 (2015).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter