सेमीकंडक्टर तकनीक के साथ संगत कम तापमान कार्बन नैनोट्यूब कार्यक्षेत्र interconnects के निर्माण
Summary
A method for the growth of low temperature vertically-aligned carbon nanotubes, and the subsequent fabrication of vertical interconnect electrical test structures using semiconductor fabrication is presented.
Abstract
We demonstrate a method for the low temperature growth (350 °C) of vertically-aligned carbon nanotubes (CNT) bundles on electrically conductive thin-films. Due to the low growth temperature, the process allows integration with modern low-κ dielectrics and some flexible substrates. The process is compatible with standard semiconductor fabrication, and a method for the fabrication of electrical 4-point probe test structures for vertical interconnect test structures is presented. Using scanning electron microscopy the morphology of the CNT bundles is investigated, which demonstrates vertical alignment of the CNT and can be used to tune the CNT growth time. With Raman spectroscopy the crystallinity of the CNT is investigated. It was found that the CNT have many defects, due to the low growth temperature. The electrical current-voltage measurements of the test vertical interconnects displays a linear response, indicating good ohmic contact was achieved between the CNT bundle and the top and bottom metal electrodes. The obtained resistivities of the CNT bundle are among the average values in the literature, while a record-low CNT growth temperature was used.
Introduction
कॉपर और टंगस्टन, वर्तमान में राज्य के अत्याधुनिक बहुत बड़े पैमाने पर एकीकरण (वीएलएसआई) प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में interconnects के लिए उपयोग किया जाता है, जो धातु, विश्वसनीयता और विद्युत चालकता 1 के मामले में अपने भौतिक सीमाओं से आ रहे हैं। नीचे स्केलिंग ट्रांजिस्टर आम तौर पर उनके प्रदर्शन को बेहतर बनाता है, यह वास्तव में प्रतिरोध और परस्पर की वर्तमान घनत्व बढ़ जाती है। इस देरी और बिजली की खपत 2 के संदर्भ में एकीकृत सर्किट (आईसी) के प्रदर्शन पर हावी interconnects में हुई।
कार्बन नैनोट्यूब (सीएनटी) कार्यक्षेत्र interconnects सीएनटी के रूप में (विअस) आसानी से 3 खड़ी विकसित किया गया सकता है, खासकर के लिए, घन और डब्ल्यू धातुरूप के लिए विकल्प के रूप में सुझाव दिया गया है। सीएनटी घन 4 से 1,000 गुना अधिक वर्तमान घनत्व के लिए एक ऊपर की इजाजत दी, उत्कृष्ट बिजली विश्वसनीयता के लिए दिखाया गया है। इसके अलावा, सीएनटी सतह और अनाज सीमा बिखरने से ग्रस्त नहीं है, जो आर बढ़ती जा रही हैनैनोमीटर स्तर 5 पर घन की esistivity। अंत में, सीएनटी वीएलएसआई चिप्स में थर्मल प्रबंधन में सहायता कर सकते हैं, जो उत्कृष्ट थर्मल कंडक्टर 6, होना दिखाया गया है।
वीएलएसआई प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में सीएनटी के सफल एकीकरण के लिए यह सीएनटी के लिए विकास की प्रक्रिया अर्धचालक निर्माण के साथ संगत किया जाता है कि महत्वपूर्ण है। यह सामग्री और बड़े पैमाने पर निर्माण करने के लिए संगत और स्केलेबल माना जाता है, जो उपकरण का उपयोग कर सीएनटी (<400 डिग्री सेल्सियस) से कम तापमान वृद्धि की आवश्यकता है। सीएनटी परीक्षण विअस के कई उदाहरण साहित्य 7,8,9,10,11,12,13,14 में प्रदर्शन किया गया है, इनमें से सबसे आईसी में एक contaminant 15 के निर्माण के रूप में माना जाता है, जो उत्प्रेरक के रूप में फे का उपयोग करें। इसके अलावा, इन कार्यों में से कई में इस्तेमाल किया विकास तापमान 400 डिग्री सेल्सियस की ऊपरी सीमा से काफी ज्यादा है। अधिमानतः सीएनटी भी आधुनिक कम κ dielectrics या लचीला के साथ एकीकरण अनुमति देने के लिए, 350 डिग्री सेल्सियस से नीचे हो जाना चाहिएsubstrates।
यहाँ हम उत्प्रेरक के रूप में 16 सह का उपयोग कर 350 डिग्री सेल्सियस के रूप में के रूप में कम तापमान पर सीएनटी बढ़ के लिए एक स्केलेबल तरीका मौजूद है। इस विधि, एकीकृत सर्किट में खड़ी गठबंधन सीएनटी से मिलकर विभिन्न विद्युत संरचनाओं fabricating सुपर capacitors और क्षेत्र उत्सर्जन उपकरणों को आपस में और इलेक्ट्रोड से लेकर के लिए ब्याज की है। टिन एक बार इस्तेमाल किया बाधा सामग्री 7 है, जबकि सह उत्प्रेरक धातु अक्सर सिलिसाइड के 17 के निर्माण के लिए आईसी निर्माण में प्रयोग किया जाता है। इसके अलावा, हम केवल मानक अर्धचालक विनिर्माण से तकनीकों का उपयोग करते समय सीएनटी परीक्षण विअस fabricating के लिए एक प्रक्रिया का प्रदर्शन। इस के साथ, सीएनटी परीक्षण विअस इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) और रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी, और विद्युत विशेषता स्कैनिंग द्वारा निरीक्षण, गढ़े हैं।
Protocol
Representative Results
Discussion
चित्रा 1 इस काम में गढ़े संरचना का एक योजनाबद्ध सिंहावलोकन प्रदर्शित करता है, और जो 4 सूत्री जांच माप के लिए इस्तेमाल किया गया था। संभावित कोई मौजूदा ले जाने जांच के माध्यम से मापा जाता है, केंद्री?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Part of the work has been performed in the project JEMSiP_3D, which is funded by the Public Authorities in France, Germany, Hungary, The Netherlands, Norway and Sweden, as well as by the ENIAC Joint Undertaking. The authors would like to thank the Dimes Technology Centre staff for processing support.
Materials
| Materials | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Si (100) wafer 4" | International Wafer Service | Resisitivity: 2-5 mΩ-cm, thickness: 525 µm | |
| Ti-sputtertarget (99.995 % purity) | Praxair | ||
| Al (1% Si)-sputtertarget (99.999 % purity) | Praxair | ||
| Co (99.95 % purity) | Kurt J. Lesker | ||
| Chemicals | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| 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 | ||
| Gasses | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| 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 | ||
| Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| 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 |
Riferimenti
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