半導体技術との互換性低温カーボンナノチューブ垂直相互接続の作製
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
銅とタングステンは、現在最先端の超大規模集積回路（VLSI）技術における相互接続のために使用される金属は、信頼性と電気伝導度1の面で彼らの物理的な限界に近づいています。ダウンスケーリングトランジスタは、一般的にそのパフォーマンスを改善するが、実際の抵抗及び配線の電流密度を増加させます。これは、遅延と電力消費2の観点の集積回路（IC）の性能を支配する相互接続をもたらしました。
CNTが簡単に縦3栽培されてできるようにカーボンナノチューブ（CNT）は、特に垂直相互接続（ビア）のために、CuとWメタライゼーションのための代替として提案されています。 CNTは、Cu 4よりも最大1,000倍高い電流密度を可能にする、優れた電気的信頼性を有することが示されています。また、CNTは、表面及び結晶粒界散乱を受けない、これは、rが増加していますナノメートルスケール5でのCuのesistivity。最後に、CNTは、VLSIチップの熱管理するのを助けることができる優れた熱伝導体6、であることが示されています。
VLSI技術におけるCNTの統合を成功のためには、CNTの成長プロセスは半導体製造と互換性がなされることが重要です。これは、材料及び大規模製造に適合し、かつスケーラブルであると考えられる装置を用いてCNT（<400℃）での低温成長を必要とします。 CNT試験ビアの多くの例が文献7,8,9,10,11,12,13,14で実証されているが、これらのほとんどは、IC内の汚染物質15を製造すると考えられる触媒として鉄を使用します。また、これらの研究の多くで使用される成長温度は、400°Cの上限値よりもはるかに高いです。好ましくは、CNTはあっても、現代の低κ誘電体やフレキシブルとの統合を可能にするために、350℃以下で成長する必要があります基板。
ここでは、 触媒 16としてのCoを使用して350℃程度の低温でCNTを成長させるためのスケーラブルな方法を提示します。この方法は、相互接続と電極のスーパーキャパシタおよび電界放出素子までの集積回路に垂直配向CNTからなる別の電気構造を製造するために重要です。 TiNをしばしば使用するバリヤ材 7である間のCo触媒金属は、多くの場合、シリサイドの17の製造のためのIC製造で使用されます。また、私たちは、標準的な半導体製造の技術を使用しながら、CNT試験ビアを製造するためのプロセスを示します。これにより、CNT試験ビアは、製造される電子顕微鏡（SEM）及びラマン分光法を走査することによって検査され、電気的特徴。
Protocol
Representative Results
Discussion
図1は、本研究で作製した構造の概略図を表示し、これは、4点プローブ測定のために使用しました。電位は電流を運ぶないプローブにより測定されるように、中央のCNT束と金属との接点上に正確な電位降下（V H -V L）を測定することができます。より大きい直径のCNT束は、現在の強制プローブの全体の抵抗を低減し、中央のCNT束上に電位降下を最大にするために?…
Disclosures
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 |
References
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