Fabricación de Baja Temperatura de nanotubos de carbono Interconexiones verticales Compatible con la tecnología de semiconductores
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
El cobre y tungsteno, los metales que se utilizan actualmente para las interconexiones en tecnología de última generación, muy gran escala de integración (VLSI), se están acercando a sus límites físicos en cuanto a fiabilidad y la conductividad eléctrica 1. Mientras que los transistores de baja escala general mejora su rendimiento, en realidad, aumenta la resistencia y la densidad de corriente de las interconexiones. Esto dio lugar a las interconexiones que dominan el funcionamiento del circuito integrado (IC) en términos de retardo y consumo de energía 2.
Los nanotubos de carbono (CNT) se han sugerido como alternativa para Cu y W metalización, especialmente para las interconexiones verticales (Vias) como CNT fácilmente pueden sido cultivados vertical 3. CNT han demostrado tener una excelente fiabilidad eléctrica, lo que permite un máximo de 1.000 veces mayor densidad de corriente de Cu 4. Por otra parte, la CNT no sufren de la superficie y el grano límite de dispersión, que es cada vez mayor la resistivity de Cu en la escala nanométrica 5. Finalmente, CNT han demostrado ser excelentes conductores térmicos 6, que pueden ayudar en la gestión térmica en los chips VLSI.
Para la integración exitosa de CNT en la tecnología VLSI es importante que los procesos de crecimiento de la CNT se hace compatible con la fabricación de semiconductores. Esto requiere que el crecimiento de la CNT (<400 ° C) el uso de materiales y equipos que se consideran compatibles y escalable para la fabricación a gran escala de baja temperatura. Aunque muchos ejemplos de vías de prueba de la CNT se han demostrado en la literatura 7,8,9,10,11,12,13,14, la mayoría de ellos utilizan Fe como catalizador que es considerado como un contaminante en el IC de fabricación 15. Además, la temperatura de crecimiento utilizado en muchos de estos trabajos es mucho mayor que el límite superior de 400 ° C. Preferiblemente CNT aún se cultiva por debajo de 350 ° C, con el fin de permitir la integración con dieléctricos de bajo kappa modernos o flexiblessustratos.
Aquí presentamos un método escalable para el crecimiento de CNT a temperaturas tan bajas como 350 ° C utilizando como catalizador Co 16. Este método es de interés para la fabricación de diferentes estructuras eléctricos que consisten en alineada verticalmente CNT en circuitos integrados, que van desde interconexión y los electrodos de supercondensadores y dispositivos de emisión de campo. El metal catalizador de Co se utiliza a menudo en la fabricación de IC para la fabricación de siliciuro de 17, mientras que el estaño es un material de barrera utilizado a menudo 7. Por otra parte, se demuestra un proceso para la fabricación de vías de prueba de la CNT, mientras que sólo el uso de técnicas de fabricación de semiconductores estándar. Con esto, vias de prueba CNT se fabrican, inspeccionados por microscopía electrónica de barrido (SEM) y la espectroscopia Raman, y eléctricamente caracterizado.
Protocol
Representative Results
Discussion
La figura 1 muestra una visión esquemática de la estructura fabricada en este trabajo, y que se utilizó para las mediciones de la sonda de 4 puntos. A medida que el potencial se mide a través de sondas que llevan ninguna corriente, la caída de potencial exacta (V H -V L) sobre el haz de CNT central y sus contactos a que el metal se puede medir. Mayor diámetro haces de CNT se utilizan para ponerse en contacto con la capa de TiN parte inferior de las almohadillas de contacto, a…
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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