Herstellung von Niedertemperatur-Carbon Nanotube Vertikale Verbindungen Kompatibel mit Halbleitertechnik

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, vertikal ausgerichtete Kohlenstoffnanoröhren anzuzüchten und elektrische Teststrukturen unter Verwendung standardmäßiger Halbleitertechniken herzustellen. Diese Methode kann zentrale Fragen im Bereich der Mikro-Röntgenstrahlung beantworten, beispielsweise, ob vertikal ausgerichtete Kohlenstoffnanoröhren für Verbindungsleitungen und andere Anwendungen in integrierten Schaltkreisen eingesetzt werden können. Der Hauptvorteil dieser Technologie liegt darin, dass sie mit der standardmäßigen Halbleiterfertigung kompatibel ist und über eine ausreichend niedrige Herstellungstemperatur verfügt, die eine Integration in die CMOS-Back-End-Prozesse sowie mit bestimmten Polymeren ermöglicht.

Um dieses Verfahren zu beginnen, tragen Sie die untere Metallschicht des Tests mittels Magnetronsputtern auf. Führen Sie das Sputtern von Titan unter Verwendung eines reinen Titanziels mit Argon-Plasma bei einer Substrattemperatur von 350 Grad Celsius für Titannitrid durch. Reaktives Sputtern.

Verwenden Sie eine Kombination aus Argon und Stickstoff bei einer Substrattemperatur von 350 Grad Celsius, um mittels plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung eine ein Mikrometer dicke Schicht aus Siliziumdioxid abzuscheiden. Überprüfen Sie nach Beendigung die Dicke der Siliziumdioxidschicht mithilfe eines Reflektometers. Beschichten Sie danach den Wafer mit 1,4 Mikrometern positivem Fotolack, indem Sie eine 92. Dexamethason-Behandlung bei 130 Grad Celsius durchführen, nachdem der Wafer auf einer Kühlplatte abgekühlt wurde, und anschließend bei 3.500 U/min spin-coaten. Danach den Wafer 90 Sekunden lang bei 95 Grad Celsius vorbaken, unter Verwendung einer Fotolithographiemaske und eines Belichtungsgeräts.

Belichten Sie das gewünschte Muster von Öffnungen mit einer Dosis von 140 Millijoule pro Quadratzentimeter. Führen Sie danach einen einzelnen Puddle-Entwicklungsprozess durch, beginnend mit einer Nachbelichtungs-Temperung bei 115 Grad Celsius für 92 Sekunden. Anschließend führen Sie eine 62-sekündige Entwicklung mit Entwickler durch, nachdem eine Härtebehandlung bei 100 Grad Celsius für 90 Sekunden erfolgt ist.

Überprüfen Sie mithilfe eines Mikroskops, ob die Öffnungen im Resist die korrekten Abmessungen aufweisen und ob die Überlagerung mit den Ausrichtungsmarkierungen stimmt. Ätzen Sie anschließend die Kontaktöffnungen im Siliziumdioxid mittels eines Triad-Plasmaätzers. Es ist sehr wichtig, dass das Titannitrit nicht dem Plasma ausgesetzt wird, da dies andernfalls das erfolgreiche Wachstum der Kohlenstoffnanoröhren verhindern würde.

Entfernen Sie die opfernde Titanschicht durch nasses Ätzen in 0,55 % Wasserstofffluorid für 60 Sekunden. Spülen Sie die Wafer nach dem Ätzen mit entionisiertem Wasser, bis die Wasserwiderstandsfähigkeit fünf Megaohm beträgt. Anschließend trocknen Sie die Wafer mit einem Spültrockner.

An diesem Punkt fünf Nanometer Kobalt mittels Elektronenstrahlverdampfer verdampfen, nachdem ein Vakuum von mindestens zwei mal 10 hoch minus sechs Tor erreicht wurde. Die Wafer unter Vakuum vor dem Abscheiden mit Lampen auf 60 Grad Celsius erhitzen, um eventuelle Wasserfilme zu entfernen. Das Kobalt außerhalb der Kontaktöffnungen durch Ablösen entfernen.

Legen Sie den Wafer 15 Minuten lang in ein Ultraschallbad mit Tetrahydrouran bei 35 Grad Celsius. Spülen Sie anschließend fünf Minuten lang mit deionisiertem Wasser und trocknen Sie ihn mit einem Spinner. Untersuchen Sie den Wafer unter einem Mikroskop und prüfen Sie auf Reste des Lacks.

Optional kann ein spezieller weicher Wattestäbchen zum Abheben verwendet werden, um Rückstände manuell zu entfernen. Falls Rückstände verbleiben, führen Sie eine längere Ultraschallbehandlung in Tetra hid Ferran Furan durch.

Danach das Wachstum von Kohlenstoffnanoröhren oder CNTs mittels chemischer Gasphasenabscheidung bei niedrigem Druck durchführen. Anschließend den Reaktor abkühlen und mit Stickstoff spülen.

Überprüfen Sie mithilfe eines Rasterelektronenmikroskops oder REM die Höhe der CNT innerhalb der Öffnungen bei einer Neigung von 45 Grad. Untersuchen Sie anschließend die Proben mittels Raman-Spektroskopie, um die Kristallinität der CNT zu bestimmen. Verwenden Sie Magnetronsputtern, um 100 Nanometer Titan und danach zwei Mikrometer Aluminium abzusputtern, ohne das Vakuum zu brechen.

Beschichten Sie die Wafer anschließend mit 3,1 Mikrometern eines positiven Photoresists mit höherer Viskosität, beginnend mit einer 92nd-Hexaethylsilan-Behandlung bei 130 Grad Celsius, sobald die Wafer auf einer Kühlplatte abgekühlt sind. Spin-Coaten Sie bei 3000 U/min, nachdem ein weiches Backen bei 95 Grad Celsius für 90 Sekunden durchgeführt wurde. Belichten Sie das obere Metallmuster mit einer Belichtungsdosis von 420 Millijoule pro Quadratzentimeter und einem Fokus von minus eins unter Verwendung einer Photolithographiemaske und einer Belichtungsvorrichtung. Führen Sie einen einfachen Pfützenentwicklungsprozess durch, beginnend mit einem Nachbelichtungsbacken bei 92nd 115 Grad Celsius.

Führen Sie anschließend eine 62. Belichtung mit Entwickler nach dem Anbacken bei 100 Grad Celsius für 90 Sekunden durch. Überprüfen Sie mithilfe eines Mikroskops, ob die Linien im Resist die korrekten Abmessungen aufweisen und ob die Überlagerung zu den Markierungen stimmt. Danach.

Ätzen Sie den Titan-Aluminium-Verbund mithilfe einer Chlor-Plasmaätzung mit induktiv gekoppelter Plasmaquelle, um den Fotolack zu entfernen. Verwenden Sie einen Sauerstoff-Plasma-Abstreifer, falls die Metallbedeckung nicht vollständig ist. Verwenden Sie ein organisches Lösungsmittel wie nm Methylperon, um den Fotolack zu entfernen.

Um eine Beschädigung der CNT durch Plasma zu verhindern, reinigen Sie die Wafer, indem Sie sie 10 Minuten lang in 99 %iger Salpetersäure platzieren. Spülen Sie sie anschließend mit entionisiertem Wasser ab, bis die Widerstandsfähigkeit des Wafers fünf Megaohm beträgt.

Trocknen Sie die Wafer abschließend mit dem Spül- und Trockengerät. Ein typisches REM-Bild von CNT vor der Metallisierung ist hier dargestellt und nützlich, um zu überprüfen, ob die Wachstumszeit korrekt eingestellt ist, um dieselbe Länge wie die Dicke der Siliziumdioxid-Schicht zu erhalten. Ein Querschnitt, der mit REM an demselben Wafer nach der Metallisierung untersucht wurde, ist hier gezeigt und kann zur Bestimmung der Ausrichtung der CNT sowie ihrer Dichte verwendet werden.

Und wenn ein Hochauflösender Rasterelektronenmikroskop (REM) verwendet wird, um ihren Durchmesser zu bestimmen, kann auch die Kontaktfläche zwischen den CNTs und den Metallschichten untersucht werden. Raman-Spektren von bei 350 Grad Celsius gewachsenen CNTs aus Kobalt werden hier dargestellt und können zur Untersuchung der Kristallinität sowie zur Optimierung der CNT-Wachstumsparameter genutzt werden, um CNTs von höchster Qualität zu erhalten. IV-Messungen wurden mithilfe von Vier-Punkt-Probe-Strukturen durchgeführt. Wenn das IV-Verhalten linear ist, weist dies auf einen ohmschen Kontakt zwischen den CNTs und den metallischen Kontakten hin.

Aus dem Widerstand und den Abmessungen der Bündel kann die spezifische elektrische Widerstandsfähigkeit berechnet und nach der Entwicklung mit Literaturwerten verglichen werden. Diese Technik ebnete Forschern auf dem Gebiet der Mikroelektronik den Weg, die Anwendung von vertikal ausgerichteten Kohlenstoffnanoröhren in integrierten Schaltungen zu erforschen. Nach dem Anschauen dieses Videos sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man mithilfe der chemischen Gasphasenabscheidung vertikal ausgerichtete Kohlenstoffnanoröhren in Öffnungen für vertikale Durchkontaktierungen züchtet.