Fabbricazione di bassa temperatura Nanotubi di carbonio interconnessioni verticali Compatibile con la tecnologia Semiconductor

L'obiettivo generale di questo processo è coltivare nanotubi di carbonio allineati verticalmente e produrre strutture di prova elettriche utilizzando tecniche standard di semiconduttori. Questo metodo può rispondere a domande fondamentali nel campo dei microraggi X, ad esempio se i nanotubi di carbonio allineati verticalmente possano essere utilizzati come interconnessioni e per altre applicazioni nei circuiti integrati. Il vantaggio principale di questa tecnologia è la sua compatibilità con la fabbricazione standard dei semiconduttori e una temperatura di fabbricazione sufficientemente bassa da permettere l'integrazione nel backend dei dispositivi CMOS e con determinati polimeri.

Per iniziare questa procedura, depositare lo strato metallico inferiore del test utilizzando la sputterizzazione magnetron. Eseguire la sputterizzazione del titanio utilizzando una sorgente di titanio puro con plasma di argon a una temperatura del substrato di 350 gradi Celsius per il nitrato di titanio. Sputterizzazione reattiva.

Utilizzare una combinazione di argon e azoto a una temperatura del substrato di 350 gradi Celsius mediante deposizione chimica da vapore assistita da plasma per depositare uno strato di biossido di silicio spesso un micrometro. Al termine, verificare lo spessore dello strato di biossido di silicio utilizzando un riflettometro; successivamente, ricoprire il wafer con 1,4 micrometri di resist positivo eseguendo un trattamento di desametasone al 92° secondo a 130 gradi Celsius, quindi raffreddare il wafer su una piastra fredda e applicare il resist mediante spin-coating a 3.500 giri al minuto. Quindi, effettuare una cottura leggera del wafer per 90 secondi a 95 gradi utilizzando una maschera di fotolitografia e uno strumento di esposizione.

Esponi il modello desiderato di aperture a una dose di esposizione di 140 millijoule per centimetro quadrato. Successivamente, esegui un singolo processo di sviluppo a pozzetta, iniziando con una cottura post-esposizione a 115 gradi Celsius per 92 secondi. Quindi, esegui uno sviluppo di 62 secondi utilizzando il revelatore, dopo aver effettuato una cottura a 100 gradi Celsius per 90 secondi.

Utilizzare un microscopio per verificare se le aperture nel resist hanno le dimensioni corrette e se l'allineamento rispetto ai marker è corretto. Successivamente, eseguire l'incisione al plasma delle aperture di contatto nel biossido di silicio utilizzando un etcher al plasma triadico. È molto importante che il nitrito di titanio non sia esposto al plasma, altrimenti si impedirebbe la crescita corretta dei nanotubi di carbonio.

Rimuovere il layer sacrificiale di titanio mediante incisione umida in fluoruro di idrogeno allo 0,55% per 60 secondi. Dopo l'incisione, risciacquare le wafer con acqua deionizzata fino a quando la resistività dell'acqua raggiunge cinque megaohm. Successivamente, asciugare le wafer utilizzando un essiccatore con risciacquo.

A questo punto, evaporare cinque nanometri di cobalto utilizzando un evaporatore a fascio elettronico dopo aver pompato fino a raggiungere almeno due volte 10 alla meno sei tor. Riscaldare le wafer a 60 gradi Celsius utilizzando lampade sotto vuoto prima del deposito, per rimuovere qualsiasi pellicola d'acqua. Rimuovere il cobalto al di fuori delle aperture di contatto mediante il processo di liftoff.

Posizionare la wafer in un bagno ultrasonico contenente tetra hydro Uran per 15 minuti a 35 gradi Celsius. Al termine, risciacquare con acqua deionizzata per cinque minuti ed asciugare utilizzando uno spinner. Ispezionare la wafer al microscopio e verificare la presenza di residui di resist.

Facoltativamente, utilizzare un'apposita bacchetta di cotone morbido per rimuovere manualmente i residui. Se residui persistono, eseguire un trattamento ultrasonico più lungo in tetra hid ferran furan.

Successivamente, eseguire la crescita di nanotubi di carbonio o CNT mediante deposizione chimica da vapore a bassa pressione. Successivamente, raffreddare il reattore e effettuare la purga utilizzando azoto.

Utilizzare un microscopio elettronico a scansione (SEM) per verificare l'altezza dei nanotubi di carbonio (CNT) all'interno delle aperture con un'inclinazione di 45 gradi. Successivamente, ispezionare i campioni mediante spettroscopia Raman per determinare la cristallinità dei CNT. Utilizzare lo sputtering a magnetron per depositare 100 nanometri di titanio seguiti da due micrometri di alluminio senza rompere il vuoto.

Successivamente, ricoprire la wafer con 3,1 micrometri di resist positivo a viscosità più elevata, iniziando con un trattamento di 92nd esail dilano a 130 gradi Celsius una volta che la wafer è stata raffreddata su una piastra fredda; eseguire una centrifugazione a 3000 giri al minuto dopo un preriscaldamento a 95 gradi Celsius per 90 secondi, quindi esporre il pattern del metallo superiore a una dose di esposizione di 420 millijoule per centimetro quadrato con un fuoco a meno uno, utilizzando una maschera di fotolitografia e uno strumento di esposizione. Eseguire un processo di sviluppo a pozzetta singola, iniziando con un successivo trattamento termico a 115 gradi Celsius dopo l'esposizione.

Eseguire quindi uno sviluppo 62° utilizzando lo sviluppatore dopo un cottura a 100 gradi Celsius per 90 secondi. Utilizzare un microscopio per verificare se le linee nel resist hanno le dimensioni corrette e se l'allineamento rispetto ai marcatori è corretto. Successivamente a ciò.

Incidi la pila di titanio e alluminio utilizzando un'incisione al plasma di cloro con un plasma induttivamente accoppiato per rimuovere il photoresist. Utilizza uno stripper al plasma di ossigeno se la copertura del metallo non è completa. Usa un solvente organico come il metilperone nm per rimuovere il photoresist.

Per evitare danni al plasma dei nanotubi di carbonio (CNT), pulire le piastrine immergendole in acido nitrico al 99% per 10 minuti. Risciacquare con acqua deionizzata fino a quando la resistività della piastrina raggiunge cinque megaohm.

Infine, asciugare le fette con l'asciugatore a risciacquo. Un'immagine tipica al microscopio elettronico a scansione (SEM) dei nanotubi di carbonio (CNT) prima della metallizzazione è mostrata qui ed è utile per verificare se il tempo di crescita è stato impostato correttamente al fine di ottenere una lunghezza pari allo spessore dello strato di biossido di silicio. Una sezione trasversale analizzata mediante SEM della stessa fetta dopo la metallizzazione è mostrata qui ed può essere utilizzata per determinare l'allineamento dei CNT e la loro densità.

Se viene utilizzato un SEM ad alta risoluzione per determinarne il diametro, è possibile analizzare anche l'area di contatto tra il nanotubo di carbonio (CNT) e gli strati metallici. Qui vengono mostrati gli spettri Raman di CNT cresciuti con cobalto a 350 gradi Celsius, che possono essere utilizzati per studiare la cristallinità e ottimizzare i parametri di crescita dei CNT al fine di ottenere misurazioni IV di massima qualità. Le misurazioni IV sono state eseguite mediante strutture a quattro punte. Quando il comportamento IV è lineare, ciò indica un contatto ohmico tra il CNT e i contatti metallici.

Dalla resistenza e dalle dimensioni dei fasci, è possibile calcolare la resistività e confrontarla con i dati presenti in letteratura dopo lo sviluppo. Questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo della microelettronica per esplorare l'applicazione di nanotubi di carbonio allineati verticalmente nei circuiti integrati. Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come coltivare nanotubi di carbonio allineati verticalmente utilizzando deposizioni chimiche da vapore in aperture destinate ai collegamenti verticali.