Een methode voor de groei van laagtemperatuur verticaal uitgelijnde koolstofnanobuizen, en de daaropvolgende fabricage van verticale interconnect elektrische teststructuren met behulp van halfgeleiderfabricage wordt gepresenteerd.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Een methode voor de groei van laagtemperatuur verticaal uitgelijnde koolstofnanobuizen, en de daaropvolgende fabricage van verticale interconnect elektrische teststructuren met behulp van halfgeleiderfabricage wordt gepresenteerd.
We demonstreren een methode voor de groei bij lage temperatuur (350 °C) van verticaal uitgelijnde bundels van koolstofnanobuizen (CNT) op elektrisch geleidende dunne films. Vanwege de lage groeitemperatuur, maakt het proces integratie mogelijk met moderne laag-κ diëlektrica en sommige flexibele substraten. Het proces is compatibel met standaard halfgeleiderfabricage, en een methode voor de fabricage van elektrische 4-punts sonde teststructuren voor verticale interconnect teststructuren wordt gepresenteerd. Met behulp van scanning elektronenmicroscopie wordt de morfologie van de CNT bundels onderzocht, wat verticale uitlijning van de CNT aantoont en kan worden gebruikt om de groeitijd van de CNT af te stemmen. Met Raman spectroscopie wordt de kristalliniteit van de CNT onderzocht. Het werd gevonden dat de CNT veel defecten heeft, vanwege de lage groeitemperatuur. De elektrische stroom-spanningsmetingen van de verticale interconnect teststructuren tonen een lineair antwoord, wat aangeeft dat een goede ohmse contact is bereikt tussen het CNT bundels en de bovenste en onderste metaalelektroden. De verkregen resistiviteiten van het CNT bundels zijn onder de gemiddelde waarden in de literatuur, terwijl een record-lage CNT groeitemperatuur werd gebruikt.
Koper en wolfraam, de metalen die momenteel worden gebruikt voor de verbindingen in stand van de techniek zeer grote schaal integratie (VLSI) technologie, naderen hun fysieke beperkingen wat betreft betrouwbaarheid en elektrische geleidbaarheid 1. Terwijl down-scaling transistors verbetert het algemeen hun prestaties, het eigenlijk verhoogt de weerstand en de huidige dichtheid van de interconnects. Dit resulteerde in interconnects domineert de geïntegreerde schakeling (IC) prestaties in termen van vertraging en het stroomverbruik 2.
Koolstofnanobuisjes (CNT) zijn voorgesteld als alternatief voor Cu en W metallisatie, vooral voor verticale verbindingen (vias) als CNT gemakkelijk verticaal 3 kunnen geteeld. CNT bleken uitstekende elektrische betrouwbaarheid, waardoor een tot 1000 keer hoger dan de stroomdichtheid Cu 4. Bovendien hebben CNT geen last van oppervlak en korrelgrens verstrooiing, die toeneemt resistivity van Cu op nanometerschaal 5. Tenslotte zijn CNT is aangetoond dat uitstekende thermische geleiders 6, die kan helpen bij de warmtehuishouding in VLSI chips.
Voor succesvolle integratie van CNT in VLSI-technologie is het belangrijk dat de groeiprocessen voor de CNT geschikt voor halfgeleiders wordt gemaakt. Dit vereist de lage temperatuur groei van CNT (<400 ° C) met behulp van materialen en apparatuur die compatibel en schaalbaar naar grootschalige productie worden beschouwd. Hoewel vele voorbeelden van CNT proef via's zijn aangetoond in de literatuur 7,8,9,10,11,12,13,14 meeste van deze gebruiken Fe als katalysator die wordt beschouwd als een verontreiniging in IC 15 vervaardigen. Trouwens, de groeitemperatuur in veel van deze werken is veel hoger dan de bovengrens van 400 ° C. Bij voorkeur CNT moet zelfs onder 350 ° C worden gekweekt, om de integratie moderne low-κ diëlektrische of flexibele toestaansubstraten.
Hier presenteren we een schaalbare methode voor het kweken CNT bij temperaturen tot 350 ° C gebruikt als co-katalysator 16. Deze methode is van belang voor het vervaardigen van verschillende elektrische structuren bestaande uit verticaal uitgelijnde CNT in geïntegreerde circuits, variërend van interconnect en elektroden super condensatoren en veldemissie apparaten. De co-katalysator metaal wordt vaak gebruikt in IC fabricage voor de fabricage van het silicide 17, terwijl TiN is een vaak gebruikte barrièremateriaal 7. Verder tonen we een werkwijze voor het vervaardigen CNT proef vias terwijl slechts het gebruik van standaard technieken halfgeleiders. Hierbij worden CNT testen vias vervaardigd, gecontroleerd door scanning elektronenmicroscopie (SEM) en Raman spectroscopie, en elektrisch gekarakteriseerde.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Let op: Gelieve alle relevante veiligheidsinformatiebladen (VIB) te raadplegen voor gebruik. Een aantal van de chemicaliën die bij dit fabricageproces acuut giftig en carcinogeen. Nanomaterialen kunnen extra risico's hebben in vergelijking met hun bulk tegenhanger. Gelieve alle nodige veiligheidsvoorschriften bij het werken met apparatuur, chemicaliën of nanomaterialen, waaronder het gebruik van technische controles (zuurkast) en persoonlijke beschermingsmiddelen (veiligheidsbril, handschoenen, cleanroom kleding).
1. Alignment Marker Definitie voor Lithography
2. Bottom Metaal en tussenlaag diëlektrische Deposition
3. Katalysator Afzetting en CNT Groei
4. Bovenbil Metalliseren
5. Metingen
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Het ontwerp van de meting constructie die in dit werk zijn te vinden in figuur 1. Door toepassing van een dergelijke structuur het meten van de CNT bundel weerstand en de metaal-CNT overgangsweerstanden nauwkeurig kan worden bepaald, als probe en draad weerstanden worden omzeild. De weerstand van de bundel is een maat voor de kwaliteit en dichtheid van de CNT bundel. Om de contactweerstand bundels van verschillende lengte te bepalen worden gemeten.
Een typische SEM afbeeldin...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Figuur 1 toont een schematisch overzicht van de structuur opgebouwd in dit werk, en dat werd gebruikt voor de 4-sonde metingen. Aangezien de potentiaal is gemeten met probes dragen geen stroom, kan de exacte potentiaaldaling (VH-VL) via centrale CNT bundel en de contactpunten aan het metaal te meten. Grotere diameter CNT bundels worden gebruikt om contact met de onderste tinlaag van de contactvlakken, zodat de totale weerstand voor de huidige forceren probes verminderen en het maximaliseren v...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets te onthullen.
Een deel van het werk is uitgevoerd in het project JEMSiP_3D, dat wordt gefinancierd door de overheidsinstanties in Frankrijk, Duitsland, Hongarije, Nederland, Noorwegen en Zweden, evenals door de ENIAC Joint Undertaking. De auteurs willen het personeel van het Dimes Technology Centre bedanken voor de verwerkingsondersteuning.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Si (100) wafer 4" | International Wafer Service | Resistiviteit: 2-5 mΩ-cm, dikte: 525 µm | |
| Ti-sputterdoel (99.995% zuiverheid) | Praxair | ||
| Al (1% Si)-sputterdoel (99.999% zuiverheid) | Praxair | ||
| Co (99.95% zuiverheid) | Kurt J. Lesker | ||
| SPR3012 positieve fotoresist | Dow Electronic Materials | ||
| MF-322 ontwikkelaar | Dow Electronic Materials | ||
| HNO3 (99,9%) | KMG Ultra Pure Chemicals | ||
| HNO3 (69,5%) | KMG Ultra Pure Chemicals | ||
| HF 0,55% | Honeywell | ||
| Tetrahydrofuran | JT Baker | ||
| Aceton | Sigma-Aldrich | ||
| ECI3027 positieve fotoresist | AZ | ||
| Tetraethylorthosilicaat (TEOS) | Praxair | ||
| 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 | ||
| EVG 120 coater/ontwikkelaar | EVG | ||
| ASML PAS5500/80 waferstepper | ASML | ||
| SPTS Ωmega 201 plasma etser | SPTS | Gebaten voor Si en metaal etsen | |
| SPTS Σigma sputter coater | SPTS | ||
| Novellus Concept One PECVD | LAM | ||
| Drytek 384T plasma etser | LAM | Gebaten voor oxide etsen | |
| CHA Solution e-beam verdamper | CHA | ||
| AIXTRON BlackMagic Pro CVD tool | AIXTRON | Koolstofnanobuis groei | |
| Philips XL50 scanning elektronenmicroscoop | FEI | ||
| Tepla 300 | PVA TePla | Resist plasma stripper | |
| Avenger spoeldrogen | Microporcess Technologies | ||
| Leitz MPV-SP reflectometer | Leitz | ||
| Renishaw inVia Raman spectroscoop | Renishaw | ||
| Agilent 4156C parameter spectrum analyzer | Agilent | ||
| Cascade Microtech probe station | Cascade Microtech |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.