Przedstawiono metodę hodowli niskotemperaturowych, pionowo ustawionych nanorurek węglowych, a następnie wytwarzania pionowych struktur testowych połączeń elektrycznych przy użyciu wytwarzania półprzewodników.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Przedstawiono metodę hodowli niskotemperaturowych, pionowo ustawionych nanorurek węglowych, a następnie wytwarzania pionowych struktur testowych połączeń elektrycznych przy użyciu wytwarzania półprzewodników.
Demonstrujemy metodę niskotemperaturowego wzrostu (350 °C) pionowo ustawionych wiązek nanorurek węglowych (CNT) na cienkich warstwach przewodzących prąd elektryczny. Ze względu na niską temperaturę wzrostu, proces ten umożliwia integrację z nowoczesnymi dielektrykami o niskim κ i niektórymi elastycznymi podłożami. Proces jest zgodny ze standardową produkcją półprzewodników i przedstawiono metodę wytwarzania elektrycznych 4-punktowych struktur testowych sond dla pionowych struktur testowych połączeń. Za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej badana jest morfologia wiązek CNT, która pokazuje pionowe wyrównanie CNT i może być wykorzystana do dostrojenia czasu wzrostu CNT. Za pomocą spektroskopii Ramana bada się krystaliczność CNT. Stwierdzono, że CNT ma wiele wad ze względu na niską temperaturę wzrostu. Pomiary prądu elektrycznego i napięcia testowych połączeń pionowych wykazują odpowiedź liniową, co wskazuje, że osiągnięto dobry kontakt omowy między wiązką CNT a górną i dolną elektrodą metalową. Uzyskane rezystywności wiązki CNT należą do średnich wartości w literaturze, przy czym zastosowano rekordowo niską temperaturę wzrostu CNT.
Miedź i wolfram, metale, które są obecnie używane do połączeń międzysystemowych w najnowocześniejszej technologii integracji na bardzo dużą skalę (VLSI), zbliżają się do swoich fizycznych granic pod względem niezawodności i przewodności elektrycznej1. Podczas gdy zmniejszanie skali tranzystorów ogólnie poprawia ich wydajność, w rzeczywistości zwiększa rezystancję i gęstość prądu interkonektorów. Spowodowało to, że interkonekty zdominowały wydajność układów scalonych (IC) pod względem opóźnień i zużycia energii2.
Nanorurki węglowe (CNT) zostały zasugerowane jako alternatywa dla metalizacji Cu i W, szczególnie dla pionowych połączeń (przelotek), ponieważ CNT można łatwo uprawiać pionowo3. Wykazano, że CNT ma doskonałą niezawodność elektryczną, pozwalając na uzyskanie do 1000 razy większej gęstości prądu niżCu4. Co więcej, CNT nie cierpi z powodu rozpraszania na powierzchni i granicy ziaren, co zwiększa rezystywność Cu w skalinanometrowej 5. Wreszcie, wykazano, że CNT są doskonałymi przewodnikami ciepła6, które mogą pomóc w zarządzaniu ciepłem w chipach VLSI.
Dla udanej integracji CNT z technologią VLSI ważne jest, aby procesy wzrostu CNT były zgodne z produkcją półprzewodników. Wymaga to niskotemperaturowego wzrostu CNT (< 400 °C) przy użyciu materiałów i urządzeń, które są uważane za kompatybilne i skalowalne do produkcji na dużą skalę. Chociaż w literaturze przedstawiono wiele przykładów przelotek testowych CNT7,8,9,10,11,12,13,14, większość z nich wykorzystuje Fe jako katalizator, który jest uważany za zanieczyszczenie w produkcji układów scalonych15. Poza tym temperatura wzrostu stosowana w wielu z tych prac jest znacznie wyższa niż górna granica 400 °C. Najlepiej, aby CNT było uprawiane nawet poniżej 350 °C, aby umożliwić integrację z nowoczesnymi dielektrykami o niskim κ lub elastycznymi podłożami.
Tutaj prezentujemy skalowalną metodę uprawy CNT w temperaturach tak niskich jak 350 °C przy użyciu Co jako katalizatora16. Metoda ta jest interesująca w wytwarzaniu różnych struktur elektrycznych składających się z pionowo ustawionych CNT w obwodach scalonych, począwszy od interkonektorów i elektrod, a skończywszy na superkondensatorach i urządzeniach emitujących pole. Metal katalizatora Co jest często używany w produkcji układów scalonych do wytwarzania krzemku17, podczas gdy TiN jest często stosowanym materiałem barierowym7. Ponadto demonstrujemy proces wytwarzania przelotek testowych CNT przy użyciu wyłącznie technik standardowej produkcji półprzewodników. Dzięki temu przelotki testowe CNT są wytwarzane, sprawdzane za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) i spektroskopii Ramana oraz charakteryzowane elektrycznie.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Uwaga: Proszę zapoznać się ze wszystkimi odpowiednimi kartami charakterystyki substancji niebezpiecznej (MSDS) przed użyciem. Kilka substancji chemicznych używanych w tym procesie produkcyjnym jest bardzo toksycznych i rakotwórczych. Nanomateriały mogą wiązać się z dodatkowymi zagrożeniami w porównaniu z ich masowymi odpowiednikami. Podczas pracy ze sprzętem, chemikaliami lub nanomateriałami należy stosować wszystkie odpowiednie praktyki bezpieczeństwa, w tym stosowanie kontroli technicznej (wyciąg) i środków ochrony osobistej (okulary ochronne, rękawice, odzież do pomieszczeń czystych).
1. Definicja znacznika wyrównania dla litografii
2. Osadzanie dielektryczne metalu na dole i międzywarstwie
3. Osadzanie katalizatora i wzrost CNT
4. Metalizacja górnej części
5. Pomiary
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Projekt struktury pomiarowej zastosowanej w tej pracy przedstawiono na Rysunku 1. Dzięki zastosowaniu takiej struktury można precyzyjnie określić rezystancję wiązki CNT oraz rezystancje styków metal-CNT, ponieważ pomijane są rezystancje sond i przewodów. Rezystancja wiązki jest miarą jakości i gęstości wiązki CNT. W celu wyznaczenia rezystancji styku należy przeprowadzić pomiary wiązek o różnych długościach.
Typowy obraz SEM CNT wyhodowanych w temperaturze 350 °C przez 60 min,...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Rysunek 1 przedstawia schematyczny przegląd konstrukcji wykonanej w tej pracy, która została wykorzystana do pomiarów sondą 4-punktową. Ponieważ potencjał jest mierzony za pomocą sond nieprzewodzących prądu, można zmierzyć dokładny spadek potencjału (V,H-V,L) nad centralną wiązką CNT i jej stykami z metalem. Wiązki CNT o większej średnicy są używane do kontaktu z dolną warstwą TiN z podkładek stykowych, w celu zmniejszenia całkowitej rezystancji sond wymuszających prąd i maksymaliza...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Część pracy została wykonana w projekcie JEMSiP_3D, który jest finansowany przez władze publiczne we Francji, Niemczech, na Węgrzech, w Holandii, Norwegii i Szwecji, a także przez Wspólne Przedsięwzięcie ENIAC. Autorzy pragną podziękować pracownikom Centrum Technologicznego Dimes za wsparcie w przetwarzaniu.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Si (100) wafel 4 " | Międzynarodowa usługa | waflowa Wytrzymałość: 2-5 m i Omega;-cm, grubość: 525 &mikro; m | |
| Cel rozpylania Ti (czystość 99,995%)Cel napylania | Praxair | ||
| Al (1% Si)-cel napylania (czystość 99,999%) | Praxair | ||
| Co (czystość 99,95%) | Kurt J. Lesker | ||
| SPR3012 dodatni fotorezystu | Dow Electronic Materials | ||
| MF-322 deweloper | 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 dodatni fotorezystor | AZ | ||
| Ortokrzemian tetraetylu (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 powlekarka/wywoływacz | EVG | ||
| ASML PAS5500/80 waferstepper | ASML | ||
| SPTS Ω mega 201 wytrawiacz plazmowy | SPTS | Używany do wytrawiania krzemu i metalu | |
| SPTS i Sigma; Powlekarka igma | SPTS | ||
| Novellus Concept One PECVD | LAM | ||
| Wytrawiacz plazmowy Drytek 384T | LAM | Używany do trawienia tlenkowego | |
| CHA Solution Parownik wiązki elektronicznej | CHA | ||
| AIXTRON BlackMagic Pro CVD narzędzie | AIXTRON | Wzrost nanorurek węglowych | |
| Skaningowy mikroskop elektronowy Philips XL50 | FEI | ||
| Striptizerka plazmowa | Tepla 300 | PVA TePla | |
| Płukanko-suszarka Avenger | Microporcess Technologies Reflekometr | ||
| Leitz | MPV-SP | ||
| Spektroskop Ramana | Renishaw | ||
| Agilent 4156C Analizator widma parametrów | Agilent | ||
| Stacja pomiarowa Cascade Microtech | Cascade Microtech |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.