Name: Produkcja niskotemperaturowych pionowych połączeń z nanorurek węglowych kompatybilnych z technologią półprzewodnikową (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-12-07T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 20 s
Description: Poznaj metodę wytwarzania pionowych połączeń z nanorurek węglowych przy niskiej temperaturze, kompatybilną z technologią półprzewodnikową. Technika ta umożliwia integrację nanorurek w układy scalone.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

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.

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
<ol>
	<li>Zacznij od jednostronnie polerowanych wafli przemysłowych Si(100) z domieszką typu n lub p.</li>
	<li>Pokryj wafel 1,4 μm dodatniego fotorezystu. Wykonać 90-sekundową obróbkę heksametylodylazanem (HMDS) w temperaturze 130 °C w celu zwiększenia przyczepności fotorezystu, a następnie schłodzić płytkę na zimnej płycie, wirować z odpowiednią prędkością (3 500 obr./min) i 90-sekundowe miękkie pieczenie w temperaturze 95 °C.</li>
	<li>Za pomocą maski fotolitograficznej i narzędzia do naświetlania naświetlić markery wyrównania, dawka ekspozycji 120 mJ/cm2.</li>
	<li>Wykonaj pojedynczy proces zagospodarowania kałuży. Wykonaj 90-sekundowe pieczenie w temperaturze 115 °C po ekspozycji, a następnie 60-sekundowe wywoływanie przy użyciu wywoływacza i 90-sekundowe pieczenie na twardo w temperaturze 100 °C, aby utwardzić rezystancję.</li>
	<li>Użyj mikroskopu, aby sprawdzić, czy otwory w rezyście mają prawidłowe wymiary.</li>
	<li>Wytrawić 120 nm krzemu za pomocą wytrawiania plazmowego chlorem. Ta grubość daje dobry kontrast dla automatycznych systemów wyrównywania narzędzia do naświetlania użytego w tej pracy. Na przykład przy użyciu plazmy sprzężonej indukcyjnie (ICP): 20/40 sccm O2/CF4, 5 mTorr, 60/500 W platen/ICP RF mocy, 10-sekundowe wytrawianie tlenkowe, a następnie 80/40 sccm Cl2/HBr, 60 mTorr, 20/500 W platen/ICP RF power, 35 s trawienia Si.</li>
	<li>Użyj środka do usuwania fotorezystu plazmowego (1 kW, 400 sccm O2 z wykrywaniem punktu końcowego i 2-minutowym przetrawieniem). Ponieważ fotorezystu utwardza się plazmą, nie można użyć zwykłego rozpuszczalnika, takiego jak aceton.</li>
	<li>Oczyść wafle. Najpierw umieść je na 10 minut w 99% HNO3, a następnie spłucz w wodzie DI, aż rezystywność wody wyniesie 5 MΩ (czystość organiczna). Następnie czyścić wafle przez 10 minut w 65% HNO3 w temperaturze 110 °C, a następnie spłukiwać wodą DI, aż rezystywność wody wyniesie 5 MΩ (czysty metal). Użyj suszarki do płukania, aby wysuszyć wafle.</li>
</ol>
2. Osadzanie dielektryczne metalu na dole i międzywarstwie
<ol>
	<li>Użyj rozpylania magnetronowego, aby zdeponować dolną warstwę metalu testu. Należy zdeponować stos trzech warstw metalu: 500 nm Ti, 50 nm TiN i 100 nm Ti. Pierwsza warstwa Ti ma na celu zmniejszenie rezystancji stosu, TiN jest rzeczywistą warstwą nośną dla wzrostu CNT, a górna Ti ma chronić TiN przed uszkodzeniem plazmy podczas wytrawiania warstwy SiO2 12. Wykonać rozpylanie Ti przy użyciu czystego celu Ti z plazmą Ar, w temperaturze podłoża 350 °C. Do rozpylania reaktywnego TiN należy zastosować kombinację Ar i N2, ponownie w temperaturze podłoża 350 °C.</li>
	<li>Stosując plazmowe chemiczne osadzanie z fazy gazowej (PECVD), nałóż warstwę SiO2 o grubości 1 μm. W tym przypadku ortokrzemian tetraetylu (TEOS) jest stosowany jako prekursor w temperaturze płyty 350 °C.
	<ol>
		<li>Sprawdź grubość warstwy SiO2 za pomocą odpowiedniego narzędzia, na przykład reflektometru lub elipsometru.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Pokryj wafel 1,4 μm dodatniego fotorezystu, zaczynając od 90-sekundowej obróbki HMDS w temperaturze 130 °C, a następnie schłodzenia płytki na zimnej płycie, wirowania z odpowiednią prędkością (3 500 obr./min) i 90-sekundowego miękkiego pieczenia w temperaturze 95 °C.</li>
	<li>Za pomocą maski fotolitograficznej i narzędzia do naświetlania naświetlić pożądany wzór otworów, który zostanie później wytrawiony w SiO2 w celu utworzenia przelotek, wyrównanych do znaczników wyrównania, dawka ekspozycji 140 mJ/cm2.</li>
	<li>Wykonaj pojedynczy proces wywoływania kałuży, zaczynając od 90-sekundowego pieczenia w temperaturze 115 °C po ekspozycji, a następnie 60-sekundowego wywoływania przy użyciu wywoływacza i 90-sekundowego pieczenia na twardo w temperaturze 100 °C.</li>
	<li>Użyj mikroskopu, aby sprawdzić, czy otwory w rezyście mają prawidłowe wymiary i czy nakładka na znaczniki wyrównania jest prawidłowa.</li>
	<li>Plazma wytrawia otwory kontaktowe w SiO2. Na przykład użyj wytrawiacza plazmowego triodowego o C2F6/CHF3 36/144 sccm przy 180 mTorr i mocy RF 300 W. W razie potrzeby wykonaj testy szybkości trawienia na płytce testowej, aby zminimalizować nadmierne trawienie do 5%-10% w czasie. 
	Uwaga: Chociaż Ti jest odporny na reaktywne trawienie w tej chemii fluoru, długotrwała ekspozycja na plazmę spowoduje fizyczne wytrawienie warstwy Ti. Jeśli warstwa TiN zostanie wystawiona na działanie plazmy, będzie to miało negatywny wpływ na wzrost CNT12. Nie należy stosować trawienia na mokro, ponieważ spowoduje to zbyt duże poszerzenie otworów, co sprawi, że metalizacja wierzchnia w części 4 będzie problematyczna.</li>
	<li>Usunąć warstwę protektorową Ti przez trawienie na mokro w 0,55% HF przez 60 sekund. Po wytrawieniu opłucz wafle wodą DI, aż rezystywność wody wyniesie 5 MΩ i użyj suszarki do płukania, aby wysuszyć wafle. 
	Uwaga: Za pomocą mikroskopu można sprawdzić, czy warstwa Ti jest wytrawiona, warstwa TiN będzie miała złoto-brązowy kolor, podczas gdy Ti jest metalicznie szara.</li>
</ol>
3. Osadzanie katalizatora i wzrost CNT
<ol>
	<li>Odparować 5 nm Co za pomocą parownika z wiązką elektroniczną. Pompuj do co najmniej 2x10-6 Torr i podgrzej wafle do 60 °C za pomocą lamp pod próżnią przed osadzeniem w celu usunięcia filmu wodnego. Fotorezystor używany do definiowania otworów kontaktowych jest utrzymywany na płytce, aby zapewnić samoczynne wyrównanie katalizatora do otworów kontaktowych w SiO2.</li>
	<li>Usuń Co na zewnątrz otworów kontaktowych przez podniesienie. W przypadku Co stwierdzono, że tetrahydrofuran (THF) daje najlepsze wyniki startu i wzrostu w niskich temperaturach. Stwierdzono, że N-metylo-2-pirolidon (NMP), który był wcześniej używany do unoszenia się po odparowaniu Fe, uszkadza również Co w takim stopniu, aby zapobiec wzrostowi CNT. Umieść wafel na 15 minut w kąpieli ultradźwiękowej z THF w temperaturze 35 °C. Płucz wodą DI przez 5 minut i wysusz za pomocą wirówki lub pistoletu do azotu.</li>
	<li>Sprawdź płytkę pod mikroskopem i sprawdź, czy nie ma pozostałości rezystancji. Jeśli pozostały, wykonaj dłuższą obróbkę ultradźwiękową w THF i opcjonalnie użyj specjalnego miękkiego bawełnianego wacika do celów liftingu, aby ręcznie usunąć pozostałości.</li>
	<li>Wzrost CNT należy przeprowadzić za pomocą niskociśnieniowego chemicznego osadzania z fazy gazowej (LPCVD). Skorzystaj z następującego przepisu: 8-minutowe wyżarzanie wstępne w temperaturze 350 °C przy 700 sccm H2 przy 80 mbar, a następnie wzrost CNT przez dodanie 50 sccm C2H2. W temperaturze 350 °C 60 minut wzrostu daje około 1 μm CNT. W razie potrzeby wykonaj próbny wzrost, aby dostroić wysokość, która powinna mieć taką samą grubość jak warstwa SiO2. Schłodzić reaktor i przedmuchnąć go za pomocą N2.</li>
	<li>Za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego sprawdzić wysokość CNT wewnątrz otworów pod kątem 45° lub przygotowując przekrój poprzeczny.</li>
	<li>Zbadaj próbki za pomocą spektroskopii Ramana w celu określenia krystaliczności CNT18.</li>
</ol>
4. Metalizacja górnej części
<ol>
	<li>Użyj rozpylania magnetronowego, aby zdeponować górny metal. Ponieważ Ti jest dobrym metalem do kontaktu z CNT19, najpierw napyl 100 nm Ti, a następnie 2 μm Al (1% Si) bez przerywania próżni.</li>
	<li>Pokryj wafel dodatnim fotorezystem o grubości 3,1 μm o wyższej lepkości, zaczynając od 90-sekundowej obróbki HMDS w temperaturze 130 °C, a następnie schłodzenia płytki na zimnej płycie, wirowania przy 3 000 obr./min i 90-sekundowego miękkiego pieczenia w temperaturze 95 °C.</li>
	<li>Za pomocą maski fotolitograficznej i narzędzia do naświetlania górny metalowy wzór wyrównany do znaczników wyrównania, dawka ekspozycji 420 mJ/cm2, ostrość -1.</li>
	<li>Wykonaj pojedynczy proces zagospodarowania kałuży. Rozpoczyna się to od 90-sekundowego pieczenia w temperaturze 115 °C po ekspozycji, a następnie 60-sekundowego wywoływania przy użyciu wywoływacza i 90-sekundowego pieczenia na twardo w temperaturze 100 °C.</li>
	<li>Użyj mikroskopu, aby sprawdzić, czy linie w rezyście mają prawidłowe wymiary i czy nakładka na markery jest prawidłowa.</li>
	<li>Wytrawić stos Ti/Al za pomocą wytrawiania plazmowego chlorem. Na przykład przy użyciu plazmy sprzężonej indukcyjnie: 30/40 sccm Cl2/HBr, 5 mTorr, 40/500 W Platen/ICP RF z wykrywaniem punktów końcowych i 80% przetrawienia przy użyciu 15/30 sccm Cl2/HBr.</li>
	<li>Użyj środka do usuwania fotorezystu plazmowego (1 kW, 400 sccm O2 z wykrywaniem punktu końcowego i 2-minutowym przetrawieniem). Jeśli pokrycie metalem nie jest pełne (tj. wokół CNT są otwory), użyj rozpuszczalnika organicznego (np. NMP) do usunięcia fotorezystu, aby zapobiec uszkodzeniu CNT przez plazmę.</li>
	<li>Oczyść wafle. Umieść je na 10 minut w 99% HNO3, a następnie spłucz wodą DI, aż rezystywność wody wyniesie 5 MΩ (czystość organiczna). Użyj suszarki do płukania, aby wysuszyć wafle.</li>
</ol>
5. Pomiary
<ol>
	<li>Użyj skaningowego mikroskopu elektronowego zgodnie z instrukcjami producenta, aby sprawdzić metalizację górnych płytek. 
	Uwaga: W razie potrzeby płytkę można mechanicznie rozszczepić w celu sprawdzenia kompletnej nanorurki węglowej za pomocą nachylenia próbki o 90°, co daje obrazy pokazane na rysunku 3. Ponieważ próbki przewodzą prąd elektryczny, nie trzeba stosować żadnych dodatkowych etapów obróbki, a próbki można montować bezpośrednio w SEM. Ogólnie rzecz biorąc, można stosować wysokie napięcia przyspieszenia 15 lub 20 kV, ale jeśli warstwa SiO2 ładuje się zbyt mocno, można ją zmniejszyć do 5 kV.</li>
	<li>Wykonaj 4-punktowe pomiary I-V sondy za pomocą stacji pomiarowej w połączeniu z półprzewodnikowym analizatorem parametrów, jak opisano na rysunku 1 oraz w Vollebregt et al. 16. 
	Uwaga: Zwykle wystarczające jest przemiatanie napięcia od -0,5 do 0,5 V, ponieważ spadek potencjału na interkonekcie jest w idealnym przypadku niewielki. Dzięki zastosowaniu 4-punktowej konfiguracji sondy, rezystancja styku igieł sondy i rezystancja drutu konfiguracji są pomijane.</li>
</ol>

<ol><li>International Technology Roadmap for Semiconductors. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://public.itrs.net">http://public.itrs.net</a> (2013).</li>
<li>Sun, S. C. Process technologies for advanced metallization and interconnect systems. Technical digest of the IEEE International Electron Devices Meeting. , 765-768 (1997).</li>
<li>Robertson, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Growth+of+nanotubes+for+electronics%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Today%22%5BJournal%5D)">Growth of nanotubes for electronics.</a> Mater. Today. 10 (1-2), 36-43 (2007).</li>
<li>Wei, B. Q., Vajtai, R., Ajayan, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reliability+and+current+carrying+capacity+of+carbon+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Reliability and current carrying capacity of carbon nanotubes.</a> Appl. Phys. Lett. 79 (8), 1172-1174 (2001).</li>
<li>Rossnagel, S. M., Wisnieff, R., Edelstein, D., Kuan, T. S. Interconnect issues post 45nm. Technical digest of the IEEE International Electron Devices Meeting. , 89-91 (2005).</li>
<li>Pop, E., Mann, D., Wang, Q., Goodson, K., Dai, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+Conductance+of+an+Individual+Single-Wall+Carbon+Nanotube+above+Room+Temperature%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Thermal Conductance of an Individual Single-Wall Carbon Nanotube above Room Temperature.</a> Nano Lett. 6 (1), 96-100 (2006).</li>
<li>Chiodarelli, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+the+electrical+resistivity+and+contact+resistance+of+vertical+carbon+nanotube+bundles+for+application+as+interconnects%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Measuring the electrical resistivity and contact resistance of vertical carbon nanotube bundles for application as interconnects.</a> Nanotechnology. 22 (8), 085302(2011).</li>
<li>Choi, Y. -M., et al. Integration and Electrical Properties of Carbon Nanotube Array for Interconnect Applications. Proceedings of the Sixth IEEE Conference on Nanotechnology. , 262-265 (2006).</li>
<li>Dijon, J., et al. Ultra-high density Carbon Nanotubes on Al-Cu for advanced Vias. Technical digest of the IEEE International Electron Devices Meeting. , 33-34 (2010).</li>
<li>Kreupl, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Carbon+nanotubes+in+interconnect+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Microelectron.+Eng%22%5BJournal%5D)">Carbon nanotubes in interconnect applications.</a> Microelectron. Eng. 64 (1-4), 399-408 (2002).</li>
<li>Vereecke, B., et al. Characterization of carbon nanotube based vertical interconnects. Extended Abstracts of the 2012 International Conference on Solid State Devices and Materials. , 648-649 (2012).</li>
<li>Vollebregt, S., Ishihara, R., Derakhshandeh, J., vander Cingel, J., Schellevis, H., Beenakker, C. I. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integrating+low+temperature+aligned+carbon+nanotubes+as+vertical+interconnects+in+Si+technology%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+11th+IEEE+Conference+on+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Integrating low temperature aligned carbon nanotubes as vertical interconnects in Si technology.</a> Proceedings of the 11th IEEE Conference on Nanotechnology. , 985-990 (2011).</li>
<li>Yokoyama, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrical+Properties+of+Carbon+Nanotubes+Grown+at+a+Low+Temperature+for+Use+as+Interconnects%5BTitle%5D)+AND+%22Jpn+J.+App.+Phys%22%5BJournal%5D)">Electrical Properties of Carbon Nanotubes Grown at a Low Temperature for Use as Interconnects.</a> Jpn J. App. Phys. 47 (4), 1985-1990 (2008).</li>
<li>Van der Veen, M. H., et al. Electrical Improvement of CNT Contacts with Cu Damascene Top Metallization. Proceedings of the IEEE International Interconnect Technology Conference. , 193-195 (2013).</li>
<li>Istratov, A. A., Hieslmair, H., Weber, E. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Iron+contamination+in+silicon+technology%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+A%22%5BJournal%5D)">Iron contamination in silicon technology.</a> Appl. Phys. A. 70, 489-534 (2000).</li>
<li>Vollebregt, S., Tichelaar, F. D., Schellevis, H., Beenakker, C. I. M., Ishihara, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Carbon+nanotube+vertical+interconnects+fabricated+at+temperatures+as+low+as+350+%C2%B0C%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Carbon nanotube vertical interconnects fabricated at temperatures as low as 350 °C.</a> 71, 249-256 (2014).</li>
<li>Kikkawa, T., Inoue, K., Imai, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cobalt+silicide+technology%5BTitle%5D)+AND+%22Silicide+Technology+for+Integrated+Circuits%22%5BJournal%5D)">Cobalt silicide technology.</a> Silicide Technology for Integrated Circuits. , The Institution of Engineering and Technology. 77-94 (2004).</li>
<li>Vollebregt, S., Ishihara, R., Tichelaar, F. D., Hou, Y., Beenakker, C. I. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+the+growth+temperature+on+the+first+and+second-order+Raman+band+ratios+and+widths+of+carbon+nanotubes+and+fibers%5BTitle%5D)+AND+%22Carbon%22%5BJournal%5D)">Influence of the growth temperature on the first and second-order Raman band ratios and widths of carbon nanotubes and fibers.</a> Carbon. 50 (10), 3542-3554 (2012).</li>
<li>Lim, S. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contact+resistance+between+metal+and+carbon+nanotube+interconnects%3A+Effect+of+work+function+and+wettability%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Contact resistance between metal and carbon nanotube interconnects: Effect of work function and wettability.</a> Appl. Phys. Lett. 95 (26), 264103(2009).</li>
<li>Ferrari, A. C., Robertson, J. Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon. Phys. Rev. B. 61 (20), 14095-14107 (2000).</li>
<li>Awano, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Carbon+nanotube+via+interconnect+technologies%3A+size-classified+catalyst+nanoparticles+and+low-resistance+ohmic+contact+formation%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Status+Solidi+%28a%29%22%5BJournal%5D)">Carbon nanotube via interconnect technologies: size-classified catalyst nanoparticles and low-resistance ohmic contact formation.</a> Phys. Status Solidi (a). 203 (14), 3611-3616 (2006).</li>
<li>Van der Veen, M. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrical+characterization+of+CNT+contacts+with+Cu+Damascene+top+contact%5BTitle%5D)+AND+%22Microelectron.+Eng%22%5BJournal%5D)">Electrical characterization of CNT contacts with Cu Damascene top contact.</a> Microelectron. Eng. 106, 106-111 (2012).</li>
<li>Horibe, M., Nihei, M., Kondo, D., Kawabata, A., Awano, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+Polishing+Technique+for+Carbon+Nanotube+Interconnects+in+ULSIs%5BTitle%5D)+AND+%22Jpn+J.+App.+Phys%22%5BJournal%5D)">Mechanical Polishing Technique for Carbon Nanotube Interconnects in ULSIs.</a> Jpn J. App. Phys. 43 (9A), 6499-6502 (2004).</li>
<li>Vollebregt, S., Chiaramonti, A. N., Ishihara, R., Schellevis, H., Beenakker, C. I. M. Contact resistance of low-temperature carbon nanotube vertical interconnects. Proceedings of the 12th IEEE Conference on Nanotechnology. , 424-428 (2012).</li>
<li>Fiorentino, G., Vollebregt, S., Tichelaar, F. D., Ishihara, R., Sarro, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+of+the+atomic+layer+deposition+precursors+diffusion+on+solid-state+carbon+nanotube+based+supercapacitors+performances%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Impact of the atomic layer deposition precursors diffusion on solid-state carbon nanotube based supercapacitors performances.</a> Nanotechnology. 26 (6), 064002(2015).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

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...

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.

<table><tbody><tr><td>Si (100) wafel 4 "</td><td>Międzynarodowa usługa</td><td></td><td>waflowa Wytrzymałość: 2-5 m i Omega;-cm, grubość: 525 &mikro; m&nbsp;</td></tr><tr><td>Cel rozpylania Ti (czystość 99,995%)Cel napylania</td> <td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Al (1% Si)-cel napylania (czystość 99,999%)</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Co (czystość 99,95%)</td><td>Kurt J. Lesker</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SPR3012 dodatni fotorezystu</td><td>Dow Electronic Materials</td><td></td><td></td></tr><tr><td>MF-322 deweloper</td><td>Dow Electronic Materials</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HNO3 (99,9%)</td><td>KMG Ultra Pure Chemicals</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HNO3 (69,5%)</td><td>KMG Ultra Pure Chemicals</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HF 0,55%</td><td>Honeywell</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tetrahydrofuran</td><td>JT Baker</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Aceton</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ECI3027 dodatni fotorezystor</td><td>AZ</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ortokrzemian tetraetylu (TEOS)</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>N2 (99.9990%)</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>O2 (99.9999%)</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>CF4 (99.9970%)</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cl2 (99.9900%)</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HBr (99.9950%)</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ar (99.9990%)</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>C2F6 (99.9990%)</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>CHF3 (99.9950%)</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>H2 (99.9950%)</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>C2H2 ( 99.6000%)</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>EVG 120 powlekarka/wywoływacz</td><td>EVG</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ASML PAS5500/80 waferstepper</td><td>ASML</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SPTS &Omega; mega 201 wytrawiacz plazmowy</td><td>SPTS</td><td></td><td>Używany do wytrawiania krzemu i metalu</td></tr><tr><td>SPTS i Sigma; Powlekarka igma</td><td>SPTS</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Novellus Concept One PECVD</td><td>LAM</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Wytrawiacz plazmowy Drytek 384T</td><td>LAM</td><td></td><td>Używany do trawienia tlenkowego</td></tr><tr><td>CHA Solution Parownik wiązki elektronicznej</td><td>CHA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>AIXTRON BlackMagic Pro CVD narzędzie</td><td>AIXTRON</td><td></td><td>Wzrost nanorurek węglowych</td></tr><tr><td>Skaningowy mikroskop elektronowy Philips XL50</td><td>FEI</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Striptizerka plazmowa</td> <td>Tepla 300</td><td>PVA TePla</td><td></td> Resist</tr><tr><td>Płukanko-suszarka Avenger</td><td>Microporcess Technologies Reflekometr</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Leitz</td><td></td><td></td><td>MPV-SP</td></tr><tr><td>Spektroskop Ramana</td><td>Renishaw</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Agilent 4156C Analizator widma parametrów</td><td>Agilent</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Stacja pomiarowa Cascade Microtech</td><td>Cascade Microtech</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

produkcja niskotemperaturowych pionowych połączeń z nanorurek węglowych kompatybilnych z technologią półprzewodnikową

Fabrication of Low Temperature Carbon Nanotube Vertical Interconnects Compatible with Semiconductor Technology

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.

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,...

Przedstawiono metodę hodowli niskotemperaturowych, pionowo ustawionych nanorurek węglowych, a następnie wytwarzania pionowych struktur testowych połączeń elektrycznych przy użyciu wytwarzania półprzewodników.

Produkcja niskotemperaturowych pionowych połączeń z nanorurek węglowych kompatybilnych z technologią półprzewodnikową

We demonstrate a method for the low temperature growth (350 &#176;C) of vertically-aligned carbon nanotubes (CNT) bundles on electrically conductive ...

Ogólnym celem tego procesu jest hodowla pionowo uporządkowanych nanorurek węglowych oraz wytwarzanie struktur testowych do pomiarów elektrycznych z wykorzystaniem standardowych technik półprzewodnikowych. Metoda ta pozwala odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie mikro-rentgenografii, takie jak to, czy pionowo uporządkowane nanorurki węglowe mogą być stosowane jako połączenia międzyukładowe oraz w innych zastosowaniach w układach scalonych. Główną zaletą tej technologii jest jej kompatybilność ze standardową produkcją półprzewodników oraz wystarczająco niska temperatura wytwarzania, która umożliwia integrację z warstwami backend CMOs oraz z niektórymi polimerami.Aby rozpocząć tę procedurę, nanieś dolną metaliczną warstwę próbki za pomocą rozpylania magnetronowego. Wykonaj rozpylanie tytanu, używając czystego tytanowego celu w plazmie argonowej, przy temperaturze podłoża 350 °C w celu uzyskania azotku tytanu. Rozpylanie reaktywne.Przy użyciu kombinacji argonu i azotu, w temperaturze podłoża 350 °C, nanieś warstwę dwutlenku krzemu o grubości 1 µm metodą osadzania z fazy gazowej wspomaganego plazmą (PECVD). Po zakończeniu procesu sprawdź grubość warstwy dwutlenku krzemu za pomocą reflektometru. Następnie pokryj podłoże warstwą pozytywnego fotorezystu o grubości 1,4 µm, przeprowadzając 92-sekundową obróbkę w temperaturze 130 °C; po schłodzeniu podłoża na płytce chłodzącej, wykonaj powlekanie rotacyjne przy 3 500 RPM. Następnie przeprowadź wstępne wygrzewanie (soft bake) podłoża przez 90 sekund w temperaturze 95 °C, używając maski fotolitograficznej i urządzenia do naświetlania.Naświetl pożądany wzór otworów dawką ekspozycji wynoszącą 140 mJ/cm². Następnie przeprowadź pojedynczy proces wywoływania w kąpieli (puddle development), zaczynając od wygrzewania po naświetlaniu (post-exposure bake) w temperaturze 115 °C przez 92 s. Następnie przeprowadź wywoływanie przez 62 s przy użyciu wywoływacza po utwardzaniu (hard baking) w temperaturze 100 °C przez 90 s.Użyj mikroskopu, aby sprawdzić, czy otwory w rezystcie mają odpowiednie wymiary oraz czy nałożenie względem znaczników wyrównania jest poprawne. Następnie wykonaj trawienie plazmowe otworów kontaktowych w dwutlenku krzemu za pomocą trawienia plazmowego Triad. Bardzo ważne jest, aby azotek tytanu nie był wystawiony na działanie plazmy, w przeciwnym razie uniemożliwi to prawidłowy wzrost nanorurek węglowych.Usuń poświęcającą warstwę tytanu poprzez trawienie na mokro w 0,55% kwasie fluorowodorowym przez 60 sekund. Po trawieniu płucz wafle wodą dejonizowaną, aż rezystywność wody osiągnie pięć megaomów. Następnie osusz wafle za pomocą płuczki-suszarki.Na tym etapie należy naparować pięć nanometrów kobaltu za pomocą parownika wiązki elektronów po wypompowaniu układu do ciśnienia co najmniej 2×10⁻⁶ tor. Przed nanoszeniem warstwy należy podgrzać wafery do 60 °C za pomocą lamp w próżni, aby usunąć ewentualną warstwę wody. Następnie należy usunąć kobalt znajdujący się poza otworami kontaktowymi poprzez proces liftoff.Umieść wafelek w kąpieli ultradźwiękowej zawierającej tetra hydro Uran na 15 minut w temperaturze 35 °C. Po zakończeniu procesu płucz dejonizowaną wodą przez pięć minut i osusz za pomocą wirówki. Obejrzyj wafelek pod mikroskopem i sprawdź, czy nie pozostały pozostałości resistu.Opcjonalnie można użyć specjalnego miękkiego patyczka bawełnianego do usuwania zanieczyszczeń, aby ręcznie wytrzeć osady. Jeśli osady nadal występują, należy przeprowadzić dłuższą obróbkę ultradźwiękową w tetrahydrofuranie.Następnie przeprowadź wzrost nanorurek węglowych (CNT) metodą niskociśnieniowego chemicznego osadzania z fazy gazowej. Następnie schłodź reaktor i przedmuchaj go azotem.Aby sprawdzić wysokość CNT wewnątrz otworów przy nachyleniu 45 stopni, należy użyć skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM). Następnie próbki należy poddać analizie za pomocą spektroskopii Ramanowskiej w celu określenia krystaliczności CNT. Wykorzystując napylanie magnetronowe, należy nanieść 100 nanometrów tytanu, a następnie dwa mikrometry aluminium, nie przerywając próżni.Następnie pokryj płytkę 3,1 µm pozytywnego fotorezystu o wyższej lepkości, rozpoczynając od obróbki heksaetylodilanem w 130 °C, gdy płytka zostanie schłodzona na płycie chłodzącej; nanieś warstwę metodą spin coatingu przy 3000 RPM po wstępnym wypalaniu w 95 °C przez 90 s, a następnie naświetl górny wzór metalowy dawką 420 mJ/cm² przy ogniskowej minus jeden, używając maski fotolitograficznej i naświetlarki. Przeprowadź pojedynczy proces wywoływania w kałuży (puddle development), rozpoczynając od wypalania po naświetlaniu w 115 °C.Następnie wykonaj wywoływanie przy użyciu wywoływacza po utwardzaniu w temperaturze 100 °C przez 90 sekund. Użyj mikroskopu, aby sprawdzić, czy linie w rezystcie mają prawidłowe wymiary oraz czy nałożenie względem znaczników jest poprawne. Po tej czynności.Wytraw stos tytanu i aluminium, wykorzystując trawienie plazmą chlorową w układzie z indukcyjnie sprzężoną plazmą, aby usunąć fotorezyst. W przypadku niepełnego pokrycia metalem zastosuj stripper plazmowy tlenowy. Do usunięcia fotorezistu użyj rozpuszczalnika organicznego, takiego jak NMP.Aby zapobiec uszkodzeniu CNT przez plazmę, należy oczyścić wafle, umieszczając je w 99% kwasie azotowym na 10 minut. Płukać wodą dejonizowaną do momentu, aż rezystywność wafla osiągnie pięć mega omów.Na koniec osusz wafle w płuczce z suszarką. Przedstawiony tutaj typowy obraz SEM CNT przed metalizacją jest przydatny do sprawdzenia, czy czas wzrostu został ustawiony prawidłowo, aby uzyskać długość równą grubości warstwy dwutlenku krzemu. Przedstawiony tutaj przekrój tego samego wafla po metalizacji, zbadany za pomocą SEM, może posłużyć do określenia orientacji oraz gęstości CNT.Jeśli do określenia ich średnicy zostanie wykorzystany SEM o wysokiej rozdzielczości, można również zbadać powierzchnię styku między CNT a warstwami metalu. Przedstawione tutaj widma Ramana dla CNT hodowanych na kobalcie w temperaturze 350 °C mogą służyć do badania krystaliczności i optymalizacji parametrów wzrostu CNT w celu uzyskania najwyższej jakości. Pomiary IV przeprowadzono przy użyciu struktur czteropunktowych. Liniowa charakterystyka IV wskazuje na kontakt omowy między CNT a kontaktami metalowymi.Na podstawie rezystancji oraz wymiarów wiązek można obliczyć rezystywność i porównać ją z danymi literaturowymi po zakończeniu procesu. Technika ta utorowała drogę badaczom z zakresu mikroelektroniki do badania zastosowań pionowo wyrównanych nanorurek węglowych w obwodach zintegrowanych. Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać dobrą wiedzę na temat tego, jak hodować pionowo wyrównane nanorurki węglowe przy użyciu chemicznego osadzania z fazy gazowej w otworach przeznaczonych na pionowe połączenia.

fabrication-low-temperature-carbon-nanotube-vertical-interconnects

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Przedstawiamy metody wytwarzania wzorowanych mikrostruktur z pionowo wyrównanych nanorurek węglowych (CNTs) oraz ich zastosowanie jako form macierzystych do produkcji polimerowych mikrostruktur z uporządkowaną nanostrukturą powierzchni. Las nanorurek CNT jest zagęszczany poprzez kondensację rozpuszczalnika na podłożu, co znacznie zwiększa ich gęstość upakowania i umożliwia samokierowane tworzenie kształtów 3D.

Wytwarzanie, zagęszczanie i odlewanie replik trójwymiarowych mikrostruktur z nanorurek węglowych

Ten artykuł opisuje prostą metodę wytwarzania pionowo ustawionych matryc nanorurek węglowych za pomocą CVD, a następnie dostrajania ich właściwości zwilżania poprzez wystawienie ich na wyżarzanie próżniowe lub obróbkę utleniania na sucho.

Procesy utleniania na sucho i wyżarzania próżniowego w celu dostrojenia właściwości zwilżających matryc z nanorurek węglowych

Opisano wytwarzanie elektrycznie adresowalnych, o wysokim współczynniku proporcji (&gt; 1000:1) metalowych nanodrutów oddzielonych przerwami pojedynczych nanometrów przy użyciu albo warstw protektorowych aluminium i srebra, albo samoorganizujących się monowarstw jako szablonów. Te struktury nanoszczelinowe są wytwarzane bez pomieszczenia czystego lub jakichkolwiek procesów litograficznych wykorzystujących wiązkę foto- lub elektronów za pomocą litografii krawędziowej znanej jako nanoskiving.

Wytwarzanie nanoluk za pomocą Nanoskiving

Opisujemy protokół produkcji i pomiaru urządzeń dla biosensorów wysokiej częstotliwości opartych na nanorurkach węglowych. Technika wykrywania wysokiej częstotliwości łagodzi podstawowy efekt ekranowania jonowego (Debye) i umożliwia pracę biosensora z nanorurkami w roztworach o wysokiej sile jonowej, w których zawodzą konwencjonalne bioczujniki elektroniczne. Nasza technologia stanowi unikalną platformę dla elektronicznych bioczujników przyłóżkowych (POC) działających w warunkach fizjologicznie...

Wytwarzanie nanoelektronicznego biosensora wysokiej częstotliwości z nanorurek węglowych do wykrywania w roztworach o wysokiej sile jonowej

Przedstawiamy prostą metodę wytwarzania ultrawysokiej gęstości pionowo uporządkowanych małocząsteczkowych nanodrutów organicznych. Metoda ta pozwala na syntezę złożonych, heterostrukturalnych hybrydowych geometrii nanodrutów, które można niedrogo hodować na dowolnych podłożach. Struktury te mają potencjalne zastosowania w elektronice organicznej, optoelektronice, detekcji chemicznej, fotowoltaice i spintronice.

Układ ultrawysokiej gęstości pionowo ustawionych małocząsteczkowych nanodrutów organicznych na dowolnych podłożach

Opisano metodę trwałego łączenia dwóch płytek krzemowych w celu uzyskania jednolitej obudowy. Obejmuje to przygotowanie płytek, czyszczenie, klejenie RT i procesy wyżarzania. Powstałe połączone płytki (komórki) mają jednorodność obudowy ~1%1,2. Uzyskana geometria pozwala na pomiary zamkniętych cieczy i gazów.

Wytwarzanie jednolitych wnęk w nanoskali za pomocą bezpośredniego łączenia płytek krzemowych

Przedstawiono metodę wytwarzania, w warunkach otoczenia, organicznych tandemowych urządzeń fotowoltaicznych w konfiguracji równoległej. Urządzenia te wyposażone są w uzdatnioną powietrzem, półprzezroczystą wspólną katodę z nanorurek węglowych.

Metoda otoczenia do produkcji wspólnej katody z nanorurki węglowej bramkowanej jonowo w tandemowych organicznych ogniwach słonecznych

W tym artykule pokazano dielektroforezę wspomaganą przepływem dla samoorganizacji urządzeń nanoprzewodowych. Jako przykład pokazano wytwarzanie tranzystora polowego z nanodrutu krzemowego.

Dielektroforeza wspomagana przepływem: tania metoda wytwarzania wysokowydajnych urządzeń nanoprzewodowych przetwarzalnych w roztworze

Artykuł ma na celu wprowadzenie standardowej i niezawodnej procedury produkcji dla rozwoju przyszłej niskowymiarowej nanoelektroniki.

Standardowa i niezawodna metoda wytwarzania dwuwymiarowej nanoelektroniki

Tutaj opisujemy metody mikrofabrykacji pionowo ustawionych nanowłókien węglowych (VACNF), przenoszenia VACNFów na elastyczne podłoża i stosowania VACNFów zarówno na sztywnych, jak i elastycznych podłożach do roślin w celu dostarczania biomolekuł i barwników.

Stosowanie pionowo ustawionych układów nanowłókien węglowych na sztywnych lub elastycznych podłożach do dostarczania biomolekuł i barwników do roślin

Ten artykuł przedstawia zoptymalizowany, oparty na doświadczeniu protokół wytwarzania wysokiej jakości urządzeń z supersieci mory na bazie grafenu z precyzyjnymi kątami skrętu, wykorzystując zmodyfikowaną technikę suchego transferu opartą na wysoce przestrajalnym, niestandardowym zestawie transferu.

Zoptymalizowana procedura produkcji wysokiej jakości urządzeń z efektu mory superkratowej na bazie grafenu

Poznaj metodę wytwarzania pionowych połączeń z nanorurek węglowych przy niskiej temperaturze, kompatybilną z technologią półprzewodnikową. Technika ta umożliwia integrację nanorurek w układy scalone.

Produkcja niskotemperaturowych pionowych połączeń z nanorurek węglowych kompatybilnych z technologią półprzewodnikową

Przeglądaj więcej filmów