Engineering

Yarıiletken Teknolojisi ile uyumlu Düşük Sıcaklık Karbon Nanotüp Dikey Bağlantıları Fabrikasyon

Published: December 7, 2015 doi: 10.3791/53260

¹Department of Microelectronics, Delft University of Technology

Introduction

Bakır ve tungsten, şu anda devlet-of-the-art çok-büyük ölçekli entegrasyon (VLSI) teknolojisinde ara bağlantı için kullanılan metaller, güvenilirlik ve elektrik iletkenliği ¹ açısından fiziksel sınırlarının yaklaşıyor. Aşağı-ölçekleme transistörler genellikle performansı artırır iken, aslında direnç ve interconnect'lerdeki akım yoğunluğunu arttırır. Bu gecikme ve güç tüketimi ² açısından entegre devre (IC) bir performans hakim ara bağlantı ile sonuçlanmıştır.

Karbon nanotüpler (CNT) dikey interconnet CNT olarak (yollar,) ^kolayca 3 dikey büyümüş olabilir özellikle, Cu ve W madensel alternatif olarak ileri sürülmüştür. CNT Cu ⁴ den 1000 katı daha yüksek akım yoğunluğu bir ile tamamen mükemmel elektriksel güvenilirlik gösterilmiştir. Ayrıca, CNT yüzey ve tane sınırı saçılma muzdarip değil, hangi r artıyornanometre ölçeğinde ⁵ de Cu esistivity. Son olarak, CNT VLSI fiş ısı yönetimi yardımcı olabilir mükemmel termal iletken ^6, olduğu gösterilmiştir.

VLSI teknolojisi CNT başarılı entegrasyon için CNT büyüme süreçleri yarı iletken fabrikasyon uyumlu yapılmış olması önemlidir. Bu malzeme ve büyük ölçekli imalat uyumlu ve ölçeklenebilir kabul edilir ekipman kullanılarak CNT (<400 ° C) düşük sıcaklık büyümesini gerektirir. CNT Test yolların bir çok örneği literatürde ^{7,8,9,10,11,12,13,14} gösterilmiştir olsa da, bunların çoğu IC kontaminant ¹⁵ imalat olarak kabul edilir, katalizör olarak Fe kullanımı. Bunun yanı sıra, bu çalışmaların birçoğunda kullanılan büyüme sıcaklığı 400 ° C üst sınırının çok daha yüksektir. Tercihen CNT hatta modern düşük κ yalıtkanların veya esnek ile entegrasyon sağlamak amacıyla, 350 ° C'nin altında yetiştirilen olmalıdıryüzeyler.

Burada katalizör ¹⁶ VR ile 350 ° C kadar düşük sıcaklıklarda CNT yetiştirmek için ölçeklenebilir bir yöntem sunulmaktadır. Bu yöntem, entegre devreler dik olarak sıralanmaktadır CNT oluşan farklı elektrik yapıların imal edilmesi, süper kondansatör ve alan emisyon cihazlara ara-bağlantısı ve elektrotların arasında değişen için ilgi çekmektedir. TiN sık kullanılan bariyer malzemesi ⁷ ise Co katalizör metal genellikle, silisid en ¹⁷ imalatı için IC imalat alanlarında kullanılmaktadır. Ayrıca, yalnızca standart yarıiletken imalat teknikleri kullanarak CNT Test VIAS imal edilmesi için bir işlem ortaya koymaktadır. Bu grubu, CNT testi yollar, elektron mikroskobu (SEM) ve Raman spektroskopisi ve elektriksel karakterize tarayarak tarafından denetlenir, imal edilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Dikkat: Kullanmadan önce ilgili tüm malzeme güvenlik bilgi formlarını (MSDS) danışın. Bu üretim işleminde kullanılan kimyasalların çeşitli akut olarak toksik ve kanserojen bulunmaktadır. Nanomalzemeler onların toplu meslektaşı ile karşılaştırıldığında ek tehlikeler olabilir. Mühendislik kontrolleri (davlumbaz) ve kişisel koruyucu ekipman (koruyucu gözlük, eldiven, temiz oda giysiler) kullanımı da dahil olmak üzere, ekipman, kimyasal madde veya Nanomalzemelerin ile çalışırken tüm uygun güvenlik uygulamalarını kullanın.

Litografi 1. Hizalama Marker Tanımı

Ya n ya da p-tipi doping ile tek taraflı cilalı endüstriyel notu Si (100) gofret ile başlayın.
Coat pozitif Fotorezist 1.4 mikron ile gofret. Uygun bir hızda (3500 rpm) soğuk levha, spin-kaplama üzerinde gofretin soğutulması ve ardından ışığa, yapışmasını teşvik etmek için 130 ° C'da bir 90 sn heksametildisilazan (HMDS) tedavisi gerçekleştirin ve 90 sn, yumuşak bir fırındat 95 ° C.
Bir foto-litografi maskesi kullanma ve pozlama aracı Hizalama işaretlerini açığa pozlama dozu 120 mJ / ^cm _2.
Tek bir su birikintisi gelişim süreci gerçekleştirin. Karşı tedavi 100 ° C'de geliştirici ve 90 sn sabit fırında kullanarak 60 sn gelişimi ardından 90 sn 115 ° C maruziyet sonrası fırında, gerçekleştirin.
Karşı delikler doğru boyutları ise incelemek için mikroskop kullanın.
Si klor plazma aşındırma kullanılarak 120 nm aşındırma. Bu kalınlık Bu çalışmada kullanılan poz aracının otomatik hizalama sistemleri için iyi bir kontrast sağlar. 20/40 sccm _O 2 / CF _4, 5 mTorr, 60/500 W merdane / ICP RF gücü, Cl ₂ 80/40 sccm'lik ardından 10 sn oksit atılım dağlama, / HBr: endüktif birleştiğinde plazma (ICP) kullanılarak, örneğin 60 mTorr, 20/500 W merdane / ICP RF gücü, 35 sn Si etch.
Işığa (1 kW, endpo 400 sccm _O 2 kaldırmak için bir oksijen plazma striptizci kullanınint algılama ve 2 dakika overetch). Fotorezist aseton gibi, plazma, normal bir çözücü ile tedavi gibi kullanılamaz.
Gofret temizleyin. Su direnci 5 M? (Organik temiz) olana kadar ilk DI su içinde durulama izledi% 99 HNO _3, 10 dakika boyunca koydu. Su direnci 5 M? (Temiz metal) olana kadar 110 ° C'de 65% HNO ₃ içinde 10 dakika süreyle gofret, bu temiz sonra DI su ile çalkalayın. Gofret kurutmak için rinser kurutma makinesi kullanın.

2. Alt Metal ve Interlayers Dielektrik Biriktirme

Aracılığıyla testin alt metal tabaka yatırmak için manyetik alanda sıçratma kullanın. Ti 500 nm, TİN 50 nm ve 100 nm Ti üç metal katman yığını tevdi edilmesi gerekmektedir. İlk Ti katman yığınının direncini azaltmak için, TiN CNT büyüme için gerçek bir destek katmanı, ve _SİO2 tabakası ¹² gravür, üst Ti plazma hasara karşı korumaktır TİN N2 bir arada kullanabilirsiniz.
Plazma geliştirilmiş kimyasal buhar birikimi (PECVD) kullanarak _SiO2 bir 1 um kalınlığında bir katman bırakır. Burada tetraetil ortosilikat (TEOS), 350 ° C'lik bir sıcaklıkta ön levha olarak kullanılmaktadır.
1. Uygun bir alet kullanarak _SiO2 tabakasının kalınlığı, örneğin, bir reflektometre ve elipsometre edin.
Kaplama uygun bir hızda (3500 rpm) soğuk levha, spin-kaplama üzerinde gofretin soğutulması ve ardından 130 ° C de 90 sn HMDS tedavisi ile başlayan pozitif fotorezist 1,4 um, gofret ve yumuşak bir 90 sn 95 ° C 'de fırında.
Bir foto-litografi maskesi ve pozlama aracını kullanarak, daha sonra SiO ₂ t kazınmış olacak açıklıkların istenilen desen, maruzo hizalama işaretleri hizalanmış VIAS oluşturmak, pozlama dozu 140 mJ ^/ cm _2.
100 ° C'de geliştirici ve 90 sn sabit fırında kullanarak 60 sn gelişimi ardından 90 sn 115 ° C maruziyet sonrası fırında ile başlayan tek bir su birikintisi geliştirme süreci, gerçekleştirin.
Karşı delikler doğru boyutları ve hizalama işaretleri ile bindirme doğruysa eğer incelemek için mikroskop kullanın.
Plazma SiO ₂ kişi açıklıklar etch. Örneğin, C _{2 F} 6 ile bir triyot plazma yakıcısı kullanmak / CHF ₃ 36/144 sccm 180 mTor ve 300 W RF güçte. Eğer gerekli ise, zaman içinde 5% -10% için asitlenir üzerinde en aza indirmek için bir test gofret aşındırma oranı testleri.
Not: Ti, bu flor kimyasında reaktif aşındırma dirençli olmasına rağmen, plazma uzun süre maruz kalma Ti tabakası fiziksel aşındırma ile sonuçlanacaktır. Ince tabaka plazmaya maruz kalırsa, bu negatif bir influen olacaktırCNT ¹² büyümesi üzerine ce. Bu açıklıkların çok genişlemesi neden olacaktır olarak kısmen 4. sorunlu üst metalizasyonun yapma, ıslak aşındırma kullanmayın.
60 saniye boyunca% 0.55 HF ıslak aşındırma yoluyla kurban Ti katmanı kaldırın. Su direnç kadar DI suyla durulayın gofret dağlama sonra 5 M? Ve gofret kurutmak için rinser kurutma makinesi kullanın.
Not: Ti metalik gri ise Ti tabakası kazınmış eğer kontrol edilebilir bir mikroskop kullanarak, TiN tabakası altın-kahverengi renk olacaktır.

3. Catalyst Biriktirme ve CNT Büyüme

Bir e-ışın buharlaştırıcı kullanılarak Co 5 nm buharlaşır. En az 2x10 ^-6 Torr kadar aşağı Pompa ve herhangi bir su filmi kaldırmak için yatırma önce vakum altında lambalar kullanılarak 60 ° C'ye kadar ısıtın gofret. Fotoğraf karşı kontakt açıklıklar sağlamak üzere kullanılan SiO ₂ kişi açıklıklar katalizörün kendini uyum sağlamak için gofret tutulur.
Kaldırasansör-off temas açıklıklar dışında Co. Co için, tetrahidrofuran (THF), düşük sıcaklıklarda iyi kalkış sonuçları ve büyüme sağladığı bulunmuştur. Daha önce Fe buharlaştırmadan sonra bir hareket başlangıcı için kullanılan N-metil-2-pirolidon (NMP), hasar bulunmuştur Co da böyle bir ölçüde herhangi hizalanmış CNT büyümesini önlemek için. 35 ° C'de, THF ile bir ultrasonik banyoda 15 dakika için gofret koyun. 5 dakika boyunca DI suyla durulayın ve bir dönücü veya azot tabancası kullanarak kurutun.
Mikroskop altında gofret kontrol edin ve artıkları karşı kontrol edin. Kalıntıları elle kalıntılarını silip için kalkış amaçlı özel bir yumuşak pamuklu bir bez kullanın, isteğe bağlı olarak THF uzun bir ultrasonik tedavi gerçekleştirmek ve kalırsa.
Düşük basınçlı kimyasal buhar çöktürme (LPCVD) ile CNT büyüme gerçekleştirin. 50 sccm C _{2 H} 2 ekleyerek CNT büyüme izledi 80 mbar, 700 sccm'lik H ₂ ile 350 ° C'de 8 dakika ön tavlama: Aşağıdaki tarifi kullanın. 350 ° C'de, 60büyüme dakika yaklaşık 1 um CNT verir. Gerekirse ayarlamak için bir test büyüme SiO ₂ tabaka olarak aynı kalınlıkta olmalıdır yükseklik, gerçekleştirin. Reaktörü soğutun ve N ₂ kullanarak temizlemek.
Ya da bir kesite hazırlanmasıyla 45 ° eğim altındaki çıkış bölümünün içinde CNT yüksekliğini kontrol etmek için bir tarama elektron mikroskopu kullanın.
CNT ¹⁸ kristalliğini belirlemek için Raman spektroskopisi kullanarak örnekleri inceleyin.

4. Borda Metalleştirme

Üst metal yatırmak için manyetik alanda sıçratma kullanın. Ti CNT ¹⁹ temas etmek için iyi bir metal gibi, birinci vakum bozmadan Al (% 1 Si) 2 um, ardından Ti 100 nm, saçılırlar.
Kaplama 3000 rpm'de soğuk levha, spin-kaplama üzerinde gofretin soğutulması ve ardından 130 ° C de 90 sn HMDS tedavisi ile başlayan yüksek bir viskoziteye sahip pozitif fotorezist 3,1 um, ve 90 sn, yumuşak fırında de gofret 95° C.
Bir foto-litografi maskesi ve pozlama aracını kullanarak hizalama işaretleri hizalanmış üst metal deseni, maruz kalma dozu 420 mJ / cm ^2, -1 odağı maruz.
Tek bir su birikintisi gelişim süreci gerçekleştirin. Bu, 100 ° C de bir geliştirici ve 90 saniye sabit fırında kullanılarak 60 sn geliştirilmesi yolu ile, ardından 90 saniye 115 ° C maruziyet sonrası fırında ile başlar.
Karşı çizgiler doğru boyutları ve işaretlere bindirme doğruysa eğer incelemek için mikroskop kullanın.
Klor plazma aşındırma kullanarak Ti / Al yığını etch. Endüktif birleştiğinde plazma kullanılarak Örneğin: 30/40 sccm Cl ₂ / HBr, 5 mTorr, uç nokta tespiti ve% 80 overetch ile 40/500 W Platen / ICP RF güç 15/30 sccm Cl ₂ / HBr'nin kullanarak.
Işığa (1 kW, uç nokta tespiti ve 2 dakika overetch 400 sccm O ₂₎ kaldırmak için bir oksijen plazma striptizci kullanın. Metal kapsamı tam değilse (yani, iğne delikleri etrafında vardırCNT) CNT plazma hasar görmesini önlemek için, ışığa kaldırmak için bir organik çözücü (örneğin NMP) kullanın.
Gofret temizleyin. Su direnci 5 M? (Organik temiz) olduğu kadar DI su ile çalkalayın% 99 HNO _3, 10 dakika boyunca koyun. Gofret kurutmak için rinser kurutma makinesi kullanın.

5. Ölçümler

Gofret üst metalleşme kontrol etmek için üreticinin talimatlarına göre taramalı elektron mikroskobu kullanın.
Not:. Şekil 3 'de gösterildiği gibi gofret mekanik görüntü ile sonuçlanan 90 °' lik bir eğim kullanılarak örnek yoluyla tam CNT kontrol etmek için bölünebilen Gerektiğinde numuneleri, elektriksel olarak iletken olduğu için ek bir tedavi adım kullanılmak üzere ve Numuneler doğrudan SEM içine monte edilebilir. Genel olarak, 15 ya da 20 kV yüksek ivmeli voltajının, ancak _SİO2 tabakası eğer çok fazla Bu azaltılabilir t kadar şarj edilir5 kV o.
4-nokta gerçekleştirme Şekil 1 ve Vollebregt ve ark., ¹⁶ de tarif edildiği gibi bir yarı-iletken bir parametre analizörü ile bir arada bir prob istasyonu kullanılarak prob IV ölçümleri.
Not: Bir ara bağlantısı üzerindeki potansiyel damla ideal küçük Normalde -0.5 V 0.5 bir gerilim süpürme, yeterlidir. 4-noktalı prob kurulumu kullanarak prob iğne ve kurulum tel dirençler temas direnci ihmal edilmiştir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Bu çalışmada kullanılan ölçüm yapısının tasarımı, Şekil 1 'de bulunabilir. Prob, tel dirençleri atlatılabilir olarak CNT demeti direnci ve metal CNT dirençleri ölçümü doğru olarak belirlenebilir, böyle bir yapının kullanılması suretiyle. Demetin direnci CNT demetinin kalitesi ve yoğunluğu için bir ölçüdür. Farklı uzunluklarda temas direnci demetleri belirlemek için ölçülür.

45 ° hızıyla metalle önce üst alınan 60 dakika boyunca 350 ° C 'de yetiştirilen CNT tipik bir SEM görüntüsü Şekil 2' de gösterilmiştir. Bu tür bir görüntü kontrol etmek için yararlıdır CNT büyüme süresi doğru üzere ayarlanmışsa _SiO2 tabakanın kalınlığı da aynı uzunluğu elde etmek. Metalle ardından aynı gofretin SEM ile kontrol mekanik ayrışması hazırlanan bir kesiti, Şekil 3 'de gösterilmiştir. Bu olabilir be, bunların yoğunluğu (örneğin, birim uzunluk başına CNT sayısını saymak) CNT farklılıklarını belirlemek için kullanılabilir, ve yüksek çözünürlük halinde SEM ve bunların çapını belirlemek için kullanılır. Ayrıca CNT ve metal katmanlar arasındaki temas yüzeyi araştırılabilir.

350 ° C 'de Co-yetiştirilen CNT Raman spektrası Şekil 4'te gösterilir. Raman spektroskopisi CNT ¹⁸ kristal araştırmak için güçlü bir tekniktir ve örneğin en yüksek elde etmek için CNT büyüme parametrelerini optimize etmek için kullanılabilir Kaliteli CNT. IV ölçümleri dört nokta prob yapıları kullanılarak yapılmıştır ve IV davranışı doğrusal olduğunda, CNT ve metal kontaklar arasındaki omik kartviziti gösterir. Şekil 5'de görüntülenir. Yamaç elektrik direnç tespit edilebilir. Direniş ve bu CNT demetleri ile karşılaştırıldığında direnç hesaplanabilir demetleri boyutunda itibarenŞekil 6'da edebiyat.

figür 1
Koyu sarı tabaka TİN, siyah borular CNT demetleri gösterir Şekilde Şekil Bu çalışmada kullanılan 4-noktalı prob ölçüm yapısının 1. Tasarım., Ve metalik katman Ti ve Al yığını. Gözden çıkarılabilir tabaka, Ti, açıklık amacıyla çıkarılmıştır ve oksit yarı saydamdır. Elektrik 4-noktalı prob ölçümleri için prob bağlantıları gösterilir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 2,
Bir CNT demet Şekil 2. Üst görünüm SEM görüntüsü. Bu iç kazınmış bir kontak açıklığı yetiştirilen 2 mikron genişliğinde CNT demeti göstermektedirSiO _2. Bu rakam Elsevier izni ile, ^{16 ila} modifiye edilmiştir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 3,
Şekil ile CNT 3. SEM enine kesit. Üzeri 2 um genişliğinde ve 1 mikron uzunluğunda CNT test kesiti metalle sonrası mekanik klivaj kullanılarak hazırlandı. Bu rakam Elsevier izni ile, ^{16 ila} modifiye edilmiştir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 4,
Co, bir kullanılarak yetiştirilen CNT paket Şekil 4. Raman spektrumu t 350 ° C. Raman bantların isimleri belirtilmiştir. Siyah eğri ham ölçüm verilerini görüntüler. Bir Lorentz uydurma yapılır tüm gruplar için bir Gauss ¹⁸ tarafından takılmıştır D 'grubu hariç, (yeşil eğrileri kesik). Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 5,
Düz çizgi ölçüm verileri uydurma doğrusal en küçük kareler işaret ederken, farklı çaplarda CNT testi yolların Şekil 5. IV ölçümleri. Sembolleri, ölçüm verileri temsil eder. Doğrusal montaj eğiminden belirlendiği gibi farklı yolların elektrik dirençleri belirtilmiştir. Bu rakam Elsevier izni ile, ^{16 ila} modifiye edilmiştir.tp_upload / 53260 / 53260fig5large.jpg "target =" _ blank "> bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 6,
Şekil literatürdeki değerlerle CNT paket direnç 6. karşılaştırılması. Özdirenç direnci ve boyutlar üzerinden hesaplanır. Bu literatür değerleri ile karşılaştırıldı ve CNT yollar, bu çalışmada açıklanan yöntem kullanılarak, farklı sıcaklıklarda imal edilir. Bu rakam Elsevier izni ile, ^{16 ila} modifiye edilmiştir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Şekil 1, bu çalışmada imal yapısının şematik genel bakışını gösterir ve bu 4-nokta prob ölçümleri için kullanıldı. Potansiyel hiçbir akım taşıyan problar ile ölçülür gibi, merkezi CNT demeti ve metal olan kişiler üzerinde tam potansiyel damla _(VH -V _L) ölçülebilir. Büyük çaplı CNT demetleri akım zorlama problar için toplam direncini azaltmak ve merkezi CNT paket üzerindeki potansiyel düşüş maksimize etmek için, kontak pedleri gelen alt TiN katmanını temas için kullanılır.

Şekil 2'den görülebileceği gibi, başarılı bir şekilde CNT delikten (1 mm) derinliği yaklaşık olarak aynı bir uzunluğa sahip SiO ₂ kazınmış çıkış bölümünün içinde büyütülmüştür. Bu CNT uzunluğu üst metal temas konformal bir kaplama elde etmek amacıyla, yaklaşık delik derinliği ile aynı olduğundan çok önemlidir. Demetleri un görünürAyrıca, metal dış kaplama yardımcıları iform. Tüplerin doğrusallık ve dikey hizalama iyi Şekil 3'te gösterildi kesitte görülebilir. Sayarak CNT paket yoğunluğu yaklaşık 5x10 ¹⁰ tüp / ^cm2 olduğu tahmin edilmiştir. Başka bir ^{yerde, 16} gösterildiği gibi transmisyon elektron mikroskopisi tüpler ortalama çapı kullanılarak, 8 nm olduğu tespit edilmiştir. Nedeniyle düşük büyüme sıcaklıklara CNT duvarları zor duvarların sayısını belirleyen yapma birçok kusurları içerir. Borular, bambu geçitleri gözlenmiştir, ancak, içi boş göbeğe sahip görünmektedir. Enine-kesiti aynı zamanda taban ince tabaka ve kısmen ıslak aşındırma sırasında SiO ₂ altında uzaklaştırılır gözden çıkarılabilir Ti tabakasını gösterir. Delikler birbirine geçici Ti tabakası yakma süresi kapalı konursa oksit ince tabakalara ayrılmalarını önlemek için underetch en aza indirmek için optimize edilmesi gerekebilir. Nedeniyle deliğin kuru-hakketme içinSiO ₂ ve CNT paket arasındaki mesafe CNT paket etrafında kısa devre oluşturan püskürtülen Ti ve Al önlemek için gerekli olan çok az.

CNT Raman veri kristallikte (veya kalite) kullanılarak araştırılabilir. Farklı Raman bantları bantların her-diğer deconvolution yakın yerde olduğu gibi ¹⁸ açıklandığı gibi, gereklidir. Şekil 4'te Raman verilerden güçlü D ve D 'grubu, gözlenebilir G grubu CC bağ ile ilişkili iken, kusurlar dağılma Raman neden olan açıktır. Diğer iki bant daha doğru montaj için dahil edilmiştir zayıf Raman özellikleridir.

Bilindiği gibi bir düşük değerli CNT kaliteye ¹⁸ genel sonuçlar, düşük büyüme sıcaklığı. Genellikle G yoğunluk oranının üzerinde D (I _{g / d)} Şekil 4'te 1.1 grafitik malzemelerin kalitesini değerlendirmek için kullanılır. Edildiğini Asörneğin Ferrari ve Robertson ²⁰ tarafından gösterilen tr, bakım, yalnızca bu bant oranı kullanılırken alınmalıdır. Oranı monoton olarak azalır, bundan sonra CNT artan kalite, kristalleştirme bir miktar elde edilinceye kadar ilk _{önce, D / G} oranı arttıkça, ile. Son derece düşük bir büyüme sıcaklığı CNT bu çalışmada bu eşiğin altına ¹⁶ bir kristalliğe sahip görünmektedir. Bu gibi durumlarda, D bandının yarı maksimum tam genişlikli farklı işlem koşulları ¹⁸ imal CNT örnekleri karşılaştırma için kullanılabilir. Bu CNT düşük kaliteli ölçüde elektrik performansını etkilemesi beklenebilir.

Şekil 5'te IV özelliklerinin neredeyse tamamen lineer davranış bakılırsa, CNT ve üst ve alt metal katmanları arasındaki temasların omik bulunmaktadır. Demetin direnci CNT Paral hazırla more olarak beklenen çapı azalırDaha büyük demetleri için lel. CNT ve metaller arasındaki iyi iletişim Ti ¹⁹ kullanımına atfedilen ve oksidasyona ²¹ karşı daha dayanıklı olduğu TiN olduğunu. Bunun yanı sıra, biz nedeniyle büyütüldükten sonra CNT herhangi bir dielektrik kaplama adımlarının olmaması nedeniyle, çoğu zaman, kimyasal, mekanik cilalama (CMP) ^22,23 ile birlikte literatürde yaygın olarak kullanılan bir şey (örneğin spin-on cam kullanılarak) bulundu CNT temas direnci nedeniyle üst metal ²⁴ CNT ipuçları gömme düşüktür.

Şekil 6 yapıldığı gibi CNT, literatürle demetleri arasında özdirençler karşılaştırıldığında, sonuçlar literatürdeki ortalama değerleri arasında yer almaktadır. Ancak, bu çalışmada kullanılan gelişme sıcaklığı rekor düşük. Yokoyama ve ark sonuçları. ¹³ sadece 40 ° C daha yüksek büyüme sıcaklığı kullanılarak literatürde düşük özdirenç vardır. Ancak, ekipman Co par için kullanılanişlerinde TICLE biriktirme olasılıkla büyük hacimli üretime ölçeklenebilir değildir. Açıkça direnç daha yüksek bir büyüme sıcaklıkları sağlayan bir uygulama için avantajlı olabilir büyüme sıcaklığının, artması ile azalmaktadır. CNT direncine karşılaştırılması Cu gibi geleneksel ara-bağlantı metallerden (1,7 μΩ-cm) demetleri, bu direnç güçlü bir azalma gerekli olduğu açıktır. CNT ve paket yoğunluğu kalitesinin artırılması, büyüme koşullarını optimize ederek, gerekli olacaktır. Bu modern düşük κ malzeme ve esnek yüzeylerde ile entegrasyon sağlamak amacıyla, büyüme sıcaklığı artırmadan yapılmalıdır.

Böylece standart yarıiletken üretiminde içine düşük sıcaklık CNT büyüme ve entegrasyon entegre bir teknik göstermiştir. Bu teknik testi yapıları aracılığıyla CNT imal etmek için kullanılan olmuştur ve son zamanlarda CNT süper kapasitörler ²⁵ üretim için uygulanmıştır ^</ sup>.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Si (100) wafer 4"	International Wafer Service		Resisitivity: 2-5 mΩ-cm, thickness: 525 µm
Ti-sputter target (99.995% purity)	Praxair
Al (1% Si)-sputter target (99.999% purity)	Praxair
Co (99.95% purity)	Kurt J. Lesker
SPR3012 positive photoresist	Dow Electronic Materials
MF-322 developer	Dow Electronic Materials
HNO₃ (99.9%)	KMG Ultra Pure Chemicals
HNO₃ (69.5%)	KMG Ultra Pure Chemicals
HF 0.55%	Honeywell
Tetrahydrofuran	JT Baker
Acetone	Sigma-Aldrich
ECI3027 positive photoresist	AZ
Tetraethyl orthosilicate (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/developer	EVG
ASML PAS5500/80 waferstepper	ASML
SPTS Ωmega 201 plasma etcher	SPTS		Used for Si and metal etching
SPTS Σigma sputter coater	SPTS
Novellus Concept One PECVD	LAM
Drytek 384T plasma etcher	LAM		Used for oxide etching
CHA Solution e-beam evaporator	CHA
AIXTRON BlackMagic Pro CVD tool	AIXTRON		Carbon nanotube growth
Philips XL50 scanning electron microscope	FEI
Tepla 300	PVA TePla		Resist plasma stripper
Avenger rinser dryer	Microporcess Technologies
Leitz MPV-SP reflecometer	Leitz
Renishaw inVia Raman spectroscope	Renishaw
Agilent 4156C parameter spectrum analyzer	Agilent
Cascade Microtech probe station	Cascade Microtech

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

International Technology Roadmap for Semiconductors. , Available from: http://public.itrs.net (2013).
Sun, S. C. Process technologies for advanced metallization and interconnect systems. Technical digest of the IEEE International Electron Devices Meeting. , 765-768 (1997).
Robertson, J. Growth of nanotubes for electronics. Mater. Today. 10 (1-2), 36-43 (2007).
Wei, B. Q., Vajtai, R., Ajayan, P. M. Reliability and current carrying capacity of carbon nanotubes. Appl. Phys. Lett. 79 (8), 1172-1174 (2001).
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).
Pop, E., Mann, D., Wang, Q., Goodson, K., Dai, H. Thermal Conductance of an Individual Single-Wall Carbon Nanotube above Room Temperature. Nano Lett. 6 (1), 96-100 (2006).
Chiodarelli, N., et al. Measuring the electrical resistivity and contact resistance of vertical carbon nanotube bundles for application as interconnects. Nanotechnology. 22 (8), 085302 (2011).
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).
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).
Kreupl, F., et al. Carbon nanotubes in interconnect applications. Microelectron. Eng. 64 (1-4), 399-408 (2002).
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).
Vollebregt, S., Ishihara, R., Derakhshandeh, J., vander Cingel, J., Schellevis, H., Beenakker, C. I. M. Integrating low temperature aligned carbon nanotubes as vertical interconnects in Si technology. Proceedings of the 11th IEEE Conference on Nanotechnology. , 985-990 (2011).
Yokoyama, D., et al. Electrical Properties of Carbon Nanotubes Grown at a Low Temperature for Use as Interconnects. Jpn J. App. Phys. 47 (4), 1985-1990 (2008).
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).
Istratov, A. A., Hieslmair, H., Weber, E. R. Iron contamination in silicon technology. Appl. Phys. A. 70, 489-534 (2000).
Vollebregt, S., Tichelaar, F. D., Schellevis, H., Beenakker, C. I. M., Ishihara, R. Carbon nanotube vertical interconnects fabricated at temperatures as low as 350 °C. 71, 249-256 (2014).
Kikkawa, T., Inoue, K., Imai, K. Cobalt silicide technology. Silicide Technology for Integrated Circuits. , The Institution of Engineering and Technology. 77-94 (2004).
Vollebregt, S., Ishihara, R., Tichelaar, F. D., Hou, Y., Beenakker, C. I. M. Influence of the growth temperature on the first and second-order Raman band ratios and widths of carbon nanotubes and fibers. Carbon. 50 (10), 3542-3554 (2012).
Lim, S. C., et al. Contact resistance between metal and carbon nanotube interconnects: Effect of work function and wettability. Appl. Phys. Lett. 95 (26), 264103 (2009).
Ferrari, A. C., Robertson, J. Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon. Phys. Rev. B. 61 (20), 14095-14107 (2000).
Awano, Y., et al. Carbon nanotube via interconnect technologies: size-classified catalyst nanoparticles and low-resistance ohmic contact formation. Phys. Status Solidi (a). 203 (14), 3611-3616 (2006).
Van der Veen, M. H., et al. Electrical characterization of CNT contacts with Cu Damascene top contact. Microelectron. Eng. 106, 106-111 (2012).
Horibe, M., Nihei, M., Kondo, D., Kawabata, A., Awano, Y. Mechanical Polishing Technique for Carbon Nanotube Interconnects in ULSIs. Jpn J. App. Phys. 43 (9A), 6499-6502 (2004).
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).
Fiorentino, G., Vollebregt, S., Tichelaar, F. D., Ishihara, R., Sarro, P. M. Impact of the atomic layer deposition precursors diffusion on solid-state carbon nanotube based supercapacitors performances. Nanotechnology. 26 (6), 064002 (2015).