Yarıiletken Teknolojisi ile uyumlu Düşük Sıcaklık Karbon Nanotüp Dikey Bağlantıları Fabrikasyon

Bu sürecin genel amacı, dikey olarak hizalanmış karbon nanotüpler büyütmek ve standart yarı iletken tekniklerini kullanarak elektriksel test yapıları üretmektir. Bu yöntem, mikro röntgen alanındaki "dikey olarak hizalanmış karbon nanotüpler, entegre devrelerde ara bağlantılar ve diğer uygulamalar için kullanılabilir mi?" gibi temel sorulara yanıt verebilir. Bu teknolojinin temel avantajı, standart yarı iletken üretimiyle uyumlu olması ve CMOS arka uç süreçleri ile belirli polimerlerle entegrasyona izin verecek kadar düşük bir üretim sıcaklığına sahip olmasıdır.

Bu prosedüre başlamak için, testin alt metal tabakasını magnetron püskürtme yöntemiyle oluşturun. Titanyum nitrür için 350 °C altlık sıcaklığında, argon plazması ve saf titanyum hedef kullanılarak titanyum püskürtme işlemini gerçekleştirin. Reaktif püskürtme.

Plazma destekli kimyasal buhar biriktirme yöntemiyle, 350 °C altlık sıcaklığında argon ve azot kombinasyonu kullanarak 1 µm kalınlığında bir silikon dioksit tabakası biriktirin. İşlem tamamlandığında, silikon dioksit tabakasının kalınlığını bir reflektometre ile kontrol edin; ardından, soğuk plaka üzerinde soğutma işleminin ardından 130 °C'de 92 saniyelik bir deksametazon işlemi gerçekleştirerek gofere 1,4 µm pozitif fotorezist kaplayın ve 3.500 RPM'de spin kaplama yapın. Daha sonra, bir fotolitografi maskesi ve pozlama aracı kullanarak gofere 95 °C'de 90 saniye boyunca yumuşak pişirme uygulayın.

İstenilen açıklık desenini santimetrekare başına 140 milijoule'lük bir pozlama dozuna maruz bırakın. Bunun ardından, 115 °C'de 92 saniyelik pozlama sonrası pişirme (post-exposure bake) işlemi ile başlayan tek bir puddle geliştirme işlemi gerçekleştirin. Daha sonra, 100 °C'de 90 saniye boyunca sert pişirme (hard baking) yaptıktan sonra geliştirici kullanarak 62 saniyelik bir geliştirme işlemi uygulayın.

Rezistteki açıklıkların doğru boyutlarda olup olmadığını ve hizalama işaretçileriyle olan örtüşmenin doğru olup olmadığını kontrol etmek için bir mikroskop kullanın. Ardından, bir triad plazma aşındırıcı kullanarak silikon dioksitteki kontak açıklıklarını plazma ile aşındırın. Titanyum nitrürün plazmaya maruz kalmaması çok önemlidir, aksi takdirde karbon tüplerin başarılı bir şekilde büyümesini engelleyecektir.

Fedai titanyum tabakayı %0,55'lik hidrojen florür ile 60 saniye boyunca ıslak aşındırma yaparak kaldırın. Aşındırma sonrası, waferları su rezistivitesi beş mega ohm olana kadar deiyonize su ile durulayın. Ardından, waferları bir durulayıcı-kurutucu kullanarak kurutun.

Bu aşamada, vakum seviyesi en az 2 × 10⁻⁶ tor değerine düşürülene kadar pompalama yaptıktan sonra, bir e-beam evaporatör kullanarak beş nanometre kobalt buharlaştırın. Herhangi bir su filmini uzaklaştırmak için, biriktirme işlemi öncesinde gofretleri vakum altında lambalarla 60 °C'ye ısıtın. Kontak açıklıklarının dışındaki kobaltı liftoff yöntemiyle uzaklaştırın.

Wafer'ı, 35 °C'de tetra hydro Uran içeren bir ultrasonik banyoya 15 dakika boyunca yerleştirin. İşlem tamamlandığında, deiyonize su ile beş dakika boyunca durulayın ve bir spinner kullanarak kurulayın. Wafer'ı bir mikroskop altında inceleyin ve resist kalıntıları olup olmadığını kontrol edin.

İsteğe bağlı olarak, kalıntıları manuel olarak silmek için kaldırma amaçlı özel yumuşak bir pamuklu çubuk kullanın. Eğer kalıntılar kalırsa, tetra hidro furan içerisinde daha uzun süreli bir ultrasonik işlem uygulayın.

Bunu takiben, düşük basınçlı kimyasal buhar biriktirme yöntemini kullanarak karbon nanotüp veya CNT büyütme işlemini gerçekleştirin. Ardından reaktörü soğutun ve nitrojen kullanarak temizleyin.

45 derecelik eğim altında, açıklıkların içindeki CNT yüksekliğini kontrol etmek için bir taramalı elektron mikroskobu veya SEM kullanın. Ardından, CNT'nin kristalinitesini belirlemek için raman spektroskopisi kullanarak numuneleri inceleyin. Vakumu bozmadan, önce 100 nanometre titanyum ve ardından iki mikrometre alüminyum püskürtmek için magnetron sıçratma yöntemini kullanın.

Ardından, wafer'ı daha yüksek viskoziteye sahip 3,1 µm pozitif fotoğrafdirenci ile kaplayın; buna, wafer soğuk plaka üzerinde soğutulduktan sonra 130 °C'de 92 saniyelik bir heksa etil dilan işlemiyle başlayın, 95 °C'de 90 saniye boyunca yumuşak pişirme (soft baking) yaptıktan sonra 3000 RPM'de spin kaplama uygulayın, üst metal deseni bir fotolitografi maskesi ve pozlama cihazı kullanarak -1 odakla cm² başına 420 mJ'lik bir pozlama dozuna tabi tutun. 115 °C'de 92 saniyelik bir pozlama sonrası pişirme (post-exposure bake) işlemi ile başlayan tekli puddle geliştirme işlemini gerçekleştirin.

Ardından, 100 °C'de 90 saniye boyunca sert pişirme (hard baking) işleminin ardından geliştirici kullanarak 62. geliştirme işlemini gerçekleştirin. Resist içindeki hatların doğru boyutlarda olup olmadığını ve işaretleyicilere göre üst üste binmenin (overlay) doğru olup olmadığını kontrol etmek için bir mikroskop kullanın. Bunu takiben.

Fotoresistten kurtulmak için indüktif eşleşmiş plazma ile klor plazma aşındırma yöntemi kullanarak titanyum alüminyum yığınını aşındırın. Metal kaplama tam değilse oksijen plazma sökücü kullanın. Fotoresistten kurtulmak için N-metil-2-pirolidon gibi organik bir çözücü kullanın.

CNT'nin plazma hasarına uğramasını önlemek için waferları 10 dakika boyunca %99'luk nitrik asit içinde bekleterek temizleyin. Waferın direnci beş mega ohm olana kadar deiyonize su ile durulayın.

Son olarak, waferları durulayıcı kurutucu ile kurutun. Metalizasyon öncesi CNT'lerin tipik bir SEM görüntüsü burada gösterilmiştir ve büyüme süresinin, silikon dioksit tabakasının kalınlığıyla aynı uzunluğu elde edecek şekilde doğru ayarlanıp ayarlanmadığını kontrol etmek için yararlıdır. Metalizasyondan sonra aynı waferın SEM ile incelenmiş bir kesiti burada gösterilmiştir ve CNT'lerin hizalamasını ve yoğunluğunu belirlemek için kullanılabilir.

Çaplarını belirlemek için yüksek çözünürlüklü bir SEM kullanılırsa, CNT ile metal katmanlar arasındaki temas alanı da incelenebilir. 350 °C'de kobalt büyütülmüş CNT'lerin Raman spektrumları burada gösterilmiştir ve en yüksek kaliteli CNT'leri elde etmek için kristaliniteyi incelemek ve CNT büyüme parametrelerini optimize etmek amacıyla kullanılabilir. Dört nokta prob yapıları kullanılarak IV ölçümleri gerçekleştirilmiştir. IV davranışı lineer olduğunda, bu durum CNT ile metal kontaklar arasında omik temas olduğunu gösterir.

Demetlerin direncinden ve boyutlarından hareketle, özdirenç hesaplanabilir ve geliştirme işlemi sonrasında literatürle karşılaştırılabilir. Bu teknik, mikroelektronik alanındaki araştırmacıların, entegre devrelerde dikey hizalı karbon nanotüplerin uygulamasını keşfetmelerinin önünü açmıştır. Bu videoyu izledikten sonra, dikey ara bağlantılar için açıklıklar içerisinde kimyasal buhar biriktirme yöntemiyle dikey hizalı karbon nanotüplerin nasıl büyütüleceği konusunda kapsamlı bir bilgiye sahip olmalısınız.