Fabricação de Baixa Temperatura de Nanotubos de Carbono Vertical Interconexões Compatível com Semiconductor Tecnologia
Summary
A method for the growth of low temperature vertically-aligned carbon nanotubes, and the subsequent fabrication of vertical interconnect electrical test structures using semiconductor fabrication is presented.
Abstract
We demonstrate a method for the low temperature growth (350 °C) of vertically-aligned carbon nanotubes (CNT) bundles on electrically conductive thin-films. Due to the low growth temperature, the process allows integration with modern low-κ dielectrics and some flexible substrates. The process is compatible with standard semiconductor fabrication, and a method for the fabrication of electrical 4-point probe test structures for vertical interconnect test structures is presented. Using scanning electron microscopy the morphology of the CNT bundles is investigated, which demonstrates vertical alignment of the CNT and can be used to tune the CNT growth time. With Raman spectroscopy the crystallinity of the CNT is investigated. It was found that the CNT have many defects, due to the low growth temperature. The electrical current-voltage measurements of the test vertical interconnects displays a linear response, indicating good ohmic contact was achieved between the CNT bundle and the top and bottom metal electrodes. The obtained resistivities of the CNT bundle are among the average values in the literature, while a record-low CNT growth temperature was used.
Introduction
Cobre e tungstênio, os metais que são actualmente utilizados para as interconexões em tecnologia state-of-the-art de muito grande escala de integração (VLSI), estão se aproximando de seus limites físicos em termos de confiabilidade e condutividade elétrica 1. Enquanto transistores down-dimensionamento geralmente melhora seu desempenho, ele realmente aumenta a resistência ea densidade de corrente das interconexões. Isto resultou em interconexões dominando o desempenho do circuito integrado (IC) em termos de atraso e consumo de energia 2.
Os nanotubos de carbono (CNT) têm sido sugeridos como alternativa para o Cu e W metalização, especialmente para interconexões verticais (vias) como facilmente pode CNT sido cultivadas verticais 3. CNT tenha sido demonstrado que possuem uma excelente fiabilidade eléctrica, permitindo um até 1000 vezes mais elevada do que a densidade de corrente de Cu 4. Além disso, a CNT não sofrem de superfície e contorno de grão de dispersão, que está a aumentar o resistivity de Cu em escala nanométrica 5. Finalmente, CNT foram mostrados para ser excelentes condutores térmicos 6, que podem ajudar no tratamento térmico em chips VLSI.
Para a integração bem sucedida da tecnologia CNT em VLSI, é importante que os processos de crescimento para o CNT é tornado compatível com o fabrico de semicondutores. Isto exige que o baixo crescimento da temperatura do CNT (<400 ° C), utilizando materiais e equipamentos que são considerados compatíveis e escalável para a fabricação em grande escala. Embora muitos exemplos de vias de teste CNT tem sido demonstrado na literatura 7,8,9,10,11,12,13,14, a maioria destes Fe utilizar como catalisador o que é considerado como um contaminante no fabrico de IC 15. Além disso, a temperatura de crescimento utilizados em muitos destes trabalhos é muito maior do que o limite superior de 400 ° C. Preferencialmente CNT deve ainda ser cultivadas abaixo de 350 ° C, a fim de permitir a integração com baixo-k dieléctricos modernos ou flexívelsubstratos.
Aqui é apresentado um método para o cultivo de escalável CNT a temperaturas tão baixas como 350 ° C, utilizando como catalisador Co 16. Este método é de interesse para a fabricação de diferentes estruturas eléctricas que consistem em alinhados verticalmente CNT em circuitos integrados, variando de interconexão e eletrodos para capacitores super e dispositivos de emissão de campo. O catalisador de metal de Co é muitas vezes usado no fabrico de circuitos integrados para a fabricação de silicieto de 17, enquanto o estanho é um material de barreira usado muitas vezes 7. Além disso, nós demonstramos um processo para a fabricação de vias de teste CNT enquanto apenas utilizando técnicas de fabricação de semicondutores padrão. Com isso, vias de teste CNT são fabricados, inspecionado por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia Raman, e eletricamente caracterizada.
Protocol
Representative Results
Discussion
A Figura 1 mostra uma vista geral esquemática da estrutura fabricada neste trabalho, e que foi utilizado para as medições de sonda de 4 pontos. À medida que o potencial é medido por meio de sondas que transportam nenhuma corrente, a queda de potencial exacto (VH-VL) através do feixe CNT central e os contactos para o metal pode ser medido. Maior diâmetro feixes CNT são usadas para contactar a camada de estanho inferior das almofadas de contacto, a fim de reduzir a resistência total pa…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Part of the work has been performed in the project JEMSiP_3D, which is funded by the Public Authorities in France, Germany, Hungary, The Netherlands, Norway and Sweden, as well as by the ENIAC Joint Undertaking. The authors would like to thank the Dimes Technology Centre staff for processing support.
Materials
| Materials | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Si (100) wafer 4" | International Wafer Service | Resisitivity: 2-5 mΩ-cm, thickness: 525 µm | |
| Ti-sputtertarget (99.995 % purity) | Praxair | ||
| Al (1% Si)-sputtertarget (99.999 % purity) | Praxair | ||
| Co (99.95 % purity) | Kurt J. Lesker | ||
| Chemicals | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| 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 | ||
| Gasses | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| 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 | ||
| Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| 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 |
References
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