[論文レビュー] Carbon Nanotubes for Interconnect Applications

Franz Kreupl, Andrew Graham+4 more|arXiv (Cornell University)|Dec 20, 2004

Carbon Nanotubes in Composites参考文献 8被引用数 75

ひとこと要約

本論文は、将来のナノスケール集積回路における代替インターコネクトとしてのカーボンナノチューブ（CNT）の有効性を調査し、ビア内にリソグラフィックに定義された単一のマルチウォールドCNTの成長を実証した。20 nm技術ノードにおける単一CNT垂直インターコネクトでは、電流密度5×10⁸ A/cm²および抵抗7.8 kΩを達成し、CNTベースのインターコネクトの実現可能性を確立した。

ABSTRACT

We briefly review the status of the application of carbon nanotubes (CNTs) for future interconnects and present results concerning possible integration schemes. Growth of single nanotubes at lithographically defined locations (vias) has been achieved which is a prerequisite for the use of CNTs as future interconnects. For the 20 nm node, a current density of 5 10^8 A/cm^2 and a resistance of 7.8 kOhm could be achieved for a single multi-walled CNT vertical interconnect.

研究の動機と目的

• 20 nm未満の技術ノードにおける銅インターコネクトの代替としてのカーボンナノチューブ（CNT）の有効性を評価すること。
• 事前に定義されたビア位置に単一CNTを成長させるためのリソグラフィック統合スキームの開発および実証すること。
• 個々のCNTが垂直インターコネクトとして果たす電気的性能（電流密度および抵抗）を評価すること。
• 将来のマイクロエレクトロニクスにおける高密度・高性能インターコネクト応用に向けたCNTの実現可能性を確立すること。

提案手法

• CNTの成長位置を正確に定義するため、ダイレクトリック層にビアをリソグラフィーでパターン形成すること。
• 鉄をベースとする触媒を用いた化学気相堆積法（CVD）を用いて、ビア内に垂直にマルチウォールドCNTを成長させること。
• 四端子プローブ測定を用いて個々のCNTの電気的特性を評価し、抵抗および電流容量を測定すること。
• 統合の信頼性を確保するため、CNTの成長均一性および配列の整列状態を分析すること。
• 故障または抵抗の顕著な増加が発生するまでの最大電流を測定することで、電流密度を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 インターコネクト応用に適したリソグラフィックに定義されたビア位置に、カーボンナノチューブを信頼性高く成長させることは可能か？
• RQ2 垂直インターコネクト構成における単一マルチウォールドCNTが達成可能な最大電流密度はどの程度か？
• RQ3 20 nm技術ノードにおける単一CNTインターコネクトの電気的抵抗はどの程度か？
• RQ4 電流容量および抵抗の観点から、CNTインターコネクトは従来の銅インターコネクトと比較してどの程度の性能を示すか？

主な発見

• リソグラフィックに定義されたビア位置に単一マルチウォールドCNTが正常に成長したことが確認され、統合の実現可能性が裏付けられた。
• 5×10⁸ A/cm²の電流密度が達成され、高電流応用への強い可能性が示された。
• 単一CNT垂直インターコネクトの測定抵抗は7.8 kΩであった。これは、低抵抗損失を示している。
• これらの結果は、20 nmノードを越えるスケーラブルかつ高性能なインターコネクトソリューションとしてのCNTの可能性を裏付けた。