[논문 리뷰] Carbon Nanotubes for Interconnect Applications

Franz Kreupl, Andrew Graham외 4명|arXiv (Cornell University)|2004. 12. 20.

Carbon Nanotubes in Composites참고 문헌 8인용 수 75

한 줄 요약

이 논문은 향후 나노스케일 집적회로를 위한 탄소 나노튜브(CNTs)가 실현 가능한 인터커넥트로 가능함을 조사하며, 라이소그래피로 정의된 단일 다중벽 탄소 나노튜브의 비아 내 성장을 입증한다. 20 nm 공정 노드에서 단일 CNT 수직 인터커넥트의 전류 밀도는 5×10⁸ A/cm²이며, 저항은 7.8 kΩ에 도달하여 CNT 기반 인터커넥트의 실현 가능성을 입증한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 20 nm 이하 공정 노드에서 coppe r 인터커넥트에 대한 탄소 나노튜브(CNTs)의 실현 가능한 대안으로 평가하기 위해.
• 사전 정의된 비아 위치에 단일 CNT를 성장시키기 위한 라이소그래피 통합 기법을 개발하고 구현하기 위해.
• 전류 밀도 및 저항 측면에서 개별 CNT가 수직 인터커넥트로서 전기적 성능을 평가하기 위해.
• 미래 마이크로일렉트로닉스 응용 분야에서 고밀도, 고성능 인터커넥트 응용 분야에 CNT를 적용할 수 있는 실현 가능성을 확립하기 위해.

제안 방법

• CNT 성장 위치를 정확히 정의하기 위해 다이일렉트릭 층에 비아를 라이소그래피 패턴링하기 위해.
• 철 기반 촉매를 사용한 화학기상증착(CVD)을 이용해 비아 내에서 수직으로 다중벽 탄소 나노튜브를 성장시키기 위해.
• 저항 및 전류 지속 능력을 결정하기 위해 네점 측정법을 사용해 개별 CNT의 전기적 특성 측정하기 위해.
• 신뢰성 있는 인터커넥트 아키텍처에 통합하기 위해 CNT 성장의 균일성과 정렬도 분석하기 위해.
• 최대 실패 전 또는 저항 급격 증가 전의 전류를 측정하여 전류 밀도 평가하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 탄소 나노튜브는 인터커넥트 응용을 위해 사전 정의된 라이소그래피로 정의된 비아 위치에서 신뢰성 있게 성장시킬 수 있는가?
• RQ2 수직 인터커넥트 구조에서 단일 다중벽 탄소 나노튜브가 달성할 수 있는 최대 전류 밀도는 얼마인가?
• RQ3 20 nm 공정 노드에서 단일 CNT 인터커넥트의 전기적 저항은 얼마인가?
• RQ4 전류 처리 능력 및 저항 측면에서 CNT 인터커넥트는 기존 구리 인터커넥트와 비교해 어떻게 성능을 발휘하는가?

주요 결과

• 라이소그래피로 정의된 비아 위치에 단일 다중벽 탄소 나노튜브가 성공적으로 성장되어 통합의 실현 가능성이 확인되었다.
• 5×10⁸ A/cm²의 전류 밀도가 달성되어 고전류 응용 분야에 큰 잠재력을 보였다.
• 단일 CNT 수직 인터커넥트의 측정된 저항은 7.8 kΩ로 낮은 저항 손실을 보였다.
• 결과는 20 nm 노드 이후에도 확장 가능하고 고성능 인터커넥트 솔루션으로서 CNT의 잠재력을 입증하였다.