[论文解读] 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 75

一句话总结

本文研究了碳纳米管（CNTs）作为未来纳米尺度集成电路中可行的互连技术，展示了在通孔中通过光刻定义生长单根多壁碳纳米管。在20 nm技术节点下，其单根碳纳米管垂直互连的电流密度达到5×10⁸ A/cm²，电阻为7.8 kΩ，证实了基于碳纳米管的互连技术的可行性。

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.

研究动机与目标

• 评估碳纳米管（CNTs）作为20 nm以下技术节点中铜互连的可行替代方案。
• 开发并展示一种光刻集成方案，实现在预定义通孔位置生长单根碳纳米管。
• 从电流密度和电阻的角度，评估单根碳纳米管作为垂直互连的电性能。
• 确立碳纳米管在未来的微电子技术中用于高密度、高性能互连应用的可行性。

提出的方法

• 在介电层中进行光刻图案化，以在通孔中精确定义碳纳米管的生长位置。
• 采用铁基催化剂的化学气相沉积（CVD）方法，在通孔内垂直生长多壁碳纳米管。
• 利用四探针测量对单根碳纳米管进行电学表征，以确定其电阻和载流能力。
• 分析碳纳米管的生长均匀性和对齐度，以确保其可可靠地集成到互连架构中。
• 通过测量在失效或电阻显著增加前的最大电流，评估电流密度。

实验结果

研究问题

• RQ1 碳纳米管能否在用于互连应用的光刻定义的通孔位置可靠生长？
• RQ2 单根多壁碳纳米管在垂直互连结构中可实现的最大电流密度是多少？
• RQ3 在20 nm技术节点下，单根碳纳米管互连的电阻是多少？
• RQ4 与传统铜互连相比，碳纳米管互连在载流能力和电阻方面表现如何？

主要发现

• 成功在光刻定义的通孔位置生长了单根多壁碳纳米管，证实了集成的可行性。
• 实现了5×10⁸ A/cm²的电流密度，表明其在高电流应用中具有强大潜力。
• 测得的单根碳纳米管垂直互连电阻为7.8 kΩ，表明其具有较低的电阻损耗。
• 结果验证了碳纳米管作为可扩展且高性能的互连解决方案，在20 nm节点之后具有巨大潜力。