JP2003077923A - 素子間配線 - Google Patents

素子間配線

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JP2003077923A
JP2003077923A JP2001269834A JP2001269834A JP2003077923A JP 2003077923 A JP2003077923 A JP 2003077923A JP 2001269834 A JP2001269834 A JP 2001269834A JP 2001269834 A JP2001269834 A JP 2001269834A JP 2003077923 A JP2003077923 A JP 2003077923A
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JP
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wiring
carbon nanotube
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substrate
insulating layer
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JP2001269834A
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Yoshikazu Honma
芳和 本間
Toshiro Ogino
俊郎 荻野
Yoshihiro Kobayashi
慶裕 小林
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】直径がナノメータ(nm)の極微細スケールで
ありながら、長さは制限を受けない構造を持ち、非常に
高い機械的強度を有し、その電気伝導特性は構造や直径
に応じて金属的にも半導体的にもなるカーボンナノチュ
ーブを用いて微細な素子間の配線を形成する。 【解決手段】基板(4)上に形成した2個以上複数の微
細な素子(2)同士の間を、基板(4)に接触しない状
態で中空に張った形のカーボンナノチューブ(1)を用
いて電気的に結合した素子間配線を形成する。また、基
板上に絶縁層を形成して、絶縁層上に形成した2個以上
複数の微細な素子同士の間を、絶縁層上を這わせた形の
カーボンナノチューブを用いて電気的に結合した素子間
配線とすることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子の集積
回路における素子間の配線に係り、特に、極微細素子の
集積回路における素子間配線に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路の配線には、アルミニウ
ムや銅、高融点金属等が用いられている。これらは、層
状に堆積された後、リソグラフィとエッチング工程を通
じて微細なパターンの配線に成形されている。回路の高
集積化に伴い配線も微細化しており、配線自体の抵抗値
も無視できないものとなっている。これは、集積回路の
消費電力を大きくする原因の一つとなっており、集積化
が進むほど配線の総延長距離が長くなるため深刻な問題
となる。
【0003】また、配線を微細化する場合、配線金属の
加工性や下地との密着性の問題が顕著に現れてくる。こ
のため、微細化がサブミクロン領域から10nmオーダ
ーへと進むにつれ、抵抗値、加工性、基板との密着性、
長期通電に対する信頼性のすべてを満たす配線材料の選
択が困難になってきている。
【0004】一方、リソグラフィを用いた素子の高集積
化・微細化は、物理的な限界に近づきつつあるばかりで
なく、新技術の研究開発や製造設備に投じる費用が巨額
化するため、近い将来、現在の延長上での高集積化は破
綻すると予想されている。このため、量子効果を利用す
る微細な素子の研究開発においては、リソグラフィに頼
らずにナノスケールの構造(量子ドット)を自己組織化
的に形成する技術が検討されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した自己組織化量
子構造の形成は、量子ドットレーザーなどの光学素子
や、磁性半導体量子ドットなど磁場の近接効果を利用す
る素子において、既に有用性が実証されている。しか
し、量子ドットを電子素子として使用する場合には、量
子ドット間の電子の輸送を可能にする配線が必要であ
る。ところが、従来の自己組織化量子ドット形成技術
は、ドット間配線に対する解決策を全く持ち合わせてい
ない。このため、新たな配線形成技術の開発が望まれて
いる。
【0006】本発明の目的は、上記従来技術における集
積回路の配線の問題点を解決し、新規な微細なナノスケ
ールの配線構造を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するために、特許請求の範囲に記載のような構成とする
ものである。すなわち、請求項1に記載のように、基板
上に形成した2個以上の複数の微細な素子同士の間を、
上記基板に接触しない状態で中空に張った形のカーボン
ナノチューブを用いて電気的に結合した構成の素子間配
線とするものである。
【0008】また、請求項2に記載のように、基板上に
絶縁層を形成して、上記絶縁層上に形成した2個以上の
複数の微細な素子同士の間を、上記絶縁層上を這わせた
形のカーボンナノチューブを用いて電気的に結合した構
成の素子間配線とするものである。
【0009】また、請求項3に記載のように、請求項1
または請求項2において、上記カーボンナノチューブは
電子供与体として1A族元素または2A族元素をドーピ
ングするか、もしくは電子受容体として7B族元素また
は6B族元素をドーピングしてなる素子間配線とするも
のである。
【0010】また、請求項4に記載のように、請求項1
または請求項2において、上記カーボンナノチューブと
して、散乱をほとんど受けない伝導であるバリスティッ
ク伝導特性を有するカーボンナノチューブを使用した素
子間配線とするものである。
【0011】また、請求項5に記載のように、請求項1
または請求項2において、上記カーボンナノチューブと
して、カーボンナノチューブの円周の一部に長手方向に
連続的に電気的導体である金属層を堆積した構成の素子
間配線とするものである。
【0012】また、請求項6に記載のように、請求項1
または請求項2において、上記カーボンナノチューブと
して、カーボンナノチューブの円周の全体に長手方向に
連続的に電気的導体である金属層を被覆した構成の素子
間配線とするものである。
【0013】本発明は、カーボンナノチューブを配線と
して利用することを最も主要な特徴とするものである。
カーボンナノチューブは、直径はナノメータ(nm)ス
ケールでありながら、長さは制限を受けない構造を持
ち、非常に高い機械的強度を有する。その電気伝導特性
は、構造や直径に応じて金属的にも半導体的にもなる。
【0014】金属的なカーボンナノチューブでは、電気
伝導における抵抗が電子の散乱によって決まるオーミッ
ク伝導とは異なり、散乱をほとんど受けない伝導である
バリスティック伝導を室温において示すことが知られて
いる。また、半導体的なカーボンナノチューブについて
も、異種元素のドーピングにより抵抗値を大きく低下さ
せられることが知られている。また、ドーピング材料と
して、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウ
ム(K)、ルビジウム(Rb)、セシウム(Cs)等の
アルカリ金属元素(1A族元素)やストロンチウム(S
r)、バリウム(Ba)などの2A族元素が電子供与体
として効果を持つことが知られており、また、臭素(B
r)、ヨウ素(I)等のハロゲン元素(7B族元素)や
セレン(Se)、テルル(Te)などの6B族元素は逆
に電子受容体としてドーピング効果を持つことが知られ
ている。
【0015】したがって、カーボンナノチューブを素子
間の配線として用いることにより、金属配線の場合のよ
うな微細加工を施す必要がなく、抵抗の小さい微細な配
線を得ることができる。また、機械的強度に優れるカー
ボンナノチューブを心材として用い、それに金属を堆積
させることにより抵抗の小さい微細な配線を得ることも
可能である。
【0016】
【発明の実施の形態】〈実施の形態1〉図1は、本発明
の素子間配線における第1の実施の形態を例示する模式
図である。図1において、1はカーボンナノチューブ、
2は素子、3は接点、4は基板を示し、素子2同士を、
基板4に接触しないように中空に張ったカーボンナノチ
ューブ1を用いて電気的に結合している。カーボンナノ
チューブとしては、金属的なものが配線としては好まし
いが、半導体的なものでも導電性を得られる。半導体的
なものでは、例えば臭素やカリウム等をドープすること
により抵抗を下げることができる。このドーピング材料
としては、電子供与体としてLi、Na、K、Rb、C
s等のアルカリ金属元素があり、また、Br、I等のハ
ロゲン元素は逆に電子受容体として用いることができ
る。
【0017】また、金属的で、かつナノチューブの構造
に欠陥が少ない場合には、バリスティックな伝導が得ら
れる。この場合には、高い電流密度を得ることができ
る。接点3は半導体などの素子2とカーボンナノチュー
ブ1の電気的接触を得るためのもので、導電性の金属や
カーボン等を用いることができる。カーボンナノチュー
ブ1としては、素子2の形成後に化学気相成長法(CV
D)により形成するか、あらかじめ他で合成したカーボ
ンナノチューブを素子2の上に載置し電気的に接続する
ことで配線として利用できる。なお、図1では2個の素
子を結合する場合について記述したが、結合する素子数
は2個に限らず、2個以上多数の素子を結合することが
可能である。
【0018】〈実施の形態2〉図2は本発明の第2の実
施の形態を例示する模式図である。図2において、1は
カーボンナノチューブ、2は素子、3は接点、4は基
板、5は絶縁層である。この場合には、素子2は絶縁層
5の上に形成されており、カーボンナノチューブ1は絶
縁層5が設けられた基板4の上を這う形に配線される。
その他は実施の形態1と同様である。
【0019】〈実施の形態3〉図3は本発明の第3の実
施の形態を示すものであって、カーボンナノチューブ1
の配線の一部を例示する模式図である。図3において、
1はカーボンナノチューブ、6は金属層である。この金
属層6は室温で電気伝導率の高い金属である銅、銀、
金、アルミニウム、タングステン等を用いることができ
る。また、蒸着した時の粒子が細かいという利点のある
白金は、層厚を薄くするときに有効に用いられる。
【0020】本実施の形態においては、カーボンナノチ
ューブ1の片側に長手方向に連続的に金属層6を堆積さ
せることにより、金属層6を電気的導体とし、カーボン
ナノチューブ1を配線の構造材として好適に用いること
ができる。この場合は、カーボンナノチューブ1に欠陥
が多く、電気抵抗が高い場合に適用できる。金属層6は
蒸着やスパッタ法によりカーボンナノチューブ1の表面
に形成することができる。なお、配線として利用する形
態は、上記実施の形態1および2と同様である。
【0021】〈実施の形態4〉図4は本発明の第4の実
施の形態を示すものであって、カーボンナノチューブ1
の配線の一部を例示する模式図である。図4において、
1はカーボンナノチューブ、7は金属層である。この金
属層7は上記実施の形態3で用いた金属層6(図3)と
同様に、室温で電気伝導率の高い銅、銀、金、アルミニ
ウム、タングステン等を用いることができ、また蒸着し
た時の粒子が細かいという利点のある白金も層厚を薄く
するときに有効に用いられる。
【0022】本実施の形態においては、カーボンナノチ
ューブ1の円周全体を金属層7で被覆することにより、
金属層7を電気的導体としてカーボンナノチューブ1を
配線の構造材として好適に用いることができる。この場
合は、上記実施の形態3と同様に、カーボンナノチュー
ブ1に欠陥が多く、電気抵抗が高い場合に適用すること
ができる。金属層7は両面からの蒸着やスパッタ法、あ
るいは溶液中で金属を堆積することにより形成すること
が可能である。その他、配線として利用する場合の形態
は、上記実施の形態1および2と同様である。
【0023】
【発明の効果】以上説明したごとく、本発明のカーボン
ナノチューブを微細素子間の配線とすることにより、機
械的強度と電気的特性の両方に優れたナノメータサイズ
の配線を実現でき、目的に応じて極細の配線構造を提供
することが可能となる。したがって、極微細素子の集積
回路の実現に大きく寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1で例示したカーボンナノ
チューブによる配線の構成を示す模式図。
【図2】本発明の実施の形態2で例示したカーボンナノ
チューブによる配線の構成を示す模式図。
【図3】本発明の実施の形態3で例示したカーボンナノ
チューブによる配線の一部を示す模式図。
【図4】本発明の実施の形態4で例示したカーボンナノ
チューブによる配線の一部を示す模式図。
【符号の説明】
1…カーボンナノチューブ 2…素子 3…接点 4…基板 5…絶縁層 6…金属層 7…金属層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 慶裕 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 Fターム(参考) 5F033 HH00 HH08 HH11 HH13 HH19 LL01 MM04 MM17 PP06 RR30 XX03

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に形成した2個以上の複数の微細な
    素子同士の間を、上記基板に接触しない状態で中空に張
    った形のカーボンナノチューブを用いて電気的に結合し
    てなることを特徴とする素子間配線。
  2. 【請求項2】基板上に絶縁層を形成して、上記絶縁層上
    に形成した2個以上の複数の微細な素子同士の間を、上
    記絶縁層上を這わせた形のカーボンナノチューブを用い
    て電気的に結合してなることを特徴とする素子間配線。
  3. 【請求項3】請求項1または請求項2において、上記カ
    ーボンナノチューブは電子供与体として1A族元素また
    は2A族元素をドーピングするか、もしくは電子受容体
    として7B族元素または6B族元素をドーピングしてな
    ることを特徴とする素子間配線。
  4. 【請求項4】請求項1または請求項2において、上記カ
    ーボンナノチューブとして、散乱をほとんど受けない伝
    導であるバリスティック伝導特性を有するカーボンナノ
    チューブを使用することを特徴とする素子間配線。
  5. 【請求項5】請求項1または請求項2において、上記カ
    ーボンナノチューブとして、カーボンナノチューブの円
    周の一部に長手方向に連続的に電気的導体である金属層
    を堆積してなることを特徴とする素子間配線。
  6. 【請求項6】請求項1または請求項2において、上記カ
    ーボンナノチューブとして、カーボンナノチューブの円
    周の全体に長手方向に連続的に電気的導体である金属層
    を被覆してなることを特徴とする素子間配線。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012516536A (ja) * 2009-02-17 2012-07-19 エルジー・ハウシス・リミテッド 炭素ナノチューブ発熱シート

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