JP2007314391A - カーボンナノチューブ成長用基板及びその基板を用いたカーボンナノチューブの作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体素子作製プロセスに適用できるような低温でカーボンナノチューブを成長させることができる基板及びこの基板を用いた低温でのカーボンナノチューブの作製方法の提供。
【解決手段】 真空チャンバ内に、基板と触媒層との間に二層からなるバッファ層を設けたことを特徴とするカーボンナノチューブ成長用基板を載置し、次いで、基板がプラズマに曝されないようにプラズマを発生させ、加熱手段によって基板を所定温度に加熱し、この基板上に、プラズマにより原料ガスを分解して得られたラジカルを接触させてカーボンナノチューブを成長させる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、カーボンナノチューブ成長用基板及びその基板を用いたカーボンナノチューブの作製方法に関する。

近年、半導体の微細化に伴って、金属配線としてＣｕやＷを用いた場合の抵抗の増加や電流密度の低さが問題となっているため、低抵抗で電流密度が高いカーボンナノチューブが配線材料として注目されている。

このカーボンナノチューブを基板上に成長させる方法としては、熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法があるが、これらの方法によって、カーボンナノチューブを作製しても半導体素子作製プロセスにおける作製温度の上限である３５０℃を超えてしまう。これは、熱ＣＶＤ法では、反応ガス分子の持つエネルギーが小さいために低温でカーボンナノチューブを形成できず、また、プラズマＣＶＤ法では、プラズマのエネルギーで基板温度が上昇してしまうからである。

そこで、基板と触媒との間にＴａなどからなるバッファ層を形成した基板を用いてリモートプラズマ法により低温でカーボンナノチューブを成長させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平２００５−３５０３４２号公報（請求項１、段落００２６参照）。

しかしながら、このように低温化を図ったとしても半導体素子作製プロセスにおける作製温度の上限を超えないとカーボンナノチューブが成長しない場合があるという問題がある。

そこで、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解消すべく、基板上にカーボンナノチューブを低温で成長させる基板を提供し、この基板を用いてカーボンナノチューブをより低温で作製することにある。

本発明のカーボンナノチューブ成長用基板は、基板上に触媒層が形成されたカーボンナノチューブ成長用基板において、基板と触媒層との間に二層からなるバッファ層を設けたことを特徴とする。

バッファ層が二層からなることで、一層目と二層目との相互作用により、二層目が凝集することを防いで二層目の結晶粒界を増やし又は二層目を微粒子化し、この二層目上の触媒層を微粒子状に形成できるので、カーボンナノチューブの成長エネルギーが低下してより低温でカーボンナノチューブを成長させることが可能となる。

前記バッファ層の一層目及び二層目は、Ｔｉ、Ｔａ、Ｓｎ、Ｍｏ及びＡｌから選ばれた少なくとも１種の金属、これらの金属のうちの少なくとも１種を含む窒化物、及びこれらの金属のうちの少なくとも１種を含む酸化物のうちのいずれか１つからなり、かつ、前記バッファ層の一層目と二層目とは異なるものからなることが好ましい。

前記バッファ層のうち、基板上に形成された一層目の厚さは、０．５ｎｍ〜１μｍであることが好ましい。０．５ｎｍ未満であると、二層目の結晶粒界を増やすこと又は二層目を微粒子化することができず、１μｍより厚いと、膜剥がれが生じやすい。

前記バッファ層のうち二層目の厚さは、０．１〜５００ｎｍであることが好ましい。０．１ｎｍ未満であると、触媒層を微粒子化できず、５００ｎｍより厚いと一層目の影響を受けにくいので結晶粒界が増やされたり、微粒子化されない。

この場合、触媒層が大気に曝されることにより触媒層が失活することを防ぐため、前記触媒層上に触媒保護層を設けることが好ましい。この触媒保護層は、Ｔｉ、Ｔａ、Ｓｎ、Ｍｏ及びＡｌから選ばれた少なくとも１種の金属、又はこれらの金属のうちの少なくとも１種を含む窒化物からなることが好ましい。

本発明のカーボンナノチューブの作製方法は、真空チャンバ内に請求項１〜６のいずれかに記載のカーボンナノチューブ成長用基板を載置し、次いで、基板がプラズマに曝されないようにプラズマを発生させ、加熱手段によって基板を所定温度に加熱し、この基板上に、プラズマにより原料ガスを分解して得られたラジカルを接触させてカーボンナノチューブを成長させることを特徴とする。

プラズマで分解された高エネルギー状態の原料ガスを基板に接触させることで、よりカーボンナノチューブを低温で成長させることができる。また、基板がプラズマに曝されないことで、基板が加熱されにくいので、低温で成長させることができる。

この場合、前処理として、真空チャンバ内に水素ガスを導入し、プラズマを発生させて水素ガスを分解して水素ラジカルを形成し、この水素ラジカルにより基板上の触媒層の活性化を行うことが好ましい。触媒層が活性化されることで、低温でカーボンナノチューブを成長させることが可能となる。

本発明のカーボンナノチューブ成長用基板及びこの基板を用いたカーボンナノチューブの作製方法によれば、カーボンナノチューブを半導体素子作製プロセスにおいて配線材料として用いることができる温度、即ち３５０度以下でカーボンナノチューブを作製することができるという優れた効果を奏する。

本発明のカーボンナノチューブの作製方法は、リモートプラズマＣＶＤ法により、真空チャンバ内に載置されたカーボンナノチューブ成長用基板上にカーボンナノチューブを成長させるものである。

このカーボンナノチューブ成長用基板とは、基板と触媒層との間に二層からなるバッファ層を設けたものである。基板としては、ガラス、シリコン、石英、ＧａＮ、サファイアなどの基板を用いることができる。

バッファ層を構成する各層は、Ｔｉ、Ｔａ、Ｓｎ、Ｍｏ及びＡｌから選ばれた少なくとも1種の金属、これらの金属のうちの１種を少なくとも含む窒化物（特にＴｉＮ、ＴａＮ、ＡｌＮが好ましい）及びこれらの金属のうちの少なくとも１種を含む酸化物（特にＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３が好ましい）のうちのいずれか１つからなり、一層目と二層目とは異なるものからなる。一層目は、二層目との相互作用により、この上に形成される二層目の結晶粒界を増やすためのもの又は二層目を微粒子化するためのものであると共に、基板との密着性を確保するためのものである。二層目は、この上に形成される触媒を微粒子化するためのものであると共に、一層目及び触媒との間の密着性を確保するためのものである。このようにバッファ層を二層で形成することで触媒層を微粒子化してカーボンナノチューブの成長エネルギーを低下させることができるので、本発明では基板上に低温でカーボンナノチューブを作製することができる。また、触媒層と基板との密着性もよい。

一層目の厚さは０．５ｎｍ〜１μｍ、好ましくは１〜５０ｎｍである。０．５ｎｍ未満であると、二層目の結晶粒界を増やす又は二層目を微粒子化することができず、１μｍより厚いと、膜剥がれが生じやすい。二層目の厚さは、０．１〜５００ｎｍであることが好ましい。０．１ｎｍ未満であると、触媒層を微粒子化できず、５００ｎｍより厚いと一層目の影響を受けにくいので、二層目の結晶粒界を増やせず又は二層目が微粒子化できない。

このバッファ層は、エレクトロンビーム法（以下、ＥＢ法という）やスパッタリング法で基板上に形成することができる。例えば、ＥＢ法の場合、金属は５×１０^−４Ｐａ以下の圧力で、あるいは酸化物はＯ_２雰囲気で、窒化物はＮ_２雰囲気で作製し、スパッタリング法の場合、圧力を０．１〜５Ｐａ程度で設定し、Ａｒ雰囲気中で、金属や酸化物又は窒化物のターゲットで成膜するか、Ｏ_２雰囲気やＮ_２雰囲気中で、酸化物や窒化物を成膜出来る。

バッファ層の上に形成される触媒は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉのうちのいずれか又はこれらのうち少なくとも１種を含む合金である。この触媒層の厚さは、０．５〜２０ｎｍであることが好ましい。

ところで、触媒層を形成した上記基板をカーボンナノチューブ成長装置に搬入する際に、触媒層表面が大気に曝されることで、酸化してしまい、触媒層が活性化できない場合がある。

そこで、触媒層上に触媒保護層を設けて酸化を防止することが好ましい。このように触媒保護層を設けると、酸化を防止できるだけでなく、カーボンナノチューブの成長せしめる際の装置内の昇温中に、アモルファスカーボンが触媒上に形成されて触媒が失活することも防止できる。この場合、触媒保護層としては、Ｔｉ、Ｔａ、Ｓｎ、Ｍｏ及びＡｌから選ばれた少なくとも1種の金属、これらの金属のうちの１種の窒化物（ＴｉＮ、ＴａＮ、ＡｌＮ等）を用いることができ、特に、触媒の微粒子化と昇温中の活性低下を防ぐために、低融点金属であることが好ましい。また、この場合の触媒保護層も、ＥＢ法などで厚さ０．１〜５ｎｍで形成すればよい。

上記触媒層は、圧力が５×１０^−４Ｐａ以下で、かつ、成膜速度が１〜５Å／ｓの条件で行うＥＢ法、圧力が０．１〜５Ｐａ程度のＡｒ雰囲気中でのスパッタリング法、圧力５×１０^−４Ｐａ以下の条件での抵抗加熱蒸着法、触媒イオン塩などをアルコールに溶かし、ディップやスピンコートで塗布する液相法により形成することもでき、また、アークプラズマガン法を用いてより小さく微粒子化して作製せしめることも可能である。以下、図１及び図２を用いてアークプラズマガン法（同軸型真空アーク蒸着法）による触媒層の成膜について説明する。

図１に示すアークプラズマガンは、一端が閉じ他端が開口Ａとなっている筒状のアノード１１と、このアノード電極１１の内部に同心円状にアノード１１の壁面から一定の距離離して設けられているカソード１２とを備えている。このカソード１２は、触媒材料（本発明のカーボンナノチューブ成長用基板に用いる触媒層の材料、例えばＮｉ）１３がその先端に接続されており、触媒材料１３には、その内部でカソード１２を支持する絶縁碍子１４が接続され、この絶縁碍子の外周部にはリング状のトリガ電極１５が接続されている。かくして、アノード１１とカソード１２とトリガ電極１５とは相互に電気的に絶縁が保たれる。カソード１２とトリガ電極１５との間にはトリガ電源１６が接続されている。トリガ電源１６は、パルストランスからなり、入力電圧２００Ｖのμ秒のパルス電圧を約１７倍に昇圧して３．４ｋＶ(数μＡ)にして出力できるように構成され、この昇圧された電圧をカソード１２に対して正の極性でトリガ電極１５に印加できるように接続されている。カソード１２とアノード１１との間にはアーク電源１７が接続されている。アーク電源１７は直流電圧源１７１とコンデンサユニット１７２とを有し、このコンデンサユニット１７２と直流電圧源１７１とは並列接続されている。

上記アークプラズマガンを用いて基板上に触媒微粒子を形成する方法について以下説明する。まず、トリガ電源１６からトリガ電極１５−カソード１２間に電圧を印加すると、カソードを介して先端の触媒材料１３に電圧が印加されるので、触媒材料１３−トリガ電極１５間でトリガ放電が発生し、触媒材料１３から微量な電子とイオンが発生する。このとき、アーク電源１７（即ち、直流電源１７１）からカソード１２−アノード１１間に電圧を印加すると、カソード１２の先端にある触媒材料１３−アノード１１間で、前記微量な電子とイオンとが引き金となって主放電であるアーク放電が発生する。同時に、アーク電源中の直流電源１７１により充電されていたコンデンサユニット１７２から電流（アーク電流）が放出され、このアーク電流がアノードからカソードに向かって流入する。これにより、カソード先端の触媒材料１３表面が融解し、かつプラズマ化してイオンと電子が形成される。そして、このアーク電流によって触媒材料１３に磁場が発生すると、前記触媒材料１３から生成された電子は、初速度に応じたローレンツ力をうけてアノード１１の開口Ａから真空チャンバ（図１中には図示せず）内に電子流となって放出される。この場合、前記触媒材料１３から生成されたイオンも、電子流にクーロン引力によって引き寄せられるので、アノード電極の開口Ａから真空チャンバ内に放出され、真空チャンバ内に載置された被処理基板上に到達して、触媒層を形成する。このようなトリガ放電を多数回繰り返すことで、トリガ放電毎にアーク放電が誘起され、成膜が行われる。

前記アーク電流が１８００Ａ以上になるように、コンデンサユニット１７２の配線長を５０ｍｍ以下とし、また、コンデンサユニット１７２の容量を１１０００μＦ以下とすることが好ましい。直流電源１７１は、５０〜２００Ｖに設定して、１回のアーク放電によるアーク電流を３００μ秒以下の短い時間で消滅させるようにすることが好ましい。

また、１回のトリガ放電でアーク放電を１回誘起させ、アーク電流が流れる時間を３００μ秒以下とするが、アーク電源１７のコンデンサユニット１７２に充電させる時間が必要なので、トリガ放電を発生させる周期を１〜１０Ｈｚにし、この周期でアーク放電を発生できるようにコンデンサを充電する。例えば、一回のトリガ放電で一回のアーク放電が誘起され、電流が３００μ秒流れるようにすれば、上記コンデンサユニット１７２の充電時間が約１秒である場合、１Ｈｚの周期でアーク放電を発生させることができる。

上記アークプラズマガンを利用した触媒微粒子の作製装置を図２に示す。図中のアークプラズマガンに付した参照番号が図１と同じものは同じ構成要素を指すものとする。

図２に示すように、この装置は、円筒状の真空チャンバ２０を有し、この真空チャンバ内の上方には、基板ステージ２１が水平に配置されている。真空チャンバ２０の上部には、基板ステージ２１を水平面内で回転させることができるように、回転機構２２及び回転用駆動手段２３が設けられている。

基板ステージ２１の、真空チャンバ２０底部に対向する面には１又は複数枚の処理基板２４が保持・固定されると共に、この処理基板と対向して、真空チャンバ２０の下方には、１又は複数個の図２に示す同軸型のアークプラズマガン２５が、アノード電極１１の開口部Ａを真空チャンバ内へ向けて配置されている。このアークプラズマガンは図１に示すように構成されているものである。

真空チャンバ２０には、ターボポンプやロータリポンプ等で構成された真空排気系２６が接続され、チャンバ内を、例えば１０^−５Ｐａ程度まで排気できるようになっている。真空チャンバ１９とアノード電極１１とは接地電位に接続されている。また、ガス源２７がガス管２７１を介して真空チャンバ２０の壁面に設けられており、真空チャンバ２０内を真空排気し、内部にヘリウムガス等の不活性ガスを大気圧より低い圧力になるまで導入し、この雰囲気中へ放出されたイオンにより触媒微粒子を形成できるように構成されている。

上述したような工程でトリガ放電を発生させることでアーク放電を誘起しながら触媒材料のイオンをアークプラズマガン２５に対向する基板２４の表面に到達させると、基板表面で非常に細かい微粒子として付着し、膜を形成する。この成膜時において、真空チャンバ２０の上部の回転機構２２及び回転用駆動手段２３により基板ステージ２１を回転させて、基板ステージ中心をその中心とする同心円上で基板を回転せしめれば、基板上に効率よく成膜することができる。

以下、図３に示すプラズマＣＶＤ装置を用いたリモートプラズマＣＶＤ法によるカーボンナノチューブの作製方法を説明する。

図３に示すプラズマＣＶＤ装置は、真空チャンバ３１を有し、この真空チャンバ３１の底部には、ロータリーポンプやターボ分子ポンプなどの真空排気手段３１１が設けられている。真空チャンバ３１の天井部には、公知の構造を有するガス導入手段３２が設けられ、このガス導入手段３２は、ガス管３２１を介して図示しないガス源に接続している。

真空チャンバ３１内には、このガス導入手段３２に対向して、本発明の二層からなるバッファ層上に触媒が形成された基板Ｓを載置する基板ステージ３３が設けられている。この基板ステージ３３には、基板Ｓを所定温度に加熱するための抵抗加熱式の加熱手段（図示せず）が内蔵されている。また、真空チャンバ３１の壁面には、基板ステージ３３とガス導入手段３２との間にプラズマを発生させるために、プラズマ発生装置である公知のマイクロ波発生器３４が導波管３４１を介して設けられている。このマイクロ波発生器３４としては、例えばスロットアンテナを用いてＥＣＲプラズマを発生させるものがあげられる。

このマイクロ波発生器３４を作動させて発生させたプラズマに基板Ｓが曝されないように、プラズマ発生領域Ｐから離れた位置に基板ステージ３３を配置する。そして、プラズマ発生領域Ｐと基板Ｓとの間に、メッシュ状の遮蔽手段３５が設けられている。

メッシュ状の遮蔽手段３５は、例えば、ステンレスから形成され、真空チャンバ１１内に、グランドに接地するか、またはフローティング状態となるように設けられる。遮蔽手段３５によってイオンシース領域が形成され、プラズマ粒子（即ち、イオン）が基板Ｓ側に侵入することが防止されるので、基板Ｓがプラズマに曝されることが防止できる。この場合、メッシュ状の遮蔽手段３５の各網目の大きさは、１〜３ｍｍである。各網目の大きさを、１ｍｍより小さく設定すると、ガスの流れを遮ってしまい、３ｍｍより大きく設定すると、プラズマを遮ることができない。

メッシュ状の遮蔽手段３５と基板ステージ３３に載置された基板Ｓとの間の距離Ｄは、２０〜１００ｍｍの範囲に設定される。２０ｍｍより短いと、遮蔽手段３５と基板Ｓとの間で放電が起こり易くなり、例えば基板Ｓや基板Ｓ表面に気相成長させたカーボンナノチューブに損傷を与える可能性がある。また、１００ｍｍより長いと、基板Ｓに後述するバイアス電圧を印加する際に、遮蔽手段３５が対極としての役割を果たすことができない。

また、プラズマで分解された原料ガスを高エネルギー状態で基板Ｓ上に到達させるために、遮蔽手段５と基板Ｓとの間にバイアス電源３６を設けて、基板Ｓにバイアス電圧を印加するように構成する。

このようなプラズマＣＶＤ装置を用いて、カーボンナノチューブを成長させる場合、初めに水素ラジカルを用いた前処理を行う。水素ラジカルで前処理することで、触媒を活性化させて低温でカーボンナノチューブを作製することが可能となる。まず、ガス導入手段３２を介して水素を１０〜２００ｓｃｃｍの流量で真空チャンバ３１内に導入して１．０〜１０Ｔｏｒｒに保持し、加熱手段により基板Ｓを２００〜３５０℃まで加熱した後、マイクロ波発生器３４を作動してプラズマを発生させる。そして、遮蔽手段３５と基板Ｓとの間に、基板Ｓ側の電圧が１〜３００Ｖとなるようにバイアス電源３６によりバイアス電圧を印加する。これにより、真空チャンバ３１内のプラズマで分解された水素ガスは、イオン成分が遮蔽手段３５で取り除かれ、ラジカル成分が遮蔽手段３５の各網目を通過し、基板Ｓ方向に円滑に送られて、触媒を活性化させる。

次いで、以下の手順でカーボンナノチューブを成長させる。

基板Ｓを加熱手段により所定温度まで加熱した後、原料ガスを真空チャンバ３１内に導入し、プラズマで分解された高エネルギー状態の原料ガスを基板Ｓに接触させることで、基板Ｓの触媒層上にカーボンナノチューブを低温で作製できる。ここで、原料ガスとしては、炭素原子含有ガス、例えば、メタン、アセチレンなどの炭化水素ガス若しくは気化させたアルコールがあげられる。この場合に、希釈ガスとして、これらのガスに水素、アンモニア、窒素若しくはアルゴンのうち少なくとも１つを混合してもよい。

加熱手段は、カーボンナノチューブを気相成長させる間、２００〜３５０℃の範囲内の所定温度に保持されるように制御される。２００℃より低い温度では、著しくカーボンナノチューブの成長が悪く、また、３５０℃を超えた温度では、半導体素子作製プロセスに用いることができない。

本実施例では、図３に示すプラズマＣＶＤ装置を用い、所定の基板Ｓ上にカーボンナノチューブを気相成長させて作製した。

初めに、基板Ｓとしてのシリコン基板上に、Ｎ_２：５ｓｃｃｍ、圧力：０．５Ｐａ、３００Ｗの条件でのＴｉ金属ターゲットを用いたスパッタリング法により、ＴｉＮを４０ｎｍの膜厚で成膜し、次いで、ＴｉＮ膜上に、５×１０^−４Ｐａで５Å／ｓの成膜速度条件でのＥＢ蒸着法によりＭｏを２０ｎｍの膜厚で成膜し、二層からなるバッファ層とした。このバッファ層上に、触媒層としてＮｉを３ｎｍで成膜した。

得られた基板ＳをプラズマＣＶＤ装置（基板Ｓと遮蔽部材５との間の距離を２０ｍｍに設定）内の基板ステージ３３に載置し、原料ガスとしてメタンと水素との混合ガスを、メタン：２０ｓｃｃｍ、水素：８０ｓｃｃｍの流量で、ガス導入手段３２を介して真空チャンバ３１内に導入した。この場合、真空チャンバ３１内の圧力が２Ｔｏｒｒに保持されるように真空排気手段３１１を制御すると共に、加熱手段により基板を３５０℃まで加熱した後、マイクロ波発生器３４によりプラズマを発生させた。この場合に、プラズマＣＶＤ装置は基板Ｓ側の電圧が＋１Ｖとなるようにバイアス電源３６によりバイアス電圧を設定した。このようにして４０分間リモートプラズマＣＶＤ法を行い、プラズマにより原料ガスが分解されて生成されたイオン成分及びラジカルは、イオン成分が遮蔽手段３５により取り除かれ、高エネルギー状態のラジカルが基板に接触したので、微粒子化した触媒上にカーボンナノチューブが低温で気相成長した。これにより、３５０℃という半導体プロセスに十分適用可能な低温であってもカーボンナノチューブを成長させることが可能であることがわかった

（比較例１）
比較例として、バッファ層の二層目（Ｍｏ層）を設けなかった以外は実施例１と同条件でカーボンナノチューブを成長させたが、４５０℃以上でなければカーボンナノチューブが成長できなかった。

本実施例では、図３に示すプラズマＣＶＤ装置を用いて前処理を行ってからカーボンナノチューブを成長させた。

上記実施例１と同条件で基板を作製し、この基板をプラズマＣＶＤ装置内に搬入した。そして、真空排気手段３１１により真空チャンバ３１内の圧力を３×１０^−１Ｐａ以下になるまで排気した後、前処理を行った。まず、ガス導入手段３２を介して水素ガスを８０ｓｃｃｍの流量で真空チャンバ３１内に導入して２Ｔｏｒｒに保持し、加熱手段により基板Ｓを３００℃まで加熱した後、マイクロ波発生器３４によりプラズマを発生させると共に、基板Ｓ側の電圧が３００Ｖとなるようにバイアス電源３６によりバイアス電圧を印加して前処理を行った。その後、基板温度を３００℃とした以外は、実施例１と同一の手順でカーボンナノチューブを成長させ、この基板の断面をＳＥＭにより観察した。結果を図４に示す。

図２に示したように、多数のカーボンナノチューブが触媒上に形成されている。これにより、水素ラジカルによる前処理を行えば、３００℃という低温であったとしてもカーボンナノチューブを実用的な速度で成長させられることがわかった。

本実施例では、触媒保護層を設けたカーボンナノチューブ成長用基板を用いてカーボンナノチューブを成長させた。

シリコン基板上にスパッタリング法によりＴｉＮを２０ｎｍの膜厚で成膜し、次いで、基板をエレクトロンビーム成膜装置の載置台に載置し、ＴｉＮ膜上に、ＥＢ蒸着法によりＡｌを２０ｎｍの膜厚で成膜し、二層からなるバッファ層とした。続けて、このバッファ層上に、触媒層としてインバー合金を５ｎｍで成膜し、その後、触媒層上に触媒保護層としてＡｌを１ｎｍ成膜した。

そして、この基板をエレクトロンビーム成膜装置から取り出して大気中を移動させて図３に示すプラズマＣＶＤ装置中の載置台に載置し、実施例２と同一条件でカーボンナノチューブを成長させた。この場合の成長後の基板の断面をＳＥＭで観察した。結果を図５に示す。

図５より、図４と同一条件であったにもかかわらず、実施例２で得られたカーボンナノチューブよりも長いカーボンナノチューブを得ることができた。これにより、触媒保護層を設ければ、カーボンナノチューブの成長が促進されることがわかった。

図２に示すアークプラズマガン装置を用いたアークプラズマガン法（直流電源１７１：６０Ｖ、コンデンサユニット：８８００μＦ）により触媒としてＮｉを１００発成膜し、厚さ１０Åの膜を得たこと以外は実施例１と同条件で基板を作製し、リモートプラズマ法を行った。この場合、実施例１と同様に３５０℃以下でカーボンナノチューブは成長した。

本発明のカーボンナノチューブ成長用基板及びその基板を用いたカーボンナノチューブの作製方法によれば、半導体素子作製プロセスの配線材料として適用可能な低温で、カーボンナノチューブを成長させることができる。従って、本件は半導体素子製造分野において利用可能である。

本発明のカーボンナノチューブ成長用基板の作製に用いられるアークプラズマガンを示す模式図。 本発明のカーボンナノチューブ成長用基板の作製に用いられるアークプラズマガン装置を示す模式図。 本発明のカーボンナノチューブの作製方法に用いられるプラズマＣＶＤ装置を示す模式図。 実施例２で得られたカーボンナノチューブを成長させた基板の断面ＳＥＭ写真。 実施例３で得られたカーボンナノチューブを成長させた基板の断面ＳＥＭ写真。

符号の説明

１１ アノード １２ カソード
１３ 触媒材料 １４ 絶縁碍子
１５ トリガ電極 １６ トリガ電源
１７ アーク電源 １７１ 直流電源
１７２ コンデンサユニット ２０ 真空チャンバ
２１ 基板ステージ ２２ 回転機構
２３ 回転用駆動手段 ２４ 処理基板
２５ アークプラズマガン ２６ 真空排気系
２７ ガス源 ３１ 真空チャンバ
３１２ 真空排気手段 ３２ ガス導入手段
３２１ ガス管 ３３ 基板ステージ
３４ マイクロ波発生器 ３４１ 導波管
３５ 遮蔽手段 ３６ バイアス電源

Claims (8)

1. 基板上に触媒層が形成されたカーボンナノチューブ成長用基板において、基板と触媒層との間に二層からなるバッファ層を設けたことを特徴とするカーボンナノチューブ成長用基板。
2. 前記バッファ層の一層目及び二層目は、Ｔｉ、Ｔａ、Ｓｎ、Ｍｏ及びＡｌから選ばれた少なくとも１種の金属、これらの金属のうちの１種を含む窒化物及びその混合物、及びこれらの金属のうちの少なくとも１種を含む酸化物のいずれか１つからなり、かつ、前記バッファ層の一層目と二層目とは異なるものからなることを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブ成長用基板。
3. 前記バッファ層のうち、基板上に形成された一層目の厚さが、０．５ｎｍ〜１μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載のカーボンナノチューブ成長用基板。
4. 前記バッファ層のうち二層目の厚さが、０．１〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のカーボンナノチューブ成長用基板。
5. 前記触媒層上に、触媒保護層を設けることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のカーボンナノチューブ成長用基板。
6. 前記触媒保護層が、Ｔｉ、Ｔａ、Ｓｎ、Ｍｏ及びＡｌから選ばれた少なくとも１種の金属、又はこれらの金属のうちの少なくとも１種を含む窒化物からなることを特徴とする請求項５に記載のカーボンナノチューブ成長用基板。
7. 真空チャンバ内に請求項１〜６のいずれかに記載のカーボンナノチューブ成長用基板を載置し、次いで、基板がプラズマに曝されないようにプラズマを発生させ、加熱手段によって基板を所定温度に加熱し、この基板上に、プラズマにより原料ガスを分解して得られたラジカルを接触させてカーボンナノチューブを成長させることを特徴とするカーボンナノチューブの作製方法。
8. 前記カーボンナノチューブの作製方法において、前処理として、真空チャンバ内に水素ガスを導入し、プラズマを発生させて水素ガスを分解して水素ラジカルを形成し、この水素ラジカルにより基板上の触媒層の活性化を行うことを特徴とする請求項７記載のカーボンナノチューブの作製方法。