JP5583237B1 - グラフェン配線とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 実施形態にかかるグラフェン配線は、基板と、基板上の触媒層と、触媒層上の第1のグラフェンシート層と、第1のグラフェン層上の第2のグラフェンシート層とを備え、第2のグラフェン層は多層のグラフェンシートで構成され、多層のグラフェンシートの層間には、原子又は分子が存在することを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
グラフェン配線を形成するためには、基板上に一様に成膜したグラフェンを配線形状に加工、または、配線形状に形成した触媒層上へのグラフェンの成長を行う。
しかし、グラフェン配線を10nm程度まで細くした場合は、電子の量子閉じ込め効果による半導体化、もしくは、端部による散乱効果によって、抵抗が増大する懸念がある。
挿入された分子は、グラフェンに電子または正孔を供与し、抵抗を低下させる。しかしながら、インターカレーション処理時には酸やハロゲン等の反応性の高い物質を用いることが多く、触媒層等の配線下部の構造物を腐食してしまう恐れがある。従って、触媒層から成長させたグラフェン配線の処理方法としては適切ではなかった。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置100の斜視図である。
半導体装置100は、半導体基板の絶縁膜3上のグラフェン配線10と、グラフェン配線10の下面および上面にそれぞれ接続されたコンタクトプラグ2と、コンタクトプラグ2を介してグラフェン配線10に接続される導電膜1とを有する。コンタクトプラグ2はコンタクト層絶縁膜3内に形成される。
触媒下地層11は、例えば、Ti、Ta、Ru、W等の金属の窒化物または酸化物からなる。また、触媒下地層11は、異なる複数の層からなる積層構造を有してもよい。触媒下地層11の厚さは、例えば、0.5nm以上10nm以下である。
厚さ約400nmの多層グラフェンを用意し、飽和蒸気圧のBr2ガスに90分暴露させたグラフェン配線を用意する。
導電膜1は、例えば、LSI等の半導体基板の一部に含まれる導電部材である。
コンタクトプラグ2,5は、例えば、層間配線である。
コンタクト層絶縁膜3は、例えば、層間配線の絶縁膜である。
(第1の工程)
まず、図2に示すように、コンタクトプラグ2及びコンタクト層絶縁膜3上に、触媒下地層111を形成する。
触媒下地層111は、それぞれ好適な材料をCVD(Chemical Vapor Deposition)などで膜厚調整をして成膜することができる。触媒層112も触媒下地層111と同様に成膜することができる。
次に、グラフェン層113を製膜する。成膜前に、良質なグラフェン成長のために、触媒金属層112の微粒子化工程であるプラズマ前処理を行うことが好ましい。H2、ArやN2等のガスを用い、処理時間30秒以上300秒以内、処理温度25℃以上300℃以下の範囲で微粒子化工程としてのプラズマ前処理を行う。上記ガスを用いた1回の処理、あるいは異なるガスを用いて2回以上に分けて処理を行ってもよい。
次に、図3に示すように、例えば、リソグラフィー法とRIE法の組み合わせによりグラフェン層113の一部を加工する。加工されたグラフェン層214は配線の形状を有する。配線の形状は、目的の形状にすることができる。また、加工されなかった部位は、触媒層全体を覆うグラフェン層213となる。
次に、図4に示すように、グラフェン層214に原子や分子の挿入処理を行なって、グラフェン層間化合物層である第2のグラフェン層14に変化させる。挿入処理は、非処理部材を原子又は分子の原料ガス雰囲気で行う。原子や分子の物性や挿入量によっては、本処理を加熱処理とすることが好ましい。この際、触媒層112や触媒下地層111はグラフェン層213に覆われているため、挿入処理に用いる反応性の高い物質から保護される。原子や分子は、第2のグラフェン層14のグラフェンシートの層間に挿入される。なお、挿入する原子や分子によっては、その一部が、物理的又は化学的にグラフェンシートと結合又は接している場合がある。なお、基板の端部等でグラフェン層213が途切れる箇所を、触媒層12や触媒下地層11の保護のために、樹脂等で封止してもよい。
次に、例えば、リソグラフィー法とRIE法の組み合わせにより、第2のグラフェン層14と同一又は略同一形状に、グラフェン層213、触媒層112、触媒下地層111を加工し、第1のグラフェン層13、触媒層12、触媒下地層11となる。図1に示したグラフェン配線10を有する半導体装置100を得る。
2:コンタクトプラグ
3:コンタクト層絶縁膜
10:配線
11:触媒下地層
12:触媒層
13、14、113、213、214:グラフェン層
Claims (6)
- 基板と、
前記基板上の触媒層と、
前記触媒層上の第1のグラフェンシート層と、
前記第1のグラフェン層上の第2のグラフェンシート層とを備え、
前記第2のグラフェン層は多層のグラフェンシートで構成され、
前記多層のグラフェンシートの層間には、原子又は分子が存在し、
前記原子又は分子は、F 2 、Cl 2 、Br 2 、I 2 、IBr、ICl、FeCl 3 、CuCl 2 、BF 4 、AsF 4 、硫酸、硝酸、リン酸、Li、Na、K、MgとCaの中から選ばれる1種類以上であることを特徴とするグラフェン配線。 - 前記第1と第2のグラフェン層の幅は、3nm以上100nm以下であることを特徴とする請求項1に記載のグラフェン配線。
- 前記第1と第2のグラフェン層の幅は、3nm以上30nm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のグラフェン配線。
- 基板上に触媒層を形成する第1の工程と、
前記触媒層上に多層グラフェンシートで構成されたグラフェン層を形成する第2の工程と、
前記グラフェン層の一部を除去する第3の工程と、
前記第3の工程の部材に原子又は分子のガス雰囲気で処理する第4の工程と、
前記第3の工程において加工されなかったグラフェン層の一部及び触媒層の一部を除去する第5の工程と、
を有し、
前記原子又は分子は、F 2 、Cl 2 、Br 2 、I 2 、IBr、ICl、FeCl 3 、CuCl 2 、BF 4 、AsF 4 、硫酸、硝酸、リン酸、Li、Na、K、MgとCaの中から選ばれる1種類以上であるすることを特徴とするグラフェン配線の製造方法。 - 前記第1と第2のグラフェン層の幅は、3nm以上100nm以下であることを特徴とする請求項4に記載のグラフェン配線の製造方法。
- 前記第1と第2のグラフェン層の幅は、3nm以上30nm以下であることを特徴とする請求項4又は5に記載のグラフェン配線の製造方法。
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