(57)【要約】本発明は、電気回路に集積されるナノチューブ（特に、カーボンナノチューブ）の接触方法に関するものである。ナノチューブは、電気回路の金属配線に形成された後、ナノチューブと配線との接触部において、無電解金属を被覆されることによって金属配線と接続する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気回路に集積されるナノチューブの接触接続方法であって、以下の工程（ａ）〜（ｃ）を含むことを特徴とする方法。
工程（ａ）：基板に、少なくとも２つの配線を備えた所定の配線構造体を形成する。
工程（ｂ）：工程（ａ）によって配線構造体がパターン形成された基板に、少なくとも１つのナノチューブを形成する。
工程（ｃ）：工程（ｂ）によって得られた基板に、金属陽イオンを含む電解水溶液を用いたバスプロセスによって、金属を無電解的に被覆する工程とを含み、これにより、金属が、上記の配線構造体の上に蒸着し、配線と少なくとも１つのナノチューブとの接触部において、このナノチューブの少なくとも一部分を覆う。
【請求項２】
上記少なくとも１つのナノチューブが、カーボンナノチューブと、窒化ホウ素によってドープされたカーボンナノチューブと、酸化カーボンナノチューブとからなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
工程（ａ）では、基板に、パターンメッキ法を用いて、少なくとも２つの配線が設けられた所定の配線構造体を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
工程（ｂ）では、エアブラシ法を用いて、上記ナノチューブを形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
工程（ｂ）によって基板にナノチューブを形成した後、原子間力顕微鏡法を用いてこのナノチューブの選択および／または位置合わせを行って、少なくとも１つのナノチューブを、２つの配線に接触させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
工程（ｃ）で用いるバスプロセスでは、電解水溶液に含まれる、ニッケル、スズ、銅、コバルト、プラチナ、パラジウム、および金、並びにそれらの合金からなる群から選択された１種類の金属、好ましくはニッケルまたは銅が、上記の基板の上に無電解的に蒸着することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
上記金属がニッケルまたは銅であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
工程（ｃ）に続いて、調整工程を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
工程（ｃ）における蒸着速度は、１３０〜３００ｎｍ／分であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
上記ナノチューブと配線との接触部の接触抵抗が、１０キロオーム以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
上記基板は、Ｐｔ、Ａｕ、ＧａＡｓ、ＩｎｙＧａＡｓ、ＡｌｘＧａＡｓ、Ｓｉ、ＳｉＯ２、Ｇｅ、ＳｉｘＮｙ、ＳｉｘＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＰＳｉ、ＧａＩｎＡｓＰ、ガラス、黒鉛、ダイヤモンド、雲母、ＳｒＴｉＯ３、および、これらがドープされた変形態からなる群から選択されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも２つの配線を備えた基板と、この基板および配線の上に設けられた少なくとも１つのナノチューブとを備えた電子部品であって、
少なくとも２つの配線をナノチューブが導電接続しており、配線上においてナノチューブの少なくとも一部分が金属によって覆われていることを特徴とする電子部品。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、電気回路に集積されるナノチューブ（特に、カーボンナノチューブ）の接触（Kontaktierung）方法に関するものである。なお、このナノチューブは、電気回路の金属配線（metallischen Leiterbahnen）に形成された後、ナノチューブと配線との接触部が無電解金属処理（金属が無電解的に被覆）されることによって金属配線と接続する。
【０００２】
ナノ回路構造体における金属導体および半導体として、ナノチューブ（特にカーボンナノチューブ）が好適であることから、ナノチューブを電気回路または電子部品に固定することが望まれる。ナノチューブを、例えば電気回路の構成要素として用いる場合は、ナノチューブと金属導体とが接続されている必要がある。通常、このようなナノチューブは、分散液であったり、金属薄片またはカーボン紙（bucky paper）であったり、粉末の状態で用いられる。このような分散液を電気回路に塗布すると、通常、束状または個々のナノチューブが無秩序に分散し、電気導体を備えた電子部品の表面にファンデルワース力によって保持される。
【０００３】
ナノチューブを導体または能動部品として用いる場合は、ナノチューブを電気回路の配線に接触する必要がある。このとき、電流に対するナノチューブと配線との接触部の電気抵抗をできるだけ低くする必要がある。また、ナノチューブは、この接触部にて十分に機械的に据え付けられるか、または固定される必要がある。ナノチューブと配線との接触部を全く用いることなく、ファンデルワース力のみによって配線上にナノチューブを保持または配置すると、接触抵抗が数１００キロオーム（ｋΩ）からメガオーム（ＭΩ）になってしまい、ナノチューブを電気回路に用いることが、著しく困難になる。
【０００４】
ナノチューブと配線とを、抵抗を低くして接触させることは、従来、コストをかけることができる特殊な場合にのみ実現されてきた。例えば、Bachtold他、『Applied Physics Letters』（７３巻、２号、１９９８年、２７４−２７６ページ）には、カーボンナノチューブを、電子ビームを用いて金接触部に「半田付けする」ことにより、「焦点（Brennfleck）」のように残留ガスからなる炭素を接触部に蒸着させる方法が記載されている。また、集束イオンビーム装置を用いて、金属を接触部に蒸着させることもできる。例えば、Wei他、『Applied Physics Letters』（７４巻、２１号、１９９９年、３１４９−３１５１ページ）には、このような「集束イオンビーム」装置によって、Ｗ（ＣＯ）６をタングステン源（Wolframquelle）として用いて、接触部にタングステンを蒸着させる方法が記載されている。さらに、回路にフォトリソグラフィー工程を用いてレジスト層をパターン形成することによって、真空雰囲気下で金属（例えばチタン）が内壁部分に塗布された開口部を、接触部の上方に形成することができる。なお、この金属は、リフトオフ工程の後、接触部のみに残留する（Zhang他、『Chemical Physics Letters』（３３１、２０００年、３５−４１ページを参照）。通常、この工程に続いて、接触部を改善するための熱処理が行われる。しかしながら、上記した一連の方法では、コストが非常に高くなり、ナノチューブが成長した後のナノチューブ束またはナノチューブ配列（ナノチューブアレイ）を、配線に全くまたはほとんど固定することができない。
【０００５】
本発明の目的は、電気回路に集積されるナノチューブ（特にカーボンナノチューブ）の接触方法を提供することにある。この方法によれば、ナノチューブと配線との間の抵抗をできる限り下げるとともに、ナノチューブと配線との間を、機械的に固定および接触させる方法であり、さらに、この固定および接触を、簡単、かつできる限り同時並行で、遂行する必要がある。
【０００６】
この目的は、特許請求の範囲の特徴部分に示した実施形態によって達成される。
【０００７】
具体的には、以下の工程を含んだ、電気回路に集積されるナノチューブの接触方法を提供する。すなわち；
工程（ａ）；少なくとも２つの配線を備えた所定の配線構造体を、基板に形成する工程と、
工程（ｂ）；工程（ａ）によって配線構造体が形成された基板に、少なくとも１つのナノチューブを形成する工程と、
工程（ｃ）；金属陽イオンを含む電解水溶液を用いたバスプロセス（Badverfahren）を用いて、工程（ｂ）によって得られる基板を、無電解金属によって被覆する工程とを含むことを特徴としている。工程（ｃ）では、金属が上記の配線構造体上に蒸着し、少なくとも１つのナノチューブと、配線との接触部で、これらのナノチューブの少なくとも一部分が覆われる。
【０００８】
本発明の方法によれば、ナノチューブを配線に接触させようとしている超小型回路における適切に設けられた接触面上または配線上に、簡単なバスプロセスを用いて、金属を無電解的に蒸着し、ナノチューブを配線に接触させる。また、本発明の方法を用いれば、複雑な真空装置を用いることなく、ナノチューブを配線に接触させることができるという利点がある。
【０００９】
図１および図２は、本発明の方法を用いてカーボンナノチューブが接触している超小型回路の一部を示した走査型電子顕微鏡画像である。
【００１０】
また、本発明の方法は、個別のナノチューブおよびナノチューブ配列の双方を、機械的に固定された状態で、所定の配線構造体に、できるだけ同時並行で接触できるという利点がある。ここで形成される接触部の抵抗は、ファンデルワールス力のみを介してナノチューブを配線に保持または配置される場合の接触部の抵抗よりも著しく低い。本発明の方法の範囲内で形成された接触部の接触抵抗は、通常、１０ｋΩ以下である。
【００１１】
本発明の方法の工程（ａ）では、まず、少なくとも２つの配線を備えた所定の配線構造体を、基板に形成する。通常、この工程は従来の「パターンメッキ」法を用いて行う。この方法によって、所定の深部構造を有するフォトレジスト層が基板に形成される。つまり、基板は、適切な予備パターン、または、窪み（深部構造）を有する所定のパターンが設けられた、フォトレジストによって、被覆される。基板としては、貴金属、酸化ガラス、単結晶または多結晶の基板、半導体、皮膜面（不動態化された表面）を有するまたはない金属、絶縁体、もしくは、続くエッチング工程に対して耐性が高い一般的な基板を使用することが好ましい。特に、Ｐｔ、Ａｕ、ＧａＡｓ、ＩｎｙＧａＡｓ、ＡｌｘＧａＡｓ、Ｓｉ、ＳｉＯ２、Ｇｅ、ＳｉｘＮｙ、ＳｉｘＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＰＳｉ、ＧａＩｎＡｓＰ、ガラス、黒鉛、ダイヤモンド、雲母、ＳｒＴｉＯ３、および、これらがドープされた変形態を含むことが好ましい。これらの基板は、平坦な基板であれば、平面であってもよく、表面が（凸状または凹状に）曲がったものであってもよい。また、フォトレジストには、従来技術から知られている市販されたフォトレジストを用いることができる。特に、ＳｉＯ２層が積層されたシリコンのような平らな基板であれば、例えば回転塗布によってフォトレジストを塗布することができる。このフォトレジストの膜厚は、１０ｎｍ〜数μｍである。次に、従来のように、透過性の光、紫外線、エックス線、または、電子放射線を、マスクを介して上記のフォトレジストに照射することによって所定の望ましいパターンが形成される。次に、フォトレジストを現像する。つまり、上記の膜（フォトレジスト）から露光部分を除去する（ポジフォトレジスト）か、または露光されていない部分を除去する（ネガフォトレジスト）。現像によって、フォトレジスト内に、フォトレジスト層の厚さと同じ厚み（深さ）を有する窪みが形成される。この構造は、周期的であっても非周期的であってもよい。窪みの長さおよび幅は、例えば１５ｎｍ〜数μｍであり、その深さは５ｎｍ〜数μｍである。特に、４０ｎｍよりも大きい所定構造を形成してもよい。また、例えばフォトレジスト膜の壁だけを使って、つまり段のようにして（im Sinne einer Stufe）所定の構造を形成してもよい。次に、このように予めパターン形成された基板に、例えばスパッタ技術、蒸着、または「スピンオン」技術を用いて金属を蒸着させる。用いる金属は、特に限定されない。したがって、例えば金を、鉄と組み合わせた層を形成してもよい。鉄は、非常に薄く形成されている金層（厚さが例えば５〜５０ｎｍ）の下部または上部に配置されていてもよく、金層を挟んで配置されていてもよい。鉄が金層の上に配置されている場合は、代わりに、例えば、Ａｕ／Ｔｉ層構造を形成してもよい。最後に、フォトレジストを「リフトオフ」技術（例えば、エッチング）によって除去することにより、基板に所望の配線構造体が形成される。
【００１２】
本発明の方法の工程（ｂ）では、少なくとも１つのナノチューブを、上記の工程（ａ）によってパターン形成された基板上に、つまり所定の配線構造体または超小型回路上に形成または配置する。
【００１３】
工程（ｂ）で用いるナノチューブは、単一の壁によって構成されたものであってもよく、多壁によって構成されたものであってもよい。多壁のナノチューブでは、少なくとも１つの内部ナノチューブが、外部ナノチューブによって同軸上に取り囲まれている。本発明の方法に用いられるナノチューブは、カーボンナノチューブ、窒化ホウ素によってドープされたカーボンナノチューブ、または酸化カーボンナノチューブであることが好ましい。特に、カーボンナノチューブが好ましい。
【００１４】
工程（ｂ）では、好ましくは「エアブラシ（Airbrush）」法を用いて、工程（ａ）にて形成された基板にこれらのナノチューブを形成する。そのため、一般に、極性有機溶媒にナノチューブを分散させる。極性有機溶媒としては、例えば、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、塩化メチレン、クロロホルム、メタノール、および、エタノールが適している。特に適しているのは、ジメチルホルムアミドである。代わりに、ナノチューブは水に分散させてもよい。分散液中のナノチューブ濃度は、通常、１〜３０ｍｇ／Ｌである。ＤＭＦ（ジメチルホルムアミド）の場合の一例は、２５ｍｇ／Ｌ以下の濃度とすることができる。また、ナノチューブが基板に形成された後、これらのナノチューブを、原子間力顕微鏡法のような高解像手法によって、必要に応じて選択および／または位置合わせすることができる。これにより、少なくとも１つのナノチューブを、２つの配線と接触させることができる。例えば、少なくとも１つのナノチューブを、ほぼ平行に延びた２つの配線間を架橋させることができる。
【００１５】
本発明の方法の工程（ｃ）では、電解水溶液に含まれている少なくとも１つの金属が、配線の上を無電解的または化学的に被覆（「無電解メッキ」）し、これとほぼ同時並行で、ナノチューブと配線との接触部上にも上記の金属が被覆する。これにより、上記の金属がナノチューブの少なくとも一部を被覆した状態となる。その結果、固定した状態のナノチューブを、配線と接触させることができる。この接触は、選択的に行うことができるとともに、従来のＰＶＤ金属蒸着によっては不可能であった場所であっても形成することができる。通常であれば、十分に接触部および配線を被覆するためには、１分未満必要であるが、本発明の方法を用いれば、この金属被覆を迅速に行うことができる。配線構造体内の接触部にて固定されたナノチューブは、完成した回路または電子部品の機械的な安定性を確かなものとすることができる。
【００１６】
本発明の方法の工程（ｃ）で用いられる電解水溶液の組成物（Elektrolytzusammensetzungen）は、基本的には表面処理技術、腐食処理技術、または、プリント基板製造技術において知られているものである。したがって、本発明の方法では、水溶液（つまり、水溶液中に含まれる金属塩）中の、ニッケル、スズ、銅、コバルト、プラチナ、パラジウム、金、および、それらの合金、といった金属が、好ましくはニッケルまたは銅が、適切な表面に無電解的に蒸着する。このような電解水溶液の組成物は、従来技術から知られている。また、方法またはコスト的に適さないために真空金属被覆を用いることができない場合であっても、例えば、腐食を防ぐ目的や、表面が強くパターン形成されて凹凸のある基板に伝導力を発生させる目的で、このような電解水溶液の組成物を用いることができる。
【００１７】
もし、金属陽イオンを含んだ電解水溶液の金属陽イオン、または金属塩と、形成された配線の金属または合金との間で化学電圧降下が生じれば、配線構造体の卑金属（母材）は酸化される一方で、電解水溶液の金属陽イオンが還元されて配線構造体に沈殿する。堆積した沈殿物の構造は、通常、微粒子形状である。これらの沈殿物は、通常、ある特定の結合電解液成分（Elektrolytbestandteile）またはその中間生産物も含んでいる。
【００１８】
堆積した沈殿物は、他の金属被覆に対する触媒作用も有している。つまり、もし十分な化学電圧降下が生じない場合、本発明の方法では、例えば、Ｃｕ２＋のフォルムアルデヒド、Ｎｉ２＋の次亜リン酸塩、または、Ｃｏ２＋のホウ化水素のような還元化合物を電解水溶液の組成物に加えて「無電解メッキ」を行うことにより、十分に金属を蒸着させることができる。
【００１９】
例えば、本発明によれば、従来技術から知られているように、塩化ニッケル（ＩＩ）を次亜リン酸塩によって還元することによって、１つまたは複数のナノチューブが形成された配線構造体にニッケルメッキを施すことができる。次に、このニッケルは、配線構造体に沈殿し、ナノチューブと配線との接触部を覆うことができる。通常、ｐＨ値は８〜９に設定される。その代わりまたは、酸性雰囲気下にて金属被覆を行う場合は、ｐＨ値は４〜６に設定する。ｐＨ値が必要以上にアルカリ性だった場合は、水酸化ニッケルまたは塩基性塩が析出する。この現象は、例えばクエン酸塩（または、銅の場合はセニエット塩）のような錯形成剤の添加によって回避することができる。すなわち、この添加によってニッケル（ＩＩ）が錯体になり、電解溶液液中のニッケルの濃度が下がる。本発明の方法に用いることができるバス（Baeder）としては、通常、従来技術によって知られたバス添加物（例えば、安定剤、活性剤または消極剤、導電性塩（Leitsalze）、阻害剤、湿潤剤、光沢剤など）を含んでいてもよい。
【００２０】
また、本発明によって形成された形成物または層は、さらに電気メッキによって厚みを厚くすることができる。
【００２１】
本発明の方法の工程（ｃ）における蒸着速度は、通常、１３０〜３００ｎｍ／分である。蒸着した被覆厚は、例えば、５０ｎｍ〜数マイクロメートルである。
【００２２】
無電解金属被覆を行った後の基板は、従来の方法によって洗浄され、乾燥させる。次に、熱処理工程（調整工程）を、真空中または不活性ガス雰囲気下において行う。処理温度は、金属基盤（metallischen Untergrund）を考慮して、最高１０００℃で行い、例えば、金の上のニッケルでは３００〜５００℃で行う。その結果、蒸着された金属層をほぼ均質に融合することができる。このようなタイプの調整工程の前に、配線とナノチューブとの接触部で配線とナノチューブをほぼ完全に被覆した蒸着された金属層は、なおも微細な粒子径を有する。
【００２３】
また、本発明は、少なくとも２つの配線と、少なくとも１つのナノチューブとが設けられた基板を備えた、電子部品または電気回路に関するものでもあって、その配線は、上記の基板上に設けられており、ナノチューブは、上記の基板および配線上に設けられている。ナノチューブは、少なくとも２つの配線に導電接続されている。また、ナノチューブは、その少なくとも一部分が配線上において、金属によって覆われている。このような電子部品には、特に、少なくとも２つの配線を含んだ配線構造体が、基板に設けられている。この場合、少なくとも１つのナノチューブが、上記の少なくとも２つの配線に接続されており、ナノチューブと配線との接触部の接触抵抗は、１０キロオーム（ｋΩ）以下である。このような部品が、本発明の方法から得られる。
【００２４】
本発明を、以下の実施例によって詳述する。
【００２５】
〔実施例〕
初めに、数百ナノメートルのＳｉＯ２層が積層されたシリコン基板に、所定の接触面または所定の配線とともに予めパターン形成された従来のフォトレジストマスクを利用したスパッタ技術によって、薄い（約１０〜２０ｎｍの）鉄および金層を形成した。もしくは、チタン‐金層を準備し、この層に厚さ１０ｎｍの鉄層をスパッタした。リフトオフ工程によって、上記のＳｉＯ２層表面に所定の望ましい配線パターンが形成された。
【００２６】
次に、ジメチルホルムアミド／イソプロパノールに溶解したカーボンナノチューブの分散液を、所定の配線パターンを有する基板に散布（スプレー）する（「エアブラシ」法）。
【００２７】
次に、この基板を、８５℃のアンモニア性金属被覆溶液に１５秒間浸ける。この溶液は、ｐＨ値が約９で、１リットルに対して、およそ２１ｇの塩化ニッケル、２４ｇのナトリウムホスフィン酸塩（Natriumphosphinat）、４０ｇのトリナトリウムクエン酸塩（Trinatriumcitrat）、５０ｇの塩化アンモニウムを含んでいる。この金属被覆溶液のｐＨ値は、およそ９である。上記の金属被覆溶液の再生可能な反応性を得るために、この溶液に基板を浸す前に、まずは未処理のシリコン基板を、ガス発生およびニッケル化（Vernickelung）がはっきりと確認されるまで浸す。無電解金属被覆後は、基板を水およびイソプロパノールによって洗浄し、乾燥させる。
【００２８】
走査型電子顕微鏡法（ＳＥＭ）によって製造したサンプルを検査した。図１および図２は、本発明のカーボンナノチューブが接触した超小型回路の一部を示すＳＥＭ画像である。図１では、配線およびナノチューブが、その接触部にてニッケルで完全に覆われていることが示されている。ナノチューブは、蒸着されたニッケル層の下にある配線表面に「埋設」されているので、図１では、ナノチューブパスははっきり確認できない。図２は、図１の拡大図である。基板に配置された配線は、互いに接触する程までは拡がっていない。このＳＥＭ画像は、最後の熱処理工程（調整工程）の前に撮影されたものである。この熱処理工程では、蒸着されたニッケル層の著しい均質的融合が見られる。この熱処理工程では、熱処理されていない（調整されていない）状態で測定された値と比べて、接触抵抗が、２〜３という因数低減した。
【００２９】
配線およびナノチューブをその接触部にてニッケルで完全被覆した蒸着ニッケル層は、上記のような熱処理工程の前の段階では、微細な粒子径を維持している。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の方法を用いてカーボンナノチューブが接触している超小型回路の一部を示す走査型電子顕微鏡画像を示す図である。
【図２】本発明の方法を用いてカーボンナノチューブが接触接続している超小型回路の一部を示す走査型電子顕微鏡画像であり、図１に示した画像の一部を拡大した画像を示す図である。
【図１】
2005529481.tif 000002
【図２】
2005529481.tif 000003
【国際調査報告】
2005529481.tif 000004
2005529481.tif 000005
2005529481.tif 000006
2005529481.tif 000007
2005529481.tif 000008
2005529481.tif 000009