(57)【要約】【課題】ナノメータカーボンチューブ装置の製造方法の提供。【解決手段】触媒点の密度にエッチング技術を加えてナノメータカーボンチューブを成長させる側面を画定し、選択性ＣＶＤで触媒側面にあって水平方向に成長させ、最後に一列の分離した触媒点を一つに連結する。触媒点の位置配列方式により、更に大面積のウエハー上にあって一回でナノメータカーボンチューブを位置決めする目標を達成し、並びにナノメータカーボンチューブメモリとトランジスタアレイを完成することができる。【選択図】　　　　図４
2004050395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノメータカーボンチューブ装置の製造方法において、
基板上に複数のナノメータ金属触媒顆粒を付着させるステップ、
金属膜を堆積させ、該金属膜に上述の基板と該複数のナノメータ金属触媒顆粒を被覆させるステップ、
必要な位置と図形に依り該金属膜をエッチングし、選定位置のナノメータ金属触媒顆粒をエッチング後の金属膜側面において露出させるステップ、
チップを堆積システム中に入れ、該ナノメータ金属触媒顆粒においてナノメータカーボンチューブを選択性横向き成長させるステップ、
以上のステップを具えたことを特徴とする、ナノメータカーボンチューブ装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のナノメータカーボンチューブ装置の製造方法において、金属膜の金属成分とナノメータ金属触媒顆粒の金属成分が異なることを特徴とする、ナノメータカーボンチューブ装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載のナノメータカーボンチューブ装置の製造方法において、ナノメータカーボンチューブの炭素成分が堆積システム中の炭素含有ガスに由来することを特徴とする、ナノメータカーボンチューブ装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載のナノメータカーボンチューブ装置の製造方法において、ナノメータ金属触媒顆粒と金属膜が直接接触することを特徴とする、ナノメータカーボンチューブ装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載のナノメータカーボンチューブ装置の製造方法において、ナノメータカーボンチューブが第１帯状金属膜と第２帯状金属膜に連接されることを特徴とする、ナノメータカーボンチューブ装置の製造方法。
【請求項６】
ナノメータカーボンチューブ装置の製造方法において、
基板の上に第１金属膜を堆積させるステップ、
該第１金属膜をエッチングして必要な図形を形成するステップ、
酸化層を堆積させるステップ、
複数のナノメータ金属触媒顆粒を該酸化層の上に付着させるステップ、
第２金属膜を堆積させて該複数のナノメータ金属触媒顆粒を被覆させるステップ、
第２金属膜を必要な位置と図形に依りエッチングしてエッチング後の第２金属膜を形成することにより選定した位置のナノメータ金属触媒顆粒をエッチング後の第２金属膜側面に露出させるステップ、
チップを堆積システム中に入れて、該ナノメータ金属触媒顆粒においてナノメータカーボンチューブを選択性の横向き成長させるステップ、
以上のステップを具えたことを特徴とする、ナノメータカーボンチューブ装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載のナノメータカーボンチューブ装置の製造方法において、第１金属膜の金属成分とナノメータ金属触媒顆粒の金属成分が異なることを特徴とする、ナノメータカーボンチューブ装置の製造方法。
【請求項８】
請求項６に記載のナノメータカーボンチューブ装置の製造方法において、ナノメータカーボンチューブの炭素成分が堆積システム中の炭素含有ガスに由来することを特徴とする、ナノメータカーボンチューブ装置の製造方法。
【請求項９】
請求項６に記載のナノメータカーボンチューブ装置の製造方法において、ナノメータ金属触媒顆粒とエッチング後の第２金属膜と直接接触することを特徴とする、ナノメータカーボンチューブ装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項６に記載のナノメータカーボンチューブ装置の製造方法において、ナノメータカーボンチューブが第１槌状金属膜と第２槌状金属膜に連接されることを特徴とする、ナノメータカーボンチューブ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はナノメータカーボンチューブ装置の製造方法に係り、特に、触媒点の密度にエッチング技術を加えてナノメータカーボンチューブを成長させる側面を画定し、加えて選択性ＣＶＤ法を用い、触媒点の位置配列によりナノメータカーボンチューブ位置決めの目的を達成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ナノメータ（ｎｍ）時代にあって、システム製作の方式は、まず単一セル（ｃｅｌｌ）を開発し、さらに下から上（ｂｏｔｔｏｍ−ｕｐ）の方式で大面積で組み合わせる方式である。これによりいかにナノメータレベルサイズの材料とセルを快速な方式で大面積（ｃｍ２　より大きい規格サイズ）範囲で配列させるかが、ナノメータ電子技術が量産に向かうための最大の鍵となっている。
【０００３】
周知の技術において、Ｓｍａｌｌｅｙの提出したナノメータカーボンチューブの位置決め技術（Ｒｉｃｈａｒｄ　Ｓｍａｌｌｅｙ　＆　ｅｔ　ａｌ．，Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　３０３（１−２）（１９９９）ｐｐ．１２５−１２９）によると、ＡＦＭで基板表面に対して加工し、表面に異なる分子グループを吸着させ、こうして後続のナノメータカーボンチューブをＮＨ２と相互吸引させ連結させ、ＣＨ３表面がナノメータカーボンチューブと連接しないようにし、この効果により位置決め目的を達成する。しかしＡＦＭ加工の速度は極めて遅く、大面積製作が行えない。
【０００４】
別にＬｉｅｂｅｒの提出した周知の技術（Ｃｈａｒｌｅｓ　Ｌｉｅｂｅｒ　＆ｅｔ　ａｌ．，Ｓｃｉｅｎｃｅ　２９１，ｐ６３０）によると、流体の流速と方向の改変を利用することでナノメータカーボンチューブのチップ表面にあっての堆積の方向を制御し、こうして一次配列したナノメータカーボンチューブを同じ方向としているが、その欠点は位置を固定できないため、その他の技術と組み合わせる必要があることである。
【０００５】
第３の周知の技術はＬｉｅｂｅｒの提出したもので、全体の触媒側面を利用して横向き成長させる（Ｙ．Ｓ．Ｈａｎ　＆　ｅｔ　ａｌ．，ＪＡＰ　９０，ｐ５７３１）ものであるが、ただ多層カーボンチューブ（ＭＷＮＴ）を成長させられるだけであり、カーボンチューブの密度を制御することができない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は金属触媒点の大きさを利用し、半導体製造工程と相容れる技術で触媒点の位置と密度を制御し、加えて選択性化学気相ナノメータカーボンチューブ成長法により、大面積ウエハでナノメータカーボンチューブを位置決めできるようにする。
【０００７】
本発明は一種のナノメータカーボンチューブ装置の製造方法を提供することを課題とし、それは、触媒点の密度にエッチング技術を加えてナノメータカーボンチューブを成長させる側面を画定し、加えて選択性ＣＶＤ法で触媒側面にあって水平方向に成長させ、これにより任意の図形上にあって自動位置決めする目的を達成し、またこの技術を半導体生産ラインフローに嵌め込んで半導体製造工程と整合させて、大面積量産ナノメータカーボンチューブ電子装置を達成する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ナノメータカーボンチューブ装置の製造方法において、
基板上に複数のナノメータ金属触媒顆粒を付着させるステップ、
金属膜を堆積させ、該金属膜に上述の基板と該複数のナノメータ金属触媒顆粒を被覆させるステップ、
必要な位置と図形に依り該金属膜をエッチングし、選定位置のナノメータ金属触媒顆粒をエッチング後の金属膜側面において露出させるステップ、
チップを堆積システム中に入れ、該ナノメータ金属触媒顆粒においてナノメータカーボンチューブを選択性横向き成長させるステップ、
以上のステップを具えたことを特徴とする、ナノメータカーボンチューブ装置の製造方法としている。
請求項２の発明は、請求項１に記載のナノメータカーボンチューブ装置の製造方法において、金属膜の金属成分とナノメータ金属触媒顆粒の金属成分が異なることを特徴とする、ナノメータカーボンチューブ装置の製造方法としている。
請求項３の発明は、請求項１に記載のナノメータカーボンチューブ装置の製造方法において、ナノメータカーボンチューブの炭素成分が堆積システム中の炭素含有ガスに由来することを特徴とする、ナノメータカーボンチューブ装置の製造方法としている。
請求項４の発明は、請求項１に記載のナノメータカーボンチューブ装置の製造方法において、ナノメータ金属触媒顆粒と金属膜が直接接触することを特徴とする、ナノメータカーボンチューブ装置の製造方法としている。
請求項５の発明は、請求項１に記載のナノメータカーボンチューブ装置の製造方法において、ナノメータカーボンチューブが第１帯状金属膜と第２帯状金属膜に連接されることを特徴とする、ナノメータカーボンチューブ装置の製造方法としている。
請求項６の発明は、ナノメータカーボンチューブ装置の製造方法において、
基板の上に第１金属膜を堆積させるステップ、
該第１金属膜をエッチングして必要な図形を形成するステップ、
酸化層を堆積させるステップ、
複数のナノメータ金属触媒顆粒を該酸化層の上に付着させるステップ、
第２金属膜を堆積させて該複数のナノメータ金属触媒顆粒を被覆させるステップ、
第２金属膜を必要な位置と図形に依りエッチングしてエッチング後の第２金属膜を形成することにより選定した位置のナノメータ金属触媒顆粒をエッチング後の第２金属膜側面に露出させるステップ、
チップを堆積システム中に入れて、該ナノメータ金属触媒顆粒においてナノメータカーボンチューブを選択性の横向き成長させるステップ、
以上のステップを具えたことを特徴とする、ナノメータカーボンチューブ装置の製造方法としている。
請求項７の発明は、請求項６に記載のナノメータカーボンチューブ装置の製造方法において、第１金属膜の金属成分とナノメータ金属触媒顆粒の金属成分が異なることを特徴とする、ナノメータカーボンチューブ装置の製造方法としている。
請求項８の発明は、請求項６に記載のナノメータカーボンチューブ装置の製造方法において、ナノメータカーボンチューブの炭素成分が堆積システム中の炭素含有ガスに由来することを特徴とする、ナノメータカーボンチューブ装置の製造方法としている。
請求項９の発明は、請求項６に記載のナノメータカーボンチューブ装置の製造方法において、ナノメータ金属触媒顆粒とエッチング後の第２金属膜と直接接触することを特徴とする、ナノメータカーボンチューブ装置の製造方法としている。
請求項１０の発明は、請求項６に記載のナノメータカーボンチューブ装置の製造方法において、ナノメータカーボンチューブが第１槌状金属膜と第２槌状金属膜に連接されることを特徴とする、ナノメータカーボンチューブ装置の製造方法としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１から図４は本発明の実施例のナノメータカーボンチューブ定位成長ステップを示す。以下はそのナノメータカーボンチューブ製造ステップである。
【００１０】
図１に示されるように、二酸化けい素で組成された基板１３の上に複数のナノメータ金属触媒顆粒１１を付着させ、ナノメータのサイズで、本発明はランダムの方式でナノメータ金属触媒顆粒１１を付着させ、この触媒粒子サイズ及び密度は実際の必要に依り調整する。
【００１１】
続いて図２に示されるように、基板１３の上に金属膜１５を堆積させる。この金属膜１５の金属成分と触媒顆粒は異なるものとし、それに基板１３とナノメータ金属触媒顆粒１１を被覆させる。この金属膜１５の形成にはこのナノメータ金属触媒顆粒１１との接触後にナノメータカーボンチューブの成長に影響を与えないことと、高温環境下で安定を保持し不変であることが必要である。
【００１２】
次のステップは必要な図形に依り、並びに選定した位置とナノメータ金属触媒顆粒１１の上方にマスクを形成し、その後、露光、現像図形転移等の関係エッチング方法により、図３に示される第１帯状金属膜１５ａと第２帯状金属膜１５ｂを形成し、並びに大部分の選定位置以外のナノメータ金属触媒顆粒１１をエッチングにより除去し、これにより選定位置の、残った部分のナノメータ金属触媒顆粒１１をこの帯状金属膜の側面に出現させる。
【００１３】
続いて全体のチップを炭素含有ガスを含む堆積システム中に入れ、選択性の横向き成長を行わせる。温度とこの炭素含有ガス条件を調整することにより、図４に示されるチップ平面図に示されるように、第１帯状金属膜１５ａ側面において露出したナノメータ金属触媒顆粒１１にあって、横向き方向にナノメータカーボンチューブ１９を成長させる。一端より成長開始するナノメータカーボンチューブ１９はもう一端の第２帯状金属膜１５ｂの側面に接触した時、成長を停止し、こうして分離した両端の金属膜を相互に連結し、これが本発明のナノメータカーボンチューブ装置の製造方法の目的である。
【００１４】
以上の本発明の実施例はナノメータカーボンチューブ１９の成長方式を説明する。以下の本発明のもう一つの実施例は、セルにおいてナノメータカーボンチューブを製作する方法とステップを説明するものである。
【００１５】
図５から図１２は本発明の実施例のナノメータカーボンチューブ装置の製造方法であり、その製造ステップは以下のとおりである。
【００１６】
図５に示されるように、二酸化けい素で組成された基板１３の上に一層の第１金属膜２０を堆積させる。この層はまたポリマー組成の材料となしうる。この第１金属膜２０の上に一層のマスクを塗布し、必要な図形を形成し、並びにエッチング法で本発明の実施例の図６の第２ステップに示されるエッチング後の第１金属膜２１を形成する。続いて、図７に示されるように、基板１３とエッチング後の第１金属膜２１の上にさらに一層の酸化層２３を堆積させる。この酸化層２３の上にランダム方式で複数のナノメータ金属触媒顆粒１１を付着させ、この触媒顆粒の大きさと密度は実際の必要に依り調整し、並びに適用する顆粒を選定し、これは図８に示されるようなナノメータ金属触媒顆粒１１の如しであり、次のステップを行う。続いて、一層の第２金属膜２５を堆積させ、これは図９に示されるとおりであり、複数のナノメータ金属触媒顆粒１１を被覆する。この金属膜はナノメータ金属触媒顆粒１１と異なる金属材料とする必要があり、並びにこのナノメータ金属触媒顆粒１１と接触後にナノメータカーボンチューブの成長に影響を与えず、さらに、高温環境下で安定を保持して不変であるものとする。
【００１７】
続いて半導体標準工程の露光、現像、図形転移のエッチング工程により金属領域の大きさと位置を画定し、図１０に示される本発明実施例の第６ステップに示されるように、必要の図形エッチング後の第２金属膜２５’を形成し、並びにほとんどの、選定位置にないナノメータ金属触媒顆粒１１をエッチングにより除去し、こうして選定した位置の残った部分のナノメータ金属触媒顆粒１１をこのエッチング後の第２金属膜２５’の付近に出現させるか或いはそのなかに被包させる。
【００１８】
さらに必要な図形に依り選定した位置において標準エッチング方法により選定したナノメータ金属触媒顆粒１１の一部を外部に露出させ、これは図１１に示される本発明実施例に示されるようであり、先の図１０のように形成したエッチング後の第２金属膜２５’を第１槌状金属膜２５ａと第２槌状金属膜２５ｂの二つの部分となす。そのうちのナノメータ金属触媒顆粒１１の一部は第２槌状金属膜２５ｂの外に露出する。
【００１９】
続いて全体のチップを炭素ガス含有の堆積システム中に入れ、選択性の横向き成長をさせる。温度とこの炭素含有ガス条件を調整し、図１２に示されるように、第２槌状金属膜２５ｂの一端のナノメータ金属触媒顆粒１１において横向き方式でナノメータカーボンチューブ２９を成長させる。一端より成長開始したナノメータカーボンチューブ２９がもう一端の第１槌状金属膜２５ａの一端に接触すると成長が止まり、こうして分離した二端の金属膜を相互に連結させる。
【００２０】
本発明のナノメータカーボンチューブ装置の製造の特徴は、任意にナノメータ金属触媒顆粒１１の位置とどの側面にナノメータカーボンチューブを成長させるかを任意に設計でき、こうしてナノメータカーボンチューブと金属の連接してなる線条を折り曲げて、各種図形を形成できることにある。このほか、ナノメータカーボンチューブの直径と触媒顆粒の大きさは正比例の関係にあり、本発明の実施例ではナノメータ金属触媒顆粒１１の大きさにより選択的横向き成長をさせて、これにより成長させたいナノメータカーボンチューブのサイズを決定することができ、それは２−３ｎｍの単層カーボンチューブ（ＳＷＮＴ）、或いは大サイズの多層カーボンチューブ（ＭＷＮＴ）とされうる。これにより本発明は大面積のナノメータカーボンチューブの位置決めと成長に用いることができる。次にナノメータ金属触媒顆粒１１の塗布時に、塗布のパラメータ、例えば温度、圧力を調整することにより、触媒顆粒の密度と大きさを制御し、これにより成長させるナノメータカーボンチューブの大きさと密度、その電流密度までを制御することができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上は本発明のナノメータカーボンチューブ装置の製造方法の実施例の説明であり、本発明はナノメータ金属触媒顆粒の塗布により、ナノメータカーボンチューブ成長の環境を制御し、これによりナノメータカーボンチューブの大きさと性質を制御する。
本発明の重要な特徴は以下のとおりである。即ち、
（１）複数のナノメータ金属触媒顆粒を塗布する密度と大きさを調整できる。
（２）ナノメータ金属触媒顆粒の位置によりナノメータカーボンチューブのチップ表面の位置を制御できる。
（３）ナノメータ金属触媒顆粒側面露出の選択性成長によりナノメータカーボンチューブの平行表面にあっての位置と配列を達成する。
（４）ナノメータ金属触媒顆粒の直径の大きさによりナノメータカーボンチューブの直径を制御する。
（５）ナノメータ金属触媒顆粒の直径の大きさにより単層ナノメータカーボンチューブと多層ナノメータカーボンチューブのいずれを成長させるかを制御する。
（６）基板に塗布するナノメータ金属触媒顆粒の密度によりナノメータカーボンチューブ成長の密度を制御できる。
（７）ナノメータ金属触媒顆粒を直接金属膜と接触させて良好なオームコンタクトを提供する。
【００２２】
総合すると、本発明のナノメータカーボンチューブ装置の製造方法は目的及び機能上のいずれにおいても実施の進歩性、産業上の利用価値を有し、且つ現在市場にはみられない新発明であり、完全に特許の要件に符合する。なお、以上の説明は本発明の実施範囲を限定するものではなく、本発明に基づきなしうる細部の修飾或いは改変は、いずれも本発明の請求範囲に属するものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のナノメータ金属触媒顆粒付着の表示図である。
【図２】本発明の実施例の金属膜形成の表示図である。
【図３】本発明の実施例の金属膜エッチングの表示図である。
【図４】本発明の実施例のナノメータカーボンチューブ定位成長表示図である。
【図５】本発明の実施例の装置製造工程の第１金属膜堆積表示図である。
【図６】本発明の実施例の装置製造工程の第１金属膜エッチング表示図である。
【図７】本発明の実施例の装置製造工程の酸化層堆積表示図である。
【図８】本発明の実施例の装置製造工程のナノメータ金属触媒顆粒付着の表示図である。
【図９】本発明の実施例の装置製造工程の第２金属膜堆積表示図である。
【図１０】本発明の実施例の装置製造工程の第２金属膜エッチング表示図である。
【図１１】本発明の実施例の装置製造工程の第２金属膜図形製作表示図である。
【図１２】本発明の実施例の装置製造工程のナノメータカーボンチューブ成長表示図である。
【符号の説明】
１１　ナノメータ金属触媒顆粒
１３　基板
１５　金属膜
１５ａ　第１帯状金属膜
１５ｂ　第２帯状金属膜
１９　ナノメータカーボンチューブ
２０　第１金属膜
２１　エッチング後の第１金属膜
２３　酸化層
２５　第２金属膜
２５’　エッチング後の第２金属膜
２５ａ　第１槌状金属膜
２５ｂ　第２槌状金属膜
２９　ナノメータカーボンチューブ
【図１】
2004050395.tif 000003
【図２】
2004050395.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004050395.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2004050395.tif 000011
【図１０】
2004050395.tif 000012
【図１１】
2004050395.tif 000013
【図１２】
2004050395.tif 000014