(57)【要約】【目的】  半導体基板上の電極間をつなぐように導電性カーボンナノコイルを成長させることのできるモノリシック集積回路用コイルの作製方法、およびこれにより作製された電極間カーボンナノコイルをトランジスタ等とともに一つの半導体基板上に一体化してなるモノリシック集積回路を提供する。【構成】    半導体基板（１１）のコイル両端電極（１２ａ）（１２ｂ）部分に触媒を堆積させ、当該半導体基板（１１）を気相成長装置の反応管（１０）内部に入れ、反応原料をキャリアガスに載せる反応管（１０）内部に送り、昇温部に置かれたコイル両端電極（１２ａ）（１２ｂ）部分の触媒との反応を行わせながらカーボンナノコイル（１３）を成長させて、両端電極（１２ａ）（１２ｂ）間をつなぐ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板のコイル両端電極部分に触媒を堆積させ、当該半導体基板を気相成長装置の反応管内部に入れ、反応原料をキャリアガスに載せる反応管内部に送り、昇温部に置かれたコイル両端電極部分の触媒との反応を行わせながらカーボンナノコイルを成長させて、両端電極間をつなぐことを特徴とすることを特徴とするモノリシック集積回路用コイルの作製方法。
【請求項２】
反応原料が炭化水素化合物またはアルコールであることを特徴とする請求項１記載のモノリシック集積回路用コイルの作製方法。
【請求項３】
請求項１または２記載のモノリシック集積回路用コイルの作製方法により作製されたコイルとともに他の素子が同一半導体基板上に一体化されていることを特徴とするモノリシック集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願の発明は、トランジスタ等の他の回路素子とともにモノリシック化可能な微小形状のコイルを作製する方法、およびそのコイルと他の素子をモノリシック化したモノリシック集積回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、全ての部品を同一の半導体に作り込むというモノリシック化の着想に基づき、一つの半導体基板の中にトランジスタ、抵抗、キャパシタ、ダイオードなどの各種回路素子を作り込んで電子回路を構成する技術について様々に検討されてきている。このような電子回路はモノリシック集積回路と呼ばれる（非特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、コイルの微細化は困難なため、チョークコイル等のコイルをも一つの半導体基板に作り込むことは不可能であった。このため従来のモノリシック集積回路の多くは、たとえば図３に例示したように電力供給が直流に限られたものとなっており、電気部品および電子部品の設計や作製の大きな制約となっていた。図３中（３０）は直流電源、（３１）はモノリシック集積回路である。
【０００４】
一方で、ＳｉＯ2／Ｓｉ基板上にスパッタリング、フォトリソグラフィ、ドライエッチングおよびＨＦエッチングによりモリブデンＭｏで成る電極を複数形成し、各Ｍｏ電極上にalumina-supported iron触媒を堆積させ、化学気相成長ＣＶＤ装置内にてそれら触媒からカーボンナノチューブを成長させてＭｏ電極間をつなぎ、電流を流す技術は既に提案されており、オーミックコンタクトの電極間カーボンナノチューブが実現している（非特許文献２参照）。この場合の成長条件は、キャリアガスＣＨ4／Ｈ2混合ガス、ガス流量７２ｍＬ／ｍｉｎ、基板温度９００℃、成長時間５分である。
【０００５】
しかしながら、非特許文献２記載の方法ではコイル状のカーボンナノチューブは成長できないため、コイルをも一体化したモノリシック集積回路を実現することはできない。
【０００６】
他方、コイル状のカーボンナノチューブ、つまりカーボンナノコイル自体は、熱フィラメントＣＶＤにより既に実現されている（非特許文献３参照）。非特許文献３記載の熱フィラメントＣＶＤでは、反応管内部にＮｉＣｒフィラメントを設置しておき、触媒薄膜としてＮｉ薄膜をコーティングしたＣｕ基板を反応管内に入れて、Ａｒガスを流入させるとともに３０〜４５分間徐々に管内温度を上昇させ、所望温度到達時にＡｒガスを止めてＣ2Ｈ4を流入させる。このときＮｉＣｒフィラメントの温度は約１０００℃とされ、Ｃ2Ｈ4＋Ａｒ反応ガスを直接加熱した状態で、Ｎｉ触媒との反応を行わせる。そして管内温度を所定時間維持した後Ａｒガスを再び流入させて６０〜７０分間冷却を行う。これによりカーボンナノコイルを生成している。
【０００７】
しかしながら、当然このカーボンナノコイルは絶縁体であるため、このままでは電気コイルとしては利用できない。
【０００８】
したがって、カーボンナノコイルを半導体基板上の電極間に成長させることができ、しかもそのカーボンナノコイルを電気伝導性にできれば、カーボンナノコイルで成るコイルをもモノリシック化した集積回路を実現できると考えられる。
【非特許文献１】「物理学辞典−縮刷版−」，改定第４刷，培風館，１９９８年１２月１０日，ｐ．２１２３（モノリシック回路）
【非特許文献２】Nathan R.Franklin et al., "Integration of suspended carbon nanotube arrays into electronic devices and electromechanical systems," Appl.Phys.Lett., Vol.81, No.5, pp.913-915, July 2002
【非特許文献３】Hirofumi Takikawa et al., "Amorphous Carbon Fibrilliform Nanomaterials Prepared by Chemical Vapor Deposition," Jpn.J.Appl.Phys. Vol.39, No.9A, pp.5177-5179, September 2002
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、以上のとおりの事情に鑑み、この出願の発明は、半導体基板上の電極間をつなぐように導電性カーボンナノコイルを成長させることのできるモノリシック集積回路用コイルの作製方法、および、これにより作製された電極間カーボンナノコイルを他の素子とともに一つの半導体基板上に一体化してなるモノリシック集積回路を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、半導体基板のコイル両端電極部分に触媒を堆積させ、当該半導体基板を気相成長装置の反応管内部に入れ、反応原料をキャリアガスに載せる反応管内部に送り、昇温部に置かれたコイル両端電極部分の触媒との反応を行わせながらカーボンナノコイルを成長させて、両端電極間をつなぐことを特徴とすることを特徴とするモノリシック集積回路用コイルの作製方法を提供する。
【００１１】
第２には、前記反応原料が炭化水素化合物またはアルコールであることを特徴とする前記モノリシック集積回路用コイルの作製方法を提供する。
【００１２】
第３には、前記モノリシック集積回路用コイルの作製方法により作製されたコイルとともに他の素子が同一半導体基板上に一体化されていることを特徴とするモノリシック集積回路を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
上記第１のモノリシック集積回路用コイルの作製方法によれば、トランジスタ、抵抗、キャパシタ、ダイオードなどの各種回路素子とともに一つの半導体基板に作り込めるほど微小なコイルとして、半導体基板上の両端電極間をつなぐ導電性カーボンナノコイルを作製することができる。
【００１４】
上記第２のモノリシック集積回路用コイルの作製方法によれば、上記第１の作製方法と同様な効果が得られ、また両端電極間をつなぐカーボンナノコイルの成長をより確実ならしめることができる。
【００１５】
上記第３のモノリシック集積回路によれば、上記第１および第２の作製方法と同様な効果が得られ、トランジスタ、抵抗、キャパシタ、ダイオードなどの各種回路素子とともにカーボンナノコイルをも一体化したモノリシック集積回路を実現できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
［コイル作製］
この出願の発明のモノリシック集積回路用コイルの作製方法では、半導体基板の両端電極間をつなぐカーボンナノコイルを気相成長法により成長させる、つまり化学気相成長を用いてその触媒や反応原料の選択、成長条件の調整により両端電極をつなぐように導電性カーボンナノコイルを成長させることで、他の回路素子とともにモノリシック化できる微小コイルの作製を実現している。
【００１７】
より具体的には、たとえば図１に例示したように、まず半導体基板（１１）におけるコイル両端がつながる電極（１２ａ）（１２ｂ）部分に触媒、好ましくはＭｏ，Ｎｉ，Ｆｅ等の金属触媒を堆積させ、この半導体基板（１１）を気相成長装置の反応管（１０）内部に入れる。そして、反応原料をキャリアガスに載せる反応管（１０）に送り、つまり反応原料とキャリアガスとを同時に流入させ、昇温部（図示なし）に置かれた電極（１２ａ）（１２ｂ）部分の触媒との反応を行わせながらカーボンナノコイル（１３）を成長させて、両端の電極（１２ａ）（１２ｂ）間をつなぐ。
【００１８】
反応原料としては、たとえば、メタン等の炭化水素化合物またはアルコールが好ましく、導電性カーボンナノコイルの成長に適している。
【００１９】
これにより、一方の電極（１２ａ）と他方の電極（１２ｂ）とをつなぐ導電性のカーボンナノコイル（１３）を作製することができ、このカーボンナノコイル（１３）は同じ半導体基板（１１）上にトランジスタ、抵抗、キャパシタ、ダイオードを一体化させることができる程微小な体積のもので、単位体積当りの自己誘導係数も十分に大きなものとなる。
【００２０】
［モノリシック集積回路］
この出願の発明では、以上により作製された導電性のカーボンナノコイル（１３）でなるモノリシック集積回路用コイルを用いたモノリシック集積回路を実現することができる。
【００２１】
より具体的には、たとえば図２に例示したように、上記導電性のカーボンナノコイル（１３）と、ダイオード、抵抗、キャパシタなどとを組み合せた整流平滑回路（２２）をモノリシック集積回路（２１）への電源入力部分にモノリシックに作製することができ、これによれば交流電源（２０）からの交流電力を整流且つ平滑して電力供給可能となる。さらに詳細には、まず、Ｓｉ基板上に通常のＬＳＩ作製プロセスにてＬＳＩ作製を終了させた後、インダクタンスをつなげたい端子にＭｏ，Ｎｉ，Ｆｅ等の触媒を堆積させて、そのウェハをＣＶＤ装置の反応管内部に入れ、導電性カーボンナノコイルの成長する条件で端子間にカーボンナノコイルを成長させる。後は、通常のＬＳＩ作製プロセスにて電子回路を作製させる。
【００２２】
従来公知の単位体積当りの自己誘導係数が５０Ｈ／ｍ3のコイル（コイル直径８ｍｍ、長さ１２ｍｍで自己誘導３０μＨのもの）では、整流平滑回路（２２）で使用されるチョークコイル１ｍＨを得るには１Ｅ−３／５０ｍ3＝２０ｃｍ3の体積が必要となってしまうため、集積回路への組込みは不可能であるが、上記導電性のカーボンナノコイル（１３）は、たとえば、単位体積当りの自己誘導係数が１．６Ｅ６Ｈ／ｍ3〜１．３Ｅ１２Ｈ／ｍ3となり、１Ｅ−３／１．６Ｅ６ｍ3〜１Ｅ−３／１．３Ｅ１２ｍ3＝０．６２５ｍｍ3〜７７０μｍ3という極めて少量の体積でチョークコイル１ｍＨを得ることができるため、十分にモノリシック化に対応でき、整流平滑回路（２２）を持つモノリシック集積回路（２１）を実現可能なのである。
【００２３】
カーボンナノコイル（１３）については、単位長さ当りの巻数ｎ＝１／３３０ｎｍ-1＝３．０３Ｅ６ｍ-1、コイル長ｌ＝５μｍ、コイル半径ｄ＝２９８ｎｍ、体積Ｖ＝６．２Ｅ−１９ｍ3、自己誘導Ｌ＝７Ｅ−１２Ｈのものが作製可能で、この単位体積当りの自己誘導はＬ／Ｖ（＝μｎ2）＝１．６Ｅ６Ｈ／ｍ3となり、中空単層巻コイルでありながら従来例に比べて約３２０００倍大きい値となる。また、単位長さ当りの巻数ｎがコイル直径の逆数になる場合には、ｎ＝１ｎｍ-1＝１Ｅ９ｍ-1となり、単位体積当りの自己誘導はＬ／Ｖ（＝μｎ2）＝１．３Ｅ１２Ｈ／ｍ3という極めて大きな値となる。
【００２４】
もちろん、この出願の発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
以上詳しく説明した通り、この出願の発明によって、トランジスタ等とともに一つの半導体基板に作り込めるほど微小なコイルとして、電極間をつなぐ導電性カーボンナノコイルを作製できるモノリシック集積回路用コイルの作製方法、およびこれにより作製された導電性カーボンナノコイルをトランジスタ等とともに一体化したモノリシック集積回路が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この出願の発明の微細コイル作製方法を説明するための図である。
【図２】この出願の発明のモノリシック型集積電子回路を説明するための図である。
【図３】従来のモノリシック型集積電子回路を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  反応管
１１  半導体基板
１２ａ，１２ｂ  電極
１３  カーボンナノコイル
２０  交流電源
２１  モノリシック集積回路
２２  整流平滑回路
３０  直流電源
３１  モノリシック集積回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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