(57)【要約】【課題】  所定の金属を用いて、その金属のみからなる金属薄膜より性能の高い金属薄膜を提供する。【解決手段】  単層カーボンナノチューブを形成した基板上に銅をメッキすることで、基板上に単層カーボンナノチューブを取り込んだ銅薄膜を形成する。【選択図】  図１
2005277096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属薄膜にカーボンナノチューブが含まれていることを特徴とするカーボンナノチューブ含有金属薄膜。
【請求項２】
上記カーボンナノチューブは単層からなる構造であ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含有金属薄膜。
【請求項３】
上記カーボンナノチューブの外径は、直径１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のカーボンナノチューブ含有金属薄膜。
【請求項４】
上記金属薄膜は、銅からなることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のカーボンナノチューブ含有金属薄膜。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか１項に記載の金属薄膜を用いてなる半導体配線。
【請求項６】
上記半導体配線は、ダマシン配線であることを特徴とする請求項５に記載の半導体配線。
【請求項７】
基板上に形成したカーボンナノチューブに金属をメッキすることで、基板上にカーボンナノチューブを取り込んだ金属薄膜を形成することを特徴とするカーボンナノチューブ含有金属薄膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノチューブに関するものであり、特に、カーボンナノチューブを利用した金属薄膜に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、先端材料や新素材の開発は、エレクトロニクス、ＩＴ、化学、材料、環境、エネルギー、バイオテクノロジー、医療等様々な分野での産業や科学技術を支える基盤として、非常に重要である。昨今では、とりわけ、ナノスケール物質（原子、分子レベルでの性状が反映される物質）が、バルク物質（集合体として特性が発現する材料）には見られない全く新しい性質や機能を発現させるため、その開発に大きな関心が寄せられている。非特許文献１，２では、新しい複合材料の粉を作るため、直径１００−２００ｎｍのカーボンナノファイバーに金属をメッキしているものがある。
【０００３】
ナノスケール物質の中でもカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、低密度、高強度、高靭性、高延性、高表面積、高表面曲率、高熱伝導度、特異的伝導特性などの特殊な性質を持つため、複合材料、エレクトロニクス素子、平面ディスプレー、無線通信、燃料電池及びリチウム電池などの様々な幅広い分野の産業で次世代の高機能材料として注目されている。カーボンナノチューブは他の金属に比べて、1)１００倍以上の電流を流せる、2)抵抗が小さい、3)電流を流したときの発熱が少なく消費電力を抑制可能、4)放熱性も１０倍以上よい、といった特徴を有している。
【０００４】
カーボンナノチューブは、グラファイトシートが、外形の直径が１〜１００ｎｍ程度の管状となった構造を持つ。カーボンナノチューブには、チューブを形成するグラファイトシートが一層である、いわゆる単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）と、グラファイトシートの円筒が多数入れ子状に重なった多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）とがある。カーボンナノチューブの構造の単純化とその特異な性質から、主にＳＷＮＴが用いられている。そして近年では、ＳＷＮＴを様々に加工することで、化学的または物理的に修飾された新しいナノ複合材料を創製することなどが議論されている。
【０００５】
一方、近年の半導体集積回路（ＬＳＩ）の微細化に伴い、デバイス内の配線材料における信号伝達速度が、デバイス動作速度を決定する要因となっている。そのため、アルミニウム（Ａｌ）配線より信号伝達速度が速い、つまり、より低抵抗な、銅（Ｃｕ）配線に移行してきている。
【０００６】
半導体ＬＳＩでは、Ｃｕのダマシン配線が好適に用いられる。ここで、ダマシン配線を形成する方法について図９（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。図９（ａ）に示すように、平坦化された基板上にビア深さもしくは配線厚さ分の絶縁膜を堆積し、配線を形成する場所に反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）で配線溝やビアホールを形成する。続いて、例えばスパッタ法を用いてシード層を形成した後、図９（ｂ）に示すように、例えばメッキ法を用いて、配線溝やビアホールへ金属を埋め込む。その後、図９（ｃ）に示すように、化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）によって、ビアホールや配線溝の外部の金属を除去し、ビアホールや配線溝の内部だけに埋め込まれたビアプラグもしくは配線を残す。このようなダマシンプロセスを用いることで、配線の形成と同時に平坦化も行うことができるため、半導体集積回路を多層化しやすいという利点がある。
【非特許文献１】S. Arai and M. Endo, Electrochemistry Communication 5 (2003) 797-799.
【非特許文献２】S. Arai, M. Endo, and N. Kaneko, Carbon 42 (2004) 641-644.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のような半導体ＬＳＩにおいて、デバイス動作速度をより速めるために、より低抵抗な配線が望まれる。また、他の様々な分野においても、性能の高い金属薄膜が求められている。ここで、カーボンナノチューブは、Ｃｕと比べるとさらに低抵抗であり、さらに電流を多く流せることができるためＣｕの場合に問題となっているエレクトロ・マイグレーションを抑制できると考えられている。
【０００８】
そこで、本発明は、所定の金属を用いて、その金属のみからなる金属薄膜よりも性能の高い金属薄膜を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、上記課題を解決するために、鋭意検討を重ね、単層カーボンナノチューブの試料に銅をメッキして金属薄膜を形成することを見いだし、本発明を完成させるに至った。
【００１０】
本発明に係る金属薄膜は、上記課題を解決するために、金属薄膜にカーボンナノチューブが含まれていることを特徴とする。以下で、カーボンナノチューブが含まれている金属薄膜をＣＮＴ−金属薄膜と呼ぶことにする。
【００１１】
本発明に係るＣＮＴ−金属薄膜は、カーボンナノチューブが含まれているために、金属にカーボンナノチューブの電気的な特性を付け加えることができる。つまり、金属だけの場合より、例えば、1)電流を多く流せる、2)抵抗を小さくすることができる、3)電流を流したときの発熱が少なく消費電力を抑制することができる、4)放熱性をよくすることができる、といった特性を持たせることができる。このように、所定の金属を用いて、その金属のみからなる金属薄膜よりも高い性能を持った金属薄膜を実現することができるという効果を奏する。
【００１２】
なお、ＣＮＴ−金属薄膜に用いるカーボンナノチューブは、ナノオーダー（１００ｎｍ以下）であれば、単層でも多層でもかまわない。カーボンナノチューブを取り込ませる金属に応じて、その金属に取り込まれやすく、また、ＣＮＴ−金属薄膜の抵抗を低くできる方を選べばよい。
【００１３】
本発明に係る金属薄膜は、所定の金属にカーボンナノチューブを取り込んだことを特徴とすると言ってもよい。あるいは、基板上に形成された金属薄膜であって、基板上に形成されたカーボンナノチューブに金属メッキが施され、薄膜状をなしていることを特徴とすると言ってもよい。
【００１４】
また、本発明に係るＣＮＴ−金属薄膜において、カーボンナノチューブは、単層からなる構造であってもよい。
【００１５】
上記構成によると、単層カーボンナノチューブは、構造やチューブの直径に対する評価が厳密にできるため、ＣＮＴ−金属薄膜の電気的性質を評価するには好ましい。しかし本発明のＣＮＴ−金属薄膜に用いるカーボンナノチューブは単層に限定されることなく、多層でも、また、単層および多層が混在しているものであってもかまわない。
【００１６】
また、本発明に係るＣＮＴ−金属薄膜において、上記カーボンナノチューブの外径は、ナノオーダー（１００ｎｍ以下）であればよく、ＳＷＮＴの場合、例えば直径０．８〜３ｎｍのものが挙げられ、また、ＭＷＮＴの場合、例えば、直径１０〜１００ｎｍのものが挙げられる。しかし、カーボンナノチューブの外径は、これらに限定されることはない。
【００１７】
また、本発明に係るＣＮＴ−金属薄膜において、上記金属が、銅からなっていてもよい。
【００１８】
本発明に係るＣＮＴ−金属薄膜に用いられる所定の金属は特に限定されないが、銅を用いると、本願発明に係るＣＮＴ−金属薄膜を、半導体配線に利用することができる。半導体ＬＳＩにおいて、このＣＮＴ−金属薄膜を配線として用いることで、低抵抗で電流を多く流すことができる配線とすることができる。そのため、半導体ＬＳＩにおいて、デバイスの動作速度を早めることができ、さらに、金属配線で問題となるエレクトロ・マイグレーションを抑制することができる。また、本発明に係るＣＮＴ−金属薄膜を用いる半導体配線としては特に限定されないが、例えば、ダマシン配線に用いることができる。
【００１９】
また、本発明に係るＣＮＴ−金属薄膜の薄厚は、使用目的に応じた厚さであればよい。
【００２０】
本発明に係る金属薄膜の形方法は、基板上に形成したカーボンナノチューブに金属をメッキすることで、基板上にカーボンナノチューブが含まれた金属薄膜を形成することを特徴とする。
【００２１】
上記方法によると、所定の金属を用いて、その金属のみからなる金属薄膜よりも高い性能を持った金属薄膜を形成することができる。金属薄膜は、基板上に形成されたカーボンナノチューブを取り込んでいる。そのため、基板にカーボンナノチューブを介して金属を密着させることができる。
【００２２】
例えば、本発明に係る方法をダマシン配線に利用すると以下のようなことが可能である。半導体ＬＳＩのダマシン配線を形成する工程において、従来の形成工程においては金属薄膜を基板に密着させるためにシード層を形成する工程が必要である。しかし、本発明に係る方法をダマシン配線に利用すると、金属中にカーボンナノチューブを取り込むことで、基板にカーボンナノチューブを介して金属を密着させることができる。よって、本発明の方法を用いることで、配線形成工程において、シード層を形成する必要がなくなる。よって、プロセスの１つの過程を省略することができる。
【００２３】
また、本発明に係る方法をダマシン配線に利用した場合、従来のダマシン配線の形成工程をできるだけ変化させずに行うことができる。そのため、これまでの配線工程において用いていた装置等を利用することができる。よって、コストが多くかからないという利点がある。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係るＣＮＴ−金属薄膜は、カーボンナノチューブを含んでいるために、金属にカーボンナノチューブの電気的な特性を付け加えることができるという効果を奏する。つまり、ＣＮＴ−金属薄膜に用いた金属だけの場合より、例えば、1)電流を多く流せる、2)抵抗を小さくすることができる、3)電流を流したときの発熱が少なく消費電力を抑制することができる、4)放熱性をよくすることができる、といった特性を持たせることができる。よって、所定の金属を用いて、その金属のみからなる金属薄膜よりも高い性能を持った金属薄膜を実現することができるという効果を奏する。
【００２５】
本願発明に係るＣＮＴ−金属薄膜を、例えば半導体ＬＳＩにおけるダマシン配線に用いることで、低抵抗で電流を多く流すことが可能な配線とすることができる。そのため、半導体ＬＳＩにおいて、デバイスの動作速度を早めることができるができ、さらに、エレクトロ・マイグレーションを抑制することができる。
【００２６】
本発明に係るＣＮＴ−金属薄膜を形成する方法では、基板上に形成したカーボンナノチューブに金属をメッキすることでカーボンナノチューブを取り込んだ金属薄膜を形成する。
【００２７】
上記方法によると、所定の金属を用いて、その金属のみからなる金属薄膜よりも高い性能を持った金属薄膜を形成することができる。金属薄膜は、基板上に形成されたカーボンナノチューブを取り込んでいる。そのため、基板にカーボンナノチューブを介して金属を密着させることができる。
【００２８】
例えば、本発明に係るＣＮＴ−金属薄膜を形成する方法をダマシン配線に利用すると、金属中にカーボンナノチューブを取り込むことで、基板にカーボンナノチューブを介して金属を密着させることができる。よって、本発明の方法を用いることで、配線形成工程において、シード層を形成する必要がなくなる。よって、プロセスの１つの過程を省略することができる。
【００２９】
また、本発明に係るＣＮＴ−金属薄膜を形成する方法をダマシン配線に利用した場合、従来のダマシン配線の形成工程をできるだけ変化させずに行うことができる。そのため、これまでの配線工程において用いていた装置等を利用することができる。よって、コストが多くかかることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
〔実施の形態〕  
本発明の一実施形態について図２に基づいて説明すると以下の通りである。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００３１】
本発明に係るＣＮＴ−金属薄膜に用いるカーボンナノチューブは、ナノオーダー（１００ｎｍ以下）であれば、単層でも多層でもかまわない。カーボンナノチューブは、カーボンナノチューブを取り込ませる金属に応じて、その金属に取り込まれやすく、また、ＣＮＴ−金属薄膜の抵抗を低くできるものを選べばよい。また、その外径としては、ＳＷＮＴの場合、例えば直径０．８〜３ｎｍのものが挙げられ、また、ＭＷＮＴの場合、例えば、直径１０〜１００ｎｍのものが挙げられる。しかし、カーボンナノチューブの外径は、これらに限定されることはない。
【００３２】
なお、ＳＷＮＴの方が、構造やチューブの直径に対する評価が厳密にできるため、薄膜としての電気的性質を評価するには好ましい。しかしＣＮＴ−金属薄膜に用いるカーボンナノチューブは単層に限定されることなく、多層でも、また、単層および多層が混じっているものであってもかまわない。
【００３３】
本発明のＣＮＴ−金属薄膜に、単層カーボンナノチューブを用いる場合、単層カーボンナノチューブは、通常の方法で形成すればよい。単層カーボンナノチューブは、例えば、アーク放電法、レーザ蒸発法、化学蒸着（ＣＶＤ、Chemical Vapor Deposition）法等を利用し、触媒金属を用いて形成することができる。触媒金属としては、例えば鉄や、ニッケル、コバルト、白金、パラジウム、ロジウム、ランタン、イットリウム等が挙げられる。
【００３４】
単層カーボンナノチューブの形成方法として化学蒸着法を用いる場合、例えば、アセチレン、ベンゼン、エタン、エチレン、エタノール等を触媒金属として用いて、高温で化学反応させると、基板上に単層カーボンナノチューブが形成される。この基板は、高温に耐えられる材料であればよく、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ゼオライト、石英、サファイア等を使用することができる。
【００３５】
単層カーボンナノチューブが形成されたことは、例えば、ラマン散乱分光を測定することで確認することができる。また、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）像を観測すればよい。
【００３６】
ＣＮＴ−金属薄膜に用いる金属は、カーボンナノチューブを取り込むことができる金属であればよい。例えば、銅、アルミニウム、ニッケル等が挙げられるが、これらに限定はされない。また、ＣＮＴ−金属薄膜の薄厚は、使用目的に応じた厚さであればよい。
【００３７】
金属にＣＮＴを取り込む方法は、特に限定されないが、例えば、電解メッキ法、無電解メッキ法、電子ビーム蒸着、スパッタ法、抵抗加熱法、ＣＶＤ方等が挙げられる。できるだけ、ストレスを受けない単結晶の薄膜が得られるのが好ましい。
【００３８】
例えば、電解メッキ法を用いて金属にＣＮＴを取り込む方法について、ＣＮＴを取り込む金属としてＣｕを用いる場合について、２つの例を挙げて説明する。
【００３９】
１つ目の方法としては、ＣＮＴを作製した基板上にＣｕをメッキする方法である。例えばシリコン等からなる基板上にＣＮＴを作製し、この基板に対して、図２に示すようなセルを用いて、電流を流してＣｕをメッキする。メッキ溶液として硫酸銅水溶液（硫酸銅、硫酸、水）用いる。電解メッキ法を用いる場合には、電流量と電流を流す時間（メッキ時間）を変化させることにより、Ｃｕのメッキ量を制御することができる。つまり、膜厚に関しては、目的に応じて膜厚を変化させることができる。目的に応じて電流量と電流を流す時間を調整することで、膜厚を任意に決めることができる。
【００４０】
なお、上記のようにカーボンナノチューブを取り込んだＣｕ薄膜を、ＣｕＮＴ薄膜と呼ぶことにする。
【００４１】
２つ目の方法は、メッキ溶液中にＣＮＴを混入し、Ｃｕと一緒にＣＮＴを基板上にメッキする方法である。この場合、まず、基板上に、例えば電子ビーム蒸着等を用いてシード層を形成する。次に、図２に示すようなセルを用いて、メッキ溶液（硫酸銅、硫酸、水）中に、ＣＮＴを混入する。そして、電流を流すことで、基板上にＣｕＮＴ膜を形成する。なお、２つ目の方法は、従来のダマシン配線の形成工程をほとんど変化させる必要がない。つまり、１つ目の方法に比べて、基板上にＣＮＴを形成する必要がない。そのため、基板は、ＣＮＴ形成時の高温に耐えうるような材質でなくてもかまわない。つまり、基板として、例えば、ガラス、低融点金属、プラスティック等を用いてもかまわない。
【００４２】
なお、Ｃｕをメッキする際、粒界ができると電流が流れにくくなってしまうため、上記どちらの方法でＣｕＮＴ薄膜を作製する際でも、できるだけＣｕの大きな粒界が形成されないように、また、できるだけ平坦な膜ができるような条件でメッキするのが好ましい。
【００４３】
なお、金属にカーボンナノチューブが取り込まれたことを確認するためには、例えば、ＳＥＭ像を観測することで確認することができる。
【００４４】
また、ＣＮＴ−金属薄膜の電流電圧特性につていは、例えば、２端子法を用いて測定すればよい。しかしながら、この２端子法ではＣＮＴ−金属薄膜の正確な抵抗を測ることが不可能であるため、正確な抵抗を測るためには、端子の起電力を相殺するような４端子法を用いて測定するのがよい。
【００４５】
〔実施例１〕
本発明の一実施例について、実験１〜実験３に基づいて以下に詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。以下の実施例では、本発明に係るＣＴＮ−金属薄膜を半導体ＬＳＩにおけるダマシン配線用に作製したものにつてい説明する。
【００４６】
（実験１）単層カーボンナノチューブ
単層カーボンナノチューブは、鉄を含んだ触媒を塗布したシリコン（Ｓｉ）基板上に、エタノールを使用し、熱ＣＶＤ法を用いて９００℃で作製した。この試料のラマンスペクトルを測定した。その結果が図３（ａ），（ｂ）である。励起光源として、Ａｒイオンレーザ（波長５１４．５ｎｍ）を用いた。
【００４７】
図３（ａ）に示される高波数側のスペクトルには、「G band」、「D band」と呼ばれる二種類のピークが主に観測され、この内、１５９０ｃｍ-1付近に見られる「G band」はグラファイト（正確には炭素原子の六角格子内振動）に起因するピークである。また、１３５０ｃｍ-1付近に見られる「D band」と呼ばれるピークは、ＳＷＮＴ内の欠陥やアモルファスカーボン等のダングリングボンドを持つ炭素原子に起因するピークである。すわなち、Ｇ／Ｄ（G band／D band）強度比が大きければ大きいほど、結晶性のいいＳＷＮＴが作製できたことを示す。本実験で作製した試料のＧ／Ｄ比は５０程度である。よって、高品質なＳＷＮＴができていることがわかる。図３（ｂ）に示される低波数側のピークは、ＳＷＮＴに特有なピークで、ＲＢＭ（Radial Breathing Mode）と呼ばれ、ナノチューブの直径が全対称的に伸縮する振動モードに対応するため、そのシフト量はおおまかにナノチューブの直径に反比例する。この結果から、直径が１〜２ｎｍのＳＷＴＮが得られたことがわかる。
【００４８】
また、本実験で得られたＳＷＮＴの試料のＳＥＭ像を観察した。これを図４（ａ），（ｂ）に示す。図４（ａ）に示すように、基板上にＳＷＮＴが成長していることが確認できる。また、同図（ｂ）は、同図（ａ）の拡大図である。
【００４９】
（実験２）薄膜形成
実験１で得られた単層カーボンナノチューブが形成された基板の試料を用いて、銅・カーボンナノチューブ薄膜（ＣｕＮＴ薄膜）を作製した。
【００５０】
上記試料に対し、銅メッキを行った。図２に示すようなセルを用いて作製した。溶液としては硫酸銅水溶液（硫酸銅１０ｇ、硫酸５ｍｌ、水１００ｍｌ）を用いた。電流量と電流を流す時間（メッキ時間）を変化させることにより、銅のメッキ量をコントロールすることができた。
【００５１】
なお、試料の基板上にＣｕシード層を形成はしなかった。通常のＬＳＩの製造工程においては、Ｃｕを基板に密着させるために基板上にＣｕシード層が必要不可欠である。しかし、本発明を用いると、Ｃｕ中にＳＷＮＴをうまく取り込むことができる。つまり、ＳＣＮＴを介することで、Ｃｕを基板に密着させることができる。よって、Ｃｕシード層は作製する必要がない。これらのことより、本発明を用いることで、半導体ＬＳＩの配線における１つの工程を省略することができる。
【００５２】
メッキ量が少ない（電流は０．５ｍＡ／ｃｍ２で１０ｍｉｎ流した）場合に得られたＣｕＮＴ薄膜のＳＥＭ像を図１に示す。図１に示すように、Ｃｕの結晶中に無数のカーボンナノチューブが取り込まれていることがわかる。なお、Ｃｕの結晶粒径は数十ｎｍ〜数μｍ程度であった。
【００５３】
また、メッキ量が多い（電流は２．５ｍＡ／ｃｍ２で１０ｍｉｎ流した）場合には、得られたＣｕＮＴ薄膜のＳＥＭ像を図５（ａ），（ｂ）に示す。図５（ａ）に示すように、メッキ量が多い場合にも無数の銅の粒結晶が観察された。なお、Ｃｕの結晶粒径は、数十ｎｍ〜数μｍ程度であった。このメッキ量が多い場合を、さらに詳しく観察すると図５（ｂ）に示すように、ＳＷＮＴがない部分には銅の結晶が存在しないことが明らかになった。このことより、選択的にＣｕＮＴ膜を作製することが可能であることが示唆される。つまり、ＣｕＮＴ膜を形成したい場所にのみ、カーボンナノチューブを形成すれば、その場所にＣｕＮＴ膜を形成することができるということである。
【００５４】
また、さらに電流量が多い場合（電流は１２．５ｍＡ／ｃｍ２で２ｍｉｎ流した）には、図６に示すように、図５に見られるような銅の大きな粒界は観察されず、より平坦な膜が形成されることがわかった。なお、膜厚に関しては、目的に応じて膜厚を変化させることができる。つまり、目的に応じて電流量と電流を流す時間を調整することで、膜の厚さは任意に決めることができる。
【００５５】
（実験３）電気電圧特性
実験２で得られたＣｕＮＴ薄膜（電流は０．５ｍＡ／ｃｍ２で２４０ｍｉｎ流した）の電気電圧特性につてい２端子法を用いて測定した。この測定の結果より、図７に示すように線形な直線が得られた。この結果より、ＣｕＮＴ薄膜として、導電性のよい金属薄膜が得られたことがわかる。さらに、正確な抵抗を測るために端子の起電力を相殺するような４端子法を用いて測定することができる。
【００５６】
〔実施例２〕
本発明の他の実施例について、実験４および実験５に基づいて以下に詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。以下の実施例では、本発明に係るＣＴＮ−金属薄膜を半導体ＬＳＩにおけるダマシン配線用に作製したものにつてい説明する。
【００５７】
（実験４）シリコン基板の処理とＭＷＮＴ混合水溶液の作製
シリコン基板上に電子ビーム蒸着装置を用いて１０ｎｍ厚さのＣｕシード層を作製した。
【００５８】
また、硫酸銅２０ｇ、硫酸１０ｍｌ、水２００ｍｌ、およびＭＷＮＴ１０ｍｇを混合して、ＭＷＮＴ混合メッキ溶液を作製した。なお、ＭＷＮＴは、市販のもの（長さ１００−２００μｍ、直径１０−４０ｎｍ（平均１２ｎｍ）、純度９７％）を使用した。また、上記ＭＷＮＴ混合メッキ溶液作製の際、ＭＷＮＴを分散させるために、ＭＷＮＴ混合メッキ溶液に対して、室温で超音波洗浄器を用いて、超音波を５時間与えた。
【００５９】
（実験５）薄膜形成
実験４で作製したＣｕシード層を形成したシリコン基板上に、同じく実験４で作製したＭＷＮＴ混合メッキ溶液を用いて、銅メッキを行った。図２に示すようなセルを用いた。電流密度２５ｍＡ／ｃｍ２、時間１ｍｉｎで電流を流したところ、シリコン基板上にＣｕＮＴ薄膜が形成された。
【００６０】
このとき得られたＣｕＮＴ薄膜のＳＥＭ像を図８に示す。図８に示すように、Ｃｕの薄膜内に無数のＭＷＮＴが取り込まれていることがわかる。なお、ＭＷＮＴの長さが１００μｍ以上あるため、銅薄膜内に取り込まれていないＭＷＮＴの一部が、ＣｕＮＴ薄膜上に存在している。
【００６１】
なお、本実施例は、上記実施例１と比べて、基板上にＣＮＴを形成する必要がないため、従来のダマシン配線の形成工程をほとんど変化させる必要がない。よって、基板は、ＣＮＴ形成時の高温に耐えうるような材質でなくてもかまわない。つまり、基板として、例えば、ガラス、低融点金属、プラスティック等を用いてもかまわない。
【００６２】
本発明は上述した実施形態、実施例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態、実施例についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、以上のように、金属のみからなる薄膜より性能の高い金属薄膜を得ることができる。カーボンナノチューブは、他の金属に比べて、1)１００倍以上の電流を流せる、2)抵抗が小さい、3)電流を流したときの発熱が少なく消費電力を抑制することが可能である、4)放熱性が１０倍以上よい、といった特徴を持っている。そのため、金属にこれらの用途が必要な分野に利用することができる。
【００６４】
よって、本発明は、ナノテクノロジーを用いた、エレクトロニクスや情報通信の分野、化学、材料、環境、エネルギーの分野、バイオ、医療、医薬等の生命科学の幅広い分野等で利用することができる。例えば、光デバイス、電子デバイスやマイクロデバイスなどの機能材料や構造材料の広い範囲で利用することができる。
【００６５】
具体的な例として、半導体ＬＳＩにおけるダマシン配線以外にも、電線やヒートシンク等に利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】実施例１のＣｕＮＴ薄膜のＳＥＭ像を表す図である。
【図２】メッキ用のセルの概略図である。
【図３】実施例１の単層カーボンナノチューブのラマンスペクトルである。
【図４】（ａ）は実施例１の単層カーボンナノチューブのＳＥＭ像を表す図であり、（ｂ）は（ａ）の拡大図である。
【図５】（ａ）は実施例の図１とは別のＣｕＮＴ薄膜のＳＥＭ像を表す図であり、（ｂ）は（ａ）のＣｕＮＴ薄膜のＣｕメッキが形成されていない部分のＳＥＭ像を表す図である。
【図６】実施例１の図１および図５とは別のＣｕＮＴ薄膜のＳＥＭ像を表す図である。
【図７】実施例１のＣｕＮＴ薄膜の電流電圧特性を表すグラフである。
【図８】実施例２のＣｕＮＴ薄膜のＳＥＭ像を表す図である。
【図９】従来のダマシン配線の製造工程を示す図である。
【図１】
2005277096.tif 000003
【図２】
2005277096.tif 000004
【図３】
2005277096.tif 000005
【図４】
2005277096.tif 000006
【図５】
2005277096.tif 000007
【図６】
2005277096.tif 000008
【図７】
2005277096.tif 000009
【図８】
2005277096.tif 000010
【図９】
2005277096.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成17年6月22日(2005.6.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属膜にカーボンナノチューブが含まれていることを特徴とするカーボンナノチューブ含有金属膜を用いてなる半導体配線。
【請求項２】
上記カーボンナノチューブは単層からなる構造であ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含有金属膜を用いてなる半導体配線。
【請求項３】
上記カーボンナノチューブの外径は、直径１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のカーボンナノチューブ含有金属膜を用いてなる半導体配線。
【請求項４】
上記金属膜は、銅からなることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のカーボンナノチューブ含有金属膜を用いてなる半導体配線。
【請求項５】
上記半導体配線は、ダマシン配線であることを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載の半導体配線。
【請求項６】
基板上に形成したカーボンナノチューブに金属をメッキすることで、基板上にカーボンナノチューブを取り込んだ金属膜を形成することを特徴とするカーボンナノチューブ含有金属膜の製造方法。
【請求項７】
基板上に形成したカーボンナノチューブに金属をメッキすることで、基板上にカーボンナノチューブを取り込んだ金属膜を形成することを特徴とするカーボンナノチューブ含有金属膜を用いてなる半導体配線の製造方法。
【請求項８】
カーボンナノチューブを分散させたメッキ液を基板に作用させることによって、基板上に、カーボンナノチューブを取り込んだ金属膜を形成することを特徴とするカーボンナノチューブ含有金属膜の製造方法。
【請求項９】
カーボンナノチューブを分散させたメッキ液を基板に作用させることによって、基板上に、カーボンナノチューブを取り込んだ金属膜を形成することを特徴とするカーボンナノチューブ含有金属膜を用いてなる半導体配線の製造方法。