分野：ナノテクノロジー，電子デバイス

研究題名

分子プレカーサー法によるカーボンナノチューブ含有銅薄膜の形成
永井 裕己

先進工学部 応用物理学科 助教 /佐藤 光史 先進工学部 応用物理学科 教授

キーワード： 化学的湿式法，銅形成，カーボンナノチューブ

概要

Ultra-Large Scale Integration（ULSI）デバイスには，銅配線が適用されています。ULSIの高集積化により，配線に流れる電流密度は上昇し，近年，高集積化は限界を迎えると予測されています。カーボンナノチューブ（CNT）を含有した銅は，銅単独に比べて3桁以上高い電流密度を流すことが報告され，ＵLSIの新配線材料として期待されています。分子プレカーサー法は，溶液の塗布と熱処理のみで，均一な銅薄膜を形成できる化学的湿式法です。昨年度，SiO2表面をもつSi基板上の幅0.2 µm・深さ6 µmの微細トレンチ内に，エタノール溶媒の銅プレカーサー溶液を用いて，欠陥なく銅を埋め込むことに成功しました。
本年度は，CNTを分散させた分子プレカーサー水溶液を新たに調製し，水溶液の塗布，熱処理のみでCNTを含有する銅薄膜の形成を達成しました。

pspin

関連論文

基板

Cu/CNT
プレカーサー水溶液°C

結晶化

spin

塗布・乾燥

プレカーサー膜

熱処理

Cu/CNT薄膜

アピール
ポイント

1. 長期保存可能な水溶液を用いた安価なCNT含有銅薄膜形成法
2. 触媒やアンカーエッチング不要なCNT含有銅薄膜形成法
3. 水素還元，真空装置不要なCNT含有銅薄膜形成法
4. 複雑な形状にも適用可能
5. ガラス，金属等に密着したCNT含有銅薄膜形成が可能
6. 高い導電性をもつCNT含有銅薄膜

利用・用途
応用分野

1. トレンチ内のCNT含有銅形成
2. 複雑形状へのCNT含有銅薄膜形成
3. 大面積基板上へのCNT含有銅薄膜形成

関連情報●知的財産権＝ 金属膜形成用組成物および金属膜形成方法（特許出願中）●関連論文 ＝ H. Nagai, Ｔ. Suzuki, T. Nakano, and M. Sato, Embedding of copper
into submicrometer trenches in a silicon substrate using themolecular precursor solutions with copper nano-powder, Materials
Letters (2016), 206-209.
H. Nagai, S. Mita, I. Takano, T. Honda, and M. Sato, Conductive andsemi-transparent Cu thin film fabricated using molecular precursor
solutions, Materials Letters (2015), 235-237.
●関連 URL ＝ http://www.ns.kogakuin.ac.jp/~wwf1017/

工学院大学

研究戦略部 研究推進課

東京都八王子市中野町2665-1 〒192-0015
TEL:042-628-4940 FAX:042-626-6726
E-Mail:souken@sc.kogakuin.ac.jp URL:http//www.kogakuin.ac.jp分子プレカーサー法による薄膜形成と応用

Molecular Precursor Method for Functional Thin Films
省資源・省エネルギーのために，材料表面の高機能化が有効です。表面修飾技術の発展が不可欠で，その技術を支える原料および機能付与法の開発が重要です。
基板に密着した均一な透明薄膜の形成は，どのようにできるでしょうか？化学的には，金属イオンを含む有機・無機ポリマーの溶液を用いるゾルーゲル法が知られています。では，ポリマーを経由せずに，含金属成分を適当な厚さの膜にするのは可能でしょうか？
この疑問に答える薄膜形成法が分子プレカーサー法で，成型加工・コーティングの視点で錯体を設計し，電子材料から医療用材料まで広い分野への適用をめざしています。錯体（配位化合物）や有機・無機複合体の応用技術です。

分子プレカーサー法

分子プレカーサー法で初めて形成したスピネル型Co3O4薄膜

分子プレカーサー法は，汎用有機多座配位子＊を結合させた錯体とアルキルアミンを組み合わせたプレカーサー溶液を用います。
プレカーサー溶液を基板に塗布・乾燥し，プレカーサー膜を熱処理して，均一透明な金属酸化物薄膜などを簡便に形成できます。
＊エチレンジアミン四酢酸（EDTA）やニトリロ三酢酸（NTA）など、陰イオンになり易い入手が容易なキレート剤
°C

可溶化

金属錯体

spin
基板塗布

プレカーサー溶液

塗布・乾燥結晶化

spin

プレカーサー膜

熱処理

薄膜

応用とプロジェクト

充放電で着脱色・電池内部反応の可視化!!
リチウムイオン電池の負極，正ガラスに密着した低抵抗な銅薄膜!!
銅錯体溶液の塗布・低温熱処
理で，ガラス基板によく密着した低抵抗な銅薄膜を形成しました。透過率や反射率など，膜厚で制御できます。

極活物質を形成しました。作製
した無色透明なリチウムイオン電池は，充放電で着脱色し，電池内部反応をはじめて可視化できました。
H. Nagai, H. Hara, M. Enomoto, C.

H. Nagai, S. Mita, I. Takano, T.
Honda, M. Sato, Materials Letters,141 (2014) 235-237.

Mochizuki, T. Honda, I. Takano, M.
Sato, Functional Materials Letters, 6(2013) 1-8.

光で充電できるリチウムイオン電池!!

研究成果

ULSI用のトレンチに銅を埋入！

透明薄膜のリチウムイオン電池を応用し，光充電でLEDを点灯できるレベルのリチウムイオン電池を作製しました。現在は，高容量化と全固相化や軽量化を検討しています。

ULSI デバイスの高集積化，高性能化に伴い，Cu 配線の適用が検討されています。分子プレカーサー法で，200 nm幅の微細形状へ隙間なく銅を埋みました。

H. Nagai, T. Suzuki, Y. Takahashi, M.
Sato, Functional Materials Letters, 9(2016) 1-4.

H. Nagai, T. Suzuki, T. Nakano, M.
Sato,Materials Letters, 182 (2016) 206209.

下記の書籍は，オープンアクセスです。記載したURLから，自由にダウンロードできます。
Hiroki Nagai and Mitsunobu Sato (2012). Heat
Treatment in Molecular Precursor Method for
Fabricating Metal Oxide Thin Films, Heat
Treatment
ConventionalandNovelApplications, Dr. Frank Czerwinski (Ed.),
InTech, DOI: 10.5772/50676.
Available from:http://www.intechopen.com/books/heattreatment-conventional-and-novelapplications/heat-treatment-in-molecularprecursor-method-for-fabricating-metal-oxidethin-films
Hiroki Nagai and Mitsunobu Sato (2017).
Molecular Precursor Method for Fabricating pType Cu2O and Metallic Cu Thin Films , Dr.
Nikolay N. Nikitenkov (Ed.), InTech, DOI:
10.5772/63326.
Available from:https://www.intechopen.com/books/moderntechnologies-for-creating-the-thin-film-systemsand-coatings

Hiroki Nagai and Mitsunobu Sato (2016).
Highly Functionalized Lithium-Ion Battery,
Alkali-ion Batteries, Dr. Dongfang Yang (Ed.),
InTech, DOI: 10.5772/63491.
Available from:http://www.intechopen.com/books/alkali-ionbatteries/highly-functionalized-lithium-ion-battery

Laboratory for Nano and Bio Materials
Laboratory for oxide electronics
Department of Applied Physics, School of Advanced Engineering
Mitsunobu Sato, Professor
e-mail: lccsato@cc.Kogakuin.ac.jp, ext. 3397

研究戦略部 研究推進課〒192-0015 東京都八王子市中野町2665-1
TEL:042-628-4940 FAX:042-626-6726
E-Mail:souken@sc.kogakuin.ac.jp