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富士通使用纳米微粒触媒开发碳纳米布线形成技术 |
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| http://cn.newmaker.com
6/9/2006 9:52:00 AM
佳工机电网
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富士通和富士通研究所使用纳米金属粒子作为触媒，成功地联合开发出了多层碳纳米管布线形成技术。使用纳米微粒触媒，不仅更容易控制LSI层间布线（过孔布线）中的碳纳米管密度，而且实现了前所未有的高密度。这将有助于降低32nm以后LSI多层布线的电阻。
抑制触媒纳米微粒的尺寸偏差
多层碳纳米管是一种以自组装方式形成的纳米结构体（直径1～数十nm，长1～100μm），其物理性质非常适合于未来的LSI布线。比如，多层碳纳米管能够将电流密度提高到铜的1000倍，能够在微LSI中实现高速电路。另外，它还具有约10倍于铜的高导热率，未来有望通过布线对LSI进行散热。
富士通和富士通研究所为了能够将多层碳纳米管应用于在LSI多层布线之间进行连接的过孔布线一直在不懈地进行研究。对于过孔布线，要求以高密度形成碳纳米管，以此降低电阻。
多层碳纳米管的生长通常需要将铁（Fe）、钴（Co）或镍（Ni）等纳米金属粒子作为触媒来使用，而且业界普遍认为，所形成的多层碳纳米管的直径和密度也取决于金属粒子的直径和密度。为了形成可作为触媒使用的纳米粒子，过去采用的方法通常都是先在底板上形成触媒薄膜，然后通过热处理利用薄膜形成纳米粒子。
但这种方法存在的问题是所形成的触媒纳米粒子的直径和密度因不同的底板和温度等条件而异。结果，就不容易控制所形成的多层碳纳米管的直径和密度，阻碍了过孔布线的低电阻化。
此次开发出了可高效形成直径偏差较小的触媒纳米粒子，并将其高密度地堆积在微细过孔球底部的新技术。这种新技术是利用与半导体工艺匹配性较高的干式工艺实现的。
利用惯性的不同进行尺寸筛选
此次所开发的技术大体有2个特点。
一是能够使用冲击器选择纳米粒子的尺寸。一般来说，5nm以下的纳米粒子不易带电，很难像过去那样利用带电粒子在电场中的轨迹筛选尺寸。此次则新开发出了利用纳米粒子不同尺寸的惯性不同，进行尺寸筛选的“冲击器”。即使不带电的纳米粒子，与过去的手法相比也能高效地得到特定尺寸的纳米粒子。
二是形成了具有高指向性的纳米粒子束。仅靠吹送单纯含有纳米粒子的气体，难以统一地将纳米粒子堆积在过孔球的底部。因而此次通过在约为10乘-3次方Pa的高真空条件下分阶段地送入在压力约为1000Pa的氦气中形成的纳米粒子，形成指向性较高的纳米粒子束，成功地将纳米粒子堆积到了微细过孔球的底部。
利用尺寸筛选技术，对于直径4nm的纳米粒子，堆积速度达到了过去的约1000倍，从而使纳米粒子统一地300mm晶圆上成为了可能。另外，利用高指向性粒子束，成功地以高密度将触媒纳米粒子统一地堆积到了直径不足100nm的过孔球底部。由此制作出的碳纳米管过孔，其电阻在直径2μm的条件下仅为0.59Ω。达到了与LSI目前使用的W相同的程度，在碳纳米管过孔中达到了目前的最低水平。
另外，在直径40nm的过孔中，每平方厘米生长了9乘10的11次方条多层碳纳米管，目前为目前最高。
今后的研究将作为MIRAI项目的一个环节加以推进
此次开发的技术能够控制作为碳纳米管触媒的纳米粒子尺寸和密度。尽管目前尚未实现完全由基于纳米粒子触媒的碳纳米管生长。但今后准备通过改善生长技术，提高碳纳米管密度，实现与铜过孔相匹敌、比目前低1位数的电阻值。
今后将作为“新一代半导体材料·工艺基础（MIRAI）项目”的新探索布线技术的一个环节继续由半导体尖端科技公司进行研究。
此次的研究是作为日本新能源·产业技术综合开发机构（NEDO）委托给日本财团法人尖端半导体中心的“碳纳米应用产品创制项目（NCT项目）”的一个环节而实施的。技术详情将在2006年6月5～7日于美国旧金山举办的布线技术国际会议“”上发表（发布资料）。
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