方向転換されたカーボンナノチューブで作られた相互接続構造
本発明は、少なくとも２つの異なる方向に沿って伸びる電気接続を含む電子デバイスであって、前記接続は本質的にカーボンナノチューブの束（CNT）（8）を用いて形成され、少なくとも２つのCNT束は、第１方向に沿った軸を有する部分（8ａ）と、第２方向に沿って方向転換された軸を有する部分（8ｂ）とを含み、前記CNT束間の接続は前記少なくとも２つの束の一部分（8ｂ）の重なりによって達成され、接続ライン（4）を形成する、電子デバイスに関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、カーボンナノチューブ（CNT）を用いて形成された電気接続部を含む電子デバイスに関する。本開示はまた、このような接続部を形成するための方法に関する。
【０００２】
本発明は特に、熱的、電気的、および機械的コネクタに対する用途を有する。
【背景技術】
【０００３】
貫通ビアまたはチップ相互接続部を作るためのカーボンナノチューブ（CNT）またはCNT束の使用は、既に提供されており、特に銅の使用に対する補完物またはさらには代替物を提供する。確かに後者は、微小なサイズに関連するときには適していない。CNTはさらに、低い電気抵抗などの必要な特性を有し、異なるチップレベル間の最適な電気伝導率を提供することを可能にする。
【０００４】
ビアは、導電プレート間の接続を作り出すことができるキャビティである。プレート上に形成された電気ラインは、ビア間の接続を作り出す。導電プレートは、アルミニウムなどの金属で作られ、その中に埋め込まれたビアを形成するキャビティを有する絶縁層によって分けられる。
【０００５】
電子デバイスの小型化は、電流密度が高くなりすぎるときに銅がエレクトロマイグレーションによる困難性をもたらすため、銅の使用を非常に厄介にする。銅線およびビアから形成されたアーキテクチャは故に、22ナノメートル付近の解像度（resolution）を有する集積回路において、それらの制限を示す。
【０００６】
図１および２に示すように、導電性トラック間の接続を確保するためのCNTの使用が、銅またはタングステンビアをCNTで置き換えることによって提供されている（Katagiri et al., Interconnect Technology Conference, 2009. IEEE International 1-3 June 2009, pp. 44- 46；Yokoyama et al. Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 47, No 4, 2008, pp. 1985-1990）。しかしながら、この方法は完全に銅を排除することができず、ビア間の接続は銅ラインによって常に確保されている。エレクトロマイグレーションに関する問題は故に、完全に抑えられない。
【０００７】
米国特許出願公開第2008/0042287号には、接続が少なくとも部分的にCNT束によって確保されている電子デバイスが記載されている。ビアは、導電材料の層で覆われており、その上には別のCNT束が堆積され、ラインの方向に沿って方向付けされることができる。しかしながら、ビアおよびラインは、同一のCNT束で形成されていない。
【０００８】
米国特許出願公開第2006/0212974号には、ビア内部で準備され、次いで２つの異なるレベルの２つの導電層を接続するための別の方向に沿って方向転換されたCNT束を含む電子デバイスが開示されている。そこには、ビア間の接続がない。
【０００９】
中国特許第101562148号は、導電層上にCNT溶液を堆積することによって垂直なCNT接続を作り出すための方法に関する。このデバイスでは、異なるレベルの２つの導電層が、CNT束を用いて接続される。
【００１０】
別の技術は、CNTビアと同一の概念をベースとしているが、CNTの方向を変化するために金属ブロックを用いることを含み、故に水平線を形成する（図３）。しかしながら、触媒の堆積および金属ブロックの２つの面における２つの直角に交わる方向に沿ったCNT成長を制御することは難しい（図４）。この技術の別の欠点は、導通を確保するために、多くのCNT−金属界面が繰り返して交差することである。
【００１１】
米国特許出願公開第2009/0294966号には、２つの導電層間の電気接続を確保する垂直CNTビアだけでなく、ビア間の電気接続を提供する水平CNTラインもまた記載されている。これは、２つの異なる方向に沿って方向付けられた２つの分離した束を含む。ビアに由来するCNT束は、ラインを形成できない。
【００１２】
これらの異なるアプローチは、徐々に小さくなるキャビティ内でのCNT成長の制御、故にCNT束密度の問題の発生を暗示する。確かに、それらの特性およびそれらの方向の均一性と同様に、CNT密度の制御は、ナノエレクトロニクスにおいて良好な電気接続を提供するのに主に重要である。高いCNT密度は、故に必須である。
【００１３】
Hataおよび同僚（Hayamizu et al., Nature nanotechnology, Vol. 3, 2008, 289-294）は近年、散在しているCNTのフィルムをアルコール溶液に浸すことによって得ることができる組織化および緻密化効果を明らかにした。確かに、CNTフィルムがその表面と直角に交わるアルコールバスに浸され、次いで乾燥されるとき、CNTは凝集し整列する。液体の表面張力および強いファンデルワールス相互作用により、CNTはグラファイトに近い構造を達成する。CNTの解離は、緻密化後に観察されない。しかしながら、Hataは同一の方向に沿って方向付けられたCNTで形成された構造を得ただけであり、そのことは故に可能な用途を制限する。
【００１４】
本発明は特に、金属の使用を排除することができ、単純な製造プロセスで実施できる技術的解決策に対する探索に由来する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許出願公開第2008/0042287号
【特許文献２】米国特許出願公開第2006/0212974号
【特許文献３】中国特許第101562148号
【特許文献４】米国特許出願公開第2009/0294966号
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】Katagiri et al., Interconnect Technology Conference, 2009. IEEE International 1-3 June 2009, pp. 44- 46
【非特許文献２】Yokoyama et al. Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 47, No 4, 2008, pp. 1985-1990
【非特許文献３】Hayamizu et al., Nature nanotechnology, Vol. 3, 2008, 289-294
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従って本発明は、金属の使用を排除でき、プレート間の接続を確保するか、またはCNT束の方向の変化を確保する、カーボンナノチューブ（CNT）の成長および方向転換（redirection）に基づく新規なアーキテクチャを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
一般的に、本発明は、第１方向に沿って方向付けられ、ビアと呼ばれるキャビティに含まれるカーボンナノチューブ(CNT)の束とともに、電子デバイスに電気接続を形成する段階を含む。このようなCNT束は、同様に第２方向に沿ったCNT束で形成されたラインによって横方向に相互接続される。
【００１９】
詳細な説明の残りの部分では、“ビア”および“ライン”との用語はそれぞれ、キャビティまたはビアに含まれるCNT束および代表的な接続ラインを指定するために使用される。
【００２０】
典型的に、本発明による電子デバイスは、絶縁体層（シリカまたは低誘電率（low-K）マイクロエレクトロニクス材料）で覆われた（例えば、アルミニウムから成る）導電プレートから特に成る一連の構造を含む。ラインによって相互接続されたキャビティは、絶縁ブロックに埋め込まれ、プレート（ビア）間またはビア（ライン）間の相互接続を作り出す。
【００２１】
より具体的には、本発明は、少なくとも２つの異なる方向に沿って伸びる電気接続を含む電子デバイスに関する。典型的に、前記接続は本質的に、カーボンナノチューブ（CNT）の束を用いて形成され、少なくとも２つのCNT束は、第１方向に沿って方向付けられた軸を有する部分と、第２方向に沿って方向転換された軸を有する部分とを含む。さらに、CNT束間の接続は、前記少なくとも２つのCNT束の一部が重なることによって達成され、接続ラインを形成する。
【００２２】
電気接続を形成する少なくとも２つの束は曲がっており、CNT束の一領域は第１方向に沿っていて、別の領域は第２の異なる方向に沿っている。
【００２３】
本発明の電気接続システムは、少なくとも２つの方向、有利に垂直および水平方向における接続を形成することができるが、具体的に水平面における２つの異なる接続の場合には、２つを超える方向、特に３方向において接続を作り出すためにも使用され得ることに、留意すべきである。
【００２４】
本発明によると、電気接続は主に、CNT束または房（bunches）を用いて形成され、つまり、大量の凝集されたカーボンナノチューブは、実質的に平行な成長軸を有する。“本質的に（essentially）”との用語は、電気接続がただCNTによって確保され得るだけであり、故に、金属ラインまたはブロック以外は依然として従来技術のケースである、ということを示す。しかしながら、以下に記載するように、束間の電気接触は、さらに金属の堆積を実施することによって改善され得る。
【００２５】
実際に、このような電気接続は、以下の方法：
−第１方向に沿って少なくとも１つのCNT束を成長させる段階
−有利には液体を流すことによって、第２方向に沿ってCNT束の一部分を方向転換する段階
を実施することによって作り出される。
【００２６】
典型的に、本発明による電子デバイス内で、少なくとも２つの方向における電気接続を作り出す方法は、
−前記デバイスのキャビティで、第１方向に沿って少なくとも２つのCNT束を成長させる段階
−有利には液体を流すことによって、第２方向に沿って前記２つのCNT束の一部分を方向転換し、接続ラインを形成する段階
を含む。
【００２７】
このデバイスの形成段階は故に、従来技術で試されテストされた技術によって、特に鉄などの触媒を用いて、キャビティ内で第１方向に沿ってCNT束を制御して成長させる段階を含む。
【００２８】
典型的に、CNT束の成長は、前記束がビアよりも少なくとも大きい高さを有するときに停止される。これらのCNT束の一部分は次いで、有利には液体を流すことによって、第２方向に沿って方向転換される。
【００２９】
CNT束の方向転換は、Hayamizuらの文献（Nature nanotechnology, Vol. 3, 2008, 289-294）に記載された技術によって実施され得る。実際に、それは、イソプロピルアルコール溶液にCNTを浸す段階と、グルーブの方向と平行にそれらを引き出す段階とを含み、前記グルーブは液体のメニスカスと直角に交わる。この操作はまた、CNT束の密度を高くすることができる。
【００３０】
特権を有する実施形態によると、第２方向に沿って方向転換されたCNT束の一部分は、第１方向に沿ったCNT束の一部分と実質的に直角に交わる。
【００３１】
典型的に、第１方向は実質的に垂直である。有利に、第１方向に沿ったCNT束の一部分は、電子デバイスのビアを形成する。
【００３２】
優先的に、第２方向は実質的に水平である。有利に、第２方向に沿ったCNT束の一部分は、電子デバイスの接続ラインを形成する。
【００３３】
特権を有する実施形態では、ビアおよびラインは故に、実質的に直角に交わる。
【００３４】
ビア間の接続を形成するために、具体的に、本発明による電子デバイスは優先的に、第２方向に沿ってそれらの一部分を有する少なくとも２つのCNT束を含み、それは実質的に水平であり得、接続ラインを形成する。そのラインは有利に、第２方向に沿ったCNT束の一部分が重なることによって、つまり、束の端の連続的な重ね合わせによって形成される。
【００３５】
この実施形態は、以下の方法：
−有利にはビア内で、第１方向に沿った複数の平行なCNT束を成長させる段階
−第２方向に沿ってCNT束の一部分を方向転換させる段階
−有利には重なることによって、第２方向に沿ったCNT束の一部分を接続し、接続ラインを形成する段階
によって実施される。
【００３６】
重なりは実際には、CNT束の上の部分を平らにすることによって、故に、好ましくは実質的に垂直である第１方向において、キャビティに含まれるCNT束の一部分のみをそのままにすることによって得られる。有利には、第２方向、つまり重なりの方向は、接続ラインを含むために事前に絶縁ブロックに埋め込まれたグルーブの方向である。
【００３７】
特定の実施形態によると、本発明のデバイスはさらに、金属層を含む。有利に、それは第２方向に沿った少なくともCNT束の一部分を覆い、より有利には依然として接続ラインである。
【００３８】
この金属層は、
−カプセル化のためのデバイスの表面の均一化、または上部接続レベルを形成するための支持体としての使用を可能にし得る。後者の場合、有利には例えばアルミニウムなどの金属材料を堆積することができ、第２のCNTレベルの成長を促進することができる。
−ビア間の接続の促進を可能にし得る。
【００３９】
この金属層は、当業者に既知の任意の適合された技術を用いて堆積される。
【００４０】
別の実施形態によると、電子デバイスはさらに、第２方向におけるその一部分のレベルで、デバイスの少なくとも１つのCNT束と横方向に接続された別のCNT束を含むことができ、ラインを形成する。この他のCNT束は、ビアに由来する束との接続、場合によっては幾つかのビア間の接続を確保する。接続は、前に記載したように、第２方向に沿って直接、または第２方向に沿ったその方向転換の後の何れかにおいて、この他のCNT束の成長後に達成される。
【００４１】
優先的に、他のCNT束は、少なくとも２つのCNT束と横方向で接続され、ビア間の接続を確保する。
【００４２】
選択された操作モードによると、ビアまたは接続ラインの何れかを形成するCNT束の成長は、同時にまたは別々に起こり得る。
【００４３】
有利に、他のCNT束の成長は、キャビティ内ではなくグルーブ内で実施される。他のCNT束は故に、導電プレートと直接接触することができないが、それは、それが絶縁ブロックによってそれから物理的に分離されているからである。第２方向に沿ったこの他のCNT束の方向転換は、グルーブで実施され得る。
【００４４】
この特定の実施形態では、CNT束間の横方向の接続は有利に、金属層の堆積によって達成される。実際に、それは２つのタイプのCNT束の界面に位置する：第２方向の沿ったその一部分のレベルにおける少なくとも１つのCNT束はビアに由来し、他の束はラインを形成する。この層は有利に、以下の群から選択されるいわゆる接触金属を用いて形成される：パラジウム、銅、金、またはチタン。故に、接触金属は、ビアに由来するCNT束と接続ラインを形成するCNT束との間の接続を確保する。
【００４５】
本発明との関連で、所定の成長領域にCNTを位置するために、
−プレート全体に成長触媒を堆積し、次いでそれを（エッチング、研磨などによって）規定されていない領域から除去するか、または
−Dijonらの文献（Diam. Relat. Mater., 2009, doi:10.1016/j.diamond.2009.11.017）に記載されているように、規定されていない領域にTiNを堆積し、次いでウエハ全体に触媒を堆積するか
の何れかを実施し得る。
【００４６】
好ましい実施形態によると、本発明による電子デバイス内で少なくとも２つの方向において電気接続を作り出す方法は、第２方向に沿ったCNT束の一部分上に少なくとも１つの金属層を堆積する段階をさらに含む。
【００４７】
それはまた、第２方向に沿った一部分のレベルにおいて、少なくとも１つのCNT束の横方向の接続を目的とする別のCNT束を成長させ、場合によっては第２方向に沿って方向転換させ、接続ラインを形成する段階を含むことができる。この特定のケースでは、その方法は場合によっては、他のCNT束上での金属層の堆積段階を含むことができる。
【００４８】
さらに、本発明によるデバイスを形成する方法は、CNTが成長すべきでない領域にTiNを堆積する少なくとも１つの段階を含むことができる。
【００４９】
本発明による電子デバイスでは、電流はカーボンナノチューブを介して本質的に流れるように見え、故にエレクトロマイグレーション問題を大幅に減少させる。さらに、このようなデバイスを形成する方法は、比較的試されテストされた技術で実行される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
発明の前述のおよび他の特徴および利点は、添付の図面と関連する以下の実施形態の以下の非限定的な説明に記載される。
【００５１】
【図１】従来技術のULSI（“超巨大規模集積回路（Ultra Large Scale Integration）”）相互接続におけるカーボンナノチューブ（CNT）の統合を示す略図である。
【図２】従来技術、つまり、ビアにおけるカーボンナノチューブ（CNT）の成長が銅ケーブルとの接続を作り出す技術を示す略図である。
【図３】金属接触ブロックを暗示する従来技術であるライン／ビアの相互接続システムの３次元の顕微鏡サイズの図面である。
【図４】金属接触ブロックを暗示する従来技術であるライン／ビアの相互接続システムの略図である。
【図５Ａ】ビアに由来する方向転換されたCNTの重なりによる、本発明による相互接続デバイスの略図である。矢印は電流の流れを示し、円は交差する界面を示す。
【図５Ｂ】別々のCNT間の接続による、本発明による相互接続デバイスの略図である。矢印は電流の流れを示し、円は交差する界面を示す。
【図６Ａ】本発明による相互接続デバイスの略図であり、そこでCNT束間の接触は、金属を用いて改善されている。
【図６Ｂ】本発明による相互接続デバイスの略図であり、そこでCNT束間の接触は、金属を用いて改善されている。
【図７Ａ】ビアおよびラインが同時に形成される本発明の実施形態の概略図である。左側図が断面図で、右側図が上面図である。
【図７Ｂ】ビアおよびラインが同時に形成される本発明の実施形態の概略図である。左側図が断面図で、右側図が上面図である。
【図７Ｃ】ビアおよびラインが同時に形成される本発明の実施形態の概略図である。左側図が断面図で、右側図が上面図である。
【図７Ｄ】ビアおよびラインが同時に形成される本発明の実施形態の概略図である。左側図が断面図で、右側図が上面図である。
【図８Ａ】CNTの重なりによる、本発明による相互接続デバイスを形成する方法を示す略図であり、グルーブと直角に交わる端面図である。
【図８Ｂ】CNTの重なりによる、本発明による相互接続デバイスを形成する方法を示す略図であり、グルーブと直角に交わる端面図である。
【図８Ｃ】CNTの重なりによる、本発明による相互接続デバイスを形成する方法を示す略図であり、グルーブと直角に交わる端面図である。
【図８Ｄ】CNTの重なりによる、本発明による相互接続デバイスを形成する方法を示す略図であり、グルーブと直角に交わる端面図である。
【図８Ｅ】CNTの重なりによる、本発明による相互接続デバイスを形成する方法を示す略図であり、グルーブと直角に交わる端面図である。
【図８Ｆ】CNTの重なりによる、本発明による相互接続デバイスを形成する方法を示す略図であり、グルーブと直角に交わる端面図である。
【図８Ｇ】CNTの重なりによる、本発明による相互接続デバイスを形成する方法を示す略図であり、グルーブ方向と平行な図面である。
【図８Ｈ】CNTの重なりによる、本発明による相互接続デバイスを形成する方法を示す略図であり、グルーブ方向と平行な図面である。
【図９】図９Ｄ’〜図９Ｇ’は、ビアおよびラインの成長が同時に起こる、本発明による代替的な相互接続デバイスを形成する方法を示す略図である。
【図１０】図１０Ｈ’〜図１０Ｍ’は、ビアおよびラインの成長が独立に起こり、接触金属が挿入される、本発明による代替的な相互接続デバイスを形成する方法を示す略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下に記載される異なる実施形態は、垂直および水平相互接続の両方を必要とする、故に２つの異なる直角に交わる方向における電子デバイスに関する。これらの接続は全て、カーボンナノチューブ（CNT）を用いて形成される：
−垂直接続は、絶縁材料層で形成されるビア内に成長する垂直CNT束によって形成され；
−水平接続はまた、CNTによって確保され、接続ラインを形成する。それらは、ビアに由来する束の重なりによって生じることがあり、前記束は方向転換されているか（第１実施形態；図５Ａ）、またはビアに由来する束と横方向に接触する独立の束の成長によって生じ、前記束は方向転換されている（第２実施形態；図５Ｂ）。
【００５３】
特定の実施形態によると、金属層2、10はまた、特にCNT束の部分8b（図６Ａおよび図６Ｂ）においてCNT束と接触する。
【００５４】
このような層は有利に、
−例えばPdまたはTiで作られ、故にCNTの接触を改善する層10；および／または
−例えばAlで作られ、新規のCNTレベル、故に新規の相互接続レベルの成長を可能にする層2；
から形成され得る。
【００５５】
代わりにそれは、２つのタイプの層10および2に関連する二層であり得る。
【００５６】
［I／本発明の第１実施形態］
既に述べたように、垂直CNT束の重なりによるこの第１実施形態が、図５Ａおよび６Ａにそれぞれ示される。
【００５７】
より具体的には、その形成方法が図８に示される。段階ＡからＦは、概略的に端面図で、つまりグルーブ3と直角に交わって示され、図８Ｇおよび８Ｈは、グルーブ3の方向に水平な図面に対応することに、留意すべきである。
【００５８】
＜Ａ／ベース構造の形成＞
シリカまたはマイクロエレクトロニクスの低誘電率（low-K）材料で作られる絶縁層1が、導電層2に堆積される。導体2は典型的には、アルミニウムである。
【００５９】
＜Ｂ／グルーブのエッチング＞
絶縁体1内に、将来のライン4となるグルーブ3が、従来のリソグラフィ方法によって形成される。
【００６０】
＜Ｃ／TiN堆積＞
略50ナノメートルの厚さを有するTiN層5が、可能ならば等角堆積方法を用いて、グルーブ3に堆積される。TiNは、ここでは鉄である触媒6がTiNに堆積されるとき、カーボンナノチューブの成長を抑制する作用を有する。
【００６１】
＜Ｄ／ビアの開口＞
ビア7がグルーブ3内に開口され、絶縁体1を通り抜けるエッチングは導体2で止まる。
【００６２】
＜Ｅ／触媒の堆積＞
触媒6の堆積は、常温で実施される。それは典型的に、1ナノメートルの鉄の層であり、蒸発またはイオンビームスパッタリングによって堆積される。堆積は、側面の被覆を最小化するために、垂直入射で実施される。
【００６３】
＜Ｆ／選択的なナノチューブの成長＞
従来的には、カーボンナノチューブ（CNT）8は、室温で形成されたRF空気プラズマを用いて鉄を前もって酸化した後、600°Cで、C2H2+H2+He混合物（10sccm、50sccm、50sccm）を用いて成長される。プラズマ条件は以下の通りである：
−P＝0.3Torr；
−30分間わたり、70−W power
【００６４】
本方法は、鉄がTiN5上に堆積される場合を除き、鉄6上でのナノチューブ8の成長を可能にする。この場合には、成長はない。
【００６５】
600℃での成長の間の圧力は、1Torrである。反応性ガスは、コールドプラズマ後に導入され、温度の上昇は、１５分以内に、0.3-Torrの圧力で実施される。
【００６６】
ナノチューブ8の高さは、成長時間で規定される。
【００６７】
＜Ｇ／ナノチューブの方向転換＞
成長の後、デバイスはイソプロピルアルコールに浸され、グルーブ3の方向と直角に交わる方向に引き出される：液体のメニスカスは、グルーブ3に垂直である。グルーブのチューブを通って流れる液体は、ビア7に由来するチューブ8を平らにする。チューブは、この操作後に高く緻密化される。さらに、チューブ8は、２つの異なる部分：
−ビア7と平行な軸を有する部分8a、および
−グルーブ3と平行な軸を有する部分8b
を有する。
【００６８】
異なるビア7に由来するナノチューブ束8は、こうしてグルーブ3内で平らにされ、接触し始める。異なるビア7に由来する少なくとも２つのナノチューブ束の重なりによって、こうしてライン接続4を形成することができる。
【００６９】
この段階の終わりに、図５Ａに示すような相互接続システムが得られる。ライン4は、ビア7に由来するナノチューブ束8bの重なりによって形成される。この実施形態では、ライン抵抗Rは、ナノチューブ抵抗に加えられた一連の界面抵抗で形成される。
【００７０】
しかしながら、後続の段階（図８Ｈ）において、構造を平坦化し、次のレベル（カプセル化）でその操作（相互接続の創作）を繰り返すことが出来るように、ライン4の表面で、再びアルミニウムで金属の堆積2を実施することが推奨され得る。この段階の終わりに、図６Ａに示すような相互接続システムが得られる。
【００７１】
［II／本発明の第２実施形態］
この第２実施形態は、図５Ｂ、６Ｂ、７、９および１０に示される。
【００７２】
図５Ｂは、１つの界面抵抗しか残っていないため、ライン抵抗が第１実施形態よりも低いという事実を示す。
【００７３】
図７は、実質的に直角に交わる相互接続部、それぞれビア7およびライン4が、有利には同時に形成された少なくとも２つの異なるナノチューブ束に由来する、この第２実施形態の原理を示す図面である。左側の図面が断面図を示し、右側の図面が上面図を示すことに、留意すべきである。
【００７４】
さらに、ライン4およびビア7からナノチューブ8および8’が同時に成長することを暗示する実施形態が図９に示され、それは図８に由来する。
【００７５】
段階ＡからＣは、図８のそれと同様である。
【００７６】
しかしながら、ビア7の開口の前に、追加の段階が実施される（図９Ｄ’）：TiN5の開口9がグルーブ3に形成され、触媒6の堆積後に、この領域でカーボンナノチューブ8’の成長が得られる。これは、ラインの成長領域9のアレンジに対応する。
【００７７】
次の段階は、樹脂層で開口9を保護した後に、ビア7を開口する段階を含む（図９Ｅ’）。
【００７８】
触媒6の堆積後（図９Ｆ’）および成長段階の間（図９Ｇ’）、チューブ8および8’がそれぞれ、ビア7で成長し、成長領域9においてラインレベルで形成される。CNT8および8’に由来する束は、触媒の厚さを変えることで、かつビアおよびラインでのプラズマ条件を変えることで、異なる長さで提供され得る。
【００７９】
ビア7および成長領域9のそれぞれに由来する２つのナノチューブ束（8,8’）の方向転換の後、得られた相互接続システムは、図５Ｂに示されるものに対応する。ビア7に由来しないナノチューブ束8’を用いて接続ライン4が形成されることが観察できる。
【００８０】
図１０は図８に由来するが、その実施形態では、ナノチューブ8および8’の成長はライン4およびビア7から別々に実施され、界面金属10が（それぞれ、ビア8bのCNTとライン8’のCNTとの間の）２つのナノチューブ束の間に挿入される。
【００８１】
その方法は、図８の段階Ａ〜Ｇで始まる。
【００８２】
しかしながら、段階Ｈの代わりに、図１０の段階Ｈ’からＭ’が実施される。
【００８３】
＜Ｈ’／接触金属の堆積＞
ビア7に由来するナノチューブ8（8a、8b）の方向転換の後、パラジウム、銅、金、またはチタンなどの接触金属10が堆積される。
【００８４】
＜Ｉ’／接触金属の開口＞
接触金属10は次いで、グルーブ3の終端から絶縁体1まで、エッチングによって開口される。ライン4に由来する将来のナノチューブ8’の成長領域 9 は、こうして形成される。
【００８５】
＜Ｊ’／触媒の堆積＞
触媒は、蒸発またはスパッタリングによって堆積される。
【００８６】
＜Ｋ’／接触金属の平坦化＞
デバイスは、触媒6を成長領域9に保持しながら、接触金属10上への触媒の堆積6を抑えるために、ＣＭＰ（“化学機械研磨（Chemical and Mechanical Polishing）”)によって平坦化される。
【００８７】
＜Ｌ’／第２ナノチューブの成長＞
図８の段階Ｆと同じ条件での第２の成長が実施される。成長領域9に由来し、ライン4を形成することを目的とするナノチューブ束8’は、こうして得られる。
【００８８】
＜Ｍ’／ラインの方向転換＞
成長の後、ナノチューブ束は、図８の段階Ｇと同じ方法で方向転換される。ビア7に由来するナノチューブ8を有するコンタクトビア金属10における接続ライン4は、こうして得られる。
【００８９】
このようなプロセスの終わりに、図６Ｂに示すような相互接続システムが得られる。
【符号の説明】
【００９０】
１ 絶縁層
２、１０ 金属層
３ グルーブ
５ ＴｉＮ
６ 触媒
７ ビア
８、８ａ、８ｂ、８’ ナノチューブ
９ 開口
【技術分野】
【０００１】
本開示は、カーボンナノチューブ（CNT）を用いて形成された電気接続部を含む電子デバイスに関する。本開示はまた、このような接続部を形成するための方法に関する。
【０００２】
本発明は特に、熱的、電気的、および機械的コネクタに対する用途を有する。
【背景技術】
【０００３】
貫通ビアまたはチップ相互接続部を作るためのカーボンナノチューブ（CNT）またはCNT束の使用は、既に提供されており、特に銅の使用に対する補完物またはさらには代替物を提供する。確かに後者は、微小なサイズに関連するときには適していない。CNTはさらに、低い電気抵抗などの必要な特性を有し、異なるチップレベル間の最適な電気伝導率を提供することを可能にする。
【０００４】
ビアは、導電プレート間の接続を作り出すことができるキャビティである。プレート上に形成された電気ラインは、ビア間の接続を作り出す。導電プレートは、アルミニウムなどの金属で作られ、その中に埋め込まれたビアを形成するキャビティを有する絶縁層によって分けられる。
【０００５】
電子デバイスの小型化は、電流密度が高くなりすぎるときに銅がエレクトロマイグレーションによる困難性をもたらすため、銅の使用を非常に厄介にする。銅線およびビアから形成されたアーキテクチャは故に、22ナノメートル付近の解像度（resolution）を有する集積回路において、それらの制限を示す。
【０００６】
図１および２に示すように、導電性トラック間の接続を確保するためのCNTの使用が、銅またはタングステンビアをCNTで置き換えることによって提供されている（Katagiri et al., Interconnect Technology Conference, 2009. IEEE International 1-3 June 2009, pp. 44- 46；Yokoyama et al. Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 47, No 4, 2008, pp. 1985-1990）。しかしながら、この方法は完全に銅を排除することができず、ビア間の接続は銅ラインによって常に確保されている。エレクトロマイグレーションに関する問題は故に、完全に抑えられない。
【０００７】
米国特許出願公開第2008/0042287号には、接続が少なくとも部分的にCNT束によって確保されている電子デバイスが記載されている。ビアは、導電材料の層で覆われており、その上には別のCNT束が堆積され、ラインの方向に沿って方向付けされることができる。しかしながら、ビアおよびラインは、同一のCNT束で形成されていない。
【０００８】
米国特許出願公開第2006/0212974号には、ビア内部で準備され、次いで２つの異なるレベルの２つの導電層を接続するための別の方向に沿って方向転換されたCNT束を含む電子デバイスが開示されている。そこには、ビア間の接続がない。
【０００９】
中国特許第101562148号は、導電層上にCNT溶液を堆積することによって垂直なCNT接続を作り出すための方法に関する。このデバイスでは、異なるレベルの２つの導電層が、CNT束を用いて接続される。
【００１０】
別の技術は、CNTビアと同一の概念をベースとしているが、CNTの方向を変化するために金属ブロックを用いることを含み、故に水平線を形成する（図３）。しかしながら、触媒の堆積および金属ブロックの２つの面における２つの直角に交わる方向に沿ったCNT成長を制御することは難しい（図４）。この技術の別の欠点は、導通を確保するために、多くのCNT−金属界面が繰り返して交差することである。
【００１１】
米国特許出願公開第2009/0294966号には、２つの導電層間の電気接続を確保する垂直CNTビアだけでなく、ビア間の電気接続を提供する水平CNTラインもまた記載されている。これは、２つの異なる方向に沿って方向付けられた２つの分離した束を含む。ビアに由来するCNT束は、ラインを形成できない。
【００１２】
これらの異なるアプローチは、徐々に小さくなるキャビティ内でのCNT成長の制御、故にCNT束密度の問題の発生を暗示する。確かに、それらの特性およびそれらの方向の均一性と同様に、CNT密度の制御は、ナノエレクトロニクスにおいて良好な電気接続を提供するのに主に重要である。高いCNT密度は、故に必須である。
【００１３】
Hataおよび同僚（Hayamizu et al., Nature nanotechnology, Vol. 3, 2008, 289-294）は近年、散在しているCNTのフィルムをアルコール溶液に浸すことによって得ることができる組織化および緻密化効果を明らかにした。確かに、CNTフィルムがその表面と直角に交わるアルコールバスに浸され、次いで乾燥されるとき、CNTは凝集し整列する。液体の表面張力および強いファンデルワールス相互作用により、CNTはグラファイトに近い構造を達成する。CNTの解離は、緻密化後に観察されない。しかしながら、Hataは同一の方向に沿って方向付けられたCNTで形成された構造を得ただけであり、そのことは故に可能な用途を制限する。
【００１４】
本発明は特に、金属の使用を排除することができ、単純な製造プロセスで実施できる技術的解決策に対する探索に由来する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許出願公開第2008/0042287号
【特許文献２】米国特許出願公開第2006/0212974号
【特許文献３】中国特許第101562148号
【特許文献４】米国特許出願公開第2009/0294966号
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】Katagiri et al., Interconnect Technology Conference, 2009. IEEE International 1-3 June 2009, pp. 44- 46
【非特許文献２】Yokoyama et al. Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 47, No 4, 2008, pp. 1985-1990
【非特許文献３】Hayamizu et al., Nature nanotechnology, Vol. 3, 2008, 289-294
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従って本発明は、金属の使用を排除でき、プレート間の接続を確保するか、またはCNT束の方向の変化を確保する、カーボンナノチューブ（CNT）の成長および方向転換（redirection）に基づく新規なアーキテクチャを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
一般的に、本発明は、第１方向に沿って方向付けられ、ビアと呼ばれるキャビティに含まれるカーボンナノチューブ(CNT)の束とともに、電子デバイスに電気接続を形成する段階を含む。このようなCNT束は、同様に第２方向に沿ったCNT束で形成されたラインによって横方向に相互接続される。
【００１９】
詳細な説明の残りの部分では、“ビア”および“ライン”との用語はそれぞれ、キャビティまたはビアに含まれるCNT束および代表的な接続ラインを指定するために使用される。
【００２０】
典型的に、本発明による電子デバイスは、絶縁体層（シリカまたは低誘電率（low-K）マイクロエレクトロニクス材料）で覆われた（例えば、アルミニウムから成る）導電プレートから特に成る一連の構造を含む。ラインによって相互接続されたキャビティは、絶縁ブロックに埋め込まれ、プレート（ビア）間またはビア（ライン）間の相互接続を作り出す。
【００２１】
より具体的には、本発明は、少なくとも２つの異なる方向に沿って伸びる電気接続を含む電子デバイスに関する。典型的に、前記接続は本質的に、カーボンナノチューブ（CNT）の束を用いて形成され、少なくとも２つのCNT束は、第１方向に沿って方向付けられた軸を有する部分と、第２方向に沿って方向転換された軸を有する部分とを含む。さらに、CNT束間の接続は、前記少なくとも２つのCNT束の一部が重なることによって達成され、接続ラインを形成する。
【００２２】
電気接続を形成する少なくとも２つの束は曲がっており、CNT束の一領域は第１方向に沿っていて、別の領域は第２の異なる方向に沿っている。
【００２３】
本発明の電気接続システムは、少なくとも２つの方向、有利に垂直および水平方向における接続を形成することができるが、具体的に水平面における２つの異なる接続の場合には、２つを超える方向、特に３方向において接続を作り出すためにも使用され得ることに、留意すべきである。
【００２４】
本発明によると、電気接続は主に、CNT束または房（bunches）を用いて形成され、つまり、大量の凝集されたカーボンナノチューブは、実質的に平行な成長軸を有する。“本質的に（essentially）”との用語は、電気接続がただCNTによって確保され得るだけであり、故に、金属ラインまたはブロック以外は依然として従来技術のケースである、ということを示す。しかしながら、以下に記載するように、束間の電気接触は、さらに金属の堆積を実施することによって改善され得る。
【００２５】
実際に、このような電気接続は、以下の方法：
−第１方向に沿って少なくとも１つのCNT束を成長させる段階
−有利には液体を流すことによって、第２方向に沿ってCNT束の一部分を方向転換する段階
を実施することによって作り出される。
【００２６】
典型的に、本発明による電子デバイス内で、少なくとも２つの方向における電気接続を作り出す方法は、
−前記デバイスのキャビティで、第１方向に沿って少なくとも２つのCNT束を成長させる段階
−有利には液体を流すことによって、第２方向に沿って前記２つのCNT束の一部分を方向転換し、接続ラインを形成する段階
を含む。
【００２７】
このデバイスの形成段階は故に、従来技術で試されテストされた技術によって、特に鉄などの触媒を用いて、キャビティ内で第１方向に沿ってCNT束を制御して成長させる段階を含む。
【００２８】
典型的に、CNT束の成長は、前記束がビアよりも少なくとも大きい高さを有するときに停止される。これらのCNT束の一部分は次いで、有利には液体を流すことによって、第２方向に沿って方向転換される。
【００２９】
CNT束の方向転換は、Hayamizuらの文献（Nature nanotechnology, Vol. 3, 2008, 289-294）に記載された技術によって実施され得る。実際に、それは、イソプロピルアルコール溶液にCNTを浸す段階と、グルーブの方向と平行にそれらを引き出す段階とを含み、前記グルーブは液体のメニスカスと直角に交わる。この操作はまた、CNT束の密度を高くすることができる。
【００３０】
特権を有する実施形態によると、第２方向に沿って方向転換されたCNT束の一部分は、第１方向に沿ったCNT束の一部分と実質的に直角に交わる。
【００３１】
典型的に、第１方向は実質的に垂直である。有利に、第１方向に沿ったCNT束の一部分は、電子デバイスのビアを形成する。
【００３２】
優先的に、第２方向は実質的に水平である。有利に、第２方向に沿ったCNT束の一部分は、電子デバイスの接続ラインを形成する。
【００３３】
特権を有する実施形態では、ビアおよびラインは故に、実質的に直角に交わる。
【００３４】
ビア間の接続を形成するために、具体的に、本発明による電子デバイスは優先的に、第２方向に沿ってそれらの一部分を有する少なくとも２つのCNT束を含み、それは実質的に水平であり得、接続ラインを形成する。そのラインは有利に、第２方向に沿ったCNT束の一部分が重なることによって、つまり、束の端の連続的な重ね合わせによって形成される。
【００３５】
この実施形態は、以下の方法：
−有利にはビア内で、第１方向に沿った複数の平行なCNT束を成長させる段階
−第２方向に沿ってCNT束の一部分を方向転換させる段階
−有利には重なることによって、第２方向に沿ったCNT束の一部分を接続し、接続ラインを形成する段階
によって実施される。
【００３６】
重なりは実際には、CNT束の上の部分を平らにすることによって、故に、好ましくは実質的に垂直である第１方向において、キャビティに含まれるCNT束の一部分のみをそのままにすることによって得られる。有利には、第２方向、つまり重なりの方向は、接続ラインを含むために事前に絶縁ブロックに埋め込まれたグルーブの方向である。
【００３７】
特定の実施形態によると、本発明のデバイスはさらに、金属層を含む。有利に、それは第２方向に沿った少なくともCNT束の一部分を覆い、より有利には依然として接続ラインである。
【００３８】
この金属層は、
−カプセル化のためのデバイスの表面の均一化、または上部接続レベルを形成するための支持体としての使用を可能にし得る。後者の場合、有利には例えばアルミニウムなどの金属材料を堆積することができ、第２のCNTレベルの成長を促進することができる。
−ビア間の接続の促進を可能にし得る。
【００３９】
この金属層は、当業者に既知の任意の適合された技術を用いて堆積される。
【００４０】
別の実施形態によると、電子デバイスはさらに、第２方向におけるその一部分のレベルで、デバイスの少なくとも１つのCNT束と横方向に接続された別のCNT束を含むことができ、ラインを形成する。この他のCNT束は、ビアに由来する束との接続、場合によっては幾つかのビア間の接続を確保する。接続は、前に記載したように、第２方向に沿って直接、または第２方向に沿ったその方向転換の後の何れかにおいて、この他のCNT束の成長後に達成される。
【００４１】
優先的に、他のCNT束は、少なくとも２つのCNT束と横方向で接続され、ビア間の接続を確保する。
【００４２】
選択された操作モードによると、ビアまたは接続ラインの何れかを形成するCNT束の成長は、同時にまたは別々に起こり得る。
【００４３】
有利に、他のCNT束の成長は、キャビティ内ではなくグルーブ内で実施される。他のCNT束は故に、導電プレートと直接接触することができないが、それは、それが絶縁ブロックによってそれから物理的に分離されているからである。第２方向に沿ったこの他のCNT束の方向転換は、グルーブで実施され得る。
【００４４】
この特定の実施形態では、CNT束間の横方向の接続は有利に、金属層の堆積によって達成される。実際に、それは２つのタイプのCNT束の界面に位置する：第２方向の沿ったその一部分のレベルにおける少なくとも１つのCNT束はビアに由来し、他の束はラインを形成する。この層は有利に、以下の群から選択されるいわゆる接触金属を用いて形成される：パラジウム、銅、金、またはチタン。故に、接触金属は、ビアに由来するCNT束と接続ラインを形成するCNT束との間の接続を確保する。
【００４５】
本発明との関連で、所定の成長領域にCNTを位置するために、
−プレート全体に成長触媒を堆積し、次いでそれを（エッチング、研磨などによって）規定されていない領域から除去するか、または
−Dijonらの文献（Diam. Relat. Mater., 2009, doi:10.1016/j.diamond.2009.11.017）に記載されているように、規定されていない領域にTiNを堆積し、次いでウエハ全体に触媒を堆積するか
の何れかを実施し得る。
【００４６】
好ましい実施形態によると、本発明による電子デバイス内で少なくとも２つの方向において電気接続を作り出す方法は、第２方向に沿ったCNT束の一部分上に少なくとも１つの金属層を堆積する段階をさらに含む。
【００４７】
それはまた、第２方向に沿った一部分のレベルにおいて、少なくとも１つのCNT束の横方向の接続を目的とする別のCNT束を成長させ、場合によっては第２方向に沿って方向転換させ、接続ラインを形成する段階を含むことができる。この特定のケースでは、その方法は場合によっては、他のCNT束上での金属層の堆積段階を含むことができる。
【００４８】
さらに、本発明によるデバイスを形成する方法は、CNTが成長すべきでない領域にTiNを堆積する少なくとも１つの段階を含むことができる。
【００４９】
本発明による電子デバイスでは、電流はカーボンナノチューブを介して本質的に流れるように見え、故にエレクトロマイグレーション問題を大幅に減少させる。さらに、このようなデバイスを形成する方法は、比較的試されテストされた技術で実行される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
発明の前述のおよび他の特徴および利点は、添付の図面と関連する以下の実施形態の以下の非限定的な説明に記載される。
【００５１】
【図１】従来技術のULSI（“超巨大規模集積回路（Ultra Large Scale Integration）”）相互接続におけるカーボンナノチューブ（CNT）の統合を示す略図である。
【図２】従来技術、つまり、ビアにおけるカーボンナノチューブ（CNT）の成長が銅ケーブルとの接続を作り出す技術を示す略図である。
【図３】金属接触ブロックを暗示する従来技術であるライン／ビアの相互接続システムの３次元の顕微鏡サイズの図面である。
【図４】金属接触ブロックを暗示する従来技術であるライン／ビアの相互接続システムの略図である。
【図５Ａ】ビアに由来する方向転換されたCNTの重なりによる、本発明による相互接続デバイスの略図である。矢印は電流の流れを示し、円は交差する界面を示す。
【図５Ｂ】別々のCNT間の接続による、本発明による相互接続デバイスの略図である。矢印は電流の流れを示し、円は交差する界面を示す。
【図６Ａ】本発明による相互接続デバイスの略図であり、そこでCNT束間の接触は、金属を用いて改善されている。
【図６Ｂ】本発明による相互接続デバイスの略図であり、そこでCNT束間の接触は、金属を用いて改善されている。
【図７Ａ】ビアおよびラインが同時に形成される本発明の実施形態の概略図である。左側図が断面図で、右側図が上面図である。
【図７Ｂ】ビアおよびラインが同時に形成される本発明の実施形態の概略図である。左側図が断面図で、右側図が上面図である。
【図７Ｃ】ビアおよびラインが同時に形成される本発明の実施形態の概略図である。左側図が断面図で、右側図が上面図である。
【図７Ｄ】ビアおよびラインが同時に形成される本発明の実施形態の概略図である。左側図が断面図で、右側図が上面図である。
【図８Ａ】CNTの重なりによる、本発明による相互接続デバイスを形成する方法を示す略図であり、グルーブと直角に交わる端面図である。
【図８Ｂ】CNTの重なりによる、本発明による相互接続デバイスを形成する方法を示す略図であり、グルーブと直角に交わる端面図である。
【図８Ｃ】CNTの重なりによる、本発明による相互接続デバイスを形成する方法を示す略図であり、グルーブと直角に交わる端面図である。
【図８Ｄ】CNTの重なりによる、本発明による相互接続デバイスを形成する方法を示す略図であり、グルーブと直角に交わる端面図である。
【図８Ｅ】CNTの重なりによる、本発明による相互接続デバイスを形成する方法を示す略図であり、グルーブと直角に交わる端面図である。
【図８Ｆ】CNTの重なりによる、本発明による相互接続デバイスを形成する方法を示す略図であり、グルーブと直角に交わる端面図である。
【図８Ｇ】CNTの重なりによる、本発明による相互接続デバイスを形成する方法を示す略図であり、グルーブ方向と平行な図面である。
【図８Ｈ】CNTの重なりによる、本発明による相互接続デバイスを形成する方法を示す略図であり、グルーブ方向と平行な図面である。
【図９】図９Ｄ’〜図９Ｇ’は、ビアおよびラインの成長が同時に起こる、本発明による代替的な相互接続デバイスを形成する方法を示す略図である。
【図１０】図１０Ｈ’〜図１０Ｍ’は、ビアおよびラインの成長が独立に起こり、接触金属が挿入される、本発明による代替的な相互接続デバイスを形成する方法を示す略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下に記載される異なる実施形態は、垂直および水平相互接続の両方を必要とする、故に２つの異なる直角に交わる方向における電子デバイスに関する。これらの接続は全て、カーボンナノチューブ（CNT）を用いて形成される：
−垂直接続は、絶縁材料層で形成されるビア内に成長する垂直CNT束によって形成され；
−水平接続はまた、CNTによって確保され、接続ラインを形成する。それらは、ビアに由来する束の重なりによって生じることがあり、前記束は方向転換されているか（第１実施形態；図５Ａ）、またはビアに由来する束と横方向に接触する独立の束の成長によって生じ、前記束は方向転換されている（第２実施形態；図５Ｂ）。
【００５３】
特定の実施形態によると、金属層2、10はまた、特にCNT束の部分8b（図６Ａおよび図６Ｂ）においてCNT束と接触する。
【００５４】
このような層は有利に、
−例えばPdまたはTiで作られ、故にCNTの接触を改善する層10；および／または
−例えばAlで作られ、新規のCNTレベル、故に新規の相互接続レベルの成長を可能にする層2；
から形成され得る。
【００５５】
代わりにそれは、２つのタイプの層10および2に関連する二層であり得る。
【００５６】
［I／本発明の第１実施形態］
既に述べたように、垂直CNT束の重なりによるこの第１実施形態が、図５Ａおよび６Ａにそれぞれ示される。
【００５７】
より具体的には、その形成方法が図８に示される。段階ＡからＦは、概略的に端面図で、つまりグルーブ3と直角に交わって示され、図８Ｇおよび８Ｈは、グルーブ3の方向に水平な図面に対応することに、留意すべきである。
【００５８】
＜Ａ／ベース構造の形成＞
シリカまたはマイクロエレクトロニクスの低誘電率（low-K）材料で作られる絶縁層1が、導電層2に堆積される。導体2は典型的には、アルミニウムである。
【００５９】
＜Ｂ／グルーブのエッチング＞
絶縁体1内に、将来のライン4となるグルーブ3が、従来のリソグラフィ方法によって形成される。
【００６０】
＜Ｃ／TiN堆積＞
略50ナノメートルの厚さを有するTiN層5が、可能ならば等角堆積方法を用いて、グルーブ3に堆積される。TiNは、ここでは鉄である触媒6がTiNに堆積されるとき、カーボンナノチューブの成長を抑制する作用を有する。
【００６１】
＜Ｄ／ビアの開口＞
ビア7がグルーブ3内に開口され、絶縁体1を通り抜けるエッチングは導体2で止まる。
【００６２】
＜Ｅ／触媒の堆積＞
触媒6の堆積は、常温で実施される。それは典型的に、1ナノメートルの鉄の層であり、蒸発またはイオンビームスパッタリングによって堆積される。堆積は、側面の被覆を最小化するために、垂直入射で実施される。
【００６３】
＜Ｆ／選択的なナノチューブの成長＞
従来的には、カーボンナノチューブ（CNT）8は、室温で形成されたRF空気プラズマを用いて鉄を前もって酸化した後、600°Cで、C2H2+H2+He混合物（10sccm、50sccm、50sccm）を用いて成長される。プラズマ条件は以下の通りである：
−P＝0.3Torr；
−30分間わたり、70−W power
【００６４】
本方法は、鉄がTiN5上に堆積される場合を除き、鉄6上でのナノチューブ8の成長を可能にする。この場合には、成長はない。
【００６５】
600℃での成長の間の圧力は、1Torrである。反応性ガスは、コールドプラズマ後に導入され、温度の上昇は、１５分以内に、0.3-Torrの圧力で実施される。
【００６６】
ナノチューブ8の高さは、成長時間で規定される。
【００６７】
＜Ｇ／ナノチューブの方向転換＞
成長の後、デバイスはイソプロピルアルコールに浸され、グルーブ3の方向と直角に交わる方向に引き出される：液体のメニスカスは、グルーブ3に垂直である。グルーブのチューブを通って流れる液体は、ビア7に由来するチューブ8を平らにする。チューブは、この操作後に高く緻密化される。さらに、チューブ8は、２つの異なる部分：
−ビア7と平行な軸を有する部分8a、および
−グルーブ3と平行な軸を有する部分8b
を有する。
【００６８】
異なるビア7に由来するナノチューブ束8は、こうしてグルーブ3内で平らにされ、接触し始める。異なるビア7に由来する少なくとも２つのナノチューブ束の重なりによって、こうしてライン接続4を形成することができる。
【００６９】
この段階の終わりに、図５Ａに示すような相互接続システムが得られる。ライン4は、ビア7に由来するナノチューブ束8bの重なりによって形成される。この実施形態では、ライン抵抗Rは、ナノチューブ抵抗に加えられた一連の界面抵抗で形成される。
【００７０】
しかしながら、後続の段階（図８Ｈ）において、構造を平坦化し、次のレベル（カプセル化）でその操作（相互接続の創作）を繰り返すことが出来るように、ライン4の表面で、再びアルミニウムで金属の堆積2を実施することが推奨され得る。この段階の終わりに、図６Ａに示すような相互接続システムが得られる。
【００７１】
［II／本発明の第２実施形態］
この第２実施形態は、図５Ｂ、６Ｂ、７、９および１０に示される。
【００７２】
図５Ｂは、１つの界面抵抗しか残っていないため、ライン抵抗が第１実施形態よりも低いという事実を示す。
【００７３】
図７は、実質的に直角に交わる相互接続部、それぞれビア7およびライン4が、有利には同時に形成された少なくとも２つの異なるナノチューブ束に由来する、この第２実施形態の原理を示す図面である。左側の図面が断面図を示し、右側の図面が上面図を示すことに、留意すべきである。
【００７４】
さらに、ライン4およびビア7からナノチューブ8および8’が同時に成長することを暗示する実施形態が図９に示され、それは図８に由来する。
【００７５】
段階ＡからＣは、図８のそれと同様である。
【００７６】
しかしながら、ビア7の開口の前に、追加の段階が実施される（図９Ｄ’）：TiN5の開口9がグルーブ3に形成され、触媒6の堆積後に、この領域でカーボンナノチューブ8’の成長が得られる。これは、ラインの成長領域9のアレンジに対応する。
【００７７】
次の段階は、樹脂層で開口9を保護した後に、ビア7を開口する段階を含む（図９Ｅ’）。
【００７８】
触媒6の堆積後（図９Ｆ’）および成長段階の間（図９Ｇ’）、チューブ8および8’がそれぞれ、ビア7で成長し、成長領域9においてラインレベルで形成される。CNT8および8’に由来する束は、触媒の厚さを変えることで、かつビアおよびラインでのプラズマ条件を変えることで、異なる長さで提供され得る。
【００７９】
ビア7および成長領域9のそれぞれに由来する２つのナノチューブ束（8,8’）の方向転換の後、得られた相互接続システムは、図５Ｂに示されるものに対応する。ビア7に由来しないナノチューブ束8’を用いて接続ライン4が形成されることが観察できる。
【００８０】
図１０は図８に由来するが、その実施形態では、ナノチューブ8および8’の成長はライン4およびビア7から別々に実施され、界面金属10が（それぞれ、ビア8bのCNTとライン8’のCNTとの間の）２つのナノチューブ束の間に挿入される。
【００８１】
その方法は、図８の段階Ａ〜Ｇで始まる。
【００８２】
しかしながら、段階Ｈの代わりに、図１０の段階Ｈ’からＭ’が実施される。
【００８３】
＜Ｈ’／接触金属の堆積＞
ビア7に由来するナノチューブ8（8a、8b）の方向転換の後、パラジウム、銅、金、またはチタンなどの接触金属10が堆積される。
【００８４】
＜Ｉ’／接触金属の開口＞
接触金属10は次いで、グルーブ3の終端から絶縁体1まで、エッチングによって開口される。ライン4に由来する将来のナノチューブ8’の成長領域 9 は、こうして形成される。
【００８５】
＜Ｊ’／触媒の堆積＞
触媒は、蒸発またはスパッタリングによって堆積される。
【００８６】
＜Ｋ’／接触金属の平坦化＞
デバイスは、触媒6を成長領域9に保持しながら、接触金属10上への触媒の堆積6を抑えるために、ＣＭＰ（“化学機械研磨（Chemical and Mechanical Polishing）”)によって平坦化される。
【００８７】
＜Ｌ’／第２ナノチューブの成長＞
図８の段階Ｆと同じ条件での第２の成長が実施される。成長領域9に由来し、ライン4を形成することを目的とするナノチューブ束8’は、こうして得られる。
【００８８】
＜Ｍ’／ラインの方向転換＞
成長の後、ナノチューブ束は、図８の段階Ｇと同じ方法で方向転換される。ビア7に由来するナノチューブ8を有するコンタクトビア金属10における接続ライン4は、こうして得られる。
【００８９】
このようなプロセスの終わりに、図６Ｂに示すような相互接続システムが得られる。
【符号の説明】
【００９０】
１ 絶縁層
２、１０ 金属層
３ グルーブ
５ ＴｉＮ
６ 触媒
７ ビア
８、８ａ、８ｂ、８’ ナノチューブ
９ 開口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの異なる方向に沿って伸びる電気接続を含む電子デバイスであって、前記接続は本質的にカーボンナノチューブ（CNT）（8）を用いて形成され、少なくとも２つのCNT束は、第１方向に沿って方向付けられた軸を有する部分（8a）と、第２方向に沿って方向転換された軸を有する部分（8b）とを含み、前記CNT束間の接続は前記少なくとも２つの束の一部分（8b）の重なりによって達成され、接続ライン（4）を形成する、電子デバイス。
【請求項２】
前記２つの異なる方向は、実質的に直角に交わることを特徴とする、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項３】
前記第１方向は実質的に垂直であり、この方向に沿ったCNT束の一部分（8a）はビア（7）を形成することを特徴とする、請求項１または２に記載の電子デバイス。
【請求項４】
前記第２方向は実質的に水平であり、この方向に沿ったCNT束の一部分（8b）は接続ライン（4）を形成することを特徴とする、請求項１から３の何れか１項に記載の電子デバイス。
【請求項５】
それが、前記接続ライン（4）上に金属層（10、2）を含むことを特徴とする、請求項４に記載の電子デバイス。
【請求項６】
それが、前記第２方向に沿った一部分（8ｂ）のレベルで、前記電子デバイスの少なくとも１つのCNT束と横方向で接続された別のCNT束（8’）を含み、前記接続ライン（4）を形成することを特徴とする、請求項１から３の何れか１項に記載の電子デバイス。
【請求項７】
前記他の束（8’）は少なくとも２つの束（8ｂ）と横方向で接続され、ビア（7）間の接続を確保することを特徴とする、請求項６に記載の電子デバイス。
【請求項８】
−前記デバイスのキャビティで、第１方向に沿って少なくとも２つのCNT束（8）を成長させる段階と、
−有利には液体を流すことによって、第２方向に沿って前記２つのCNT束の一部分（8b）を方向転換し、前記接続ライン（4）を形成する段階と、
を含む、請求項１から７の何れか１項に記載の電子デバイス内で、少なくとも２つの方向における電気接続を作り出す方法。
【請求項９】
−前記第１方向に沿った複数の平行なCNT束（8）の成長が、有利にはビア内で実施され、
−前記CNT束の一部分（8b）が前記第２方向に沿って方向転換され、
−前記第２方向に沿ったCNT束の一部分（8b）が重なりによって接続され、前記接続ライン（4）を形成する
ことを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
それが、前記第２方向に沿ったCNT束の一部分(8b)上に、少なくとも１つの金属層（10、2）を堆積する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
それが、前記第２方向に沿った一部分(8b)のレベルで、少なくとも１つのCNT束と横方向で接続することを目的とする別のCNT束(8’)を成長させ、場合によっては前記第２方向に沿って方向転換させ、前記接続ライン（4）を形成する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
それが、前記他のCNT束(8’)上に金属層(2)を堆積する段階を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
それが、CNTが成長されるべきではない領域に、TiNを堆積する少なくとも１つの段階をさらに含むことを特徴とする、請求項８から１２の何れか１項に記載の方法。
【請求項１】
少なくとも２つの異なる方向に沿って伸びる電気接続を含む電子デバイスであって、前記接続は本質的にカーボンナノチューブ（CNT）（8）を用いて形成され、少なくとも２つのCNT束は、第１方向に沿って方向付けられた軸を有する部分（8a）と、第２方向に沿って方向転換された軸を有する部分（8b）とを含み、前記CNT束間の接続は前記少なくとも２つの束の一部分（8b）の重なりによって達成され、接続ライン（4）を形成する、電子デバイス。
【請求項２】
前記２つの異なる方向は、実質的に直角に交わることを特徴とする、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項３】
前記第１方向は実質的に垂直であり、この方向に沿ったCNT束の一部分（8a）はビア（7）を形成することを特徴とする、請求項１または２に記載の電子デバイス。
【請求項４】
前記第２方向は実質的に水平であり、この方向に沿ったCNT束の一部分（8b）は接続ライン（4）を形成することを特徴とする、請求項１から３の何れか１項に記載の電子デバイス。
【請求項５】
それが、前記接続ライン（4）上に金属層（10、2）を含むことを特徴とする、請求項４に記載の電子デバイス。
【請求項６】
それが、前記第２方向に沿った一部分（8ｂ）のレベルで、前記電子デバイスの少なくとも１つのCNT束と横方向で接続された別のCNT束（8’）を含み、前記接続ライン（4）を形成することを特徴とする、請求項１から３の何れか１項に記載の電子デバイス。
【請求項７】
前記他の束（8’）は少なくとも２つの束（8ｂ）と横方向で接続され、ビア（7）間の接続を確保することを特徴とする、請求項６に記載の電子デバイス。
【請求項８】
−前記デバイスのキャビティで、第１方向に沿って少なくとも２つのCNT束（8）を成長させる段階と、
−有利には液体を流すことによって、第２方向に沿って前記２つのCNT束の一部分（8b）を方向転換し、前記接続ライン（4）を形成する段階と、
を含む、請求項１から７の何れか１項に記載の電子デバイス内で、少なくとも２つの方向における電気接続を作り出す方法。
【請求項９】
−前記第１方向に沿った複数の平行なCNT束（8）の成長が、有利にはビア内で実施され、
−前記CNT束の一部分（8b）が前記第２方向に沿って方向転換され、
−前記第２方向に沿ったCNT束の一部分（8b）が重なりによって接続され、前記接続ライン（4）を形成する
ことを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
それが、前記第２方向に沿ったCNT束の一部分(8b)上に、少なくとも１つの金属層（10、2）を堆積する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
それが、前記第２方向に沿った一部分(8b)のレベルで、少なくとも１つのCNT束と横方向で接続することを目的とする別のCNT束(8’)を成長させ、場合によっては前記第２方向に沿って方向転換させ、前記接続ライン（4）を形成する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
それが、前記他のCNT束(8’)上に金属層(2)を堆積する段階を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
それが、CNTが成長されるべきではない領域に、TiNを堆積する少なくとも１つの段階をさらに含むことを特徴とする、請求項８から１２の何れか１項に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図８Ｅ】
【図８Ｆ】
【図８Ｇ】
【図８Ｈ】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図８Ｅ】
【図８Ｆ】
【図８Ｇ】
【図８Ｈ】
【図９】
【図１０】
【公表番号】特表２０１３−５２０００２（Ｐ２０１３−５２０００２Ａ）
【公表日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５５２４３９（Ｐ２０１２−５５２４３９）
【出願日】平成２２年１２月１７日（２０１０．１２．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２０１０／０５２７９２
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０９８６７９
【国際公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【出願人】（５０２１２４４４４）コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ (383)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１７日（２０１０．１２．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２０１０／０５２７９２
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０９８６７９
【国際公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【出願人】（５０２１２４４４４）コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ (383)
【Ｆターム（参考）】
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