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金や銅を超える導電率と高電力対応で配線密度向上が期待される

カーボンナノチューブ複合材で銅の100倍の電流を流せる微細配線が可能に

2014年01月24日 16時26分更新

文● 行正和義

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微細加工した単層CNT銅複合材料

 NEDO(新エネルギー・産業技術開発機構)、単層CNT融合新材料開発機構(TASC) と産業技術総合研究所(産総研)は、単層カーボンナノチューブと銅の複合材料を用い、銅の100倍以上の電流を流すことができる微細配線技術を開発したと発表した。

CNTフィルム+パターニング(上段)/プレーティング(下段)

 これはNEDOの「低炭素社会を実現する革新的カーボンナノチューブ(CNT)複合材料開発プロジェクト」の成果で、リソグラフィー技術で形状加工したCNT配線に銅をめっきして微細配線を作成するもの。CNT、銅ともに導電性があるので立体配線(多段配線・架橋配線)などが可能。

Siピラーによる段差を覆う単層CNT銅複合材料配線(上段)、Siピラー間を架橋した単層CNT銅複合材料配線(下段)

 CNTは銅よりも高い導電性を持つため高電流を流せるほか、CNT/銅複合材料はシリコン(Si)と同程度の熱膨張係数を持つのが大きな特長。アルミや銅による導電性金属材料はSiとの膨張係数差が大きく、高電流を流すと熱によるひずみによって断線などが起きやすく信頼性を低下させていた。CNT/銅複合材料による配線では熱ひずみ効果が抑制され信頼性を確立できるという。

各種素材導電率と熱膨張係数

 半導体を小型化するには配線幅を小さくする必要があり、配線が細くなれば面積あたりの電流密度が上がって破断しやすくなるが、現在の半導体内配線の電流密度は銅や金の破断限界点に近づいているという。CNTは導電性が高く破断限界点も高いため、将来的な電子配線材料として期待され研究が行われてる。

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