カーボンナノチューブを利用した半導体素子の配線形成方法およびその方法により製造された半導体素子
【課題】高い電流密度を持つカーボンナノチューブを利用した半導体素子の配線形成方法、およびその方法により製造される超高集積度の半導体素子を提供する。
【解決手段】半導体素子の電極１２０表面を前処理して活性化させる段階と、電極の活性化した表面１２２上に絶縁層１３０を形成した後、電極の活性化した表面の一部を露出させるために絶縁層を貫通するコンタクトホール１３２を形成する段階と、コンタクトホールを通じて電極の活性化した表面に炭素が含まれているガスを供給して前記電極の活性化した表面からカーボンナノチューブ１４０を成長させて配線を形成する段階と、を具備する半導体素子の配線形成方法およびその方法により製造された半導体素子。
【解決手段】半導体素子の電極１２０表面を前処理して活性化させる段階と、電極の活性化した表面１２２上に絶縁層１３０を形成した後、電極の活性化した表面の一部を露出させるために絶縁層を貫通するコンタクトホール１３２を形成する段階と、コンタクトホールを通じて電極の活性化した表面に炭素が含まれているガスを供給して前記電極の活性化した表面からカーボンナノチューブ１４０を成長させて配線を形成する段階と、を具備する半導体素子の配線形成方法およびその方法により製造された半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の配線形成方法に係り、より詳細にはカーボンナノチューブを利
用して半導体素子の配線を形成する方法、およびその方法により製造された半導体素子に
関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子、特に、半導体メモリ素子には、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ ＲＡＭ）、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ ＲＡＭ）、ＰＲＡＭ（Ｐｈａｓｅ−ｃｈａｎｇｅ ＲＡＭ）、ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｏ ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ＲＡＭ）などの多様な種類がある。このようなメモリ素子には、スイッチング素子として、一般的に、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタが使われている。そして、半導体メモリ素子には、コンタクト（ｃｏｎｔａｃｔ）、インターコネクトなどの電子移動通路である配線が設けられている。
【０００３】
最近、半導体メモリ素子の高集積化につれて配線の線幅は狭くなり、単位面積当りの電流の量、すなわち、電流密度は高くなりつつある。これにより、半導体素子の配線の電流密度は、２０１０年頃には１０６Ａ／ｃｍ２に至ると予想される。
【０００４】
一方、従来の半導体素子には主に金属配線が使われているが、このような金属配線の線幅は７０ｎｍが限界であることが知られており、金属配線の最大電流密度は約１０６Ａ／ｃｍ２が限界であることが知られている。半導体素子の高集積化のためには、配線の線幅の狭幅化と高電流密度化が必須であるが、前記のような理由によって、金属配線を使用する半導体素子は、近い将来、その集積化が限界に到達すると予想される。
【０００５】
したがって、半導体素子の高集積化がなされ続けるためには、金属配線に比べて狭い線幅でも高い電流密度で電流を流すことができる新しい配線材料が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記問題点を解決するために創出されたものであって、特に、半導体素子の高集積化が可能になるように電極の表面にカーボンナノチューブを成長させて配線を形成する半導体素子の配線形成方法を提供するところにその目的がある。
【０００７】
また、前記方法によって形成されたカーボンナノチューブよりなる配線を有することによって高集積化が可能な半導体素子を提供するところにその他の目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の技術的課題を達成するために、本発明の第１特徴による半導体素子の配線形成方法は、（ａ１）半導体素子の電極表面を前処理して活性化させる段階と、（ｂ１）前記電極の活性化された表面上に絶縁層を形成した後、前記電極の活性化された表面の一部を露出させるために前記絶縁層を貫通するコンタクトホールを形成する段階と、（ｃ）前記コンタクトホールを通じて前記電極の活性化された表面に炭素含有ガスを供給して前記電極の活性化された表面からカーボンナノチューブを成長させて配線を形成する段階と、を具備する。
【０００９】
ここで、前記（ａ１）段階は、３００〜７００℃の温度で、前記電極の表面に、窒素ガス、アルゴンガスおよびアンモニアガスよりなる群から選択される少なくとも一つの前処理ガスを供給することによって前記電極の表面を多孔質状態に活性化させることが望ましい。
【００１０】
また、前記（ａ１）段階は、アルゴンガスや窒素ガスをイオン化させてそのイオンを前記電極の表面に衝突させることによって前記電極の表面を多孔質状態に活性化させる段階でもよい。この場合、前記（ａ１）段階は常温状態で行われる。
また、前記（ａ１）段階は、反応性イオンエッチングによって行ってもよい。
【００１１】
そして、本発明の第２特徴による半導体素子の配線形成方法は、（ａ２）半導体素子の電極の表面に触媒金属層を形成する段階と、（ｂ２）前記触媒金属層の上に絶縁層を形成した後、前記触媒金属層の一部を露出させるために絶縁を貫通するコンタクトホールを形成する段階と、（ｃ）前記コンタクトホールを通じて前記触媒金属層に炭素含有ガスを供給して前記触媒金属層からカーボンナノチューブを成長させて配線を形成する段階と、を具備する。
【００１２】
ここで、前記（ａ２）段階は、ＲＦマグネトロンスパッタまたは電子ビーム蒸着装置によって前記触媒金属を前記電極の表面に所定厚さに蒸着することが望ましい。
【００１３】
また、前記（ａ２）段階は、触媒金属の粉末を前記電極の表面にスプレーすることにより所定厚さに塗布してもよい。
【００１４】
そして、前記（ａ２）段階で、前記触媒金属層は、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｙ、Ｐｄ、ＰｔおよびＡｕよりなる群から選択される少なくとも一つの遷移金属よりなる。
【００１５】
本発明の第１および第２特徴による半導体素子の配線形成方法において、前記（ｂ１）段階または（ｂ２）段階で、前記絶縁層は酸化物よりなり、前記コンタクトホールは数ｎｍ〜数十ｎｍ（例えば、１〜１００ｎｍ）の直径を持つように形成される。
【００１６】
そして、前記（ｃ）段階は、５００〜９００℃の温度で熱化学気相蒸着法またはプラズマ化学気相蒸着法によって行われる。
【００１７】
また、前記（ｃ）段階で、前記炭素含有ガスは、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ６、ＣＯおよびＣＯ２よりなる群から選択される少なくとも一つのガスであることが望ましく、前記炭素含有ガスは、水素ガス、窒素ガスおよびアルゴンガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスと共に供給されることが望ましい。
【００１８】
そして、前記の技術的課題を達成するための本発明の第３特徴による半導体素子は、基板と、前記基板に形成された電極と、前記電極の表面に形成された多孔質の活性層と、前記活性層上に形成され、前記活性層の一部を露出させるコンタクトホールを有する絶縁層と、前記コンタクトホールの内部で、前記活性層から成長して電子移動の通路となる配線を構成するカーボンナノチューブと、前記絶縁層の上部に形成されて前記カーボンナノチューブと電気的に連結されるメモリ薄膜または他の電極と、を具備する。
【００１９】
ここで、前記活性層は、前記本発明の第１特徴による配線形成方法により形成される。
【００２０】
また、本発明の第４特徴による半導体素子は、基板と、前記基板に形成された電極と、前記電極の表面に形成された触媒金属層と、前記触媒金属層上に形成され、前記触媒金属層の一部を露出させるコンタクトホールを有する絶縁層と、前記コンタクトホールの内部で、前記触媒金属層から成長して電子移動の通路となる配線をなすカーボンナノチューブと、前記絶縁層の上部に形成されて前記カーボンナノチューブと電気的に連結されるメモリ薄膜または他の電極と、を具備する。
【００２１】
ここで、前記活性層は前記本発明の第２特徴による配線形成方法により形成される。
【００２２】
本発明の第３および第４特徴による半導体素子において、前記基板はシリコンまたは酸化物よりなり、前記電極はＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のソース電極であり、前記メモリ薄膜は相変化物質よりなる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明による半導体素子の配線形成方法によれば、カーボンナノチューブを使用して二つの電極または電極とメモリ薄膜とを連結するコンタクトまたはインターコネクトなどの配線を形成できる。このようなカーボンナノチューブの電流密度は１０１０Ａ／ｃｍ２程度であり、これは、従来の金属配線の約１０，０００倍程度の電流密度である。したがって、前記カーボンナノチューブからなる配線を数ｎｍ〜数十ｎｍ（例えば、１〜１００ｎｍ）程度の直径で形成可能であり、超高集積度の半導体素子の製造に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態によるカーボンナノチューブを利用した半導体素子の配線形成方法を段階的に示す断面図である。
【図１Ｂ】本発明の第１実施形態によるカーボンナノチューブを利用した半導体素子の配線形成方法を段階的に示す断面図である。
【図１Ｃ】本発明の第１実施形態によるカーボンナノチューブを利用した半導体素子の配線形成方法を段階的に示す断面図である。
【図１Ｄ】本発明の第１実施形態によるカーボンナノチューブを利用した半導体素子の配線形成方法を段階的に示す断面図である。
【図２Ａ】本発明の第２実施形態によるカーボンナノチューブを利用した半導体素子の配線形成方法を概略的に示す断面図である。
【図２Ｂ】本発明の第２実施形態によるカーボンナノチューブを利用した半導体素子の配線形成方法を概略的に示す断面図である。
【図３】図１Ｃに図示された段階を経た後、電極上に活性層およびコンタクトホールが形成された状態を示す電子顕微鏡写真である。
【図４】電極の表面から成長したカーボンナノチューブを示す電子顕微鏡写真である。
【図５】電極の表面から成長したカーボンナノチューブを示す電子顕微鏡写真である。
【図６】本発明の半導体素子の配線形成方法によりコンタクトホール内部に形成されたカーボンナノチューブが規則的に配列された状態を示す電子顕微鏡写真である。
【図７】本発明の配線形成方法によるカーボンナノチューブからなる配線を有する半導体素子の一例を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付された図面を参照しながら本発明の望ましい実施形態について詳細に説明する。以下の図面で同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
【００２６】
図１Ａないし図１Ｄは、本発明の第１実施形態によるカーボンナノチューブを利用した半導体素子の配線形成方法を段階的に示す断面図である。
【００２７】
図１Ａは、半導体素子の基板１１０の上に形成された電極１２０を示す。図１Ａに示す半導体素子において、前記基板１１０としては、シリコンウェーハまたはガラスなどが用いられる。一方、前記電極１２０は、基板１１０の代りに所定の物質層、例えば、絶縁層の上に形成されていてもよい。前記電極１２０は、導電性の良好な金属やドーピングされたシリコンで形成される。具体的には、前記電極１２０がＭＯＳＦＥＴのソース電極のようにシリコンからなる基板１１０上に形成される場合にはドーピングされたシリコンよりなり、前記電極１２０が絶縁層上に形成される場合には導電性の良好な金属よりなる。
【００２８】
図１Ｂは、電極１２０の表面を前処理して活性化させる段階を示す断面図である。図１Ｂに示すとおり、前記基板１１０および電極１２０を約３００〜７００℃の温度に加熱した状態で、前記電極１２０の表面に前処理ガスを流すことによって、電極１２０の表面を多孔質状態に活性化させる。その結果、図に示すように、電極１２０の表面にカーボンナノチューブが成長できる活性層１２２が形成される。この時、前処理ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガスまたはアンモニアガスが用いられる。そして、前記活性層１２２の厚さが約数ｎｍ〜数十ｎｍ（例えば、１〜１００ｎｍ）程度になるように、前処理ガスを流す時間および流量を調節する。
【００２９】
一方、アルゴンガスや窒素ガスをイオン化させて、そのイオンを前記電極１２０の表面に衝突させることによって、前記電極１２０の表面を多孔質状態に活性化させる方法も使用可能である。このような方法によっても、前記電極１２０の表面にカーボンナノチューブが成長できる多孔質の活性層１２２が形成される。そして、この方法は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置を使用して行われる。また、この方法は、基板１１０および電極１２０を加熱する必要がなく、常温状態でも行える長所がある。
【００３０】
図１Ｃは、電極１２０の上に、絶縁層１３０およびコンタクトホール１３２を形成した構造を示す断面図である。図１Ｃに示すとおり、まず前述の図１Ｂに示した段階で表面に活性層１２２が形成された電極１２０の上に絶縁層１３０を形成する。この時、前記絶縁層１３０は、酸化物、例えば、シリコン酸化物よりなる。
【００３１】
次に、前記絶縁層１３０に、活性層１２２の表面の一部を露出させるコンタクトホール１３２を形成する。具体的には、前記絶縁層１３０上にフォトレジストを塗布した後、これを所定パターンにパターニングする。次いで、パターニングされたフォトレジストをエッチングマスクとして前記絶縁層１３０を異方性エッチングすることによって、前記コンタクトホール１３２を形成する。この時、前記コンタクトホール１３２は、数ｎｍ〜数十ｎｍ（例えば、１〜１００ｎｍ）の直径を持つように形成される。
【００３２】
図１Ｃの段階を経て、図３の電子顕微鏡写真に示すように、電極１２０の表面に活性層１２２が形成され、絶縁層１３０を通じて活性層１２２を露出するコンタクトホール１３２が形成される。
【００３３】
図１Ｄは、コンタクトホール１３２の内部で活性層１２２からカーボンナノチューブ１４０を成長させた構造を示す断面図である。図１Ｄに示す段階において、カーボンナノチューブ１４０の成長は、熱化学気相蒸着法またはプラズマ化学気相蒸着法により行なわれ、また公知の他の方法によっても行なうことができる。
【００３４】
図１Ｄに示すように、前述した図１Ａ〜図Ｃに示す段階を経て得られた結果物を反応炉内に装入した後、前記反応炉の内部温度を約５００〜９００℃の温度に調節する。次いで、前記反応炉内に、メタン（ＣＨ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、一酸化炭素（ＣＯ）または二酸化炭素（ＣＯ２）などの炭素含有ガスを供給する。図解のために、炭素含有ガスのいくつかの例を図１Ｄに示す。この時、前記炭素含有ガスは、水素（Ｈ２）ガス、窒素（Ｎ２）ガスまたはアルゴン（Ａｒ）ガスなどと共に供給することができる。このように反応炉内に注入された炭素含有ガスは、コンタクトホール１３２を通じて、電極１２０の表面に形成された活性層１２２に接触し、これにより、活性層１２２から垂直方向にカーボンナノチューブ１４０が成長する。
【００３５】
次に、図示されていないが、絶縁層１３０の上部に、カーボンナノチューブ１４０と連結される他の電極（図７の２５０）またはメモリ薄膜（図７の２８０）を形成すれば、前記カーボンナノチューブ１４０は、二つの電極（例えば、電極１２０と他の電極）または電極１２０とメモリ薄膜とを連結するコンタクトまたはインターコネクトなどの配線を構成する。
【００３６】
図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の第２実施形態によるカーボンナノチューブを利用した半導体素子の配線形成方法を概略的に示す断面図である。この第２実施形態は、電極１２０の表面を活性化しないで、電極１２０の上に触媒金属層１２４を形成する段階を除いては前述した第１実施形態と同一である。したがって、本実施形態については、前述した第１実施形態との差異点を中心として簡略に説明される。
【００３７】
図２Ａは、電極１２０の表面に触媒金属層１２４を形成した状態を示す断面図である。図２Ａに示すとおり、ＲＦマグネトロンスパッタまたは電子ビーム蒸着装置を使用して、電極１２０の表面に触媒金属を所定厚さに蒸着して、カーボンナノチューブが成長できる触媒金属層１２４を形成する。この時、前記触媒金属としては、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｙ、Ｐｄ、ＰｔまたはＡｕなどの遷移金属が用いられる。図解のために、遷移金属のいくつかの例を図２Ａに示す。そして、触媒金属層１２４は数ｎｍ〜数十ｎｍ（例えば、１〜１００ｎｍ）の厚さに形成される。
【００３８】
一方、前記触媒金属層１２４は、前記遷移金属の粉末を電極１２０の表面に所定厚さに塗布することによって形成してもよい。この時、遷移金属の粉末は、スプレー塗布方法により数ｎｍ〜数十ｎｍ（例えば、１〜１００ｎｍ）の厚さに塗布される。この方法の長所は、触媒金属層１２４が、粗い多孔質状態にさらに容易に形成されることである。
【００３９】
このように、本発明の第２実施形態では、電極１２０の表面にカーボンナノチューブを成長させるための触媒金属層１２４を別途に形成する点で、カーボンナノチューブが成長できるように電極１２０自体の表面を活性化させる前述した第１実施形態と異なる。しかし、本発明の第２実施形態において、電極１２０の表面に触媒金属層１２４を形成した以後の段階は、前述した第１実施形態と同一である。したがって、以後の段階は、図２Ｂを参照して簡略に説明する。
【００４０】
図２Ｂに示すように、触媒金属層１２４の上に、例えば、酸化物よりなる絶縁層１３０を形成する。次いで、パターニングされたフォトレジストをエッチングマスクとして前記絶縁層１３０を異方性エッチングすることによって、約数ｎｍ〜数十ｎｍ（例えば、１〜１００ｎｍ）の直径を持つコンタクトホール１３２を形成する。これにより、前記コンタクトホール１３２を通じて、触媒金属層１２４の表面の一部が露出される。
【００４１】
次に、約５００〜９００℃の温度に維持された反応炉内に、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ６、ＣＯまたはＣＯ２などの炭素含有ガスと、Ｈ２、Ｎ２またはＡｒガスとを供給して、触媒金属層１２４の表面から垂直方向にカーボンナノチューブ１４０を成長させる。図解のために、炭素含有ガスのいくつかの例を図２Ｂに示す。
【００４２】
図４および図５の電子顕微鏡写真は、電極の活性化した表面から成長しているカーボンナノチューブを示し、図６の電子顕微鏡写真は、本発明の半導体素子の配線形成方法によってコンタクトホール内部に形成されたカーボンナノチューブが規則的に配列された状態を示す。
【００４３】
前記のように、本発明の第１実施形態および第２実施形態による半導体素子の配線形成方法によれば、カーボンナノチューブを使用して二つの電極（電極１２０と他の電極）または電極１２０とメモリ薄膜とを連結するコンタクトまたはインターコネクトなどの配線を形成できる。このようなカーボンナノチューブは、１０１０Ａ／ｃｍ２程度の電流密度を有し、この電流密度は、従来の金属配線に比べて約１０，０００倍程度大きい。したがって、前記カーボンナノチューブからなる配線は、数ｎｍ〜数十ｎｍ（例えば、１〜１００ｎｍ）程度の直径に形成でき、超高集積度の半導体素子の製造に利用することができる。
【００４４】
図７は、本発明の配線形成方法によるカーボンナノチューブからなる配線を備える半導体素子の一例を概略的に示す断面図である。
【００４５】
図７に示す半導体素子は、本発明による配線形成方法を、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを備えるＰＲＡＭ素子に適用した例である。ＰＲＡＭ素子は、結晶状態によって電気的抵抗が変わる相変化物質を利用するメモリ素子である。相変化物質膜に印加される電流量の変化によって相変化物質膜の一部の結晶状態が変化する。
【００４６】
図７に示すとおり、公知のように、ＭＯＳＦＥＴは、基板２１０の所定領域に形成されたソース電極２２１およびドレーン電極２２３と、第１絶縁層２３０により前記ソース電極２２１およびドレーン電極２２３のそれぞれと離隔されたゲート電極２２４とより構成される。前記ソース電極２２１およびドレーン電極２２３はドーピングされたシリコンや金属よりなり、前記ゲート電極２２４は主に金属よりなる。
【００４７】
前記ソース電極２２１の表面には、前記配線形成方法によって多孔質の第１活性層２２２が形成される。一方、前記第１活性層２２２の代りに、触媒金属層が形成されてもよい。前記第１活性層２２２の上には第１絶縁層２３０が形成され、第１絶縁層２３０には第１コンタクトホール２３２が形成される。第１コンタクトホール２３２は、第１活性層２２２の一部を露出する。前記第１コンタクトホール２３２の内部に、前記第１活性層２２２から第１カーボンナノチューブ２４０が垂直に成長する。この時、前記第１カーボンナノチューブ２４０は、第１コンタクトホール２３２の直径によって数ｎｍ〜数十ｎｍ（例えば、１〜１００ｎｍ）の直径を有する。
【００４８】
そして、前記第１絶縁層２３０の上部に、第１カーボンナノチューブ２４０と連結される中間電極２５０が形成される。これにより、前記第１カーボンナノチューブ２４０は、ＭＯＳＦＥＴのソース電極２２１と中間電極２５０とを電気的に連結する配線を構成する。
【００４９】
前記中間電極２５０の表面にも、本発明の配線形成方法によって多孔質の第２活性層２５２または触媒金属層が形成される。前記第２活性層２５２の上には第２絶縁層２６０が形成され、第２絶縁層２６０には第２コンタクトホール２６２が形成される。第２コンタクトホール２６２は、第２活性層２５２の一部を露出する。前記第２コンタクトホール２６２の内部で、前記第２活性層２５２から第２カーボンナノチューブ２７０が垂直に成長する。
【００５０】
次に、前記第２絶縁層２６０の上部に、第２カーボンナノチューブ２７０と連結されるメモリ薄膜２８０が形成される。前記メモリ薄膜２８０は相変化物質よりなる。これにより、前記第２カーボンナノチューブ２７０は、中間電極２５０とメモリ薄膜２８０とを電気的に連結する配線を構成する。
【００５１】
一方、前記中間電極２５０と、その上に形成される第２カーボンナノチューブ２７０とが設けられていないで、ソース電極２２１から成長した第１カーボンナノチューブ２４０の上に、前記メモリ薄膜２８０が直接形成されていてもよい。
【００５２】
前記メモリ薄膜２８０の上に第３絶縁層２９０が形成され、第３絶縁層２９０に第３コンタクトホール２９２が形成される。前記第３コンタクトホール２９２を通じてメモリ薄膜２８０と上部電極２９５とが連結される。
【００５３】
以上の実施形態を参考にして本発明を説明したが、これらの実施形態は例示的なものに過ぎず、当業者ならばより多様な変形および均等な他の実施形態の想到が可能である。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲により定められねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明による配線形成方法は、前記ＰＲＡＭだけでなく多様な半導体メモリ素子、すなわち、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭおよびＭＲＡＭにも適用できる。そして、前記半導体メモリ素子には、前記スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴだけでなく多様なトランジスタを備えることができる。
【符号の説明】
【００５５】
２１０ 基板
２２１ ソース電極
２２２ 第１活性層
２２３ ドレーン電極
２２４ ゲート電極
２３０ 第１絶縁層
２３２ 第１コンタクトホール
２４０ 第１カーボンナノチューブ
２５０ 中間電極
２５２ 第２活性層
２６０ 第２絶縁層
２６２ 第２コンタクトホール
２７０ 第２カーボンナノチューブ
２８０ メモリ薄膜
２９０ 第３絶縁層
２９２ 第３コンタクトホール
２９５ 上部電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の配線形成方法に係り、より詳細にはカーボンナノチューブを利
用して半導体素子の配線を形成する方法、およびその方法により製造された半導体素子に
関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子、特に、半導体メモリ素子には、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ ＲＡＭ）、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ ＲＡＭ）、ＰＲＡＭ（Ｐｈａｓｅ−ｃｈａｎｇｅ ＲＡＭ）、ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｏ ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ＲＡＭ）などの多様な種類がある。このようなメモリ素子には、スイッチング素子として、一般的に、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタが使われている。そして、半導体メモリ素子には、コンタクト（ｃｏｎｔａｃｔ）、インターコネクトなどの電子移動通路である配線が設けられている。
【０００３】
最近、半導体メモリ素子の高集積化につれて配線の線幅は狭くなり、単位面積当りの電流の量、すなわち、電流密度は高くなりつつある。これにより、半導体素子の配線の電流密度は、２０１０年頃には１０６Ａ／ｃｍ２に至ると予想される。
【０００４】
一方、従来の半導体素子には主に金属配線が使われているが、このような金属配線の線幅は７０ｎｍが限界であることが知られており、金属配線の最大電流密度は約１０６Ａ／ｃｍ２が限界であることが知られている。半導体素子の高集積化のためには、配線の線幅の狭幅化と高電流密度化が必須であるが、前記のような理由によって、金属配線を使用する半導体素子は、近い将来、その集積化が限界に到達すると予想される。
【０００５】
したがって、半導体素子の高集積化がなされ続けるためには、金属配線に比べて狭い線幅でも高い電流密度で電流を流すことができる新しい配線材料が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記問題点を解決するために創出されたものであって、特に、半導体素子の高集積化が可能になるように電極の表面にカーボンナノチューブを成長させて配線を形成する半導体素子の配線形成方法を提供するところにその目的がある。
【０００７】
また、前記方法によって形成されたカーボンナノチューブよりなる配線を有することによって高集積化が可能な半導体素子を提供するところにその他の目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の技術的課題を達成するために、本発明の第１特徴による半導体素子の配線形成方法は、（ａ１）半導体素子の電極表面を前処理して活性化させる段階と、（ｂ１）前記電極の活性化された表面上に絶縁層を形成した後、前記電極の活性化された表面の一部を露出させるために前記絶縁層を貫通するコンタクトホールを形成する段階と、（ｃ）前記コンタクトホールを通じて前記電極の活性化された表面に炭素含有ガスを供給して前記電極の活性化された表面からカーボンナノチューブを成長させて配線を形成する段階と、を具備する。
【０００９】
ここで、前記（ａ１）段階は、３００〜７００℃の温度で、前記電極の表面に、窒素ガス、アルゴンガスおよびアンモニアガスよりなる群から選択される少なくとも一つの前処理ガスを供給することによって前記電極の表面を多孔質状態に活性化させることが望ましい。
【００１０】
また、前記（ａ１）段階は、アルゴンガスや窒素ガスをイオン化させてそのイオンを前記電極の表面に衝突させることによって前記電極の表面を多孔質状態に活性化させる段階でもよい。この場合、前記（ａ１）段階は常温状態で行われる。
また、前記（ａ１）段階は、反応性イオンエッチングによって行ってもよい。
【００１１】
そして、本発明の第２特徴による半導体素子の配線形成方法は、（ａ２）半導体素子の電極の表面に触媒金属層を形成する段階と、（ｂ２）前記触媒金属層の上に絶縁層を形成した後、前記触媒金属層の一部を露出させるために絶縁を貫通するコンタクトホールを形成する段階と、（ｃ）前記コンタクトホールを通じて前記触媒金属層に炭素含有ガスを供給して前記触媒金属層からカーボンナノチューブを成長させて配線を形成する段階と、を具備する。
【００１２】
ここで、前記（ａ２）段階は、ＲＦマグネトロンスパッタまたは電子ビーム蒸着装置によって前記触媒金属を前記電極の表面に所定厚さに蒸着することが望ましい。
【００１３】
また、前記（ａ２）段階は、触媒金属の粉末を前記電極の表面にスプレーすることにより所定厚さに塗布してもよい。
【００１４】
そして、前記（ａ２）段階で、前記触媒金属層は、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｙ、Ｐｄ、ＰｔおよびＡｕよりなる群から選択される少なくとも一つの遷移金属よりなる。
【００１５】
本発明の第１および第２特徴による半導体素子の配線形成方法において、前記（ｂ１）段階または（ｂ２）段階で、前記絶縁層は酸化物よりなり、前記コンタクトホールは数ｎｍ〜数十ｎｍ（例えば、１〜１００ｎｍ）の直径を持つように形成される。
【００１６】
そして、前記（ｃ）段階は、５００〜９００℃の温度で熱化学気相蒸着法またはプラズマ化学気相蒸着法によって行われる。
【００１７】
また、前記（ｃ）段階で、前記炭素含有ガスは、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ６、ＣＯおよびＣＯ２よりなる群から選択される少なくとも一つのガスであることが望ましく、前記炭素含有ガスは、水素ガス、窒素ガスおよびアルゴンガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスと共に供給されることが望ましい。
【００１８】
そして、前記の技術的課題を達成するための本発明の第３特徴による半導体素子は、基板と、前記基板に形成された電極と、前記電極の表面に形成された多孔質の活性層と、前記活性層上に形成され、前記活性層の一部を露出させるコンタクトホールを有する絶縁層と、前記コンタクトホールの内部で、前記活性層から成長して電子移動の通路となる配線を構成するカーボンナノチューブと、前記絶縁層の上部に形成されて前記カーボンナノチューブと電気的に連結されるメモリ薄膜または他の電極と、を具備する。
【００１９】
ここで、前記活性層は、前記本発明の第１特徴による配線形成方法により形成される。
【００２０】
また、本発明の第４特徴による半導体素子は、基板と、前記基板に形成された電極と、前記電極の表面に形成された触媒金属層と、前記触媒金属層上に形成され、前記触媒金属層の一部を露出させるコンタクトホールを有する絶縁層と、前記コンタクトホールの内部で、前記触媒金属層から成長して電子移動の通路となる配線をなすカーボンナノチューブと、前記絶縁層の上部に形成されて前記カーボンナノチューブと電気的に連結されるメモリ薄膜または他の電極と、を具備する。
【００２１】
ここで、前記活性層は前記本発明の第２特徴による配線形成方法により形成される。
【００２２】
本発明の第３および第４特徴による半導体素子において、前記基板はシリコンまたは酸化物よりなり、前記電極はＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のソース電極であり、前記メモリ薄膜は相変化物質よりなる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明による半導体素子の配線形成方法によれば、カーボンナノチューブを使用して二つの電極または電極とメモリ薄膜とを連結するコンタクトまたはインターコネクトなどの配線を形成できる。このようなカーボンナノチューブの電流密度は１０１０Ａ／ｃｍ２程度であり、これは、従来の金属配線の約１０，０００倍程度の電流密度である。したがって、前記カーボンナノチューブからなる配線を数ｎｍ〜数十ｎｍ（例えば、１〜１００ｎｍ）程度の直径で形成可能であり、超高集積度の半導体素子の製造に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態によるカーボンナノチューブを利用した半導体素子の配線形成方法を段階的に示す断面図である。
【図１Ｂ】本発明の第１実施形態によるカーボンナノチューブを利用した半導体素子の配線形成方法を段階的に示す断面図である。
【図１Ｃ】本発明の第１実施形態によるカーボンナノチューブを利用した半導体素子の配線形成方法を段階的に示す断面図である。
【図１Ｄ】本発明の第１実施形態によるカーボンナノチューブを利用した半導体素子の配線形成方法を段階的に示す断面図である。
【図２Ａ】本発明の第２実施形態によるカーボンナノチューブを利用した半導体素子の配線形成方法を概略的に示す断面図である。
【図２Ｂ】本発明の第２実施形態によるカーボンナノチューブを利用した半導体素子の配線形成方法を概略的に示す断面図である。
【図３】図１Ｃに図示された段階を経た後、電極上に活性層およびコンタクトホールが形成された状態を示す電子顕微鏡写真である。
【図４】電極の表面から成長したカーボンナノチューブを示す電子顕微鏡写真である。
【図５】電極の表面から成長したカーボンナノチューブを示す電子顕微鏡写真である。
【図６】本発明の半導体素子の配線形成方法によりコンタクトホール内部に形成されたカーボンナノチューブが規則的に配列された状態を示す電子顕微鏡写真である。
【図７】本発明の配線形成方法によるカーボンナノチューブからなる配線を有する半導体素子の一例を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付された図面を参照しながら本発明の望ましい実施形態について詳細に説明する。以下の図面で同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
【００２６】
図１Ａないし図１Ｄは、本発明の第１実施形態によるカーボンナノチューブを利用した半導体素子の配線形成方法を段階的に示す断面図である。
【００２７】
図１Ａは、半導体素子の基板１１０の上に形成された電極１２０を示す。図１Ａに示す半導体素子において、前記基板１１０としては、シリコンウェーハまたはガラスなどが用いられる。一方、前記電極１２０は、基板１１０の代りに所定の物質層、例えば、絶縁層の上に形成されていてもよい。前記電極１２０は、導電性の良好な金属やドーピングされたシリコンで形成される。具体的には、前記電極１２０がＭＯＳＦＥＴのソース電極のようにシリコンからなる基板１１０上に形成される場合にはドーピングされたシリコンよりなり、前記電極１２０が絶縁層上に形成される場合には導電性の良好な金属よりなる。
【００２８】
図１Ｂは、電極１２０の表面を前処理して活性化させる段階を示す断面図である。図１Ｂに示すとおり、前記基板１１０および電極１２０を約３００〜７００℃の温度に加熱した状態で、前記電極１２０の表面に前処理ガスを流すことによって、電極１２０の表面を多孔質状態に活性化させる。その結果、図に示すように、電極１２０の表面にカーボンナノチューブが成長できる活性層１２２が形成される。この時、前処理ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガスまたはアンモニアガスが用いられる。そして、前記活性層１２２の厚さが約数ｎｍ〜数十ｎｍ（例えば、１〜１００ｎｍ）程度になるように、前処理ガスを流す時間および流量を調節する。
【００２９】
一方、アルゴンガスや窒素ガスをイオン化させて、そのイオンを前記電極１２０の表面に衝突させることによって、前記電極１２０の表面を多孔質状態に活性化させる方法も使用可能である。このような方法によっても、前記電極１２０の表面にカーボンナノチューブが成長できる多孔質の活性層１２２が形成される。そして、この方法は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置を使用して行われる。また、この方法は、基板１１０および電極１２０を加熱する必要がなく、常温状態でも行える長所がある。
【００３０】
図１Ｃは、電極１２０の上に、絶縁層１３０およびコンタクトホール１３２を形成した構造を示す断面図である。図１Ｃに示すとおり、まず前述の図１Ｂに示した段階で表面に活性層１２２が形成された電極１２０の上に絶縁層１３０を形成する。この時、前記絶縁層１３０は、酸化物、例えば、シリコン酸化物よりなる。
【００３１】
次に、前記絶縁層１３０に、活性層１２２の表面の一部を露出させるコンタクトホール１３２を形成する。具体的には、前記絶縁層１３０上にフォトレジストを塗布した後、これを所定パターンにパターニングする。次いで、パターニングされたフォトレジストをエッチングマスクとして前記絶縁層１３０を異方性エッチングすることによって、前記コンタクトホール１３２を形成する。この時、前記コンタクトホール１３２は、数ｎｍ〜数十ｎｍ（例えば、１〜１００ｎｍ）の直径を持つように形成される。
【００３２】
図１Ｃの段階を経て、図３の電子顕微鏡写真に示すように、電極１２０の表面に活性層１２２が形成され、絶縁層１３０を通じて活性層１２２を露出するコンタクトホール１３２が形成される。
【００３３】
図１Ｄは、コンタクトホール１３２の内部で活性層１２２からカーボンナノチューブ１４０を成長させた構造を示す断面図である。図１Ｄに示す段階において、カーボンナノチューブ１４０の成長は、熱化学気相蒸着法またはプラズマ化学気相蒸着法により行なわれ、また公知の他の方法によっても行なうことができる。
【００３４】
図１Ｄに示すように、前述した図１Ａ〜図Ｃに示す段階を経て得られた結果物を反応炉内に装入した後、前記反応炉の内部温度を約５００〜９００℃の温度に調節する。次いで、前記反応炉内に、メタン（ＣＨ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、一酸化炭素（ＣＯ）または二酸化炭素（ＣＯ２）などの炭素含有ガスを供給する。図解のために、炭素含有ガスのいくつかの例を図１Ｄに示す。この時、前記炭素含有ガスは、水素（Ｈ２）ガス、窒素（Ｎ２）ガスまたはアルゴン（Ａｒ）ガスなどと共に供給することができる。このように反応炉内に注入された炭素含有ガスは、コンタクトホール１３２を通じて、電極１２０の表面に形成された活性層１２２に接触し、これにより、活性層１２２から垂直方向にカーボンナノチューブ１４０が成長する。
【００３５】
次に、図示されていないが、絶縁層１３０の上部に、カーボンナノチューブ１４０と連結される他の電極（図７の２５０）またはメモリ薄膜（図７の２８０）を形成すれば、前記カーボンナノチューブ１４０は、二つの電極（例えば、電極１２０と他の電極）または電極１２０とメモリ薄膜とを連結するコンタクトまたはインターコネクトなどの配線を構成する。
【００３６】
図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の第２実施形態によるカーボンナノチューブを利用した半導体素子の配線形成方法を概略的に示す断面図である。この第２実施形態は、電極１２０の表面を活性化しないで、電極１２０の上に触媒金属層１２４を形成する段階を除いては前述した第１実施形態と同一である。したがって、本実施形態については、前述した第１実施形態との差異点を中心として簡略に説明される。
【００３７】
図２Ａは、電極１２０の表面に触媒金属層１２４を形成した状態を示す断面図である。図２Ａに示すとおり、ＲＦマグネトロンスパッタまたは電子ビーム蒸着装置を使用して、電極１２０の表面に触媒金属を所定厚さに蒸着して、カーボンナノチューブが成長できる触媒金属層１２４を形成する。この時、前記触媒金属としては、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｙ、Ｐｄ、ＰｔまたはＡｕなどの遷移金属が用いられる。図解のために、遷移金属のいくつかの例を図２Ａに示す。そして、触媒金属層１２４は数ｎｍ〜数十ｎｍ（例えば、１〜１００ｎｍ）の厚さに形成される。
【００３８】
一方、前記触媒金属層１２４は、前記遷移金属の粉末を電極１２０の表面に所定厚さに塗布することによって形成してもよい。この時、遷移金属の粉末は、スプレー塗布方法により数ｎｍ〜数十ｎｍ（例えば、１〜１００ｎｍ）の厚さに塗布される。この方法の長所は、触媒金属層１２４が、粗い多孔質状態にさらに容易に形成されることである。
【００３９】
このように、本発明の第２実施形態では、電極１２０の表面にカーボンナノチューブを成長させるための触媒金属層１２４を別途に形成する点で、カーボンナノチューブが成長できるように電極１２０自体の表面を活性化させる前述した第１実施形態と異なる。しかし、本発明の第２実施形態において、電極１２０の表面に触媒金属層１２４を形成した以後の段階は、前述した第１実施形態と同一である。したがって、以後の段階は、図２Ｂを参照して簡略に説明する。
【００４０】
図２Ｂに示すように、触媒金属層１２４の上に、例えば、酸化物よりなる絶縁層１３０を形成する。次いで、パターニングされたフォトレジストをエッチングマスクとして前記絶縁層１３０を異方性エッチングすることによって、約数ｎｍ〜数十ｎｍ（例えば、１〜１００ｎｍ）の直径を持つコンタクトホール１３２を形成する。これにより、前記コンタクトホール１３２を通じて、触媒金属層１２４の表面の一部が露出される。
【００４１】
次に、約５００〜９００℃の温度に維持された反応炉内に、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ６、ＣＯまたはＣＯ２などの炭素含有ガスと、Ｈ２、Ｎ２またはＡｒガスとを供給して、触媒金属層１２４の表面から垂直方向にカーボンナノチューブ１４０を成長させる。図解のために、炭素含有ガスのいくつかの例を図２Ｂに示す。
【００４２】
図４および図５の電子顕微鏡写真は、電極の活性化した表面から成長しているカーボンナノチューブを示し、図６の電子顕微鏡写真は、本発明の半導体素子の配線形成方法によってコンタクトホール内部に形成されたカーボンナノチューブが規則的に配列された状態を示す。
【００４３】
前記のように、本発明の第１実施形態および第２実施形態による半導体素子の配線形成方法によれば、カーボンナノチューブを使用して二つの電極（電極１２０と他の電極）または電極１２０とメモリ薄膜とを連結するコンタクトまたはインターコネクトなどの配線を形成できる。このようなカーボンナノチューブは、１０１０Ａ／ｃｍ２程度の電流密度を有し、この電流密度は、従来の金属配線に比べて約１０，０００倍程度大きい。したがって、前記カーボンナノチューブからなる配線は、数ｎｍ〜数十ｎｍ（例えば、１〜１００ｎｍ）程度の直径に形成でき、超高集積度の半導体素子の製造に利用することができる。
【００４４】
図７は、本発明の配線形成方法によるカーボンナノチューブからなる配線を備える半導体素子の一例を概略的に示す断面図である。
【００４５】
図７に示す半導体素子は、本発明による配線形成方法を、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを備えるＰＲＡＭ素子に適用した例である。ＰＲＡＭ素子は、結晶状態によって電気的抵抗が変わる相変化物質を利用するメモリ素子である。相変化物質膜に印加される電流量の変化によって相変化物質膜の一部の結晶状態が変化する。
【００４６】
図７に示すとおり、公知のように、ＭＯＳＦＥＴは、基板２１０の所定領域に形成されたソース電極２２１およびドレーン電極２２３と、第１絶縁層２３０により前記ソース電極２２１およびドレーン電極２２３のそれぞれと離隔されたゲート電極２２４とより構成される。前記ソース電極２２１およびドレーン電極２２３はドーピングされたシリコンや金属よりなり、前記ゲート電極２２４は主に金属よりなる。
【００４７】
前記ソース電極２２１の表面には、前記配線形成方法によって多孔質の第１活性層２２２が形成される。一方、前記第１活性層２２２の代りに、触媒金属層が形成されてもよい。前記第１活性層２２２の上には第１絶縁層２３０が形成され、第１絶縁層２３０には第１コンタクトホール２３２が形成される。第１コンタクトホール２３２は、第１活性層２２２の一部を露出する。前記第１コンタクトホール２３２の内部に、前記第１活性層２２２から第１カーボンナノチューブ２４０が垂直に成長する。この時、前記第１カーボンナノチューブ２４０は、第１コンタクトホール２３２の直径によって数ｎｍ〜数十ｎｍ（例えば、１〜１００ｎｍ）の直径を有する。
【００４８】
そして、前記第１絶縁層２３０の上部に、第１カーボンナノチューブ２４０と連結される中間電極２５０が形成される。これにより、前記第１カーボンナノチューブ２４０は、ＭＯＳＦＥＴのソース電極２２１と中間電極２５０とを電気的に連結する配線を構成する。
【００４９】
前記中間電極２５０の表面にも、本発明の配線形成方法によって多孔質の第２活性層２５２または触媒金属層が形成される。前記第２活性層２５２の上には第２絶縁層２６０が形成され、第２絶縁層２６０には第２コンタクトホール２６２が形成される。第２コンタクトホール２６２は、第２活性層２５２の一部を露出する。前記第２コンタクトホール２６２の内部で、前記第２活性層２５２から第２カーボンナノチューブ２７０が垂直に成長する。
【００５０】
次に、前記第２絶縁層２６０の上部に、第２カーボンナノチューブ２７０と連結されるメモリ薄膜２８０が形成される。前記メモリ薄膜２８０は相変化物質よりなる。これにより、前記第２カーボンナノチューブ２７０は、中間電極２５０とメモリ薄膜２８０とを電気的に連結する配線を構成する。
【００５１】
一方、前記中間電極２５０と、その上に形成される第２カーボンナノチューブ２７０とが設けられていないで、ソース電極２２１から成長した第１カーボンナノチューブ２４０の上に、前記メモリ薄膜２８０が直接形成されていてもよい。
【００５２】
前記メモリ薄膜２８０の上に第３絶縁層２９０が形成され、第３絶縁層２９０に第３コンタクトホール２９２が形成される。前記第３コンタクトホール２９２を通じてメモリ薄膜２８０と上部電極２９５とが連結される。
【００５３】
以上の実施形態を参考にして本発明を説明したが、これらの実施形態は例示的なものに過ぎず、当業者ならばより多様な変形および均等な他の実施形態の想到が可能である。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲により定められねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明による配線形成方法は、前記ＰＲＡＭだけでなく多様な半導体メモリ素子、すなわち、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭおよびＭＲＡＭにも適用できる。そして、前記半導体メモリ素子には、前記スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴだけでなく多様なトランジスタを備えることができる。
【符号の説明】
【００５５】
２１０ 基板
２２１ ソース電極
２２２ 第１活性層
２２３ ドレーン電極
２２４ ゲート電極
２３０ 第１絶縁層
２３２ 第１コンタクトホール
２４０ 第１カーボンナノチューブ
２５０ 中間電極
２５２ 第２活性層
２６０ 第２絶縁層
２６２ 第２コンタクトホール
２７０ 第２カーボンナノチューブ
２８０ メモリ薄膜
２９０ 第３絶縁層
２９２ 第３コンタクトホール
２９５ 上部電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ２）半導体素子の電極の表面に触媒金属層を形成する段階と、
（ｂ２）前記触媒金属層上に絶縁層を形成した後、前記触媒金属層の一部を露出させるために前記絶縁層を貫通するコンタクトホールを形成する段階と、
（ｃ）前記コンタクトホールを通じて前記触媒金属層に炭素含有ガスを供給して前記触媒金属層からカーボンナノチューブを成長させて配線を形成する段階と、を具備することを特徴とする半導体素子の配線形成方法。
【請求項２】
前記（ａ２）段階は、ＲＦマグネトロンスパッタまたは電子ビーム蒸着装置によって触媒金属を前記電極の表面に所定厚さに蒸着する段階であることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項３】
前記（ａ２）段階は、触媒金属の粉末を前記電極の表面にスプレーすることにより所定厚さに塗布して前記触媒金属層を形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項４】
前記（ａ２）段階で、前記触媒金属層は、１〜１００ｎｍの厚さに形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項５】
前記（ａ２）段階で、前記触媒金属層は、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｙ、Ｐｄ、ＰｔおよびＡｕよりなる群から選択される少なくとも一つの遷移金属よりなることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項６】
前記（ｂ２）段階で、前記絶縁層は、酸化物よりなることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項７】
前記（ｂ２）段階で、パターニングされたフォトレジストをエッチングマスクとして前記絶縁層を異方性エッチングすることによって前記コンタクトホールを形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項８】
前記（ｂ２）段階で、前記コンタクトホールは１〜１００ｎｍの直径を持つように形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項９】
前記（ｃ）段階は、５００〜９００℃の温度で行われることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項１０】
前記（ｃ）段階で、前記炭素含有ガスは、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ６、ＣＯおよびＣＯ２よりなる群から選択される少なくとも一つのガスであることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項１１】
前記（ｃ）段階で、前記炭素含有ガスは、水素ガス、窒素ガスおよびアルゴンガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスと共に供給されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項１２】
前記（ｃ）段階は、熱化学気相蒸着法またはプラズマ化学気相蒸着法により行われることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項１３】
基板と、
前記基板に形成された電極と、
前記電極の表面に形成された触媒金属層と、
前記触媒金属層上に形成され、前記触媒金属層の一部を露出させるコンタクトホールを有する絶縁層と、
前記コンタクトホールの内部で、前記触媒金属層から成長して電子移動の通路となる配線をなすカーボンナノチューブと、
前記絶縁層の上部に形成されて前記カーボンナノチューブと電気的に連結されるメモリ薄膜または他の電極と、を具備することを特徴とする半導体素子。
【請求項１４】
前記触媒金属層は、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｙ、Ｐｄ、ＰｔおよびＡｕよりなる群から選択される少なくとも一つの遷移金属をＲＦマグネトロンスパッタまたは電子ビーム蒸着装置によって前記電極の表面に蒸着することによって形成されたことを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子。
【請求項１５】
前記触媒金属層は、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｙ、Ｐｄ、ＰｔおよびＡｕよりなる群から選択される少なくとも一つの遷移金属の粉末を前記電極の表面に塗布することによって形成されたことを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子。
【請求項１６】
前記基板は、シリコンまたは酸化物よりなることを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子。
【請求項１７】
前記電極は、ＭＯＳＦＥＴのソース電極であることを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子。
【請求項１８】
前記メモリ薄膜は、相変化物質よりなることを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子。
【請求項１】
（ａ２）半導体素子の電極の表面に触媒金属層を形成する段階と、
（ｂ２）前記触媒金属層上に絶縁層を形成した後、前記触媒金属層の一部を露出させるために前記絶縁層を貫通するコンタクトホールを形成する段階と、
（ｃ）前記コンタクトホールを通じて前記触媒金属層に炭素含有ガスを供給して前記触媒金属層からカーボンナノチューブを成長させて配線を形成する段階と、を具備することを特徴とする半導体素子の配線形成方法。
【請求項２】
前記（ａ２）段階は、ＲＦマグネトロンスパッタまたは電子ビーム蒸着装置によって触媒金属を前記電極の表面に所定厚さに蒸着する段階であることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項３】
前記（ａ２）段階は、触媒金属の粉末を前記電極の表面にスプレーすることにより所定厚さに塗布して前記触媒金属層を形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項４】
前記（ａ２）段階で、前記触媒金属層は、１〜１００ｎｍの厚さに形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項５】
前記（ａ２）段階で、前記触媒金属層は、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｙ、Ｐｄ、ＰｔおよびＡｕよりなる群から選択される少なくとも一つの遷移金属よりなることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項６】
前記（ｂ２）段階で、前記絶縁層は、酸化物よりなることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項７】
前記（ｂ２）段階で、パターニングされたフォトレジストをエッチングマスクとして前記絶縁層を異方性エッチングすることによって前記コンタクトホールを形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項８】
前記（ｂ２）段階で、前記コンタクトホールは１〜１００ｎｍの直径を持つように形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項９】
前記（ｃ）段階は、５００〜９００℃の温度で行われることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項１０】
前記（ｃ）段階で、前記炭素含有ガスは、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ６、ＣＯおよびＣＯ２よりなる群から選択される少なくとも一つのガスであることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項１１】
前記（ｃ）段階で、前記炭素含有ガスは、水素ガス、窒素ガスおよびアルゴンガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスと共に供給されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項１２】
前記（ｃ）段階は、熱化学気相蒸着法またはプラズマ化学気相蒸着法により行われることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項１３】
基板と、
前記基板に形成された電極と、
前記電極の表面に形成された触媒金属層と、
前記触媒金属層上に形成され、前記触媒金属層の一部を露出させるコンタクトホールを有する絶縁層と、
前記コンタクトホールの内部で、前記触媒金属層から成長して電子移動の通路となる配線をなすカーボンナノチューブと、
前記絶縁層の上部に形成されて前記カーボンナノチューブと電気的に連結されるメモリ薄膜または他の電極と、を具備することを特徴とする半導体素子。
【請求項１４】
前記触媒金属層は、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｙ、Ｐｄ、ＰｔおよびＡｕよりなる群から選択される少なくとも一つの遷移金属をＲＦマグネトロンスパッタまたは電子ビーム蒸着装置によって前記電極の表面に蒸着することによって形成されたことを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子。
【請求項１５】
前記触媒金属層は、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｙ、Ｐｄ、ＰｔおよびＡｕよりなる群から選択される少なくとも一つの遷移金属の粉末を前記電極の表面に塗布することによって形成されたことを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子。
【請求項１６】
前記基板は、シリコンまたは酸化物よりなることを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子。
【請求項１７】
前記電極は、ＭＯＳＦＥＴのソース電極であることを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子。
【請求項１８】
前記メモリ薄膜は、相変化物質よりなることを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図７】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図７】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−４０８７（Ｐ２０１０−４０８７Ａ）
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３３５５９（Ｐ２００９−２３３５５９）
【出願日】平成２１年１０月７日（２００９．１０．７）
【分割の表示】特願２００４−１３７２６１（Ｐ２００４−１３７２６１）の分割
【原出願日】平成１６年５月６日（２００４．５．６）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】ＳＡＭＳＵＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ ４４２−７４２（ＫＲ）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月７日（２００９．１０．７）
【分割の表示】特願２００４−１３７２６１（Ｐ２００４−１３７２６１）の分割
【原出願日】平成１６年５月６日（２００４．５．６）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】ＳＡＭＳＵＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ ４４２−７４２（ＫＲ）
【Ｆターム（参考）】
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