カーボンナノチューブを用いた半導体素子の層間配線およびその製造方法
【課題】カーボンナノチューブを用いた半導体素子の層間配線およびその製造方法を提供する。
【解決手段】下部電極と、前記下部電極と電気的に連結されるように設けられるカーボンナノチューブ成長用の触媒層と、前記触媒層表面から上方に成長する多数のカーボンナノチューブで構成され、上端部の個数密度が下端部の個数密度より高いカーボンナノチューブ束と、前記カーボンナノチューブ束を取り囲む層間絶縁層と、前記層間絶縁層上に前記カーボンナノチューブ束の上端部と電気的に連結されるように配置される上部電極と、を備えることを特徴とする、カーボンナノチューブを用いた半導体素子の層間配線およびその製造方法である。
【解決手段】下部電極と、前記下部電極と電気的に連結されるように設けられるカーボンナノチューブ成長用の触媒層と、前記触媒層表面から上方に成長する多数のカーボンナノチューブで構成され、上端部の個数密度が下端部の個数密度より高いカーボンナノチューブ束と、前記カーボンナノチューブ束を取り囲む層間絶縁層と、前記層間絶縁層上に前記カーボンナノチューブ束の上端部と電気的に連結されるように配置される上部電極と、を備えることを特徴とする、カーボンナノチューブを用いた半導体素子の層間配線およびその製造方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の層間配線およびその製造方法に係り、より詳しくは、高密度に凝集したカーボンナノチューブを用いて、電気抵抗を低下させ、電流密度を増大させることができる半導体素子の層間配線、および多数のカーボンナノチューブを高密度で凝集させる工程を含む該層間配線の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子、特に半導体メモリ素子は、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＰＲＡＭおよびＭＲＡＭなどの多様な種類を含む。かようなメモリ素子は、スイッチング素子として、一般的にＭＯＳ（金属酸化物半導体）トランジスタを含む。そして、メモリ素子は、コンタクトおよびインターコネクトなどの電子移動通路として働く配線が設けられる。最近、半導体素子の高集積化によって、配線を通る電流の量が増加することに反して、配線の線幅は狭くなっている。そのため、単位面積当たりの電流量、すなわち、電流密度は高くなる傾向にある。半導体素子の配線の電流密度は、近い将来劇的に増えると予想され、例えば、２０１０年までに約１０６Ａ／ｃｍ２に至るものと予想される。
【０００３】
従来、半導体素子には、主にアルミニウムまたは銅などの金属配線が使用されている。半導体素子の高集積化のためには、配線の線幅を狭めて電流密度を高めることが必須であるが、金属配線は、線幅を狭めて電流密度を高めることにおいて限界がある。それゆえ、前記のような理由により、金属配線を使用する半導体素子は、近い将来に、その高集積化が限界に達するものと予想される。
【０００４】
したがって、最近は、半導体素子の高集積化における金属配線によって生じる限界を克服するために、金属配線に比べて狭い線幅で高い電流密度を維持できるカーボンナノチューブの配線で金属配線を置き換えようとする取り組みが行われている。
【特許文献１】韓国特許出願公開第２００４−９４０６５号明細書
【特許文献２】韓国特許出願公開第２００３−１１３０号明細書
【非特許文献１】Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｏａｄｍａｐ ｆｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ２００３ Ｅｄｉｔｉｏｎ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、半導体素子の開発の現在の傾向は、より高集積の半導体素子を必要としているため、トラブルなしに高い電流密度を維持できる配線が必要とされており、半導体素子の配線がカーボンナノチューブに置き換わっても、カーボンナノチューブの電流密度を上げることが問題となる。
【０００６】
そこで、本発明は、電気抵抗を低減し、電流密度を増大させることができ、微細ビアホールにも適用可能であって半導体素子の超高集積化を達成できる半導体素子の層間配線構造およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記のような技術的課題を解決するために、本発明は、下部電極と、前記下部電極に電気的に連結されるように設けられるカーボンナノチューブ成長用の触媒層と、前記触媒層表面から上方に成長する多数のカーボンナノチューブで構成され、上端部の個数密度が下端部の個数密度より高いカーボンナノチューブ束と、前記カーボンナノチューブ束の周辺を取り囲む層間絶縁層と、前記層間絶縁層上に前記カーボンナノチューブ束の上端部と電気的に連結されるように配置される上部電極とを備える半導体素子の層間配線を提供する。
【０００８】
また、本発明は、下部電極を形成する段階と、前記下部電極に電気的に連結されるように触媒層を形成する段階と、前記触媒層の表面から多数のカーボンナノチューブを成長させる段階と、前記カーボンナノチューブの上部を凝集させて上端部の個数密度が下端部の個数密度より高いカーボンナノチューブ束を形成する段階と、前記下部電極が形成された層を覆いながら前記カーボンナノチューブ束を取り囲み、前記カーボンナノチューブ束の上端部だけを露出させる層間絶縁層を形成する段階と、前記カーボンナノチューブ束の上端部と接触される上部電極を形成する段階と、を含むことを特徴とする、カーボンナノチューブを用いた半導体素子の層間配線の製造方法を提供する。
【０００９】
前記カーボンナノチューブ束を形成する段階は、前記カーボンナノチューブの間に液滴を分布させ、前記液滴を蒸発させる段階を含むことが好ましい。この場合、多数の前記カーボンナノチューブの間に液滴を分布させる方法は、前記カーボンナノチューブを液体に浸漬する方法、または前記カーボンナノチューブに液体を噴射する豊富が好ましい。前記液滴は、その表面張力が、前記カーボンナノチューブの復元力より大きいことが好ましい。そのような表面張力を有する液体としては、蒸留水またはアルコールが好ましい。
【００１０】
前記層間絶縁層の形成段階は、前記下部電極が形成された層と前記カーボンナノチューブ束とを絶縁材料でコーティングする段階と、前記カーボンナノチューブ束の上端部が現れるように前記絶縁材料コーティングの上面を平坦化する段階とを含むことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による半導体素子の層間配線は、高密度のカーボンナノチューブを用いることにより、電気抵抗を低下させ、電流密度を増大させることができる。本発明による層間配線の製造方法は、高密度のカーボンナノチューブ束を備える半導体素子の層間配線を効率的に製造する方法である。また、本発明によれば、数十〜数百ナノメートルほどの超微細ビアホールにも適用可能であり、半導体素子の超高集積化を達成できる半導体素子の層間配線およびその製造方法が提供されうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付した図面に基づき、本発明の特徴的な構成について実施形態を挙げて詳細に説明する。まず、本発明によるカーボンナノチューブを用いた半導体素子の層間配線の構造について説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態による半導体素子の層間配線構造を示す断面概略図である。基板１０上に、下部電極２１が設けられている。触媒層２２は、前記下部電極２１の表面上に設けられ、その表面からカーボンナノチューブが成長する。カーボンナノチューブ束２５は、触媒層２２と上部電極４１との間に形成される。カーボンナノチューブ束２５は、電気的に下部電極２１と上部電極４１とを連結する層間配線である。
【００１４】
前記下部電極２１は、導電性材料から形成され、電極パターンの一部分であってもよく、層間配線によって連結される下層構造の一部分であってもよい。
【００１５】
前記下部電極２１の表面には、表面からカーボンナノチューブを成長させる触媒層２２が設けられる。多数のカーボンナノチューブ２３は、触媒層２２の表面から上方に成長する。カーボンナノチューブ束２５は、多数のカーボンナノチューブ２３で形成される。前記カーボンナノチューブ束２５の上端部は、上部電極４１と接触し、前記カーボンナノチューブ束２５の下端部は、下部電極２１と接触している。図１に示すように、カーボンナノチューブ２３のそれぞれの下端部は、触媒層２２に固定されており、カーボンナノチューブ２３が成長すると、互いに密接になるように移動する。それゆえ、カーボンナノチューブ束２５の全体は、シリンダー状というよりむしろ円錐状になる。前記カーボンナノチューブ束２５の上端部の直径（またはサイズ）は、前記カーボンナノチューブ束２５の下端部の直径（またはサイズ）より小さい。したがって、前記カーボンナノチューブ束２５の上部のカーボンナノチューブ２３の個数密度は、前記カーボンナノチューブ束２５の下部のカーボンナノチューブ２３の個数密度より高い。前記カーボンナノチューブ束２５の下部のカーボンナノチューブ２３の個数密度は、触媒金属の粒径などのカーボンナノチューブの成長条件によって決定される。
【００１６】
カーボンナノチューブ束２５の位置およびサイズ（または直径）は、前記触媒層２２の位置およびサイズ（または直径）により決定される。前記触媒層２２の直径は、前記触媒層２２に対する上部電極４１の整列公差を考慮し、通常、カーボンナノチューブ束２５の直径より大きく設定される。例えば、上端部の直径が２４０ｎｍであるカーボンナノチューブ束２５を形成する場合、触媒層２２の直径は、約４００ｎｍほどである。
【００１７】
前記触媒層２２は、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、イットリウム（Ｙ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、およびこれら金属の合金からなる群より選択される少なくとも１つの物質を含むことが好ましい。
【００１８】
前記カーボンナノチューブ束２５は、層間絶縁層３０によって取り囲まれており、前記カーボンナノチューブ束２５の上端部が、上部電極４１と接触するように前記層間絶縁層３０の上面に露出されている。このように露出されている前記カーボンナノチューブ束２５の上端部には、上部電極４１が設けられる。前記上部電極４１は、前述した下部電極２１と同様に導電性材料から形成され、電極パターンの一部分であってもよく、層間配線によって下層構造と連結される上層構造の一部分であってもよい。
【００１９】
カーボンナノチューブ２３が成長する触媒層２２のサイズ（または面積）が制御されうるため、前記触媒層２２から成長するカーボンナノチューブ２３の数も、効果的に制御されうる。例えば、カーボンナノチューブ２３を流れる電流量を増大させるために、カーボンナノチューブ２３の数は、触媒層２２の面積を増大させることによって大幅に増やすことができる。
【００２０】
以下、本発明のカーボンナノチューブを用いた半導体素子の層間配線の製造方法について、好ましい実施形態を挙げながら、さらに詳細に説明する。
【００２１】
図２Ａは、凝集する前のカーボンナノチューブを示すＳＥＭ写真である。カーボンナノチューブは、触媒層の表面から実質的にまっすぐ成長している。図２Ｂは、凝集した後のカーボンナノチューブを示すＳＥＭ写真である。カーボンナノチューブの上部は、互いに集まっている。図２Ｂに示すように、一つの触媒層表面から成長された多数のカーボンナノチューブは、その中心部に凝集されて一つの束を形成できる。
【００２２】
図３は、多数のカーボンナノチューブを凝集させる方法の一例である、湿式凝集方法を示す概略図である。まず、多数のカーボンナノチューブ２３を成長させることによって、カーボンナノチューブ群２４が形成される。前記カーボンナノチューブ群２４において、カーボンナノチューブ群２４の根部（下部）のカーボンナノチューブ２３の個数密度は、それぞれのカーボンナノチューブ２３が成長する触媒金属粒子の密度によって決定される。触媒金属粒子の密度は、触媒金属粒子の間の間隔によって決定されうる。次に、カーボンナノチューブ２３の間に、液滴５０が分布される。液滴５０は、多数のカーボンナノチューブ２３の表面に吸着される。前記液滴５０中に含まれる液体を蒸発させると、液滴５０によって小さくなった表面張力が高くなるため、隣接したカーボンナノチューブ２３は互いに凝集する。カーボンナノチューブ２３の間の液滴５０は、また小さくなる。
【００２３】
前記液滴５０が全て蒸発して消えた後でも、ファンデルワールス力によって、カーボンナノチューブ２３の塊が維持されている。結果として、カーボンナノチューブ群２４の下部のカーボンナノチューブ２３の個数密度が実質的に変化しないことに反して、カーボンナノチューブ群２４の下部のカーボンナノチューブ２３の個数密度は増加する。
【００２４】
図４Ａ〜図４Ｅは、本発明の一実施形態による半導体素子の層間配線の製造方法を示す断面概略図である。
【００２５】
図４Ａを参照すると、下部電極２１は基板１０上に形成され、炭素ナノチューブの形成を促進する触媒層２２が、下部電極２１上に形成されている。基板１０としては、例えば、シリコンウェハまたはガラスなどを用いることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、前記基板１０は、カーボンナノチューブが成長できる半導体素子のいかなる層であってもよい。図４Ａは、下部電極２１上に形成された触媒層２２を示しているが、本発明は、この構造に限定されるものではない。換言すれば、前記触媒層は、下部電極２１の上部に触媒層２２を形成する必要はなく、前記触媒層２２と前記下部電極２１との電気的な連結を維持することが必要である。例えば、前記触媒層２２は、基板１０の上部に形成されてもよく、前記触媒層２２と前記下部電極２１との間の電気的連結を維持するように、前記触媒層２２の一部分だけが前記下部電極２１と接触してもよい。
【００２６】
前記触媒層２２は、ニッケル、鉄、コバルト、白金、モリブデン、タングステン、イットリウム、金、パラジウム、およびこれら金属の合金からなる群より選択される少なくとも１つの物質から形成されることが好ましい。また、かような触媒層２２は、マグネトロンスパッタリング法または電子ビーム蒸着法によって形成されることが好ましいが、本発明がこれらに限定されるものではない。例えば、前記触媒層２２は、粉末状態の遷移金属触媒を、前記下部電極２１上に塗布する方法によって形成されてもよい。
【００２７】
次に、図４Ｂに示すように、前記触媒層２２上に多数のカーボンナノチューブ２３を成長させる。前記カーボンナノチューブ２３を成長させる方法としては、熱化学気相成長法（ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ｔｈｅｒｍａｌ ＣＶＤ）を用いることができる。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、プラズマ化学気相成長法（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＥＣＶＤ）などの触媒層２２の表面に、多数のカーボンナノチューブ２３を成長させることができるいかなる方法も用いることができる。
【００２８】
例えば、熱化学気相成長法を用いる場合、カーボンナノチューブ２３の成長工程は、約４００〜９００℃の温度が維持される反応器内で、所定の組成比で一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ２）とが混合された混合ガスの雰囲気下で行われることが好ましい。しかしながら、本発明がこれに限定されるものではなく、かようなカーボンナノチューブ２３は、メタン（ＣＨ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、一酸化炭素、および二酸化炭素（ＣＯ２）などの少なくとも１種の炭素含有ガスと、水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、およびアルゴン（Ａｒ）の少なくとも１種のガスとを反応器に注入することによって形成されうる。
【００２９】
その次に、図４Ｃに示すように、多数のカーボンナノチューブ２３を蒸留水、またはイソプロパノールなどのアルコールなどの大きい表面張力を有する液体に浸し、乾燥させる。カーボンナノチューブ２３間に多数の液滴が分布され、前記液滴によって生じる表面張力によってカーボンナノチューブ２３が互いに凝集する。このとき、カーボンナノチューブ２３間に液滴を分布させる方法としては、前述のような基板１０を液体に浸漬する方法だけではなく、前記基板１０に液体を噴射する方法など、多様な方法を用いることができる。
【００３０】
カーボンナノチューブ２３を互いに凝集させるために、前記液滴は、前記カーボンナノチューブ２３の復元力より大きい表面張力を生じさせることが好ましい。ここで、カーボンナノチューブの復元力とは、カーボンナノチューブが変形した状態から解放された時に、カーボンナノチューブを元の状態に戻すために必要な弾性力を意味する。しかしながら、前記表面張力は強い必要はなく、
上述のように、触媒層２２の直径やサイズは、カーボンナノチューブ束２５の直径またはサイズの上限値より大きく設計することが好ましい。触媒層のサイズは、以後の工程で実施される複数回の光学エッチング工程での整列公差を考慮して、カーボンナノチューブ２５のサイズの上限値より２倍以上大きいことが好ましい。本実施形態では、約４００ｎｍの直径を有する触媒層が形成されている。
【００３１】
カーボンナノチューブ２３は、ファンデルワールス力によって互いに引き付け合い、一度凝集すると、固まった状態を保ち続ける。結果として、カーボンナノチューブ２３の根部（下部）は、触媒層２２に強く付着して、カーボンナノチューブ２３が触媒層２２上に形成されたときの個数密度を保持しているのに反して、カーボンナノチューブ２３の上部は圧縮され、カーボンナノチューブ束２５の上部のカーボンナノチューブ２３の個数密度が増大する。
【００３２】
次に、図４Ｄに示すように、前記基板１０の上部に、層間絶縁膜３０が形成される。前記層間絶縁膜３０は、前記下部電極２１、前記触媒層２２、および前記カーボンナノチューブ束２５を覆うかまたは取り囲む。かような層間絶縁層３０は、酸化物、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）やスピンオングラス（ＳＯＧ：Ｓｐｉｎ−Ｏｎ−Ｇｌａｓｓ）などの酸化物絶縁体の有機前駆体によって形成されうる。層間絶縁膜３０がＳＯＧから形成される場合、スピンコート法を用いてＳＯＧが塗布された後、３回のベーク工程が必要である。第一段階は、ホットプレートで酸化物を６０℃に加熱する。第二段階は、ホットプレートで酸化物を１００℃に加熱する。第三段階は、酸化物をホットプレートで２５０℃に加熱する。所望の厚さを得るため、スピンコートおよび３段階のベーク工程を繰り返す。その後、炉で１時間の間４３０℃に加熱すれば、層間絶縁膜３０を得ることができる。
【００３３】
層間絶縁膜３０を完成させるために、多様な方法がさらに使用されうる。基板１０とカーボンナノチューブ束２５とを全て覆うように絶縁層が形成された後、カーボンナノチューブ束２５の上部を研磨することによって、カーボンナノチューブ束２５の上端部が露出される。研磨工程は、平坦化工程を意味する。平坦化工程の後、層間絶縁膜３０が完成する。もう一つの方法として、カーボンナノチューブ束２５が絶縁性物質によって覆われないように、絶縁層を選択的に形成する方法も可能である。層間絶縁膜３０が、絶縁体の前駆体から形成される場合には、熱分解または還元などの工程をさらに経ることができる。ＣＶＤ法が層間絶縁膜３０の形成に用いられる場合には、ＣＶＤ工程中にカーボンナノチューブが分解することを防ぐために、層間絶縁膜３０を形成する前に、スパッタリング法や真空蒸着法などにより、金属でカーボンナノチューブ２３の表面またはカーボンナノチューブ束２５の表面をコートする工程を追加することができる。
【００３４】
前記平坦化工程としては、化学的機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）工程が行われうる。本実施形態では、層間絶縁膜３０の上部は、アルミナパウダーを用いて、カーボンナノチューブ束２５の上端部が露出されるまで前記層間絶縁層３０の上面３１を研磨することにより平坦化される。露出されたカーボンナノチューブ束２５の上端部は、触媒層２２に固定されたカーボンナノチューブ２３の根部よりも、高い個数密度を有する。
【００３５】
次に、図４Ｅに示すように層間絶縁層３０の上面３１に、カーボンナノチューブ束２５の上端部と連結される上部電極４１が形成される。よって、前記カーボンナノチューブ束２５は、下部電極２１および上部電極４１を連結する、いわゆるコンタクトまたはインターコネクトのような層間配線を形成することになる。この場合、前記上部電極４１の表面と接触する前記カーボンナノチューブ束２５の上端部の直径は小さいように見えるが、カーボンナノチューブ束２５に含まれるカーボンナノチューブ２３の高い個数密度によって、前記カーボンナノチューブ束２５の電気的抵抗が非常に低くなり、これにより、カーボンナノチューブ束２５に電流が流れるときの電流密度を大幅に増大させることができる。かようなカーボンナノチューブから形成される層間配線は、その直径を数ｎｍ〜数十ｎｍに形成できるので、数ｎｍ〜数十ｎｍの直径を有する微細ビアホールにも適用できる。したがって、半導体素子の超高集積化が行われうる。前記上部電極４１は、半導体素子内の配線のための電極パターンであってもよく、半導体素子の上層に配置された構造物の一部分であってもよい。
【００３６】
以上、本発明による好ましい実施形態を説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当業者であれば、これから多様な変形および他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明のカーボンナノチューブを用いた半導体素子の層間配線およびその製造方法は、例えば、半導体素子関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態による半導体素子の層間配線を示す断面概略図である。
【図２Ａ】凝集する前のカーボンナノチューブを示すＳＥＭ写真である。
【図２Ｂ】凝集した後のカーボンナノチューブ束を示すＳＥＭ写真である。
【図３】湿式凝集方法を示す概略図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による半導体素子の層間配線の製造方法を示す断面概略図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態による半導体素子の層間配線の製造方法を示す断面概略図である。
【図４Ｃ】本発明の一実施形態による半導体素子の層間配線の製造方法を示す断面概略図である。
【図４Ｄ】本発明の一実施形態による半導体素子の層間配線の製造方法を示す断面概略図である。
【図４Ｅ】本発明の一実施形態による半導体素子の層間配線の製造方法を示す断面概略図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０ 基板、
２１ 下部電極、
２２ 触媒層、
２３ カーボンナノチューブ、
２４ カーボンナノチューブ群、
２５ カーボンナノチューブ束、
３０ 層間絶縁膜、
３１ 層間絶縁膜の上面、
４１ 上部電極、
５０ 液滴。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の層間配線およびその製造方法に係り、より詳しくは、高密度に凝集したカーボンナノチューブを用いて、電気抵抗を低下させ、電流密度を増大させることができる半導体素子の層間配線、および多数のカーボンナノチューブを高密度で凝集させる工程を含む該層間配線の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子、特に半導体メモリ素子は、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＰＲＡＭおよびＭＲＡＭなどの多様な種類を含む。かようなメモリ素子は、スイッチング素子として、一般的にＭＯＳ（金属酸化物半導体）トランジスタを含む。そして、メモリ素子は、コンタクトおよびインターコネクトなどの電子移動通路として働く配線が設けられる。最近、半導体素子の高集積化によって、配線を通る電流の量が増加することに反して、配線の線幅は狭くなっている。そのため、単位面積当たりの電流量、すなわち、電流密度は高くなる傾向にある。半導体素子の配線の電流密度は、近い将来劇的に増えると予想され、例えば、２０１０年までに約１０６Ａ／ｃｍ２に至るものと予想される。
【０００３】
従来、半導体素子には、主にアルミニウムまたは銅などの金属配線が使用されている。半導体素子の高集積化のためには、配線の線幅を狭めて電流密度を高めることが必須であるが、金属配線は、線幅を狭めて電流密度を高めることにおいて限界がある。それゆえ、前記のような理由により、金属配線を使用する半導体素子は、近い将来に、その高集積化が限界に達するものと予想される。
【０００４】
したがって、最近は、半導体素子の高集積化における金属配線によって生じる限界を克服するために、金属配線に比べて狭い線幅で高い電流密度を維持できるカーボンナノチューブの配線で金属配線を置き換えようとする取り組みが行われている。
【特許文献１】韓国特許出願公開第２００４−９４０６５号明細書
【特許文献２】韓国特許出願公開第２００３−１１３０号明細書
【非特許文献１】Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｏａｄｍａｐ ｆｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ２００３ Ｅｄｉｔｉｏｎ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、半導体素子の開発の現在の傾向は、より高集積の半導体素子を必要としているため、トラブルなしに高い電流密度を維持できる配線が必要とされており、半導体素子の配線がカーボンナノチューブに置き換わっても、カーボンナノチューブの電流密度を上げることが問題となる。
【０００６】
そこで、本発明は、電気抵抗を低減し、電流密度を増大させることができ、微細ビアホールにも適用可能であって半導体素子の超高集積化を達成できる半導体素子の層間配線構造およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記のような技術的課題を解決するために、本発明は、下部電極と、前記下部電極に電気的に連結されるように設けられるカーボンナノチューブ成長用の触媒層と、前記触媒層表面から上方に成長する多数のカーボンナノチューブで構成され、上端部の個数密度が下端部の個数密度より高いカーボンナノチューブ束と、前記カーボンナノチューブ束の周辺を取り囲む層間絶縁層と、前記層間絶縁層上に前記カーボンナノチューブ束の上端部と電気的に連結されるように配置される上部電極とを備える半導体素子の層間配線を提供する。
【０００８】
また、本発明は、下部電極を形成する段階と、前記下部電極に電気的に連結されるように触媒層を形成する段階と、前記触媒層の表面から多数のカーボンナノチューブを成長させる段階と、前記カーボンナノチューブの上部を凝集させて上端部の個数密度が下端部の個数密度より高いカーボンナノチューブ束を形成する段階と、前記下部電極が形成された層を覆いながら前記カーボンナノチューブ束を取り囲み、前記カーボンナノチューブ束の上端部だけを露出させる層間絶縁層を形成する段階と、前記カーボンナノチューブ束の上端部と接触される上部電極を形成する段階と、を含むことを特徴とする、カーボンナノチューブを用いた半導体素子の層間配線の製造方法を提供する。
【０００９】
前記カーボンナノチューブ束を形成する段階は、前記カーボンナノチューブの間に液滴を分布させ、前記液滴を蒸発させる段階を含むことが好ましい。この場合、多数の前記カーボンナノチューブの間に液滴を分布させる方法は、前記カーボンナノチューブを液体に浸漬する方法、または前記カーボンナノチューブに液体を噴射する豊富が好ましい。前記液滴は、その表面張力が、前記カーボンナノチューブの復元力より大きいことが好ましい。そのような表面張力を有する液体としては、蒸留水またはアルコールが好ましい。
【００１０】
前記層間絶縁層の形成段階は、前記下部電極が形成された層と前記カーボンナノチューブ束とを絶縁材料でコーティングする段階と、前記カーボンナノチューブ束の上端部が現れるように前記絶縁材料コーティングの上面を平坦化する段階とを含むことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による半導体素子の層間配線は、高密度のカーボンナノチューブを用いることにより、電気抵抗を低下させ、電流密度を増大させることができる。本発明による層間配線の製造方法は、高密度のカーボンナノチューブ束を備える半導体素子の層間配線を効率的に製造する方法である。また、本発明によれば、数十〜数百ナノメートルほどの超微細ビアホールにも適用可能であり、半導体素子の超高集積化を達成できる半導体素子の層間配線およびその製造方法が提供されうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付した図面に基づき、本発明の特徴的な構成について実施形態を挙げて詳細に説明する。まず、本発明によるカーボンナノチューブを用いた半導体素子の層間配線の構造について説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態による半導体素子の層間配線構造を示す断面概略図である。基板１０上に、下部電極２１が設けられている。触媒層２２は、前記下部電極２１の表面上に設けられ、その表面からカーボンナノチューブが成長する。カーボンナノチューブ束２５は、触媒層２２と上部電極４１との間に形成される。カーボンナノチューブ束２５は、電気的に下部電極２１と上部電極４１とを連結する層間配線である。
【００１４】
前記下部電極２１は、導電性材料から形成され、電極パターンの一部分であってもよく、層間配線によって連結される下層構造の一部分であってもよい。
【００１５】
前記下部電極２１の表面には、表面からカーボンナノチューブを成長させる触媒層２２が設けられる。多数のカーボンナノチューブ２３は、触媒層２２の表面から上方に成長する。カーボンナノチューブ束２５は、多数のカーボンナノチューブ２３で形成される。前記カーボンナノチューブ束２５の上端部は、上部電極４１と接触し、前記カーボンナノチューブ束２５の下端部は、下部電極２１と接触している。図１に示すように、カーボンナノチューブ２３のそれぞれの下端部は、触媒層２２に固定されており、カーボンナノチューブ２３が成長すると、互いに密接になるように移動する。それゆえ、カーボンナノチューブ束２５の全体は、シリンダー状というよりむしろ円錐状になる。前記カーボンナノチューブ束２５の上端部の直径（またはサイズ）は、前記カーボンナノチューブ束２５の下端部の直径（またはサイズ）より小さい。したがって、前記カーボンナノチューブ束２５の上部のカーボンナノチューブ２３の個数密度は、前記カーボンナノチューブ束２５の下部のカーボンナノチューブ２３の個数密度より高い。前記カーボンナノチューブ束２５の下部のカーボンナノチューブ２３の個数密度は、触媒金属の粒径などのカーボンナノチューブの成長条件によって決定される。
【００１６】
カーボンナノチューブ束２５の位置およびサイズ（または直径）は、前記触媒層２２の位置およびサイズ（または直径）により決定される。前記触媒層２２の直径は、前記触媒層２２に対する上部電極４１の整列公差を考慮し、通常、カーボンナノチューブ束２５の直径より大きく設定される。例えば、上端部の直径が２４０ｎｍであるカーボンナノチューブ束２５を形成する場合、触媒層２２の直径は、約４００ｎｍほどである。
【００１７】
前記触媒層２２は、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、イットリウム（Ｙ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、およびこれら金属の合金からなる群より選択される少なくとも１つの物質を含むことが好ましい。
【００１８】
前記カーボンナノチューブ束２５は、層間絶縁層３０によって取り囲まれており、前記カーボンナノチューブ束２５の上端部が、上部電極４１と接触するように前記層間絶縁層３０の上面に露出されている。このように露出されている前記カーボンナノチューブ束２５の上端部には、上部電極４１が設けられる。前記上部電極４１は、前述した下部電極２１と同様に導電性材料から形成され、電極パターンの一部分であってもよく、層間配線によって下層構造と連結される上層構造の一部分であってもよい。
【００１９】
カーボンナノチューブ２３が成長する触媒層２２のサイズ（または面積）が制御されうるため、前記触媒層２２から成長するカーボンナノチューブ２３の数も、効果的に制御されうる。例えば、カーボンナノチューブ２３を流れる電流量を増大させるために、カーボンナノチューブ２３の数は、触媒層２２の面積を増大させることによって大幅に増やすことができる。
【００２０】
以下、本発明のカーボンナノチューブを用いた半導体素子の層間配線の製造方法について、好ましい実施形態を挙げながら、さらに詳細に説明する。
【００２１】
図２Ａは、凝集する前のカーボンナノチューブを示すＳＥＭ写真である。カーボンナノチューブは、触媒層の表面から実質的にまっすぐ成長している。図２Ｂは、凝集した後のカーボンナノチューブを示すＳＥＭ写真である。カーボンナノチューブの上部は、互いに集まっている。図２Ｂに示すように、一つの触媒層表面から成長された多数のカーボンナノチューブは、その中心部に凝集されて一つの束を形成できる。
【００２２】
図３は、多数のカーボンナノチューブを凝集させる方法の一例である、湿式凝集方法を示す概略図である。まず、多数のカーボンナノチューブ２３を成長させることによって、カーボンナノチューブ群２４が形成される。前記カーボンナノチューブ群２４において、カーボンナノチューブ群２４の根部（下部）のカーボンナノチューブ２３の個数密度は、それぞれのカーボンナノチューブ２３が成長する触媒金属粒子の密度によって決定される。触媒金属粒子の密度は、触媒金属粒子の間の間隔によって決定されうる。次に、カーボンナノチューブ２３の間に、液滴５０が分布される。液滴５０は、多数のカーボンナノチューブ２３の表面に吸着される。前記液滴５０中に含まれる液体を蒸発させると、液滴５０によって小さくなった表面張力が高くなるため、隣接したカーボンナノチューブ２３は互いに凝集する。カーボンナノチューブ２３の間の液滴５０は、また小さくなる。
【００２３】
前記液滴５０が全て蒸発して消えた後でも、ファンデルワールス力によって、カーボンナノチューブ２３の塊が維持されている。結果として、カーボンナノチューブ群２４の下部のカーボンナノチューブ２３の個数密度が実質的に変化しないことに反して、カーボンナノチューブ群２４の下部のカーボンナノチューブ２３の個数密度は増加する。
【００２４】
図４Ａ〜図４Ｅは、本発明の一実施形態による半導体素子の層間配線の製造方法を示す断面概略図である。
【００２５】
図４Ａを参照すると、下部電極２１は基板１０上に形成され、炭素ナノチューブの形成を促進する触媒層２２が、下部電極２１上に形成されている。基板１０としては、例えば、シリコンウェハまたはガラスなどを用いることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、前記基板１０は、カーボンナノチューブが成長できる半導体素子のいかなる層であってもよい。図４Ａは、下部電極２１上に形成された触媒層２２を示しているが、本発明は、この構造に限定されるものではない。換言すれば、前記触媒層は、下部電極２１の上部に触媒層２２を形成する必要はなく、前記触媒層２２と前記下部電極２１との電気的な連結を維持することが必要である。例えば、前記触媒層２２は、基板１０の上部に形成されてもよく、前記触媒層２２と前記下部電極２１との間の電気的連結を維持するように、前記触媒層２２の一部分だけが前記下部電極２１と接触してもよい。
【００２６】
前記触媒層２２は、ニッケル、鉄、コバルト、白金、モリブデン、タングステン、イットリウム、金、パラジウム、およびこれら金属の合金からなる群より選択される少なくとも１つの物質から形成されることが好ましい。また、かような触媒層２２は、マグネトロンスパッタリング法または電子ビーム蒸着法によって形成されることが好ましいが、本発明がこれらに限定されるものではない。例えば、前記触媒層２２は、粉末状態の遷移金属触媒を、前記下部電極２１上に塗布する方法によって形成されてもよい。
【００２７】
次に、図４Ｂに示すように、前記触媒層２２上に多数のカーボンナノチューブ２３を成長させる。前記カーボンナノチューブ２３を成長させる方法としては、熱化学気相成長法（ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ｔｈｅｒｍａｌ ＣＶＤ）を用いることができる。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、プラズマ化学気相成長法（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＥＣＶＤ）などの触媒層２２の表面に、多数のカーボンナノチューブ２３を成長させることができるいかなる方法も用いることができる。
【００２８】
例えば、熱化学気相成長法を用いる場合、カーボンナノチューブ２３の成長工程は、約４００〜９００℃の温度が維持される反応器内で、所定の組成比で一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ２）とが混合された混合ガスの雰囲気下で行われることが好ましい。しかしながら、本発明がこれに限定されるものではなく、かようなカーボンナノチューブ２３は、メタン（ＣＨ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、一酸化炭素、および二酸化炭素（ＣＯ２）などの少なくとも１種の炭素含有ガスと、水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、およびアルゴン（Ａｒ）の少なくとも１種のガスとを反応器に注入することによって形成されうる。
【００２９】
その次に、図４Ｃに示すように、多数のカーボンナノチューブ２３を蒸留水、またはイソプロパノールなどのアルコールなどの大きい表面張力を有する液体に浸し、乾燥させる。カーボンナノチューブ２３間に多数の液滴が分布され、前記液滴によって生じる表面張力によってカーボンナノチューブ２３が互いに凝集する。このとき、カーボンナノチューブ２３間に液滴を分布させる方法としては、前述のような基板１０を液体に浸漬する方法だけではなく、前記基板１０に液体を噴射する方法など、多様な方法を用いることができる。
【００３０】
カーボンナノチューブ２３を互いに凝集させるために、前記液滴は、前記カーボンナノチューブ２３の復元力より大きい表面張力を生じさせることが好ましい。ここで、カーボンナノチューブの復元力とは、カーボンナノチューブが変形した状態から解放された時に、カーボンナノチューブを元の状態に戻すために必要な弾性力を意味する。しかしながら、前記表面張力は強い必要はなく、
上述のように、触媒層２２の直径やサイズは、カーボンナノチューブ束２５の直径またはサイズの上限値より大きく設計することが好ましい。触媒層のサイズは、以後の工程で実施される複数回の光学エッチング工程での整列公差を考慮して、カーボンナノチューブ２５のサイズの上限値より２倍以上大きいことが好ましい。本実施形態では、約４００ｎｍの直径を有する触媒層が形成されている。
【００３１】
カーボンナノチューブ２３は、ファンデルワールス力によって互いに引き付け合い、一度凝集すると、固まった状態を保ち続ける。結果として、カーボンナノチューブ２３の根部（下部）は、触媒層２２に強く付着して、カーボンナノチューブ２３が触媒層２２上に形成されたときの個数密度を保持しているのに反して、カーボンナノチューブ２３の上部は圧縮され、カーボンナノチューブ束２５の上部のカーボンナノチューブ２３の個数密度が増大する。
【００３２】
次に、図４Ｄに示すように、前記基板１０の上部に、層間絶縁膜３０が形成される。前記層間絶縁膜３０は、前記下部電極２１、前記触媒層２２、および前記カーボンナノチューブ束２５を覆うかまたは取り囲む。かような層間絶縁層３０は、酸化物、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）やスピンオングラス（ＳＯＧ：Ｓｐｉｎ−Ｏｎ−Ｇｌａｓｓ）などの酸化物絶縁体の有機前駆体によって形成されうる。層間絶縁膜３０がＳＯＧから形成される場合、スピンコート法を用いてＳＯＧが塗布された後、３回のベーク工程が必要である。第一段階は、ホットプレートで酸化物を６０℃に加熱する。第二段階は、ホットプレートで酸化物を１００℃に加熱する。第三段階は、酸化物をホットプレートで２５０℃に加熱する。所望の厚さを得るため、スピンコートおよび３段階のベーク工程を繰り返す。その後、炉で１時間の間４３０℃に加熱すれば、層間絶縁膜３０を得ることができる。
【００３３】
層間絶縁膜３０を完成させるために、多様な方法がさらに使用されうる。基板１０とカーボンナノチューブ束２５とを全て覆うように絶縁層が形成された後、カーボンナノチューブ束２５の上部を研磨することによって、カーボンナノチューブ束２５の上端部が露出される。研磨工程は、平坦化工程を意味する。平坦化工程の後、層間絶縁膜３０が完成する。もう一つの方法として、カーボンナノチューブ束２５が絶縁性物質によって覆われないように、絶縁層を選択的に形成する方法も可能である。層間絶縁膜３０が、絶縁体の前駆体から形成される場合には、熱分解または還元などの工程をさらに経ることができる。ＣＶＤ法が層間絶縁膜３０の形成に用いられる場合には、ＣＶＤ工程中にカーボンナノチューブが分解することを防ぐために、層間絶縁膜３０を形成する前に、スパッタリング法や真空蒸着法などにより、金属でカーボンナノチューブ２３の表面またはカーボンナノチューブ束２５の表面をコートする工程を追加することができる。
【００３４】
前記平坦化工程としては、化学的機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）工程が行われうる。本実施形態では、層間絶縁膜３０の上部は、アルミナパウダーを用いて、カーボンナノチューブ束２５の上端部が露出されるまで前記層間絶縁層３０の上面３１を研磨することにより平坦化される。露出されたカーボンナノチューブ束２５の上端部は、触媒層２２に固定されたカーボンナノチューブ２３の根部よりも、高い個数密度を有する。
【００３５】
次に、図４Ｅに示すように層間絶縁層３０の上面３１に、カーボンナノチューブ束２５の上端部と連結される上部電極４１が形成される。よって、前記カーボンナノチューブ束２５は、下部電極２１および上部電極４１を連結する、いわゆるコンタクトまたはインターコネクトのような層間配線を形成することになる。この場合、前記上部電極４１の表面と接触する前記カーボンナノチューブ束２５の上端部の直径は小さいように見えるが、カーボンナノチューブ束２５に含まれるカーボンナノチューブ２３の高い個数密度によって、前記カーボンナノチューブ束２５の電気的抵抗が非常に低くなり、これにより、カーボンナノチューブ束２５に電流が流れるときの電流密度を大幅に増大させることができる。かようなカーボンナノチューブから形成される層間配線は、その直径を数ｎｍ〜数十ｎｍに形成できるので、数ｎｍ〜数十ｎｍの直径を有する微細ビアホールにも適用できる。したがって、半導体素子の超高集積化が行われうる。前記上部電極４１は、半導体素子内の配線のための電極パターンであってもよく、半導体素子の上層に配置された構造物の一部分であってもよい。
【００３６】
以上、本発明による好ましい実施形態を説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当業者であれば、これから多様な変形および他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明のカーボンナノチューブを用いた半導体素子の層間配線およびその製造方法は、例えば、半導体素子関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態による半導体素子の層間配線を示す断面概略図である。
【図２Ａ】凝集する前のカーボンナノチューブを示すＳＥＭ写真である。
【図２Ｂ】凝集した後のカーボンナノチューブ束を示すＳＥＭ写真である。
【図３】湿式凝集方法を示す概略図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による半導体素子の層間配線の製造方法を示す断面概略図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態による半導体素子の層間配線の製造方法を示す断面概略図である。
【図４Ｃ】本発明の一実施形態による半導体素子の層間配線の製造方法を示す断面概略図である。
【図４Ｄ】本発明の一実施形態による半導体素子の層間配線の製造方法を示す断面概略図である。
【図４Ｅ】本発明の一実施形態による半導体素子の層間配線の製造方法を示す断面概略図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０ 基板、
２１ 下部電極、
２２ 触媒層、
２３ カーボンナノチューブ、
２４ カーボンナノチューブ群、
２５ カーボンナノチューブ束、
３０ 層間絶縁膜、
３１ 層間絶縁膜の上面、
４１ 上部電極、
５０ 液滴。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部電極と、
前記下部電極と電気的に連結されるように設けられるカーボンナノチューブ成長用の触媒層と、
前記触媒層表面から上方に成長する多数のカーボンナノチューブで構成され、上端部の個数密度が下端部の個数密度より高いカーボンナノチューブ束と、
前記カーボンナノチューブ束を取り囲む層間絶縁層と、
前記層間絶縁層上に前記カーボンナノチューブ束の上端部と電気的に連結されるように配置される上部電極と、
を備えることを特徴とする、カーボンナノチューブを用いた半導体素子の層間配線。
【請求項２】
前記触媒層は、ニッケル、鉄、コバルト、白金、モリブデン、タングステン、イットリウム、金、パラジウム、およびこれら金属の合金からなる群より選択される少なくとも１つの物質を含むことを特徴とする、請求項１に記載の半導体素子の層間配線。
【請求項３】
下部電極を形成する段階と、
前記下部電極に電気的に連結されるように触媒層を形成する段階と、
前記触媒層の表面から多数のカーボンナノチューブを成長させる段階と、
前記カーボンナノチューブの上部を凝集させて上端部の個数密度が下端部の個数密度より高いカーボンナノチューブ束を形成する段階と、
前記下部電極が形成された層を覆いながら前記カーボンナノチューブ束を取り囲み、前記カーボンナノチューブ束の上端部だけを露出させる層間絶縁層を形成する段階と、
前記カーボンナノチューブ束の上端部と接触する上部電極を形成する段階と、
を含むことを特徴とする、カーボンナノチューブを用いた半導体素子の層間配線の製造方法。
【請求項４】
前記触媒層は、ニッケル、鉄、コバルト、白金、モリブデン、タングステン、イットリウム、金、パラジウム、およびこれら金属の合金からなる群より選択される少なくとも１つの物質を含むことを特徴とする、請求項３に記載の半導体素子の層間配線の製造方法。
【請求項５】
前記触媒層は、マグネトロンスパッタリング法または電子ビーム蒸着法によって形成されることを特徴とする、請求項３または４に記載の半導体素子の層間配線の製造方法。
【請求項６】
前記層間絶縁層を形成する段階は、
前記下部電極が形成された層を覆い前記カーボンナノチューブ束取り囲む絶縁層を形成する段階と、
前記カーボンナノチューブ束の上端部が露出されるまで前記絶縁層の上面を平坦化する段階と、
を含むことを特徴とする、請求項３〜５のいずれか１項に記載の半導体素子の層間配線の製造方法。
【請求項７】
前記絶縁層を形成する段階は、前記絶縁層の材料の前駆体を用いることを特徴とする、請求項６に記載の半導体素子の層間配線の製造方法。
【請求項８】
前記層間絶縁層を形成する段階の前に、前記カーボンナノチューブの表面を金属でコーティングする段階をさらに含むことを特徴とする、請求項３〜７のいずれか１項に記載の半導体素子の層間配線の製造方法。
【請求項９】
前記カーボンナノチューブ束を形成する段階は、前記カーボンナノチューブの間に液滴を分布させ、前記液滴を蒸発させる段階を含むことを特徴とする、請求項３〜８のいずれか１項に記載の半導体素子の層間配線の製造方法。
【請求項１０】
前記カーボンナノチューブを液体に浸漬し、前記カーボンナノチューブの間に液滴を分布させることを特徴とする、請求項９に記載の半導体素子の層間配線の製造方法。
【請求項１１】
前記カーボンナノチューブに液体を噴射し、前記カーボンナノチューブの間に液滴を分布させることを特徴とする請求項９に記載の半導体素子の層間配線の製造方法。
【請求項１２】
前記液滴は、前記カーボンナノチューブの復元力より大きい表面張力を有することを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の半導体素子の層間配線の製造方法。
【請求項１３】
前記液滴は、蒸留水またはアルコールを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の半導体素子の層間配線の製造方法。
【請求項１】
下部電極と、
前記下部電極と電気的に連結されるように設けられるカーボンナノチューブ成長用の触媒層と、
前記触媒層表面から上方に成長する多数のカーボンナノチューブで構成され、上端部の個数密度が下端部の個数密度より高いカーボンナノチューブ束と、
前記カーボンナノチューブ束を取り囲む層間絶縁層と、
前記層間絶縁層上に前記カーボンナノチューブ束の上端部と電気的に連結されるように配置される上部電極と、
を備えることを特徴とする、カーボンナノチューブを用いた半導体素子の層間配線。
【請求項２】
前記触媒層は、ニッケル、鉄、コバルト、白金、モリブデン、タングステン、イットリウム、金、パラジウム、およびこれら金属の合金からなる群より選択される少なくとも１つの物質を含むことを特徴とする、請求項１に記載の半導体素子の層間配線。
【請求項３】
下部電極を形成する段階と、
前記下部電極に電気的に連結されるように触媒層を形成する段階と、
前記触媒層の表面から多数のカーボンナノチューブを成長させる段階と、
前記カーボンナノチューブの上部を凝集させて上端部の個数密度が下端部の個数密度より高いカーボンナノチューブ束を形成する段階と、
前記下部電極が形成された層を覆いながら前記カーボンナノチューブ束を取り囲み、前記カーボンナノチューブ束の上端部だけを露出させる層間絶縁層を形成する段階と、
前記カーボンナノチューブ束の上端部と接触する上部電極を形成する段階と、
を含むことを特徴とする、カーボンナノチューブを用いた半導体素子の層間配線の製造方法。
【請求項４】
前記触媒層は、ニッケル、鉄、コバルト、白金、モリブデン、タングステン、イットリウム、金、パラジウム、およびこれら金属の合金からなる群より選択される少なくとも１つの物質を含むことを特徴とする、請求項３に記載の半導体素子の層間配線の製造方法。
【請求項５】
前記触媒層は、マグネトロンスパッタリング法または電子ビーム蒸着法によって形成されることを特徴とする、請求項３または４に記載の半導体素子の層間配線の製造方法。
【請求項６】
前記層間絶縁層を形成する段階は、
前記下部電極が形成された層を覆い前記カーボンナノチューブ束取り囲む絶縁層を形成する段階と、
前記カーボンナノチューブ束の上端部が露出されるまで前記絶縁層の上面を平坦化する段階と、
を含むことを特徴とする、請求項３〜５のいずれか１項に記載の半導体素子の層間配線の製造方法。
【請求項７】
前記絶縁層を形成する段階は、前記絶縁層の材料の前駆体を用いることを特徴とする、請求項６に記載の半導体素子の層間配線の製造方法。
【請求項８】
前記層間絶縁層を形成する段階の前に、前記カーボンナノチューブの表面を金属でコーティングする段階をさらに含むことを特徴とする、請求項３〜７のいずれか１項に記載の半導体素子の層間配線の製造方法。
【請求項９】
前記カーボンナノチューブ束を形成する段階は、前記カーボンナノチューブの間に液滴を分布させ、前記液滴を蒸発させる段階を含むことを特徴とする、請求項３〜８のいずれか１項に記載の半導体素子の層間配線の製造方法。
【請求項１０】
前記カーボンナノチューブを液体に浸漬し、前記カーボンナノチューブの間に液滴を分布させることを特徴とする、請求項９に記載の半導体素子の層間配線の製造方法。
【請求項１１】
前記カーボンナノチューブに液体を噴射し、前記カーボンナノチューブの間に液滴を分布させることを特徴とする請求項９に記載の半導体素子の層間配線の製造方法。
【請求項１２】
前記液滴は、前記カーボンナノチューブの復元力より大きい表面張力を有することを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の半導体素子の層間配線の製造方法。
【請求項１３】
前記液滴は、蒸留水またはアルコールを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の半導体素子の層間配線の製造方法。
【図１】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【公開番号】特開２００８−１６８４９（Ｐ２００８−１６８４９Ａ）
【公開日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１７５５８９（Ｐ２００７−１７５５８９）
【出願日】平成１９年７月３日（２００７．７．３）
【出願人】（５９０００２８１７）三星エスディアイ株式会社 (2,784)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月３日（２００７．７．３）
【出願人】（５９０００２８１７）三星エスディアイ株式会社 (2,784)
【Ｆターム（参考）】
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