カーボンナノチューブ配線の製造方法
【課題】配線構造における電気特性の向上を図る。
【解決手段】カーボンナノチューブ配線の製造方法は、第１導電層２００上に、絶縁膜１８を形成し、前記絶縁膜内に、前記絶縁膜を貫通するホール４０を形成し、前記ホール内の底面の前記第１導電層上および前記ホール内の側面の前記絶縁膜上に、触媒下地膜１９を形成し、前記ホール内の側面の前記触媒下地膜上に、触媒不活性膜２０を形成し、前記ホール内の底面の前記触媒下地膜上および前記ホール内の側面の前記触媒不活性膜上に、触媒膜２１を形成し、前記ホール内の底面の前記触媒膜上から複数のカーボンナノチューブ２２を成長させる。
【解決手段】カーボンナノチューブ配線の製造方法は、第１導電層２００上に、絶縁膜１８を形成し、前記絶縁膜内に、前記絶縁膜を貫通するホール４０を形成し、前記ホール内の底面の前記第１導電層上および前記ホール内の側面の前記絶縁膜上に、触媒下地膜１９を形成し、前記ホール内の側面の前記触媒下地膜上に、触媒不活性膜２０を形成し、前記ホール内の底面の前記触媒下地膜上および前記ホール内の側面の前記触媒不活性膜上に、触媒膜２１を形成し、前記ホール内の底面の前記触媒膜上から複数のカーボンナノチューブ２２を成長させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、カーボンナノチューブ配線の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最先端デバイスに用いられるＬＳＩ配線構造において、その配線およびビア径の微細化が進んでいる。
【０００３】
ＬＳＩ配線のビア材料として、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ：Carbon Nanotube）を適用する開発が世界的に行われている。カーボンナノチューブは、種々のナノ構造の違いにより、様々な量子効果を発現し、絶縁体／半導体／導体に作り分けることが可能である。特に、導体としてカーボンナノチューブが形成された場合、量子化伝導(バリスティック伝導)が期待される。このため、カーボンナノチューブは、既存の金属材料(例えば、Ｃｕ配線)に替わる超低抵抗材料として利用することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Jpn. J. Appl. Phys. 47 2008, pp. 2024-2027
【非特許文献２】Proc. IEEE Int. Interconnect Technology Conf., 2006, pp. 230
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
配線構造における電気特性の向上を図るカーボンナノチューブ配線の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態によるカーボンナノチューブ配線の製造方法は、第１導電層上に、絶縁膜を形成し、前記絶縁膜内に、前記絶縁膜を貫通するホールを形成し、前記ホール内の底面の前記第１導電層上および前記ホール内の側面の前記絶縁膜上に、触媒下地膜を形成し、前記ホール内の側面の前記触媒下地膜上に、触媒不活性膜を形成し、前記ホール内の底面の前記触媒下地膜上および前記ホール内の側面の前記触媒不活性膜上に、触媒膜を形成し、前記ホール内の底面の前記触媒膜上から複数のカーボンナノチューブを成長させる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の構造を示す断面図。
【図２】第１の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図３】図２に続く、第１の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図４】図３に続く、第１の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図５】図４に続く、第１の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図６】図５に続く、第１の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図７】第２の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図８】図７に続く、第２の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図９】図８に続く、第２の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図１０】第３の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の構造を示す断面図。
【図１１】第３の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図１２】図１１に続く、第３の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図１３】第４の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図１４】図１３に続く、第４の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図１５】図１４に続く、第４の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図１６】第５の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図１７】図１６に続く、第５の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図１８】図１７に続く、第５の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図１９】第６の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図２０】図１９に続く、第６の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図２１】第６の実施形態に関連するカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図２２】第６の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本実施形態を以下に図面を参照して説明する。図面において、同一部分には同一の参照符号を付す。
【０００９】
＜第１の実施形態＞
以下に、図１乃至図６を用いて、第１の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の構造および製造方法について説明する。第１の実施形態は、ビアホール内の側面に触媒不活性膜を形成することにより、ビアホール内の側面からのカーボンナノチューブの成長速度を低下させる例である。
【００１０】
［構造］
図１は、第１の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の断面図を示している。
【００１１】
図１に示すように、配線構造の一例として、図示せぬトランジスタやキャパシタ等の半導体素子が形成された基板１０上に、コンタクト層１００、第１配線層２００、ビア層３００、第２配線層４００が形成されている。
【００１２】
コンタクト層１００は、基板１０上に形成されている。コンタクト層１００は、コンタクト層絶縁膜１１およびコンタクト１２で構成されている。
【００１３】
コンタクト層絶縁膜１１は、基板１０上に形成され、例えばＴＥＯＳ（Tetraethoxysilane）で構成されている。コンタクト１２は、コンタクト層絶縁膜１１内に形成され、基板１０に形成された半導体素子と後述する第１配線層２００とを電気的に接続している。コンタクト１２の導電材料は、例えばＷ、ＣｕまたはＡｌの単体金属で構成されている。また、コンタクト１２の導電材料金属の拡散を防止するために、コンタクト１２とコンタクト層絶縁膜１１との間に図示せぬバリアメタルを有してもよい。バリアメタルは、例えばＴａ、Ｔｉ、Ｒｕ、ＭｎまたはＣｏ、あるいはこれらの窒化物で構成される。
【００１４】
第１配線層２００は、コンタクト層１００上に形成されている。第１配線層２００は、ストッパ膜１３、配線層絶縁膜１４、バリアメタル１５および下層配線１６で構成されている。
【００１５】
ストッパ膜１３は、コンタクト層１００上に形成され、例えばＳｉＣＮなどの配線層絶縁膜１４に対して加工選択比の高い材料で構成されている。なお、配線層絶縁膜１４とコンタクト層絶縁膜１１との加工選択比が十分に高い場合、ストッパ膜１３は形成されなくてもよい。配線層絶縁膜１４は、ストッパ膜１３上に形成され、例えばＳｉＯＣで構成されている。この配線層絶縁膜１４は、誘電率を下げるためにポア(微小空ホール)を含む膜であってもよい。下層配線１６は、配線層絶縁膜１４内にバリアメタル１５を介して形成されている。下層配線１６の導電材料は、例えばＷ、ＣｕまたはＡｌの単体金属、あるいはポリシリコンで構成されている。また、バリアメタル１５は、例えばＴａ、Ｔｉ、Ｒｕ、ＭｎまたはＣｏ、あるいはこれらの窒化物や酸化物で構成されている。
【００１６】
ビア層３００は、第１配線層２００上に形成されている。ビア層３００はストッパ膜１７、ビア層絶縁膜１８、およびビア３１０で構成されている。
【００１７】
ストッパ膜１７は、第１配線層２００上に形成され、例えばＳｉＣＮなどのビア層絶縁膜１８に対して加工選択比の高い材料で構成されている。なお、ビア層絶縁膜１８と配線層絶縁膜１４との加工選択比が十分に高い場合、ストッパ膜１７は形成されなくてもよい。ビア層絶縁膜１８は、ストッパ膜１３上に形成され、例えばＳｉＯＣで構成されている。このビア層絶縁膜１８は、誘電率を下げるためにポア(微小空ホール)を含む膜であってもよい。また、ビア層絶縁膜１８上に、保護膜となる図示せぬキャップ膜が形成されてもよい。このキャップ膜は、例えばＳｉＯ２やＳｉＯＣで構成される。なお、ビア層絶縁膜１８が例えばＴＥＯＳやポア(微小空ホール)を含まないＳｉＯＣの場合、キャップ膜は形成されなくてもよい。
【００１８】
ビア３１０は、ビア層絶縁膜１８を貫通するビアホール４０内に形成され、第１配線層２００と後述する第２配線層４００とを電気的に接続している。具体的には、ビア３１０は、ビアホール４０内に形成された触媒下地膜１９、触媒不活性膜２０、触媒膜２１および複数のカーボンナノチューブ２２で構成されている。
【００１９】
触媒下地膜１９は、ビアホール４０内の底面の第１配線層２００上およびビアホール４０内の側面のビア層絶縁膜１８上に形成されている。触媒下地膜１９は、例えばＴａＮ膜／ＴｉＮ膜の積層膜、またはＴａＮ膜／Ｔｉ膜の積層膜で構成されている。ＴａＮ膜は、ビアホール４０内の表面に形成され、その膜厚は例えば５ｎｍ程度である。このＴａＮ膜は、下層配線１６のＣｕとカーボンナノチューブ２２の成長のための触媒膜２１のＣｏとの相互拡散を防止する拡散バリア性を有する。また、ＴａＮ膜は、カーボンナノチューブ２２の成長を促進させる助触媒効果を有する。ＴｉＮ膜またはＴｉ膜は、ＴａＮ膜上に形成され、その膜厚は例えば５ｎｍ程度である。ＴｉＮ膜またはＴｉ膜は、カーボンナノチューブ２２の端面をＴｉ炭化物として終端させる役割を有する。これにより、良好なカーボンナノチューブ２２の界面コンタクトを形成することができる。また、ＴｉＮ膜またはＴｉ膜は、カーボンナノチューブ２２の成長を促進させる助触媒効果を有する。
【００２０】
なお、下層配線１６がＣｕ以外の場合、触媒下地膜１９においてＴａＮ膜は形成されなくてもよい。この場合、触媒下地膜１９は、ＴｉＮ膜の単層膜、またはＴｉ膜／ＴｉＮ膜の積層膜で構成される。具体的には、下層配線１６が例えばＷである場合、触媒下地膜１９はＴｉＮ膜の単層膜で構成されることが望ましい。一方、下層配線１６が例えばポリシリコンである場合、触媒下地膜１９はＴｉ／ＴｉＮの積層膜で構成されることが望ましい。
【００２１】
このように、触媒下地膜１９は、触媒膜２１の触媒としての効果を向上させるとともに、拡散バリア性を有し、また良好なカーボンナノチューブ２２の界面コンタクトを形成することで、配線の電気特性も向上させている。
【００２２】
触媒不活性膜２０は、ビアホール４０内の側面の触媒下地膜１９上に形成されている。この触媒不活性膜２０は、後述する触媒膜２１の触媒作用を不活性化させ、カーボンナノチューブ２２の成長を阻害する、あるいは成長速度を低下させる材料で構成されている。具体的には、触媒不活性膜２０は、例えばＳｉ（例えばポリシリコン、アモルファスシリコン）、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、ＲｕまたはＮｉＳｉで構成されている。この触媒不活性膜２０は、ビアホール４０内の底面には形成されず、側面のみに形成されているため、側面からのカーボンナノチューブ２２の成長を阻害する、あるいは成長速度を低下させる。
【００２３】
例えば、触媒不活性膜２０がＳｉＮである場合、触媒下地膜１９と触媒膜２１とが接触しないため、カーボンナノチューブ２２の成長を阻害する、あるいは成長速度を低下させる。また、例えば、触媒不活性膜２０がＳｉまたはＲｕである場合、触媒下地膜１９と触媒膜２１とが接触しないだけでなく、触媒不活性膜２０が触媒膜２１と反応して触媒膜２１の触媒作用を低下させる。これにより、よりカーボンナノチューブ２２の成長を阻害する、あるいは成長速度を低下させる。
【００２４】
触媒膜２１は、ビアホール４０内の触媒下地膜１９および触媒不活性膜２０上に形成されている。具体的には、触媒膜２１は、ビアホール４０内の底面において触媒下地膜１９上に形成され、側面において触媒不活性膜２０上に形成されている。触媒膜２１は、カーボンナノチューブ２２の本触媒であり、例えばＣｏ、ＮｉまたはＦｅで構成されている。また、触媒膜２１は、分散状態で不連続に形成されていることが望ましい。これにより、ビアホール４０内に高密度にカーボンナノチューブ２２を成長させることができる。
【００２５】
複数のカーボンナノチューブ２２は、ビアホール４０内の底面の触媒膜２１上から垂直方向に伸びて（成長して）形成され、ビアホール４０を埋め込むように形成されている。すなわち、カーボンナノチューブ２２は、一端がビアホール４０内の底面の触媒膜２１に接し、他端が後述する第２配線層４００に接して形成されている。これにより、カーボンナノチューブ２２は、第１配線層２００と第２配線層４００とを電気的に接続している。これは、ビアホール４０内の側面のみに触媒不活性膜２０が形成されることで、ビアホール４０内の側面からのカーボンナノチューブ２２の成長が抑制されるためである。
【００２６】
第２配線層４００は、ビア層３００上に形成されている。第２配線層４００は、ストッパ膜２３、配線層絶縁膜２４、バリアメタル２５および上層配線２６で構成され、第１配線層２００と同様の構造を有している。
【００２７】
ストッパ膜２３は、ビア層３００上に形成され、例えばＳｉＣＮなどの配線層絶縁膜２４に対して加工選択比の高い材料で構成されている。なお、配線層絶縁膜２４とビア層絶縁膜１８との加工選択比が十分に高い場合、ストッパ膜２３は形成されなくてもよい。配線層絶縁膜２４は、ストッパ膜２３上に形成され、例えばＳｉＯＣで構成されている。この配線層絶縁膜２４は、誘電率を下げるためにポア(微小空ホール)を含む膜であってもよい。上層配線２６は、配線層絶縁膜２４内にバリアメタル２５を介して形成されている。上層配線２６の導電材料は、例えばＷ、ＣｕまたはＡｌの単体金属、あるいはポリシリコンで構成されている。また、バリアメタル２５は、例えばＴａ、Ｔｉ、Ｒｕ、ＭｎまたはＣｏ、あるいはこれらの窒化物や酸化物で構成されている。
【００２８】
なお、図１において、配線構造が２層の配線層（第１配線層２００、第２配線層４００）を有する場合を示したが、３層以上の配線層を有してもよい。また、ここで、カーボンナノチューブ２２が第１配線層２００と第２配線層４００との間のビア３１０として用いられているが、基板１０と第１配線層２００との間のコンタクト１００として用いられてもよい。
【００２９】
［製造方法］
図２乃至図６は、第１の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程の断面図を示している。
【００３０】
まず、図２（ａ）に示すように、半導体素子が形成された基板１０上に、コンタクト層１００が形成される。具体的には、基板１０上に例えばＣＶＤ（Chemical vapor deposition）法によりコンタクト層絶縁膜１１が形成され、このコンタクト層絶縁膜１１に例えばリソグラフィ法によりコンタクトホールが形成される。このコンタクトホールに、例えばＣＶＤ法によりコンタクト１２が埋め込まれる。このとき、コンタクト１２の導電材料金属の拡散を防止するために、コンタクトホールの表面に、図示せぬバリアメタルを形成してもよい。
【００３１】
次に、コンタクト層１００上に、第１配線層２００が形成される。具体的には、コンタクト層１００上に、例えばＣＶＤ法によりストッパ膜１３が形成される。このストッパ膜１３により、第１配線層２００のＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法による加工の深さが均一に揃えられる。なお、配線層絶縁膜１４とコンタクト層絶縁膜１１の加工選択比が十分に高い場合、ストッパ膜１３が形成されなくても、第１配線層２００の加工の深さを十分に制御することができる。このストッパ膜１３上に、例えばＣＶＤ法により配線層絶縁膜１４が形成される。この配線層絶縁膜１４上に、ＲＩＥおよびＣＭＰ工程におけるダメージの保護膜となる図示せぬキャップ膜が形成される。キャップ膜は、例えばＳｉＯ２やＳｉＯＣで構成される。このキャップ膜は、配線層絶縁膜１４がＲＩＥのダメージに強い膜、例えばＴＥＯＳで構成される場合、またはポア(微小空ホール)を含まないＳｉＯＣで構成される場合、形成されなくてもよい。
【００３２】
次に、配線層絶縁膜１４上に、図示せぬレジストが塗布され、リソグラフィ工程が行われる。その後、配線層絶縁膜１４に、ＲＩＥ加工によりシングルダマシン配線構造が形成される。このダマシン配線構造の表面に、例えばＣＶＤ法、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法またはＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法によりバリアメタル１５が形成される。このバリアメタル１５上に、電界めっきのカソード極となるＣｕシード膜が形成された後、例えば電界めっき法により下層配線１６となるＣｕ膜が形成される。その後、Ｃｕ膜に対して熱処理が行われて結晶組織の安定化を図り、さらに、ＣＭＰが行われて余剰なＣｕ膜が研磨され、下層配線１６が完成する。
【００３３】
次に、図２（ｂ）に示すように、第１配線層２００上に、ビア層３００が形成される。具体的には、第１配線層２００上に、Ｃｕ膜の表面拡散を防止するストッパ膜１７が形成される。このストッパ膜１７上に、例えばＣＶＤ法、または塗布法によりビア層絶縁膜１８が形成される。このビア層絶縁膜１８上に、ＲＩＥおよびＣＭＰ工程におけるダメージの保護膜となる図示せぬキャップ膜が形成される。キャップ膜は、例えばＳｉＯ２やＳｉＯＣで構成される。このキャップ膜は、ビア層絶縁膜１８がＲＩＥのダメージに強い膜、例えばＴＥＯＳで構成される場合、またはポア(微小空ホール)を含まないＳｉＯＣで構成される場合、形成されなくてもよい。次に、ビア層絶縁膜１８上に、図示せぬレジストが塗布され、リソグラフィ工程が行われる。その後、ビア層絶縁膜１８内に、ＲＩＥ加工によりビア層絶縁膜１８を貫通するビアホール４０が形成される。
【００３４】
次に、図３（ａ）に示すように、全面に、例えばＣＶＤ法またはＰＶＤ法により触媒下地膜１９が形成される。すなわち、触媒下地膜１９は、ビアホール４０内の底面の第１配線層２００上、ビアホール４０内の側面およびビアホール４０外の上面（ビアホール４０以外の平坦部）のビア層絶縁膜１８上に形成される。この触媒下地膜１９は、例えばＴａＮ膜／ＴｉＮ膜の積層膜、ＴａＮ膜／Ｔｉ膜の積層膜、ＴｉＮ膜の単層膜、またはＴｉ膜／ＴｉＮ膜の積層膜で構成され、カーボンナノチューブ２２の成長を促進させる助触媒効果を有する。
【００３５】
次に、図３（ｂ）に示すように、全面に、例えばＣＶＤ法、ＰＶＤ法またはＡＬＤ法により触媒不活性膜２０が形成される。すなわち、触媒不活性膜２０は、ビアホール４０内の底面および側面、ビアホール４０外の上面の触媒下地膜１９上に形成される。この触媒不活性膜２０は、例えばＳｉ（ポリシリコン、アモルファスシリコン）、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、ＲｕまたはＮｉＳｉで構成される。このとき、触媒不活性膜２０は、少なくともビアホール４０の側面に形成されればよく、ビアホール４０の底面およびビアホール４０外の上面には形成されなくてもよい。
【００３６】
次に、図４（ａ）に示すように、並進性（異方性）の高いＲＩＥ法によりエッチバック処理が行われる。これにより、ビアホール４０内の底面およびビアホール４０外の上面の触媒不活性膜２０がエッチバックされる。すなわち、触媒不活性膜２０は、ビアホール４０内の側面のみに残存し、ビアホール４０内の底面およびビアホール４０外の上面から除去される。言い換えると、ビアホール４０内の底面およびビアホール４０外の上面において触媒下地膜１９が露出される。
【００３７】
次に、図４（ｂ）に示すように、全面に、触媒膜２１が形成される。すなわち、触媒膜２１は、ビアホール４０内の底面およびビアホール４０外の上面の触媒下地膜１９上、ビアホール４０内の側面の触媒不活性膜２０上に形成される。この触媒膜２１は、Ｃｏ、ＮｉまたはＦｅで構成される。また、触媒膜２１は、高密度なカーボンナノチューブ２２を成長させるために、分散状態で不連続に形成されることが望ましい。その後、触媒膜２１と触媒不活性膜２０とを反応させるために、例えば４００℃以上の熱処理が行われることが望ましい。これにより、触媒不活性膜２０が例えばＳｉ（例えばポリシリコン、またはアモルファスシリコン）である場合、ビアホール４０内の側面における触媒膜２１がシリサイド化し、触媒作用が低下する。
【００３８】
次に、図５（ａ）に示すように、ビアホール４０内に、例えばＣＶＤ法により電気伝導層となる複数のカーボンナノチューブ２２が形成される。ＣＶＤ法の炭素源としてメタンおよびアセチレン等の炭化水素系ガス、またはその混合ガスが用いられ、キャリアガスとして水素および希ガスが用いられる。また、処理温度の上限は１０００℃程度、下限は２００℃程度であるが、成長温度として３５０℃程度が望ましい。さらに、リモートプラズマを使用し、またイオン、電子を除去するために、基板１０の上部に電極を設置して０〜±１００Ｖ程度の電圧を印加することも望ましい。
【００３９】
このとき、上述したように、ビアホール４０内の側面には触媒不活性膜２０が形成されている。このため、ビアホール４０内の側面からのカーボンナノチューブ２２の成長は起こらない、あるいは著しく遅い。したがって、カーボンナノチューブ２２は、ビアホール４０内の底面およびビアホール４０外の上面の触媒膜２１上から成長する。すなわち、ビアホール４０内においてカーボンナノチューブ２２は、一端がビアホール４０の底面に接し、垂直方向に伸びて（成長して）形成される。
【００４０】
次に、図５（ｂ）に示すように、全面に、スピンコートによりＳＯＤ膜５０が形成される。このＳＯＤ膜５０は、例えばＳｉＯ２で構成される。このとき、ＳＯＤ膜５０は、ビアホール４０外の上面の複数のカーボンナノチューブ２２の端部の間およびビアホール４０内から突出した複数のカーボンナノチューブ２２の端部の間に含浸され、複数のカーボンナノチューブ２２を固定する。
【００４１】
次に、図６に示すように、ＳＯＤ膜５０が含浸されたビアホール４０外の上面の複数のカーボンナノチューブ２２およびビアホール４０内から突出した複数のカーボンナノチューブ２２が、ＣＭＰにより研磨されて平坦化される。
【００４２】
次に、図１に示すように、ビア層３００上に、ストッパ膜２３、配線層絶縁膜２４、バリアメタル２５、および上層配線層２６で構成される第２配線層４００が形成される。この第２配線層４００は、第１配線層２００と同様の工程で形成される。このようにして、本実施形態に係るカーボンナノチューブ配線が形成される。
【００４３】
なお、本実施形態において、カーボンナノチューブ２２が第１配線層２００と第２配線層４００との間のビア３１０として形成される製造工程について説明したが、カーボンナノチューブ２２が基板１０と第１配線層１００との間のコンタクト１００として形成されてもよい。
【００４４】
［効果］
上記第１の実施形態によれば、カーボンナノチューブ配線の製造工程において、ビアホール４０内（またはコンタクトホール内）の底面および側面、ビアホール４０外の上面に触媒下地膜１９が形成された後、ビアホール４０内の側面のみに触媒不活性膜２０が形成される。これにより、ビアホール４０内の側面からのカーボンナノチューブ２２の成長が起こらなくなる、あるいは著しく遅くなる。すなわち、ビアホール４０内は、電子伝導に直接寄与する底面から成長した複数のカーボンナノチューブ２２により埋め込まれる。したがって、ビア３１０の抵抗を低減することができ、配線構造における電気特性の向上を図ることができる。
【００４５】
＜第２の実施形態＞
以下に、図７乃至図９を用いて、第２の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造方法について説明する。第２の実施形態は、ビアホール内の側面だけではなく、ビアホール外の上面にも触媒不活性膜を形成することにより、ビアホール外の上面からのカーボンナノチューブの成長速度を低下させる例である。なお、第２の実施形態において、上記第１の実施形態と同様の点については説明を省略し、異なる点について詳説する。
【００４６】
［製造方法］
図７乃至図９は、第２の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程の断面図を示している。
【００４７】
まず、第１の実施形態における図３（ａ）に示す工程まで行われる。すなわち、ビア層絶縁膜１８におけるビアホール４０内の底面および側面、ビアホール４０外の上面に、触媒下地膜１９が形成される。
【００４８】
次に、図７（ａ）に示すように、全面に、例えばＣＶＤ法、ＰＶＤ法またはＡＬＤ法により触媒不活性膜２０が形成される。すなわち、触媒不活性膜２０は、ビアホール４０内の底面および側面、ビアホール４０外の上面の触媒下地膜１９上に形成される。この触媒不活性膜２０は、例えばポリシリコン、アモルファスシリコン、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、ＲｕまたはＮｉＳｉで構成される。このとき、成膜レートの早いＣＶＤ法、ＰＶＤ法またはＡＬＤ法により、触媒不活性膜２０の膜厚は、ビアホール４０内の底面よりもビアホール４０外の上面のほうが大きくなるように形成される。
【００４９】
次に、図７（ｂ）に示すように、並進性の高いＲＩＥ法によりエッチバック処理が行われる。これにより、ビアホール４０内の底面およびビアホール４０外の上面の触媒不活性膜２０がエッチバックされる。このとき、触媒不活性膜２０は、ビアホール４０外の上面において膜厚が大きく形成されているため残存する。すなわち、触媒不活性膜２０は、ビアホール４０内の側面およびビアホール４０外の上面に残存し、ビアホール４０の底面から除去される。言い換えると、ビアホール４０の底面において触媒下地膜１９が露出される。
【００５０】
次に、図８（ａ）に示すように、全面に、触媒膜２１が形成される。すなわち、触媒膜２１は、ビアホール４０内の底面の触媒下地膜１９上、ビアホール４０内の側面およびビアホール４０外の上面の触媒不活性膜２０上に形成される。この触媒膜２１は、Ｃｏ、ＮｉまたはＦｅで構成される。また、触媒膜２１は、高密度なカーボンナノチューブ２２を成長させるために、分散状態で不連続に形成されることが望ましい。その後、触媒膜２１と触媒不活性膜２０とを反応させるために、例えば４００℃以上の熱処理が行われることが望ましい。これにより、触媒不活性膜２０がシリコンである場合、ビアホール４０内の側面およびビアホール４０外の上面における触媒膜２１がシリサイド化し、触媒作用が低下する。
【００５１】
次に、図８（ｂ）に示すように、ビアホール４０内に、例えばＣＶＤ法により電気伝導層となる複数のカーボンナノチューブ２２が形成される。ＣＶＤ法の炭素源としてメタンおよびアセチレン等の炭化水素系ガス、またはその混合ガスが用いられ、キャリアガスとして水素および希ガスが用いられる。
【００５２】
このとき、上述したように、ビアホール４０内の側面およびビアホール外の上面には触媒不活性膜２０が形成されている。このため、ビアホール４０内の側面およびビアホール外の上面からのカーボンナノチューブ２２の成長は起こらない、あるいは著しく遅い。したがって、カーボンナノチューブ２２は、ビアホール４０内の底面のみから成長する。すなわち、ビアホール外の上面においてカーボンナノチューブ２２の密度は小さくなる。
【００５３】
次に、図９（ａ）に示すように、全面に、スピンコートによりＳＯＤ膜５０が形成される。このＳＯＤ膜５０は、例えばＳｉＯ２で構成される。このとき、ＳＯＤ膜５０は、ビアホール４０外の上面に形成され、ビアホール４０内から突出した複数のカーボンナノチューブ２２を固定する。
【００５４】
次に、図６（ａ）に示すように、ＳＯＤ膜５０により固定されたビアホール４０内から突出した複数のカーボンナノチューブ２２が、ＣＭＰにより研磨されて平坦化される。その後、図１に示すように、ビア層３００上に第１配線層２００と同様の工程で第２配線層４００が形成される。このようにして、本実施形態に係るカーボンナノチューブ配線が形成される。
【００５５】
［効果］
上記第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
さらに、本実施形態では、ビアホール４０内（またはコンタクトホール内）の底面および側面、ビアホール４０外の上面に触媒下地膜１９が形成された後、ビアホール４０内の側面およびビアホール４０外の上面に触媒不活性膜２０が形成される。これにより、ビアホール４０内の側面だけではなく、ビアホール４０外の上面からのカーボンナノチューブ２２の成長が起こらなくなる、あるいは著しく遅くなる。すなわち、ビアホール４０外の上面におけるカーボンナノチューブ２２の密度が小さくなる。このため、ビアホール４０外の上面にＳＯＤ膜５０が形成されやすく、ビアホール４０内から突出した複数のカーボンナノチューブ２２が固定される。したがって、余剰なカーボンナノチューブ２２のＣＭＰ処理をより容易に行うことができる。
【００５７】
また、ビアホール４０外の上面からのカーボンナノチューブ２２の成長を抑制できるため、除去すべきカーボンナノチューブ２２の量を減少することができる。これにより、ＣＭＰの薬液処理に耐性の強いカーボンナノチューブ２２でも、機械研磨成分を主として容易にＣＭＰ処理を行うことができる。
【００５８】
一方、ビアホール４０内のカーボンナノチューブ２２は、高密度で形成されているため、ビア層絶縁膜１８によって固定されている。したがって、ビアホール４０内のカーボンナノチューブ２２の成長速度または成長時間を制御して、上部に余剰に突出するカーボンナノチューブ２２の長さを短くすることにより、カーボンナノチューブ２２の大部分はビア層絶縁膜１８によって固定されることになる。このため、ＳＯＤ膜５０でカーボンナノチューブ２２を固定することなく、直接ＣＭＰを行うことも可能である。
【００５９】
図９（ｂ）は、第２の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造方法の変形例を示している。
【００６０】
図９（ｂ）に示すように、ビアホール４０内にカーボンナノチューブ２２が形成された後、全面に、ＳＯＤ膜５０の代わりにメタル膜９０が形成されてもよい。本実施形態では、ビアホール４０外の上面におけるカーボンナノチューブ２２の密度が小さい。このため、カーボンナノチューブ２２間に含浸されにくいメタル膜９０であっても、ビアホール４０内から突出した複数のカーボンナノチューブ２２を固定することができる。メタル膜９０は、例えばＷ、ＡｌまたはＴｉで構成される。したがって、制御が容易なメタルＣＭＰにより、固定されたカーボンナノチューブ２２を研磨することができる。
【００６１】
＜第３の実施形態＞
以下に、図１０乃至図１２を用いて、第３の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造方法について説明する。第３の実施形態は、ビアとしてカーボンナノチューブとメタルとが形成される例である。なお、第３の実施形態において、上記各実施形態と同様の点については説明を省略し、異なる点について詳説する。
【００６２】
［構造］
図１０は、第３の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の断面図を示している。
【００６３】
図１０に示すように、第３の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の構造において、上記各実施形態と異なる点は、ビア３１０が触媒下地膜１９、触媒不活性膜２０、触媒膜２１、カーボンナノチューブ２２およびメタル１１０で構成されている点である。
【００６４】
触媒下地膜１９は、ビアホール４０内の底面および側面のビア層絶縁膜１８上に形成されている。触媒不活性膜２０は、ビアホー４０ル内の側面の触媒下地膜１９上に形成されている。触媒膜２１は、ビアホール４０内の触媒下地膜１９上および触媒不活性膜２０上に形成されている。
【００６５】
複数のカーボンナノチューブ２２は、ビアホール４０内の底面の触媒膜２１上から垂直方向に伸びて（成長して）形成されている。ここで、カーボンナノチューブ２２は、一端がビアホール内の底面の触媒膜２１に接し、他端がビアホール内の途中まで形成されている。カーボンナノチューブ２２は、ビアホール４０の深さが例えば２μｍ程度の場合、その下部側の１．５μｍ程度の高さまで形成されている。
【００６６】
メタル１１０は、ビアホール４０内のカーボンナノチューブ２２上に形成され、ビアホール４０の上部側を埋め込むように形成されている。また、メタル１１０は、上部で第２配線層４００に接して形成されている。メタル１１０は、カーボンナノチューブ２２と反応して金属炭化物を形成しやすい金属で構成されていることが望ましく、例えばＴｉで構成されている。メタル１１０とカーボンナノチューブ２２との境界に金属炭化物が形成されることにより、良好な界面コンタクト構造が形成され、コンタクト抵抗を低減することができる。
【００６７】
［製造方法］
図１１乃至図１２は、第３の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程の断面図を示している。
【００６８】
まず、第２の実施形態における図８（ａ）に示す工程まで行われる。すなわち、全面に、触媒膜２１が形成される。
【００６９】
次に、図１１（ａ）に示すように、ビアホール４０内に、例えばＣＶＤ法により電気伝導層となる複数のカーボンナノチューブ２２が形成される。ＣＶＤ法の炭素源としてメタンおよびアセチレン等の炭化水素系ガス、またはその混合ガスが用いられ、キャリアガスとして水素および希ガスが用いられる。このとき、カーボンナノチューブ２２の成長速度および成長時間を制御することで、カーボンナノチューブ２２はビアホール４０内の底面から下部側の途中まで形成される。
【００７０】
次に、図１１（ｂ）に示すように、全面に、メタル１１０が形成される。すなわち、メタル１１０は、カーボンナノチューブ２２上のビアホール４０内を埋め込み、さらにビアホール４０外の上面にも形成される。なお、メタル１１０が形成される前に、カーボンナノチューブ２２の先端部に対して、Ｏ２やＣＯによるアッシング処理、またはＨｅやＡｒによるミリング処理が行われることが望ましい。これにより、カーボンナノチューブ２２の先端部が開端し、カーボンナノチューブ２２の全てのマルチウォールが電気伝導に寄与できる。したがって、よりビア抵抗を低減することができる。
【００７１】
次に、図１２に示すように、ビアホール４０外の上面およびビアホール４０上の余剰のメタル１１０が、ＣＭＰにより研磨されて平坦化される。その後、図１に示すように、ビア層３００上に第１配線層２００と同様の工程で第２配線層４００が形成される。このようにして、本実施形態に係るカーボンナノチューブ配線が形成される。
【００７２】
［効果］
上記第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７３】
さらに、本実施形態では、ビアホール４０内の下部側にカーボンナノチューブ２２を形成した後、残りの上部側にメタル１１０が埋め込まれる。これにより、ビアホール４０内において、カーボンナノチューブ２２の成長速度が遅い領域などの隙間をメタル１１０により完全に充填することができる。特に、図１０の破線で示すように、ビアホール４０が階段構造の場合、下位面および上位面からのカーボンナノチューブ２２の成長速度が同じであっても、下位面側の上部に隙間が生じてしまう。実際、この階段構造は、ストッパ膜１７とビア層絶縁膜１８との境界で形成され得る。このようにして生じる隙間にメタル１１０を形成することで、ビアホール４０内を完全に充填することができ、電気特性の向上を図ることができる。
【００７４】
＜第４の実施形態＞
以下に、図１３乃至図１５を用いて、第４の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造方法について説明する。第４の実施形態は、カーボンナノチューブの形成前に、ビアホール外の上面から触媒膜および触媒下地膜を除去する例である。なお、第４の実施形態において、上記各実施形態と同様の点については説明を省略し、異なる点について詳説する。
【００７５】
［製造方法］
図１３乃至図１５は、第４の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程の断面図を示している。
【００７６】
まず、第１の実施形態における図４（ｂ）に示す工程まで行われる。すなわち、全面に、触媒膜２１が形成される。このとき、触媒膜２１は、ビアホール４０内の底面およびビアホール４０外の上面において、触媒下地膜１９上に形成されている。
【００７７】
次に、図１３（ａ）に示すように、全面に、有機膜１２０が形成される。この有機膜１２０は、例えばＣＶＤ法により形成されたカーボン膜、または塗布法により形成された有機系材料（レジスト）で構成される。このとき、有機膜１２０は、少なくともビアホール４０外の上面における触媒膜２１を覆うように形成される。
【００７８】
次に、図１３（ｂ）に示すように、ビアホール４０外の上面における有機膜１２０が、ＣＭＰにより研磨されて平坦化される。これにより、ビアホール４０外の上面における触媒膜２１および触媒下地膜１９が除去される。このとき、ビアホール４０内には有機膜１２０が充填されているため、ＣＭＰのスラリーがビアホール４０内に入り込むことはない。
【００７９】
次に、図１４（ａ）に示すように、Ｏ２、Ｃｏ、Ｈ２またはＮ２等のアッシング処理によりビアホール４０内における有機膜１２０が除去される。
【００８０】
次に、図１４（ｂ）に示すように、ビアホール４０内に、例えばＣＶＤ法により電気伝導層となる複数のカーボンナノチューブ２２が形成される。ＣＶＤ法の炭素源としてメタンおよびアセチレン等の炭化水素系ガス、またはその混合ガスが用いられ、キャリアガスとして水素および希ガスが用いられる。
【００８１】
このとき、上述したように、ビアホール外の上面には触媒膜２１および触媒下地膜１９が形成されていない。このため、ビアホール外の上面からのカーボンナノチューブ２２の成長は起こらない。また、ビアホール４０内の側面には触媒不活性膜２０が形成されているため、ビアホール４０内からのカーボンナノチューブ２２の成長は起こらない、あるいは著しく遅い。したがって、カーボンナノチューブ２２は、ビアホール４０内の底面のみから成長する。
【００８２】
次に、図１５に示すように、全面に、スピンコートによりＳＯＤ膜５０が形成される。このＳＯＤ膜５０は、例えばＳｉＯ２で構成される。このとき、ＳＯＤ膜５０は、ビアホール４０外の上面に形成され、ビアホール４０内から突出した複数のカーボンナノチューブ２２を固定する。
【００８３】
次に、図６（ａ）に示すように、ＳＯＤ膜５０により固定されたビアホール４０内から突出した複数のカーボンナノチューブ２２が、ＣＭＰにより研磨されて平坦化される。その後、図１に示すように、ビア層３００上に第１配線層２００と同様の工程で第２配線層４００が形成される。このようにして、本実施形態に係るカーボンナノチューブ配線が形成される。
【００８４】
［効果］
上記第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８５】
さらに、本実施形態では、カーボンナノチューブ２２が形成される前に、ビアホール４０外の上面における触媒下地膜１９および触媒膜２１が除去される。これにより、ビアホール４０外の上面からのカーボンナノチューブ２２の成長が起こらなくなる。このため、ビアホール４０外の上面にＳＯＤ膜５０が形成されやすく、ビアホール４０内から突出した複数のカーボンナノチューブ２２が固定される。したがって、余剰なカーボンナノチューブ２２のＣＭＰ処理をより容易に行うことができる。
【００８６】
また、ビアホール４０外の上面からのカーボンナノチューブ２２の成長を抑制できるため、除去すべきカーボンナノチューブ２２の量を減少することができる。これにより、ＣＭＰの薬液処理に耐性の強いカーボンナノチューブ２２でも、機械研磨成分を主として容易にＣＭＰ処理を行うことができる。
【００８７】
一方、ビアホール４０内のカーボンナノチューブ２２は、高密度で形成されているため、ビア層絶縁膜１８によって固定されている。したがって、ビアホール４０内のカーボンナノチューブ２２の成長速度または成長時間を制御して、上部に余剰に突出するカーボンナノチューブ２２の長さを短くすることにより、カーボンナノチューブ２２の大部分はビア層絶縁膜１８によって固定されることになる。このため、ＳＯＤ膜５０でカーボンナノチューブ２２を固定することなく、直接ＣＭＰを行うことも可能である。
【００８８】
なお、第２の実施形態と同様に、図９（ｂ）に示すように、ビアホール４０内にカーボンナノチューブ２２が形成された後、全面に、ＳＯＤ膜５０の代わりにメタル膜９０が形成されてもよい。また、第３の実施形態と同様に、ビアホール４０内の下部側にカーボンナノチューブ２２を形成した後、残りの上部側にメタル１１０が埋め込まれてもよい。
【００８９】
＜第５の実施形態＞
以下に、図１６乃至図１８を用いて、第５の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造方法について説明する。第５の実施形態は、カーボンナノチューブの形成前に、ビアホール外の上面から触媒下地膜を除去する例である。なお、第５の実施形態において、上記各実施形態と同様の点については説明を省略し、異なる点について詳説する。
【００９０】
［製造方法］
図１６乃至図１８は、第５の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程の断面図を示している。
【００９１】
まず、第１の実施形態における図４（ａ）に示す工程まで行われる。すなわち、ビアホール４０の底面およびビアホール４０外の上面の触媒不活性膜２０が除去される。
【００９２】
次に、図１６（ａ）に示すように、全面に、有機膜１２０が形成される。この有機膜１２０は、例えばＣＶＤ法により形成されたカーボン膜、または塗布法により形成された有機系材料（レジスト）で構成される。このとき、有機膜１２０は、少なくともビアホール４０外の上面における触媒下地膜１９を覆うように形成される。
【００９３】
次に、図１６（ｂ）に示すように、ビアホール４０外の上面における有機膜１２０が、ＣＭＰにより研磨されて平坦化される。これにより、ビアホール４０外の上面における触媒下地膜１９が除去される。
【００９４】
次に、図１７（ａ）に示すように、Ｏ２、Ｃｏ、Ｈ２またはＮ２等のアッシング処理によりビアホール４０内における有機膜１２０が除去された後、全面に、触媒膜２１が形成される。このとき、触媒膜２１は、ビアホール４０外の上面において、触媒下地膜１９を介さず形成されている。
【００９５】
次に、図１７（ｂ）に示すように、ビアホール４０内に、例えばＣＶＤ法により電気伝導層となる複数のカーボンナノチューブ２２が形成される。ＣＶＤ法の炭素源としてメタンおよびアセチレン等の炭化水素系ガス、またはその混合ガスが用いられ、キャリアガスとして水素および希ガスが用いられる。
【００９６】
このとき、上述したように、ビアホール外の上面には触媒下地膜１９が形成されていない。このため、ビアホール外の上面からのカーボンナノチューブ２２の成長は起こらない。また、ビアホール４０内の側面には触媒不活性膜２０が形成されているため、ビアホール４０内からのカーボンナノチューブ２２の成長は起こらない、あるいは著しく遅い。したがって、カーボンナノチューブ２２は、ビアホール４０内の底面のみから成長する。
【００９７】
次に、図１８に示すように、全面に、スピンコートによりＳＯＤ膜５０が形成される。このＳＯＤ膜５０は、例えばＳｉＯ２で構成される。このとき、ＳＯＤ膜５０は、ビアホール４０外の上面に形成され、ビアホール４０内から突出した複数のカーボンナノチューブ２２を固定する。
【００９８】
次に、図６（ａ）に示すように、ＳＯＤ膜５０により固定されたビアホール４０上の余剰の複数のカーボンナノチューブ２２が、ＣＭＰにより研磨されて平坦化される。このとき、ビアホール４０外の上面における触媒膜２１も除去される。その後、図１に示すように、ビア層３００上に第１配線層２００と同様の工程で第２配線層４００が形成される。このようにして、本実施形態に係るカーボンナノチューブ配線が形成される。
【００９９】
［効果］
上記第５の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１００】
さらに、本実施形態では、カーボンナノチューブ２２が形成される前に、ビアホール４０外の上面における触媒下地膜１９が除去される。これにより、第４の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０１】
＜第６の実施形態＞
以下に、図１９乃至図２２を用いて、第６の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造方法について説明する。第６の実施形態は、カーボンナノチューブの形成前に、ビアホール外の上面から触媒膜を除去する例である。なお、第６の実施形態において、上記各実施形態と同様の点については説明を省略し、異なる点について詳説する。
【０１０２】
［製造方法］
図１９乃至図２０は、第６の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程の断面図を示している。
【０１０３】
まず、第１の実施形態における図４（ｂ）に示す工程まで行われる。すなわち、全面に、触媒膜２１が形成される。このとき、触媒膜２１は、ビアホール４０内の底面およびビアホール４０外の上面において、触媒下地膜１９上に形成されている。
【０１０４】
次に、図１９（ａ）に示すように、ビアホール４０外の上面に、斜角にて（入射面に対して斜め方向から）イオンビームが照射される。具体的には、イオンビームは、ビアホール４０内の底面に入射しない程度の斜角にて照射される。このイオンビームとして、例えばアルゴンのプラズマビームが照射される。これにより、ビアホール４０外の上面における触媒膜２１が除去される。このとき、イオンビームが斜角にて入射されるため、ビアホール４０の開口部（上部）付近の側面における触媒膜２１も除去される。
【０１０５】
次に、図１９（ｂ）に示すように、ビアホール４０内に、例えばＣＶＤ法により電気伝導層となる複数のカーボンナノチューブ２２が形成される。
【０１０６】
このとき、上述したように、ビアホール外の上面には触媒膜２１が形成されていない。このため、ビアホール外の上面からのカーボンナノチューブ２２の成長は起こらない。また、ビアホール４０内の側面には触媒不活性膜２０が形成されているため、ビアホール４０内からのカーボンナノチューブ２２の成長は起こらない、あるいは著しく遅い。したがって、カーボンナノチューブ２２は、ビアホール４０内の底面のみから成長する。
【０１０７】
次に、図２０に示すように、全面に、スピンコートによりＳＯＤ膜５０が形成される。このＳＯＤ膜５０は、例えばＳｉＯ２で構成される。このとき、ＳＯＤ膜５０は、ビアホール４０外の上面に形成され、ビアホール４０内から突出した複数のカーボンナノチューブ２２を固定する。
【０１０８】
次に、図６（ａ）に示すように、ＳＯＤ膜５０により固定されたビアホール４０上の余剰の複数のカーボンナノチューブ２２が、ＣＭＰにより研磨されて平坦化される。その後、図１に示すように、ビア層３００上に第１配線層２００と同様の工程で第２配線層４００が形成される。このようにして、本実施形態に係るカーボンナノチューブ配線が形成される。
【０１０９】
［効果］
上記第５の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１０】
さらに、本実施形態では、カーボンナノチューブ２２が形成される前に、ビアホール４０外の上面に、斜角にてイオンビームが照射される。これにより、ビアホール４０外の上面の触媒膜２１が除去される。したがって、第４の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１１】
一方、図２１（ａ）に示すように、ビアホール４０がテーパー形状を有する場合がある。このビアホール４０のテーパー角が８５°以下の場合、触媒不活性膜２０の形成後にエッチバック処理が行われる際、ビアホール４０の開口部付近の側面の触媒不活性膜２０も除去されてしまう。
【０１１２】
その後、図２１（ｂ）に示すように、全面に、触媒膜２１が形成される。このとき、触媒膜２１は、ビアホール４０の開口部付近の側面において、触媒不活性膜２０を介さずに触媒下地膜１９上に形成され、触媒として活性化されてしまう。その結果、ビアホール４０の側面からのカーボンナノチューブ２２が形成されてしまう。
【０１１３】
これに対し、本実施形態では、図２２（ａ）に示すように、斜角にてイオンビームを照射することにより、ビアホール４０の開口部付近の側面における触媒膜２１を除去することができる。すなわち、エッチバックによってビアホール４０の開口部付近の側面において触媒不活性膜２０が除去された場合であっても、その領域に形成された触媒膜２１を除去することができる。したがって、図２２（ｂ）に示すように、ビアホール４０の側面からのカーボンナノチューブ２２の成長を抑制することができる。
【０１１４】
その他、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【符号の説明】
【０１１５】
１０…基板、１１…コンタクト層絶縁膜、１２…コンタクト、１８…ビア層絶縁膜、１９…触媒下地膜、２０…触媒不活性膜、２１…触媒膜、２２…カーボンナノチューブ、
１００…コンタクト層、２００…第１配線層、３００…ビア層、３１０…ビア、４００第２配線層。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、カーボンナノチューブ配線の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最先端デバイスに用いられるＬＳＩ配線構造において、その配線およびビア径の微細化が進んでいる。
【０００３】
ＬＳＩ配線のビア材料として、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ：Carbon Nanotube）を適用する開発が世界的に行われている。カーボンナノチューブは、種々のナノ構造の違いにより、様々な量子効果を発現し、絶縁体／半導体／導体に作り分けることが可能である。特に、導体としてカーボンナノチューブが形成された場合、量子化伝導(バリスティック伝導)が期待される。このため、カーボンナノチューブは、既存の金属材料(例えば、Ｃｕ配線)に替わる超低抵抗材料として利用することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Jpn. J. Appl. Phys. 47 2008, pp. 2024-2027
【非特許文献２】Proc. IEEE Int. Interconnect Technology Conf., 2006, pp. 230
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
配線構造における電気特性の向上を図るカーボンナノチューブ配線の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態によるカーボンナノチューブ配線の製造方法は、第１導電層上に、絶縁膜を形成し、前記絶縁膜内に、前記絶縁膜を貫通するホールを形成し、前記ホール内の底面の前記第１導電層上および前記ホール内の側面の前記絶縁膜上に、触媒下地膜を形成し、前記ホール内の側面の前記触媒下地膜上に、触媒不活性膜を形成し、前記ホール内の底面の前記触媒下地膜上および前記ホール内の側面の前記触媒不活性膜上に、触媒膜を形成し、前記ホール内の底面の前記触媒膜上から複数のカーボンナノチューブを成長させる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の構造を示す断面図。
【図２】第１の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図３】図２に続く、第１の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図４】図３に続く、第１の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図５】図４に続く、第１の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図６】図５に続く、第１の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図７】第２の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図８】図７に続く、第２の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図９】図８に続く、第２の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図１０】第３の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の構造を示す断面図。
【図１１】第３の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図１２】図１１に続く、第３の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図１３】第４の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図１４】図１３に続く、第４の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図１５】図１４に続く、第４の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図１６】第５の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図１７】図１６に続く、第５の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図１８】図１７に続く、第５の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図１９】第６の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図２０】図１９に続く、第６の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図２１】第６の実施形態に関連するカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【図２２】第６の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本実施形態を以下に図面を参照して説明する。図面において、同一部分には同一の参照符号を付す。
【０００９】
＜第１の実施形態＞
以下に、図１乃至図６を用いて、第１の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の構造および製造方法について説明する。第１の実施形態は、ビアホール内の側面に触媒不活性膜を形成することにより、ビアホール内の側面からのカーボンナノチューブの成長速度を低下させる例である。
【００１０】
［構造］
図１は、第１の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の断面図を示している。
【００１１】
図１に示すように、配線構造の一例として、図示せぬトランジスタやキャパシタ等の半導体素子が形成された基板１０上に、コンタクト層１００、第１配線層２００、ビア層３００、第２配線層４００が形成されている。
【００１２】
コンタクト層１００は、基板１０上に形成されている。コンタクト層１００は、コンタクト層絶縁膜１１およびコンタクト１２で構成されている。
【００１３】
コンタクト層絶縁膜１１は、基板１０上に形成され、例えばＴＥＯＳ（Tetraethoxysilane）で構成されている。コンタクト１２は、コンタクト層絶縁膜１１内に形成され、基板１０に形成された半導体素子と後述する第１配線層２００とを電気的に接続している。コンタクト１２の導電材料は、例えばＷ、ＣｕまたはＡｌの単体金属で構成されている。また、コンタクト１２の導電材料金属の拡散を防止するために、コンタクト１２とコンタクト層絶縁膜１１との間に図示せぬバリアメタルを有してもよい。バリアメタルは、例えばＴａ、Ｔｉ、Ｒｕ、ＭｎまたはＣｏ、あるいはこれらの窒化物で構成される。
【００１４】
第１配線層２００は、コンタクト層１００上に形成されている。第１配線層２００は、ストッパ膜１３、配線層絶縁膜１４、バリアメタル１５および下層配線１６で構成されている。
【００１５】
ストッパ膜１３は、コンタクト層１００上に形成され、例えばＳｉＣＮなどの配線層絶縁膜１４に対して加工選択比の高い材料で構成されている。なお、配線層絶縁膜１４とコンタクト層絶縁膜１１との加工選択比が十分に高い場合、ストッパ膜１３は形成されなくてもよい。配線層絶縁膜１４は、ストッパ膜１３上に形成され、例えばＳｉＯＣで構成されている。この配線層絶縁膜１４は、誘電率を下げるためにポア(微小空ホール)を含む膜であってもよい。下層配線１６は、配線層絶縁膜１４内にバリアメタル１５を介して形成されている。下層配線１６の導電材料は、例えばＷ、ＣｕまたはＡｌの単体金属、あるいはポリシリコンで構成されている。また、バリアメタル１５は、例えばＴａ、Ｔｉ、Ｒｕ、ＭｎまたはＣｏ、あるいはこれらの窒化物や酸化物で構成されている。
【００１６】
ビア層３００は、第１配線層２００上に形成されている。ビア層３００はストッパ膜１７、ビア層絶縁膜１８、およびビア３１０で構成されている。
【００１７】
ストッパ膜１７は、第１配線層２００上に形成され、例えばＳｉＣＮなどのビア層絶縁膜１８に対して加工選択比の高い材料で構成されている。なお、ビア層絶縁膜１８と配線層絶縁膜１４との加工選択比が十分に高い場合、ストッパ膜１７は形成されなくてもよい。ビア層絶縁膜１８は、ストッパ膜１３上に形成され、例えばＳｉＯＣで構成されている。このビア層絶縁膜１８は、誘電率を下げるためにポア(微小空ホール)を含む膜であってもよい。また、ビア層絶縁膜１８上に、保護膜となる図示せぬキャップ膜が形成されてもよい。このキャップ膜は、例えばＳｉＯ２やＳｉＯＣで構成される。なお、ビア層絶縁膜１８が例えばＴＥＯＳやポア(微小空ホール)を含まないＳｉＯＣの場合、キャップ膜は形成されなくてもよい。
【００１８】
ビア３１０は、ビア層絶縁膜１８を貫通するビアホール４０内に形成され、第１配線層２００と後述する第２配線層４００とを電気的に接続している。具体的には、ビア３１０は、ビアホール４０内に形成された触媒下地膜１９、触媒不活性膜２０、触媒膜２１および複数のカーボンナノチューブ２２で構成されている。
【００１９】
触媒下地膜１９は、ビアホール４０内の底面の第１配線層２００上およびビアホール４０内の側面のビア層絶縁膜１８上に形成されている。触媒下地膜１９は、例えばＴａＮ膜／ＴｉＮ膜の積層膜、またはＴａＮ膜／Ｔｉ膜の積層膜で構成されている。ＴａＮ膜は、ビアホール４０内の表面に形成され、その膜厚は例えば５ｎｍ程度である。このＴａＮ膜は、下層配線１６のＣｕとカーボンナノチューブ２２の成長のための触媒膜２１のＣｏとの相互拡散を防止する拡散バリア性を有する。また、ＴａＮ膜は、カーボンナノチューブ２２の成長を促進させる助触媒効果を有する。ＴｉＮ膜またはＴｉ膜は、ＴａＮ膜上に形成され、その膜厚は例えば５ｎｍ程度である。ＴｉＮ膜またはＴｉ膜は、カーボンナノチューブ２２の端面をＴｉ炭化物として終端させる役割を有する。これにより、良好なカーボンナノチューブ２２の界面コンタクトを形成することができる。また、ＴｉＮ膜またはＴｉ膜は、カーボンナノチューブ２２の成長を促進させる助触媒効果を有する。
【００２０】
なお、下層配線１６がＣｕ以外の場合、触媒下地膜１９においてＴａＮ膜は形成されなくてもよい。この場合、触媒下地膜１９は、ＴｉＮ膜の単層膜、またはＴｉ膜／ＴｉＮ膜の積層膜で構成される。具体的には、下層配線１６が例えばＷである場合、触媒下地膜１９はＴｉＮ膜の単層膜で構成されることが望ましい。一方、下層配線１６が例えばポリシリコンである場合、触媒下地膜１９はＴｉ／ＴｉＮの積層膜で構成されることが望ましい。
【００２１】
このように、触媒下地膜１９は、触媒膜２１の触媒としての効果を向上させるとともに、拡散バリア性を有し、また良好なカーボンナノチューブ２２の界面コンタクトを形成することで、配線の電気特性も向上させている。
【００２２】
触媒不活性膜２０は、ビアホール４０内の側面の触媒下地膜１９上に形成されている。この触媒不活性膜２０は、後述する触媒膜２１の触媒作用を不活性化させ、カーボンナノチューブ２２の成長を阻害する、あるいは成長速度を低下させる材料で構成されている。具体的には、触媒不活性膜２０は、例えばＳｉ（例えばポリシリコン、アモルファスシリコン）、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、ＲｕまたはＮｉＳｉで構成されている。この触媒不活性膜２０は、ビアホール４０内の底面には形成されず、側面のみに形成されているため、側面からのカーボンナノチューブ２２の成長を阻害する、あるいは成長速度を低下させる。
【００２３】
例えば、触媒不活性膜２０がＳｉＮである場合、触媒下地膜１９と触媒膜２１とが接触しないため、カーボンナノチューブ２２の成長を阻害する、あるいは成長速度を低下させる。また、例えば、触媒不活性膜２０がＳｉまたはＲｕである場合、触媒下地膜１９と触媒膜２１とが接触しないだけでなく、触媒不活性膜２０が触媒膜２１と反応して触媒膜２１の触媒作用を低下させる。これにより、よりカーボンナノチューブ２２の成長を阻害する、あるいは成長速度を低下させる。
【００２４】
触媒膜２１は、ビアホール４０内の触媒下地膜１９および触媒不活性膜２０上に形成されている。具体的には、触媒膜２１は、ビアホール４０内の底面において触媒下地膜１９上に形成され、側面において触媒不活性膜２０上に形成されている。触媒膜２１は、カーボンナノチューブ２２の本触媒であり、例えばＣｏ、ＮｉまたはＦｅで構成されている。また、触媒膜２１は、分散状態で不連続に形成されていることが望ましい。これにより、ビアホール４０内に高密度にカーボンナノチューブ２２を成長させることができる。
【００２５】
複数のカーボンナノチューブ２２は、ビアホール４０内の底面の触媒膜２１上から垂直方向に伸びて（成長して）形成され、ビアホール４０を埋め込むように形成されている。すなわち、カーボンナノチューブ２２は、一端がビアホール４０内の底面の触媒膜２１に接し、他端が後述する第２配線層４００に接して形成されている。これにより、カーボンナノチューブ２２は、第１配線層２００と第２配線層４００とを電気的に接続している。これは、ビアホール４０内の側面のみに触媒不活性膜２０が形成されることで、ビアホール４０内の側面からのカーボンナノチューブ２２の成長が抑制されるためである。
【００２６】
第２配線層４００は、ビア層３００上に形成されている。第２配線層４００は、ストッパ膜２３、配線層絶縁膜２４、バリアメタル２５および上層配線２６で構成され、第１配線層２００と同様の構造を有している。
【００２７】
ストッパ膜２３は、ビア層３００上に形成され、例えばＳｉＣＮなどの配線層絶縁膜２４に対して加工選択比の高い材料で構成されている。なお、配線層絶縁膜２４とビア層絶縁膜１８との加工選択比が十分に高い場合、ストッパ膜２３は形成されなくてもよい。配線層絶縁膜２４は、ストッパ膜２３上に形成され、例えばＳｉＯＣで構成されている。この配線層絶縁膜２４は、誘電率を下げるためにポア(微小空ホール)を含む膜であってもよい。上層配線２６は、配線層絶縁膜２４内にバリアメタル２５を介して形成されている。上層配線２６の導電材料は、例えばＷ、ＣｕまたはＡｌの単体金属、あるいはポリシリコンで構成されている。また、バリアメタル２５は、例えばＴａ、Ｔｉ、Ｒｕ、ＭｎまたはＣｏ、あるいはこれらの窒化物や酸化物で構成されている。
【００２８】
なお、図１において、配線構造が２層の配線層（第１配線層２００、第２配線層４００）を有する場合を示したが、３層以上の配線層を有してもよい。また、ここで、カーボンナノチューブ２２が第１配線層２００と第２配線層４００との間のビア３１０として用いられているが、基板１０と第１配線層２００との間のコンタクト１００として用いられてもよい。
【００２９】
［製造方法］
図２乃至図６は、第１の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程の断面図を示している。
【００３０】
まず、図２（ａ）に示すように、半導体素子が形成された基板１０上に、コンタクト層１００が形成される。具体的には、基板１０上に例えばＣＶＤ（Chemical vapor deposition）法によりコンタクト層絶縁膜１１が形成され、このコンタクト層絶縁膜１１に例えばリソグラフィ法によりコンタクトホールが形成される。このコンタクトホールに、例えばＣＶＤ法によりコンタクト１２が埋め込まれる。このとき、コンタクト１２の導電材料金属の拡散を防止するために、コンタクトホールの表面に、図示せぬバリアメタルを形成してもよい。
【００３１】
次に、コンタクト層１００上に、第１配線層２００が形成される。具体的には、コンタクト層１００上に、例えばＣＶＤ法によりストッパ膜１３が形成される。このストッパ膜１３により、第１配線層２００のＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法による加工の深さが均一に揃えられる。なお、配線層絶縁膜１４とコンタクト層絶縁膜１１の加工選択比が十分に高い場合、ストッパ膜１３が形成されなくても、第１配線層２００の加工の深さを十分に制御することができる。このストッパ膜１３上に、例えばＣＶＤ法により配線層絶縁膜１４が形成される。この配線層絶縁膜１４上に、ＲＩＥおよびＣＭＰ工程におけるダメージの保護膜となる図示せぬキャップ膜が形成される。キャップ膜は、例えばＳｉＯ２やＳｉＯＣで構成される。このキャップ膜は、配線層絶縁膜１４がＲＩＥのダメージに強い膜、例えばＴＥＯＳで構成される場合、またはポア(微小空ホール)を含まないＳｉＯＣで構成される場合、形成されなくてもよい。
【００３２】
次に、配線層絶縁膜１４上に、図示せぬレジストが塗布され、リソグラフィ工程が行われる。その後、配線層絶縁膜１４に、ＲＩＥ加工によりシングルダマシン配線構造が形成される。このダマシン配線構造の表面に、例えばＣＶＤ法、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法またはＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法によりバリアメタル１５が形成される。このバリアメタル１５上に、電界めっきのカソード極となるＣｕシード膜が形成された後、例えば電界めっき法により下層配線１６となるＣｕ膜が形成される。その後、Ｃｕ膜に対して熱処理が行われて結晶組織の安定化を図り、さらに、ＣＭＰが行われて余剰なＣｕ膜が研磨され、下層配線１６が完成する。
【００３３】
次に、図２（ｂ）に示すように、第１配線層２００上に、ビア層３００が形成される。具体的には、第１配線層２００上に、Ｃｕ膜の表面拡散を防止するストッパ膜１７が形成される。このストッパ膜１７上に、例えばＣＶＤ法、または塗布法によりビア層絶縁膜１８が形成される。このビア層絶縁膜１８上に、ＲＩＥおよびＣＭＰ工程におけるダメージの保護膜となる図示せぬキャップ膜が形成される。キャップ膜は、例えばＳｉＯ２やＳｉＯＣで構成される。このキャップ膜は、ビア層絶縁膜１８がＲＩＥのダメージに強い膜、例えばＴＥＯＳで構成される場合、またはポア(微小空ホール)を含まないＳｉＯＣで構成される場合、形成されなくてもよい。次に、ビア層絶縁膜１８上に、図示せぬレジストが塗布され、リソグラフィ工程が行われる。その後、ビア層絶縁膜１８内に、ＲＩＥ加工によりビア層絶縁膜１８を貫通するビアホール４０が形成される。
【００３４】
次に、図３（ａ）に示すように、全面に、例えばＣＶＤ法またはＰＶＤ法により触媒下地膜１９が形成される。すなわち、触媒下地膜１９は、ビアホール４０内の底面の第１配線層２００上、ビアホール４０内の側面およびビアホール４０外の上面（ビアホール４０以外の平坦部）のビア層絶縁膜１８上に形成される。この触媒下地膜１９は、例えばＴａＮ膜／ＴｉＮ膜の積層膜、ＴａＮ膜／Ｔｉ膜の積層膜、ＴｉＮ膜の単層膜、またはＴｉ膜／ＴｉＮ膜の積層膜で構成され、カーボンナノチューブ２２の成長を促進させる助触媒効果を有する。
【００３５】
次に、図３（ｂ）に示すように、全面に、例えばＣＶＤ法、ＰＶＤ法またはＡＬＤ法により触媒不活性膜２０が形成される。すなわち、触媒不活性膜２０は、ビアホール４０内の底面および側面、ビアホール４０外の上面の触媒下地膜１９上に形成される。この触媒不活性膜２０は、例えばＳｉ（ポリシリコン、アモルファスシリコン）、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、ＲｕまたはＮｉＳｉで構成される。このとき、触媒不活性膜２０は、少なくともビアホール４０の側面に形成されればよく、ビアホール４０の底面およびビアホール４０外の上面には形成されなくてもよい。
【００３６】
次に、図４（ａ）に示すように、並進性（異方性）の高いＲＩＥ法によりエッチバック処理が行われる。これにより、ビアホール４０内の底面およびビアホール４０外の上面の触媒不活性膜２０がエッチバックされる。すなわち、触媒不活性膜２０は、ビアホール４０内の側面のみに残存し、ビアホール４０内の底面およびビアホール４０外の上面から除去される。言い換えると、ビアホール４０内の底面およびビアホール４０外の上面において触媒下地膜１９が露出される。
【００３７】
次に、図４（ｂ）に示すように、全面に、触媒膜２１が形成される。すなわち、触媒膜２１は、ビアホール４０内の底面およびビアホール４０外の上面の触媒下地膜１９上、ビアホール４０内の側面の触媒不活性膜２０上に形成される。この触媒膜２１は、Ｃｏ、ＮｉまたはＦｅで構成される。また、触媒膜２１は、高密度なカーボンナノチューブ２２を成長させるために、分散状態で不連続に形成されることが望ましい。その後、触媒膜２１と触媒不活性膜２０とを反応させるために、例えば４００℃以上の熱処理が行われることが望ましい。これにより、触媒不活性膜２０が例えばＳｉ（例えばポリシリコン、またはアモルファスシリコン）である場合、ビアホール４０内の側面における触媒膜２１がシリサイド化し、触媒作用が低下する。
【００３８】
次に、図５（ａ）に示すように、ビアホール４０内に、例えばＣＶＤ法により電気伝導層となる複数のカーボンナノチューブ２２が形成される。ＣＶＤ法の炭素源としてメタンおよびアセチレン等の炭化水素系ガス、またはその混合ガスが用いられ、キャリアガスとして水素および希ガスが用いられる。また、処理温度の上限は１０００℃程度、下限は２００℃程度であるが、成長温度として３５０℃程度が望ましい。さらに、リモートプラズマを使用し、またイオン、電子を除去するために、基板１０の上部に電極を設置して０〜±１００Ｖ程度の電圧を印加することも望ましい。
【００３９】
このとき、上述したように、ビアホール４０内の側面には触媒不活性膜２０が形成されている。このため、ビアホール４０内の側面からのカーボンナノチューブ２２の成長は起こらない、あるいは著しく遅い。したがって、カーボンナノチューブ２２は、ビアホール４０内の底面およびビアホール４０外の上面の触媒膜２１上から成長する。すなわち、ビアホール４０内においてカーボンナノチューブ２２は、一端がビアホール４０の底面に接し、垂直方向に伸びて（成長して）形成される。
【００４０】
次に、図５（ｂ）に示すように、全面に、スピンコートによりＳＯＤ膜５０が形成される。このＳＯＤ膜５０は、例えばＳｉＯ２で構成される。このとき、ＳＯＤ膜５０は、ビアホール４０外の上面の複数のカーボンナノチューブ２２の端部の間およびビアホール４０内から突出した複数のカーボンナノチューブ２２の端部の間に含浸され、複数のカーボンナノチューブ２２を固定する。
【００４１】
次に、図６に示すように、ＳＯＤ膜５０が含浸されたビアホール４０外の上面の複数のカーボンナノチューブ２２およびビアホール４０内から突出した複数のカーボンナノチューブ２２が、ＣＭＰにより研磨されて平坦化される。
【００４２】
次に、図１に示すように、ビア層３００上に、ストッパ膜２３、配線層絶縁膜２４、バリアメタル２５、および上層配線層２６で構成される第２配線層４００が形成される。この第２配線層４００は、第１配線層２００と同様の工程で形成される。このようにして、本実施形態に係るカーボンナノチューブ配線が形成される。
【００４３】
なお、本実施形態において、カーボンナノチューブ２２が第１配線層２００と第２配線層４００との間のビア３１０として形成される製造工程について説明したが、カーボンナノチューブ２２が基板１０と第１配線層１００との間のコンタクト１００として形成されてもよい。
【００４４】
［効果］
上記第１の実施形態によれば、カーボンナノチューブ配線の製造工程において、ビアホール４０内（またはコンタクトホール内）の底面および側面、ビアホール４０外の上面に触媒下地膜１９が形成された後、ビアホール４０内の側面のみに触媒不活性膜２０が形成される。これにより、ビアホール４０内の側面からのカーボンナノチューブ２２の成長が起こらなくなる、あるいは著しく遅くなる。すなわち、ビアホール４０内は、電子伝導に直接寄与する底面から成長した複数のカーボンナノチューブ２２により埋め込まれる。したがって、ビア３１０の抵抗を低減することができ、配線構造における電気特性の向上を図ることができる。
【００４５】
＜第２の実施形態＞
以下に、図７乃至図９を用いて、第２の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造方法について説明する。第２の実施形態は、ビアホール内の側面だけではなく、ビアホール外の上面にも触媒不活性膜を形成することにより、ビアホール外の上面からのカーボンナノチューブの成長速度を低下させる例である。なお、第２の実施形態において、上記第１の実施形態と同様の点については説明を省略し、異なる点について詳説する。
【００４６】
［製造方法］
図７乃至図９は、第２の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程の断面図を示している。
【００４７】
まず、第１の実施形態における図３（ａ）に示す工程まで行われる。すなわち、ビア層絶縁膜１８におけるビアホール４０内の底面および側面、ビアホール４０外の上面に、触媒下地膜１９が形成される。
【００４８】
次に、図７（ａ）に示すように、全面に、例えばＣＶＤ法、ＰＶＤ法またはＡＬＤ法により触媒不活性膜２０が形成される。すなわち、触媒不活性膜２０は、ビアホール４０内の底面および側面、ビアホール４０外の上面の触媒下地膜１９上に形成される。この触媒不活性膜２０は、例えばポリシリコン、アモルファスシリコン、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、ＲｕまたはＮｉＳｉで構成される。このとき、成膜レートの早いＣＶＤ法、ＰＶＤ法またはＡＬＤ法により、触媒不活性膜２０の膜厚は、ビアホール４０内の底面よりもビアホール４０外の上面のほうが大きくなるように形成される。
【００４９】
次に、図７（ｂ）に示すように、並進性の高いＲＩＥ法によりエッチバック処理が行われる。これにより、ビアホール４０内の底面およびビアホール４０外の上面の触媒不活性膜２０がエッチバックされる。このとき、触媒不活性膜２０は、ビアホール４０外の上面において膜厚が大きく形成されているため残存する。すなわち、触媒不活性膜２０は、ビアホール４０内の側面およびビアホール４０外の上面に残存し、ビアホール４０の底面から除去される。言い換えると、ビアホール４０の底面において触媒下地膜１９が露出される。
【００５０】
次に、図８（ａ）に示すように、全面に、触媒膜２１が形成される。すなわち、触媒膜２１は、ビアホール４０内の底面の触媒下地膜１９上、ビアホール４０内の側面およびビアホール４０外の上面の触媒不活性膜２０上に形成される。この触媒膜２１は、Ｃｏ、ＮｉまたはＦｅで構成される。また、触媒膜２１は、高密度なカーボンナノチューブ２２を成長させるために、分散状態で不連続に形成されることが望ましい。その後、触媒膜２１と触媒不活性膜２０とを反応させるために、例えば４００℃以上の熱処理が行われることが望ましい。これにより、触媒不活性膜２０がシリコンである場合、ビアホール４０内の側面およびビアホール４０外の上面における触媒膜２１がシリサイド化し、触媒作用が低下する。
【００５１】
次に、図８（ｂ）に示すように、ビアホール４０内に、例えばＣＶＤ法により電気伝導層となる複数のカーボンナノチューブ２２が形成される。ＣＶＤ法の炭素源としてメタンおよびアセチレン等の炭化水素系ガス、またはその混合ガスが用いられ、キャリアガスとして水素および希ガスが用いられる。
【００５２】
このとき、上述したように、ビアホール４０内の側面およびビアホール外の上面には触媒不活性膜２０が形成されている。このため、ビアホール４０内の側面およびビアホール外の上面からのカーボンナノチューブ２２の成長は起こらない、あるいは著しく遅い。したがって、カーボンナノチューブ２２は、ビアホール４０内の底面のみから成長する。すなわち、ビアホール外の上面においてカーボンナノチューブ２２の密度は小さくなる。
【００５３】
次に、図９（ａ）に示すように、全面に、スピンコートによりＳＯＤ膜５０が形成される。このＳＯＤ膜５０は、例えばＳｉＯ２で構成される。このとき、ＳＯＤ膜５０は、ビアホール４０外の上面に形成され、ビアホール４０内から突出した複数のカーボンナノチューブ２２を固定する。
【００５４】
次に、図６（ａ）に示すように、ＳＯＤ膜５０により固定されたビアホール４０内から突出した複数のカーボンナノチューブ２２が、ＣＭＰにより研磨されて平坦化される。その後、図１に示すように、ビア層３００上に第１配線層２００と同様の工程で第２配線層４００が形成される。このようにして、本実施形態に係るカーボンナノチューブ配線が形成される。
【００５５】
［効果］
上記第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
さらに、本実施形態では、ビアホール４０内（またはコンタクトホール内）の底面および側面、ビアホール４０外の上面に触媒下地膜１９が形成された後、ビアホール４０内の側面およびビアホール４０外の上面に触媒不活性膜２０が形成される。これにより、ビアホール４０内の側面だけではなく、ビアホール４０外の上面からのカーボンナノチューブ２２の成長が起こらなくなる、あるいは著しく遅くなる。すなわち、ビアホール４０外の上面におけるカーボンナノチューブ２２の密度が小さくなる。このため、ビアホール４０外の上面にＳＯＤ膜５０が形成されやすく、ビアホール４０内から突出した複数のカーボンナノチューブ２２が固定される。したがって、余剰なカーボンナノチューブ２２のＣＭＰ処理をより容易に行うことができる。
【００５７】
また、ビアホール４０外の上面からのカーボンナノチューブ２２の成長を抑制できるため、除去すべきカーボンナノチューブ２２の量を減少することができる。これにより、ＣＭＰの薬液処理に耐性の強いカーボンナノチューブ２２でも、機械研磨成分を主として容易にＣＭＰ処理を行うことができる。
【００５８】
一方、ビアホール４０内のカーボンナノチューブ２２は、高密度で形成されているため、ビア層絶縁膜１８によって固定されている。したがって、ビアホール４０内のカーボンナノチューブ２２の成長速度または成長時間を制御して、上部に余剰に突出するカーボンナノチューブ２２の長さを短くすることにより、カーボンナノチューブ２２の大部分はビア層絶縁膜１８によって固定されることになる。このため、ＳＯＤ膜５０でカーボンナノチューブ２２を固定することなく、直接ＣＭＰを行うことも可能である。
【００５９】
図９（ｂ）は、第２の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造方法の変形例を示している。
【００６０】
図９（ｂ）に示すように、ビアホール４０内にカーボンナノチューブ２２が形成された後、全面に、ＳＯＤ膜５０の代わりにメタル膜９０が形成されてもよい。本実施形態では、ビアホール４０外の上面におけるカーボンナノチューブ２２の密度が小さい。このため、カーボンナノチューブ２２間に含浸されにくいメタル膜９０であっても、ビアホール４０内から突出した複数のカーボンナノチューブ２２を固定することができる。メタル膜９０は、例えばＷ、ＡｌまたはＴｉで構成される。したがって、制御が容易なメタルＣＭＰにより、固定されたカーボンナノチューブ２２を研磨することができる。
【００６１】
＜第３の実施形態＞
以下に、図１０乃至図１２を用いて、第３の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造方法について説明する。第３の実施形態は、ビアとしてカーボンナノチューブとメタルとが形成される例である。なお、第３の実施形態において、上記各実施形態と同様の点については説明を省略し、異なる点について詳説する。
【００６２】
［構造］
図１０は、第３の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の断面図を示している。
【００６３】
図１０に示すように、第３の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の構造において、上記各実施形態と異なる点は、ビア３１０が触媒下地膜１９、触媒不活性膜２０、触媒膜２１、カーボンナノチューブ２２およびメタル１１０で構成されている点である。
【００６４】
触媒下地膜１９は、ビアホール４０内の底面および側面のビア層絶縁膜１８上に形成されている。触媒不活性膜２０は、ビアホー４０ル内の側面の触媒下地膜１９上に形成されている。触媒膜２１は、ビアホール４０内の触媒下地膜１９上および触媒不活性膜２０上に形成されている。
【００６５】
複数のカーボンナノチューブ２２は、ビアホール４０内の底面の触媒膜２１上から垂直方向に伸びて（成長して）形成されている。ここで、カーボンナノチューブ２２は、一端がビアホール内の底面の触媒膜２１に接し、他端がビアホール内の途中まで形成されている。カーボンナノチューブ２２は、ビアホール４０の深さが例えば２μｍ程度の場合、その下部側の１．５μｍ程度の高さまで形成されている。
【００６６】
メタル１１０は、ビアホール４０内のカーボンナノチューブ２２上に形成され、ビアホール４０の上部側を埋め込むように形成されている。また、メタル１１０は、上部で第２配線層４００に接して形成されている。メタル１１０は、カーボンナノチューブ２２と反応して金属炭化物を形成しやすい金属で構成されていることが望ましく、例えばＴｉで構成されている。メタル１１０とカーボンナノチューブ２２との境界に金属炭化物が形成されることにより、良好な界面コンタクト構造が形成され、コンタクト抵抗を低減することができる。
【００６７】
［製造方法］
図１１乃至図１２は、第３の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程の断面図を示している。
【００６８】
まず、第２の実施形態における図８（ａ）に示す工程まで行われる。すなわち、全面に、触媒膜２１が形成される。
【００６９】
次に、図１１（ａ）に示すように、ビアホール４０内に、例えばＣＶＤ法により電気伝導層となる複数のカーボンナノチューブ２２が形成される。ＣＶＤ法の炭素源としてメタンおよびアセチレン等の炭化水素系ガス、またはその混合ガスが用いられ、キャリアガスとして水素および希ガスが用いられる。このとき、カーボンナノチューブ２２の成長速度および成長時間を制御することで、カーボンナノチューブ２２はビアホール４０内の底面から下部側の途中まで形成される。
【００７０】
次に、図１１（ｂ）に示すように、全面に、メタル１１０が形成される。すなわち、メタル１１０は、カーボンナノチューブ２２上のビアホール４０内を埋め込み、さらにビアホール４０外の上面にも形成される。なお、メタル１１０が形成される前に、カーボンナノチューブ２２の先端部に対して、Ｏ２やＣＯによるアッシング処理、またはＨｅやＡｒによるミリング処理が行われることが望ましい。これにより、カーボンナノチューブ２２の先端部が開端し、カーボンナノチューブ２２の全てのマルチウォールが電気伝導に寄与できる。したがって、よりビア抵抗を低減することができる。
【００７１】
次に、図１２に示すように、ビアホール４０外の上面およびビアホール４０上の余剰のメタル１１０が、ＣＭＰにより研磨されて平坦化される。その後、図１に示すように、ビア層３００上に第１配線層２００と同様の工程で第２配線層４００が形成される。このようにして、本実施形態に係るカーボンナノチューブ配線が形成される。
【００７２】
［効果］
上記第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７３】
さらに、本実施形態では、ビアホール４０内の下部側にカーボンナノチューブ２２を形成した後、残りの上部側にメタル１１０が埋め込まれる。これにより、ビアホール４０内において、カーボンナノチューブ２２の成長速度が遅い領域などの隙間をメタル１１０により完全に充填することができる。特に、図１０の破線で示すように、ビアホール４０が階段構造の場合、下位面および上位面からのカーボンナノチューブ２２の成長速度が同じであっても、下位面側の上部に隙間が生じてしまう。実際、この階段構造は、ストッパ膜１７とビア層絶縁膜１８との境界で形成され得る。このようにして生じる隙間にメタル１１０を形成することで、ビアホール４０内を完全に充填することができ、電気特性の向上を図ることができる。
【００７４】
＜第４の実施形態＞
以下に、図１３乃至図１５を用いて、第４の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造方法について説明する。第４の実施形態は、カーボンナノチューブの形成前に、ビアホール外の上面から触媒膜および触媒下地膜を除去する例である。なお、第４の実施形態において、上記各実施形態と同様の点については説明を省略し、異なる点について詳説する。
【００７５】
［製造方法］
図１３乃至図１５は、第４の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程の断面図を示している。
【００７６】
まず、第１の実施形態における図４（ｂ）に示す工程まで行われる。すなわち、全面に、触媒膜２１が形成される。このとき、触媒膜２１は、ビアホール４０内の底面およびビアホール４０外の上面において、触媒下地膜１９上に形成されている。
【００７７】
次に、図１３（ａ）に示すように、全面に、有機膜１２０が形成される。この有機膜１２０は、例えばＣＶＤ法により形成されたカーボン膜、または塗布法により形成された有機系材料（レジスト）で構成される。このとき、有機膜１２０は、少なくともビアホール４０外の上面における触媒膜２１を覆うように形成される。
【００７８】
次に、図１３（ｂ）に示すように、ビアホール４０外の上面における有機膜１２０が、ＣＭＰにより研磨されて平坦化される。これにより、ビアホール４０外の上面における触媒膜２１および触媒下地膜１９が除去される。このとき、ビアホール４０内には有機膜１２０が充填されているため、ＣＭＰのスラリーがビアホール４０内に入り込むことはない。
【００７９】
次に、図１４（ａ）に示すように、Ｏ２、Ｃｏ、Ｈ２またはＮ２等のアッシング処理によりビアホール４０内における有機膜１２０が除去される。
【００８０】
次に、図１４（ｂ）に示すように、ビアホール４０内に、例えばＣＶＤ法により電気伝導層となる複数のカーボンナノチューブ２２が形成される。ＣＶＤ法の炭素源としてメタンおよびアセチレン等の炭化水素系ガス、またはその混合ガスが用いられ、キャリアガスとして水素および希ガスが用いられる。
【００８１】
このとき、上述したように、ビアホール外の上面には触媒膜２１および触媒下地膜１９が形成されていない。このため、ビアホール外の上面からのカーボンナノチューブ２２の成長は起こらない。また、ビアホール４０内の側面には触媒不活性膜２０が形成されているため、ビアホール４０内からのカーボンナノチューブ２２の成長は起こらない、あるいは著しく遅い。したがって、カーボンナノチューブ２２は、ビアホール４０内の底面のみから成長する。
【００８２】
次に、図１５に示すように、全面に、スピンコートによりＳＯＤ膜５０が形成される。このＳＯＤ膜５０は、例えばＳｉＯ２で構成される。このとき、ＳＯＤ膜５０は、ビアホール４０外の上面に形成され、ビアホール４０内から突出した複数のカーボンナノチューブ２２を固定する。
【００８３】
次に、図６（ａ）に示すように、ＳＯＤ膜５０により固定されたビアホール４０内から突出した複数のカーボンナノチューブ２２が、ＣＭＰにより研磨されて平坦化される。その後、図１に示すように、ビア層３００上に第１配線層２００と同様の工程で第２配線層４００が形成される。このようにして、本実施形態に係るカーボンナノチューブ配線が形成される。
【００８４】
［効果］
上記第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８５】
さらに、本実施形態では、カーボンナノチューブ２２が形成される前に、ビアホール４０外の上面における触媒下地膜１９および触媒膜２１が除去される。これにより、ビアホール４０外の上面からのカーボンナノチューブ２２の成長が起こらなくなる。このため、ビアホール４０外の上面にＳＯＤ膜５０が形成されやすく、ビアホール４０内から突出した複数のカーボンナノチューブ２２が固定される。したがって、余剰なカーボンナノチューブ２２のＣＭＰ処理をより容易に行うことができる。
【００８６】
また、ビアホール４０外の上面からのカーボンナノチューブ２２の成長を抑制できるため、除去すべきカーボンナノチューブ２２の量を減少することができる。これにより、ＣＭＰの薬液処理に耐性の強いカーボンナノチューブ２２でも、機械研磨成分を主として容易にＣＭＰ処理を行うことができる。
【００８７】
一方、ビアホール４０内のカーボンナノチューブ２２は、高密度で形成されているため、ビア層絶縁膜１８によって固定されている。したがって、ビアホール４０内のカーボンナノチューブ２２の成長速度または成長時間を制御して、上部に余剰に突出するカーボンナノチューブ２２の長さを短くすることにより、カーボンナノチューブ２２の大部分はビア層絶縁膜１８によって固定されることになる。このため、ＳＯＤ膜５０でカーボンナノチューブ２２を固定することなく、直接ＣＭＰを行うことも可能である。
【００８８】
なお、第２の実施形態と同様に、図９（ｂ）に示すように、ビアホール４０内にカーボンナノチューブ２２が形成された後、全面に、ＳＯＤ膜５０の代わりにメタル膜９０が形成されてもよい。また、第３の実施形態と同様に、ビアホール４０内の下部側にカーボンナノチューブ２２を形成した後、残りの上部側にメタル１１０が埋め込まれてもよい。
【００８９】
＜第５の実施形態＞
以下に、図１６乃至図１８を用いて、第５の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造方法について説明する。第５の実施形態は、カーボンナノチューブの形成前に、ビアホール外の上面から触媒下地膜を除去する例である。なお、第５の実施形態において、上記各実施形態と同様の点については説明を省略し、異なる点について詳説する。
【００９０】
［製造方法］
図１６乃至図１８は、第５の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程の断面図を示している。
【００９１】
まず、第１の実施形態における図４（ａ）に示す工程まで行われる。すなわち、ビアホール４０の底面およびビアホール４０外の上面の触媒不活性膜２０が除去される。
【００９２】
次に、図１６（ａ）に示すように、全面に、有機膜１２０が形成される。この有機膜１２０は、例えばＣＶＤ法により形成されたカーボン膜、または塗布法により形成された有機系材料（レジスト）で構成される。このとき、有機膜１２０は、少なくともビアホール４０外の上面における触媒下地膜１９を覆うように形成される。
【００９３】
次に、図１６（ｂ）に示すように、ビアホール４０外の上面における有機膜１２０が、ＣＭＰにより研磨されて平坦化される。これにより、ビアホール４０外の上面における触媒下地膜１９が除去される。
【００９４】
次に、図１７（ａ）に示すように、Ｏ２、Ｃｏ、Ｈ２またはＮ２等のアッシング処理によりビアホール４０内における有機膜１２０が除去された後、全面に、触媒膜２１が形成される。このとき、触媒膜２１は、ビアホール４０外の上面において、触媒下地膜１９を介さず形成されている。
【００９５】
次に、図１７（ｂ）に示すように、ビアホール４０内に、例えばＣＶＤ法により電気伝導層となる複数のカーボンナノチューブ２２が形成される。ＣＶＤ法の炭素源としてメタンおよびアセチレン等の炭化水素系ガス、またはその混合ガスが用いられ、キャリアガスとして水素および希ガスが用いられる。
【００９６】
このとき、上述したように、ビアホール外の上面には触媒下地膜１９が形成されていない。このため、ビアホール外の上面からのカーボンナノチューブ２２の成長は起こらない。また、ビアホール４０内の側面には触媒不活性膜２０が形成されているため、ビアホール４０内からのカーボンナノチューブ２２の成長は起こらない、あるいは著しく遅い。したがって、カーボンナノチューブ２２は、ビアホール４０内の底面のみから成長する。
【００９７】
次に、図１８に示すように、全面に、スピンコートによりＳＯＤ膜５０が形成される。このＳＯＤ膜５０は、例えばＳｉＯ２で構成される。このとき、ＳＯＤ膜５０は、ビアホール４０外の上面に形成され、ビアホール４０内から突出した複数のカーボンナノチューブ２２を固定する。
【００９８】
次に、図６（ａ）に示すように、ＳＯＤ膜５０により固定されたビアホール４０上の余剰の複数のカーボンナノチューブ２２が、ＣＭＰにより研磨されて平坦化される。このとき、ビアホール４０外の上面における触媒膜２１も除去される。その後、図１に示すように、ビア層３００上に第１配線層２００と同様の工程で第２配線層４００が形成される。このようにして、本実施形態に係るカーボンナノチューブ配線が形成される。
【００９９】
［効果］
上記第５の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１００】
さらに、本実施形態では、カーボンナノチューブ２２が形成される前に、ビアホール４０外の上面における触媒下地膜１９が除去される。これにより、第４の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０１】
＜第６の実施形態＞
以下に、図１９乃至図２２を用いて、第６の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造方法について説明する。第６の実施形態は、カーボンナノチューブの形成前に、ビアホール外の上面から触媒膜を除去する例である。なお、第６の実施形態において、上記各実施形態と同様の点については説明を省略し、異なる点について詳説する。
【０１０２】
［製造方法］
図１９乃至図２０は、第６の実施形態に係るカーボンナノチューブ配線の製造工程の断面図を示している。
【０１０３】
まず、第１の実施形態における図４（ｂ）に示す工程まで行われる。すなわち、全面に、触媒膜２１が形成される。このとき、触媒膜２１は、ビアホール４０内の底面およびビアホール４０外の上面において、触媒下地膜１９上に形成されている。
【０１０４】
次に、図１９（ａ）に示すように、ビアホール４０外の上面に、斜角にて（入射面に対して斜め方向から）イオンビームが照射される。具体的には、イオンビームは、ビアホール４０内の底面に入射しない程度の斜角にて照射される。このイオンビームとして、例えばアルゴンのプラズマビームが照射される。これにより、ビアホール４０外の上面における触媒膜２１が除去される。このとき、イオンビームが斜角にて入射されるため、ビアホール４０の開口部（上部）付近の側面における触媒膜２１も除去される。
【０１０５】
次に、図１９（ｂ）に示すように、ビアホール４０内に、例えばＣＶＤ法により電気伝導層となる複数のカーボンナノチューブ２２が形成される。
【０１０６】
このとき、上述したように、ビアホール外の上面には触媒膜２１が形成されていない。このため、ビアホール外の上面からのカーボンナノチューブ２２の成長は起こらない。また、ビアホール４０内の側面には触媒不活性膜２０が形成されているため、ビアホール４０内からのカーボンナノチューブ２２の成長は起こらない、あるいは著しく遅い。したがって、カーボンナノチューブ２２は、ビアホール４０内の底面のみから成長する。
【０１０７】
次に、図２０に示すように、全面に、スピンコートによりＳＯＤ膜５０が形成される。このＳＯＤ膜５０は、例えばＳｉＯ２で構成される。このとき、ＳＯＤ膜５０は、ビアホール４０外の上面に形成され、ビアホール４０内から突出した複数のカーボンナノチューブ２２を固定する。
【０１０８】
次に、図６（ａ）に示すように、ＳＯＤ膜５０により固定されたビアホール４０上の余剰の複数のカーボンナノチューブ２２が、ＣＭＰにより研磨されて平坦化される。その後、図１に示すように、ビア層３００上に第１配線層２００と同様の工程で第２配線層４００が形成される。このようにして、本実施形態に係るカーボンナノチューブ配線が形成される。
【０１０９】
［効果］
上記第５の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１０】
さらに、本実施形態では、カーボンナノチューブ２２が形成される前に、ビアホール４０外の上面に、斜角にてイオンビームが照射される。これにより、ビアホール４０外の上面の触媒膜２１が除去される。したがって、第４の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１１】
一方、図２１（ａ）に示すように、ビアホール４０がテーパー形状を有する場合がある。このビアホール４０のテーパー角が８５°以下の場合、触媒不活性膜２０の形成後にエッチバック処理が行われる際、ビアホール４０の開口部付近の側面の触媒不活性膜２０も除去されてしまう。
【０１１２】
その後、図２１（ｂ）に示すように、全面に、触媒膜２１が形成される。このとき、触媒膜２１は、ビアホール４０の開口部付近の側面において、触媒不活性膜２０を介さずに触媒下地膜１９上に形成され、触媒として活性化されてしまう。その結果、ビアホール４０の側面からのカーボンナノチューブ２２が形成されてしまう。
【０１１３】
これに対し、本実施形態では、図２２（ａ）に示すように、斜角にてイオンビームを照射することにより、ビアホール４０の開口部付近の側面における触媒膜２１を除去することができる。すなわち、エッチバックによってビアホール４０の開口部付近の側面において触媒不活性膜２０が除去された場合であっても、その領域に形成された触媒膜２１を除去することができる。したがって、図２２（ｂ）に示すように、ビアホール４０の側面からのカーボンナノチューブ２２の成長を抑制することができる。
【０１１４】
その他、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【符号の説明】
【０１１５】
１０…基板、１１…コンタクト層絶縁膜、１２…コンタクト、１８…ビア層絶縁膜、１９…触媒下地膜、２０…触媒不活性膜、２１…触媒膜、２２…カーボンナノチューブ、
１００…コンタクト層、２００…第１配線層、３００…ビア層、３１０…ビア、４００第２配線層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電層上に、絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜内に、前記絶縁膜を貫通するホールを形成し、
前記ホール内の底面の前記第１導電層上および前記ホール内の側面の前記絶縁膜上に、触媒下地膜を形成し、
前記ホール内の側面の前記触媒下地膜上に、触媒不活性膜を形成し、
前記ホール内の底面の前記触媒下地膜上および前記ホール内の側面の前記触媒不活性膜上に、触媒膜を形成し、
前記ホール内の底面の前記触媒膜上から複数のカーボンナノチューブを成長させる
ことを特徴とするカーボンナノチューブ配線の製造方法。
【請求項２】
前記触媒膜を形成した後、前記ホール内の側面の前記触媒不活性膜および前記触媒膜に対して熱処理をすることを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブ配線の製造方法。
【請求項３】
前記触媒不活性膜を形成する際、前記触媒不活性膜は、前記ホール外の上面にも形成されることを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブ配線の製造方法。
【請求項４】
前記触媒膜を形成する際、前記触媒膜は、前記ホール外の上面にも形成され、
前記触媒膜を形成した後、前記ホール外の上面の前記触媒膜を除去することを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブ配線の製造方法。
【請求項５】
前記触媒下地膜は、Ｔａ、Ｔｉ、ＴａＮまたはＴｉＮを有し、
前記触媒膜は、Ｃｏ、ＮｉまたはＦｅを有し、
前記触媒不活性膜は、Ｓｉ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、ＲｕまたはＮｉＳｉを有することを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブ配線の製造方法。
【請求項１】
第１導電層上に、絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜内に、前記絶縁膜を貫通するホールを形成し、
前記ホール内の底面の前記第１導電層上および前記ホール内の側面の前記絶縁膜上に、触媒下地膜を形成し、
前記ホール内の側面の前記触媒下地膜上に、触媒不活性膜を形成し、
前記ホール内の底面の前記触媒下地膜上および前記ホール内の側面の前記触媒不活性膜上に、触媒膜を形成し、
前記ホール内の底面の前記触媒膜上から複数のカーボンナノチューブを成長させる
ことを特徴とするカーボンナノチューブ配線の製造方法。
【請求項２】
前記触媒膜を形成した後、前記ホール内の側面の前記触媒不活性膜および前記触媒膜に対して熱処理をすることを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブ配線の製造方法。
【請求項３】
前記触媒不活性膜を形成する際、前記触媒不活性膜は、前記ホール外の上面にも形成されることを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブ配線の製造方法。
【請求項４】
前記触媒膜を形成する際、前記触媒膜は、前記ホール外の上面にも形成され、
前記触媒膜を形成した後、前記ホール外の上面の前記触媒膜を除去することを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブ配線の製造方法。
【請求項５】
前記触媒下地膜は、Ｔａ、Ｔｉ、ＴａＮまたはＴｉＮを有し、
前記触媒膜は、Ｃｏ、ＮｉまたはＦｅを有し、
前記触媒不活性膜は、Ｓｉ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、ＲｕまたはＮｉＳｉを有することを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブ配線の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１２−４９２６１（Ｐ２０１２−４９２６１Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８８６６２（Ｐ２０１０−１８８６６２）
【出願日】平成２２年８月２５日（２０１０．８．２５）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２０年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「次世代半導体材料・プロセス基盤（ＭＩＲＡＩ）プロジェクト」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２５日（２０１０．８．２５）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２０年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「次世代半導体材料・プロセス基盤（ＭＩＲＡＩ）プロジェクト」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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