相互接続構造内におけるカーボンナノ構造成長の制御
基板上の相互接続構造が提供される。この相互接続構造は、基板レベルの上又は上方の少なくとも２つの相互接続レベルに導電性の相互接続素子を具える。本発明の相互接続構造では、少なくとも１つの導電性のビアが一つの相互接続レベルにおける第１の相互接続素子を異なる相互接続レベルにおける第２の相互接続素子に接続する。このビアは、第１の誘電体層のビア開口内を延びる導電性の円筒状カーボンナノ構造を含む導電性ビア材料を具える。少なくとも１つのカバー層部分がビア開口の横方向広がり内まで延在してビアアパーチャを規定し、このアパーチャはカーボンナノ構造がこのビアアパーチャを貫通するのを阻止するに十分なほど小さい。この構造によれば相互接続構造の製造中における高さ方向のカーボンナノ構造成長の制御が向上する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板レベルの上又は上方の少なくとも２つの相互接続レベルに導電性相互接続素子を具える、基板上の相互接続構造に関する。本発明は、更に、一相互接続レベル又は基板レベルにある第１の導電性相互接続素子と、異なる相互接続レベルにある第２の導電性相互接続素子とを接続するビアを有する相互接続構造を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
先進世代の集積回路は向上した高周波数特性、許容発熱及び向上した熱伝導を必要とする。特許文献１は異なる相互接続レベルにある金属線のような相互接続素子を接続する導電性のビアの抵抗値を低減するためにカーボンナノチューブを使用することを提案している。カーボンナノチューブは円筒状のカーボンナノ構造である。カーボンナノチューブはフラーレン構造族の一種である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−０７２１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
カーボンナノチューブを含む導電性のビア材料で相互接続構造を製造する際に生じる実現問題は、ビア形態の制御、特にビア開口内のビア材料の高さの制御である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の態様には方法とデバイスがある。以下では、最初に方法の態様について記載する。
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、一つの相互接続レベル又は基板レベルにある第１の導電性相互接続素子と、異なる相互接続レベルにある第２の導電性相互接続素子とを接続するビアを有する相互接続構造を製造する方法が提供される。この方法は、
一つの相互接続レベル又は基板レベルにある前記第１の導電性相互接続素子を基板に設けるステップと、
前記第１の相互接続素子の上に誘電体層を堆積するステップと、
前記誘電体層に、前記第１の相互接続素子まで届くビア開口を製造するステップと、
前記誘電体層の上に前記ビア開口の横方向広がり内まで延在してビアアパーチャを規定するカバー層部分を製造するステップと、
前記ビア開口内に、導電性のカーボンナノ構造を含む導電性ビア材料を製造するステップと、
前記ビアと接触する第２の相互接続素子を製造するステップと、
を具える。
【０００７】
本発明の第１の態様の方法では、ビアアパーチャをカーボンナノ構造がビアアパーチャを貫通するのを阻止するのに十分なほど小さくする。ここでは「ナノ構造」が「カーボンナノ構造」の略語として使用される点に注意された。
【０００８】
本発明の方法は、相互接続構造内のビア領域においけるカーボンナノ構造の成長を精密に制御する精密なプロセスを提供する。本発明の方法は、現代のアプリケーション、特に相互接続構造を高い集積密度で製造するための近い将来のプロセス技術、例えば９０，６０及び４０ｎｍ技術に好適である。
【０００９】
本発明の基礎は、ビア開口の横方向広がり内まで延在するカバー層部分によってビア開口の横方向広がりを狭窄することにある。この方法を用いると、その後、誘電体層上のカバー層部分により与えられるアパーチャで決定されるビアの所望の横方向領域内に導電性カーボンナノ構造を含むビア材料を製造することができる。
【００１０】
ビア開口内のビア材料の製造は高さ方向にはビア材料がカバー層部分に届くまで行うことができる。高さ方向は基板レベルから上位相互接続レベルへ向かい、基板表面に対して垂直の方向である（この定義のためには基板表面は理想的には平面であるものとする）。
【００１１】
所定の高さに到達後は、ビア材料が高さ方向にさらに成長する余地はないため、ナノ構造の成長は自動的に停止する。ビア材料の高さはこのように制限され、従ってビア開口の底面の上方のカバー層部分の高さによって精密に制御される。
【００１２】
ビア材料のこの成長制限は、ビアアパーチャが、カーボンナノ構造がビアアパーチャを貫通するのを阻止するのに十分なほど小さくされるためである。
【００１３】
導電性の円筒状カーボンナノ構造は例えばカーボンナノチューブ及びカーボンナノワイヤである。カーボンナノワイヤは、カーボンナノチューブ内に原子、例えば炭素原子の一次元の鎖を有する点で、カーボンナノチューブと相違する。
【００１４】
用語「カーボンナノ構造」は、単一のカーボンナノチューブ及び単一のカーボンナノ構造のみならず、カーボンナノチューブ及び／又はカーボンナノワイヤの凝集もカバーする。本発明の目的のためには、このようなナノ構造がビア材料の電気伝導性に寄与する限り、即ちビアの底面からビアの最上面又はビアの最上面からビアの底面への方向に電荷を輸送できる限り、適切な円筒状カーボンナノ構造は屈曲した又は折りたたまれたカーボンナノチューブ又はカーボンナノワイヤから形成されてもよい。
【００１５】
カーボンナノチューブは種々の直径で製造できる。単層カーボンナノチューブは約１〜１５ｎｍの直径を有するが、多層ナノチューブは約３０ｎｍまでの外径を有することができる。更に、いくつかのタイプの円筒状カーボンナノ構造はカーボンナノチューブ又はカーボンナノワイヤの凝集により形成される。これらの凝集は単一のカーボンナノチューブ又はカーボンナノワイヤの横方向広がりを上回る横方向広がりを有するファイバを形成することができる。ビア内に多数のナノチューブを一緒に成長させて数十ナノメートルの直径を有する大きな単一のナノチューブを形成できることも確かめられた。
【００１６】
よって、ビアアパーチャの適切な横方向広がりは、ビア開口内にビア材料で製造される導電性の円筒状カーボンナノ構造のタイプにより決まる。
【００１７】
ビアアパーチャの横方向広がりに対する設計規則の簡単な具体例は、ビア材料に含まれる円筒状のカーボンナノ構造の外径よりも小さいビアアパーチャを製造することである。ビア材料に所定の径範囲が存在する場合には、一つの指標として例えば最小のナノ構造径を選択する。他方、アパーチャ下部の個々のナノ構造の径の少なくとも外側部分がカバー層部分で形成された狭窄により阻止される場合には、アパーチャはナノ構造の径より大きくすることもできること明らかである。
【００１８】
ビア材料の製造を可能にするためには、即ちビア材料の反応物質又は前駆物質をビア開口内に輸送するためには、所定の横方向広がりのアパーチャが必要とされること勿論である。
【００１９】
従って、本発明の方法によれば、ビア開口内のビア材料の形態を精密に制御することができる。同様に、横方向の成長はビア開口の側面で制御される。高さ方向の成長は本発明のプロセスにより制御されるため、横方向成長に対して時間的制限が存在しないので、所望の高さに到達した後でも、横方向成長を所望の横方向寸法になるまで続けることができる。
【００２０】
集積回路デバイスのチャネル部分として製造できる相互接続構造は基板レベルを含む少なくとも２つの相互接続レベルを有する。相互接続レベルは相互接続素子の基板レベルからの距離により決まる。従って、本発明の方法は、集積回路デバイスの特定の構造及び集積回路デバイスの所要の相互接続構造に依存して、基板レベルの相互接続素子と基板レベルより上の第１の相互接続レベルとの間、又は基板レベルより上の第１の相互接続レベルと第２の相互接続レベルとの間などのビアに使用することができる。
【００２１】
以下において、本発明の第１の態様の方法の好適実施例について記載する。代案として明記しない限り、これらの実施例は互いに組み合わせることができる。
【００２２】
一実施例は、ビア開口内にビア材料を製造するステップの前に、ビア開口の底面上のカーボンナノ構造の成長を支持するのに適した触媒層を製造するステップを具える。触媒層の使用はビア開口内のカーボンナノ構造の製造速度及び制御を向上させる。適切な触媒材料の例は添付図面の説明と関連して後で与えられる。一例では、触媒層は、ビア開口内のビア材料の横方向拡張を制限するために、ビア開口の底面の一部分の上にのみ製造する。触媒層は連続である必要はなく、ビア開口内の特定の複数位置でカーボンナノ構造の成長を促進させるために複数の層部分に分離することができる。
【００２３】
誘電体層上に前記カバー層部分を製造するには種々の代替方法がある。
【００２４】
第１の代替実施例では、前記カバー層部分を製造するステップは、カバー層を誘電体層の上面に非コンフォーマルに堆積する。非コンフォーマル堆積は、前記カバー層部分を、ビア開口の横方向広がり内まで横方向に延在するカバー層のオーバハング部分として製造することを可能にする。適切な非コンフォーマル堆積は従来既知である。従って、この実施例はカバー層の堆積前にビア開口の製造ステップを具える。
【００２５】
対照的に、オーバハングカバー層構造を製造する第２の代替実施例は、最初に前記誘電体層及び前記カバー層を堆積し、次に前記カバー層に所望の横方向広がりを有する開口を形成し、次にビア開口の形成中に前記カバー層をアンダーエッチするステップを具える。この実施例はカバー層の下側の誘電体層をエッチングする適応プロセスを必要とし、例えばＳｉＯ２誘電体材料を適応ＨＦベース化学エッチングによってエッチングできる。
【００２６】
第１の実施例に戻り説明すると、カバー層は、一つの変形例では、誘電体層の上面に選択的に堆積され、よってビア開口の底面又は触媒層（一例ではビア開口の底面上に設けられる）上へのカバー層材料の不所望な堆積が避けられる。選択堆積は従来周知の技術である。この実施例では、誘電体ライナーを選択堆積のために誘電体層上に設けるのが好ましい。誘電体ライナーはビア開口の製造前に堆積され、従ってビア開口内に存在しない。誘電体ライナーの上のみにカバー層を堆積し、オーバハングラバー層部分を形成するが、ビア開口内には堆積しない、選択堆積をもたらす堆積条件を与えることができる。
【００２７】
上記の選択堆積の代替例を構成する実施例では、非選択堆積を実行する。この実施例は、カバー層の堆積ステップ中に堆積されたカバー層材料をビア開口の底面から除去するステップを具えるのが好ましい。この除去は、もとの表面を完全に回復させるために、例えば反応性イオンエッチングプロセスによって実行することができる。
【００２８】
本発明の方法は、シングル又はデュアルダマシンプロセスの一部分として実行するのが好ましい。しかし、この方法は金属ラインなどの相互接続素子のために提案されている任意の金属化集積方法に適用することができる。
【００２９】
本発明の第２の方法の態様は、相互接続構造を製造する上述の方法の実行を含む集積回路デバイスの製造方法からなる。本発明の第２の態様の方法の利点は以上の記載から明らかである。
【００３０】
以下の記載は本発明のデバイスの態様に関する。
【００３１】
本発明の第３の態様によれば、基板上の相互接続構造が提供される。この相互接続構造は、基板レベルの上又は上方の少なくとも２つの相互接続レベルに導電性の相互接続素子を具える。本発明の相互接続構造では、少なくとも１つの導電性のビアが一つの相互接続レベルにおける第１の相互接続素子を異なる相互接続レベルにおける第２の相互接続素子に接続する。このビアは、第１の誘電体層のビア開口内を延びる導電性の円筒状カーボンナノ構造を含む導電性ビア材料を具える。少なくとも１つのカバー層部分がビア開口の横方向広がり内まで延在してビアアパーチャを規定し、このアパーチャはカーボンナノ構造がこのビアアパーチャを貫通するのを阻止するに十分なほど小さい。
【００３２】
本発明の相互接続構造は、ビア材料内のカーボンナノ構造の外部円筒直径の２倍以下であるビアアパーチャを有する。前述したように、ビアの横方向広がりは、ナノ構造の成長が高さ方向においてカバー層部分を越えるのを阻止でき、この場合にはカーボンナノ構造の直径の少なくとも一部分がカバー層部分で覆われる。
【００３３】
他の好適実施例では、ビアアパーチャはビア材料内のカーボンナノ構造の外部円筒直径以下にする。この実施例は更に縮小されたビアアパーチャを有し、カーボンナノ構造のビア開口までの成長を安全に制限する。
【００３４】
本発明の他の好適実施例では、ビア開口内のビア材料はカーボンナノ構造の成長を助けるのに適した触媒層の上に置かれる。この実施例の利点は、本発明の方法の態様と関連して前述されている。一実施例では、カバー層部分は誘電体材料からなる。カバー層は第１及び第２の相互接続素子に含まれる金属が周囲の誘電体材料に侵入するのを阻止する障壁としての機能も有する。
【００３５】
製造中にカバー層の選択性で非コンフォーマルな堆積を表わす一実施例では、カバー層部分は誘電体ライナー上に設けられる。
【００３６】
カバー層部分は、全体として第２の誘電体層内の第１の相互接続開口の底面を覆うカバー層の一部分を構成し、第１の相互接続開口は第１の相互接続素子で充填される。この実施例は、特にカバー層が追加の機能を有する場合に有用である。
【００３７】
他の実施例では、カバー層部分は、ビア開口の側壁の最上部を覆い且つ第２の相互接続素子とビア開口の外側の第１の誘電体層との間に配置された誘電体ライナーに横方向に隣接する。この実施例では、カバー層部分により導入される構造の変更が従来の技術と比較して特に小さくなる。従って、第１の相互接続素子の構造はカバー層部分の導入により殆ど影響されない。
【００３８】
ビア材料は、第１の相互接続素子から第２の相互接続素子への方向にそれらの縦軸方向を有するカーボンナノチューブ又はカーボンナノワイヤを具える。カーボンナノチューブ及びカーボンナノワイヤは導電率の強い異方性を示すものとして周知である。本実施例はビア内に特に良い導電率を有する。
【００３９】
本発明の第４の態様は本発明の第３の態様の相互接続構造を含む集積回路デバイスで構成される。この集積回路デバイスは極めて良い熱伝導特性と低い電気抵抗を有する特に小型の相互接続ビアで構成できる。
【００４０】
本発明の好適実施例も従属請求項に特定されている。本発明の第１の態様の方法及び本発明の第２の態様の相互接続構造は従属請求項に特定された類似の及び／又は同一の好適実施例を有する点に留意されたい。特に、デバイス実施例は、本発明の第１の態様の方法の更なる実施例を特定する方法の特徴を有し、その逆に方法の実施例は、本発明の第２の態様のデバイスの更なる実施例を特定するデバイスの特徴を有する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１の実施例による相互接続構造の一製造段階における概略部分断面図を示す。
【図２】第１の実施例による相互接続構造の他の製造段階における概略部分断面図を示す。
【図３】第１の実施例による相互接続構造の他の製造段階における概略部分断面図を示す。
【図４】第１の実施例による相互接続構造の他の製造段階における概略部分断面図を示す。
【図５】第１の実施例による相互接続構造の他の製造段階における概略部分断面図を示す。
【図６】第１の実施例による相互接続構造の他の製造段階における概略部分断面図を示す。
【図７】第２の実施例による相互接続構造の一製造段階における概略部分断面図を示す。
【図８】第２の実施例による相互接続構造の他の製造段階における概略部分断面図を示す。
【図９】第２の実施例による相互接続構造の他の製造段階における概略部分断面図を示す。
【図１０】第２の実施例による相互接続構造の他の製造段階における概略部分断面図を示す。
【図１１】第２の実施例による相互接続構造の他の製造段階における概略部分断面図を示す。
【図１２】第３の実施例による相互接続構造の概略部分断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
本発明を図面を参照して詳細に説明する。
図１−図６は、第１の実施例による相互接続構造の種々の製造段階における概略部分断面図を示す。基板（図示せず）上に堆積された相互接続構造１００は、第１の相互接続レベル１０４（以下では下位相互接続レベルともいう）にある第１の相互接続素子１０２、例えば金属線を具える。第１の相互接続素子１０２は導電材料、典型的には銅Ｃｕ等の金属からなる。しかし、相互接続素子１０２には、代替導電材料、例えばアルミニウム（Ａｌ）、多結晶シリコン（Ｓｉ）、タングステン（Ｔ）又はこれらの材料の組み合わせを用いてもよい。
【００４３】
第１の相互接続素子１０２は、下位誘電体層１０５（これより前の説明及び特許請求の範囲では第２の誘電体層と呼ばれている）内に横方向に埋め込まれる。障壁層１０６が相互接続素子１０２の導電材料を下位誘電体層１０５から分離する。Ｃｕを用いる本例では、障壁層は、例えばＴａＮ又はＴａからなり、Ｃｕが下位誘電体層に侵入するのを阻止する。相互接続素子にＣｕを使用しない他の金属集積方法では障壁層は存在させる必要はない点に注意されたい。
【００４４】
相互接続構造は、更に、第２の相互接続レベル１０７（これより前の説明及び特許請求の範囲では上位相互接続レベルとも呼ばれている）を具える。上位相互接続レベル１０７には、第２の相互接続素子の製造のために上位誘電体層１１０内に相互接続開口１０８が形成される。上位誘電体層はこれより前の説明及び特許請求の範囲では第１の誘電体層とも呼ばれている。相互接続開口１０８の外側の上位誘電体層１１０の上に最上層１１１が堆積される。
【００４５】
相互接続開口１０８の底面１１４にビア開口１１２が形成される。ビア開口１１２は開口１０８の底面と第１相互接続素子１０２との間で上位誘電体を貫通する。
【００４６】
触媒層１１６がビア開口１１２の底面１１８上に予め堆積される。触媒層１１６は底面１１８上にカーボンナノ構造の成長を支持するのに適している。触媒層１１６は遷移金属が好適である触媒を含み、特にクロム（Ｃｒ），モリブデン（Ｍｏ），タングステン（Ｗ），鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ），ルテニウム（Ｒｕ），パラジウム（Ｐｄ），オスミウム（Ｏｓ），イリジウム（Ｉｒ），プラチナ（Ｐｔ）又はマグネシウム（Ｍｇ）又はそれらの混合物から選ばれるが、これらの元素に限定されない。ランタニド系及びアクチニド系の金属（例えばイットリウム（Ｙ））を使用してもよい。Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｏ及びそれらの混合物、例えば５０／５０（重量比）のＮｉ及びＣｏの混合物又はＦｅ及びＮｉの混合物又はＦｅ又はＭｏ混合物が好ましい。これらの遷移金属の何れかを個別に、又は列記した他の遷移金属の何れかと組み合わせてカーボンナノチューブ成長のための触媒として作用するようにクラスタ状に使用することができる。
【００４７】
障壁層１２０が相互接続素子１０２と上位誘電体層１１０との間に堆積される。
【００４８】
次に図２につき説明すると、図１の構造の上にカバー層１２２が非選択性で非コンフォーマルな堆積技術、例えば非選択性で非コンフォーマルな化学気相成長（ＣＶＤ）技術によって堆積される。カバー層１２２は誘電体材料、例えばＳｉＮ，ＳｉＣＮ又はＳｉＣなどからなる。これらの誘電体材料は典型的には薄い層として堆積される。他の実施例では、例えばＳｉＣなどの低誘電率（low-k）誘電体材料または例えばＡｌ２Ｏ３又はＨｆＯ２などの高誘電率（high-k）誘電体材料が使用される。最後に、例えばＴａＮ又はＴａなどの金属層も、これらの材料はパターンの側壁にとどまるために、カバー層として使用することができる。カバー層１２２は相互接続開口１０８の底面１１４のみならず側面１２４及び１２６にも堆積される。カバー層１２２はビア開口１１２内の側壁１２８及び１３０及び底面１１８にも堆積される。特に、非コンフォーマル堆積工程中にカバー層１２２の一体部分としてカバー層部分１３２が形成される。このカバー層部分１３２はビア開口１１２の横方向広がりＬ内まで延在してビア開口１１２のオーバハング部分を形成する。図２の断面図に示されるように、カバー層１３２は図１の断面図において２つの翼１３２．１及び１３２．２を有する。上面図（図示せず）では、カバー層部分はリング又は開口長方形を形成することができる。しかし、図２に示す横方向翼１３２．１及び１３２．２を与えるのみとすることもできる。一般に、カバー層部分は、ビア開口の横方向広がりＬより小さく且つカーボンナノ構造がビア開口を貫通するのを阻止するのに十分なほど小さいアパーチャＡをビア開口上に決定するものが好適である。図２の例では、アパーチャＡはビア開口の中心に配置されている。しかし、アパーチャＡはビア開口に対して中心に位置させる必要はない。
【００４９】
一実施例では、アパーチャは２０〜６０ｎｍの幅とする。模範例では、アパーチャは６０ｎｍ又はそれ以下とする。別の模範例では、アパーチャは５０ｎｍ又はそれ以下とする。上で説明したように、アパーチャの幅は次の工程でビア開口内に製造すべきカーボンナノ構造の横方向広がりにより決まる。
【００５０】
実行された非コンフォーマル堆積工程は、ヒロック１３４で示されるように、アパーチャＡの下方において、ビア開口の底面１１８上の触媒層１１６上により強いカバー層材料の堆積をもたらす。
【００５１】
次の製造工程において（その結果が図３に示されている）、カバー層のヒロック１３４がビア開口１１２の底面１１８上の触媒層１１６から除去される。これはウェットディップと関連して反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）処理によって達成できる。こうして、触媒層１３２のもとの表面が完全に回復される。この製造工程はビア開口１１２の側壁１２８及び１３０上のカバー層１２２も薄くする。相互接続開口１０８の底面１１４上のカバー層の厚さもこの製造工程中に幾分減少される。
【００５２】
次に、図４に示すように、ビア材料１３６の成長がビア開口１２０の内部で実行される。堆積されたビア材料１３６はカーボンナノチューブ又はカーボンナノワイヤの形態のカーボンナノ構造１３８を含む。ビア材料１３６の堆積のためには化学気相成長プロセスを使用するのが好ましい。ＣＶＤプロセスのパラメータは、例えばアパーチャＡより大きい直径ｄを有する導電性の円筒状カーボンナノ構造（図に模式的に示されている）を生成するように設定される。一般的に言えば、カーボンナノ構造１３８の直径は、カーボンナノ構造がカバー層部分１３２により形成されるアパーチャＡを貫通し得ないほど大きい。このＣＶＤ工程中の成長条件はこの要件に適合するように設定される。従って、カーボンナノ構造１３８がカバー層部分１３２に達するとき、高さ方向の成長が自動的に停止し、要すれば成長を継続して、例えばビア開口１１２が完全に充填されるまでアパーチャＡの下にない側面上の成長を可能にすることができる。この製造段階は図５に示されている。
【００５３】
次に、第２の相互接続素子１４０を形成するために、相互接続開口１０８が相互接続材料、例えば相互接続素子１０２について述べた材料で充填されえる。更に、第２の相互接続素子１４０の外側のカバー層１２２及び最上層１１１の部分を除去する化学機械研磨（ＣＭＰ）工程が実行される。
【００５４】
本実施例の製造方法は相互接続スタックの更に上位の相互接続レベルに対して反復することができる。
【００５５】
図７〜図１１は第２の実施例による種々の製造段階における相互接続構造の一部分の概略断面図を示す。
【００５６】
本例製造方法の説明は図１と同様の製造段階における相互接続構造２００から出発する。本例の説明は、対応する構造要素に対して、図１〜図６の参照番号と比較して最後の２桁が同じである参照番号を用いている。例えば、図１〜図６では１２２で示されているカバー層は図７〜図１２では２２２で示されている。従って、相互接続構造２００の一般的構造の説明は前実施例の詳細な説明を参照されたい。以下の説明は前実施例との差に焦点が当てられている。
【００５７】
図１の相互接続構造１００と対照的に、図７の相互接続構造２００は、誘電体ライナー２１１によりレベル間誘電体層２１０．１及びレベル内誘電体層２１０．２に分割された上位誘電体層２１０を有する。誘電体ライナー２１１は、カバー層２２２の堆積のための選択性で非コンフォーマルなＣＶＤプロセスに有用である。従って、前製造工程における上位誘電体層２１０への相互接続開口２０８の形成は誘電体ライナー２１１が露出された状態で停止されている。
【００５８】
相互接続開口の底面２１４上に誘電体ライナー２１１を設けるとともに、カバー層２２２を堆積する製造工程において適切な堆積条件を用いることによって、誘電体ライナー２１１（カバー層の堆積が成功する）と触媒層２１６（カバー層の堆積が失敗する）との間で選択堆積が達成される。本例では、選択堆積が最上層２０９に対しても達成され、最上層にもカバー層が堆積されない。こうして、後に実行されるＣＭＰ工程が容易になる。
【００５９】
カバー層２１２は更に相互接続開口２０８の側壁２２４及び２２６も覆わず、またレベル間誘電体層２１０．１のビア開口の側壁２２８及び２３０上にも存在しない。
【００６０】
しかし、カバー層２２２はビア開口２１２の最上部の横方向端に２つの翼２３２．１及び２３２．２を有するオーバハングカバー層部分２３２を形成する（図８参照）。
【００６１】
次に、製造は前実施例と同様に続く。即ち、カーボンナノ構造２３８を含むビア材料２３６の成長がカバー層部分２３２に達するまで高さ方向ｈに実行される（図９）。
【００６２】
この成長はビア材料２３６の所望の横方向拡張のために更に続けられ（図１０）、この横方向拡張はビア材料２３６とビア開口の側壁との間に空隙を残存させてもよく、その後相互接続開口２０８内に金属を堆積して第２の相互接続素子２４０を形成する（図１１）。
【００６３】
図１２は図１１の製造段階に対応する製造段階における第３の実施例による相互接続構造３００の一部分の概略断面図を示す。本例の説明は、対応する構造要素に対して、図１〜図６および図７〜図１１の参照番号と比較して最後の２桁が同じである参照番号を用いている。従って、相互接続構造３００の一般的構造の説明は前実施例の詳細な説明を参照されたい。以下の説明は前実施例との差に焦点が当てられている。
【００６４】
ここに示される代替製造方法はビア開口２１２の横方向広がりの外側のカバー層部分２２２．１及び２２２．２（図１１参照）を例えば反応性イオンエッチングによって除去してカバー層部分３３２を形成する工程を含む。次に、相互接続素子３４０が金属堆積によって形成される。
【００６５】
図１２には、ビアアパーチャが円筒状カーボンナノ構造３３８．１及び３３８．２の直径より大きい状態が示されている。しかし、ナノ構造の横方向配列のために、直径の少なくとも一部分が下方からカバー層部分３３２に当接し、製造中に更なる成長が停止される。触媒層３１６の横方向構造化によってナノ構造３３８．１及び３３８．２の横方向配列を制御することができる。
【００６６】
上述した３つの実施例は、相互接続素子の形成にデュアルダマシンプロセスに基づく標準金属化方法を用いる点に注意されたい。しかし、金属相互接続素子のために提案ざれている任意の金属化集積方法を使用することができる。
【００６７】
本発明を図に示し及び以上において詳細に説明したが、このような図や説明は実例及び解説のためであって、限定のためでなく、本発明は開示の実施例に限定されない。特に、本発明は相互接続構造の範囲を超えて使用でき、他の応用分野においてもカーボンナノチューブ又はナノワイヤの成長の高度の制御を提供する。他の応用分野の例には、例えばシリコン内に埋め込まれた導電性トレンチ又は回路基板上の異なる金属レベル間のビアがある。
【００６８】
請求の範囲に記載されている発明の分野の当業者であれば、本明細書、図面及び特許請求の範囲の研究から、開示された実施例の他の変更例が容易に理解され、実施することができる。
【００６９】
特許請求の範囲において、「具える」は、請求項に記載の要素や手順以外の要素や手順を除外するものではなく、また数を特定してない要素は複数の存在を除外するものではない。また、いくつかの手段が互いに異なる従属請求項に記載されていることのみをもって、これらの手段の組み合わせは有利に使用できないことを意味するものではない。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板レベルの上又は上方の少なくとも２つの相互接続レベルに導電性相互接続素子を具える、基板上の相互接続構造に関する。本発明は、更に、一相互接続レベル又は基板レベルにある第１の導電性相互接続素子と、異なる相互接続レベルにある第２の導電性相互接続素子とを接続するビアを有する相互接続構造を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
先進世代の集積回路は向上した高周波数特性、許容発熱及び向上した熱伝導を必要とする。特許文献１は異なる相互接続レベルにある金属線のような相互接続素子を接続する導電性のビアの抵抗値を低減するためにカーボンナノチューブを使用することを提案している。カーボンナノチューブは円筒状のカーボンナノ構造である。カーボンナノチューブはフラーレン構造族の一種である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−０７２１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
カーボンナノチューブを含む導電性のビア材料で相互接続構造を製造する際に生じる実現問題は、ビア形態の制御、特にビア開口内のビア材料の高さの制御である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の態様には方法とデバイスがある。以下では、最初に方法の態様について記載する。
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、一つの相互接続レベル又は基板レベルにある第１の導電性相互接続素子と、異なる相互接続レベルにある第２の導電性相互接続素子とを接続するビアを有する相互接続構造を製造する方法が提供される。この方法は、
一つの相互接続レベル又は基板レベルにある前記第１の導電性相互接続素子を基板に設けるステップと、
前記第１の相互接続素子の上に誘電体層を堆積するステップと、
前記誘電体層に、前記第１の相互接続素子まで届くビア開口を製造するステップと、
前記誘電体層の上に前記ビア開口の横方向広がり内まで延在してビアアパーチャを規定するカバー層部分を製造するステップと、
前記ビア開口内に、導電性のカーボンナノ構造を含む導電性ビア材料を製造するステップと、
前記ビアと接触する第２の相互接続素子を製造するステップと、
を具える。
【０００７】
本発明の第１の態様の方法では、ビアアパーチャをカーボンナノ構造がビアアパーチャを貫通するのを阻止するのに十分なほど小さくする。ここでは「ナノ構造」が「カーボンナノ構造」の略語として使用される点に注意された。
【０００８】
本発明の方法は、相互接続構造内のビア領域においけるカーボンナノ構造の成長を精密に制御する精密なプロセスを提供する。本発明の方法は、現代のアプリケーション、特に相互接続構造を高い集積密度で製造するための近い将来のプロセス技術、例えば９０，６０及び４０ｎｍ技術に好適である。
【０００９】
本発明の基礎は、ビア開口の横方向広がり内まで延在するカバー層部分によってビア開口の横方向広がりを狭窄することにある。この方法を用いると、その後、誘電体層上のカバー層部分により与えられるアパーチャで決定されるビアの所望の横方向領域内に導電性カーボンナノ構造を含むビア材料を製造することができる。
【００１０】
ビア開口内のビア材料の製造は高さ方向にはビア材料がカバー層部分に届くまで行うことができる。高さ方向は基板レベルから上位相互接続レベルへ向かい、基板表面に対して垂直の方向である（この定義のためには基板表面は理想的には平面であるものとする）。
【００１１】
所定の高さに到達後は、ビア材料が高さ方向にさらに成長する余地はないため、ナノ構造の成長は自動的に停止する。ビア材料の高さはこのように制限され、従ってビア開口の底面の上方のカバー層部分の高さによって精密に制御される。
【００１２】
ビア材料のこの成長制限は、ビアアパーチャが、カーボンナノ構造がビアアパーチャを貫通するのを阻止するのに十分なほど小さくされるためである。
【００１３】
導電性の円筒状カーボンナノ構造は例えばカーボンナノチューブ及びカーボンナノワイヤである。カーボンナノワイヤは、カーボンナノチューブ内に原子、例えば炭素原子の一次元の鎖を有する点で、カーボンナノチューブと相違する。
【００１４】
用語「カーボンナノ構造」は、単一のカーボンナノチューブ及び単一のカーボンナノ構造のみならず、カーボンナノチューブ及び／又はカーボンナノワイヤの凝集もカバーする。本発明の目的のためには、このようなナノ構造がビア材料の電気伝導性に寄与する限り、即ちビアの底面からビアの最上面又はビアの最上面からビアの底面への方向に電荷を輸送できる限り、適切な円筒状カーボンナノ構造は屈曲した又は折りたたまれたカーボンナノチューブ又はカーボンナノワイヤから形成されてもよい。
【００１５】
カーボンナノチューブは種々の直径で製造できる。単層カーボンナノチューブは約１〜１５ｎｍの直径を有するが、多層ナノチューブは約３０ｎｍまでの外径を有することができる。更に、いくつかのタイプの円筒状カーボンナノ構造はカーボンナノチューブ又はカーボンナノワイヤの凝集により形成される。これらの凝集は単一のカーボンナノチューブ又はカーボンナノワイヤの横方向広がりを上回る横方向広がりを有するファイバを形成することができる。ビア内に多数のナノチューブを一緒に成長させて数十ナノメートルの直径を有する大きな単一のナノチューブを形成できることも確かめられた。
【００１６】
よって、ビアアパーチャの適切な横方向広がりは、ビア開口内にビア材料で製造される導電性の円筒状カーボンナノ構造のタイプにより決まる。
【００１７】
ビアアパーチャの横方向広がりに対する設計規則の簡単な具体例は、ビア材料に含まれる円筒状のカーボンナノ構造の外径よりも小さいビアアパーチャを製造することである。ビア材料に所定の径範囲が存在する場合には、一つの指標として例えば最小のナノ構造径を選択する。他方、アパーチャ下部の個々のナノ構造の径の少なくとも外側部分がカバー層部分で形成された狭窄により阻止される場合には、アパーチャはナノ構造の径より大きくすることもできること明らかである。
【００１８】
ビア材料の製造を可能にするためには、即ちビア材料の反応物質又は前駆物質をビア開口内に輸送するためには、所定の横方向広がりのアパーチャが必要とされること勿論である。
【００１９】
従って、本発明の方法によれば、ビア開口内のビア材料の形態を精密に制御することができる。同様に、横方向の成長はビア開口の側面で制御される。高さ方向の成長は本発明のプロセスにより制御されるため、横方向成長に対して時間的制限が存在しないので、所望の高さに到達した後でも、横方向成長を所望の横方向寸法になるまで続けることができる。
【００２０】
集積回路デバイスのチャネル部分として製造できる相互接続構造は基板レベルを含む少なくとも２つの相互接続レベルを有する。相互接続レベルは相互接続素子の基板レベルからの距離により決まる。従って、本発明の方法は、集積回路デバイスの特定の構造及び集積回路デバイスの所要の相互接続構造に依存して、基板レベルの相互接続素子と基板レベルより上の第１の相互接続レベルとの間、又は基板レベルより上の第１の相互接続レベルと第２の相互接続レベルとの間などのビアに使用することができる。
【００２１】
以下において、本発明の第１の態様の方法の好適実施例について記載する。代案として明記しない限り、これらの実施例は互いに組み合わせることができる。
【００２２】
一実施例は、ビア開口内にビア材料を製造するステップの前に、ビア開口の底面上のカーボンナノ構造の成長を支持するのに適した触媒層を製造するステップを具える。触媒層の使用はビア開口内のカーボンナノ構造の製造速度及び制御を向上させる。適切な触媒材料の例は添付図面の説明と関連して後で与えられる。一例では、触媒層は、ビア開口内のビア材料の横方向拡張を制限するために、ビア開口の底面の一部分の上にのみ製造する。触媒層は連続である必要はなく、ビア開口内の特定の複数位置でカーボンナノ構造の成長を促進させるために複数の層部分に分離することができる。
【００２３】
誘電体層上に前記カバー層部分を製造するには種々の代替方法がある。
【００２４】
第１の代替実施例では、前記カバー層部分を製造するステップは、カバー層を誘電体層の上面に非コンフォーマルに堆積する。非コンフォーマル堆積は、前記カバー層部分を、ビア開口の横方向広がり内まで横方向に延在するカバー層のオーバハング部分として製造することを可能にする。適切な非コンフォーマル堆積は従来既知である。従って、この実施例はカバー層の堆積前にビア開口の製造ステップを具える。
【００２５】
対照的に、オーバハングカバー層構造を製造する第２の代替実施例は、最初に前記誘電体層及び前記カバー層を堆積し、次に前記カバー層に所望の横方向広がりを有する開口を形成し、次にビア開口の形成中に前記カバー層をアンダーエッチするステップを具える。この実施例はカバー層の下側の誘電体層をエッチングする適応プロセスを必要とし、例えばＳｉＯ２誘電体材料を適応ＨＦベース化学エッチングによってエッチングできる。
【００２６】
第１の実施例に戻り説明すると、カバー層は、一つの変形例では、誘電体層の上面に選択的に堆積され、よってビア開口の底面又は触媒層（一例ではビア開口の底面上に設けられる）上へのカバー層材料の不所望な堆積が避けられる。選択堆積は従来周知の技術である。この実施例では、誘電体ライナーを選択堆積のために誘電体層上に設けるのが好ましい。誘電体ライナーはビア開口の製造前に堆積され、従ってビア開口内に存在しない。誘電体ライナーの上のみにカバー層を堆積し、オーバハングラバー層部分を形成するが、ビア開口内には堆積しない、選択堆積をもたらす堆積条件を与えることができる。
【００２７】
上記の選択堆積の代替例を構成する実施例では、非選択堆積を実行する。この実施例は、カバー層の堆積ステップ中に堆積されたカバー層材料をビア開口の底面から除去するステップを具えるのが好ましい。この除去は、もとの表面を完全に回復させるために、例えば反応性イオンエッチングプロセスによって実行することができる。
【００２８】
本発明の方法は、シングル又はデュアルダマシンプロセスの一部分として実行するのが好ましい。しかし、この方法は金属ラインなどの相互接続素子のために提案されている任意の金属化集積方法に適用することができる。
【００２９】
本発明の第２の方法の態様は、相互接続構造を製造する上述の方法の実行を含む集積回路デバイスの製造方法からなる。本発明の第２の態様の方法の利点は以上の記載から明らかである。
【００３０】
以下の記載は本発明のデバイスの態様に関する。
【００３１】
本発明の第３の態様によれば、基板上の相互接続構造が提供される。この相互接続構造は、基板レベルの上又は上方の少なくとも２つの相互接続レベルに導電性の相互接続素子を具える。本発明の相互接続構造では、少なくとも１つの導電性のビアが一つの相互接続レベルにおける第１の相互接続素子を異なる相互接続レベルにおける第２の相互接続素子に接続する。このビアは、第１の誘電体層のビア開口内を延びる導電性の円筒状カーボンナノ構造を含む導電性ビア材料を具える。少なくとも１つのカバー層部分がビア開口の横方向広がり内まで延在してビアアパーチャを規定し、このアパーチャはカーボンナノ構造がこのビアアパーチャを貫通するのを阻止するに十分なほど小さい。
【００３２】
本発明の相互接続構造は、ビア材料内のカーボンナノ構造の外部円筒直径の２倍以下であるビアアパーチャを有する。前述したように、ビアの横方向広がりは、ナノ構造の成長が高さ方向においてカバー層部分を越えるのを阻止でき、この場合にはカーボンナノ構造の直径の少なくとも一部分がカバー層部分で覆われる。
【００３３】
他の好適実施例では、ビアアパーチャはビア材料内のカーボンナノ構造の外部円筒直径以下にする。この実施例は更に縮小されたビアアパーチャを有し、カーボンナノ構造のビア開口までの成長を安全に制限する。
【００３４】
本発明の他の好適実施例では、ビア開口内のビア材料はカーボンナノ構造の成長を助けるのに適した触媒層の上に置かれる。この実施例の利点は、本発明の方法の態様と関連して前述されている。一実施例では、カバー層部分は誘電体材料からなる。カバー層は第１及び第２の相互接続素子に含まれる金属が周囲の誘電体材料に侵入するのを阻止する障壁としての機能も有する。
【００３５】
製造中にカバー層の選択性で非コンフォーマルな堆積を表わす一実施例では、カバー層部分は誘電体ライナー上に設けられる。
【００３６】
カバー層部分は、全体として第２の誘電体層内の第１の相互接続開口の底面を覆うカバー層の一部分を構成し、第１の相互接続開口は第１の相互接続素子で充填される。この実施例は、特にカバー層が追加の機能を有する場合に有用である。
【００３７】
他の実施例では、カバー層部分は、ビア開口の側壁の最上部を覆い且つ第２の相互接続素子とビア開口の外側の第１の誘電体層との間に配置された誘電体ライナーに横方向に隣接する。この実施例では、カバー層部分により導入される構造の変更が従来の技術と比較して特に小さくなる。従って、第１の相互接続素子の構造はカバー層部分の導入により殆ど影響されない。
【００３８】
ビア材料は、第１の相互接続素子から第２の相互接続素子への方向にそれらの縦軸方向を有するカーボンナノチューブ又はカーボンナノワイヤを具える。カーボンナノチューブ及びカーボンナノワイヤは導電率の強い異方性を示すものとして周知である。本実施例はビア内に特に良い導電率を有する。
【００３９】
本発明の第４の態様は本発明の第３の態様の相互接続構造を含む集積回路デバイスで構成される。この集積回路デバイスは極めて良い熱伝導特性と低い電気抵抗を有する特に小型の相互接続ビアで構成できる。
【００４０】
本発明の好適実施例も従属請求項に特定されている。本発明の第１の態様の方法及び本発明の第２の態様の相互接続構造は従属請求項に特定された類似の及び／又は同一の好適実施例を有する点に留意されたい。特に、デバイス実施例は、本発明の第１の態様の方法の更なる実施例を特定する方法の特徴を有し、その逆に方法の実施例は、本発明の第２の態様のデバイスの更なる実施例を特定するデバイスの特徴を有する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１の実施例による相互接続構造の一製造段階における概略部分断面図を示す。
【図２】第１の実施例による相互接続構造の他の製造段階における概略部分断面図を示す。
【図３】第１の実施例による相互接続構造の他の製造段階における概略部分断面図を示す。
【図４】第１の実施例による相互接続構造の他の製造段階における概略部分断面図を示す。
【図５】第１の実施例による相互接続構造の他の製造段階における概略部分断面図を示す。
【図６】第１の実施例による相互接続構造の他の製造段階における概略部分断面図を示す。
【図７】第２の実施例による相互接続構造の一製造段階における概略部分断面図を示す。
【図８】第２の実施例による相互接続構造の他の製造段階における概略部分断面図を示す。
【図９】第２の実施例による相互接続構造の他の製造段階における概略部分断面図を示す。
【図１０】第２の実施例による相互接続構造の他の製造段階における概略部分断面図を示す。
【図１１】第２の実施例による相互接続構造の他の製造段階における概略部分断面図を示す。
【図１２】第３の実施例による相互接続構造の概略部分断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
本発明を図面を参照して詳細に説明する。
図１−図６は、第１の実施例による相互接続構造の種々の製造段階における概略部分断面図を示す。基板（図示せず）上に堆積された相互接続構造１００は、第１の相互接続レベル１０４（以下では下位相互接続レベルともいう）にある第１の相互接続素子１０２、例えば金属線を具える。第１の相互接続素子１０２は導電材料、典型的には銅Ｃｕ等の金属からなる。しかし、相互接続素子１０２には、代替導電材料、例えばアルミニウム（Ａｌ）、多結晶シリコン（Ｓｉ）、タングステン（Ｔ）又はこれらの材料の組み合わせを用いてもよい。
【００４３】
第１の相互接続素子１０２は、下位誘電体層１０５（これより前の説明及び特許請求の範囲では第２の誘電体層と呼ばれている）内に横方向に埋め込まれる。障壁層１０６が相互接続素子１０２の導電材料を下位誘電体層１０５から分離する。Ｃｕを用いる本例では、障壁層は、例えばＴａＮ又はＴａからなり、Ｃｕが下位誘電体層に侵入するのを阻止する。相互接続素子にＣｕを使用しない他の金属集積方法では障壁層は存在させる必要はない点に注意されたい。
【００４４】
相互接続構造は、更に、第２の相互接続レベル１０７（これより前の説明及び特許請求の範囲では上位相互接続レベルとも呼ばれている）を具える。上位相互接続レベル１０７には、第２の相互接続素子の製造のために上位誘電体層１１０内に相互接続開口１０８が形成される。上位誘電体層はこれより前の説明及び特許請求の範囲では第１の誘電体層とも呼ばれている。相互接続開口１０８の外側の上位誘電体層１１０の上に最上層１１１が堆積される。
【００４５】
相互接続開口１０８の底面１１４にビア開口１１２が形成される。ビア開口１１２は開口１０８の底面と第１相互接続素子１０２との間で上位誘電体を貫通する。
【００４６】
触媒層１１６がビア開口１１２の底面１１８上に予め堆積される。触媒層１１６は底面１１８上にカーボンナノ構造の成長を支持するのに適している。触媒層１１６は遷移金属が好適である触媒を含み、特にクロム（Ｃｒ），モリブデン（Ｍｏ），タングステン（Ｗ），鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ），ルテニウム（Ｒｕ），パラジウム（Ｐｄ），オスミウム（Ｏｓ），イリジウム（Ｉｒ），プラチナ（Ｐｔ）又はマグネシウム（Ｍｇ）又はそれらの混合物から選ばれるが、これらの元素に限定されない。ランタニド系及びアクチニド系の金属（例えばイットリウム（Ｙ））を使用してもよい。Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｏ及びそれらの混合物、例えば５０／５０（重量比）のＮｉ及びＣｏの混合物又はＦｅ及びＮｉの混合物又はＦｅ又はＭｏ混合物が好ましい。これらの遷移金属の何れかを個別に、又は列記した他の遷移金属の何れかと組み合わせてカーボンナノチューブ成長のための触媒として作用するようにクラスタ状に使用することができる。
【００４７】
障壁層１２０が相互接続素子１０２と上位誘電体層１１０との間に堆積される。
【００４８】
次に図２につき説明すると、図１の構造の上にカバー層１２２が非選択性で非コンフォーマルな堆積技術、例えば非選択性で非コンフォーマルな化学気相成長（ＣＶＤ）技術によって堆積される。カバー層１２２は誘電体材料、例えばＳｉＮ，ＳｉＣＮ又はＳｉＣなどからなる。これらの誘電体材料は典型的には薄い層として堆積される。他の実施例では、例えばＳｉＣなどの低誘電率（low-k）誘電体材料または例えばＡｌ２Ｏ３又はＨｆＯ２などの高誘電率（high-k）誘電体材料が使用される。最後に、例えばＴａＮ又はＴａなどの金属層も、これらの材料はパターンの側壁にとどまるために、カバー層として使用することができる。カバー層１２２は相互接続開口１０８の底面１１４のみならず側面１２４及び１２６にも堆積される。カバー層１２２はビア開口１１２内の側壁１２８及び１３０及び底面１１８にも堆積される。特に、非コンフォーマル堆積工程中にカバー層１２２の一体部分としてカバー層部分１３２が形成される。このカバー層部分１３２はビア開口１１２の横方向広がりＬ内まで延在してビア開口１１２のオーバハング部分を形成する。図２の断面図に示されるように、カバー層１３２は図１の断面図において２つの翼１３２．１及び１３２．２を有する。上面図（図示せず）では、カバー層部分はリング又は開口長方形を形成することができる。しかし、図２に示す横方向翼１３２．１及び１３２．２を与えるのみとすることもできる。一般に、カバー層部分は、ビア開口の横方向広がりＬより小さく且つカーボンナノ構造がビア開口を貫通するのを阻止するのに十分なほど小さいアパーチャＡをビア開口上に決定するものが好適である。図２の例では、アパーチャＡはビア開口の中心に配置されている。しかし、アパーチャＡはビア開口に対して中心に位置させる必要はない。
【００４９】
一実施例では、アパーチャは２０〜６０ｎｍの幅とする。模範例では、アパーチャは６０ｎｍ又はそれ以下とする。別の模範例では、アパーチャは５０ｎｍ又はそれ以下とする。上で説明したように、アパーチャの幅は次の工程でビア開口内に製造すべきカーボンナノ構造の横方向広がりにより決まる。
【００５０】
実行された非コンフォーマル堆積工程は、ヒロック１３４で示されるように、アパーチャＡの下方において、ビア開口の底面１１８上の触媒層１１６上により強いカバー層材料の堆積をもたらす。
【００５１】
次の製造工程において（その結果が図３に示されている）、カバー層のヒロック１３４がビア開口１１２の底面１１８上の触媒層１１６から除去される。これはウェットディップと関連して反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）処理によって達成できる。こうして、触媒層１３２のもとの表面が完全に回復される。この製造工程はビア開口１１２の側壁１２８及び１３０上のカバー層１２２も薄くする。相互接続開口１０８の底面１１４上のカバー層の厚さもこの製造工程中に幾分減少される。
【００５２】
次に、図４に示すように、ビア材料１３６の成長がビア開口１２０の内部で実行される。堆積されたビア材料１３６はカーボンナノチューブ又はカーボンナノワイヤの形態のカーボンナノ構造１３８を含む。ビア材料１３６の堆積のためには化学気相成長プロセスを使用するのが好ましい。ＣＶＤプロセスのパラメータは、例えばアパーチャＡより大きい直径ｄを有する導電性の円筒状カーボンナノ構造（図に模式的に示されている）を生成するように設定される。一般的に言えば、カーボンナノ構造１３８の直径は、カーボンナノ構造がカバー層部分１３２により形成されるアパーチャＡを貫通し得ないほど大きい。このＣＶＤ工程中の成長条件はこの要件に適合するように設定される。従って、カーボンナノ構造１３８がカバー層部分１３２に達するとき、高さ方向の成長が自動的に停止し、要すれば成長を継続して、例えばビア開口１１２が完全に充填されるまでアパーチャＡの下にない側面上の成長を可能にすることができる。この製造段階は図５に示されている。
【００５３】
次に、第２の相互接続素子１４０を形成するために、相互接続開口１０８が相互接続材料、例えば相互接続素子１０２について述べた材料で充填されえる。更に、第２の相互接続素子１４０の外側のカバー層１２２及び最上層１１１の部分を除去する化学機械研磨（ＣＭＰ）工程が実行される。
【００５４】
本実施例の製造方法は相互接続スタックの更に上位の相互接続レベルに対して反復することができる。
【００５５】
図７〜図１１は第２の実施例による種々の製造段階における相互接続構造の一部分の概略断面図を示す。
【００５６】
本例製造方法の説明は図１と同様の製造段階における相互接続構造２００から出発する。本例の説明は、対応する構造要素に対して、図１〜図６の参照番号と比較して最後の２桁が同じである参照番号を用いている。例えば、図１〜図６では１２２で示されているカバー層は図７〜図１２では２２２で示されている。従って、相互接続構造２００の一般的構造の説明は前実施例の詳細な説明を参照されたい。以下の説明は前実施例との差に焦点が当てられている。
【００５７】
図１の相互接続構造１００と対照的に、図７の相互接続構造２００は、誘電体ライナー２１１によりレベル間誘電体層２１０．１及びレベル内誘電体層２１０．２に分割された上位誘電体層２１０を有する。誘電体ライナー２１１は、カバー層２２２の堆積のための選択性で非コンフォーマルなＣＶＤプロセスに有用である。従って、前製造工程における上位誘電体層２１０への相互接続開口２０８の形成は誘電体ライナー２１１が露出された状態で停止されている。
【００５８】
相互接続開口の底面２１４上に誘電体ライナー２１１を設けるとともに、カバー層２２２を堆積する製造工程において適切な堆積条件を用いることによって、誘電体ライナー２１１（カバー層の堆積が成功する）と触媒層２１６（カバー層の堆積が失敗する）との間で選択堆積が達成される。本例では、選択堆積が最上層２０９に対しても達成され、最上層にもカバー層が堆積されない。こうして、後に実行されるＣＭＰ工程が容易になる。
【００５９】
カバー層２１２は更に相互接続開口２０８の側壁２２４及び２２６も覆わず、またレベル間誘電体層２１０．１のビア開口の側壁２２８及び２３０上にも存在しない。
【００６０】
しかし、カバー層２２２はビア開口２１２の最上部の横方向端に２つの翼２３２．１及び２３２．２を有するオーバハングカバー層部分２３２を形成する（図８参照）。
【００６１】
次に、製造は前実施例と同様に続く。即ち、カーボンナノ構造２３８を含むビア材料２３６の成長がカバー層部分２３２に達するまで高さ方向ｈに実行される（図９）。
【００６２】
この成長はビア材料２３６の所望の横方向拡張のために更に続けられ（図１０）、この横方向拡張はビア材料２３６とビア開口の側壁との間に空隙を残存させてもよく、その後相互接続開口２０８内に金属を堆積して第２の相互接続素子２４０を形成する（図１１）。
【００６３】
図１２は図１１の製造段階に対応する製造段階における第３の実施例による相互接続構造３００の一部分の概略断面図を示す。本例の説明は、対応する構造要素に対して、図１〜図６および図７〜図１１の参照番号と比較して最後の２桁が同じである参照番号を用いている。従って、相互接続構造３００の一般的構造の説明は前実施例の詳細な説明を参照されたい。以下の説明は前実施例との差に焦点が当てられている。
【００６４】
ここに示される代替製造方法はビア開口２１２の横方向広がりの外側のカバー層部分２２２．１及び２２２．２（図１１参照）を例えば反応性イオンエッチングによって除去してカバー層部分３３２を形成する工程を含む。次に、相互接続素子３４０が金属堆積によって形成される。
【００６５】
図１２には、ビアアパーチャが円筒状カーボンナノ構造３３８．１及び３３８．２の直径より大きい状態が示されている。しかし、ナノ構造の横方向配列のために、直径の少なくとも一部分が下方からカバー層部分３３２に当接し、製造中に更なる成長が停止される。触媒層３１６の横方向構造化によってナノ構造３３８．１及び３３８．２の横方向配列を制御することができる。
【００６６】
上述した３つの実施例は、相互接続素子の形成にデュアルダマシンプロセスに基づく標準金属化方法を用いる点に注意されたい。しかし、金属相互接続素子のために提案ざれている任意の金属化集積方法を使用することができる。
【００６７】
本発明を図に示し及び以上において詳細に説明したが、このような図や説明は実例及び解説のためであって、限定のためでなく、本発明は開示の実施例に限定されない。特に、本発明は相互接続構造の範囲を超えて使用でき、他の応用分野においてもカーボンナノチューブ又はナノワイヤの成長の高度の制御を提供する。他の応用分野の例には、例えばシリコン内に埋め込まれた導電性トレンチ又は回路基板上の異なる金属レベル間のビアがある。
【００６８】
請求の範囲に記載されている発明の分野の当業者であれば、本明細書、図面及び特許請求の範囲の研究から、開示された実施例の他の変更例が容易に理解され、実施することができる。
【００６９】
特許請求の範囲において、「具える」は、請求項に記載の要素や手順以外の要素や手順を除外するものではなく、また数を特定してない要素は複数の存在を除外するものではない。また、いくつかの手段が互いに異なる従属請求項に記載されていることのみをもって、これらの手段の組み合わせは有利に使用できないことを意味するものではない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板レベルの上又は上方の少なくとも２つの相互接続レベルに導電性の相互接続素子を具える、基板上の相互接続構造であって、
少なくとも１つの導電性のビアが一つの相互接続レベルにおける第１の相互接続素子を異なる相互接続レベルにおける第２の相互接続素子に接続し、前記ビアは、第１の誘電体層のビア開口内を延びる導電性の円筒状カーボンナノ構造を含む導電性ビア材料を具え、
少なくとも１つのカバー層部分がビア開口の横方向広がり内まで延在してビアアパーチャ（ｄ）を規定し、このアパーチャはカーボンナノ構造がこのビアアパーチャを貫通するのを阻止するのに十分なほど小さい、
ことを特徴とする相互接続構造。
【請求項２】
前記ビアアパーチャ（ｄ）は前記ビア材料内のカーボンナノ構造の外部円筒直径の２倍以下であることを特徴とする請求項１記載の相互接続構造。
【請求項３】
前記ビアアパーチャ（ｄ）は前記ビア材料内のカーボンナノ構造の外部円筒直径以下であることを特徴とする請求項１記載の相互接続構造。
【請求項４】
前記少なくとも１つのカバー層部分は、基板から第２のビア端より遠く離れた第１のビア端に配置されていることを特徴とする請求項１記載の相互接続構造。
【請求項５】
前記ビア開口内のビア材料はカーボンナノ構造の成長を助けるのに適した触媒層の上に形成されていることを特徴とする請求項１記載の相互接続構造。
【請求項６】
前記カバー層部分は誘電体材料からなることを特徴とする請求項１記載の相互接続構造。
【請求項７】
前記カバー層部分は誘電体ライナーに設けられていることを特徴とする請求項１記載の相互接続構造。
【請求項８】
前記カバー層部分は前記ビア開口の側壁の最上部を覆い且つ前記第２の相互接続素子と前記ビア開口の外側の前記第１の誘電体層との間に配置された誘電体ライナーに横方向に隣接することを特徴とする請求項１記載の相互接続構造。
【請求項９】
前記カバー層部分は、前記第１の誘電体層内の前記第１の相互接続開口の底面を覆うカバー層の一部分であり、前記第１の相互接続開口が前記第２の相互接続素子で充填されることを特徴とする請求項１記載の相互接続構造。
【請求項１０】
前記ビア材料は、高さ方向の縦軸の配向を有し前記第１の相互接続素子から前記第２の相互接続素子へ指向するカーボンナノチューブ又はカーボンナノワイヤを具えることを特徴とする請求項１記載の相互接続構造。
【請求項１１】
一つの相互接続レベル又は基板レベルにある第１の導電性相互接続素子と、異なる相互接続レベルにある第２の導電性相互接続素子とを接続するビアを有する相互接続構造を製造する方法であって、
前記一つの相互接続レベル又は基板レベルにある前記第１の導電性相互接続素子を基板に設けるステップと、
前記第１の相互接続素子の上に誘電体層を堆積するステップと、
前記誘電体層に、前記第１の相互接続素子まで届くビア開口を製造するステップと、
前記誘電体層の上に前記ビア開口の横方向広がり内まで延在してビアアパーチャを規定するカバー層部分を製造するステップと、
前記ビア開口内に、導電性のカーボンナノ構造を含む導電性ビア材料を製造するステップと、
前記ビアと接触する第２の相互接続素子を製造するステップと、
を具えることを特徴とする相互接続構造の製造方法。
【請求項１２】
前記ビア開口内にビア材料を製造するステップの前に、前記カーボンナノ構造の成長を助けるのに適した触媒層を前記ビア開口の底面に製造するステップを具えることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の誘電体層の上にカバー層部分を製造するステップは、カバー層を前記第１の誘電体層の上面に非コンフォーマルに堆積するステップを具えることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
前記カバー層は選択的に堆積して、前記ビア開口の底面に前記カバー層が堆積されるのを避けることを特徴とする請求項１２又は１３記載の方法。
【請求項１５】
前記カバー層を非コンフォーマルに堆積するステップ中に堆積されたカバー層材料を前記ビア開口の底面から除去するステップを具えることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１６】
前記ビア開口の外側の前記第１の誘電体層の上面からカバー層を除去するステップを具えることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１７】
前記ビア開口内にビア材料を堆積するステップは、前記ビア材料が前記カバー層部分に当接するまで続けることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１８】
シングル又はデュアルダマシンプロセスの一部分として実行することを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１９】
請求項１１に記載された相互接続構造を製造するステップを具える集積回路デバイスの製造方法。
【請求項１】
基板レベルの上又は上方の少なくとも２つの相互接続レベルに導電性の相互接続素子を具える、基板上の相互接続構造であって、
少なくとも１つの導電性のビアが一つの相互接続レベルにおける第１の相互接続素子を異なる相互接続レベルにおける第２の相互接続素子に接続し、前記ビアは、第１の誘電体層のビア開口内を延びる導電性の円筒状カーボンナノ構造を含む導電性ビア材料を具え、
少なくとも１つのカバー層部分がビア開口の横方向広がり内まで延在してビアアパーチャ（ｄ）を規定し、このアパーチャはカーボンナノ構造がこのビアアパーチャを貫通するのを阻止するのに十分なほど小さい、
ことを特徴とする相互接続構造。
【請求項２】
前記ビアアパーチャ（ｄ）は前記ビア材料内のカーボンナノ構造の外部円筒直径の２倍以下であることを特徴とする請求項１記載の相互接続構造。
【請求項３】
前記ビアアパーチャ（ｄ）は前記ビア材料内のカーボンナノ構造の外部円筒直径以下であることを特徴とする請求項１記載の相互接続構造。
【請求項４】
前記少なくとも１つのカバー層部分は、基板から第２のビア端より遠く離れた第１のビア端に配置されていることを特徴とする請求項１記載の相互接続構造。
【請求項５】
前記ビア開口内のビア材料はカーボンナノ構造の成長を助けるのに適した触媒層の上に形成されていることを特徴とする請求項１記載の相互接続構造。
【請求項６】
前記カバー層部分は誘電体材料からなることを特徴とする請求項１記載の相互接続構造。
【請求項７】
前記カバー層部分は誘電体ライナーに設けられていることを特徴とする請求項１記載の相互接続構造。
【請求項８】
前記カバー層部分は前記ビア開口の側壁の最上部を覆い且つ前記第２の相互接続素子と前記ビア開口の外側の前記第１の誘電体層との間に配置された誘電体ライナーに横方向に隣接することを特徴とする請求項１記載の相互接続構造。
【請求項９】
前記カバー層部分は、前記第１の誘電体層内の前記第１の相互接続開口の底面を覆うカバー層の一部分であり、前記第１の相互接続開口が前記第２の相互接続素子で充填されることを特徴とする請求項１記載の相互接続構造。
【請求項１０】
前記ビア材料は、高さ方向の縦軸の配向を有し前記第１の相互接続素子から前記第２の相互接続素子へ指向するカーボンナノチューブ又はカーボンナノワイヤを具えることを特徴とする請求項１記載の相互接続構造。
【請求項１１】
一つの相互接続レベル又は基板レベルにある第１の導電性相互接続素子と、異なる相互接続レベルにある第２の導電性相互接続素子とを接続するビアを有する相互接続構造を製造する方法であって、
前記一つの相互接続レベル又は基板レベルにある前記第１の導電性相互接続素子を基板に設けるステップと、
前記第１の相互接続素子の上に誘電体層を堆積するステップと、
前記誘電体層に、前記第１の相互接続素子まで届くビア開口を製造するステップと、
前記誘電体層の上に前記ビア開口の横方向広がり内まで延在してビアアパーチャを規定するカバー層部分を製造するステップと、
前記ビア開口内に、導電性のカーボンナノ構造を含む導電性ビア材料を製造するステップと、
前記ビアと接触する第２の相互接続素子を製造するステップと、
を具えることを特徴とする相互接続構造の製造方法。
【請求項１２】
前記ビア開口内にビア材料を製造するステップの前に、前記カーボンナノ構造の成長を助けるのに適した触媒層を前記ビア開口の底面に製造するステップを具えることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の誘電体層の上にカバー層部分を製造するステップは、カバー層を前記第１の誘電体層の上面に非コンフォーマルに堆積するステップを具えることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
前記カバー層は選択的に堆積して、前記ビア開口の底面に前記カバー層が堆積されるのを避けることを特徴とする請求項１２又は１３記載の方法。
【請求項１５】
前記カバー層を非コンフォーマルに堆積するステップ中に堆積されたカバー層材料を前記ビア開口の底面から除去するステップを具えることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１６】
前記ビア開口の外側の前記第１の誘電体層の上面からカバー層を除去するステップを具えることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１７】
前記ビア開口内にビア材料を堆積するステップは、前記ビア材料が前記カバー層部分に当接するまで続けることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１８】
シングル又はデュアルダマシンプロセスの一部分として実行することを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１９】
請求項１１に記載された相互接続構造を製造するステップを具える集積回路デバイスの製造方法。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公表番号】特表２０１０−５０３１９１（Ｐ２０１０−５０３１９１Ａ）
【公表日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５２６１００（Ｐ２００９−５２６１００）
【出願日】平成１９年８月２９日（２００７．８．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００７／０５８９９９
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０２８８５１
【国際公開日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【出願人】（５０８２３３１７９）エスティー マイクロエレクトロニクス クロル２ エスエイエス (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２９日（２００７．８．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００７／０５８９９９
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０２８８５１
【国際公開日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【出願人】（５０８２３３１７９）エスティー マイクロエレクトロニクス クロル２ エスエイエス (1)
【Ｆターム（参考）】
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