配線構造及びその形成方法
【課題】コンタクトブロックを用いた炭素元素からなる線状構造体を材料とする配線を、できるだけ工程数を削減して、低コストで容易且つ確実に形成する。
【解決手段】コンタクトブロック１，２の対向面１ａ，２ａを起点として、互いの対向面に向かってそれぞれ複数本のＣＮＴ３ａ，３ｂを成長させてゆき、ＣＮＴ３ａ，３ｂを交差するように接触させて両者を電気的に接合してＣＮＴ束３を形成する。そして、電気的に接合されたＣＮＴ束３の間隙を金属材料４で埋め込み、ＣＮＴ束３と金属材料４との複合状態とされてなる配線５を形成する。
【解決手段】コンタクトブロック１，２の対向面１ａ，２ａを起点として、互いの対向面に向かってそれぞれ複数本のＣＮＴ３ａ，３ｂを成長させてゆき、ＣＮＴ３ａ，３ｂを交差するように接触させて両者を電気的に接合してＣＮＴ束３を形成する。そして、電気的に接合されたＣＮＴ束３の間隙を金属材料４で埋め込み、ＣＮＴ束３と金属材料４との複合状態とされてなる配線５を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＳＩに代表される半導体装置等に用いられる配線構造、詳細には、配線材料として微細性、高電気伝導特性及び高許容電流密度特性を活かした炭素元素からなる線状構造体を適用した配線構造及びその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今では、特にゲーム機器や携帯端末等のマルチメディア分野に牽引されるＬＳＩ市場は着実な増大傾向にある。ＬＳＩの配線に関して、従来多用されている銅（Ｃｕ）配線では、抵抗や電流密度の面で将来的に限界が訪れると考えられる。
【０００３】
そこで、Ｃｕ配線に代わる候補として、低抵抗且つ高電流密度耐性を有する炭素元素からなる線状構造体が注目されている。この線状構造体としては、いわゆるカーボンナノチューブ（Carbon Nano Tube：ＣＮＴ）又は（Carbon Nano Fiber：ＣＮＦ）等があり、その多くの魅力的な物性から注目を集めている。
【０００４】
従前より、ＬＳＩ配線にＣＮＴを用いる提案が幾つかされており、例えば、ＣＮＴ束を縦方向のビア接続に用いることが精力的に研究されている（非特許文献１を参照）。しかしながら、ＬＳＩ配線においては、縦方向のビア接続のみではなく、横方向の配線にもＣＮＴを用いることが当然に要求される。横方向の配線としてＣＮＴ束を形成する方法として、ブロック状の下地導電体である所謂コンタクトブロックを用いたＣＮＴ束の横方向形成技術が報告されている（非特許文献２を参照）。コンタクトブロックの側面にＣＮＴの形成に必要な触媒金属を形成し、ＣＶＤ法によりＣＮＴ束を成長することによって、コンタクトブロックの側面に垂直な方向にＣＮＴ束を形成することができる。ＣＮＴ束を形成する面、即ち触媒金属を形成する面を選択することにより、ＣＮＴ束の成長方向を選択することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１４８０６３号公報
【非特許文献１】IEEE International Interconnect Technology Conference 2006, pp.230.
【非特許文献２】IEEE International Interconnect Technology Conference 2005, pp. 234.
【非特許文献３】Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 41 (2002) pp. 4370-4374
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献２の方法で横方向の配線を形成する場合には、ＣＮＴ束の先端側でもう一方の配線（或いは電極）に接続させる必要がある。例えば、非特許文献３に示されているように、コンタクトブロックから成長させた後、ＣＮＴ束の先端に後付で別のコンタクトブロックを形成することが提案されている。しかしながら、同じ階層の配線層においてコンタクトブロックを複数回に分けて別々に形成する必要があるため、製造プロセスが煩雑になり、且つコストが高くなるという欠点がある。
【０００７】
また、特許文献１では、絶縁膜溝の側壁或いは薄い仕切り導電膜を利用したＣＮＴ束の形成方法が開示されているが、この場合、３次元的な配線ネットワーク形成が不可能である。また、Ｃｕ配線を土台として３次元状に組み上げるとしているが、ＣＮＴとＣｕとの組み合わせは、許容電流電流密度の差（ＣＮＴ：１０9Ａ／ｃｍ2，Ｃｕ：１０6Ａ／ｃｍ2）により、Ｃｕ配線にエレクトロマイグレーションによる断線が生じることが懸念される。また、Ｃｕはドライエッチング等による加工が難しく、ブロック形成が困難である。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、コンタクトブロックを用いた炭素元素からなる線状構造体を材料とする配線を、できるだけ工程数を削減して、低コストで容易且つ確実に形成することを可能とし、炭素元素からなる線状構造体を材料とする配線からなる３次元の配線ネットワーク構造を実現する配線構造及びその形成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】
【０００９】
本発明の配線構造は、所定間隔で対向配置されてなるブロック状の一対の下地導電体と、
前記下地導電体同士を電気的に接続する配線とを含み、前記配線は、前記各下地導電体の各対向面から垂直にそれぞれ炭素元素からなる線状構造体が形成されており、前記対向面間で前記線状構造体の一部が交差して接触し、電気的に接合されてなる。
【００１０】
本発明の配線構造の形成方法は、ブロック状の一対の下地導電体を、所定間隔で対向配置されるように形成する工程と、前記各下地導電体の各対向面から垂直にそれぞれ炭素元素からなる線状構造体を、前記対向面間で前記線状構造体の一部が交差して接触するように成長させて電気的に接合し、配線を形成する工程とを含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、コンタクトブロックを用いた炭素元素からなる線状構造体を材料とする配線を、できるだけ工程数を削減して、低コストで容易且つ確実に形成することが可能となり、炭素元素からなる線状構造体を材料とする配線からなる３次元の配線ネットワーク構造が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
−本発明の基本骨子−
本発明では、ブロック状の一対の下地導電体（コンタクトブロック）を、所定間隔で対向配置されるように形成し、各下地導電体の各対向面から垂直にそれぞれ線状構造体を、対向面間で線状構造体の一部が交差して接触するように成長させて電気的に接合し、配線を形成してなる、配線構造を提示する。
【００１３】
詳細な一例について、図１を用いて説明する。
先ず、一対のコンタクトブロック１，２を水平面上に形成する。この状態でＣＶＤ法により、コンタクトブロック１，２の対向面１ａ，２ａを起点として、互いの対向面に向かって（図中、一対の矢印で示す）ＣＮＴ、ここではそれぞれ複数本のＣＮＴ３ａ，３ｂを成長させてゆく（図１（ａ））。ＣＮＴ束３ａ，３ｂを成長時間を適宜調節することにより、ＣＮＴ３ａ，３ｂを交差するように接触させて両者を電気的に接合し、ＣＮＴ束３を形成する（図１（ｂ））。なお、各対向面１ａ，２ａから成長させるＣＮＴ３ａ，３ｂは例えば１本ずつでも良いが、ここでは十分な電気的接続を図るべく、それぞれ複数本の場合を例示した。そして、コンタクトブロック１，２間の確実な電気的接続及び更なる低抵抗化を図るべく、コンタクトブロック１，２間を金属材料４で充填し、電気的に接合されたＣＮＴ束３の間隙を金属材料４で埋め込み、ＣＮＴ束３と金属材料４との複合状態とされてなる配線５を形成する（図１（ｃ））。
【００１４】
コンタクトブロックは、Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｗ，Ｍｏ，Ａｇからなる群から選ばれた少なくとも１種、又は前記群から選ばれた少なくとも１種を含む合金を材料として形成することが好適である。これらの材料は、ドライエッチング等によるブロック加工性にも適している。また、Ａｇは低抵抗な材料であるために特に好ましい。また、Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｗ，Ｍｏは、エレクトロマイグレーションが少なく電流密度耐性に優れているために特に好ましい。またＭｏは、ＣＮＴとの電気的な低抵抗接合が得られるために特に好ましい。
【００１５】
上記の複合状態を形成する金属材料は、Ｃｕ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｗ，Ｍｏ，Ａｇからなる群から選ばれた少なくとも１種、又は前記群から選ばれた少なくとも１種を含む合金が好適である。Ｃｕ，Ａｇは、低抵抗な材料であるために特に好ましい。また、Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｗ，Ｍｏは、エレクトロマイグレーションが少なく電流密度耐性に優れているために特に好ましい。またＭｏは、ＣＮＴとの電気的な低抵抗接合が得られるために特に好ましい。
【００１６】
本発明では、上記した配線構造を基本構成として、複数の上記の配線構造を水平面に配設して層構造を構成しても良い。更には、この層構造を、上下のコンタクトブロックを電気的に接続するビア部を介して複数層積層し、３次元の配線ネットワーク構造を構築することもできる。この場合、ビア部もＣＮＴで形成することにより、ＣＮＴにより電気的接続がなされ、低抵抗且つ機械的強度の高い３次元の配線ネットワーク構造が実現する。
【００１７】
−本発明を適用した具体的な諸実施形態−
以下、本発明を適用した具体的な諸実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、説明の便宜上、配線構造の構成をその形成方法と共に詳説する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図２−１及び図２−２は、第１の実施形態による配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。なお、図示の便宜上、図２−１（ｂ）〜図２−２（ｃ）ではシリコン基板１１の図示を省略する。
【００１９】
先ず、図２−１（ａ）に示すように、層間絶縁膜１２及びビア部１４を形成する。
詳細には、例えばシリコン基板１１上に各種の半導体素子（ＭＯＳトランジスタ等：不図示）を形成した後、シリコン酸化膜等の層間絶縁膜１２を形成する。その後、当該半導体素子との電気的接続を図るべく、リソグラフィー及びドライエッチングにより層間絶縁膜１２にビア孔１３を形成する。そして、ビア孔１３を埋め込むように層間絶縁膜１２上にＣＶＤ法等により例えばタングステン（Ｗ）を堆積し、例えばＣＭＰ法により層間絶縁膜１２の表面が露出するまでＷを研磨して、ビア孔１３を充填するビア部１４を形成する。
【００２０】
続いて、図２−１（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１２上でビア部１４と接続される一対のコンタクトブロック１５，１６を形成する。
詳細には、ビア部１４の上面が露出する層間絶縁膜１２の表面（ほぼ水平面とされている）に、スパッタ法又は蒸着法により、Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｗ，Ｍｏ，Ａｇからなる群から選ばれた少なくとも１種、又は前記群から選ばれた少なくとも１種を含む合金、ここではＴｉＮ膜を例えば１００ｎｍ程度の厚みに堆積する。そして、このＴｉＮ膜をリソグラフィー及びドライエッチング（又はミリング）により加工し、層間絶縁膜１２上でそれぞれビア部１４と電気的に接続されてなる一対のコンタクトブロック１５，１６を形成する。ＴｉＮ膜の加工に用いたレジストは灰化処理等により除去される。
【００２１】
続いて、図２−１（ｃ）に示すように、コンタクトブロック１５，１６を覆う層間絶縁膜１７を形成する。
詳細には、例えばＣＶＤ法により、層間絶縁膜１２上にコンタクトブロック１５，１６を覆うように、シリコン酸化膜又は所定の低誘電率材料の膜を例えば２００ｎｍ程度の厚みに堆積し、層間絶縁膜１７を形成する。
【００２２】
続いて、図２−１（ｄ）に示すように、層間絶縁膜１７に配線溝１８を形成する。
詳細には、層間絶縁膜１７をリソグラフィー及びドライエッチングにより加工し、層間絶縁膜１２の底面及びコンタクトブロック１５，１６の各対向面１５ａ，１６ａを露出させる配線形状に、配線溝１８を形成する。
【００２３】
続いて、図２−１（ｅ）に示すように、ＣＮＴの成長触媒となる触媒１９を全面に堆積する。
詳細には、例えばレーザーアブレーション法、スパッタ法又は蒸着法により、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏから選ばれた少なくとも１種、又はこれらの合金、ここではＣｏを材料として、配線溝１８の内壁面を含む全面に触媒１９を堆積する。本実施形態では、触媒１９を極薄状態、例えば１ｎｍ程度に堆積することにより、図示のように多数の微粒子の状態に触媒１９を形成する場合を例示する。触媒１９の堆積条件を変えて、微粒子ではなく薄膜状態に触媒１９を形成しても良い。
【００２４】
続いて、図２−２（ａ）に示すように、ＣＮＴ束２１を成長させる。
詳細には、ＣＶＤ法を用いて配線溝１８内にＣＮＴ束２１を成長させる。ＣＮＴ束２１は、配線溝１８内で露出するコンタクトブロック１５，１６の各対向面１５ａ，１６ａに付着する触媒１９からそれぞれＣＮＴ２１ａ，２１ｂが選択的に成長してなる。ここでは、対向面１５ａ，１６ａに付着する触媒１９を核として、当該対向面１５ａ，１６ａに垂直に、互いの対向面に向かってＣＮＴ２１ａ，２１ｂを成長させ、ＣＮＴ２１ａ，２１ｂを交差するように接触させて両者を電気的に接合し、ＣＮＴ束２１を形成する。
【００２５】
ＣＮＴ２１ａ，２１ｂの成長条件は、例えば熱ＣＶＤ法を用い、反応ガスとしてアセチレンを１００ｓｃｃｍの流量で真空チャンバー内に導入し、圧力を１ｋＰａ、基板温度を５００℃とする。ＣＮＴ２１ａ，２１ｂの長さは、１ミクロン／１０分程度の成長レートで調節が可能である。また、熱フィラメントによりガス解離を行う熱フィラメントＣＶＤ法を用いても良い。この場合、例えば反応ガスとしてアセチレンを１００ｓｃｃｍの流量で真空チャンバー内に導入し、圧力を１ｋＰａ、基板温度を５００℃、熱フィラメント温度を１８００℃とする。
【００２６】
続いて、図２−２（ｂ）に示すように、ＣＮＴ束２１と金属材料２２との複合状態を形成する。
詳細には、コンタクトブロック１５，１６間の確実な電気的接続及び更なる低抵抗化を図るべく、ＣＮＴ束２１の形成された配線溝１８内を金属材料２２で充填する。金属材料２２としては、Ｃｕ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｗ，Ｍｏ，Ａｇからなる群から選ばれた少なくとも１種、又は前記群から選ばれた少なくとも１種を含む合金、ここではＣｕを用い、例えば無電解メッキ法により配線溝１８内を充填するように例えば厚み３００ｎｍ程度に堆積する。このとき、電気的に接合されたＣＮＴ束２１のＣＮＴ２１ａ，２１ｂの間隙が金属材料２２で埋め込まれ、ＣＮＴ束２１と金属材料２２とが複合状態とされる。
【００２７】
しかる後、図２−２（ｃ）に示すように、配線２３を形成する。
詳細には、ＣＰＭ法により、コンタクトブロック１５，１６の上面が露出するまでＣＮＴ２１ａ，２１ｂ、金属材料２２及び層間絶縁膜１２の各上部を研磨して平坦化する。これにより、配線溝１８をＣＮＴ束２１と金属材料２２との複合材料で埋め込み、コンタクトブロック１５，１６間を電気的に接続する、横方向の（層間絶縁膜１２の表面に起因する、ほぼ水平面上に）配線２３が形成される。
以上の工程により、本実施形態の配線構造を完成させる。
【００２８】
なお、本実施形態では、炭素元素の線状構造体としてＣＮＴを形成する場合について例示したが、ＣＮＴの代わりに例えば繊維状のＣＮＦを形成しても良い。この場合、ＣＮＴの形成と同様に、ＣＶＤ法や熱ＣＶＤ法等を用い、成長温度をＣＮＴ形成時よりも低温（例えば３００℃程度）として成長形成する。
【００２９】
本実施形態によれば、コンタクトブロック１５，１６を用いたＣＮＴ２１及び金属材料２２からなる複合材料からなる配線２３を、できるだけ工程数を削減して、低コストで容易且つ確実に形成することが可能となる。
【００３０】
（変形例）
ここで、第１の実施形態の変形例について説明する。本例では、第１の実施形態と同様に配線構造を形成するが、ＣＮＴの触媒の形成態様が異なる点で相違する。なお、第１の実施形態で説明した構成部材等と同一のものについては同符号を付す。
図３−１及び図３−２は、第１の実施形態の変形例による配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。なお、図示の便宜上、図３−１（ｂ）〜図３−２（ｃ）ではシリコン基板１１の図示を省略する。
【００３１】
先ず、図３−１（ａ）〜図３−１（ｄ）に示すように、第１の実施形態の図２−１（ａ）〜図２−１（ｄ）と同様の工程を経る。
【００３２】
続いて、図３−１（ｅ）に示すように、ＣＮＴの成長触媒となる触媒３１を、コンタクトブロック１５，１６の各対向面１５ａ，１６ａのみに選択的に堆積する。
詳細には、例えばＮｉ無電解メッキ法を用いることにより、コンタクトブロック１５，１６の露出面、ここでは配線溝１８内で露出するコンタクトブロック１５，１６の各対向面１５ａ，１６ａのみに、ＮｉＰ層が例えば島状（又は微粒子状）の触媒３１として選択的に堆積する。このように、ＣＮＴの形成に必要な部分のみに触媒を堆積することにより、不要な部分に触媒を堆積することによる金属汚染等の発生が防止される。
なお、触媒３１をその堆積時には薄膜状に形成し、図３−２（ａ）でＣＮＴ２１の成長温度に昇温する際に、触媒３１を島状（又は微粒子状）とするようにしても良い。
【００３３】
しかる後、図３−２（ａ）〜図３−２（ｃ）に示すように、第１の実施形態の図２−２（ａ）〜図２−２（ｃ）と同様の工程を経て、本例の配線構造を完成させる。
【００３４】
本例によれば、コンタクトブロック１５，１６を用いたＣＮＴ２１及び金属材料２２からなる複合材料からなる配線２３を、できるだけ工程数を削減して、しかも環境に与える悪影響を回避しつつ、低コストで容易且つ確実に形成することが可能となる。
【００３５】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態と同様に配線構造を形成するが、当該配線構造を３次元の配線ネットワーク構造として構築する点で相違する。なお、第１の実施形態で説明した構成部材等と同一のものについては同符号を付す。
図４は、第２の実施形態による配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図であり、図５〜図７は、図４に対応した概略平面図であり、図８は完成した配線構造を示す概略斜視図である。図４の各図は、図５〜図７の破線Ｉ−Ｉ'〜ＩＩＩ−ＩＩＩ 'に沿った断面に対応している。なお図８では、図示の便宜上、層間絶縁膜１２以下の階層部分を省略する。
【００３６】
本実施形態では、３次元の配線ネットワーク構造を構成する各配線層の形成に、第１の実施形態の変形例を適用する。勿論、第１の実施形態を適用しても良い。
先ず、図４（ａ）及び図５に示すように、層間絶縁膜１２上に第１の配線層１０１を形成する。
詳細には、第１の実施形態の変形例における図３（ａ）〜図３（ｈ）の各工程と同様の工程を経て、層間絶縁膜１２上における層間絶縁膜１７内で複数組、ここでは６組のコンタクトブロック１５，１６間を配線２３により電気的に接続して一体化されてなる第１の配線層１０１を形成する。
なお、本実施形態では、６組のコンタクトブロック１５，１６に対応して、層間絶縁膜１２には図示の例で７個のビア部１４が形成されている。
【００３７】
続いて、図４（ｂ）及び図６に示すように、第１の配線層１０１上にビア層１０２を形成する。
詳細には、先ず、第１の配線層１０１上に層間絶縁膜３３を、ＣＶＤ法等によりシリコン酸化膜等を例えば厚み３００ｎｍ程度に堆積して形成する。
【００３８】
次に、６組のコンタクトブロック１５，１６を構成する７個のコンタクトブロックのうち所定のもの、ここでは２つのコンタクトブロック１５と１つのコンタクトブロック１６の上面を露出させるように、リソグラフィー及びドライエッチングにより層間絶縁膜３３を加工し、ビア孔３４を形成する。
【００３９】
次に、例えばＮｉ無電解メッキ法を用い、コンタクトブロック１５，１６の露出面、ここではビア孔３４の底部で露出するコンタクトブロック１５，１６の各上１５ｂ，１６ｂのみに、ＮｉＰ層が選択的に触媒３５として堆積する。
【００４０】
次に、ＣＶＤ法を用いてビア孔３４内にＣＮＴ束３６を成長させ、ビア部３７を形成する。ＣＮＴ束３６は、ビア孔３４内で露出するコンタクトブロック１５，１６の各上面１５ｂ，１６ｂに付着する触媒３５から選択的に成長する。ここでは、上面１５ｂ，１６ｂに付着する触媒３５を核として、当該上面１５ｂ，１６ｂに垂直（上方）に成長する。
ＣＮＴ束３６の成長条件は、例えば熱ＣＶＤ法を用い、反応ガスとしてアセチレンとアルゴンの混合ガスを０．５ｓｃｃｍ：１０００ｓｃｃｍの流量で真空チャンバー内に導入し、圧力を１ｋＰａ、基板温度を４００℃とする。
以上により、層間絶縁膜３３に形成されたビア孔３４内をＣＮＴ束３６で充填してなるビア部３７を備えたビア層１０２が形成される。
【００４１】
しかる後、図４（ｃ）及び図７に示すように、ビア層１０２上に第２の配線層１０３を形成する。
詳細には、第１の実施形態の変形例における図３（ｂ）〜図３（ｈ）の各工程と同様の工程を経る。この場合、ビア層１０２上において、ＣＮＴ束３６の上部が露出する３つのビア孔３４上に各コンタクトブロック１５と、これらのコンタクトブロック１５と対応するコンタクトブロック１６とが形成され、第１の実施形態の変形例と同様に各コンタクトブロック１５，１６間に配線２３がそれぞれ形成される。これにより、層間絶縁膜３３上における層間絶縁膜１７内で複数組、ここでは３組のコンタクトブロック１５，１６間を配線２３により電気的に接続して一体化されてなる第２の配線層１０２が形成される。
以上により、図８に示すような３次元の配線ネットワーク構造とされた配線構造を完成させる。
【００４２】
なお、本実施形態では、１層のビア層を介して配線層が２層積層された場合を例示したが、更に多数の配線層を積層して多層配線構造を形成しても良い。
【００４３】
本実施形態によれば、コンタクトブロック１５，１６を用いたＣＮＴ２１及び金属材料２２からなる複合材料からなる配線２３を、できるだけ工程数を削減して、しかも環境に与える悪影響を回避しつつ、低コストで容易且つ確実に形成することが可能となり、ＣＮＴを材料とする配線からなる３次元の配線ネットワーク構造が実現される。
【００４４】
（変形例）
ここで、第２の実施形態の変形例について説明する。本例では、第１の実施形態と同様に配線構造を形成するが、配線ネットワーク構造の最終形態が異なる点で相違する。なお、第２の実施形態で説明した構成部材等と同一のものについては同符号を付す。
図９は、第２の実施形態の変形例による配線構造を示す概略斜視図である。なお図９では、図示の便宜上、層間絶縁膜１２以下の階層部分を省略する。
【００４５】
本例では、層間絶縁膜１２を、シリコン酸化膜の代わりに、後述するウェットエッチングで不溶の材料、例えばＳｉＮで形成する。
そして、第２の実施形態における図４（ｃ）、図７及び図８の工程の後、第１及び第２の配線層１０１，１０３、ビア層１０２のシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１７，３３を、例えばフッ酸系のエッチング液を用いたウェットエッチングにより、溶解除去する。
【００４６】
その結果、図９に示すように、コンタクトブロック１５，１６、配線２３及びビア部３７の言わば配線骨格のみからなる３次元の配線ネットワーク構造が完成する。
ＣＮＴはＣｕ配線と異なりその機械的強度が極めて強いため、本実施形態の配線ネットワーク構造のように配線を支える層間絶縁膜が無い状態でも、外的衝撃等に耐えることができる。従って、本実施形態によれば、上記した第２の実施形態の奏する諸効果に加え、簡易な製造プロセスにより、極めて軽量の３次元の配線ネットワーク構造が実現する。
【００４７】
以下、本発明の諸態様について、付記としてまとめて記載する。
【００４８】
（付記１）所定間隔で対向配置されてなるブロック状の一対の下地導電体と、
前記下地導電体同士を電気的に接続する配線と
を含み、
前記配線は、前記各下地導電体の各対向面から垂直にそれぞれ炭素元素からなる線状構造体が形成されており、前記対向面間で前記線状構造体の一部が交差して接触し、電気的に接合されてなることを特徴とする配線構造。
【００４９】
（付記２）前記配線は、前記線状構造体を包含するように前記下地導電体間を金属材料で充填してなる、前記線状構造体と前記金属材料との複合材料で形成されていることを特徴とする付記１に記載の配線構造。
【００５０】
（付記３）前記各対向面には、前記線状構造体の触媒材料が設けられており、当該触媒材料を核として前記線状構造体が成長形成されていることを特徴とする付記１又は２に記載の配線構造。
【００５１】
（付記４）前記線状構造体は、カーボンナノチューブ又はカーボンナノファイバーであることを特徴とする付記１〜３のいずれか１項に記載の配線構造。
【００５２】
（付記５）前記下地導電体は、Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｗ，Ｍｏ，Ａｇからなる群から選ばれた少なくとも１種、又は前記群から選ばれた少なくとも１種を含む合金からなることを特徴とする付記１〜４のいずれか１項に記載の配線構造。
【００５３】
（付記６）前記複合材料を形成する前記金属材料は、Ｃｕ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｗ，Ｍｏ，Ａｇからなる群から選ばれた少なくとも１種、又は前記群から選ばれた少なくとも１種を含む合金からなることを特徴とする付記１〜５のいずれか１項に記載の配線構造。
【００５４】
（付記７）一組又は複数組の前記一対の下地導電体が水平に配設され、前記配線が横方向に形成されている層構造を有することを特徴とする付記１〜６のいずれか１項に記載の配線構造。
【００５５】
（付記８）前記層構造が、上下の前記下地導電体を電気的に接続するビア部を介して複数層積層されており、３次元の配線ネットワーク構造が形成されてなることを特徴とする付記７に記載の配線構造。
【００５６】
（付記９）前記ビア部は、前記線状構造体からなることを特徴とする付記８に記載の配線構造。
【００５７】
（付記１０）前記線状構造体は、前記各対向面から１本又は複数本形成されていることを特徴とする付記１〜９のいずれか１項に記載の配線構造。
【００５８】
（付記１１）ブロック状の一対の下地導電体を、所定間隔で対向配置されるように形成する工程と、
前記各下地導電体の各対向面から垂直にそれぞれ炭素元素からなる線状構造体を、前記対向面間で前記線状構造体の一部が交差して接触するように成長させて電気的に接合し、配線を形成する工程と
を含むことを特徴とする配線構造の形成方法。
【００５９】
（付記１２）前記線状構造体を成長させた後、前記線状構造体を包含するように前記下地導電体間を金属材料で充填する工程を更に含み、
前記配線を、前記線状構造体と前記金属材料との複合材料で構成することを特徴とする付記１１に記載の配線構造の形成方法。
【００６０】
（付記１３）対向配置された前記各下地導電体の前記各対向面に触媒材料を配する工程を更に含み、
前記各対向面の前記触媒材料を核として、前記線状構造体を成長させることを特徴とする付記１１又は１２に記載の配線構造の形成方法。
【００６１】
（付記１４）前記線状構造体は、カーボンナノチューブ又はカーボンナノファイバーであることを特徴とする付記１１〜１３のいずれか１項に記載の配線構造の形成方法。
【００６２】
（付記１５）前記下地導電体は、Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｗ，Ｍｏ，Ａｇからなる群から選ばれた少なくとも１種、又は前記群から選ばれた少なくとも１種を含む合金からなることを特徴とする付記１１〜１４のいずれか１項に記載の配線構造の形成方法。
【００６３】
（付記１６）前記複合材料を形成する前記金属材料は、Ｃｕ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｗ，Ｍｏ，Ａｇからなる群から選ばれた少なくとも１種、又は前記群から選ばれた少なくとも１種を含む合金からなることを特徴とする付記１１〜１５のいずれか１項に記載の配線構造の形成方法。
【００６４】
（付記１７）一組又は複数組の前記一対の下地導電体を水平に配設し、前記配線を横方向に形成して層構造とすることを特徴とする付記１１〜１６のいずれか１項に記載の配線構造の形成方法。
【００６５】
（付記１８）前記層構造を、上下の前記下地導電体を電気的に接続するビア部を介して複数層積層し、３次元の配線ネットワーク構造を形成することを特徴とする付記１７に記載の配線構造の形成方法。
【００６６】
（付記１９）前記ビア部を、前記線状構造体から形成することを特徴とする付記１８に記載の配線構造の形成方法。
【００６７】
（付記２０）前記各層構造を形成する際に、前記下地導電体及び前記配線の少なくとも一部を埋め込むように埋め込み絶縁膜を形成し、
前記ビア部を形成する際に、前記層構造間を埋め込むように層間絶縁膜を形成し、
前記各層構造及び前記ビア部を形成した後に、前記埋め込み絶縁膜及び前記層間絶縁膜を除去することを特徴とする付記１９に記載の配線構造の形成方法。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の基本構成を説明するための模式図である。
【図２−１】第１の実施形態による配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。
【図２−２】図２−１に引き続き、第１の実施形態による配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。
【図３−１】第１の実施形態の変形例による配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。
【図３−２】図３−１に引き続き、第１の実施形態の変形例による配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。
【図４】第２の実施形態による配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。
【図５】第２の実施形態による配線構造の形成方法を工程順に示す概略平面図である。
【図６】図５に引き続き、第２の実施形態による配線構造の形成方法を工程順に示す概略平面図である。
【図７】図６に引き続き、第２の実施形態による配線構造の形成方法を工程順に示す概略平面図である。
【図８】第２の実施形態において、完成した配線構造を示す概略斜視図である。
【図９】第２の実施形態の変形例において、完成した配線構造を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
【００６９】
１，２，１５，１６ コンタクトブロック
１ａ，２ａ，１５ａ，１６ａ 対向面
３，２１，３６ ＣＮＴ束
３ａ，３ｂ，２１ａ，２１ｂ ＣＮＴ
４，２２ 金属材料
１１ シリコン基板
１２，１７，３３ 層間絶縁膜
１３，３４ ビア孔
１４，３７ ビア部
１８ 配線溝
１９，３１，３５ 触媒
２３ 配線
１０１ 第１の配線層
１０２ ビア層
１０３ 第２の配線層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＳＩに代表される半導体装置等に用いられる配線構造、詳細には、配線材料として微細性、高電気伝導特性及び高許容電流密度特性を活かした炭素元素からなる線状構造体を適用した配線構造及びその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今では、特にゲーム機器や携帯端末等のマルチメディア分野に牽引されるＬＳＩ市場は着実な増大傾向にある。ＬＳＩの配線に関して、従来多用されている銅（Ｃｕ）配線では、抵抗や電流密度の面で将来的に限界が訪れると考えられる。
【０００３】
そこで、Ｃｕ配線に代わる候補として、低抵抗且つ高電流密度耐性を有する炭素元素からなる線状構造体が注目されている。この線状構造体としては、いわゆるカーボンナノチューブ（Carbon Nano Tube：ＣＮＴ）又は（Carbon Nano Fiber：ＣＮＦ）等があり、その多くの魅力的な物性から注目を集めている。
【０００４】
従前より、ＬＳＩ配線にＣＮＴを用いる提案が幾つかされており、例えば、ＣＮＴ束を縦方向のビア接続に用いることが精力的に研究されている（非特許文献１を参照）。しかしながら、ＬＳＩ配線においては、縦方向のビア接続のみではなく、横方向の配線にもＣＮＴを用いることが当然に要求される。横方向の配線としてＣＮＴ束を形成する方法として、ブロック状の下地導電体である所謂コンタクトブロックを用いたＣＮＴ束の横方向形成技術が報告されている（非特許文献２を参照）。コンタクトブロックの側面にＣＮＴの形成に必要な触媒金属を形成し、ＣＶＤ法によりＣＮＴ束を成長することによって、コンタクトブロックの側面に垂直な方向にＣＮＴ束を形成することができる。ＣＮＴ束を形成する面、即ち触媒金属を形成する面を選択することにより、ＣＮＴ束の成長方向を選択することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１４８０６３号公報
【非特許文献１】IEEE International Interconnect Technology Conference 2006, pp.230.
【非特許文献２】IEEE International Interconnect Technology Conference 2005, pp. 234.
【非特許文献３】Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 41 (2002) pp. 4370-4374
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献２の方法で横方向の配線を形成する場合には、ＣＮＴ束の先端側でもう一方の配線（或いは電極）に接続させる必要がある。例えば、非特許文献３に示されているように、コンタクトブロックから成長させた後、ＣＮＴ束の先端に後付で別のコンタクトブロックを形成することが提案されている。しかしながら、同じ階層の配線層においてコンタクトブロックを複数回に分けて別々に形成する必要があるため、製造プロセスが煩雑になり、且つコストが高くなるという欠点がある。
【０００７】
また、特許文献１では、絶縁膜溝の側壁或いは薄い仕切り導電膜を利用したＣＮＴ束の形成方法が開示されているが、この場合、３次元的な配線ネットワーク形成が不可能である。また、Ｃｕ配線を土台として３次元状に組み上げるとしているが、ＣＮＴとＣｕとの組み合わせは、許容電流電流密度の差（ＣＮＴ：１０9Ａ／ｃｍ2，Ｃｕ：１０6Ａ／ｃｍ2）により、Ｃｕ配線にエレクトロマイグレーションによる断線が生じることが懸念される。また、Ｃｕはドライエッチング等による加工が難しく、ブロック形成が困難である。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、コンタクトブロックを用いた炭素元素からなる線状構造体を材料とする配線を、できるだけ工程数を削減して、低コストで容易且つ確実に形成することを可能とし、炭素元素からなる線状構造体を材料とする配線からなる３次元の配線ネットワーク構造を実現する配線構造及びその形成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】
【０００９】
本発明の配線構造は、所定間隔で対向配置されてなるブロック状の一対の下地導電体と、
前記下地導電体同士を電気的に接続する配線とを含み、前記配線は、前記各下地導電体の各対向面から垂直にそれぞれ炭素元素からなる線状構造体が形成されており、前記対向面間で前記線状構造体の一部が交差して接触し、電気的に接合されてなる。
【００１０】
本発明の配線構造の形成方法は、ブロック状の一対の下地導電体を、所定間隔で対向配置されるように形成する工程と、前記各下地導電体の各対向面から垂直にそれぞれ炭素元素からなる線状構造体を、前記対向面間で前記線状構造体の一部が交差して接触するように成長させて電気的に接合し、配線を形成する工程とを含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、コンタクトブロックを用いた炭素元素からなる線状構造体を材料とする配線を、できるだけ工程数を削減して、低コストで容易且つ確実に形成することが可能となり、炭素元素からなる線状構造体を材料とする配線からなる３次元の配線ネットワーク構造が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
−本発明の基本骨子−
本発明では、ブロック状の一対の下地導電体（コンタクトブロック）を、所定間隔で対向配置されるように形成し、各下地導電体の各対向面から垂直にそれぞれ線状構造体を、対向面間で線状構造体の一部が交差して接触するように成長させて電気的に接合し、配線を形成してなる、配線構造を提示する。
【００１３】
詳細な一例について、図１を用いて説明する。
先ず、一対のコンタクトブロック１，２を水平面上に形成する。この状態でＣＶＤ法により、コンタクトブロック１，２の対向面１ａ，２ａを起点として、互いの対向面に向かって（図中、一対の矢印で示す）ＣＮＴ、ここではそれぞれ複数本のＣＮＴ３ａ，３ｂを成長させてゆく（図１（ａ））。ＣＮＴ束３ａ，３ｂを成長時間を適宜調節することにより、ＣＮＴ３ａ，３ｂを交差するように接触させて両者を電気的に接合し、ＣＮＴ束３を形成する（図１（ｂ））。なお、各対向面１ａ，２ａから成長させるＣＮＴ３ａ，３ｂは例えば１本ずつでも良いが、ここでは十分な電気的接続を図るべく、それぞれ複数本の場合を例示した。そして、コンタクトブロック１，２間の確実な電気的接続及び更なる低抵抗化を図るべく、コンタクトブロック１，２間を金属材料４で充填し、電気的に接合されたＣＮＴ束３の間隙を金属材料４で埋め込み、ＣＮＴ束３と金属材料４との複合状態とされてなる配線５を形成する（図１（ｃ））。
【００１４】
コンタクトブロックは、Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｗ，Ｍｏ，Ａｇからなる群から選ばれた少なくとも１種、又は前記群から選ばれた少なくとも１種を含む合金を材料として形成することが好適である。これらの材料は、ドライエッチング等によるブロック加工性にも適している。また、Ａｇは低抵抗な材料であるために特に好ましい。また、Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｗ，Ｍｏは、エレクトロマイグレーションが少なく電流密度耐性に優れているために特に好ましい。またＭｏは、ＣＮＴとの電気的な低抵抗接合が得られるために特に好ましい。
【００１５】
上記の複合状態を形成する金属材料は、Ｃｕ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｗ，Ｍｏ，Ａｇからなる群から選ばれた少なくとも１種、又は前記群から選ばれた少なくとも１種を含む合金が好適である。Ｃｕ，Ａｇは、低抵抗な材料であるために特に好ましい。また、Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｗ，Ｍｏは、エレクトロマイグレーションが少なく電流密度耐性に優れているために特に好ましい。またＭｏは、ＣＮＴとの電気的な低抵抗接合が得られるために特に好ましい。
【００１６】
本発明では、上記した配線構造を基本構成として、複数の上記の配線構造を水平面に配設して層構造を構成しても良い。更には、この層構造を、上下のコンタクトブロックを電気的に接続するビア部を介して複数層積層し、３次元の配線ネットワーク構造を構築することもできる。この場合、ビア部もＣＮＴで形成することにより、ＣＮＴにより電気的接続がなされ、低抵抗且つ機械的強度の高い３次元の配線ネットワーク構造が実現する。
【００１７】
−本発明を適用した具体的な諸実施形態−
以下、本発明を適用した具体的な諸実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、説明の便宜上、配線構造の構成をその形成方法と共に詳説する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図２−１及び図２−２は、第１の実施形態による配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。なお、図示の便宜上、図２−１（ｂ）〜図２−２（ｃ）ではシリコン基板１１の図示を省略する。
【００１９】
先ず、図２−１（ａ）に示すように、層間絶縁膜１２及びビア部１４を形成する。
詳細には、例えばシリコン基板１１上に各種の半導体素子（ＭＯＳトランジスタ等：不図示）を形成した後、シリコン酸化膜等の層間絶縁膜１２を形成する。その後、当該半導体素子との電気的接続を図るべく、リソグラフィー及びドライエッチングにより層間絶縁膜１２にビア孔１３を形成する。そして、ビア孔１３を埋め込むように層間絶縁膜１２上にＣＶＤ法等により例えばタングステン（Ｗ）を堆積し、例えばＣＭＰ法により層間絶縁膜１２の表面が露出するまでＷを研磨して、ビア孔１３を充填するビア部１４を形成する。
【００２０】
続いて、図２−１（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１２上でビア部１４と接続される一対のコンタクトブロック１５，１６を形成する。
詳細には、ビア部１４の上面が露出する層間絶縁膜１２の表面（ほぼ水平面とされている）に、スパッタ法又は蒸着法により、Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｗ，Ｍｏ，Ａｇからなる群から選ばれた少なくとも１種、又は前記群から選ばれた少なくとも１種を含む合金、ここではＴｉＮ膜を例えば１００ｎｍ程度の厚みに堆積する。そして、このＴｉＮ膜をリソグラフィー及びドライエッチング（又はミリング）により加工し、層間絶縁膜１２上でそれぞれビア部１４と電気的に接続されてなる一対のコンタクトブロック１５，１６を形成する。ＴｉＮ膜の加工に用いたレジストは灰化処理等により除去される。
【００２１】
続いて、図２−１（ｃ）に示すように、コンタクトブロック１５，１６を覆う層間絶縁膜１７を形成する。
詳細には、例えばＣＶＤ法により、層間絶縁膜１２上にコンタクトブロック１５，１６を覆うように、シリコン酸化膜又は所定の低誘電率材料の膜を例えば２００ｎｍ程度の厚みに堆積し、層間絶縁膜１７を形成する。
【００２２】
続いて、図２−１（ｄ）に示すように、層間絶縁膜１７に配線溝１８を形成する。
詳細には、層間絶縁膜１７をリソグラフィー及びドライエッチングにより加工し、層間絶縁膜１２の底面及びコンタクトブロック１５，１６の各対向面１５ａ，１６ａを露出させる配線形状に、配線溝１８を形成する。
【００２３】
続いて、図２−１（ｅ）に示すように、ＣＮＴの成長触媒となる触媒１９を全面に堆積する。
詳細には、例えばレーザーアブレーション法、スパッタ法又は蒸着法により、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏから選ばれた少なくとも１種、又はこれらの合金、ここではＣｏを材料として、配線溝１８の内壁面を含む全面に触媒１９を堆積する。本実施形態では、触媒１９を極薄状態、例えば１ｎｍ程度に堆積することにより、図示のように多数の微粒子の状態に触媒１９を形成する場合を例示する。触媒１９の堆積条件を変えて、微粒子ではなく薄膜状態に触媒１９を形成しても良い。
【００２４】
続いて、図２−２（ａ）に示すように、ＣＮＴ束２１を成長させる。
詳細には、ＣＶＤ法を用いて配線溝１８内にＣＮＴ束２１を成長させる。ＣＮＴ束２１は、配線溝１８内で露出するコンタクトブロック１５，１６の各対向面１５ａ，１６ａに付着する触媒１９からそれぞれＣＮＴ２１ａ，２１ｂが選択的に成長してなる。ここでは、対向面１５ａ，１６ａに付着する触媒１９を核として、当該対向面１５ａ，１６ａに垂直に、互いの対向面に向かってＣＮＴ２１ａ，２１ｂを成長させ、ＣＮＴ２１ａ，２１ｂを交差するように接触させて両者を電気的に接合し、ＣＮＴ束２１を形成する。
【００２５】
ＣＮＴ２１ａ，２１ｂの成長条件は、例えば熱ＣＶＤ法を用い、反応ガスとしてアセチレンを１００ｓｃｃｍの流量で真空チャンバー内に導入し、圧力を１ｋＰａ、基板温度を５００℃とする。ＣＮＴ２１ａ，２１ｂの長さは、１ミクロン／１０分程度の成長レートで調節が可能である。また、熱フィラメントによりガス解離を行う熱フィラメントＣＶＤ法を用いても良い。この場合、例えば反応ガスとしてアセチレンを１００ｓｃｃｍの流量で真空チャンバー内に導入し、圧力を１ｋＰａ、基板温度を５００℃、熱フィラメント温度を１８００℃とする。
【００２６】
続いて、図２−２（ｂ）に示すように、ＣＮＴ束２１と金属材料２２との複合状態を形成する。
詳細には、コンタクトブロック１５，１６間の確実な電気的接続及び更なる低抵抗化を図るべく、ＣＮＴ束２１の形成された配線溝１８内を金属材料２２で充填する。金属材料２２としては、Ｃｕ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｗ，Ｍｏ，Ａｇからなる群から選ばれた少なくとも１種、又は前記群から選ばれた少なくとも１種を含む合金、ここではＣｕを用い、例えば無電解メッキ法により配線溝１８内を充填するように例えば厚み３００ｎｍ程度に堆積する。このとき、電気的に接合されたＣＮＴ束２１のＣＮＴ２１ａ，２１ｂの間隙が金属材料２２で埋め込まれ、ＣＮＴ束２１と金属材料２２とが複合状態とされる。
【００２７】
しかる後、図２−２（ｃ）に示すように、配線２３を形成する。
詳細には、ＣＰＭ法により、コンタクトブロック１５，１６の上面が露出するまでＣＮＴ２１ａ，２１ｂ、金属材料２２及び層間絶縁膜１２の各上部を研磨して平坦化する。これにより、配線溝１８をＣＮＴ束２１と金属材料２２との複合材料で埋め込み、コンタクトブロック１５，１６間を電気的に接続する、横方向の（層間絶縁膜１２の表面に起因する、ほぼ水平面上に）配線２３が形成される。
以上の工程により、本実施形態の配線構造を完成させる。
【００２８】
なお、本実施形態では、炭素元素の線状構造体としてＣＮＴを形成する場合について例示したが、ＣＮＴの代わりに例えば繊維状のＣＮＦを形成しても良い。この場合、ＣＮＴの形成と同様に、ＣＶＤ法や熱ＣＶＤ法等を用い、成長温度をＣＮＴ形成時よりも低温（例えば３００℃程度）として成長形成する。
【００２９】
本実施形態によれば、コンタクトブロック１５，１６を用いたＣＮＴ２１及び金属材料２２からなる複合材料からなる配線２３を、できるだけ工程数を削減して、低コストで容易且つ確実に形成することが可能となる。
【００３０】
（変形例）
ここで、第１の実施形態の変形例について説明する。本例では、第１の実施形態と同様に配線構造を形成するが、ＣＮＴの触媒の形成態様が異なる点で相違する。なお、第１の実施形態で説明した構成部材等と同一のものについては同符号を付す。
図３−１及び図３−２は、第１の実施形態の変形例による配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。なお、図示の便宜上、図３−１（ｂ）〜図３−２（ｃ）ではシリコン基板１１の図示を省略する。
【００３１】
先ず、図３−１（ａ）〜図３−１（ｄ）に示すように、第１の実施形態の図２−１（ａ）〜図２−１（ｄ）と同様の工程を経る。
【００３２】
続いて、図３−１（ｅ）に示すように、ＣＮＴの成長触媒となる触媒３１を、コンタクトブロック１５，１６の各対向面１５ａ，１６ａのみに選択的に堆積する。
詳細には、例えばＮｉ無電解メッキ法を用いることにより、コンタクトブロック１５，１６の露出面、ここでは配線溝１８内で露出するコンタクトブロック１５，１６の各対向面１５ａ，１６ａのみに、ＮｉＰ層が例えば島状（又は微粒子状）の触媒３１として選択的に堆積する。このように、ＣＮＴの形成に必要な部分のみに触媒を堆積することにより、不要な部分に触媒を堆積することによる金属汚染等の発生が防止される。
なお、触媒３１をその堆積時には薄膜状に形成し、図３−２（ａ）でＣＮＴ２１の成長温度に昇温する際に、触媒３１を島状（又は微粒子状）とするようにしても良い。
【００３３】
しかる後、図３−２（ａ）〜図３−２（ｃ）に示すように、第１の実施形態の図２−２（ａ）〜図２−２（ｃ）と同様の工程を経て、本例の配線構造を完成させる。
【００３４】
本例によれば、コンタクトブロック１５，１６を用いたＣＮＴ２１及び金属材料２２からなる複合材料からなる配線２３を、できるだけ工程数を削減して、しかも環境に与える悪影響を回避しつつ、低コストで容易且つ確実に形成することが可能となる。
【００３５】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態と同様に配線構造を形成するが、当該配線構造を３次元の配線ネットワーク構造として構築する点で相違する。なお、第１の実施形態で説明した構成部材等と同一のものについては同符号を付す。
図４は、第２の実施形態による配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図であり、図５〜図７は、図４に対応した概略平面図であり、図８は完成した配線構造を示す概略斜視図である。図４の各図は、図５〜図７の破線Ｉ−Ｉ'〜ＩＩＩ−ＩＩＩ 'に沿った断面に対応している。なお図８では、図示の便宜上、層間絶縁膜１２以下の階層部分を省略する。
【００３６】
本実施形態では、３次元の配線ネットワーク構造を構成する各配線層の形成に、第１の実施形態の変形例を適用する。勿論、第１の実施形態を適用しても良い。
先ず、図４（ａ）及び図５に示すように、層間絶縁膜１２上に第１の配線層１０１を形成する。
詳細には、第１の実施形態の変形例における図３（ａ）〜図３（ｈ）の各工程と同様の工程を経て、層間絶縁膜１２上における層間絶縁膜１７内で複数組、ここでは６組のコンタクトブロック１５，１６間を配線２３により電気的に接続して一体化されてなる第１の配線層１０１を形成する。
なお、本実施形態では、６組のコンタクトブロック１５，１６に対応して、層間絶縁膜１２には図示の例で７個のビア部１４が形成されている。
【００３７】
続いて、図４（ｂ）及び図６に示すように、第１の配線層１０１上にビア層１０２を形成する。
詳細には、先ず、第１の配線層１０１上に層間絶縁膜３３を、ＣＶＤ法等によりシリコン酸化膜等を例えば厚み３００ｎｍ程度に堆積して形成する。
【００３８】
次に、６組のコンタクトブロック１５，１６を構成する７個のコンタクトブロックのうち所定のもの、ここでは２つのコンタクトブロック１５と１つのコンタクトブロック１６の上面を露出させるように、リソグラフィー及びドライエッチングにより層間絶縁膜３３を加工し、ビア孔３４を形成する。
【００３９】
次に、例えばＮｉ無電解メッキ法を用い、コンタクトブロック１５，１６の露出面、ここではビア孔３４の底部で露出するコンタクトブロック１５，１６の各上１５ｂ，１６ｂのみに、ＮｉＰ層が選択的に触媒３５として堆積する。
【００４０】
次に、ＣＶＤ法を用いてビア孔３４内にＣＮＴ束３６を成長させ、ビア部３７を形成する。ＣＮＴ束３６は、ビア孔３４内で露出するコンタクトブロック１５，１６の各上面１５ｂ，１６ｂに付着する触媒３５から選択的に成長する。ここでは、上面１５ｂ，１６ｂに付着する触媒３５を核として、当該上面１５ｂ，１６ｂに垂直（上方）に成長する。
ＣＮＴ束３６の成長条件は、例えば熱ＣＶＤ法を用い、反応ガスとしてアセチレンとアルゴンの混合ガスを０．５ｓｃｃｍ：１０００ｓｃｃｍの流量で真空チャンバー内に導入し、圧力を１ｋＰａ、基板温度を４００℃とする。
以上により、層間絶縁膜３３に形成されたビア孔３４内をＣＮＴ束３６で充填してなるビア部３７を備えたビア層１０２が形成される。
【００４１】
しかる後、図４（ｃ）及び図７に示すように、ビア層１０２上に第２の配線層１０３を形成する。
詳細には、第１の実施形態の変形例における図３（ｂ）〜図３（ｈ）の各工程と同様の工程を経る。この場合、ビア層１０２上において、ＣＮＴ束３６の上部が露出する３つのビア孔３４上に各コンタクトブロック１５と、これらのコンタクトブロック１５と対応するコンタクトブロック１６とが形成され、第１の実施形態の変形例と同様に各コンタクトブロック１５，１６間に配線２３がそれぞれ形成される。これにより、層間絶縁膜３３上における層間絶縁膜１７内で複数組、ここでは３組のコンタクトブロック１５，１６間を配線２３により電気的に接続して一体化されてなる第２の配線層１０２が形成される。
以上により、図８に示すような３次元の配線ネットワーク構造とされた配線構造を完成させる。
【００４２】
なお、本実施形態では、１層のビア層を介して配線層が２層積層された場合を例示したが、更に多数の配線層を積層して多層配線構造を形成しても良い。
【００４３】
本実施形態によれば、コンタクトブロック１５，１６を用いたＣＮＴ２１及び金属材料２２からなる複合材料からなる配線２３を、できるだけ工程数を削減して、しかも環境に与える悪影響を回避しつつ、低コストで容易且つ確実に形成することが可能となり、ＣＮＴを材料とする配線からなる３次元の配線ネットワーク構造が実現される。
【００４４】
（変形例）
ここで、第２の実施形態の変形例について説明する。本例では、第１の実施形態と同様に配線構造を形成するが、配線ネットワーク構造の最終形態が異なる点で相違する。なお、第２の実施形態で説明した構成部材等と同一のものについては同符号を付す。
図９は、第２の実施形態の変形例による配線構造を示す概略斜視図である。なお図９では、図示の便宜上、層間絶縁膜１２以下の階層部分を省略する。
【００４５】
本例では、層間絶縁膜１２を、シリコン酸化膜の代わりに、後述するウェットエッチングで不溶の材料、例えばＳｉＮで形成する。
そして、第２の実施形態における図４（ｃ）、図７及び図８の工程の後、第１及び第２の配線層１０１，１０３、ビア層１０２のシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１７，３３を、例えばフッ酸系のエッチング液を用いたウェットエッチングにより、溶解除去する。
【００４６】
その結果、図９に示すように、コンタクトブロック１５，１６、配線２３及びビア部３７の言わば配線骨格のみからなる３次元の配線ネットワーク構造が完成する。
ＣＮＴはＣｕ配線と異なりその機械的強度が極めて強いため、本実施形態の配線ネットワーク構造のように配線を支える層間絶縁膜が無い状態でも、外的衝撃等に耐えることができる。従って、本実施形態によれば、上記した第２の実施形態の奏する諸効果に加え、簡易な製造プロセスにより、極めて軽量の３次元の配線ネットワーク構造が実現する。
【００４７】
以下、本発明の諸態様について、付記としてまとめて記載する。
【００４８】
（付記１）所定間隔で対向配置されてなるブロック状の一対の下地導電体と、
前記下地導電体同士を電気的に接続する配線と
を含み、
前記配線は、前記各下地導電体の各対向面から垂直にそれぞれ炭素元素からなる線状構造体が形成されており、前記対向面間で前記線状構造体の一部が交差して接触し、電気的に接合されてなることを特徴とする配線構造。
【００４９】
（付記２）前記配線は、前記線状構造体を包含するように前記下地導電体間を金属材料で充填してなる、前記線状構造体と前記金属材料との複合材料で形成されていることを特徴とする付記１に記載の配線構造。
【００５０】
（付記３）前記各対向面には、前記線状構造体の触媒材料が設けられており、当該触媒材料を核として前記線状構造体が成長形成されていることを特徴とする付記１又は２に記載の配線構造。
【００５１】
（付記４）前記線状構造体は、カーボンナノチューブ又はカーボンナノファイバーであることを特徴とする付記１〜３のいずれか１項に記載の配線構造。
【００５２】
（付記５）前記下地導電体は、Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｗ，Ｍｏ，Ａｇからなる群から選ばれた少なくとも１種、又は前記群から選ばれた少なくとも１種を含む合金からなることを特徴とする付記１〜４のいずれか１項に記載の配線構造。
【００５３】
（付記６）前記複合材料を形成する前記金属材料は、Ｃｕ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｗ，Ｍｏ，Ａｇからなる群から選ばれた少なくとも１種、又は前記群から選ばれた少なくとも１種を含む合金からなることを特徴とする付記１〜５のいずれか１項に記載の配線構造。
【００５４】
（付記７）一組又は複数組の前記一対の下地導電体が水平に配設され、前記配線が横方向に形成されている層構造を有することを特徴とする付記１〜６のいずれか１項に記載の配線構造。
【００５５】
（付記８）前記層構造が、上下の前記下地導電体を電気的に接続するビア部を介して複数層積層されており、３次元の配線ネットワーク構造が形成されてなることを特徴とする付記７に記載の配線構造。
【００５６】
（付記９）前記ビア部は、前記線状構造体からなることを特徴とする付記８に記載の配線構造。
【００５７】
（付記１０）前記線状構造体は、前記各対向面から１本又は複数本形成されていることを特徴とする付記１〜９のいずれか１項に記載の配線構造。
【００５８】
（付記１１）ブロック状の一対の下地導電体を、所定間隔で対向配置されるように形成する工程と、
前記各下地導電体の各対向面から垂直にそれぞれ炭素元素からなる線状構造体を、前記対向面間で前記線状構造体の一部が交差して接触するように成長させて電気的に接合し、配線を形成する工程と
を含むことを特徴とする配線構造の形成方法。
【００５９】
（付記１２）前記線状構造体を成長させた後、前記線状構造体を包含するように前記下地導電体間を金属材料で充填する工程を更に含み、
前記配線を、前記線状構造体と前記金属材料との複合材料で構成することを特徴とする付記１１に記載の配線構造の形成方法。
【００６０】
（付記１３）対向配置された前記各下地導電体の前記各対向面に触媒材料を配する工程を更に含み、
前記各対向面の前記触媒材料を核として、前記線状構造体を成長させることを特徴とする付記１１又は１２に記載の配線構造の形成方法。
【００６１】
（付記１４）前記線状構造体は、カーボンナノチューブ又はカーボンナノファイバーであることを特徴とする付記１１〜１３のいずれか１項に記載の配線構造の形成方法。
【００６２】
（付記１５）前記下地導電体は、Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｗ，Ｍｏ，Ａｇからなる群から選ばれた少なくとも１種、又は前記群から選ばれた少なくとも１種を含む合金からなることを特徴とする付記１１〜１４のいずれか１項に記載の配線構造の形成方法。
【００６３】
（付記１６）前記複合材料を形成する前記金属材料は、Ｃｕ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｗ，Ｍｏ，Ａｇからなる群から選ばれた少なくとも１種、又は前記群から選ばれた少なくとも１種を含む合金からなることを特徴とする付記１１〜１５のいずれか１項に記載の配線構造の形成方法。
【００６４】
（付記１７）一組又は複数組の前記一対の下地導電体を水平に配設し、前記配線を横方向に形成して層構造とすることを特徴とする付記１１〜１６のいずれか１項に記載の配線構造の形成方法。
【００６５】
（付記１８）前記層構造を、上下の前記下地導電体を電気的に接続するビア部を介して複数層積層し、３次元の配線ネットワーク構造を形成することを特徴とする付記１７に記載の配線構造の形成方法。
【００６６】
（付記１９）前記ビア部を、前記線状構造体から形成することを特徴とする付記１８に記載の配線構造の形成方法。
【００６７】
（付記２０）前記各層構造を形成する際に、前記下地導電体及び前記配線の少なくとも一部を埋め込むように埋め込み絶縁膜を形成し、
前記ビア部を形成する際に、前記層構造間を埋め込むように層間絶縁膜を形成し、
前記各層構造及び前記ビア部を形成した後に、前記埋め込み絶縁膜及び前記層間絶縁膜を除去することを特徴とする付記１９に記載の配線構造の形成方法。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の基本構成を説明するための模式図である。
【図２−１】第１の実施形態による配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。
【図２−２】図２−１に引き続き、第１の実施形態による配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。
【図３−１】第１の実施形態の変形例による配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。
【図３−２】図３−１に引き続き、第１の実施形態の変形例による配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。
【図４】第２の実施形態による配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。
【図５】第２の実施形態による配線構造の形成方法を工程順に示す概略平面図である。
【図６】図５に引き続き、第２の実施形態による配線構造の形成方法を工程順に示す概略平面図である。
【図７】図６に引き続き、第２の実施形態による配線構造の形成方法を工程順に示す概略平面図である。
【図８】第２の実施形態において、完成した配線構造を示す概略斜視図である。
【図９】第２の実施形態の変形例において、完成した配線構造を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
【００６９】
１，２，１５，１６ コンタクトブロック
１ａ，２ａ，１５ａ，１６ａ 対向面
３，２１，３６ ＣＮＴ束
３ａ，３ｂ，２１ａ，２１ｂ ＣＮＴ
４，２２ 金属材料
１１ シリコン基板
１２，１７，３３ 層間絶縁膜
１３，３４ ビア孔
１４，３７ ビア部
１８ 配線溝
１９，３１，３５ 触媒
２３ 配線
１０１ 第１の配線層
１０２ ビア層
１０３ 第２の配線層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定間隔で対向配置されてなるブロック状の一対の下地導電体と、
前記下地導電体同士を電気的に接続する配線と
を含み、
前記配線は、前記各下地導電体の各対向面から垂直にそれぞれ炭素元素からなる線状構造体が形成されており、前記対向面間で前記線状構造体の一部が交差して接触し、電気的に接合されてなることを特徴とする配線構造。
【請求項２】
前記配線は、前記線状構造体を包含するように前記下地導電体間を金属材料で充填してなる、前記線状構造体と前記金属材料との複合材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の配線構造。
【請求項３】
一組又は複数組の前記一対の下地導電体が水平に配設され、前記配線が横方向に形成されている層構造を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の配線構造。
【請求項４】
前記層構造が、上下の前記下地導電体を電気的に接続するビア部を介して複数層積層されており、３次元の配線ネットワーク構造が形成されてなることを特徴とする請求項３に記載の配線構造。
【請求項５】
前記ビア部は、前記線状構造体からなることを特徴とする請求項４に記載の配線構造。
【請求項６】
ブロック状の一対の下地導電体を、所定間隔で対向配置されるように形成する工程と、
前記各下地導電体の各対向面から垂直にそれぞれ炭素元素からなる線状構造体を、前記対向面間で前記線状構造体の一部が交差して接触するように成長させて電気的に接合し、配線を形成する工程と
を含むことを特徴とする配線構造の形成方法。
【請求項７】
一組又は複数組の前記一対の下地導電体を水平に配設し、前記配線を横方向に形成して層構造とすることを特徴とする請求項６に記載の配線構造の形成方法。
【請求項８】
前記層構造を、上下の前記下地導電体を電気的に接続するビア部を介して複数層積層し、３次元の配線ネットワーク構造を形成することを特徴とする請求項７に記載の配線構造の形成方法。
【請求項９】
前記ビア部を、前記線状構造体から形成することを特徴とする請求項８に記載の配線構造の形成方法。
【請求項１０】
前記各層構造を形成する際に、前記下地導電体及び前記配線の少なくとも一部を埋め込むように埋め込み絶縁膜を形成し、
前記ビア部を形成する際に、前記層構造間を埋め込むように層間絶縁膜を形成し、
前記各層構造及び前記ビア部を形成した後に、前記埋め込み絶縁膜及び前記層間絶縁膜を除去することを特徴とする請求項９に記載の配線構造の形成方法。
【請求項１】
所定間隔で対向配置されてなるブロック状の一対の下地導電体と、
前記下地導電体同士を電気的に接続する配線と
を含み、
前記配線は、前記各下地導電体の各対向面から垂直にそれぞれ炭素元素からなる線状構造体が形成されており、前記対向面間で前記線状構造体の一部が交差して接触し、電気的に接合されてなることを特徴とする配線構造。
【請求項２】
前記配線は、前記線状構造体を包含するように前記下地導電体間を金属材料で充填してなる、前記線状構造体と前記金属材料との複合材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の配線構造。
【請求項３】
一組又は複数組の前記一対の下地導電体が水平に配設され、前記配線が横方向に形成されている層構造を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の配線構造。
【請求項４】
前記層構造が、上下の前記下地導電体を電気的に接続するビア部を介して複数層積層されており、３次元の配線ネットワーク構造が形成されてなることを特徴とする請求項３に記載の配線構造。
【請求項５】
前記ビア部は、前記線状構造体からなることを特徴とする請求項４に記載の配線構造。
【請求項６】
ブロック状の一対の下地導電体を、所定間隔で対向配置されるように形成する工程と、
前記各下地導電体の各対向面から垂直にそれぞれ炭素元素からなる線状構造体を、前記対向面間で前記線状構造体の一部が交差して接触するように成長させて電気的に接合し、配線を形成する工程と
を含むことを特徴とする配線構造の形成方法。
【請求項７】
一組又は複数組の前記一対の下地導電体を水平に配設し、前記配線を横方向に形成して層構造とすることを特徴とする請求項６に記載の配線構造の形成方法。
【請求項８】
前記層構造を、上下の前記下地導電体を電気的に接続するビア部を介して複数層積層し、３次元の配線ネットワーク構造を形成することを特徴とする請求項７に記載の配線構造の形成方法。
【請求項９】
前記ビア部を、前記線状構造体から形成することを特徴とする請求項８に記載の配線構造の形成方法。
【請求項１０】
前記各層構造を形成する際に、前記下地導電体及び前記配線の少なくとも一部を埋め込むように埋め込み絶縁膜を形成し、
前記ビア部を形成する際に、前記層構造間を埋め込むように層間絶縁膜を形成し、
前記各層構造及び前記ビア部を形成した後に、前記埋め込み絶縁膜及び前記層間絶縁膜を除去することを特徴とする請求項９に記載の配線構造の形成方法。
【図１】
【図２−１】
【図２−２】
【図３−１】
【図３−２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２−１】
【図２−２】
【図３−１】
【図３−２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−２５１７０１（Ｐ２００８−２５１７０１Ａ）
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８９０１１（Ｐ２００７−８９０１１）
【出願日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【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１８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、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【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１８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、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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