電子デバイス及びその製造方法
【課題】接続ブロックを用いたCNTによる横配線を有する電子デバイスであって、接続ブロックとカーボンナノチューブの接続を良好にすること。
【解決手段】側面に第1の面を有する導電性の第1の接続ブロック13aと、第1の面に対向する第2の面を有する第2の接続ブロックと、第1の面上に形成される触媒金属微粒子17a、触媒薄膜のいずれかを有する触媒領域17と、第2の接続ブロックの第2の面上に形成される炭素吸収金属18a、18bを有する炭素元素円筒型構造体吸収領域兼成長阻止領域18と、触媒領域17から炭素元素円筒型構造体吸収領域兼成長阻止領域18に伸びて第1の接続ブロック13aと第2の接続ブロック13bを電気的に接続する炭素元素円筒型構造体19bとを有する。
【解決手段】側面に第1の面を有する導電性の第1の接続ブロック13aと、第1の面に対向する第2の面を有する第2の接続ブロックと、第1の面上に形成される触媒金属微粒子17a、触媒薄膜のいずれかを有する触媒領域17と、第2の接続ブロックの第2の面上に形成される炭素吸収金属18a、18bを有する炭素元素円筒型構造体吸収領域兼成長阻止領域18と、触媒領域17から炭素元素円筒型構造体吸収領域兼成長阻止領域18に伸びて第1の接続ブロック13aと第2の接続ブロック13bを電気的に接続する炭素元素円筒型構造体19bとを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子デバイス及びその製造方法に関し、特に、炭素元素円筒型構造体を用いた配線構造を備える電子デバイスとその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
LSIは、一般に多層の配線層を持っている。そして、異なる層や面に存在する上下の配線間を電気的に接続するため、層間絶縁膜や基板等にビアホールを形成し、そこに導電性材料を形成したビア構造が広く採用されている。
【0003】
最先端デバイスの配線材料には主に銅(Cu)が用いられており、そのようなCu配線に通じるよう所定位置に形成したビアホール内にCu等の導電性金属材料を充填等することにより、ビアを形成するのが一般的である。
【0004】
このようなビアに、Cuのような金属材料のほか、いわゆるカーボンナノチューブ(CNT)や筒状になったカーボンファイバ等に代表されるような炭素の筒状構造体(「炭素元素円筒型構造体」という。)を含んだ炭素材料を用いる検討がされている。
【0005】
特にCNTは、化学的安定性に優れ、また、特異な物理的・電気的性質を有する等、様々な特性を有しており、半導体デバイスの形成材料として注目され、例えば、その太さや長さの制御のほか、形成位置制御やカイラリティ制御等、現在も様々な検討が続けられている。
【0006】
そのようなCNTを利用した配線ビア構造は、例えば特許文献1、非特許文献1に開示されていて、例えば図7A〜図7Cに示す工程により形成される。
【0007】
まず、図7Aに示すように、Cu拡散防止用のバリア膜101b、例えばタンタル(Ta)膜に覆われたCu配線101a上に絶縁膜102を形成し、さらにフォトリソグラフィー法により絶縁膜102にビアホール102aを形成する。続いて、ビアホール102aの底部においてバリア膜101b上に、CNTの成長を促進する触媒担持層103、例えば窒化チタン(TiN)膜を形成した後に、その上にコバルト(Co)等の触媒金属微粒子104を堆積する。
【0008】
さらに、図7Bに示すように、炭化水素系ガス(CH4、C2H2等)を用いた熱CVD法等により、CNT105を触媒金属微粒子104から成長させる。その後、図7Cに示すように、Ti膜106とCu膜107からなる上部配線108を絶縁膜102上に形成するとともに、上部配線108をCNT105に接続する。
【0009】
このようなCNT105を膜厚方向、即ち縦方向に形成する構造の他、横方向にCNTを形成する横配線層の形成方法が特許文献2に記載されている。
【0010】
その場合、図8Aに示すように、2つの接続ブロック109a、109bのうち互いに対向する両側面に触媒を担持して横方向にCNT110a,110bを成長し、最終的に図8Bに示すように、接続ブロック109a、109bの中間点でそれらを接合している。
【0011】
【特許文献1】特開2006−339552号公報
【特許文献2】特開2006−148063号公報
【非特許文献1】Japan Journal of Applied Physics, Vol.43 (2004) p.1856
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
しかしながら、特許文献2に記載の方法によれば、2つの接続ブロック両側から成長したCNTの先端同士を接合する確率をさらに高める必要がある。これに対して、図9Aに示すように、一方の接続ブロック109aのみからCNT110を成長して、図9Bに示すように他方の接続ブロック109bに接合する方法も考えられる。
【0013】
しかし、CNT110と他方の接続ブロック109bの電気的コンタクトをどのように得るかという課題がある。
【0014】
本発明の目的は、接続ブロックを用いた接続良好なカーボンナノチューブによる横配線を有する電子デバイスとその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0015】
本発明の一観点に係る電子デバイスの製造方法に従えば、絶縁膜の上に導電材料よりなる第1の接続ブロックと第2の接続ブロックを互いに間隔をおいて形成する工程と、第1の接続ブロックのうち第2の接続ブロックに対向する第1の面に触媒金属微粒子又は触媒薄膜からなる触媒領域を形成する工程と、第2の接続ブロックのうち第1の接続ブロックに対向する第2の面に炭素元素円筒型構造体の成長を阻止する炭素吸収金属からなる触媒領域を形成する工程と、触媒領域から炭素元素円筒型構造体を成長して第2の面に到達する工程とを有する。
【発明の効果】
【0016】
本発明は、向かい合った接続ブロックの一方から炭素元素円筒型構造体を成長し、もう一方のブロック側面に炭素元素円筒型構造体の先端が到達したと同時に自己組織的に接合構造を形成することにより、すぐれた炭素元素円筒型構造体配線を提供するものである。
【0017】
例えば2つの接続ブロックの向き合う一方の面にカーボンナノチューブが成長可能な触媒金属を形成し、もう一方の面にはカーボンナノチューブは成長しないが炭素原子を取り込んでカーボンナノチューブを吸収する能力のある金属を形成する。
【0018】
これにより、気相成長法により一方の面から成長したカーボンナノチューブは、先端が対向した面に到達したときに、自己組織的に接合構造を形成する。これにより、良好な電気的コンタクトを持つ接続ブロック間にカーボンナノチューブ配線を形成する。また、このカーボンナノチューブに金属を複合化させることにより、さらに配線抵抗を下げることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0020】
(第1の実施の形態)
図1A〜図1Iは、本発明の第1実施形態に係る電子デバイスの形成工程を示す断面図である。
【0021】
まず、図1Aに示す構造を形成するまでの工程について説明する。
【0022】
シリコン(半導体)基板1上に、第1層間絶縁膜2として例えばシリコン酸化膜を気相成長(CVD)法により形成する。シリコン基板1には図示しないトランジスタが形成され、そのトランジスタは第1層間絶縁膜2により覆われる。
【0023】
続いて、第1層間絶縁膜2上に、窒化シリコンよりなる下地絶縁膜3と、シリコン酸化膜又は低誘電率膜よりなる第2層間絶縁膜4を形成する。低誘電率膜としては、例えば有機シリコーン化合物、或いはポーラスシリカ等が用いられる。
【0024】
その後に、第2層間絶縁膜4をフォトリソグラフィー法によりパターニングすることにより、幅が数百nm程度の配線溝4aを形成する。配線溝4aの形成のために第2層間絶縁膜4はフッ素系ガスを用いてエッチングされ、その下の下地絶縁膜3はエッチングストッパとなる。
【0025】
続いて、配線溝4aから露出する下地絶縁膜3を選択的にエッチングして配線溝4aをさらに深くする。これにより、配線溝4aの深さは精度よく制御される。さらに、第2層間絶縁膜4の表面のエッチング残渣をウェット処理により除去し、さらにその表面を洗浄する。
【0026】
次に、Cu拡散防止膜5aとしてTa膜又はTaN膜を配線溝4aの内面と第2層間絶縁膜4上にスパッタにより形成する。その後に、Cu拡散防止膜5a上にCu膜5bを電解メッキにより形成して配線溝4a内に埋め込む。その後に、第2層間絶縁膜4上のCu拡散防止膜5aとCu膜5bをCMP法により除去し、これにより配線溝4a内に残したCu膜5bとCu拡散防止膜5aをダマシン構造の配線5とする。
【0027】
続いて、配線5及び第2層間絶縁膜4の上に窒化シリコン膜6をCVD法により形成する。窒化シリコン膜6は、配線5の酸化を防止するとともに銅の拡散を防止する。
【0028】
さらに、窒化シリコン膜6上に、第3層間絶縁膜7を例えば数百nmの厚さに形成する。第3層間絶縁膜7は、第2層間絶縁膜4と同じ材料から構成される。
【0029】
その後に、第3層間絶縁膜7上にフォトレジスト8を塗布し、これを露光、現像することにより、配線5の一部の上方に開口部8aを形成する。その後に、開口部8aを通して第3層間絶縁膜7をエッチングして配線5の一部を露出する複数のビアホール7aを形成する。
【0030】
その後に、ビアホール7a底面とフォトレジスト8上に、バリア膜9aとしてTa又はRu膜を形成し、さらにその上に触媒担持膜9bとしてTiN膜を形成し、その後に、触媒担持膜9b上に触媒微粒子10を形成する。なお、触媒微粒子10の材料としてはコバルト(Co)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、プラチナ(Pt)及びそれらのいずれかを含む合金のいずれかを用いる。触媒微粒子10の代わりに同様な材料により例えば厚さ1nm程度の触媒薄膜を形成してもよい。なお、触媒微粒子10又は触媒薄膜(不図示)は、例えば、レーザアブレーション法、スパッタ法、蒸着法等により形成される。
【0031】
続いて、フォトレジスト8を除去することにより、バリア膜9a、触媒担持膜9b及び触媒微粒子10をビアホール7aの底部に選択的に残す。
【0032】
この後に、図1Bに示すように、触媒微粒子10を有するビアホール7aの底面にカーボンナノチューブ11の束をCVD法により成長する。CVD法として、例えば、熱CVD法、熱フィラメントCVD法、プラズマCVD法がある。カーボンナノチューブ12aは、触媒金属微粒子10から基板垂直方向に配向成長し、ビアホール7a内に成長したカーボンナノチューブ11はビア12として使用される。なおカーボンナノチューブ11の束は、化学機械研磨法(CMP法)により絶縁膜と共に平坦化され、先端が揃えられる。
【0033】
なお、ビア12の形成については、カーボンナノチューブ11の成長の他に、銅、タングステン(W)をビアホール7aに埋め込む方法を採用してもよい。
【0034】
次に、図1Cに示すように、ビア12及び第3層間絶縁膜7の上に、接続ブロック膜13として、例えばスパッタ法又は蒸着法によりTiN膜を100nmの厚さに形成する。続いて、接続ブロック膜13上にフォトレジストを塗布し、これを露光、現像することにより、ビア12の上とその周辺の上の領域にレジストパターン14a,14bを形成する。間隔をおいて隣り合うレジストパターン14a、14bは互いに対向する面を有している。
【0035】
その後、図1Dに示すように、レジストパターン14a、14bをマスクにして接続ブロック膜13をエッチング又はイオンミリングすることにより、互いに対向する面を持つ 第1、第2の接続ブロック13a、13bを形成する。
【0036】
レジストパターン14a,14bを除去した後に、図1Eに示すように、第3層間絶縁膜7及び接続ブロック13a,13bの上に、酸化シリコン又は低誘電率(low-k)材よりなる第4層間絶縁膜15を例えば200nmの厚さに形成する。酸化シリコンの形成は、TEOS(テトラエトキシシラン)ガス又はシラン系ガスを用いてCVD法による。また、低誘電率材として、例えば有機シリコーン含有材料があり、スピンコーティング法等を用いて形成される。
【0037】
次に、第4層間絶縁膜15上にフォトレジスト16を塗布し、これを露光、現像して、隣り合う接続ブロック13a,13bの間の配線領域に開口部16aを形成する。
【0038】
続いて、図1Fに示すように、フォトレジスト16の開口部16aを通して第4層間絶縁膜15をエッチングすることにより、隣り合う接続ブロック13a,13bの間で第3層間絶縁膜7に達する深さの配線溝15aを形成する。これにより、配線溝15a内で接続ブロック13a,13bが相互に対向する面が露出する。その後に、フォトレジスト16を除去して第4層間絶縁膜15を露出させる。
【0039】
次に、図1Gに示すように、第1の接続ブロック13aのうち配線溝15a内で露出している側面を触媒担持体面として使用し、その面上に4nm程度の粒径の触媒金属微粒子17a又は厚さ1nm程度の触媒薄膜(不図示)からなる触媒領域17を選択的に形成する。
【0040】
触媒金属微粒子17a又は触媒薄膜(不図示)の形成方法として、例えば、触媒金属パーティルをシリコン基板1の主面に対して斜め方向であって露出している第1の接続ブロック13aの側面に向けて直進させる方法を採用する。その方法として、例えば、レーザアブレーション等により発生させた触媒金属パーティクルをインパクタによりサイズを揃え、真空室内でビーム化されてシリコン基板1の主面に斜めに向けて照射する方法を採用する。
【0041】
触媒微粒子又は触媒薄膜の材料としてはコバルト(Co)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、プラチナ(Pt)及びいずれかを含む二元系金属及び合金のうちいずれかを用いる。
【0042】
次に、図1Hに示すように、第2の接続ブロック13bのうち配線溝15aから露出している側面を炭素吸収体担持面として使用し、その面上に2〜3nm程度の炭素吸収媒介用の金属微粒子又は薄膜18aを形成し、さらに炭素吸収金属微粒子又は薄膜18bを形成する。炭素吸収媒介用の金属微粒子又は薄膜18aと炭素吸収金属微粒子又は薄膜18bにより炭素元素円筒型構造体吸収領域兼成長阻止領域18が構成される。
【0043】
炭素吸収媒介用の金属微粒子又は薄膜18aの形成方法として、例えば、炭素吸収金属パーティルをシリコン基板1の主面に対して斜め方向であって露出している第2の接続ブロック13bの側面に指向性スパッタを用いて形成する方法を採用する。
【0044】
例えば、レーザアブレーション等により発生させた炭素吸収媒介用金属パーティクル、例えばMoパーティクルを電気炉によりアニールした後に、荷電器により荷電し、微分式移動度測定器によりサイズを揃え、真空室内で静電レンズによりビーム化されてシリコン基板1の主面に斜めに向けて照射する方法を採用する。
【0045】
炭素吸収媒介用の金属微粒子又は薄膜18aの後には、炭素吸収金属微粒子又は薄膜18bを形成する。レーザアブレーション等により発生させた炭素吸収用金属パーティクル、例えばCo微粒子をインパクタによりサイズを揃え、真空室内でビーム化してシリコン基板1の主面に斜めに向けて照射する方法を採用する。
【0046】
炭素吸収媒介用材料として、モリブデン(Mo)、Ta、アルミニウム(Al)、銅(Cu)のいずれかがある。そのような材料は、炭素吸収金属に対して炭素吸収を助長させるとともに成長条件によってカーボンナノチューブの成長を阻害する性質を有している。
【0047】
また、炭素吸収金属として、Co、Fe、Ni、Pd、Pt又はそれらのいずれか含有する二元系金属及び合金のいずれかを含む材料を用いる。そのような材料は、炭素吸収媒介用材料の媒介によって炭素吸収が促され且つカーボンナノチューブの成長が阻止される性質を有している。
【0048】
なお、炭素吸収媒介用の金属微粒子又は薄膜18aと炭素吸収金属微粒子又は薄膜18bを形成する順序は上記と逆にしてもよい。
【0049】
次に、図1Iに示すように、配線溝15aのうち第1の接続ブロック13aの触媒領域17からカーボンナノチューブ19の束を横配線としてCVD法により成長する。CVD法として、例えば、熱CVD法、熱フィラメントCVD法、プラズマCVD法がある。
【0050】
熱CVD法を採用する場合には、例えば反応ガスとしてアセチレンとアルゴンの混合ガスを成長雰囲気である真空チャンバ内に導入する。アセチレンはアルゴンにより1000倍程度に希釈して真空チャンバ内に導入される。この場合、真空チャンバ内の圧力を1kPaに設定し、基板温度を例えば400℃〜450℃に設定する。
【0051】
これにより、配線溝15a内において、第1の接続ブロック13a側面の触媒領域17からこれに対向する第2の接続ブロック13bの側面に向けてカーボンナノチューブ19が成長し、ついには、第2の接続ブロック13bの炭素元素円筒型構造体吸収領域兼成長阻止領域18に到達する。
【0052】
炭素元素円筒型構造体吸収領域兼成長阻止領域18では、Co等の炭素吸収金属微粒子又は薄膜18bは炭素を吸収する状態にあり、成長しているカーボンナノチューブ19は炭素元素円筒型構造体吸収領域兼成長阻止領域18のCo微粒子に接触した際に接合状態を作り、これによりカーボンナノチューブ19は第2の接続ブロック13bに電気及び機械的に接合する。
【0053】
次に、図1Jに示すように、第4層間絶縁膜15の上面上の触媒金属微粒子17a(又は触媒薄膜)と、炭素吸収金属微粒子又は薄膜18bと炭素吸収媒介用の金属微粒子又は薄膜18aをCMPによって除去し、これに続いて第4層間絶縁膜15の上面をCMPにより研磨して接続ブロック13a、13bの上面を露出させて平坦化する。
【0054】
以上のように本実施形態によれば、間隔をおいて配置される第1、第2の接続ブロック13a,13bの対向面のうち一方の面に炭素元素円筒型構造体成長用の触媒領域17を形成し、他方の面に炭素元素円筒型構造体吸収領域兼成長阻止領域18を形成している。
【0055】
これにより、第1の接続ブロック13aの触媒領域17から成長したカーボンナノチューブ19の束は、炭素元素円筒型構造体吸収領域兼成長阻止領域18に到達した状態で第2の接続ブロック13bに自己組成的に接合し、第1、第2の接続ブロック13a、13bの双方に繋ぎ目無く低コンタクト抵抗で電気的に接続することが可能になる。
【0056】
ところで、炭素吸収媒介用の金属薄膜である例えばMo膜は、これに接して形成されるCo微粒子によるカーボンナノチューブの成長を阻止するために用いられるが、それらの炭素吸収領域兼炭素成長阻止領域18は必ずしも2工程で形成されなくてもよい。
【0057】
例えば、FeMoのようにMoのような炭素元素円筒型構造体成長阻止媒介元素を含む材料だけでなく、CoPdのように単独で炭素元素円筒型構造体成長の触媒金属となる元素であって合金により炭素元素円筒型構造体成長阻止作用を有するようになる金属であってもよい。
【0058】
また、炭素吸収媒介用の金属微粒子又は薄膜18aと炭素吸収金属微粒子又は薄膜18bのサイズは、同じであってもよいし、異なってもよい。これは、カーボンナノチューブ19の密度、成長速度、或いは、成長したカーボンナノチューブ19と第2の接続ブロック13bの接続状態等により適宜選択される。
【0059】
炭素吸収媒介用の金属微粒子又は薄膜18aと炭素吸収金属微粒子又は薄膜18bを2ステップで形成する場合に、先に炭素吸収媒介用の金属微粒子又は薄膜18aを上記したように成長異方性の高い微粒子堆積方法で第2の接続ブロック13bの側面に堆積した後に、図2に示すように、炭素吸収金属微粒子又は薄膜18bを成長異方性の少ない微粒子堆積法により第1、第2の接続ブロック13a,13bの両側面に同時に成長するようにしてもよい。これにより、触媒金属微粒子17aを独立した工程で形成しなくてもよくなる。
【0060】
このような方法は、炭素吸収金属微粒子又は薄膜18bと触媒金属微粒子17aのサイズを同じに堆積する場合に採用することが好ましい。
【0061】
ところで、上記した第4層間絶縁膜15をCMPにより研磨する前に、図3に示すように、配線溝7aの中にCu、Ti、TiN、Ta、Pd、Si、C、Co、Ni、Fe、TiC、W等のような電気伝導性材料層20を例えば無電解メッキにより形成して複合構造にしてもよい。なお、第4層間絶縁膜20上に形成された電気伝導性材料は、第4層間絶縁膜15の上面を研磨する際に除去される。
【0062】
(第2の実施の形態)
図4A〜図4Dは、本発明の第2実施形態に係る電子デバイスの形成工程を示す断面図である。なお、
まず、図1A〜図1Dに示したと同様な工程により、シリコン基板1上に第1層間絶縁膜2、下地絶縁膜3、第2層間絶縁膜4、配線5、第3層間絶縁膜7、ビア12、第1及び第2の接続ブロック13a,13b及び第4層間絶縁膜15を形成し、さらに図1E、図1Fに示した工程により第4層間絶縁膜15に配線溝15aを形成する。
【0063】
次に、図4Aに示すように、第4層間絶縁膜15の配線溝15aから露出する第1の接続ブロック13Aの側面に触媒金属微粒子17a又は触媒薄膜(不図示)を形成して触媒領域17とする。触媒金属微粒子17a又は触媒薄膜(不図示)を形成するための金属微粒子は、第1実施形態と同様に、基板面に対して斜めから照射される。
【0064】
続いて、図4Bに示すように、第2の接続ブロック13bのうち配線溝15aから露出している側面を炭素吸収領域兼成長阻止体担持面として使用し、その面上に厚さ1nmのMo膜18cと、厚さ10nmのNi膜18dを連続して順に形成する。
【0065】
Mo膜18cは炭素吸収媒介用の金属薄膜であり、Ni膜18dは、炭素吸収金属薄膜である。
【0066】
Mo膜18cとNi膜18dの形成方法として、例えば、第1実施形態の炭素吸収媒介用の金属微粒子又は薄膜18aと炭素吸収金属微粒子又は薄膜18bの形成方法と同様に、金属パーティルをシリコン基板1の主面に対して斜め方向に直進させる方法を採用する。
【0067】
次に、図4Cに示すように、第4層間絶縁膜15の配線溝15aのうち第1の接続ブロック13aの触媒領域17からカーボンナノチューブ19の束を第1実施形態と同じ方法により成長する。
【0068】
例えば、カーボンナノチューブ19の成長方法として熱CVD法を採用する場合には、例えば反応ガスとしてアセチレンとアルゴンの混合ガスを成長雰囲気である真空チャンバ内に導入する。アセチレンはアルゴンにより1000倍程度に希釈して真空チャンバ内に導入される。この場合、真空チャンバ内の圧力を1kPaに設定し、基板温度を例えば400℃〜450℃に設定する。
【0069】
このような条件によれば、カーボンナノチューブ19は、TiNから構成される第1の接続ブロック13aの側面に接触している触媒金属微粒子17aから選択的にかつ垂直に成長する。これに対し、第2の接続ブロック13bの側面において、Mo膜18c上のNi膜18dでは炭素元素円筒型構造体が成長しない。
【0070】
また、第1の接続ブロック13aの側面から成長したカーボンナノチューブ19は、最終的には第2の接続ブロック13b上のNi膜18dに到達し、そこでNi膜18dは炭素を取り込める状態にあるので、カーボンナノチューブ19はNi膜18dと接触した際に電気的且つ機械的に接合した状態となる。
【0071】
この後に、図4Dに示すように、第4層間絶縁膜15の上面上の触媒金属微粒子17a又は触媒薄膜(不図示)とMo膜18c、Ni膜18dをCMPによって除去するとともに、第4層間絶縁膜15の上面をCMPにより研磨して接続ブロック13a、13bの上面を露出させて平坦化する。
【0072】
以上のように本実施形態によれば、間隔をおいて配置される第1、第2の接続ブロック13a,13bの対向面のうち一方の面に炭素元素円筒型構造体成長用の触媒領域17を形成し、他方の面に炭素元素円筒型構造体吸収領域兼成長阻止領域18となるMo膜18c、Ni膜18dを形成している。
【0073】
これにより、第1の接続ブロック13aの触媒領域17から成長したカーボンナノチューブ19の束は、Ni層18dに到達した状態で第2の接続ブロック13bに自己組成的に接合し、第1、第2の接続ブロック13a、13bの双方に繋ぎ目無く低コンタクト抵抗で電気的に接続することが可能になる。
【0074】
ところで、第2の接続ブロック13bの側面に形成したMo膜18cは、Ni膜18dからのカーボンナノチューブ19の成長を阻止するために用いられるが、それらは必ずしも二層構造となる必要はなく、他の層構成であってもよい。例えば、第2の接続ブロック13bの側面にFeMo層又はCoMo層、その他の炭素吸収領域兼炭素成長阻止合金層であってもよい。
【0075】
なお、第1実施形態と同様に、配線溝15a内でカーボンナノチューブ19の束の隙間に電気伝導性材料層20を埋め込んで被覆してもよい。
【0076】
(第3の実施の形態)
図5A〜図5Hは、本発明の第3実施形態に係る電子デバイスの形成工程を示す断面図である。なお、
まず、図1A、図1Bに示したと同様な工程により、シリコン基板1上に第1層間絶縁膜2、下地絶縁膜3、第2層間絶縁膜4、配線5、第3層間絶縁膜7、ビア12を形成する。
【0077】
次に、図5Aに示すように、第3層間絶縁膜7とビア12の上にバリア膜31としてルテニウム(Ru)膜をCVD法、又は、スパッタ法、蒸着法等の物理気相成長(PVD)法により5nmの厚さに形成する。続いて、バリア膜31上に、接続ブロック膜33としてCu膜をスパッタ法或いは蒸着法により例えば100nmの厚さに形成する。
【0078】
続いて、接続ブロック膜33上にフォトレジストを塗布し、これを露光、現像することにより、ビア12の上とその周辺の上の領域に間隔をおいて複数のレジストパターン14a,14bを形成する。
【0079】
その後に、レジストパターン14a、14bをマスクにして接続ブロック膜33、バリア膜31をエッチング又はイオンミリングすることにより、互いに対向する面を持つ複数の接続ブロック33a、33bを形成する。
【0080】
レジストパターン14a,14bを除去した後に、図5Bに示すように、第1、第2の接続ブロック33a、33bの表面と第3層間絶縁膜7の上面に、CVD法によりRu膜34を例えば5nmの厚さに形成する。次に、第1、第2の接続ブロック33a、33b上のRu膜34をフォトレジスト(不図示)により覆った状態で第3層間絶縁膜7の上面上のRu膜34をエッチングにより除去する。
【0081】
Ru膜34は、第1、第2の接続ブロック膜33a,33bの上面及び側面全体を多い、それ以外の領域から除去される。
【0082】
次に、図5Cに示すように、第1実施形態と同様な方法によって、第3層間絶縁膜7及びRu膜34の上に、酸化シリコン又は低誘電率材よりなる第4層間絶縁膜15を例えば200nmの厚さに形成する。
【0083】
次に、図5Dに示すように、第1実施形態と同様な方法により、第4層間絶縁膜15をパターニングすることにより、隣り合う第1、第2の接続ブロック33a,33bの間において第3層間絶縁膜7に達する深さの配線溝15aを形成する。これにより、配線溝15a内で第1、第2の接続ブロック33a,33bが相互に対向する面が露出する。
【0084】
次に、図5Eに示すように、第1の接続ブロック33aのうち配線溝15a内で露出している側面上のRu膜34を触媒担持体面として使用し、その面上に4nm程度の粒径の触媒金属微粒子17a又は厚さ1nm程度の触媒薄膜(不図示)からなる触媒領域17を選択的に形成する。触媒金属微粒子17a又は触媒薄膜の形成方法としては第1実施形態と同様な方法を採用する。
【0085】
触媒微粒子又は触媒薄膜の材料としてはコバルト(Co)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、プラチナ(Pt)及びそれらを含む二元形金属や合金を用いてもよい。
【0086】
次に、図5Fに示すように、第2の接続ブロック33bのうち配線溝15aから露出している側面を炭素吸収体担持面として使用し、その面上に2〜3nm程度の炭素吸収媒介用の金属微粒子又は薄膜18aを形成し、さらに炭素吸収金属微粒子又は薄膜18bを形成する。炭素吸収媒介用の金属微粒子又は薄膜18aと炭素吸収金属微粒子又は薄膜18bにより炭素元素円筒型構造体吸収領域兼成長阻止領域18が構成される。
【0087】
炭素吸収媒介用の金属微粒子又は薄膜18aの形成方法として、第1実施形態と同様な方法を採用し、それらの構成材料も、第1実施形態と同様に、炭素を吸収する性質があるとともに、炭素円筒型構造体であるカーボンナノチューブの成長を阻止する性質もある金属を採用する。
【0088】
次に、図5Gに示すように、第4層間絶縁膜15の配線溝15aのうち第1の接続ブロック33aの触媒領域17からカーボンナノチューブ19の束をCVD法により成長する。CVD法として、例えば、熱CVD法、熱フィラメントCVD法、プラズマCVD法がある。熱CVD法を採用する場合には、第1実施形態で示したと同様な条件を採用する。
【0089】
第1の接続ブロック33aの表面のRu膜34は、触媒領域に形成された触媒金属微粒子又は触媒薄膜のカーボンナノチューブ19の成長促進作用があり、カーボンナノチューブ19の成長は促進される。
【0090】
これにより、配線溝15a内において、第1の接続ブロック33a側面の触媒領域からこれに対向する第2の接続ブロック33bの側面に向けてカーボンナノチューブ19が成長し、ついには、第2の接続ブロック33bの炭素元素円筒型構造体吸収領域兼成長阻止領域18に到達する。
【0091】
炭素元素円筒型構造体吸収領域兼成長阻止領域18ではCo等の炭素吸収金属微粒子又は薄膜18bにより炭素を吸収する状態にあり、カーボンナノチューブ19は炭素吸収面のCo微粒子に接触した際に接合状態を作り、これによりカーボンナノチューブ19は第2の接続ブロック33bに電気及び機械的に接合する。
【0092】
次に、図5Hに示すように、第4層間絶縁膜15の上面上の触媒金属微粒子17a又は触媒薄膜(不図示)と、炭素吸収媒介用の金属微粒子又は薄膜18a、炭素吸収金属微粒子又は薄膜18bとをCMPによって除去するとともに、第4層間絶縁膜15の上面を研磨して接続ブロック13a、13bの上面を露出させて平坦化する。
【0093】
なお、第2の接続ブロック33bの表面には、第2実施形態と同様に、Mo層とNi層を順に形成してもよい。
【0094】
以上のように本実施形態によれば、第1、第2の接続ブロック33a,33bを銅膜から構成し、その表面をRu膜34で覆ったので、銅の拡散が防止されるだけでなく、第1の接続ブロック33aからのカーボンナノチューブ19の成長が促進される。
【0095】
なお、接続ブロック膜33としてCu膜を形成したが、タングステン、アルミニウムから構成しても良く、この場合にも表面に導電性バリア層で被覆してもよい。また、第1実施形態と同様に、配線溝15a内でカーボンナノチューブ19の束の隙間に電気伝導性材料層20を埋め込んで被覆してもよい。
【0096】
ところで、上記の第1〜第3実施形態において、2つの接続ブロック13a、13b(33a、33b)を例に挙げて説明したが、3つ以上の接続ブロックを第3層間絶縁膜上に形成することにより、互いの接続ブロック間を上記の方法によりカーボンナノチューブからなる配線により接続しても良い。
【0097】
また、上記した第1〜第3の実施形態に係る接続ブロックの形成位置は、ビアの上に限られるものではない。例えば、図6に示すように、絶縁膜35上に2つの接続ブロック36a、36bを形成し、それらの対向面の一方に例えばCoからなる金属微粒子又は薄膜37を形成するとともに、対向面の他方にCoのような第1の金属微粒子とMoのような第2の金属微粒子の混合物又は合金、又は、例えばMoとCoのような金属の二層構造、又は例えばMoCoのような合金からなる炭素吸収合金膜のいずれかからなる炭素吸収領域38を形成する。これにより、金属微粒子又は金属薄膜37から炭素吸収領域38に向けてカーボンナノチューブからなる配線39を形成すると、2つの導電性の接続ブロック36a、36bは互いに高電流密度で電流を流すことが可能な配線39により電気的に接続されることになる。なお、カーボンナノチューブ39は一本でもよいし複数の束でもよい。
【0098】
接続ブロック36a,36bは、Ti、TiN、TiC、W、Ta、Ru、Si(シリコン)、C、Co、Ni、Fe、Cuのいずれかから構成されている。また、その表面は異種金属、例えばTa、TaN、Ru、Os(オスミウム)又はRd(ラジウム)のいずれかにより被覆されてもよい。
【0099】
以下に、本発明に係る実施形態の特徴を付記する。
(付記1)側面に第1の面を有する導電性の第1の接続ブロックと、前記第1の面に対向する第2の面を有する第2の接続ブロックと、前記第1の面上に形成される触媒金属微粒子、触媒薄膜のいずれかを有する触媒領域と、前記第2の面上に形成される炭素吸収金属を有する炭素吸収領域と、前記触媒領域から前記炭素吸収領域に伸びて前記第1の接続ブロックと前記第2の接続ブロックを電気的に接続する炭素元素円筒型構造体とを有することを特徴とする電子デバイス。
(付記2)前記炭素吸収金属は、炭素を吸収する第1金属と、前記第1金属に対して炭素吸収を媒介する第2金属からなることを特徴とする付記1に記載の電子デバイス。
(付記3)前記第1金属と前記第2金属はともに微粒子を構成することを特徴とする付記2に記載の電子デバイス。
(付記4)前記第2金属は前記第1金属を担持する担持用膜として形成され、前記第1金属は前記担持用膜の上に微粒子で形成されていることを特徴とする付記2又は付記3に記載の電子デバイス。
(付記5)前記第2金属は前記第1金属の担持用膜として形成され、前記第1金属は前記担持用膜の上に炭素吸収膜として形成されていることを特徴とする付記2又は付記3に記載の電子デバイス。
(付記6)絶縁膜の上に導電材料よりなる第1の接続ブロックと第2の接続ブロックを互いに間隔をおいて形成する工程と、前記第1の接続ブロックのうち前記第2の接続ブロックに対向する第1の面に触媒金属微粒子又は触媒薄膜からなる触媒領域を形成する工程と、 前記第2の接続ブロックのうち前記第1の接続ブロックに対向する第2の面に炭素元素円筒型構造体の成長を阻止する炭素吸収金属からなる触媒領域を形成する工程と、前記触媒領域から前記炭素元素円筒型構造体を成長して前記第2の面に到達する工程とを有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
(付記7)前記触媒金属微粒子又は前記触媒薄膜は、前記絶縁膜に対して斜め方向から金属を直進させて前記第1の面に向けて堆積されることを特徴とする付記6に記載の電子デバイスの製造方法。
(付記8)前記炭素吸収金属は、前記絶縁膜に対して斜め方向から金属を直進させて前記第2の面に向けて堆積されることを特徴とする付記6又は付記7に記載の電子デバイスの製造方法。
(付記9)前記炭素吸収金属の一部は、前記触媒金属微粒子又は前記触媒薄膜を構成する共通の金属であって、前記共通の金属は前記第1の面と前記第2の面に同時に形成されることを特徴とする付記6乃至付記8のいずれかに記載の電子デバイスの製造方法。
(付記10)前記炭素吸収金属の形成工程は、炭素吸収媒介用金属元素の微粒子又は薄膜のいずれかを形成した後に、炭素吸収金属の微粒子又は薄膜のいずれかを形成する工程を有することを特徴とする付記6乃至付記8のいずれかに記載の電子デバイスの製造方法。
(付記11)前記炭素吸収媒介用金属元素の微粒子又は薄膜は、モリブデン、タンタル、アルミニウム、銅のいずれかからなり、前記炭素吸収金属の微粒子又は薄膜は、コバルト、鉄、ニッケル、パラジウム、プラチナ及びそれらを含む合金のいずれかであることを特徴とする付記10に記載の電子デバイスの製造方法。
(付記12)前記炭素吸収金属は、炭素元素円筒型構造体を成長しない材料から構成されることを特徴とする付記6乃至付記11のいずれかに記載の電子デバイスの製造方法。
(付記13)前記第1、第2の接続ブロックを形成した後に、異なる金属からなる被覆層を前記第1、第2の接続ブロックの表面に形成する工程を有することを特徴とする付記6乃至付記12のいずれかに記載の電子デバイスの製造方法。
(付記14)前記第1の面と前記第2の面を露出する溝を有する上側絶縁膜により前記第1、第2の接続部ブロックの一部を覆う工程と、前記炭素元素円筒型構造体を形成した後に、前記上側絶縁膜の上面を研磨する工程とを有することを特徴とする付記6乃至付記13のいずれかに記載の電子デバイスの製造方法。
【図面の簡単な説明】
【0100】
【図1A】図1A〜図1Jは、本発明の第1実施形態に係る電子デバイスの形成工程を示す断面図である。
【図1D】図1Aで説明。
【図1G】図1Aで説明。
【図1I】図1Aで説明。
【図2】本発明の第1実施形態に係る電子デバイスの形成工程における金属微粒子の他の形成方法を示す断面図である。
【図3】本発明の第1実施形態に係る電子デバイスの形成工程における他の横配線形成方法を示す断面図である。
【図4A】図4A〜図4Dは、本発明の第1実施形態に係る電子デバイスの形成工程を示す断面図である。
【図4C】図4Aで説明。
【図5A】図5A〜図5Hは、本発明の第3実施形態に係る電子デバイスの形成工程を示す断面図である。
【図5D】図5Aで説明。
【図5G】図5Aで説明。
【図6】本発明の他の実施形態を示す電子デバイスの断面図である。
【図7A】図7A〜図7Cは、従来技術に係るカーボンナノチューブによるビアの形成工程を示す断面図である。
【図8A】図8A、図8Bは、従来技術に係るカーボンナノチューブによる横配線の形成工程を示す断面図である。
【図9A】図9A、図9Bは、リファレンスに係るカーボンナノチューブによる横配線の形成工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【0101】
13a、13b 接続ブロック
17a 触媒金属微粒子
17 触媒領域
18a 炭素吸収媒介用の金属微粒子又は薄膜
18b 炭素吸収金属微粒子又は薄膜
18c Mo膜
18d Ni膜
18 炭素元素円筒型構造体吸収領域兼成長阻止領域
19 カーボンナノチューブ(炭素元素円筒型構造体)
20 電気伝導性材料層
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子デバイス及びその製造方法に関し、特に、炭素元素円筒型構造体を用いた配線構造を備える電子デバイスとその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
LSIは、一般に多層の配線層を持っている。そして、異なる層や面に存在する上下の配線間を電気的に接続するため、層間絶縁膜や基板等にビアホールを形成し、そこに導電性材料を形成したビア構造が広く採用されている。
【0003】
最先端デバイスの配線材料には主に銅(Cu)が用いられており、そのようなCu配線に通じるよう所定位置に形成したビアホール内にCu等の導電性金属材料を充填等することにより、ビアを形成するのが一般的である。
【0004】
このようなビアに、Cuのような金属材料のほか、いわゆるカーボンナノチューブ(CNT)や筒状になったカーボンファイバ等に代表されるような炭素の筒状構造体(「炭素元素円筒型構造体」という。)を含んだ炭素材料を用いる検討がされている。
【0005】
特にCNTは、化学的安定性に優れ、また、特異な物理的・電気的性質を有する等、様々な特性を有しており、半導体デバイスの形成材料として注目され、例えば、その太さや長さの制御のほか、形成位置制御やカイラリティ制御等、現在も様々な検討が続けられている。
【0006】
そのようなCNTを利用した配線ビア構造は、例えば特許文献1、非特許文献1に開示されていて、例えば図7A〜図7Cに示す工程により形成される。
【0007】
まず、図7Aに示すように、Cu拡散防止用のバリア膜101b、例えばタンタル(Ta)膜に覆われたCu配線101a上に絶縁膜102を形成し、さらにフォトリソグラフィー法により絶縁膜102にビアホール102aを形成する。続いて、ビアホール102aの底部においてバリア膜101b上に、CNTの成長を促進する触媒担持層103、例えば窒化チタン(TiN)膜を形成した後に、その上にコバルト(Co)等の触媒金属微粒子104を堆積する。
【0008】
さらに、図7Bに示すように、炭化水素系ガス(CH4、C2H2等)を用いた熱CVD法等により、CNT105を触媒金属微粒子104から成長させる。その後、図7Cに示すように、Ti膜106とCu膜107からなる上部配線108を絶縁膜102上に形成するとともに、上部配線108をCNT105に接続する。
【0009】
このようなCNT105を膜厚方向、即ち縦方向に形成する構造の他、横方向にCNTを形成する横配線層の形成方法が特許文献2に記載されている。
【0010】
その場合、図8Aに示すように、2つの接続ブロック109a、109bのうち互いに対向する両側面に触媒を担持して横方向にCNT110a,110bを成長し、最終的に図8Bに示すように、接続ブロック109a、109bの中間点でそれらを接合している。
【0011】
【特許文献1】特開2006−339552号公報
【特許文献2】特開2006−148063号公報
【非特許文献1】Japan Journal of Applied Physics, Vol.43 (2004) p.1856
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
しかしながら、特許文献2に記載の方法によれば、2つの接続ブロック両側から成長したCNTの先端同士を接合する確率をさらに高める必要がある。これに対して、図9Aに示すように、一方の接続ブロック109aのみからCNT110を成長して、図9Bに示すように他方の接続ブロック109bに接合する方法も考えられる。
【0013】
しかし、CNT110と他方の接続ブロック109bの電気的コンタクトをどのように得るかという課題がある。
【0014】
本発明の目的は、接続ブロックを用いた接続良好なカーボンナノチューブによる横配線を有する電子デバイスとその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0015】
本発明の一観点に係る電子デバイスの製造方法に従えば、絶縁膜の上に導電材料よりなる第1の接続ブロックと第2の接続ブロックを互いに間隔をおいて形成する工程と、第1の接続ブロックのうち第2の接続ブロックに対向する第1の面に触媒金属微粒子又は触媒薄膜からなる触媒領域を形成する工程と、第2の接続ブロックのうち第1の接続ブロックに対向する第2の面に炭素元素円筒型構造体の成長を阻止する炭素吸収金属からなる触媒領域を形成する工程と、触媒領域から炭素元素円筒型構造体を成長して第2の面に到達する工程とを有する。
【発明の効果】
【0016】
本発明は、向かい合った接続ブロックの一方から炭素元素円筒型構造体を成長し、もう一方のブロック側面に炭素元素円筒型構造体の先端が到達したと同時に自己組織的に接合構造を形成することにより、すぐれた炭素元素円筒型構造体配線を提供するものである。
【0017】
例えば2つの接続ブロックの向き合う一方の面にカーボンナノチューブが成長可能な触媒金属を形成し、もう一方の面にはカーボンナノチューブは成長しないが炭素原子を取り込んでカーボンナノチューブを吸収する能力のある金属を形成する。
【0018】
これにより、気相成長法により一方の面から成長したカーボンナノチューブは、先端が対向した面に到達したときに、自己組織的に接合構造を形成する。これにより、良好な電気的コンタクトを持つ接続ブロック間にカーボンナノチューブ配線を形成する。また、このカーボンナノチューブに金属を複合化させることにより、さらに配線抵抗を下げることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0020】
(第1の実施の形態)
図1A〜図1Iは、本発明の第1実施形態に係る電子デバイスの形成工程を示す断面図である。
【0021】
まず、図1Aに示す構造を形成するまでの工程について説明する。
【0022】
シリコン(半導体)基板1上に、第1層間絶縁膜2として例えばシリコン酸化膜を気相成長(CVD)法により形成する。シリコン基板1には図示しないトランジスタが形成され、そのトランジスタは第1層間絶縁膜2により覆われる。
【0023】
続いて、第1層間絶縁膜2上に、窒化シリコンよりなる下地絶縁膜3と、シリコン酸化膜又は低誘電率膜よりなる第2層間絶縁膜4を形成する。低誘電率膜としては、例えば有機シリコーン化合物、或いはポーラスシリカ等が用いられる。
【0024】
その後に、第2層間絶縁膜4をフォトリソグラフィー法によりパターニングすることにより、幅が数百nm程度の配線溝4aを形成する。配線溝4aの形成のために第2層間絶縁膜4はフッ素系ガスを用いてエッチングされ、その下の下地絶縁膜3はエッチングストッパとなる。
【0025】
続いて、配線溝4aから露出する下地絶縁膜3を選択的にエッチングして配線溝4aをさらに深くする。これにより、配線溝4aの深さは精度よく制御される。さらに、第2層間絶縁膜4の表面のエッチング残渣をウェット処理により除去し、さらにその表面を洗浄する。
【0026】
次に、Cu拡散防止膜5aとしてTa膜又はTaN膜を配線溝4aの内面と第2層間絶縁膜4上にスパッタにより形成する。その後に、Cu拡散防止膜5a上にCu膜5bを電解メッキにより形成して配線溝4a内に埋め込む。その後に、第2層間絶縁膜4上のCu拡散防止膜5aとCu膜5bをCMP法により除去し、これにより配線溝4a内に残したCu膜5bとCu拡散防止膜5aをダマシン構造の配線5とする。
【0027】
続いて、配線5及び第2層間絶縁膜4の上に窒化シリコン膜6をCVD法により形成する。窒化シリコン膜6は、配線5の酸化を防止するとともに銅の拡散を防止する。
【0028】
さらに、窒化シリコン膜6上に、第3層間絶縁膜7を例えば数百nmの厚さに形成する。第3層間絶縁膜7は、第2層間絶縁膜4と同じ材料から構成される。
【0029】
その後に、第3層間絶縁膜7上にフォトレジスト8を塗布し、これを露光、現像することにより、配線5の一部の上方に開口部8aを形成する。その後に、開口部8aを通して第3層間絶縁膜7をエッチングして配線5の一部を露出する複数のビアホール7aを形成する。
【0030】
その後に、ビアホール7a底面とフォトレジスト8上に、バリア膜9aとしてTa又はRu膜を形成し、さらにその上に触媒担持膜9bとしてTiN膜を形成し、その後に、触媒担持膜9b上に触媒微粒子10を形成する。なお、触媒微粒子10の材料としてはコバルト(Co)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、プラチナ(Pt)及びそれらのいずれかを含む合金のいずれかを用いる。触媒微粒子10の代わりに同様な材料により例えば厚さ1nm程度の触媒薄膜を形成してもよい。なお、触媒微粒子10又は触媒薄膜(不図示)は、例えば、レーザアブレーション法、スパッタ法、蒸着法等により形成される。
【0031】
続いて、フォトレジスト8を除去することにより、バリア膜9a、触媒担持膜9b及び触媒微粒子10をビアホール7aの底部に選択的に残す。
【0032】
この後に、図1Bに示すように、触媒微粒子10を有するビアホール7aの底面にカーボンナノチューブ11の束をCVD法により成長する。CVD法として、例えば、熱CVD法、熱フィラメントCVD法、プラズマCVD法がある。カーボンナノチューブ12aは、触媒金属微粒子10から基板垂直方向に配向成長し、ビアホール7a内に成長したカーボンナノチューブ11はビア12として使用される。なおカーボンナノチューブ11の束は、化学機械研磨法(CMP法)により絶縁膜と共に平坦化され、先端が揃えられる。
【0033】
なお、ビア12の形成については、カーボンナノチューブ11の成長の他に、銅、タングステン(W)をビアホール7aに埋め込む方法を採用してもよい。
【0034】
次に、図1Cに示すように、ビア12及び第3層間絶縁膜7の上に、接続ブロック膜13として、例えばスパッタ法又は蒸着法によりTiN膜を100nmの厚さに形成する。続いて、接続ブロック膜13上にフォトレジストを塗布し、これを露光、現像することにより、ビア12の上とその周辺の上の領域にレジストパターン14a,14bを形成する。間隔をおいて隣り合うレジストパターン14a、14bは互いに対向する面を有している。
【0035】
その後、図1Dに示すように、レジストパターン14a、14bをマスクにして接続ブロック膜13をエッチング又はイオンミリングすることにより、互いに対向する面を持つ 第1、第2の接続ブロック13a、13bを形成する。
【0036】
レジストパターン14a,14bを除去した後に、図1Eに示すように、第3層間絶縁膜7及び接続ブロック13a,13bの上に、酸化シリコン又は低誘電率(low-k)材よりなる第4層間絶縁膜15を例えば200nmの厚さに形成する。酸化シリコンの形成は、TEOS(テトラエトキシシラン)ガス又はシラン系ガスを用いてCVD法による。また、低誘電率材として、例えば有機シリコーン含有材料があり、スピンコーティング法等を用いて形成される。
【0037】
次に、第4層間絶縁膜15上にフォトレジスト16を塗布し、これを露光、現像して、隣り合う接続ブロック13a,13bの間の配線領域に開口部16aを形成する。
【0038】
続いて、図1Fに示すように、フォトレジスト16の開口部16aを通して第4層間絶縁膜15をエッチングすることにより、隣り合う接続ブロック13a,13bの間で第3層間絶縁膜7に達する深さの配線溝15aを形成する。これにより、配線溝15a内で接続ブロック13a,13bが相互に対向する面が露出する。その後に、フォトレジスト16を除去して第4層間絶縁膜15を露出させる。
【0039】
次に、図1Gに示すように、第1の接続ブロック13aのうち配線溝15a内で露出している側面を触媒担持体面として使用し、その面上に4nm程度の粒径の触媒金属微粒子17a又は厚さ1nm程度の触媒薄膜(不図示)からなる触媒領域17を選択的に形成する。
【0040】
触媒金属微粒子17a又は触媒薄膜(不図示)の形成方法として、例えば、触媒金属パーティルをシリコン基板1の主面に対して斜め方向であって露出している第1の接続ブロック13aの側面に向けて直進させる方法を採用する。その方法として、例えば、レーザアブレーション等により発生させた触媒金属パーティクルをインパクタによりサイズを揃え、真空室内でビーム化されてシリコン基板1の主面に斜めに向けて照射する方法を採用する。
【0041】
触媒微粒子又は触媒薄膜の材料としてはコバルト(Co)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、プラチナ(Pt)及びいずれかを含む二元系金属及び合金のうちいずれかを用いる。
【0042】
次に、図1Hに示すように、第2の接続ブロック13bのうち配線溝15aから露出している側面を炭素吸収体担持面として使用し、その面上に2〜3nm程度の炭素吸収媒介用の金属微粒子又は薄膜18aを形成し、さらに炭素吸収金属微粒子又は薄膜18bを形成する。炭素吸収媒介用の金属微粒子又は薄膜18aと炭素吸収金属微粒子又は薄膜18bにより炭素元素円筒型構造体吸収領域兼成長阻止領域18が構成される。
【0043】
炭素吸収媒介用の金属微粒子又は薄膜18aの形成方法として、例えば、炭素吸収金属パーティルをシリコン基板1の主面に対して斜め方向であって露出している第2の接続ブロック13bの側面に指向性スパッタを用いて形成する方法を採用する。
【0044】
例えば、レーザアブレーション等により発生させた炭素吸収媒介用金属パーティクル、例えばMoパーティクルを電気炉によりアニールした後に、荷電器により荷電し、微分式移動度測定器によりサイズを揃え、真空室内で静電レンズによりビーム化されてシリコン基板1の主面に斜めに向けて照射する方法を採用する。
【0045】
炭素吸収媒介用の金属微粒子又は薄膜18aの後には、炭素吸収金属微粒子又は薄膜18bを形成する。レーザアブレーション等により発生させた炭素吸収用金属パーティクル、例えばCo微粒子をインパクタによりサイズを揃え、真空室内でビーム化してシリコン基板1の主面に斜めに向けて照射する方法を採用する。
【0046】
炭素吸収媒介用材料として、モリブデン(Mo)、Ta、アルミニウム(Al)、銅(Cu)のいずれかがある。そのような材料は、炭素吸収金属に対して炭素吸収を助長させるとともに成長条件によってカーボンナノチューブの成長を阻害する性質を有している。
【0047】
また、炭素吸収金属として、Co、Fe、Ni、Pd、Pt又はそれらのいずれか含有する二元系金属及び合金のいずれかを含む材料を用いる。そのような材料は、炭素吸収媒介用材料の媒介によって炭素吸収が促され且つカーボンナノチューブの成長が阻止される性質を有している。
【0048】
なお、炭素吸収媒介用の金属微粒子又は薄膜18aと炭素吸収金属微粒子又は薄膜18bを形成する順序は上記と逆にしてもよい。
【0049】
次に、図1Iに示すように、配線溝15aのうち第1の接続ブロック13aの触媒領域17からカーボンナノチューブ19の束を横配線としてCVD法により成長する。CVD法として、例えば、熱CVD法、熱フィラメントCVD法、プラズマCVD法がある。
【0050】
熱CVD法を採用する場合には、例えば反応ガスとしてアセチレンとアルゴンの混合ガスを成長雰囲気である真空チャンバ内に導入する。アセチレンはアルゴンにより1000倍程度に希釈して真空チャンバ内に導入される。この場合、真空チャンバ内の圧力を1kPaに設定し、基板温度を例えば400℃〜450℃に設定する。
【0051】
これにより、配線溝15a内において、第1の接続ブロック13a側面の触媒領域17からこれに対向する第2の接続ブロック13bの側面に向けてカーボンナノチューブ19が成長し、ついには、第2の接続ブロック13bの炭素元素円筒型構造体吸収領域兼成長阻止領域18に到達する。
【0052】
炭素元素円筒型構造体吸収領域兼成長阻止領域18では、Co等の炭素吸収金属微粒子又は薄膜18bは炭素を吸収する状態にあり、成長しているカーボンナノチューブ19は炭素元素円筒型構造体吸収領域兼成長阻止領域18のCo微粒子に接触した際に接合状態を作り、これによりカーボンナノチューブ19は第2の接続ブロック13bに電気及び機械的に接合する。
【0053】
次に、図1Jに示すように、第4層間絶縁膜15の上面上の触媒金属微粒子17a(又は触媒薄膜)と、炭素吸収金属微粒子又は薄膜18bと炭素吸収媒介用の金属微粒子又は薄膜18aをCMPによって除去し、これに続いて第4層間絶縁膜15の上面をCMPにより研磨して接続ブロック13a、13bの上面を露出させて平坦化する。
【0054】
以上のように本実施形態によれば、間隔をおいて配置される第1、第2の接続ブロック13a,13bの対向面のうち一方の面に炭素元素円筒型構造体成長用の触媒領域17を形成し、他方の面に炭素元素円筒型構造体吸収領域兼成長阻止領域18を形成している。
【0055】
これにより、第1の接続ブロック13aの触媒領域17から成長したカーボンナノチューブ19の束は、炭素元素円筒型構造体吸収領域兼成長阻止領域18に到達した状態で第2の接続ブロック13bに自己組成的に接合し、第1、第2の接続ブロック13a、13bの双方に繋ぎ目無く低コンタクト抵抗で電気的に接続することが可能になる。
【0056】
ところで、炭素吸収媒介用の金属薄膜である例えばMo膜は、これに接して形成されるCo微粒子によるカーボンナノチューブの成長を阻止するために用いられるが、それらの炭素吸収領域兼炭素成長阻止領域18は必ずしも2工程で形成されなくてもよい。
【0057】
例えば、FeMoのようにMoのような炭素元素円筒型構造体成長阻止媒介元素を含む材料だけでなく、CoPdのように単独で炭素元素円筒型構造体成長の触媒金属となる元素であって合金により炭素元素円筒型構造体成長阻止作用を有するようになる金属であってもよい。
【0058】
また、炭素吸収媒介用の金属微粒子又は薄膜18aと炭素吸収金属微粒子又は薄膜18bのサイズは、同じであってもよいし、異なってもよい。これは、カーボンナノチューブ19の密度、成長速度、或いは、成長したカーボンナノチューブ19と第2の接続ブロック13bの接続状態等により適宜選択される。
【0059】
炭素吸収媒介用の金属微粒子又は薄膜18aと炭素吸収金属微粒子又は薄膜18bを2ステップで形成する場合に、先に炭素吸収媒介用の金属微粒子又は薄膜18aを上記したように成長異方性の高い微粒子堆積方法で第2の接続ブロック13bの側面に堆積した後に、図2に示すように、炭素吸収金属微粒子又は薄膜18bを成長異方性の少ない微粒子堆積法により第1、第2の接続ブロック13a,13bの両側面に同時に成長するようにしてもよい。これにより、触媒金属微粒子17aを独立した工程で形成しなくてもよくなる。
【0060】
このような方法は、炭素吸収金属微粒子又は薄膜18bと触媒金属微粒子17aのサイズを同じに堆積する場合に採用することが好ましい。
【0061】
ところで、上記した第4層間絶縁膜15をCMPにより研磨する前に、図3に示すように、配線溝7aの中にCu、Ti、TiN、Ta、Pd、Si、C、Co、Ni、Fe、TiC、W等のような電気伝導性材料層20を例えば無電解メッキにより形成して複合構造にしてもよい。なお、第4層間絶縁膜20上に形成された電気伝導性材料は、第4層間絶縁膜15の上面を研磨する際に除去される。
【0062】
(第2の実施の形態)
図4A〜図4Dは、本発明の第2実施形態に係る電子デバイスの形成工程を示す断面図である。なお、
まず、図1A〜図1Dに示したと同様な工程により、シリコン基板1上に第1層間絶縁膜2、下地絶縁膜3、第2層間絶縁膜4、配線5、第3層間絶縁膜7、ビア12、第1及び第2の接続ブロック13a,13b及び第4層間絶縁膜15を形成し、さらに図1E、図1Fに示した工程により第4層間絶縁膜15に配線溝15aを形成する。
【0063】
次に、図4Aに示すように、第4層間絶縁膜15の配線溝15aから露出する第1の接続ブロック13Aの側面に触媒金属微粒子17a又は触媒薄膜(不図示)を形成して触媒領域17とする。触媒金属微粒子17a又は触媒薄膜(不図示)を形成するための金属微粒子は、第1実施形態と同様に、基板面に対して斜めから照射される。
【0064】
続いて、図4Bに示すように、第2の接続ブロック13bのうち配線溝15aから露出している側面を炭素吸収領域兼成長阻止体担持面として使用し、その面上に厚さ1nmのMo膜18cと、厚さ10nmのNi膜18dを連続して順に形成する。
【0065】
Mo膜18cは炭素吸収媒介用の金属薄膜であり、Ni膜18dは、炭素吸収金属薄膜である。
【0066】
Mo膜18cとNi膜18dの形成方法として、例えば、第1実施形態の炭素吸収媒介用の金属微粒子又は薄膜18aと炭素吸収金属微粒子又は薄膜18bの形成方法と同様に、金属パーティルをシリコン基板1の主面に対して斜め方向に直進させる方法を採用する。
【0067】
次に、図4Cに示すように、第4層間絶縁膜15の配線溝15aのうち第1の接続ブロック13aの触媒領域17からカーボンナノチューブ19の束を第1実施形態と同じ方法により成長する。
【0068】
例えば、カーボンナノチューブ19の成長方法として熱CVD法を採用する場合には、例えば反応ガスとしてアセチレンとアルゴンの混合ガスを成長雰囲気である真空チャンバ内に導入する。アセチレンはアルゴンにより1000倍程度に希釈して真空チャンバ内に導入される。この場合、真空チャンバ内の圧力を1kPaに設定し、基板温度を例えば400℃〜450℃に設定する。
【0069】
このような条件によれば、カーボンナノチューブ19は、TiNから構成される第1の接続ブロック13aの側面に接触している触媒金属微粒子17aから選択的にかつ垂直に成長する。これに対し、第2の接続ブロック13bの側面において、Mo膜18c上のNi膜18dでは炭素元素円筒型構造体が成長しない。
【0070】
また、第1の接続ブロック13aの側面から成長したカーボンナノチューブ19は、最終的には第2の接続ブロック13b上のNi膜18dに到達し、そこでNi膜18dは炭素を取り込める状態にあるので、カーボンナノチューブ19はNi膜18dと接触した際に電気的且つ機械的に接合した状態となる。
【0071】
この後に、図4Dに示すように、第4層間絶縁膜15の上面上の触媒金属微粒子17a又は触媒薄膜(不図示)とMo膜18c、Ni膜18dをCMPによって除去するとともに、第4層間絶縁膜15の上面をCMPにより研磨して接続ブロック13a、13bの上面を露出させて平坦化する。
【0072】
以上のように本実施形態によれば、間隔をおいて配置される第1、第2の接続ブロック13a,13bの対向面のうち一方の面に炭素元素円筒型構造体成長用の触媒領域17を形成し、他方の面に炭素元素円筒型構造体吸収領域兼成長阻止領域18となるMo膜18c、Ni膜18dを形成している。
【0073】
これにより、第1の接続ブロック13aの触媒領域17から成長したカーボンナノチューブ19の束は、Ni層18dに到達した状態で第2の接続ブロック13bに自己組成的に接合し、第1、第2の接続ブロック13a、13bの双方に繋ぎ目無く低コンタクト抵抗で電気的に接続することが可能になる。
【0074】
ところで、第2の接続ブロック13bの側面に形成したMo膜18cは、Ni膜18dからのカーボンナノチューブ19の成長を阻止するために用いられるが、それらは必ずしも二層構造となる必要はなく、他の層構成であってもよい。例えば、第2の接続ブロック13bの側面にFeMo層又はCoMo層、その他の炭素吸収領域兼炭素成長阻止合金層であってもよい。
【0075】
なお、第1実施形態と同様に、配線溝15a内でカーボンナノチューブ19の束の隙間に電気伝導性材料層20を埋め込んで被覆してもよい。
【0076】
(第3の実施の形態)
図5A〜図5Hは、本発明の第3実施形態に係る電子デバイスの形成工程を示す断面図である。なお、
まず、図1A、図1Bに示したと同様な工程により、シリコン基板1上に第1層間絶縁膜2、下地絶縁膜3、第2層間絶縁膜4、配線5、第3層間絶縁膜7、ビア12を形成する。
【0077】
次に、図5Aに示すように、第3層間絶縁膜7とビア12の上にバリア膜31としてルテニウム(Ru)膜をCVD法、又は、スパッタ法、蒸着法等の物理気相成長(PVD)法により5nmの厚さに形成する。続いて、バリア膜31上に、接続ブロック膜33としてCu膜をスパッタ法或いは蒸着法により例えば100nmの厚さに形成する。
【0078】
続いて、接続ブロック膜33上にフォトレジストを塗布し、これを露光、現像することにより、ビア12の上とその周辺の上の領域に間隔をおいて複数のレジストパターン14a,14bを形成する。
【0079】
その後に、レジストパターン14a、14bをマスクにして接続ブロック膜33、バリア膜31をエッチング又はイオンミリングすることにより、互いに対向する面を持つ複数の接続ブロック33a、33bを形成する。
【0080】
レジストパターン14a,14bを除去した後に、図5Bに示すように、第1、第2の接続ブロック33a、33bの表面と第3層間絶縁膜7の上面に、CVD法によりRu膜34を例えば5nmの厚さに形成する。次に、第1、第2の接続ブロック33a、33b上のRu膜34をフォトレジスト(不図示)により覆った状態で第3層間絶縁膜7の上面上のRu膜34をエッチングにより除去する。
【0081】
Ru膜34は、第1、第2の接続ブロック膜33a,33bの上面及び側面全体を多い、それ以外の領域から除去される。
【0082】
次に、図5Cに示すように、第1実施形態と同様な方法によって、第3層間絶縁膜7及びRu膜34の上に、酸化シリコン又は低誘電率材よりなる第4層間絶縁膜15を例えば200nmの厚さに形成する。
【0083】
次に、図5Dに示すように、第1実施形態と同様な方法により、第4層間絶縁膜15をパターニングすることにより、隣り合う第1、第2の接続ブロック33a,33bの間において第3層間絶縁膜7に達する深さの配線溝15aを形成する。これにより、配線溝15a内で第1、第2の接続ブロック33a,33bが相互に対向する面が露出する。
【0084】
次に、図5Eに示すように、第1の接続ブロック33aのうち配線溝15a内で露出している側面上のRu膜34を触媒担持体面として使用し、その面上に4nm程度の粒径の触媒金属微粒子17a又は厚さ1nm程度の触媒薄膜(不図示)からなる触媒領域17を選択的に形成する。触媒金属微粒子17a又は触媒薄膜の形成方法としては第1実施形態と同様な方法を採用する。
【0085】
触媒微粒子又は触媒薄膜の材料としてはコバルト(Co)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、プラチナ(Pt)及びそれらを含む二元形金属や合金を用いてもよい。
【0086】
次に、図5Fに示すように、第2の接続ブロック33bのうち配線溝15aから露出している側面を炭素吸収体担持面として使用し、その面上に2〜3nm程度の炭素吸収媒介用の金属微粒子又は薄膜18aを形成し、さらに炭素吸収金属微粒子又は薄膜18bを形成する。炭素吸収媒介用の金属微粒子又は薄膜18aと炭素吸収金属微粒子又は薄膜18bにより炭素元素円筒型構造体吸収領域兼成長阻止領域18が構成される。
【0087】
炭素吸収媒介用の金属微粒子又は薄膜18aの形成方法として、第1実施形態と同様な方法を採用し、それらの構成材料も、第1実施形態と同様に、炭素を吸収する性質があるとともに、炭素円筒型構造体であるカーボンナノチューブの成長を阻止する性質もある金属を採用する。
【0088】
次に、図5Gに示すように、第4層間絶縁膜15の配線溝15aのうち第1の接続ブロック33aの触媒領域17からカーボンナノチューブ19の束をCVD法により成長する。CVD法として、例えば、熱CVD法、熱フィラメントCVD法、プラズマCVD法がある。熱CVD法を採用する場合には、第1実施形態で示したと同様な条件を採用する。
【0089】
第1の接続ブロック33aの表面のRu膜34は、触媒領域に形成された触媒金属微粒子又は触媒薄膜のカーボンナノチューブ19の成長促進作用があり、カーボンナノチューブ19の成長は促進される。
【0090】
これにより、配線溝15a内において、第1の接続ブロック33a側面の触媒領域からこれに対向する第2の接続ブロック33bの側面に向けてカーボンナノチューブ19が成長し、ついには、第2の接続ブロック33bの炭素元素円筒型構造体吸収領域兼成長阻止領域18に到達する。
【0091】
炭素元素円筒型構造体吸収領域兼成長阻止領域18ではCo等の炭素吸収金属微粒子又は薄膜18bにより炭素を吸収する状態にあり、カーボンナノチューブ19は炭素吸収面のCo微粒子に接触した際に接合状態を作り、これによりカーボンナノチューブ19は第2の接続ブロック33bに電気及び機械的に接合する。
【0092】
次に、図5Hに示すように、第4層間絶縁膜15の上面上の触媒金属微粒子17a又は触媒薄膜(不図示)と、炭素吸収媒介用の金属微粒子又は薄膜18a、炭素吸収金属微粒子又は薄膜18bとをCMPによって除去するとともに、第4層間絶縁膜15の上面を研磨して接続ブロック13a、13bの上面を露出させて平坦化する。
【0093】
なお、第2の接続ブロック33bの表面には、第2実施形態と同様に、Mo層とNi層を順に形成してもよい。
【0094】
以上のように本実施形態によれば、第1、第2の接続ブロック33a,33bを銅膜から構成し、その表面をRu膜34で覆ったので、銅の拡散が防止されるだけでなく、第1の接続ブロック33aからのカーボンナノチューブ19の成長が促進される。
【0095】
なお、接続ブロック膜33としてCu膜を形成したが、タングステン、アルミニウムから構成しても良く、この場合にも表面に導電性バリア層で被覆してもよい。また、第1実施形態と同様に、配線溝15a内でカーボンナノチューブ19の束の隙間に電気伝導性材料層20を埋め込んで被覆してもよい。
【0096】
ところで、上記の第1〜第3実施形態において、2つの接続ブロック13a、13b(33a、33b)を例に挙げて説明したが、3つ以上の接続ブロックを第3層間絶縁膜上に形成することにより、互いの接続ブロック間を上記の方法によりカーボンナノチューブからなる配線により接続しても良い。
【0097】
また、上記した第1〜第3の実施形態に係る接続ブロックの形成位置は、ビアの上に限られるものではない。例えば、図6に示すように、絶縁膜35上に2つの接続ブロック36a、36bを形成し、それらの対向面の一方に例えばCoからなる金属微粒子又は薄膜37を形成するとともに、対向面の他方にCoのような第1の金属微粒子とMoのような第2の金属微粒子の混合物又は合金、又は、例えばMoとCoのような金属の二層構造、又は例えばMoCoのような合金からなる炭素吸収合金膜のいずれかからなる炭素吸収領域38を形成する。これにより、金属微粒子又は金属薄膜37から炭素吸収領域38に向けてカーボンナノチューブからなる配線39を形成すると、2つの導電性の接続ブロック36a、36bは互いに高電流密度で電流を流すことが可能な配線39により電気的に接続されることになる。なお、カーボンナノチューブ39は一本でもよいし複数の束でもよい。
【0098】
接続ブロック36a,36bは、Ti、TiN、TiC、W、Ta、Ru、Si(シリコン)、C、Co、Ni、Fe、Cuのいずれかから構成されている。また、その表面は異種金属、例えばTa、TaN、Ru、Os(オスミウム)又はRd(ラジウム)のいずれかにより被覆されてもよい。
【0099】
以下に、本発明に係る実施形態の特徴を付記する。
(付記1)側面に第1の面を有する導電性の第1の接続ブロックと、前記第1の面に対向する第2の面を有する第2の接続ブロックと、前記第1の面上に形成される触媒金属微粒子、触媒薄膜のいずれかを有する触媒領域と、前記第2の面上に形成される炭素吸収金属を有する炭素吸収領域と、前記触媒領域から前記炭素吸収領域に伸びて前記第1の接続ブロックと前記第2の接続ブロックを電気的に接続する炭素元素円筒型構造体とを有することを特徴とする電子デバイス。
(付記2)前記炭素吸収金属は、炭素を吸収する第1金属と、前記第1金属に対して炭素吸収を媒介する第2金属からなることを特徴とする付記1に記載の電子デバイス。
(付記3)前記第1金属と前記第2金属はともに微粒子を構成することを特徴とする付記2に記載の電子デバイス。
(付記4)前記第2金属は前記第1金属を担持する担持用膜として形成され、前記第1金属は前記担持用膜の上に微粒子で形成されていることを特徴とする付記2又は付記3に記載の電子デバイス。
(付記5)前記第2金属は前記第1金属の担持用膜として形成され、前記第1金属は前記担持用膜の上に炭素吸収膜として形成されていることを特徴とする付記2又は付記3に記載の電子デバイス。
(付記6)絶縁膜の上に導電材料よりなる第1の接続ブロックと第2の接続ブロックを互いに間隔をおいて形成する工程と、前記第1の接続ブロックのうち前記第2の接続ブロックに対向する第1の面に触媒金属微粒子又は触媒薄膜からなる触媒領域を形成する工程と、 前記第2の接続ブロックのうち前記第1の接続ブロックに対向する第2の面に炭素元素円筒型構造体の成長を阻止する炭素吸収金属からなる触媒領域を形成する工程と、前記触媒領域から前記炭素元素円筒型構造体を成長して前記第2の面に到達する工程とを有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
(付記7)前記触媒金属微粒子又は前記触媒薄膜は、前記絶縁膜に対して斜め方向から金属を直進させて前記第1の面に向けて堆積されることを特徴とする付記6に記載の電子デバイスの製造方法。
(付記8)前記炭素吸収金属は、前記絶縁膜に対して斜め方向から金属を直進させて前記第2の面に向けて堆積されることを特徴とする付記6又は付記7に記載の電子デバイスの製造方法。
(付記9)前記炭素吸収金属の一部は、前記触媒金属微粒子又は前記触媒薄膜を構成する共通の金属であって、前記共通の金属は前記第1の面と前記第2の面に同時に形成されることを特徴とする付記6乃至付記8のいずれかに記載の電子デバイスの製造方法。
(付記10)前記炭素吸収金属の形成工程は、炭素吸収媒介用金属元素の微粒子又は薄膜のいずれかを形成した後に、炭素吸収金属の微粒子又は薄膜のいずれかを形成する工程を有することを特徴とする付記6乃至付記8のいずれかに記載の電子デバイスの製造方法。
(付記11)前記炭素吸収媒介用金属元素の微粒子又は薄膜は、モリブデン、タンタル、アルミニウム、銅のいずれかからなり、前記炭素吸収金属の微粒子又は薄膜は、コバルト、鉄、ニッケル、パラジウム、プラチナ及びそれらを含む合金のいずれかであることを特徴とする付記10に記載の電子デバイスの製造方法。
(付記12)前記炭素吸収金属は、炭素元素円筒型構造体を成長しない材料から構成されることを特徴とする付記6乃至付記11のいずれかに記載の電子デバイスの製造方法。
(付記13)前記第1、第2の接続ブロックを形成した後に、異なる金属からなる被覆層を前記第1、第2の接続ブロックの表面に形成する工程を有することを特徴とする付記6乃至付記12のいずれかに記載の電子デバイスの製造方法。
(付記14)前記第1の面と前記第2の面を露出する溝を有する上側絶縁膜により前記第1、第2の接続部ブロックの一部を覆う工程と、前記炭素元素円筒型構造体を形成した後に、前記上側絶縁膜の上面を研磨する工程とを有することを特徴とする付記6乃至付記13のいずれかに記載の電子デバイスの製造方法。
【図面の簡単な説明】
【0100】
【図1A】図1A〜図1Jは、本発明の第1実施形態に係る電子デバイスの形成工程を示す断面図である。
【図1D】図1Aで説明。
【図1G】図1Aで説明。
【図1I】図1Aで説明。
【図2】本発明の第1実施形態に係る電子デバイスの形成工程における金属微粒子の他の形成方法を示す断面図である。
【図3】本発明の第1実施形態に係る電子デバイスの形成工程における他の横配線形成方法を示す断面図である。
【図4A】図4A〜図4Dは、本発明の第1実施形態に係る電子デバイスの形成工程を示す断面図である。
【図4C】図4Aで説明。
【図5A】図5A〜図5Hは、本発明の第3実施形態に係る電子デバイスの形成工程を示す断面図である。
【図5D】図5Aで説明。
【図5G】図5Aで説明。
【図6】本発明の他の実施形態を示す電子デバイスの断面図である。
【図7A】図7A〜図7Cは、従来技術に係るカーボンナノチューブによるビアの形成工程を示す断面図である。
【図8A】図8A、図8Bは、従来技術に係るカーボンナノチューブによる横配線の形成工程を示す断面図である。
【図9A】図9A、図9Bは、リファレンスに係るカーボンナノチューブによる横配線の形成工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【0101】
13a、13b 接続ブロック
17a 触媒金属微粒子
17 触媒領域
18a 炭素吸収媒介用の金属微粒子又は薄膜
18b 炭素吸収金属微粒子又は薄膜
18c Mo膜
18d Ni膜
18 炭素元素円筒型構造体吸収領域兼成長阻止領域
19 カーボンナノチューブ(炭素元素円筒型構造体)
20 電気伝導性材料層
【特許請求の範囲】
【請求項1】
側面に第1の面を有する導電性の第1の接続ブロックと、
前記第1の面に対向する第2の面を有する第2の接続ブロックと、
前記第1の面上に形成される触媒金属微粒子、触媒薄膜のいずれかを有する触媒領域と、
前記第2の面上に形成される炭素吸収金属を有する炭素吸収領域と、
前記触媒領域から前記炭素吸収領域に伸びて前記第1の接続ブロックと前記第2の接続ブロックを電気的に接続する炭素元素円筒型構造体と
を有することを特徴とする電子デバイス。
【請求項2】
絶縁膜の上に導電材料よりなる第1の接続ブロックと第2の接続ブロックを互いに間隔をおいて形成する工程と、
前記第1の接続ブロックのうち前記第2の接続ブロックに対向する第1の面に触媒金属微粒子又は触媒薄膜からなる触媒領域を形成する工程と、
前記第2の接続ブロックのうち前記第1の接続ブロックに対向する第2の面に炭素元素円筒型構造体の成長を阻止する炭素吸収金属からなる触媒領域を形成する工程と、
前記触媒領域から炭素元素円筒型構造体を成長して前記第2の面に到達する工程と
を有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【請求項3】
前記触媒金属微粒子又は前記触媒薄膜は、前記絶縁膜に対して斜め方向から金属を直進させて前記第1の面に向けて堆積されることを特徴とする請求項2に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項4】
前記炭素吸収金属は、前記絶縁膜に対して斜め方向から金属を直進させて前記第2の面に向けて堆積されることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項1】
側面に第1の面を有する導電性の第1の接続ブロックと、
前記第1の面に対向する第2の面を有する第2の接続ブロックと、
前記第1の面上に形成される触媒金属微粒子、触媒薄膜のいずれかを有する触媒領域と、
前記第2の面上に形成される炭素吸収金属を有する炭素吸収領域と、
前記触媒領域から前記炭素吸収領域に伸びて前記第1の接続ブロックと前記第2の接続ブロックを電気的に接続する炭素元素円筒型構造体と
を有することを特徴とする電子デバイス。
【請求項2】
絶縁膜の上に導電材料よりなる第1の接続ブロックと第2の接続ブロックを互いに間隔をおいて形成する工程と、
前記第1の接続ブロックのうち前記第2の接続ブロックに対向する第1の面に触媒金属微粒子又は触媒薄膜からなる触媒領域を形成する工程と、
前記第2の接続ブロックのうち前記第1の接続ブロックに対向する第2の面に炭素元素円筒型構造体の成長を阻止する炭素吸収金属からなる触媒領域を形成する工程と、
前記触媒領域から炭素元素円筒型構造体を成長して前記第2の面に到達する工程と
を有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【請求項3】
前記触媒金属微粒子又は前記触媒薄膜は、前記絶縁膜に対して斜め方向から金属を直進させて前記第1の面に向けて堆積されることを特徴とする請求項2に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項4】
前記炭素吸収金属は、前記絶縁膜に対して斜め方向から金属を直進させて前記第2の面に向けて堆積されることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の電子デバイスの製造方法。
【図1A】
【図1D】
【図1G】
【図1I】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4C】
【図5A】
【図5D】
【図5G】
【図6】
【図7A】
【図8A】
【図9A】
【図1D】
【図1G】
【図1I】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4C】
【図5A】
【図5D】
【図5G】
【図6】
【図7A】
【図8A】
【図9A】
【公開番号】特開2008−258184(P2008−258184A)
【公開日】平成20年10月23日(2008.10.23)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−95286(P2007−95286)
【出願日】平成19年3月30日(2007.3.30)
【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23日(2008.10.23)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年3月30日(2007.3.30)
【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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