ＣＮＴ成長用微細ホール形成方法、ＣＮＴ成長用基板、及びＣＮＴ成長方法
【課題】ホールサイズが小さい場合でも、ホール底部の表面にＣＮＴを成長せしめることができるＣＮＴ成長用微細ホール形成方法、ＣＮＴ成長用基板及びＣＮＴ成長方法の提供。
【解決手段】ＣＮＴ成長用基板の主面上に母線層、ＣＮＴ成長用触媒層としての触媒金属の酸化物層、及び絶縁層をこの順番に設け、絶縁層をエッチングして絶縁層にＣＮＴ成長用の微細ホールを形成する。このＣＮＴ成長用微細ホールが形成されている基板。このＣＮＴ成長用微細ホールの底部表面に、ＣＶＤ法によりＣＮＴを成長せしめる。
【解決手段】ＣＮＴ成長用基板の主面上に母線層、ＣＮＴ成長用触媒層としての触媒金属の酸化物層、及び絶縁層をこの順番に設け、絶縁層をエッチングして絶縁層にＣＮＴ成長用の微細ホールを形成する。このＣＮＴ成長用微細ホールが形成されている基板。このＣＮＴ成長用微細ホールの底部表面に、ＣＶＤ法によりＣＮＴを成長せしめる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＮＴ成長用微細ホール形成方法、ＣＮＴ成長用基板、及びＣＮＴ成長方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の技術分野において、ＣＮＴ(カーボンナノチューブ)を微細なビアホール等のホールの底部表面に成長させ、配線として使用する技術が検討されている(例えば、特許文献１参照)。この場合、ホール底部にＣＮＴ成長用触媒を配置することが必要であるが、半導体装置の微細化が進むにつれて、従来のように、ホール形成後にホール底部表面に触媒を成膜することは困難になっている。また、前もって触媒金属を母線層(配線層)上に形成してパターニングするリフトオフ法等を、微細な半導体装置を作製するためのプロセスにおいて使用することは困難である。
【特許文献１】特開２００５−２８５８２１号公報(特許請求の範囲等)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、上述の従来技術の問題点を解決することにあり、ＣＮＴ成長用ホールのサイズ(ホール直径)が小さい場合でも、ホール底部の表面にＣＮＴを成長させることができるＣＮＴ成長用微細ホールの形成方法、そのような微細ホールを備えたＣＮＴ成長用基板、及びＣＮＴ成長方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者らは、エッチングにより絶縁層にビアホール等のホールを形成する部分に、予め触媒金属を酸化物の形態(絶縁体)で触媒層として形成して、母線間で短絡が発生しないようにした後に絶縁層を設け、次いで絶縁層にホールを形成することにより、ホール底部に存在する金属酸化物だけを還元して触媒金属とし、これをＣＮＴ成長用触媒として利用できることに気が付いた。このようにしてホールを形成すれば、ホールサイズが小さくなった場合でも、ホール底部表面にＣＮＴを成長させることが可能となることから、本発明を完成させるに至った。
【０００５】
本発明のＣＮＴ成長用微細ホール形成方法は、ＣＮＴ成長用基板の主面上に母線層、ＣＮＴ成長用触媒層、及び絶縁層をこの順番に設け、該絶縁層をエッチングして絶縁層にＣＮＴ成長用の微細ホールを形成する方法において、ＣＮＴ成長用触媒層として触媒金属の酸化物層を設けることを特徴とする。
【０００６】
上記触媒金属として、Ｃｏ、Ｎｉ及びＦｅから選ばれた少なくと１種の金属、又はこれらの金属の少なくとも１種を含む合金を使用することを特徴とする。
【０００７】
上記触媒金属の酸化物層を酸化性雰囲気中で形成することを特徴とする。
【０００８】
上記絶縁層と触媒金属の酸化物層との間に、この酸化物層のエッチングを防止するストップ層を設けることを特徴とする。
【０００９】
本発明のＣＮＴ成長用基板は、基板の主面上に母線層、ＣＮＴ成長用触媒金属の酸化物層、及び絶縁層がこの順番に設けられてなり、上記ＣＮＴ成長用微細ホール形成方法により絶縁層にＣＮＴ成長用微細ホールが形成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明のＣＮＴ成長方法は、上記方法で形成されたＣＮＴ成長用微細ホールの底部表面に、ＣＶＤ法によりＣＮＴを成長せしめることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、形成された微細ホールの底部表面にＣＮＴを有効に垂直成長せしめることが可能となるので、ＣＮＴを高精細化した配線として利用できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明のＣＮＴ成長用微細ホール形成方法、ＣＮＴ成長用基板、及びＣＮＴ成長方法に係る実施の形態について説明する。
【００１３】
本発明によれば、配線金属層(母線層)の上に形成された絶縁層に設けた微細ホールの底部に予め触媒金属の酸化物を配置しておき、この酸化物を還元して得られる触媒金属を利用して、熱ＣＶＤ法、リモートプラズマＣＶＤ法、又はフィラメントＣＶＤ法等のようなＣＶＤ法により、ＣＮＴを成長せしめることができる。
【００１４】
母線は、通常のシングルダマシン等の半導体装置作製プロセスで作製されるため、触媒金属をリフトオフ法等で成膜することは難しいという問題がある。この問題に対して、本発明では、ホール底部に触媒金属を存在させるために、母線パターン上に酸化物の状態で触媒金属を存在させている。この場合、この酸化物は、酸化状態が良く、かつ絶縁性の良いことが必要であるので、触媒金属の酸化物層は酸化性雰囲気中で形成されることが好ましい。触媒金属の酸化が十分でないと、例えば部分酸化(酸素の欠陥)があると、絶縁とならず、短絡の原因となるからである。しかし、酸化性雰囲気中で基板を加熱すると、同時に母線も酸化されてしまうため、基板が高温に曝されない手法を用いて酸化性雰囲気中で酸化物を成膜することが好ましい。
【００１５】
本発明では、上記のようにして形成された母線層上に絶縁層を形成する前に触媒金属の酸化物を成膜する。酸化物の成膜方法としては、触媒金属からなるターゲットや触媒金属の酸化物からなるターゲットを用いるスパッタリング法、ＥＢ蒸着法、同軸型真空アーク蒸着源を用いる方法、触媒金属の酸化物の溶液や分散液を塗布、乾燥する方法等の既知の方法を用いることができる。触媒金属を酸化性雰囲気中で成膜して、触媒金属の酸化物層を形成する場合、基板を加熱することで母線まで酸化してしまうことを防ぐために、同軸型真空アーク蒸着源を用いる方法等の、基板が加熱されて高温に曝されない手法を用いることが好ましい。この場合、母線間の絶縁性を十分に保つことができるならば、触媒金属を成膜した後に酸化しても、酸化物として成膜しても、いずれでも良い。
【００１６】
以下、同軸型真空アーク蒸着源を備えた真空チャンバ及びこの蒸着源を用いて触媒金属の酸化物層を形成する方法について説明する。
【００１７】
同軸型真空アーク蒸着源としては、例えば、円筒状のトリガ電極と蒸着用触媒金属材料で少なくとも先端部が構成された円柱状又は円筒状のカソード電極とが、円筒状の絶縁碍子を挟んで同軸状に隣接して固定されており、前記カソード電極の周りに同軸状に円筒状のアノード電極が離間して配置されている蒸着源を用いることができる。この同軸型真空アーク蒸着源を駆動せしめて、酸化性雰囲気中で、真空チャンバ内に載置した基板上に、カソード電極を構成する触媒金属材料を蒸着せしめて、雰囲気中の酸素原子との反応により触媒金属の酸化物層を形成する。同軸型真空アーク蒸着源を用いて基板上に触媒金属の酸化物層を形成することにより、母線の酸化を防止することができる。この蒸着源を備えた真空チャンバとして、例えば図１を参照して説明する。
【００１８】
円筒状の真空チャンバ１１内の下方には、基板ステージ１２が水平に配置されている。真空チャンバ１１には、基板ステージ１２を水平面内で回転させることができるように、基板ステージ裏面の中心部にモーター等の回転駆動手段１３を有する回転機構が設けられている。
【００１９】
基板Ｓが載置される基板ステージ１２を加熱できるようにヒータ等の加熱手段１４を基板ステージの基板載置側と反対側の面に設け、所望により、基板を所定の温度に加熱できるようにしても良い。
【００２０】
真空チャンバ１１の上方には、後述する同軸型真空アーク蒸着源１５が、基板ステージ１２に対向して配置されている。この同軸型真空アーク蒸着源１５は、カソード電極１５ａの先端部を基板ステージ１２側に向けて、基板ステージ１２上に載置される基板Ｓの主面に対向して配置されている。カソード電極１５ａから発生する触媒金属の微粒子が、基板Ｓの主面上に降りそそいで均一に照射できるように構成されている。かくして、触媒金属微粒子は、真空チャンバ１１上方から下方に向かって飛翔し、基板Ｓ上に蒸着され得る。
【００２１】
真空チャンバ１１の壁面には、酸化性ガス導入系１６及び真空排気系１７が接続されている。この酸化性ガス導入系１６は、真空チャンバ１１内を酸化性雰囲気とするための酸素ガス、Ｈ２Ｏ等の導入系である。このガス導入系では、バルブ１６ａ、マスフローコントローラ１６ｂ、バルブ１６ｃ、及びガスボンベ１６ｄがこの順序で金属製配管で接続されている。また、真空排気系１７は、コンダクタンスバルブ１７ａ、ターボ分子ポンプ１７ｂ、バルブ１７ｃ、及びロータリーポンプ１７ｄがこの順序で金属製真空配管で接続されており、真空チャンバ１１内を好ましくは１×１０−５Ｐａ以下に真空排気できるように構成されている。
【００２２】
図１に示すように、真空チャンバ１１に設けられた同軸型真空アーク蒸着源１５は、一端が閉じ、基板ステージ１２に対向する他端が開口しており、触媒金属で構成されている円柱状又は円筒状のカソード電極１５ａと、ステンレス等から構成されている円筒状のアノード電極１５ｂと、ステンレス等から構成されている円筒状のトリガ電極(例えば、リング状のトリガ電極)１５ｃと、カソード電極１５ａ及びトリガ電極１５ｃの間に両者を離間させるために設けられた円板状又は円筒状の絶縁碍子(以下、ハット型碍子とも称す)１５ｄとから構成されており、これらは同軸状に取り付けられている。カソード電極１５ａは、基板ステージ１２に対向して設けられている。カソード電極１５ａと絶縁碍子１５ｄとトリガ電極１５ｃとの３つの部品は、図示していないが、ネジ等で密着させて同軸状に取り付けられている。また、アノード電極１５ｂは、図示していないが、支柱で真空フランジに取り付けられ、この真空フランジは真空チャンバ１１の上面に取り付けられている。カソード電極１５ａは、アノード電極１５ｂの内部に同軸状にアノード電極の壁面から一定の距離だけ離して設けられている。カソード電極１５ａは、その少なくとも先端部(アノード電極１５ｂの開口部側の端部に相当する)が、触媒金属から構成されていればよい。
【００２３】
トリガ電極１５ｃは、ターゲット材料ないしはカソード電極１５ａとの間にアルミナ等から構成された絶縁碍子１５ｄを挟んで取り付けられている。絶縁碍子１５ｄはカソード電極１５ａとトリガ電極１５ｃとを絶縁するように取り付けられ、また、トリガ電極１５ｃは絶縁体を介してカソード電極１５ａに取り付けられていてもよい。これらのアノード電極１５ｂとカソード電極１５ａとトリガ電極１５ｃとは、絶縁碍子１５ｄ及び絶縁体により電気的に絶縁が保たれていることが好ましい。この絶縁碍子１５ｄと絶縁体とは一体型に構成されたものであっても別々に構成されたものでも良い。
【００２４】
カソード電極１５ａとトリガ電極１５ｃとの間にはパルストランズからなるトリガ電源１５ｅが接続されており、また、カソード電極１５ａとアノード電極１５ｂとの間にはアーク電源１５ｆが接続されている。アーク電源１５ｆは直流電圧源１５ｇとコンデンサユニット１５ｈとからなり、このコンデンサユニット１５ｈの両端は、それぞれ、カソード電極１５ａとアノード電極１５ｂとに接続され、コンデンサユニット１５ｈと直流電圧源１５ｇとは並列接続されている。
【００２５】
コンデンサユニット１５ｈは、１つ又は複数個のコンデンサ(図１では、１個のコンデンサを例示してある)が接続したものであって、その１つの容量が例えば２２００μＦ(耐電圧１６０Ｖ)であり、直流電圧源１５ｇにより随時充電できるようになっている。トリガ電源１５ｃは、入力２００Ｖのμｓのパルス電圧を約１７倍に変圧して、３．４ｋＶ(数μＡ)、極性：プラスを出力している。アーク電源１５ｆは、１００Ｖ、数Ａの容量の直流電圧源１５ｇを有し、この直流電圧源からコンデンサユニット１５ｈ(例えば、４個のコンデンサユニットの場合、８８００μＦ)に充電している。この充電時間は約１秒かかるので、本システムにおいて８８００μＦで放電を繰り返す場合の周期は、１Ｈｚで行われる。トリガ電源１５ｅのプラス出力端子は、トリガ電極１５ｃに接続され、マイナス端子は、アーク電源１５ｆの直流電圧源１５ｇのマイナス側出力端子と同じ電位に接続され、カソード電極１５ａに接続されている。アーク電源１５ｆの直流電圧源１５ｇのプラス端子は、グランド電位に接地され、アノード電極１５ｂに接続されている。コンデンサユニット１５ｈの両端子は、直流電圧源１５ｇのプラス端子及びマイナス端子間に接続されている。
【００２６】
図１中の１８はコントローラであり、このコントローラはトリガ電源１５ｅに接続されており、コントローラのスイッチをＯＮにしてこのコントローラに接続されたトリガ電源１５ｅに信号を入力すると、このトリガ電源から高電圧が出力されるように構成されている。また、コントローラ１８は、ＣＰＵ(図示せず)に接続され、このＣＰＵからの信号(外部信号)により、コントローラを動作させることができるように構成することが好ましい。
【００２７】
次に、図１に示す同軸型真空アーク蒸着源１５を備えた真空チャンバ１１内の基板ステージ１２上に載置する基板Ｓの主面上に触媒金属の酸化物層を形成する方法について説明する。
【００２８】
まず、ヒータ等の加熱手段により、上記したようにして母線層の形成された基板を所定の温度(例えば、２００〜４００℃)に設定し、次いでバルブ１６ａ及び１６ｃを開放し、マスフローコントローラ１６ｂを介して、所定流量の酸化性ガスを真空チャンバ１１内へ導入し、コンダクタンスバルブ１７ａを調整して、真空チャンバ内の圧力を所定の圧力(例えば、１×１０−２Ｐａ)に調整する。
【００２９】
直流電圧源１５ｇによりコンデンサユニット１５ｈに１００Ｖで電荷を充電し、コンデンサユニット１５ｈの容量を８８００μＦに設定し、次いで、トリガ電源１５ｅからトリガ電極１５ｃにパルス電圧を出力し(出力：３．４ｋＶ)、カソード電極１５ａとトリガ電極１５ｃとの間にハット型碍子１５ｄを介して印加することで、カソード電極１５ａとトリガ電極１５ｃとの間にトリガ放電(ハット型碍子表面での沿面放電)を発生させる。カソード電極１５ａとハット型碍子１５ｄとのつなぎ目から電子が発生する。このトリガ放電によって、カソード電極１５ａの側面とアノード電極１５ｂの内面との間で、コンデンサユニット１５ｈに蓄電された電荷が真空アーク放電され、カソード電極１５ａに多量のアーク電流が流入し、このアーク放電によりカソード電極１５ａを構成する触媒金属材料が液相から気相に変換され、さらにこの金属のプラズマが形成される。コンデンサユニット１５ｈに蓄電された電荷の放出により放電は停止する。このトリガ放電を所定の回数繰り返し、そのトリガ放電毎にアーク放電を誘起させる。このトリガ放電の回数、ひいてはアーク放電の回数は、コントローラ１８に、所望の放電発数を入力して行うことができる。
【００３０】
上記したアーク放電の間、上記触媒金属材料の融解により発生した微粒子(プラズマ化している原子状イオンやクラスタや電子等)が形成される。この微粒子をアノード電極１５ｂの開口部(放出口)から真空チャンバ１１内に放出させ、開口部の下方に設置されている基板Ｓの主面に対して、上記のようにして形成された微粒子を供給し、基板Ｓ表面上で酸素ガス等の酸化性ガスとの反応により形成される触媒金属の酸化物微粒子を付着させ、凝集せしめて触媒金属の酸化物層を形成する。この触媒金属の酸化物層は、ＥＢ蒸着法に比べて基板に密着性良く付着すると共に、膜厚制御が容易である。
【００３１】
上記した金属微粒子の放出は次のようにして行われる。カソード電極１５ａに多量の電流が流れるので、カソード電極１５ａに磁場が形成され、この時発生したプラズマ中の電子(この電子はカソード電極１５ａからアノード電極１５ｂの円筒内面に飛行する)が自己形成した磁場によってローレンツ力を受け、前方に飛行する。一方、プラズマ中のカソード電極材料の金属イオンは、電子が前記したように飛行し分極することでクーロン力により前方の電子に引きつけられるようにして前方に飛行し、基板Ｓ上に微粒子が供給されることになる。
【００３２】
上記において、アーク電源１５ｆから同軸型真空アーク蒸着源１５までの配線であるケーブルの長さを１ｍ程度として行う。また、上記カソード電極１５ａは、その全体が触媒金属材料で構成されていても、その先端部であるアノード電極の開口側方向の端部が上記触媒金属材料で構成されていてもよい。
【００３３】
次いで、上記のようにして得られた蒸着膜を有する基板を真空チャンバ内１１から取り出し、後工程である絶縁層形成工程にかける。
【００３４】
母線の上に設ける絶縁層は、スパッタリング法やＥＢ蒸着法等の、絶縁層を形成する既知の各種成膜方法によって形成することができる。絶縁層を形成する材料は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等の既知の絶縁層用材料であれば良いが、後工程でエッチングが行える材質のものを使用することが必要である。
【００３５】
上記したように絶縁層を形成した後、フォトリソグラフィ法等を用いて、この絶縁層の所定の部分に微細なレジストパターンを設け、ドライエッチングやウエットエッチングにより、絶縁層にホールを開ける。この場合、絶縁層を掘りきったところでエッチングを終了せしめ、触媒金属の酸化物をホール底部の表面に露出せしめる。このエッチングの際に、オーバーエッチングにより触媒金属の酸化物層がダメージを受ける可能性があるが、酸化物から構成されているために、そのダメージは少ない。この場合、触媒金属の酸化物層と絶縁層との間に、ストップ層としてＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、又はこれら金属の炭化物を成膜しておくことにより、起こるかもしれない上記ダメージを防ぐことができる。しかし、ストップ層を形成するためには、フォトリソグラフィ法とリフトオフの工程、或いはメッキ法等の工程が必要となる。このストップ層の厚みは、１ｎｍ以下とすることが好ましい。１ｎｍを超えてると、ＣＮＴ成長が阻害され易くなる。
【００３６】
ＣＮＴ成長方法としては、既知の方法を使用することができ、例えば、熱ＣＶＤ法、リモートプラズマＣＶＤ法、フィラメントＣＶＤ法等のＣＶＤ法等を使用できる。このＣＮＴ成長前に触媒金属の酸化物を還元して触媒金属とすることが必要である。この場合、ホールの底部部分に露出している酸化物のみを通常の方法で還元すれば良いが、多くの場合、ＣＮＴ成長雰囲気が還元性雰囲気であるので、そのような場合には、特に還元工程を実施しないでも、ＣＮＴ成長を開始すれば酸化物が還元されて触媒金属となるので、ＣＮＴ成長は可能である。
【００３７】
使用できるＣＮＴ用原料としては、特に制限はなく、ＣＮＴ成長に通常使用できる原料は全て使用できる。例えばメタン、エチレン、アセチレン等の炭素原子含有化合物等と水素ガスとを挙げることができる。
【００３８】
本発明によれば、母線パターン上に触媒金属の酸化物層を形成し、この酸化物を還元して触媒金属のパターンを形成するので、触媒金属層自体のパターニングを行うこともなく、また、エッチングの際に触媒金属がダメージを受けることもない。
【００３９】
本発明で使用できる基板としては、例えば、シリコン基板、石英基板、サファイヤ基板等からなる基板を挙げることができる。
【００４０】
以下、本発明の実施例を挙げて、具体的に説明する。
【実施例１】
【００４１】
本実施例では、熱酸化物膜を有するシリコン基板上にＣｕ母線(Ｃｕ配線)が形成されている基板を用いて、図２(ａ)〜(ｇ)に示すプロセスに従ってＣＮＴを成長せしめた。図２(ａ)〜(ｇ)は、本発明のＣＮＴ成長方法における各プロセスを説明するための基板の模式的断面図である。
【００４２】
まず、上記基板２１を真空チャンバ内に載置し、基板主面上に配線金属としてＣｕ母線層２２を、スパッタリング法によりＡｒガス０．６Ｐａ、スパッタ電力１００Ｗの条件下で形成し、このＣｕ母線上に、触媒金属の下地層となるバッファ層としてＡｌ層２３を、スパッタリング法によりＡｒガス０．６Ｐａ、スパッタ電力２００Ｗの条件下、厚み２０ｎｍで形成した。
【００４３】
次いで、Ｃｏから構成されたカソード電極１５ａを備えた図１に示す同軸型真空アーク蒸着源１５を用い触媒金属含有層２４を形成した。すなわち、バルブ１６ａ及び１６ｃを開放し、マスフローコントローラ１６ｂを介して、所定流量の酸素ガスを真空チャンバ１１内へ導入し、コンダクタンスバルブ１７ａを調整して、真空チャンバ１１内の圧力を１×１０−２Ｔｏｒｒ(１．３３Ｐａ)の圧力に調整し、この酸化性雰囲気中で、上記バッファ層２３が形成された基板Ｓ上にＣｏと酸素との反応により生成する触媒金属の酸化物であるＣｏ酸化物を触媒金属含有層２４として成膜した。
【００４４】
上記同軸型真空アーク蒸着源の駆動は次のようにして行った。すなわち、直流電圧源１５ｇによりコンデンサユニット１５ｈに１００Ｖで電荷を充電し、コンデンサユニット１５ｈの容量を８８００μＦに設定し、次いで、トリガ電源１５ｅからトリガ電極１５ｃにパルス電圧を出力し(出力：３．４ｋＶ)、カソード電極１５ａとトリガ電極１５ｃとの間にハット型碍子１５ｄを介して印加することで、カソード電極１５ａとトリガ電極１５ｃとの間にトリガ放電(ハット型碍子表面での沿面放電)を発生させた。カソード電極１５ａとハット型碍子１５ｄとのつなぎ目から電子が発生した。このトリガ放電によって、カソード電極１５ａの側面とアノード電極１５ｂの内面との間で、コンデンサユニット１５ｈに蓄電された電荷が真空アーク放電され、カソード電極１５ａに多量のアーク電流が流入し、このアーク放電により、カソード電極１５ａの構成金属材料であるＣｏが液相から気相に変換され、さらにこのＣｏのプラズマが形成された。コンデンサユニット１５ｈに蓄電された電荷の放出により放電は停止した。このトリガ放電を３００発繰り返した。このトリガ放電の回数、ひいてはアーク放電の回数は、コントローラ１８に、所定の放電発数を入力して行った。
【００４５】
上記したアーク放電の間、Ｃｏの融解により発生した微粒子(プラズマ化している原子状イオンやクラスタや電子等)をアノード電極１５ｂの開口部(放出口)から真空チャンバ１１内に放出させ、開口部の下方向に設置されている基板Ｓに対して、上記のようにして形成された微粒子を照射し、基板Ｓ表面上で酸素ガスとの反応によりＣｏ酸化物微粒子を付着させ、凝集せしめてＣｏ酸化物層を形成した。アーク電源１５ｆから同軸型真空アーク蒸着源１５までの配線であるケーブルの長さを１ｍ程度として行った。
【００４６】
この触媒金属含有層の形成された基板上に、スパッタリング法を用いて、Ａｒガス０．６Ｐａ、スパッタ電力３００Ｗの条件下、ストップ層２５としてＣｒ層を形成せしめた(図２(ａ))。
【００４７】
その後、上記基板表面を、液温２４℃のウエットエッチング法でエッチングし、ストップ層２５、触媒金属含有層２４、バッファ層２３及びＣｕ母線層２２の所定の領域をエッチ除去するラインパターニングを行った(図２(ｂ))。
【００４８】
上記ラインパターニング後に、絶縁層として、ＳｉＯ２層２６を２００ｎｍの厚みでスパッタリング法により、Ａｒガス０．６Ｐａ、スパッタ電力３００Ｗの条件下で成膜した(図２(ｃ))。
【００４９】
上記絶縁層２６の上にレジスト(ＡＺ−１３５０)を塗布し、フォトリソグラフィ法によりレジスト層２７にＣＮＴ成長用ホールパターンを形成した(図２(ｄ))。
【００５０】
次いで、ドライエッチングにより絶縁層２６をエッチングして、触媒金属含有層２４を露出せしめ(図２(ｅ))た後、レジスト２７をエッチ除去した(図２(ｆ))。
【００５１】
かくして得られた基板に対してＣＮＴ成長工程を実施した。真空チャンバ内に、原料ガスとして、メタンガスと水素ガスとを、メタンガス２０ｓｃｃｍ、水素ガス８０ｓｃｃｍの流量で導入し、リモートプラズマ法により、温度４５０℃、圧力０．２６６Ｐａで、還元されて得られた触媒金属Ｃｏ上にＣＮＴ２８を成長せしめた。このＣＮＴ成長工程が還元性雰囲気でない場合には、露出した触媒金属含有層２４を、水素雰囲気、１．３３Ｐａ、４５０℃の条件で還元処理し、触媒金属層とする。
【００５２】
かくして得られたＣＮＴ成長後のＳＥＭ写真を図３に示す。図３から明らかなように、ホール底部表面からＣＮＴが垂直成長していることが確認できた。また、ＣＮＴ成長後に母線間の短絡は認められなかった。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明によれば、微細ホールの底部表面に成長させたＣＮＴを高精細化した配線として利用できるので、本発明は、半導体装置等の技術分野で利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明で使用する同軸型真空アーク蒸着源を備えた真空チャンバの一構成例を模式的に示す構成図。
【図２】実施例１に従ってＣＮＴを成長せしめるプロセス(ａ)〜(ｇ)を説明するための基板の模式的断面図。
【図３】実施例１で得られたＣＮＴ成長後のＳＥＭ写真。
【符号の説明】
【００５５】
１１ 真空チャンバ １２ 基板ステージ
１３ 回転駆動手段 １４ 加熱手段
１５ 同軸型真空アーク蒸着源 １５ａ カソード電極
１５ｂ アノード電極 １５ｃ トリガ電極
１５ｄ 絶縁碍子 １５ｅ トリガ電源
１５ｆ アーク電源 １５ｇ 直流電圧源
１５ｈ コンデンサユニット １６ 酸化性ガス導入系
１６ａ、１６ｃ バルブ １６ｂ マスフローコントローラ
１６ｄ ガスボンベ １７ 真空排気系
１７ａ コンダクタンスバルブ １７ｂ ターボ分子ポンプ
１７ｃ バルブ １７ｄ ロータリーポンプ
１８ コントローラ ２１ 基板
２２ 母線層 ２３ バッファ層
２４ 触媒金属含有層 ２５ ストップ層
２６ 絶縁層 ２７ レジスト層
２８ ＣＮＴ Ｓ 基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＮＴ成長用微細ホール形成方法、ＣＮＴ成長用基板、及びＣＮＴ成長方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の技術分野において、ＣＮＴ(カーボンナノチューブ)を微細なビアホール等のホールの底部表面に成長させ、配線として使用する技術が検討されている(例えば、特許文献１参照)。この場合、ホール底部にＣＮＴ成長用触媒を配置することが必要であるが、半導体装置の微細化が進むにつれて、従来のように、ホール形成後にホール底部表面に触媒を成膜することは困難になっている。また、前もって触媒金属を母線層(配線層)上に形成してパターニングするリフトオフ法等を、微細な半導体装置を作製するためのプロセスにおいて使用することは困難である。
【特許文献１】特開２００５−２８５８２１号公報(特許請求の範囲等)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、上述の従来技術の問題点を解決することにあり、ＣＮＴ成長用ホールのサイズ(ホール直径)が小さい場合でも、ホール底部の表面にＣＮＴを成長させることができるＣＮＴ成長用微細ホールの形成方法、そのような微細ホールを備えたＣＮＴ成長用基板、及びＣＮＴ成長方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者らは、エッチングにより絶縁層にビアホール等のホールを形成する部分に、予め触媒金属を酸化物の形態(絶縁体)で触媒層として形成して、母線間で短絡が発生しないようにした後に絶縁層を設け、次いで絶縁層にホールを形成することにより、ホール底部に存在する金属酸化物だけを還元して触媒金属とし、これをＣＮＴ成長用触媒として利用できることに気が付いた。このようにしてホールを形成すれば、ホールサイズが小さくなった場合でも、ホール底部表面にＣＮＴを成長させることが可能となることから、本発明を完成させるに至った。
【０００５】
本発明のＣＮＴ成長用微細ホール形成方法は、ＣＮＴ成長用基板の主面上に母線層、ＣＮＴ成長用触媒層、及び絶縁層をこの順番に設け、該絶縁層をエッチングして絶縁層にＣＮＴ成長用の微細ホールを形成する方法において、ＣＮＴ成長用触媒層として触媒金属の酸化物層を設けることを特徴とする。
【０００６】
上記触媒金属として、Ｃｏ、Ｎｉ及びＦｅから選ばれた少なくと１種の金属、又はこれらの金属の少なくとも１種を含む合金を使用することを特徴とする。
【０００７】
上記触媒金属の酸化物層を酸化性雰囲気中で形成することを特徴とする。
【０００８】
上記絶縁層と触媒金属の酸化物層との間に、この酸化物層のエッチングを防止するストップ層を設けることを特徴とする。
【０００９】
本発明のＣＮＴ成長用基板は、基板の主面上に母線層、ＣＮＴ成長用触媒金属の酸化物層、及び絶縁層がこの順番に設けられてなり、上記ＣＮＴ成長用微細ホール形成方法により絶縁層にＣＮＴ成長用微細ホールが形成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明のＣＮＴ成長方法は、上記方法で形成されたＣＮＴ成長用微細ホールの底部表面に、ＣＶＤ法によりＣＮＴを成長せしめることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、形成された微細ホールの底部表面にＣＮＴを有効に垂直成長せしめることが可能となるので、ＣＮＴを高精細化した配線として利用できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明のＣＮＴ成長用微細ホール形成方法、ＣＮＴ成長用基板、及びＣＮＴ成長方法に係る実施の形態について説明する。
【００１３】
本発明によれば、配線金属層(母線層)の上に形成された絶縁層に設けた微細ホールの底部に予め触媒金属の酸化物を配置しておき、この酸化物を還元して得られる触媒金属を利用して、熱ＣＶＤ法、リモートプラズマＣＶＤ法、又はフィラメントＣＶＤ法等のようなＣＶＤ法により、ＣＮＴを成長せしめることができる。
【００１４】
母線は、通常のシングルダマシン等の半導体装置作製プロセスで作製されるため、触媒金属をリフトオフ法等で成膜することは難しいという問題がある。この問題に対して、本発明では、ホール底部に触媒金属を存在させるために、母線パターン上に酸化物の状態で触媒金属を存在させている。この場合、この酸化物は、酸化状態が良く、かつ絶縁性の良いことが必要であるので、触媒金属の酸化物層は酸化性雰囲気中で形成されることが好ましい。触媒金属の酸化が十分でないと、例えば部分酸化(酸素の欠陥)があると、絶縁とならず、短絡の原因となるからである。しかし、酸化性雰囲気中で基板を加熱すると、同時に母線も酸化されてしまうため、基板が高温に曝されない手法を用いて酸化性雰囲気中で酸化物を成膜することが好ましい。
【００１５】
本発明では、上記のようにして形成された母線層上に絶縁層を形成する前に触媒金属の酸化物を成膜する。酸化物の成膜方法としては、触媒金属からなるターゲットや触媒金属の酸化物からなるターゲットを用いるスパッタリング法、ＥＢ蒸着法、同軸型真空アーク蒸着源を用いる方法、触媒金属の酸化物の溶液や分散液を塗布、乾燥する方法等の既知の方法を用いることができる。触媒金属を酸化性雰囲気中で成膜して、触媒金属の酸化物層を形成する場合、基板を加熱することで母線まで酸化してしまうことを防ぐために、同軸型真空アーク蒸着源を用いる方法等の、基板が加熱されて高温に曝されない手法を用いることが好ましい。この場合、母線間の絶縁性を十分に保つことができるならば、触媒金属を成膜した後に酸化しても、酸化物として成膜しても、いずれでも良い。
【００１６】
以下、同軸型真空アーク蒸着源を備えた真空チャンバ及びこの蒸着源を用いて触媒金属の酸化物層を形成する方法について説明する。
【００１７】
同軸型真空アーク蒸着源としては、例えば、円筒状のトリガ電極と蒸着用触媒金属材料で少なくとも先端部が構成された円柱状又は円筒状のカソード電極とが、円筒状の絶縁碍子を挟んで同軸状に隣接して固定されており、前記カソード電極の周りに同軸状に円筒状のアノード電極が離間して配置されている蒸着源を用いることができる。この同軸型真空アーク蒸着源を駆動せしめて、酸化性雰囲気中で、真空チャンバ内に載置した基板上に、カソード電極を構成する触媒金属材料を蒸着せしめて、雰囲気中の酸素原子との反応により触媒金属の酸化物層を形成する。同軸型真空アーク蒸着源を用いて基板上に触媒金属の酸化物層を形成することにより、母線の酸化を防止することができる。この蒸着源を備えた真空チャンバとして、例えば図１を参照して説明する。
【００１８】
円筒状の真空チャンバ１１内の下方には、基板ステージ１２が水平に配置されている。真空チャンバ１１には、基板ステージ１２を水平面内で回転させることができるように、基板ステージ裏面の中心部にモーター等の回転駆動手段１３を有する回転機構が設けられている。
【００１９】
基板Ｓが載置される基板ステージ１２を加熱できるようにヒータ等の加熱手段１４を基板ステージの基板載置側と反対側の面に設け、所望により、基板を所定の温度に加熱できるようにしても良い。
【００２０】
真空チャンバ１１の上方には、後述する同軸型真空アーク蒸着源１５が、基板ステージ１２に対向して配置されている。この同軸型真空アーク蒸着源１５は、カソード電極１５ａの先端部を基板ステージ１２側に向けて、基板ステージ１２上に載置される基板Ｓの主面に対向して配置されている。カソード電極１５ａから発生する触媒金属の微粒子が、基板Ｓの主面上に降りそそいで均一に照射できるように構成されている。かくして、触媒金属微粒子は、真空チャンバ１１上方から下方に向かって飛翔し、基板Ｓ上に蒸着され得る。
【００２１】
真空チャンバ１１の壁面には、酸化性ガス導入系１６及び真空排気系１７が接続されている。この酸化性ガス導入系１６は、真空チャンバ１１内を酸化性雰囲気とするための酸素ガス、Ｈ２Ｏ等の導入系である。このガス導入系では、バルブ１６ａ、マスフローコントローラ１６ｂ、バルブ１６ｃ、及びガスボンベ１６ｄがこの順序で金属製配管で接続されている。また、真空排気系１７は、コンダクタンスバルブ１７ａ、ターボ分子ポンプ１７ｂ、バルブ１７ｃ、及びロータリーポンプ１７ｄがこの順序で金属製真空配管で接続されており、真空チャンバ１１内を好ましくは１×１０−５Ｐａ以下に真空排気できるように構成されている。
【００２２】
図１に示すように、真空チャンバ１１に設けられた同軸型真空アーク蒸着源１５は、一端が閉じ、基板ステージ１２に対向する他端が開口しており、触媒金属で構成されている円柱状又は円筒状のカソード電極１５ａと、ステンレス等から構成されている円筒状のアノード電極１５ｂと、ステンレス等から構成されている円筒状のトリガ電極(例えば、リング状のトリガ電極)１５ｃと、カソード電極１５ａ及びトリガ電極１５ｃの間に両者を離間させるために設けられた円板状又は円筒状の絶縁碍子(以下、ハット型碍子とも称す)１５ｄとから構成されており、これらは同軸状に取り付けられている。カソード電極１５ａは、基板ステージ１２に対向して設けられている。カソード電極１５ａと絶縁碍子１５ｄとトリガ電極１５ｃとの３つの部品は、図示していないが、ネジ等で密着させて同軸状に取り付けられている。また、アノード電極１５ｂは、図示していないが、支柱で真空フランジに取り付けられ、この真空フランジは真空チャンバ１１の上面に取り付けられている。カソード電極１５ａは、アノード電極１５ｂの内部に同軸状にアノード電極の壁面から一定の距離だけ離して設けられている。カソード電極１５ａは、その少なくとも先端部(アノード電極１５ｂの開口部側の端部に相当する)が、触媒金属から構成されていればよい。
【００２３】
トリガ電極１５ｃは、ターゲット材料ないしはカソード電極１５ａとの間にアルミナ等から構成された絶縁碍子１５ｄを挟んで取り付けられている。絶縁碍子１５ｄはカソード電極１５ａとトリガ電極１５ｃとを絶縁するように取り付けられ、また、トリガ電極１５ｃは絶縁体を介してカソード電極１５ａに取り付けられていてもよい。これらのアノード電極１５ｂとカソード電極１５ａとトリガ電極１５ｃとは、絶縁碍子１５ｄ及び絶縁体により電気的に絶縁が保たれていることが好ましい。この絶縁碍子１５ｄと絶縁体とは一体型に構成されたものであっても別々に構成されたものでも良い。
【００２４】
カソード電極１５ａとトリガ電極１５ｃとの間にはパルストランズからなるトリガ電源１５ｅが接続されており、また、カソード電極１５ａとアノード電極１５ｂとの間にはアーク電源１５ｆが接続されている。アーク電源１５ｆは直流電圧源１５ｇとコンデンサユニット１５ｈとからなり、このコンデンサユニット１５ｈの両端は、それぞれ、カソード電極１５ａとアノード電極１５ｂとに接続され、コンデンサユニット１５ｈと直流電圧源１５ｇとは並列接続されている。
【００２５】
コンデンサユニット１５ｈは、１つ又は複数個のコンデンサ(図１では、１個のコンデンサを例示してある)が接続したものであって、その１つの容量が例えば２２００μＦ(耐電圧１６０Ｖ)であり、直流電圧源１５ｇにより随時充電できるようになっている。トリガ電源１５ｃは、入力２００Ｖのμｓのパルス電圧を約１７倍に変圧して、３．４ｋＶ(数μＡ)、極性：プラスを出力している。アーク電源１５ｆは、１００Ｖ、数Ａの容量の直流電圧源１５ｇを有し、この直流電圧源からコンデンサユニット１５ｈ(例えば、４個のコンデンサユニットの場合、８８００μＦ)に充電している。この充電時間は約１秒かかるので、本システムにおいて８８００μＦで放電を繰り返す場合の周期は、１Ｈｚで行われる。トリガ電源１５ｅのプラス出力端子は、トリガ電極１５ｃに接続され、マイナス端子は、アーク電源１５ｆの直流電圧源１５ｇのマイナス側出力端子と同じ電位に接続され、カソード電極１５ａに接続されている。アーク電源１５ｆの直流電圧源１５ｇのプラス端子は、グランド電位に接地され、アノード電極１５ｂに接続されている。コンデンサユニット１５ｈの両端子は、直流電圧源１５ｇのプラス端子及びマイナス端子間に接続されている。
【００２６】
図１中の１８はコントローラであり、このコントローラはトリガ電源１５ｅに接続されており、コントローラのスイッチをＯＮにしてこのコントローラに接続されたトリガ電源１５ｅに信号を入力すると、このトリガ電源から高電圧が出力されるように構成されている。また、コントローラ１８は、ＣＰＵ(図示せず)に接続され、このＣＰＵからの信号(外部信号)により、コントローラを動作させることができるように構成することが好ましい。
【００２７】
次に、図１に示す同軸型真空アーク蒸着源１５を備えた真空チャンバ１１内の基板ステージ１２上に載置する基板Ｓの主面上に触媒金属の酸化物層を形成する方法について説明する。
【００２８】
まず、ヒータ等の加熱手段により、上記したようにして母線層の形成された基板を所定の温度(例えば、２００〜４００℃)に設定し、次いでバルブ１６ａ及び１６ｃを開放し、マスフローコントローラ１６ｂを介して、所定流量の酸化性ガスを真空チャンバ１１内へ導入し、コンダクタンスバルブ１７ａを調整して、真空チャンバ内の圧力を所定の圧力(例えば、１×１０−２Ｐａ)に調整する。
【００２９】
直流電圧源１５ｇによりコンデンサユニット１５ｈに１００Ｖで電荷を充電し、コンデンサユニット１５ｈの容量を８８００μＦに設定し、次いで、トリガ電源１５ｅからトリガ電極１５ｃにパルス電圧を出力し(出力：３．４ｋＶ)、カソード電極１５ａとトリガ電極１５ｃとの間にハット型碍子１５ｄを介して印加することで、カソード電極１５ａとトリガ電極１５ｃとの間にトリガ放電(ハット型碍子表面での沿面放電)を発生させる。カソード電極１５ａとハット型碍子１５ｄとのつなぎ目から電子が発生する。このトリガ放電によって、カソード電極１５ａの側面とアノード電極１５ｂの内面との間で、コンデンサユニット１５ｈに蓄電された電荷が真空アーク放電され、カソード電極１５ａに多量のアーク電流が流入し、このアーク放電によりカソード電極１５ａを構成する触媒金属材料が液相から気相に変換され、さらにこの金属のプラズマが形成される。コンデンサユニット１５ｈに蓄電された電荷の放出により放電は停止する。このトリガ放電を所定の回数繰り返し、そのトリガ放電毎にアーク放電を誘起させる。このトリガ放電の回数、ひいてはアーク放電の回数は、コントローラ１８に、所望の放電発数を入力して行うことができる。
【００３０】
上記したアーク放電の間、上記触媒金属材料の融解により発生した微粒子(プラズマ化している原子状イオンやクラスタや電子等)が形成される。この微粒子をアノード電極１５ｂの開口部(放出口)から真空チャンバ１１内に放出させ、開口部の下方に設置されている基板Ｓの主面に対して、上記のようにして形成された微粒子を供給し、基板Ｓ表面上で酸素ガス等の酸化性ガスとの反応により形成される触媒金属の酸化物微粒子を付着させ、凝集せしめて触媒金属の酸化物層を形成する。この触媒金属の酸化物層は、ＥＢ蒸着法に比べて基板に密着性良く付着すると共に、膜厚制御が容易である。
【００３１】
上記した金属微粒子の放出は次のようにして行われる。カソード電極１５ａに多量の電流が流れるので、カソード電極１５ａに磁場が形成され、この時発生したプラズマ中の電子(この電子はカソード電極１５ａからアノード電極１５ｂの円筒内面に飛行する)が自己形成した磁場によってローレンツ力を受け、前方に飛行する。一方、プラズマ中のカソード電極材料の金属イオンは、電子が前記したように飛行し分極することでクーロン力により前方の電子に引きつけられるようにして前方に飛行し、基板Ｓ上に微粒子が供給されることになる。
【００３２】
上記において、アーク電源１５ｆから同軸型真空アーク蒸着源１５までの配線であるケーブルの長さを１ｍ程度として行う。また、上記カソード電極１５ａは、その全体が触媒金属材料で構成されていても、その先端部であるアノード電極の開口側方向の端部が上記触媒金属材料で構成されていてもよい。
【００３３】
次いで、上記のようにして得られた蒸着膜を有する基板を真空チャンバ内１１から取り出し、後工程である絶縁層形成工程にかける。
【００３４】
母線の上に設ける絶縁層は、スパッタリング法やＥＢ蒸着法等の、絶縁層を形成する既知の各種成膜方法によって形成することができる。絶縁層を形成する材料は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等の既知の絶縁層用材料であれば良いが、後工程でエッチングが行える材質のものを使用することが必要である。
【００３５】
上記したように絶縁層を形成した後、フォトリソグラフィ法等を用いて、この絶縁層の所定の部分に微細なレジストパターンを設け、ドライエッチングやウエットエッチングにより、絶縁層にホールを開ける。この場合、絶縁層を掘りきったところでエッチングを終了せしめ、触媒金属の酸化物をホール底部の表面に露出せしめる。このエッチングの際に、オーバーエッチングにより触媒金属の酸化物層がダメージを受ける可能性があるが、酸化物から構成されているために、そのダメージは少ない。この場合、触媒金属の酸化物層と絶縁層との間に、ストップ層としてＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、又はこれら金属の炭化物を成膜しておくことにより、起こるかもしれない上記ダメージを防ぐことができる。しかし、ストップ層を形成するためには、フォトリソグラフィ法とリフトオフの工程、或いはメッキ法等の工程が必要となる。このストップ層の厚みは、１ｎｍ以下とすることが好ましい。１ｎｍを超えてると、ＣＮＴ成長が阻害され易くなる。
【００３６】
ＣＮＴ成長方法としては、既知の方法を使用することができ、例えば、熱ＣＶＤ法、リモートプラズマＣＶＤ法、フィラメントＣＶＤ法等のＣＶＤ法等を使用できる。このＣＮＴ成長前に触媒金属の酸化物を還元して触媒金属とすることが必要である。この場合、ホールの底部部分に露出している酸化物のみを通常の方法で還元すれば良いが、多くの場合、ＣＮＴ成長雰囲気が還元性雰囲気であるので、そのような場合には、特に還元工程を実施しないでも、ＣＮＴ成長を開始すれば酸化物が還元されて触媒金属となるので、ＣＮＴ成長は可能である。
【００３７】
使用できるＣＮＴ用原料としては、特に制限はなく、ＣＮＴ成長に通常使用できる原料は全て使用できる。例えばメタン、エチレン、アセチレン等の炭素原子含有化合物等と水素ガスとを挙げることができる。
【００３８】
本発明によれば、母線パターン上に触媒金属の酸化物層を形成し、この酸化物を還元して触媒金属のパターンを形成するので、触媒金属層自体のパターニングを行うこともなく、また、エッチングの際に触媒金属がダメージを受けることもない。
【００３９】
本発明で使用できる基板としては、例えば、シリコン基板、石英基板、サファイヤ基板等からなる基板を挙げることができる。
【００４０】
以下、本発明の実施例を挙げて、具体的に説明する。
【実施例１】
【００４１】
本実施例では、熱酸化物膜を有するシリコン基板上にＣｕ母線(Ｃｕ配線)が形成されている基板を用いて、図２(ａ)〜(ｇ)に示すプロセスに従ってＣＮＴを成長せしめた。図２(ａ)〜(ｇ)は、本発明のＣＮＴ成長方法における各プロセスを説明するための基板の模式的断面図である。
【００４２】
まず、上記基板２１を真空チャンバ内に載置し、基板主面上に配線金属としてＣｕ母線層２２を、スパッタリング法によりＡｒガス０．６Ｐａ、スパッタ電力１００Ｗの条件下で形成し、このＣｕ母線上に、触媒金属の下地層となるバッファ層としてＡｌ層２３を、スパッタリング法によりＡｒガス０．６Ｐａ、スパッタ電力２００Ｗの条件下、厚み２０ｎｍで形成した。
【００４３】
次いで、Ｃｏから構成されたカソード電極１５ａを備えた図１に示す同軸型真空アーク蒸着源１５を用い触媒金属含有層２４を形成した。すなわち、バルブ１６ａ及び１６ｃを開放し、マスフローコントローラ１６ｂを介して、所定流量の酸素ガスを真空チャンバ１１内へ導入し、コンダクタンスバルブ１７ａを調整して、真空チャンバ１１内の圧力を１×１０−２Ｔｏｒｒ(１．３３Ｐａ)の圧力に調整し、この酸化性雰囲気中で、上記バッファ層２３が形成された基板Ｓ上にＣｏと酸素との反応により生成する触媒金属の酸化物であるＣｏ酸化物を触媒金属含有層２４として成膜した。
【００４４】
上記同軸型真空アーク蒸着源の駆動は次のようにして行った。すなわち、直流電圧源１５ｇによりコンデンサユニット１５ｈに１００Ｖで電荷を充電し、コンデンサユニット１５ｈの容量を８８００μＦに設定し、次いで、トリガ電源１５ｅからトリガ電極１５ｃにパルス電圧を出力し(出力：３．４ｋＶ)、カソード電極１５ａとトリガ電極１５ｃとの間にハット型碍子１５ｄを介して印加することで、カソード電極１５ａとトリガ電極１５ｃとの間にトリガ放電(ハット型碍子表面での沿面放電)を発生させた。カソード電極１５ａとハット型碍子１５ｄとのつなぎ目から電子が発生した。このトリガ放電によって、カソード電極１５ａの側面とアノード電極１５ｂの内面との間で、コンデンサユニット１５ｈに蓄電された電荷が真空アーク放電され、カソード電極１５ａに多量のアーク電流が流入し、このアーク放電により、カソード電極１５ａの構成金属材料であるＣｏが液相から気相に変換され、さらにこのＣｏのプラズマが形成された。コンデンサユニット１５ｈに蓄電された電荷の放出により放電は停止した。このトリガ放電を３００発繰り返した。このトリガ放電の回数、ひいてはアーク放電の回数は、コントローラ１８に、所定の放電発数を入力して行った。
【００４５】
上記したアーク放電の間、Ｃｏの融解により発生した微粒子(プラズマ化している原子状イオンやクラスタや電子等)をアノード電極１５ｂの開口部(放出口)から真空チャンバ１１内に放出させ、開口部の下方向に設置されている基板Ｓに対して、上記のようにして形成された微粒子を照射し、基板Ｓ表面上で酸素ガスとの反応によりＣｏ酸化物微粒子を付着させ、凝集せしめてＣｏ酸化物層を形成した。アーク電源１５ｆから同軸型真空アーク蒸着源１５までの配線であるケーブルの長さを１ｍ程度として行った。
【００４６】
この触媒金属含有層の形成された基板上に、スパッタリング法を用いて、Ａｒガス０．６Ｐａ、スパッタ電力３００Ｗの条件下、ストップ層２５としてＣｒ層を形成せしめた(図２(ａ))。
【００４７】
その後、上記基板表面を、液温２４℃のウエットエッチング法でエッチングし、ストップ層２５、触媒金属含有層２４、バッファ層２３及びＣｕ母線層２２の所定の領域をエッチ除去するラインパターニングを行った(図２(ｂ))。
【００４８】
上記ラインパターニング後に、絶縁層として、ＳｉＯ２層２６を２００ｎｍの厚みでスパッタリング法により、Ａｒガス０．６Ｐａ、スパッタ電力３００Ｗの条件下で成膜した(図２(ｃ))。
【００４９】
上記絶縁層２６の上にレジスト(ＡＺ−１３５０)を塗布し、フォトリソグラフィ法によりレジスト層２７にＣＮＴ成長用ホールパターンを形成した(図２(ｄ))。
【００５０】
次いで、ドライエッチングにより絶縁層２６をエッチングして、触媒金属含有層２４を露出せしめ(図２(ｅ))た後、レジスト２７をエッチ除去した(図２(ｆ))。
【００５１】
かくして得られた基板に対してＣＮＴ成長工程を実施した。真空チャンバ内に、原料ガスとして、メタンガスと水素ガスとを、メタンガス２０ｓｃｃｍ、水素ガス８０ｓｃｃｍの流量で導入し、リモートプラズマ法により、温度４５０℃、圧力０．２６６Ｐａで、還元されて得られた触媒金属Ｃｏ上にＣＮＴ２８を成長せしめた。このＣＮＴ成長工程が還元性雰囲気でない場合には、露出した触媒金属含有層２４を、水素雰囲気、１．３３Ｐａ、４５０℃の条件で還元処理し、触媒金属層とする。
【００５２】
かくして得られたＣＮＴ成長後のＳＥＭ写真を図３に示す。図３から明らかなように、ホール底部表面からＣＮＴが垂直成長していることが確認できた。また、ＣＮＴ成長後に母線間の短絡は認められなかった。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明によれば、微細ホールの底部表面に成長させたＣＮＴを高精細化した配線として利用できるので、本発明は、半導体装置等の技術分野で利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明で使用する同軸型真空アーク蒸着源を備えた真空チャンバの一構成例を模式的に示す構成図。
【図２】実施例１に従ってＣＮＴを成長せしめるプロセス(ａ)〜(ｇ)を説明するための基板の模式的断面図。
【図３】実施例１で得られたＣＮＴ成長後のＳＥＭ写真。
【符号の説明】
【００５５】
１１ 真空チャンバ １２ 基板ステージ
１３ 回転駆動手段 １４ 加熱手段
１５ 同軸型真空アーク蒸着源 １５ａ カソード電極
１５ｂ アノード電極 １５ｃ トリガ電極
１５ｄ 絶縁碍子 １５ｅ トリガ電源
１５ｆ アーク電源 １５ｇ 直流電圧源
１５ｈ コンデンサユニット １６ 酸化性ガス導入系
１６ａ、１６ｃ バルブ １６ｂ マスフローコントローラ
１６ｄ ガスボンベ １７ 真空排気系
１７ａ コンダクタンスバルブ １７ｂ ターボ分子ポンプ
１７ｃ バルブ １７ｄ ロータリーポンプ
１８ コントローラ ２１ 基板
２２ 母線層 ２３ バッファ層
２４ 触媒金属含有層 ２５ ストップ層
２６ 絶縁層 ２７ レジスト層
２８ ＣＮＴ Ｓ 基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＮＴ成長用基板の主面上に母線層、ＣＮＴ成長用触媒層、及び絶縁層をこの順番に設け、該絶縁層をエッチングして絶縁層にＣＮＴ成長用の微細ホールを形成する方法において、ＣＮＴ成長用触媒層として触媒金属の酸化物層を設けることを特徴とするＣＮＴ成長用微細ホール形成方法。
【請求項２】
上記触媒金属として、Ｃｏ、Ｎｉ及びＦｅから選ばれた少なくと１種の金属、又はこれらの金属の少なくとも１種を含む合金を使用することを特徴とする請求項１に記載のＣＮＴ成長用微細ホール形成方法。
【請求項３】
上記触媒金属の酸化物層を酸化性雰囲気中で形成することを特徴とする請求項１又は２に記載のＣＮＴ成長用微細ホール形成方法。
【請求項４】
上記絶縁層と触媒金属の酸化物層との間に、この酸化物層のエッチングを防止するストップ層を設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＣＮＴ成長用微細ホール形成方法。
【請求項５】
基板の主面上に母線層、ＣＮＴ成長用触媒金属の酸化物層、及び絶縁層がこの順番に設けられてなり、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法により絶縁層にＣＮＴ成長用微細ホールが形成されていることを特徴とするＣＮＴ成長用基板。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法で形成されたＣＮＴ成長用微細ホールの底部表面に、ＣＶＤ法によりＣＮＴを成長せしめることを特徴とするＣＮＴ成長方法。
【請求項１】
ＣＮＴ成長用基板の主面上に母線層、ＣＮＴ成長用触媒層、及び絶縁層をこの順番に設け、該絶縁層をエッチングして絶縁層にＣＮＴ成長用の微細ホールを形成する方法において、ＣＮＴ成長用触媒層として触媒金属の酸化物層を設けることを特徴とするＣＮＴ成長用微細ホール形成方法。
【請求項２】
上記触媒金属として、Ｃｏ、Ｎｉ及びＦｅから選ばれた少なくと１種の金属、又はこれらの金属の少なくとも１種を含む合金を使用することを特徴とする請求項１に記載のＣＮＴ成長用微細ホール形成方法。
【請求項３】
上記触媒金属の酸化物層を酸化性雰囲気中で形成することを特徴とする請求項１又は２に記載のＣＮＴ成長用微細ホール形成方法。
【請求項４】
上記絶縁層と触媒金属の酸化物層との間に、この酸化物層のエッチングを防止するストップ層を設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＣＮＴ成長用微細ホール形成方法。
【請求項５】
基板の主面上に母線層、ＣＮＴ成長用触媒金属の酸化物層、及び絶縁層がこの順番に設けられてなり、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法により絶縁層にＣＮＴ成長用微細ホールが形成されていることを特徴とするＣＮＴ成長用基板。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法で形成されたＣＮＴ成長用微細ホールの底部表面に、ＣＶＤ法によりＣＮＴを成長せしめることを特徴とするＣＮＴ成長方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−２７０６８０（Ｐ２００８−２７０６８０Ａ）
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１１５０６７（Ｐ２００７−１１５０６７）
【出願日】平成１９年４月２５日（２００７．４．２５）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月２５日（２００７．４．２５）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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