JP5194513B2 - 配線構造及びその形成方法 - Google Patents
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Description
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。
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))。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
Claims (10)
- 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第1、第2、及び第3の線状構造体を有して構成されており、
前記第1の線状構造体は、一方の前記下地導電体から成長し、他方の前記下地導電体には非接触であり、
前記第2の線状構造体は、他方の前記下地導電体から成長し、一方の前記下地導電体には非接触であり、
前記第3の線状構造体は、一方の前記下地導電体から成長し、他方の前記下地導電体には非接触であり、
前記第1の線状構造体の先端部分と前記第2の線状構造体の先端部分とが交差して接触し、電気的に接合されており、
前記第3の線状構造体の先端部分と前記第2の線状構造体の先端部分とが交差して接触し、電気的に接合されていることを特徴とする配線構造。 - 前記配線は、前記第1、第2、及び第3の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、前記第1、第2、及び第3の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。
- 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。
- 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。
- 前記ビア部は、前記第1、第2、及び第3の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。
- 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、
前記各下地導電体を覆い、前記各対向面を露出するマスク層を形成し、前記マスク層を用いて、前記各対向面のみに選択的に触媒を形成する工程と、
前記触媒により前記各下地導電体の前記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
を含み、
前記触媒を形成する工程は、
前記下地導電体上に前記各対向面を露出させる層間絶縁膜を形成する工程と、
前記露出した前記各対向面を有する前記下地導電体に対して無電解メッキ法を行って前記露出した前記各対向面に前記触媒を選択的に形成する工程と
を含むことを特徴とする配線構造の形成方法。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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