(57)【要約】【課題】絶縁体上にもグラファイト層を容易に形成することができる集積回路装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】絶縁基板１上に触媒層２を形成し、その上にサポート層３を形成しておく。触媒層２としてＣｏ層を形成し、サポート層としてＴｉＮ層を形成する。これらは、例えばスパッタリング法により形成する。次いで、アセチレンを含む原料ガスを用いて熱ＣＶＤ処理を行う。この結果、触媒層２が絶縁基板１及びサポート層３に挟み込まれているが、カーボン原料はサポート層３を透過して触媒層２まで到達するので、グラファイト１１が絶縁基板１と触媒層２との間に成長する。【選択図】図１
2010062333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上方に第１の触媒層を形成する工程と、
前記第１の触媒層上に第２の触媒層を形成する工程と、
前記第２の触媒層上に第３の触媒層を形成する工程と、
炭素を含む雰囲気で、前記第１、第２及び第３の触媒層が形成された前記基板を加熱する工程と、
を有し、
前記基板を加熱する工程は、
前記第３の触媒層を成長核として第１のグラファイト層を形成する工程と、
前記第１の触媒層を成長核として第２のグラファイト層を前記基板と前記第２の触媒層との間に形成する工程と、
を有することを特徴とする集積回路装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１のグラファイト層を形成する工程と前記第２のグラファイト層を形成する工程との間に、
前記第３の触媒層を凝集させ、凝集した前記第３の触媒層を成長核としてカーボンナノチューブ部を前記第１のグラファイト層の下方に形成する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の集積回路装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１及び第３の触媒層は、コバルト、ニッケル、鉄、金及び白金からなる群から選択された少なくとも１種を含有し、
前記第２の触媒層は、チタン、チタンナイトライド、チタンシリサイド、タンタル、タンタルナイトライド、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、モリブデン、アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化バナジウム、酸化二オブ、酸化モリブデン及び酸化アルミニウムからなる群から選択された少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の集積回路装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１及び第３の触媒層の厚さは、１ｎｍ乃至５０ｎｍであり、
前記第２の触媒層の厚さは、０．５ｎｍ乃至２０ｎｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の集積回路装置の製造方法。
【請求項５】
基板の上方に第１の触媒層を形成する工程と、
前記第１の触媒層上に第２の触媒層を形成する工程と、
炭素を含む雰囲気で、前記第１及び第２の触媒層が形成された前記基板を加熱する工程と、
を有し、
前記基板を加熱する工程は、前記第１の触媒層を成長核としてグラファイト層を前記基板と前記第２の触媒層との間に形成する工程を有することを特徴とする集積回路装置の製造方法。
【請求項６】
前記基板を加熱する工程の後に、前記第２の触媒層を除去する工程を有することを特徴とする請求項５に記載の集積回路装置の製造方法。
【請求項７】
基板と、
前記基板の上方に形成された第１のグラファイト層と、
前記第１のグラファイト層上に形成された触媒層と、
前記触媒層上に形成されたカーボンナノチューブ部と、
前記カーボンナノチューブ部上に形成された第２のグラファイト層と、
を有することを特徴とする集積回路装置。
【請求項８】
基板と、
前記基板の上方に形成され、開口部を含む絶縁膜と、
前記開口部内に形成された導電材と、
を有し、
前記導電材は、
第１のグラファイト層と、
前記第１のグラファイト層上に形成された触媒層と、
前記触媒層上に形成されたカーボンナノチューブ部と、
前記カーボンナノチューブ部上に形成された第２のグラファイト層と、
を有することを特徴とする集積回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素材料を用いた集積回路装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置等の集積回路装置の配線材料に関し、銅よりも電流密度、熱伝導性及び電子の移動度が高いグラファイト及びカーボンナノチューブ等の炭素材料が注目されている。グラファイトについては、主に横方向配線への利用についての検討がなされ、カーボンナノチューブについては主に縦方向配線への利用についての検討がなされている。特にカーボンナノチューブは、化学的安定性が優れ、バリスティック伝導及び放熱特性が高いという良好な物理的性質を有している。
【０００３】
そして、これまで検討されている技術では、カーボンナノチューブからなる縦方向配線上に、グラファイトからなる横方向配線を形成する場合に、カーボンナノチューブ及びその周囲の層間絶縁膜上にグラファイトの成長用の触媒層を形成することとしている。
【０００４】
しかしながら、触媒層が層間絶縁膜上に存在していると、通電時に触媒層を構成する金属原子のマイグレーション等が生じ、高い信頼性を得にくい。また、カーボンナノチューブ上にグラファイトが直接接合した構造を用いれば、横方向に伝導性を持たせることは可能であるが、触媒構造なしに絶縁基板上に直接ナノチューブのみを作製することは困難なため、マイグレーション等の影響を排除することは困難である。
【０００５】
また、複数層のグラフェンを電界効果トランジスタのチャネルに用いることについての検討もなされている。これまで検討されている技術では、チャネルの形成に当たり、グラフェンのバルク材料（グラファイト）からテープ等を用いて複数のグラフェンを剥がし、これを絶縁基板に付着させることとしている。
【０００６】
しかしながら、このような方法は、シリコンを主材料としているＣＭＯＳプロセスに組み込みにくい。なお、化学気相成長法等により金属触媒層上にグラフェンを成長させたのでは、グラフェンと広く接触する金属触媒層が存在するため、このグラフェンをチャネルとして用いることはできない。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２５０８号公報
【特許文献２】特許第３００００３５号公報
【特許文献３】特開平８−２６０１５０号公報
【特許文献４】特許第３０４４６８３号公報
【特許文献５】特許第２９７３３５２号公報
【特許文献６】特開２００８−１３７８４６号公報
【特許文献７】特許第３６４２３８５号公報
【特許文献８】特許第３９３２１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、絶縁体上にもグラファイト層を容易に形成することができる集積回路装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明に想到した。
【００１０】
集積回路装置の第１の製造方法では、基板の上方に第１の触媒層を形成し、その後、前記第１の触媒層上に第２の触媒層を形成する。次に、前記第２の触媒層上に第３の触媒層を形成する。次に、炭素を含む雰囲気で、前記第１、第２及び第３の触媒層が形成された前記基板を加熱する。そして、前記基板を加熱する際に、前記第３の触媒層を成長核として第１のグラファイト層を形成し、その後、前記第１の触媒層を成長核として第２のグラファイト層を前記基板と前記第２の触媒層との間に形成する。
【００１１】
集積回路装置の第２の製造方法では、基板の上方に第１の触媒層を形成し、その後、前記第１の触媒層上に第２の触媒層を形成する。次に、炭素を含む雰囲気で、前記第１及び第２の触媒層が形成された前記基板を加熱する。そして、前記基板を加熱する際に、前記第１の触媒層を成長核としてグラファイト層を前記基板と前記第２の触媒層との間に形成する。
【００１２】
第１の集積回路装置には、基板と、前記基板の上方に形成された第１のグラファイト層と、が設けられている。前記第１のグラファイト上に触媒層が形成されている。前記触媒層上にカーボンナノチューブ部が形成されている。また、前記カーボンナノチューブ部上に第２のグラファイト層が形成されている。
【００１３】
第２の集積回路装置には、基板と、前記基板の上方に形成され、開口部を含む絶縁膜と、前記開口部内に形成された導電材と、が設けられている。そして、前記導電材には、第１のグラファイト層と、前記第１のグラファイト層上に形成された触媒層と、前記触媒層上に形成されたカーボンナノチューブ部と、前記カーボンナノチューブ部上に形成された第２のグラファイト層と、が設けられている。
【発明の効果】
【００１４】
これらの製造方法等によれば、触媒層の下方にグラファイト層が位置するので、絶縁体上にもグラファイト層を容易に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（基本原理）
先ず、炭素構造体（カーボンナノチューブ及び複数のグラフェンが積層して構成されたグラファイト）の成長態様について説明する。
【００１６】
図１は、グラファイトの成長態様の例を示す図である。この例では、図１（ａ）に示すように、絶縁基板１上に触媒層２（第１の触媒層）を形成し、その上にサポート層３（第２の触媒層）を形成しておく。触媒層２としては、厚さが３．６ｎｍ程度のコバルト（Ｃｏ）層を形成し、サポート層としては、厚さが５ｎｍ程度のチタンナイトライド（ＴｉＮ）層を形成する。これらは、例えばスパッタリング法により形成する。
【００１７】
次いで、低真空の真空槽中において、原料ガスとして、アセチレンの濃度が１０体積％のアセチレン（Ｃ2Ｈ2）／アルゴン（Ａｒ）の混合ガス（総圧：１ｋＰａ）を、更にアルゴンで５体積％程度に希釈したものを用いて、熱化学気相成長（熱ＣＶＤ）処理を行う。このときの加熱温度は、例えば４５０℃とする。この結果、触媒層２が絶縁基板１及びサポート層３に挟み込まれているが、カーボン原料はサポート層３を透過して触媒層２まで到達するので、図１（ｂ）に示すように、グラファイト１１が絶縁基板１と触媒層２との間に成長する。従来のグラファイトの作製方法では、図２（ａ）に示すように、絶縁基板２０１上に触媒層２０２を形成し、その後、図２（ｂ）に示すように、触媒層の上部にグラファイト層２０３を析出させている。このため、図１に示すような構造は得られない。
【００１８】
このような処理の結果、絶縁基板１と接するグラファイト１１が得られる。更に、塩酸等の酸処理を行うことにより、図１（ｃ）に示すように、触媒層２及びサポート層３を除去して、絶縁基板１及びグラファイト１１のみを残存させることも可能である。
【００１９】
このようなグラファイト１１の成長は、絶縁基板１に代えて、層間絶縁膜等の絶縁膜を用いた場合も可能である。そして、このような構造を配線に用いれば、金属配線で生じるマイグレーションは生じず、高い信頼性を得ることができる。また、このような構造をトランジスタのチャネルに用いることも可能である。
【００２０】
図３は、グラファイト及びカーボンナノチューブの成長態様の他の例を示す図である。この例では、図３（ａ）に示すように、絶縁基板１上に触媒層２を形成し、その上にサポート層３を形成し、更に触媒層４（第３の触媒層）を形成しておく。触媒層２及び４としては、厚さが３．６ｎｍ程度のコバルト層を形成し、サポート層としては、厚さが５ｎｍ程度のチタンナイトライド層を形成する。つまり、図１に示す例に、触媒層２と同等の厚さの触媒層４を付加している。触媒層４も、例えばスパッタリング法により形成する。
【００２１】
次いで、低真空の真空槽中において、図１に示す例と同様の熱ＣＶＤ処理を行う。この結果、先ず、図３（ｂ）に示すように、触媒層４上にグラファイト１２が成長すると共に、触媒層４に微粒子化が生じる。同時に、図３（ｃ）に示すように、微粒子化した触媒層４から下方に向けてカーボンナノチューブ１３が成長し始める。カーボンナノチューブ１３が成長すると、微粒子化した触媒層４はグラファイト１２とカーボンナノチューブ１３の間に取り込まれる。触媒層４はグラファイトに完全に覆われる。そして、カーボンナノチューブ１３が成長すると、その隙間からカーボン原料がサポート層３を透過して触媒層２まで到達するようになるので、図３（ｄ）に示すように、グラファイト１１が絶縁基板１と触媒層２との間に成長する。この透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真を図４に示す。
【００２２】
このような処理の結果、絶縁基板１と接するグラファイト１１の他に、サポート層３から上方に延びるカーボンナノチューブ１３、及びカーボンナノチューブ１３の先端に位置するグラファイト１２が得られる。
【００２３】
このようなグラファイト１２、カーボンナノチューブ１３及びグラファイト１１の成長は、絶縁基板１に代えて、層間絶縁膜等の絶縁膜を用いた場合も可能である。そして、このような構造を縦方向配線に用いれば、その上下に位置する横方向配線との接続が良好な配線構造を得ることができる。
【００２４】
また、グラファイト１１の成長後に塩酸等の酸処理を行えば、触媒層２及びサポート層３と共にカーボンナノチューブ１３及びグラファイト１２が除去される。カーボンナノチューブ１３及びグラファイト１２は、大気中又は酸素雰囲気中での４５０から６００℃程度の加熱や酸素プラズマ処理により、別途除去することも可能である。このため、図１（ｃ）に示すように、絶縁基板１及びグラファイト１１のみを残存させることも可能である。
【００２５】
図５は、グラファイトの成長態様の他の例を示す図である。この例では、図５（ａ）に示すように、絶縁基板１上に触媒層２を形成し、その上にサポート層３を形成し、更に触媒層４を形成しておく。触媒層２及び４としては、厚さが４．３ｎｍ程度のコバルト層を形成し、サポート層としては、厚さが２．５ｎｍ程度のチタンナイトライド層を形成する。つまり、図３に示す例と比較すると、触媒層２及び４が厚く、サポート層３が薄い。
【００２６】
次いで、低真空の真空槽中において、図１に示す例と同様の熱ＣＶＤ処理を行う。この例では、図３に示す例よりも触媒層４が厚いため、触媒層４の微粒子化が生じにくく、カーボンナノチューブ１３が成長することなくグラファイト１２が触媒層４上に成長する。また、サポート層３が薄いため、僅かに生じる触媒層４の微粒子化に伴ってカーボン原料が触媒層２まで到達する。このため、図３に示す例と同様に、グラファイト１１が絶縁基板１と触媒層２との間に成長する。この透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真を図６に示す。
【００２７】
このような処理の結果、２つのグラファイト１１及び１２とこれらの間に挟み込まれた金属層（触媒層２、サポート層３及び触媒層４）とを備えた構造が得られる。
【００２８】
このようなグラファイト１１及び１２の成長は、絶縁基板１に代えて、層間絶縁膜等の絶縁膜を用いた場合も可能である。このような構造を配線に用いれば、金属層がグラファイト１１及び１２に覆われているので、金属層におけるマイグレーションは生じにくく、高い信頼性を得ることができる。
【００２９】
以下に、これらの炭素構造体の成長の性質を利用した半導体装置等の集積回路装置に関する実施形態について説明する。
【００３０】
（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態について説明する。図７Ａ乃至図７Ｐは、第１の実施形態に係る集積回路装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【００３１】
第１の実施形態では、図７Ａに示すように、基板の上方に、層間絶縁膜２１に導電性のプラグ２２が埋め込まれた構造を形成し、その後、これらを覆う絶縁膜２３を形成する。プラグ２２は、タングステンプラグ等の金属プラグであってもよく、後述のカーボンナノチューブを用いたプラグであってもよい。絶縁膜２３は、例えばスピンコーティング法又はＣＶＤ法により形成し、その厚さは例えば２０ｎｍ〜５０ｎｍ程度とする。また、層間絶縁膜２１及び絶縁膜２３の材料としては、ナノクラスタリングシリカ（ＮＣＳ）等の低誘電率材料又はＳｉＯＣ等が挙げられる。次いで、絶縁膜２３上に、横方向配線を形成する予定の領域を露出するレジストパターン１０１を形成する。なお、層間絶縁膜２１の形成の前には、基板上に半導体素子等の集積回路を構成する素子等を形成しておく。
【００３２】
その後、レジストパターン１０１をマスクとして用いて絶縁膜２３のエッチングを行うことにより、図７Ｂに示すように、横方向配線を形成する予定の領域に開口部２３ａを形成する。このエッチングでは、フッ化水素酸を用いたウェットエッチング、又は四フッ化メタン（ＣＦ4）ガス等を用いたドライエッチング等を行う。続いて、基板の表面側の全面に積層触媒層２４を形成する。積層触媒層２４としては、例えば図５（ａ）に示す触媒層２、サポート層３及び触媒層４の積層体を形成する。つまり、例えば、厚さが４．３ｎｍのコバルト層（触媒層２）、厚さが２．５ｎｍのチタンナイトライド層（サポート層３）、厚さが４．３ｎｍのコバルト層（触媒層４）をこの順で形成する。これらの層は、例えばＤＣプラズマスパッタリング法又はＲＦプラズマスパッタリング法により堆積させることができる。
【００３３】
次いで、図７Ｃに示すように、レジストパターン１０１を除去する。この結果、レジストパターン１０１上の積層触媒層２４も除去される。つまり、リフトオフ法により、開口部２３ａ内にのみ積層触媒層２４が残存する。
【００３４】
その後、低真空の真空槽中において、原料ガスとして、アセチレンの濃度が１０体積％のアセチレン／アルゴンの混合ガス（総圧：１ｋＰａ）を、更にアルゴンで５体積％程度に希釈したものを用いて、熱ＣＶＤ処理を行う。このときの加熱温度は、例えば４５０℃とする。この結果、図５に示す例に倣ってグラファイトが成長し、図７Ｄに示すように、グラファイト層５２が積層触媒層２４の上方に形成され、グラファイト層５１が積層触媒層２４の下方に形成される。そして、グラファイト層５１の上面が絶縁膜２３の上面と揃ったところで熱ＣＶＤ処理を停止する。グラファイト層５１及び５２の厚さは、例えば１５ｎｍ程度となる。このようにして横方向配線が形成される。
【００３５】
続いて、図７Ｅに示すように、基板の表面側の全面に層間絶縁膜２５を形成する。層間絶縁膜２５の材料としては、ＮＣＳ等の低誘電率材料又はＳｉＯＣ等が挙げられる。層間絶縁膜２５の厚さは例えば２００ｎｍ〜５００ｎｍ程度とする。次いで、層間絶縁膜２５上に、縦方向配線を形成する予定の領域を露出するレジストパターン１０２を形成する。
【００３６】
その後、開口部２３ａの形成時と同様の方法により、レジストパターン１０２をマスクとして用いて層間絶縁膜２５のエッチングを行うことにより、図７Ｆに示すように、縦方向配線を形成する予定の領域に開口部２５ａを形成する。続いて、基板の表面側の全面に積層触媒層２６を形成する。積層触媒層２６としては、例えば図３（ａ）に示す触媒層２、サポート層３及び触媒層４の積層体を形成する。つまり、例えば、厚さが３．６ｎｍのコバルト層（触媒層２）、厚さが５ｎｍのチタンナイトライド層（サポート層３）、厚さが３．６ｎｍのコバルト層（触媒層４）をこの順で形成する。
【００３７】
次いで、図７Ｇに示すように、レジストパターン１０２を除去する。この結果、レジストパターン１０２上の積層触媒層２６も除去される。つまり、リフトオフ法により、開口部２５ａ内にのみ積層触媒層２６が残存する。
【００３８】
その後、低真空の真空槽中において、原料ガスとして、アセチレンの濃度が１０体積％のアセチレン／アルゴンの混合ガス（総圧：１ｋＰａ）を、更にアルゴンで５体積％程度に希釈したものを用いて、熱ＣＶＤ処理を行う。このときの加熱温度は、例えば４５０℃とする。この結果、図３に示す例に倣ってグラファイト及びカーボンナノチューブが成長し、図７Ｈに示すように、グラファイト層５４が積層触媒層２６の上方に形成され、グラファイト層５４と積層触媒層２６との間にカーボンナノチューブ部５５が形成され、グラファイト層５３が積層触媒層２４の下方に形成される。そして、グラファイト層５４の上面が層間絶縁膜２５の上面と揃ったところで熱ＣＶＤ処理を停止する。例えば、グラファイト層５３の厚さは１０ｎｍ程度、カーボンナノチューブ部５５の高さは３００ｎｍ程度、グラファイト層５４の厚さは１５ｎｍ程度となる。なお、積層触媒層２４のうちの上側の触媒層４はグラファイト層５４に取り込まれる。このようにして縦方向配線が形成される。このような縦方向配線をプラグ２２に用いてもよい。
【００３９】
続いて、図７Ｉに示すように、基板の表面側の全面に、例えばスピンコーティング法又はＣＶＤ法により、厚さが２０ｎｍ〜５０ｎｍ程度の絶縁膜３３を形成する。絶縁膜２３の材料としては、ＮＣＳ等の低誘電率材料又はＳｉＯＣ等が挙げられる。
【００４０】
次いで、図７Ｊに示すように、絶縁膜３３上に、横方向配線を形成する予定の領域を露出するレジストパターン１０３を形成する。
【００４１】
その後、開口部２３ａの形成時と同様の方法により、レジストパターン１０３をマスクとして用いて絶縁膜３３のエッチングを行うことにより、図７Ｋに示すように、横方向配線を形成する予定の領域に開口部３３ａを形成する。続いて、基板の表面側の全面に積層触媒層３４を形成する。積層触媒層３４としては、例えば図５（ａ）に示す触媒層２、サポート層３及び触媒層４の積層体を形成する。つまり、例えば、厚さが４．３ｎｍのコバルト層（触媒層２）、厚さが２．５ｎｍのチタンナイトライド層（サポート層３）、厚さが４．３ｎｍのコバルト層（触媒層４）をこの順で形成する。
【００４２】
次いで、図７Ｌに示すように、レジストパターン１０３を除去する。この結果、レジストパターン１０３上の積層触媒層３４も除去される。つまり、リフトオフ法により、開口部３３ａ内にのみ積層触媒層３４が残存する。
【００４３】
その後、低真空の真空槽中において、原料ガスとして、アセチレンの濃度が１０体積％のアセチレン／アルゴンの混合ガス（総圧：１ｋＰａ）を、更にアルゴンで５体積％程度に希釈したものを用いて、熱ＣＶＤ処理を行う。このときの加熱温度は、例えば４５０℃とする。この結果、図５に示す例に倣ってグラファイトが成長し、図７Ｍに示すように、グラファイト層５７が積層触媒層３４の上方に形成され、グラファイト層５６が積層触媒層３４の下方に形成される。そして、グラファイト層５７の上面が絶縁膜３３の上面と揃ったところで熱ＣＶＤ処理を停止する。グラファイト層５６及び５７の厚さは、例えば１５ｎｍ程度となる。このようにして横方向配線が形成される。
【００４４】
続いて、図７Ｎに示すように、基板の表面側の全面に層間絶縁膜３５を形成する。層間絶縁膜３５の材料としては、ＮＣＳ等の低誘電率材料又はＳｉＯＣ等が挙げられる。層間絶縁膜３５の厚さは２００ｎｍ〜５００ｎｍ程度とする。
【００４５】
次いで、図７Ｏに示すように、開口部２５ａ内への縦方向配線の形成時と同様にして、層間絶縁膜３５に開口部３５ａを形成し、更に、積層触媒層３６、グラファイト層５９、カーボンナノチューブ部６０及びグラファイト層５８を形成する。
【００４６】
その後、図７Ｐに示すように、絶縁膜２３と同様にして絶縁膜４３を形成し、積層触媒層２４と同様にして積層触媒層４４を形成し、グラファイト層５１及び５２と同様にグラファイト層６１及び６２を形成する。更に、層間絶縁膜２５と同様に層間絶縁膜４５を形成する。その後、同様の処理を繰り返して多層配線を形成し、集積回路装置を完成させる。
【００４７】
このような第１の実施形態によれば、横方向配線内の積層触媒層（積層触媒層２４、３４、４４等）とその上下に位置する層間絶縁膜との間にはグラファイト層が介在している。このため、通電時においても積層触媒層に含まれる金属原子のマイグレーション（拡散）が極めて生じにくい。また、積層触媒層も横方向配線の一部として機能する。
【００４８】
また、縦方向配線の最下部に位置するグラファイト層（グラファイト層５３及び５８等）は、その直下に位置する横方向配線の最上部に位置するグラファイト層（グラファイト層５２、５７等）と直接接触する。このため、これらの間の接触抵抗が極めて低いものとなる。
【００４９】
なお、積層触媒層（触媒層及びサポート層）を形成する方法は特に限定されない。例えば、上記のＤＣプラズマスパッタリング法又はＲＦプラズマスパッタリング法の他に、電子ビーム蒸着法、ＣＶＤ法、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、有機金属ＣＶＤ法（ＭＯＣＶＤ）法、超臨界流体による薄膜形成法又は原子層堆積法（ＡＬＤ法）等により形成してもよい。
【００５０】
また、グラファイト層及びカーボンナノチューブ部を形成する方法も特に限定されない。例えば、上記の熱ＣＶＤ法の他に、ホットフィラメントＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法又はリモートプラズマＣＶＤ法等により形成してもよい。
【００５１】
また、触媒層及びサポート層の材料も特に限定されない。触媒層の材料としては、ニッケル、鉄、白金、銀及び金が挙げられる。また、これらの少なくとも１種類を含む合金を用いてもよい。サポート層の材料としては、それ単独ではカーボンナノチューブの触媒として機能しないものを用いることができ、チタン、チタンシリサイド、酸化チタン、タンタル、酸化タンタル、タンタルナイトライド、ジルコニウム、酸化ジルコニウム、ハフニウム、酸化ハフニウム、バナジウム、酸化バナジウム、ニオブ、酸化ニオブ、アルミニウム、酸化アルミニウム、シリコンナイトライド及びモリブデンが挙げられる。また、これらの少なくとも１種類を含む合金、窒化物、シリサイド又は酸化物を用いてもよい。
【００５２】
また、縦方向配線の形成用の積層触媒層（積層触媒層２６、３６等）に関し、サポート層の厚さは０．５ｎｍ〜２０ｎｍであることが好ましく、触媒層の厚さは１ｎｍ〜５０ｎｍであることが好ましい。また、横方向配線の形成用の積層触媒層（積層触媒層２４、３４、４４等）に関しては、サポート層の厚さは０．５ｎｍ〜２０ｎｍであることが好ましく、触媒層の厚さは２ｎｍ〜５０ｎｍであることが好ましい。
【００５３】
なお、横方向配線をより厚くするためには、横方向配線の形成用の積層触媒層（積層触媒層２４、３４、４４等）を厚くすればよい。グラファイト厚さは触媒厚さに比例するからである。例えば、基板直上の触媒層にコバルトを用いた場合、触媒厚み３．６ｎｍ及び４．３ｎｍに対して、それぞれ１０ｎｍ及び１５ｎｍのグラファイト膜厚を得ることが可能となる。また、横方向配線自体を繰り返し形成して積層化してもよい。この場合、横方向配線を形成する開口部を有する絶縁膜を予め厚く形成しておいてもよく、また、横方向配線の形成の度に、絶縁膜の形成及びパターニングを繰り返してもよい。
【００５４】
また、全ての配線を形成した後に、絶縁膜（層間絶縁膜を含む）を除去して、エアギャップ配線構造としてもよい。
【００５５】
また、第１の実施形態では、絶縁膜に開口部を形成した後にリフトオフにより積層触媒層を形成しているが、絶縁膜を形成せずに積層触媒層を全面に形成し、これを縦方向配線又は横方向配線を形成する予定の領域に残すようにパターニングしてもよい。この場合、縦方向配線又は横方向配線を形成した後に、層間絶縁膜等を形成すればよい。
【００５６】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。図８Ａ乃至図８Ｈは、第２の実施形態に係る集積回路装置の製造方法を工程順に示す断面図である。第１の実施形態は配線の形成に関するものであるが、第２の実施形態は電界効果トランジスタの形成に関するものである。
【００５７】
第２の実施形態では、図８Ａに示すように、絶縁基板７１上に、チャネルを形成する予定の領域を露出するレジストパターン１０４を形成し、その後、図８Ｂに示すように、絶縁基板７１の表面側の全面に積層触媒層７２を形成する。なお、チャネルを形成する予定の領域の幅は、例えば数ｎｍ〜数十ｎｍ程度とする。より具体的には、チャネルの形成予定領域は、例えば、幅が１０ｎｍ程度、長さが１μｍ程度の領域である。なお、フォトリソグラフィでのパターニングが困難な場合には、電子露光又は放射光露光等を行ってもよい。また、積層触媒層７２としては、例えば図３（ａ）に示す触媒層２、サポート層３及び触媒層４の積層体を形成する。つまり、例えば、厚さが３．６ｎｍのコバルト層（触媒層２）、厚さが５ｎｍのチタンナイトライド層（サポート層３）、厚さが３．６ｎｍのコバルト層（触媒層４）をこの順で形成する。
【００５８】
次いで、図８Ｃに示すように、レジストパターン１０４を除去する。この結果、レジストパターン１０４上の積層触媒層７２も除去される。つまり、リフトオフ法により、チャネルの形成予定領域にのみ積層触媒層７２が残存する。なお、リフトオフ法を採用せずに、チャネルの形成予定領域をレジストパターンで覆い、アルゴンイオンミリング等により露出している部分を除去して、積層触媒層７２をチャネルの形成予定領域のみに残存させてもよい。
【００５９】
その後、第１の実施形態と同様に、原料ガスとして、アセチレンの濃度が１０体積％のアセチレン／アルゴンの混合ガス（総圧：１ｋＰａ）を、更にアルゴンで５体積％程度に希釈したものを用いた熱ＣＶＤ処理を行う。この結果、図３に示す例に倣ってグラファイト及びカーボンナノチューブが成長し、図８Ｄに示すように、グラファイト層６４が積層触媒層７２の上方に形成され、グラファイト層６４と積層触媒層７２との間にカーボンナノチューブ部６５が形成され、グラファイト層６３が積層触媒層７２の下方に形成される。なお、積層触媒層７２のうちの上側の触媒層４はグラファイト層６４に取り込まれる。
【００６０】
続いて、図８Ｅに示すように、酸素プラズマ処理によりグラファイト層６４及びカーボンナノチューブ部６５を除去する。なお、酸素雰囲気中又は大気中での４５０℃〜６００℃程度での加熱等を行っても、グラファイト層６４及びカーボンナノチューブ部６５を除去することが可能である。
【００６１】
次いで、塩酸又は硫酸等の酸を用いた化学処理することにより、図８Ｆに示すように、積層触媒層７２を除去する。この結果、チャネルを形成する予定の領域にグラファイト層６３が残存することとなる。
【００６２】
その後、フォトリソグラフィ技術を用いて、図８Ｇに示すように、グラファイト層６３を間に挟むソース電極７３ｓ及びドレイン電極７３ｄを形成する。ソース電極７３ｓ及びドレイン電極７３ｄの形成では、例えば、チタン（Ｔｉ）膜、白金（Ｐｔ）膜及び金（Ａｕ）膜の積層体をリフトオフ法により形成する。この際のフォトレジストのパターニングでは、例えば、フォトグラフィ技術を用いるか、電子ビーム露光を行う。
【００６３】
続いて、フォトリソグラフィ技術を用いて、図８Ｈに示すように、グラファイト層６３上にゲート絶縁膜７４を形成し、ゲート絶縁膜７４上にゲート電極７５を形成する。ゲート絶縁膜７４としては、例えば、アルミニウム酸化膜又はハフニウム酸化膜を形成する。また、ゲート電極７５としては、ソース電極７３ｓ及びドレイン電極７３ｄと同様に、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜及びＡｕ膜の積層体を形成する。このようにして電界効果トランジスタを作製することができる。図８Ｈに示す電界効果トランジスタはトップゲート型であるが、埋め込みゲート型又はバックゲート型等としてもよい。
【００６４】
このような電界効果トランジスタでは、グラファイト層６３と接する導体はソース電極７３ｓ及びドレイン電極７３ｄのみであるため、グラファイト層６３がチャネルとして機能する。つまり、第２の実施形態によれば、シリコンを主材料とするＣＭＯＳプロセスと並行して、炭素材料をチャネルに用いた電界効果トランジスタを形成することができる。
【００６５】
なお、形成されたグラファイト層６３が厚すぎる場合には、ソース電極７３ｓ及びドレイン電極７３ｄを形成する前に、グラファイト層６３が露出した状態で弱い酸素プラズマ処理を行うことが好ましい。このような酸素プラズマ処理を行うことにより、グラファイト層６３を構成するグラフェンの層数が減少し、グラファイト層６３が薄くなるからである。同様の効果は大気中又は酸素雰囲気中での４５０から６００℃程度の加熱でも得ることができる。
【００６６】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。図９Ａ乃至図９Ｅは、第３の実施形態に係る集積回路装置の製造方法を工程順に示す断面図である。第３の実施形態も電界効果トランジスタの形成に関するものである。
【００６７】
第３の実施形態では、図９Ａに示すように、絶縁基板７１上に積層触媒層７２ａを形成する。積層触媒層７２ａとしては、例えば、厚さが５ｎｍのコバルト層（触媒層２）、厚さが５ｎｍのチタンナイトライド層（サポート層３）をこの順で形成する。
【００６８】
次いで、図９Ｂに示すように、Ａｒイオンミリング等による積層触媒層７２ａのパターニングを行うことにより、チャネルを形成する予定の領域に積層触媒層７２ａを残存させる。チャネルを形成する予定の領域は、例えば、幅が１０ｎｍ程度、長さが１μｍ程度の領域である。なお、第２の実施形態の積層触媒層７２の形成と同様に、リフトオフ法により積層触媒層７２ａをチャネルの形成予定領域のみに位置させてもよい。
【００６９】
その後、第１の実施形態と同様に、原料ガスとして、アセチレンの濃度が１０体積％のアセチレン／アルゴンの混合ガス（総圧：１ｋＰａ）を、更にアルゴンで５体積％程度に希釈したものを用いた熱ＣＶＤ処理を行う。この結果、図１に示す例に倣ってグラファイトが成長し、図９Ｃに示すように、グラファイト層６３が積層触媒層７２ａの下方に形成される。
【００７０】
続いて、塩酸又は硫酸等の酸を用いた化学処理することにより、図９Ｄに示すように、積層触媒層７２ａを除去する。この結果、チャネルを形成する予定の領域にグラファイト層６３が残存することとなる。
【００７１】
次いで、第２の実施形態と同様にして、ソース電極７３ｓ、ドレイン電極７３ｄ、ゲート絶縁膜７４及びゲート電極７５を形成する。このようにして電界効果トランジスタを作製することができる。
【００７２】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。図１０Ａ乃至図１０Ｈは、第４の実施形態に係る集積回路装置の製造方法を工程順に示す断面図である。第２及び第３の実施形態はチャネルにグラファイトを用いた電界効果トランジスタの形成に関するものであるが、第４の実施形態はソース電極及びドレイン電極にもグラファイトを用いた電界効果トランジスタの形成に関するものである。
【００７３】
第４の実施形態では、図１０Ａに示すように、絶縁基板８１上に積層触媒層８２を形成する。積層触媒層８２としては、例えば図３（ａ）に示す触媒層２、サポート層３及び触媒層４の積層体を形成する。つまり、例えば、厚さが３．６ｎｍのコバルト層（触媒層２）、厚さが５ｎｍのチタンナイトライド層（サポート層３）、厚さが３．６ｎｍのコバルト層（触媒層４）をこの順で形成する。
【００７４】
次いで、第１の実施形態と同様に、原料ガスとして、アセチレンの濃度が１０体積％のアセチレン／アルゴンの混合ガス（総圧：１ｋＰａ）を、更にアルゴンで５体積％程度に希釈したものを用いた熱ＣＶＤ処理を行う。この結果、図３に示す例に倣ってグラファイト及びカーボンナノチューブが成長し、図１０Ｂに示すように、グラファイト層６７が積層触媒層８２の上方に形成され、グラファイト層６７と積層触媒層８２との間にカーボンナノチューブ部６８が形成され、グラファイト層６６が積層触媒層８２の下方に形成される。なお、積層触媒層８２のうちの上側の触媒層４はグラファイト層６７に取り込まれる。
【００７５】
続いて、図１０Ｃに示すように、酸素プラズマ処理等によりグラファイト層６７及びカーボンナノチューブ部６８を除去する。更に、塩酸又は硫酸等の酸を用いた化学処理することにより、積層触媒層８２も除去する。この結果、絶縁基板８１上にグラファイト層６６が残存することとなる。
【００７６】
次いで、図１０Ｄに示すように、グラファイト層６６上に、チャネルを形成する予定の領域を露出するレジストパターン１０５を形成する。そして、グラファイト層６３がチャネルとして厚すぎる場合には、弱い酸素プラズマ処理を行う。
【００７７】
その後、図１０Ｅに示すように、絶縁基板７１の表面側の全面に絶縁膜８３を形成する。絶縁膜８３としては、例えば、ＴＥＯＳ（tetraethylorthosilicate）を用いたＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を形成してもよく、原子層堆積（ＡＬＤ）法によりアルミニウム酸化膜、ハフニウム酸化膜又はチタン酸化膜を形成してもよい。
【００７８】
続いて、図１０Ｆに示すように、絶縁膜８３上に積層触媒層８４を形成する。積層触媒層８４としては、例えば図３（ａ）に示す触媒層２、サポート層３及び触媒層４の積層体を形成する。つまり、例えば、厚さが３．６ｎｍのコバルト層（触媒層２）、厚さが５ｎｍのチタンナイトライド層（サポート層３）、厚さが３．６ｎｍのコバルト層（触媒層４）をこの順で形成する。
【００７９】
次いで、図１０Ｇに示すように、レジストパターン１０５を除去する。この結果、レジストパターン１０５上の絶縁膜８３及び積層触媒層８４も除去される。つまり、リフトオフ法により、チャネルの形成予定領域にのみ絶縁膜８３及び積層触媒層８４が残存する。
【００８０】
その後、第１の実施形態と同様に、原料ガスとして、アセチレンの濃度が１０体積％のアセチレン／アルゴンの混合ガス（総圧：１ｋＰａ）を、更にアルゴンで５体積％程度に希釈したものを用いた熱ＣＶＤ処理を行う。この結果、図３に示す例に倣ってグラファイト及びカーボンナノチューブが成長し、図１０Ｈに示すように、グラファイト層８６が積層触媒層８４の上方に形成され、グラファイト層８６と積層触媒層８４との間にカーボンナノチューブ部８７が形成され、グラファイト層８５が積層触媒層８４の下方に形成される。なお、積層触媒層８４のうちの上側の触媒層４はグラファイト層８６に取り込まれる。
【００８１】
続いて、グラファイト層８６及びカーボンナノチューブ部８７等の周囲に層間絶縁膜８８を形成する。このようにして電界効果トランジスタを作製することができる。
【００８２】
このような電界効果トランジスタでは、グラファイト層６６の絶縁膜８３の下の部分がチャネルとして機能し、その両側の部分がソース電極、ドレイン電極及び横方向配線として機能する。また、絶縁膜８３がゲート絶縁膜として機能し、その上のグラファイト層８５、積層触媒層８４、カーボンナノチューブ部８７及びグラファイト層８６がゲート電極及び縦方向配線として機能する。この結果、金属材料の使用量を低減することが可能となる。そして、微細化に伴って電流密度が高くなった場合でも、炭素材料からなる配線は断線が生じにくいため、金属配線を用いたものと比較して高い信頼性を得ることができる。
【００８３】
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。図１１Ａ乃至図１１Ｅは、第５の実施形態に係る集積回路装置の製造方法を工程順に示す断面図である。第２〜第４の実施形態では、チャネルの形成後にゲート絶縁膜を形成しているが、第５の実施形態では、サポート層をゲート絶縁膜として利用する。
【００８４】
第５の実施形態では、図１１Ａに示すように、絶縁基板７１のチャネルの形成予定領域上に触媒層９２、絶縁体からなるサポート層９３及び触媒層９４からなる積層触媒層を形成する。この積層触媒層は、例えば第２の実施形態における積層触媒層７２と同様の方法により形成することができる。例えば、触媒層９２としては厚さが３．６ｎｍのコバルト層を形成し、サポート層９３としては厚さが０．５ｎｍ乃至２０ｎｍのチタン酸化膜を形成し、触媒層９４としては厚さが３．６ｎｍのコバルト層を形成する。このように、第５の実施形態では、サポート層９３として絶縁層を形成する。
【００８５】
その後、第１の実施形態と同様に、原料ガスとして、アセチレンの濃度が１０体積％のアセチレン／アルゴンの混合ガス（総圧：１ｋＰａ）を、更にアルゴンで５体積％程度に希釈したものを用いた熱ＣＶＤ処理を行う。この結果、図３に示す例に倣ってグラファイト及びカーボンナノチューブが成長し、図１１Ｂに示すように、グラファイト層９６がサポート層９３の上方に形成され、グラファイト層９６とサポート層９３との間にカーボンナノチューブ部９７が形成され、グラファイト層９５が触媒層９２の下方に形成される。なお、触媒層９４はカーボンナノチューブ部９７が形成される過程で微粒子化しグラファイト層９６とカーボンナノチューブ部９７の間の領域に取り込まれる。
【００８６】
続いて、フォトリソグラフィ技術を用いて、図１１Ｃに示すように、グラファイト層９５を間に挟むソース電極９８ｓ及びドレイン電極９８ｄを形成する。ソース電極９８ｓ及びドレイン電極９８ｄの形成では、例えば、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜及びＡｕ膜をこの順で形成し、これらのパターニングを行う。このパターニングでは、例えば、フォトグラフィ技術を用いるか、電子ビーム露光を行う。
【００８７】
次いで、集束イオンビーム（ＦＩＢ）を用いた加工を行うことにより、図１１Ｄに示すように、グラファイト層９６、カーボンナノチューブ部９７、サポート層９３及び触媒層９４を細らせる。なお、この加工の方法は特に限定されない。ソース電極９８ｓ及びドレイン電極９８ｄの表面にはＡｕ膜が位置しているため、強酸を用いたエッチングも可能である。
【００８８】
その後、図１１Ｅに示すように、グラファイト層９６、カーボンナノチューブ部９７、サポート層９３及び触媒層９４の周囲に、グラファイト層９６を露出する層間絶縁膜９９を形成する。そして、層間絶縁膜９９上にグラファイト層９６と接続されるゲート電極１００を、ソース電極９８ｓ及びドレイン電極９８ｄと同様にして形成する。ゲート電極１００の幅は５０ｎｍ程度とし、長さは１μｍ程度とする。このようにして、サポート層９３をゲート絶縁膜とする電界効果トランジスタを作製することができる。
【００８９】
なお、第２〜第５の実施形態で用いられる絶縁基板は、基板全体が絶縁体である必要はなく、半導体基板の表面に絶縁層が設けられたもの等であってもよい。
【００９０】
（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態について説明する。図１２Ａ乃至図１２Ｈは、第６の実施形態に係る集積回路装置の製造方法を工程順に示す断面図である。第１の実施形態では、横方向配線と縦方向配線とを互いに独立して形成する方向に関するものであるが、第６の実施形態では、これらを同時に形成する方法に関するものである。
【００９１】
第６の実施形態では、図１２Ａに示すように、第１の実施形態と同様に、基板の上方に、層間絶縁膜２１に導電性のプラグ２２が埋め込まれた構造を形成する。次いで、層間絶縁膜２１及びプラグ２２上に、横方向配線を形成する予定の領域及び縦方向配線を形成する予定の領域を露出するレジストパターン１０６を形成する。なお、横方向配線の形成予定領域及び縦方向配線の形成予定領域には、互いに重複する領域が存在するが、本実施形態の説明では、この重複領域を縦方向配線の形成予定領域として説明する。その後、基板の表面側の全面に触媒層２４ａ及びサポート層２４ｂを形成する。例えば、触媒層２４ａとしては厚さが４．３ｎｍのコバルト層を形成し、サポート層２４ｂとしては厚さが２．５ｎｍのチタンナイトライド層を形成する。
【００９２】
その後、図１２Ｂに示すように、レジストパターン１０６を除去する。この結果、レジストパターン１０６上の触媒層２４ａ及びサポート層２４ｂも除去される。つまり、リフトオフ法により、縦方向配線の形成予定領域及び横方向配線の形成予定領域にのみ触媒層２４ａ及びサポート層２４ｂが残存する。
【００９３】
続いて、図１２Ｃに示すように、基板の表面側に、縦方向配線の形成予定領域を露出するレジストパターン１０７を形成する。次いで、基板の表面側の全面にサポート層２４ｃ及び触媒層２４ｄを形成する。例えば、サポート層２４ｃとしては厚さが２．５ｎｍのチタンナイトライド層を形成し、触媒層２４ｄとしては厚さが３．６ｎｍのコバルト層を形成する。従って、縦方向配線の形成予定領域では、サポート層２４ｂ及び２４ｃの総厚が５ｎｍとなる。
【００９４】
その後、図１２Ｄに示すように、レジストパターン１０７を除去する。この結果、レジストパターン１０７上のサポート層２４ｃ及び触媒層２４ｄも除去される。つまり、リフトオフ法により、縦方向配線の形成予定領域にのみサポート層２４ｃ及び触媒層２４ｄが残存する。
【００９５】
続いて、図１２Ｅに示すように、基板の表面側に、横方向配線の形成予定領域を露出するレジストパターン１０８を形成する。このとき、触媒層２４ｄ上にもレジストパターン１０８を位置させる。次いで、基板の表面側の全面に触媒層２４ｅを形成する。例えば、触媒層２４ｅとしては厚さが４．３ｎｍのコバルト層を形成する。
【００９６】
その後、図１２Ｆに示すように、レジストパターン１０８を除去する。この結果、レジストパターン１０８７上の触媒層２４ｅも除去される。つまり、リフトオフ法により、横方向配線の形成予定領域に触媒層２４ｅが残存する。
【００９７】
その後、第１の実施形態と同様に、原料ガスとして、アセチレンの濃度が１０体積％のアセチレン／アルゴンの混合ガス（総圧：１ｋＰａ）を、更にアルゴンで５体積％程度に希釈したものを用いた熱ＣＶＤ処理を行う。この結果、縦方向配線の形成予定領域では、図３に示す例に倣ってグラファイト及びカーボンナノチューブが成長し、図１２Ｇに示すように、グラファイト層５４がサポート層（サポート層２４ｂ及び２４ｃ）の上方に形成され、グラファイト層５４とサポート層（サポート層２４ｂ及び２４ｃ）との間にカーボンナノチューブ部５５が形成される。なお、触媒層２４ｄはグラファイト層５４に取り込まれる。また、横方向配線の形成予定領域では、図５に示す例に倣ってグラファイトが成長し、図１２Ｇに示すように、グラファイト層５２がサポート層２４ｂの上方に形成される。また、横方向配線の形成予定領域及び縦方向配線の形成予定において、グラファイト層５１が触媒層２４ａの下方に形成される。このようにして縦方向配線及び横方向配線が同時に形成される。第１の実施形態と同様に、このような縦方向配線をプラグ２２に用いてもよい。
【００９８】
続いて、図１２Ｈに示すように、基板の表面側の全面に層間絶縁膜２５を形成する。その後、同様の処理を繰り返して多層配線を形成し、集積回路装置を完成させる。
【００９９】
このような第６の実施形態によれば、第１の実施形態よりも少ない工程で同様の構造を得ることができる。また、横方向配線と縦方向配線との間の導通の信頼性をより向上させることができる。
【０１００】
なお、縦方向配線の形成予定領域及び横方向配線の形成予定領域の間で、積層触媒層を個別に形成してもよい。積層触媒層を個別に形成することにより、レジストパターンの数を減らすことが可能となる。この場合、縦方向配線の形成予定領域及び横方向配線の形成予定領域の間で、触媒層２４ａの構造上の連続性が、触媒層２４ａを一括して形成する場合よりも劣る可能性もあるが、炭素原料の供給の際の加熱により、触媒層２４ａを構成する金属原子の熱的な拡散及び緩和等により所望の連続性を確保することは可能である。
【０１０１】
また、第１、第６の実施形態において、配線又はビアの材料として銅（Ｃｕ）を用いる場合には、その周囲にバリアメタル膜を設けることが好ましい。例えば、図１３に示すように、配線としてＣｕ膜１１３が絶縁膜１１１に埋め込まれた構造を採用する場合には、Ｃｕ膜１１３の形成前に、その下方及び側方にバリアメタル膜１１２を形成しておき、Ｃｕ膜１１３の形成後に、その上方にバリアメタル膜１１４を形成することが好ましい。これは、Ｃｕの拡散を防止し、接触抵抗を低減するためである。バリアメタル膜１１２及び１１４の材料としては、例えば、タンタル、タンタルナイトライド、チタン及びチタンナイトライドが挙げられ、これらの材料からなる膜の積層体を用いることが好ましい。この場合、積層体の厚さは０．５ｎｍ〜５０ｎｍ程度とし、特に１ｎｍ〜３０ｎｍ程度とすることが好ましい。また、触媒層としてバリアメタル膜として機能し得るものを用いる場合には、バリアメタル膜１１４の形成を省略してもよい。
【０１０２】
（第７の実施形態）
次に、第７の実施形態について説明する。図１４Ａ乃至図１４Ｃは、第７の実施形態に係る集積回路装置の製造方法を工程順に示す断面図である。第１及び第６の実施形態では、縦方向配線にカーボンナノチューブを用いているが、第７の実施形態では、縦方向配線にグラファイトを用いる。
【０１０３】
第７の実施形態では、図１４Ａに示すように、基板の上方に絶縁膜１２１を形成し、この絶縁膜１２１上にグラファイト層１２２を横方向配線として形成する。絶縁膜１２１の形成では、塗布及び平坦化等を行う。グラファイト層１２２の形成は、例えば図１に示す例に倣って行う。次いで、グラファイト層１２２上に絶縁膜１２３を形成し、絶縁膜１２３に側面が傾斜した開口部１２３ａを形成する。
【０１０４】
その後、図１４Ｂに示すように、基板の表面側の全面に積層触媒層１２４を形成する。積層触媒層１２４としては、触媒層及びその上のサポート層からなるものを形成する。続いて、第１の実施形態と同様に、原料ガスとして、アセチレンの濃度が１０体積％のアセチレン／アルゴンの混合ガス（総圧：１ｋＰａ）を、更にアルゴンで５体積％程度に希釈したものを用いた熱ＣＶＤ処理を行う。この結果、図１に示す例に倣ってグラファイトが成長し、図１４Ｂに示すように、グラファイト層１２５が積層触媒層１２４の下方に形成される。
【０１０５】
次いで、図１４Ｃに示すように、絶縁膜１２１及び１２５を除去し、更に、積層触媒層１２４も除去する。その後、同様の処理を繰り返して多層配線を形成し、集積回路装置を完成させる。
【０１０６】
このような方法によれば、金属が存在しない多層配線を容易に形成することができる。つまり、第１の実施形態等のようにカーボンナノチューブ部を用いる場合には、積層触媒層が残存するが、本実施形態によれば、積層触媒層を除去することができるため、炭素材料を用いた場合の効果（信頼性の向上等）をより確実に得ることができる。また、１つの積層触媒層を用いて横方向配線及び縦方向配線を同時に形成するため、処理の内容もより簡素なものとすることができる。従って、高コストな平坦化（ＣＭＰ）処理の回数を低減して、コストを低減することも可能となる。なお、銅を用いた場合の電流密度耐性は１×１０6Ａ／ｃｍ2であり、本実施形態により得られる構造の電流密度耐性は１×１０7Ａ／ｃｍ2よりも高くなる。従って、電流密度耐性を１０倍以上向上させることができるといえる。
【０１０７】
なお、熱ＣＶＤ法によりグラファイト層を形成する場合には触媒が必要とされるが、光電子制御プラズマＣＶＤ法を採用する場合には触媒は不要である。従って、光電子制御プラズマＣＶＤ法がより好ましい。光電子制御プラズマＣＶＤ法では、紫外線励起による光電子放出を用いて直流放電プラズマを制御し、基板表面の極近傍にのみ高密度ラジカルを生成し、グラファイトを堆積する。特に、縦方向配線の開口部１２３ａに露出した下部配線からの光電子放出により、開口部を起点としたグラファイト成長が可能となる。これにより、下部配線と上部配線との良好な電気的接続が可能となる。
【０１０８】
そして、このような方法によれば、図１５に示すような構造の集積回路装置を得ることも可能である。この集積回路装置では、基板１３１上にＳｉ系材料を用いて構成されたトランジスタ１３２が形成され、そのソース及びドレインにカーボンナノチューブ部１３３が接続されている。そして、その上方に、グラファイト層１３４、１３５及び１３６を含む多層配線が形成されている。
【０１０９】
このような構造の集積回路装置では、配線の信頼性がより高く、また、容易に製造することが可能である。
【０１１０】
（第８の実施形態）
次に、第８の実施形態について説明する。図１６Ａ乃至１６Ｃは、第１６の実施形態に係るシート状放熱材の製造方法を工程順に示す断面図である。第８の実施形態では、グラファイト層及びナノチューブ部を含む放熱材を作製する。
【０１１１】
第８の実施形態では、先ず、図１６Ａに示すように、第４の実施形態と同様にして、グラファイト層６７、カーボンナノチューブ部６８及びグラファイト層６６を絶縁基板８１上に形成する。なお、第４の実施形態と同様に、積層触媒層８２として、例えば図３（ａ）に示す触媒層２、サポート層３及び触媒層４の積層体を形成する。つまり、例えば、厚さが３．６ｎｍのコバルト層（触媒層２）、厚さが５ｎｍのチタンナイトライド層（サポート層３）、厚さが３．６ｎｍのコバルト層（触媒層４）をこの順で形成する。これらの層は、例えばスパッタリング法により堆積させることができる。
【０１１２】
次いで、カーボンナノチューブ部６８の隙間、カーボンナノチューブ部６８と積層触媒層８２との間の隙間及びグラファイト層６７とカーボンナノチューブ６８との間の隙間等に樹脂を含浸させる。この結果、図１６Ｂに示すように、樹脂含有グラファイト層１６７、樹脂含有カーボンナノチューブ部１６８及び樹脂含有グラファイト層１６６が形成される。なお、樹脂としては、例えばシリコーン、アクリル、エポキシ等を用いることができるが、これらに限定されない。
【０１１３】
その後、樹脂含有グラファイト層１６６から上の積層体を絶縁基板８１から剥離する。この結果、図１６Ｃに示すように、シート状の放熱材が得られる。樹脂の含浸によって、積層体が一体化されているため、絶縁基板８１から容易に剥離することが可能である。なお、フッ化水素酸等による化学処理による剥離を行ってもよい。
【０１１４】
このようにして得られたシート状の放熱材では、その両面にグラファイト層６６及び６７が含まれているため、平面方向への放熱性が確保される。また、カーボンナノチューブ部６８が含まれているため、縦方向の放熱性も高い。
【０１１５】
なお、より高い放熱性を確保するためには、研磨又は加熱等により、先端のグラファイト部がシート部から析出していることが好ましい。
【０１１６】
また、３層構造の積層触媒層８２を繰り返し積層しておくことにより、図１６Ｂに示す３層構造の樹脂含有積層体を更に積層し長尺化させることも可能である。また、図１６Ａに示す３層構造の積層体を形成した後に、再度、積層触媒層８２の形成及びＣＶＤ成長を繰り返すことによっても、同様の積層構造を得ることも可能である。また、図５に示す構造の積層触媒層を用いてカーボンナノチューブ部を含まないシート状の放熱材を形成してもよい。
【０１１７】
また、図１７（ａ）に示すように、絶縁基板１５１上にグラファイト層１５２、カーボンナノチューブ部１５３、積層触媒層１５４及びグラファイト層１５５がこの順で形成された構造を集積回路装置に適用することも可能である。更に、図１７（ｂ）に示すように、積層触媒層１５４とグラファイト層１５５との間にカーボンナノチューブ部１５６が設けられた構造を集積回路装置に適用することも可能である。
【０１１８】
これらの実施形態に記載した集積回路装置及びシート状の放熱材は、例えば、無線・携帯電話基地局用ハイパワーアンプ、サーバ・パーソナルコンピュータ用半導体素子、車載ＩＣ、及び電気自動車モータ駆動用トランジスタ等に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】グラファイトの成長態様の例を示す図である。
【図２】従来のグラファイト成長態様の例を示す図である。
【図３】グラファイト及びカーボンナノチューブの成長態様の他の例を示す図である。
【図４】図３に示す処理で得られる構造の観察像を示す図である。
【図５】グラファイトの成長態様の他の例を示す図である。
【図６】図５に示す処理で得られる構造の観察像を示す図である。
【図７Ａ】第１の実施形態に係る集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図７Ｂ】図７Ａに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図７Ｃ】図７Ｂに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図７Ｄ】図７Ｃに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図７Ｅ】図７Ｄに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図７Ｆ】図７Ｅに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図７Ｇ】図７Ｆに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図７Ｈ】図７Ｇに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図７Ｉ】図７Ｈに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図７Ｊ】図７Ｉに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図７Ｋ】図７Ｊに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図７Ｌ】図７Ｋに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図７Ｍ】図７Ｌに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図７Ｎ】図７Ｍに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図７Ｏ】図７Ｎに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図７Ｐ】図７Ｏに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図８Ａ】第２の実施形態に係る集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図８Ｂ】図８Ａに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図８Ｃ】図８Ｂに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図８Ｄ】図８Ｃに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図８Ｅ】図８Ｄに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図８Ｆ】図８Ｅに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図８Ｇ】図８Ｆに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図８Ｈ】図８Ｇに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図９Ａ】第３の実施形態に係る集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図９Ｂ】図９Ａに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図９Ｃ】図９Ｂに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図９Ｄ】図９Ｃに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図９Ｅ】図９Ｄに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図１０Ａ】第４の実施形態に係る集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｂに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図１０Ｄ】図１０Ｃに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図１０Ｅ】図１０Ｄに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図１０Ｆ】図１０Ｅに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図１０Ｇ】図１０Ｆに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図１０Ｈ】図１０Ｇに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図１１Ａ】第５の実施形態に係る集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｂに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図１１Ｄ】図１１Ｃに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図１１Ｅ】図１１Ｄに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図１２Ａ】第６の実施形態に係る集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｂに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図１２Ｄ】図１２Ｃに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図１２Ｅ】図１２Ｄに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図１２Ｆ】図１２Ｅに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図１２Ｇ】図１２Ｆに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図１２Ｈ】図１２Ｇに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図１３】Ｃｕを配線に用いた例を示す断面図である。
【図１４Ａ】第７の実施形態に係る集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ａに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｂに引き続き、集積回路装置の製造方法を示す断面図である。
【図１５】第７の実施形態に係る方法により得ることが可能な構造の例を示す断面図である。
【図１６Ａ】第８の実施形態に係るシート状放熱材の製造方法を示す断面図である。
【図１６Ｂ】図１６Ａに引き続き、シート状放熱材の製造方法を示す断面図である。
【図１６Ｃ】図１６Ｂに引き続き、シート状放熱材の製造方法を示す断面図である。
【図１７】集積回路装置の他の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１２０】
１：絶縁基板
２：触媒層
３：サポート層
４：触媒層
１１：グラファイト
１２：グラファイト
１３：カーボンナノチューブ
【図１】
2010062333.tif 000003
【図２】
2010062333.tif 000004
【図３】
2010062333.tif 000005
【図４】
2010062333.tif 000006
【図５】
2010062333.tif 000007
【図６】
2010062333.tif 000008
【図７Ａ】
2010062333.tif 000009
【図７Ｂ】
2010062333.tif 000010
【図７Ｃ】
2010062333.tif 000011
【図７Ｄ】
2010062333.tif 000012
【図７Ｅ】
2010062333.tif 000013
【図７Ｆ】
2010062333.tif 000014
【図７Ｇ】
2010062333.tif 000015
【図７Ｈ】
2010062333.tif 000016
【図７Ｉ】
2010062333.tif 000017
【図７Ｊ】
2010062333.tif 000018
【図７Ｋ】
2010062333.tif 000019
【図７Ｌ】
2010062333.tif 000020
【図７Ｍ】
2010062333.tif 000021
【図７Ｎ】
2010062333.tif 000022
【図７Ｏ】
2010062333.tif 000023
【図７Ｐ】
2010062333.tif 000024
【図８Ａ】
2010062333.tif 000025
【図８Ｂ】
2010062333.tif 000026
【図８Ｃ】
2010062333.tif 000027
【図８Ｄ】
2010062333.tif 000028
【図８Ｅ】
2010062333.tif 000029
【図８Ｆ】
2010062333.tif 000030
【図８Ｇ】
2010062333.tif 000031
【図８Ｈ】
2010062333.tif 000032
【図９Ａ】
2010062333.tif 000033
【図９Ｂ】
2010062333.tif 000034
【図９Ｃ】
2010062333.tif 000035
【図９Ｄ】
2010062333.tif 000036
【図９Ｅ】
2010062333.tif 000037
【図１０Ａ】
2010062333.tif 000038
【図１０Ｂ】
2010062333.tif 000039
【図１０Ｃ】
2010062333.tif 000040
【図１０Ｄ】
2010062333.tif 000041
【図１０Ｅ】
2010062333.tif 000042
【図１０Ｆ】
2010062333.tif 000043
【図１０Ｇ】
2010062333.tif 000044
【図１０Ｈ】
2010062333.tif 000045
【図１１Ａ】
2010062333.tif 000046
【図１１Ｂ】
2010062333.tif 000047
【図１１Ｃ】
2010062333.tif 000048
【図１１Ｄ】
2010062333.tif 000049
【図１１Ｅ】
2010062333.tif 000050
【図１２Ａ】
2010062333.tif 000051
【図１２Ｂ】
2010062333.tif 000052
【図１２Ｃ】
2010062333.tif 000053
【図１２Ｄ】
2010062333.tif 000054
【図１２Ｅ】
2010062333.tif 000055
【図１２Ｆ】
2010062333.tif 000056
【図１２Ｇ】
2010062333.tif 000057
【図１２Ｈ】
2010062333.tif 000058
【図１３】
2010062333.tif 000059
【図１４Ａ】
2010062333.tif 000060
【図１４Ｂ】
2010062333.tif 000061
【図１４Ｃ】
2010062333.tif 000062
【図１５】
2010062333.tif 000063
【図１６Ａ】
2010062333.tif 000064
【図１６Ｂ】
2010062333.tif 000065
【図１６Ｃ】
2010062333.tif 000066
【図１７】
2010062333.tif 000067