(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に形成された、導電領域を含む活性素子と、
前記基板上に形成され、前記活性素子を覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜中に形成され、前記導電領域にコンタクトするビアプラグを有する半導体装置において、
前記ビアプラグは、前記導電領域から延在するカーボンナノチューブの束を有し、
前記カーボンナノチューブは前記ビアプラグ中において誘電体材料により保持されており、
前記カーボンナノチューブは、先端が外方に開いた形状を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記カーボンナノチューブの先端は、前記絶縁膜の表面を超えて延在し、前記絶縁膜上に形成される配線パターンと前記絶縁膜の表面上で接続し、
前記カーボンナノチューブの先端は、前記絶縁膜の表面上で前記ビアプラグから外方に開いた形状を有することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
第１の配線パターンを形成された第１の層間絶縁膜と、
前記第１の層間絶縁膜上に前記第１の配線パターンを覆って形成された第２の層間絶縁膜と、
前記第２の層間絶縁膜を覆って形成され、第２の配線パターンを形成された第３の層間絶縁膜と、
前記第２の層間絶縁膜中に形成され、前記第１の配線パターンと前記第２の配線パターンとを接続するビアプラグとを含み、
前記ビアプラグは、前記第１の配線パターンから延在するカーボンナノチューブの束を有し、
前記カーボンナノチューブは前記ビアプラグ中において誘電体材料により保持されており、
前記カーボンナノチューブは、先端が外方に開いた形状を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
前記カーボンナノチューブの先端は、前記第２の層間絶縁膜の表面を超えて延在し、前記第２の配線パターンと前記第２の層間絶縁膜の表面上で接続し、
前記カーボンナノチューブの先端は、前記第２の層間絶縁膜の表面上で前記ビアプラグから外方に開いた形状を有することを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
絶縁膜中にビアホールを形成する工程と、
前記ビアホールの底に触媒粒子を付着させる工程と、
前記ビアホール中において前記触媒粒子を起点に、カーボンナノチューブを前記絶縁膜の表面を超えて成長させ、複数のカーボンナノチューブよりなるカーボンナノチューブの束を形成する工程と、
前記絶縁膜上に前記カーボンナノチューブの束を覆って、誘電体膜の塗布液を塗布する工程と、
前記絶縁膜上における前記塗布液の厚さを、前記絶縁膜上における前記塗布液の表面の高さが前記絶縁膜表面におけるカーボンナノチューブの高さ以下になるように減少させる工程と、
前記厚さが低減された塗布液を硬化させて前記誘電体膜を形成する工程と、
前記誘電体膜を除去して前記絶縁膜の表面を露出させ、前記絶縁膜の表面に、前記カーボンナノチューブによりビアプラグを形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、１０９Ａ／ｃｍ２に達する非常に大きな電流密度耐性と、１５００Ｗ／ｍ・Ｋ程度の非常に高い熱伝導度を有している。
【０００３】
そこで近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の配線に、カーボンナノチューブを用いる技術が提案されている。
【０００４】
例えば従来、層間絶縁膜中に形成したビアホール内に、カーボンナノチューブを前記ビアホールの底から上方に向かって成長させ、これをＳＯＤ（spin on dielectric）膜等で固定した後に、前記ＳＯＤとＣＮＴの複合膜、約１μｍをＣＭＰ（化学的機械的研磨）によって平坦化し、前記層間絶縁膜の表面に、前記ビアホール内のカーボンナノチューブの先端部を露出させ、ビアプラグを形成する技術が提案されている。このようなカーボンナノチューブにより構成したビアプラグは、大きな電流密度を支えることができ、また効果的な放熱経路としても作用することが期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−４１９５４号公報
【特許文献２】特開２００８−２５８１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
層間絶縁膜中に形成したビアホール内に、カーボンナノチューブを前記ビアホールの底から上方に向かって成長させ、これをＳＯＤ（spin on dielectric）膜等で固定したとき、パターンの疎密に依存して、ＳＯＤとＣＮＴの複合膜の膜厚が大きく異なる。この複合膜をＣＭＰ研磨するとき、厚い膜厚の部分を研磨するのに時間がかかる上に、膜厚の薄い部分が過研磨となってしまう。膜厚分布を回避するために、ＳＯＤを厚く塗布すると、クラックが発生したり、ＣＭＰ研磨時間が極端に長くなったりして、製造コストが増大してしまう。また、ＣＮＴの密度が高くなるほど、これらの影響が大きくなる。
【０００７】
本発明の目的は、高密度のカーボンナノチューブとＳＯＤの複合膜を容易に平坦化できる方法を提供し、ＬＳＩの配線に用いることができる半導体装置の製造方法および配線構造の形成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】
一の側面によれば半導体装置は基板と、前記基板に形成された、導電領域を含む活性素子と、前記基板上に形成され、前記活性素子を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜中に形成され、前記導電領域にコンタクトするビアプラグを有する半導体装置において、前記ビアプラグは、前記導電領域から延在するカーボンナノチューブの束を有し、前記カーボンナノチューブは前記ビアプラグ中において誘電体材料により保持されており、前記カーボンナノチューブは、先端が外方に開いた形状を有する。
【００１０】
他の側面によれば半導体装置の製造方法は、絶縁膜中にビアホールを形成する工程と、前記ビアホールの底に触媒粒子を付着させる工程と、前記ビアホール中において前記触媒粒子を起点に、カーボンナノチューブを前記絶縁膜の表面を超えて成長させ、複数のカーボンナノチューブよりなるカーボンナノチューブの束を形成する工程と、前記絶縁膜上に前記カーボンナノチューブの束を覆って、誘電体膜の塗布液を塗布する工程と、前記絶縁膜上における前記塗布液の厚さを、前記絶縁膜上における前記塗布液の表面の高さが前記絶縁膜表面におけるカーボンナノチューブの高さ以下になるように減少させる工程と、前記厚さが低減された塗布液を硬化させて前記誘電体膜を形成する工程と、前記誘電体膜を除去して前記絶縁膜の表面を露出させ、前記絶縁膜の表面に、前記カーボンナノチューブによりビアプラグを形成する工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１１】
一の側面によれば、半導体装置の製造効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】第１の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その１）である。
【図１Ｂ】第１の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その２）である。
【図１Ｃ】第１の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その３）である。
【図１Ｄ】第１の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その４）である。
【図１Ｅ】第１の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その５）である。
【図１Ｆ】第１の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その６）である。
【図１Ｇ】第１の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その７）である。
【図１Ｈ】第１の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その８）である。
【図２】図１Ｅの工程で使われるレーザアブレーション装置の概略を示す図である。
【図３】図１Ｉの工程をより小さな縮尺で示す断面図である。
【図４Ａ】第１の実施形態の一変形例を示す図（その１）である。
【図４Ｂ】第１の実施形態の一変形例を示す図（その２）である。
【図４Ｃ】第１の実施形態の一変形例を示す図（その３）である。
【図４Ｄ】第１の実施形態の一変形例を示す図（その4）である。
【図５Ａ】第２の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その１）である。
【図５Ｂ】第２の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その２）である。
【図５Ｃ】第２の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その３）である。
【図５Ｄ】第２の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その４）である。
【図５Ｅ】第２の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その５）である。
【図５Ｆ】第２の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その６）である。
【図５Ｇ】第２の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その７）である。
【図５Ｈ】第２の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その８）である。
【図５Ｉ】第２の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その９）である。
【図５Ｊ】第２の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その１０）である。
【図５Ｋ】第２の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その１１）である。
【図５Ｌ】第２の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その１２）である。
【図５Ｍ】第２の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その１３）である。
【図５Ｎ】第２の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その１４）である。
【図５Ｏ】第２の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その１５）である。
【図５Ｐ】第２の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その１６）である。
【図６】第２の実施形態の一変形例を示す図である。
【図７Ａ】第３の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その１）である。
【図７Ｂ】第３の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その２）である。
【図７Ｃ】第３の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その３）である。
【図７Ｄ】第３の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その４）である。
【図８Ａ】第４の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その１）である。
【図８Ｂ】第４の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その２）である。
【図８Ｃ】第４の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その３）である。
【図８Ｄ】第４の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その４）である。
【図８Ｅ】第４の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その５）である。
【図８Ｆ】第４の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その６）である。
【図９Ａ】第５の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その１）である。
【図９Ｂ】第５の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その２）である。
【図９Ｃ】第５の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その３）である。
【図９Ｄ】第５の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その４）である。
【図９Ｅ】第５の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その５）である。
【図９Ｆ】第５の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図（その６）である。
【図１０】他の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１Ａを参照するに、シリコン基板１上には素子分離領域２により素子領域１Ａが画定されており、前記素子領域１Ａにおいてはｐ型あるいはｎ型のシリコン基板１１上にゲート絶縁膜２Ｇを介して例えばポリシリコンなどよりなるゲート電極３Ｇが形成される。
【００１５】
前記ゲート電極３Ｇの相対向する側壁面上には、シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜などの側壁絶縁膜３Ｗ１，３Ｗ２が形成されている。また前記シリコン基板１１中、前記ゲート電極３Ｇを挟んで相対向して、前記シリコン基板１１の導電型とは逆導電型のソース領域１ａおよびドレイン領域１ｂ形成されている。
【００１６】
さらに前記図１Ａの状態では、前記シリコン基板１Ａ上には例えばシリコン酸化膜よりなる絶縁膜３が、前記ゲート極３Ｇを覆って、例えばシラン系ガス又はテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）ガスを使用した化学気相成長（ＣＶＤ）法により、例えば２００ｎｍの厚さに形成されている。
【００１７】
次に図１Ｂに示すように前記絶縁膜３中には、前記ソース領域１ａおよびドレイン領域１ｂを露出するコンタクトホール３Ａ．３Ｂが、例えばフッ素系ガスをエッチングガスとした反応性イオンエッチング法によりそれぞれ形成され、さらに図１Ｃに示すように前記絶縁膜３上に、前記コンタクトホール３Ａ，３Ｂの側壁面および底面を連続して覆って、例えばタンタル（Ｔａ）あるいは窒化タンタル（ＴａＮ）よりなる密着膜３ａが、例えばスパッタ法により、形成され、
さらに前記密着膜３ａ上に、例えばチタン（Ｔｉ）又は窒化チタン（ＴｉＮ）よりなるコンタクト膜１０が、例えばスパッタ法により形成される。
【００１８】
ここで前記密着膜３ａは前記コンタクト膜３ｂを前記コンタクトホール３Ａ，３Ｂの側壁面に密着させる作用をするのに対し、前記コンタクト膜３ｂは、後にビアプラグの形成にあたり付着される触媒粒子を担持する触媒担持膜として機能する。
【００１９】
前記密着膜３ａ及びコンタクト膜３ｂの形成方法はスパッタ法に限定されないが、スパッタ法を使う場合には、ターゲットと試料との間の距離をターゲットの直径以上に設定して構成元素粒子を供給する異方性ロングスロースパッタリング法を使うことが可能である。また、コリメータスパッタリング法又はイオン化金属プラズマ（ＩＭＰ）スパッタリング法等を採用してもよい。
【００２０】
さらに図１Ｃに示すように前記コンタクト膜３ｂの上に複数の触媒粒子３ｃを分散させながら堆積させる。触媒粒子３ｃの材料は特に限定されないが、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）及びニッケル（Ｎｉ）が挙げられる。また、これらの２種又は３種を含む合金を用いてもよい。このような合金としては、ＴｉＣｏ等の金属間化合物が挙げられる。触媒粒子１１の形成方法としては、例えばレーザアブレーション法、スパッタリング法、及び蒸着法等が挙げられる。
【００２１】
図２は、前記図１Ｃの工程で触媒粒子３ｃを堆積するのに使われるレーザアブレーション装置３０の例を示す。
【００２２】
図２を参照するに、前記レーザアブレーション装置３０は、ヘリウム（Ｈｅ）などの不活性ガスを供給されターゲット３１Ａを保持するアブレーションチャンバ３１と、前記ターゲットにレーザ光を照射する、例えばＮｄ−ＹＡＧレーザなどの高出力レーザ３２と、自動走査されるインパクションプレート３２Ａを備え前記アブレーションチャンバ３１中において前記ターゲット３１Ａのレーザ照射により発生した微粒子を、ノズル３１Ｂを介して供給され、分級などの粒度調整を行うインパクタ３３と、それぞれ真空ポンプ（図示せず）により排気され、高真空環境を実現する真空チャンバ３４Ａ〜３４Ｃよりなり、前記インパクタ３３で分級された粒子を、ノズル３３Ｂを介して供給される処理容器３４より構成され、前記堆処理容器３４中には、例えばコバルト（Ｃｏ）などの触媒金属よりなる被処理基板Ｗを保持する基板保持台３４ａが設けられている。
【００２３】
例えば前記触媒粒子１１をこのようなレーザアブレーションにより形成する場合には、前記処理容器３４の内部を、前記アブレーションチャンバ３１中の圧力よりも低い、例えば１ｋＰａ以下の高真空状態に排気し、前記レーザビーム３４を例えば２Ｗ程度のエネルギで照射する。
【００２４】
そこで前記ターゲット３１Ａにおいて蒸発して生じたＣｏ粒子は前記ノズル３１Ｂを通ってインパクタ３３に導入され、分級される。さらにこのようにして所定の粒度範囲に分級されたＣｏ粒子がノズル３３Ｂを通って高真空状態にある処理容器３４に導入され、被処理基板Ｗの表面に堆積する。
【００２５】
また前記触媒粒子３ｃをスパッタ法により堆積する場合では、例えばコリメーテッドスパッタ法により、基板に対して斜めに入射する粒子の割合を低減させることにより、前記コンタクトホール３Ａ，３Ｂの側壁面上への触媒粒子３ｃの付着を抑制することが可能である。
【００２６】
次に図１Ｄに示すように、前記触媒粒子３ｃを起点に多数のカーボンナノチューブ４Ｃを上方に互いに略平行に、前記コンタクトホール３Ａ，３Ｂの上端を超えるように成長させる。
【００２７】
カーボンナノチューブ４Ｃを成長させる方法は特に限定されない。例えば、熱ＣＶＤ法、熱フィラメントＣＶＤ法、及びプラズマＣＶＤ法等のＣＶＤ法が挙げられる。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及び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。アセチレンは例えば１０流量％のアルゴンで希釈して真空チャンバ内に導入する。また、アセチン含有ガス及びアルゴンガスの流量は、例えば、それぞれ０．５ｓｃｃｍ、１０００ｓｃｃｍとする。また、例えば、真空チャンバ内の圧力を１ｋＰａに設定し、基板温度を４００℃〜４５０℃に設定する。このような条件下では、カーボンナノチューブ４Ｃは、例えば１μｍ／時間程度の速度で成長する。また、熱フィラメントＣＶＤ法を採用する場合には、例えばガスを解離させるための熱フィラメントの温度を例えば９００℃〜１８００℃に設定する。前記カーボンナノチューブ１３の長さは、成長時間を制御することにより、ビアプラグ以上の長さであれば、任意に制御できる。
【００２８】
このようにして形成されたカーボンナノチューブ４Ｃは単層あるいは多層のカーボンナノチューブ構造を有しており、炭素原子の六員環により構成された周知のグラフェンシートが同軸状に、あるいはスパイラル状に巻かれた中空の形状を有している。また成長直後の状態では、個々のカーボンナノチューブ４Ｃの先端部には、炭素原子の五員環を有するキャップ構造略半球状のキャップ構造が形成されている。
【００２９】
本実施形態では次に図１Ｅに示すように、前記絶縁膜３の表面に、スピンオングラス（ＳＯＧ）膜やＳｉＯＣＨ膜を初めとするｌｏｗ−Ｋ誘電体膜などの塗布型誘電体膜（ＳＯＤ膜）の前駆体となる塗布液を、前記カーボンナノチューブ４Ｃを覆うように塗布し、液体状態において厚さｔの塗布膜４ＤＬを形成する。ここで前記厚さｔは、前記絶縁膜３の表面から測った前記カーボンナノチューブ４Ｃの延出量ｔ０よりも十分に大きく、前記層間絶縁膜７の表面からカーボンナノチューブ１３が突出していても十分な流動性が確保でき、前記塗布膜４ＤＬを略均一な厚さに形成することが可能となる。
【００３０】
前記塗布膜４ＤＬは、前記絶縁膜３の表面からカーボンナノチューブ４Ｃが突出していても前記絶縁膜３の表面において十分な流動性が確保されるように、粘度1mm2/s以下となるように溶媒により希釈しておくのが好ましい。このような塗布膜としては、例えば日立化成株式会社より市販の商品面ＨＳＧ−Ｒ７などをアルコールなどの溶媒で薄めて使うこともできる。
【００３１】
続いて図１Ｅの塗布膜４ＤＬが形成された基板１を、ウェハのままスピンコーティング装置に装着し、前記基板１を例えば毎分１０００回転以上で高速回転させることにより、前記液体状の塗布膜４ＤＬを遠心力によりとばし、前記塗布膜４ＤＬの厚さｔを図１Ｆ中に矢印で示すように減少させる。これにより前記塗布膜４ＤＬの前記絶縁膜３上における表面の高さが、図３に示すように、前記塗布膜４ＤＬのうち、基板１の表面上における高さΔｔが、前記カーボンナノチューブ１３の突出高さｔ０よりも低下する。ただし図３は前記図１Ｆの状態の基板１を、より小さな縮尺で示した断面図である。
【００３２】
その際、前記多数のカーボンナノチューブ４Ｃは液面の低下と共に、表面張力により束ねられ、前記絶縁膜７の表面から上方に延在しながらも、全体として先端部が集合した、特徴的な形状の束を形成する。その際、前記基板１の表面に略一様に形成されたカーボンナノチューブ４Ｃは、束ごとに島状に集合し、前記基板１の表面にはカーボンナノチューブ４Ｃにより多数の島状構造４ＩＳが形成される。
【００３３】
図１Ｆは、前記図１Ｅの状態から、前記塗布膜４ＤＬの厚さｔをこのように低減させて得られた構造を示す。
【００３４】
図１Ｆを参照するに、前記絶縁膜３のうち、前記ゲート電極を覆う部分に形成された島状構造４ＩＳの他に、前記コンタクトホール３Ａ，３Ｂに対して、同様なカーボンナノチューブによる島状構造４ＩＳＡ，４ＩＳＢが形成されているのがわかる。
【００３５】
次に図１Ｇに示すように前記塗布膜４ＤＬは硬化され、その結果、前記塗布膜４ＤＬに対応して誘電体膜４Ｄが形成される。前記誘電体膜４Ｄは、前記コンタクトホール３Ａ，３Ｂ中において、それぞれの島状構造４ＩＳＡ，４ＩＳＢを構成するカーボンナノチューブ４Ｃの間を充填し、その結果、前記カーボンナノチューブ４Ｃは前記コンタクトホール３Ａ，３Ｂ中において前記誘電体膜４Ｄにより機械的に安定に支持される。前記絶縁膜３上に形成された島状構造４ＩＳにおいても同様である。なお前記図３は、図１Ｇの状態にも対応している。
【００３６】
なお前記塗布膜４ＤＬの固形分がわずかで、塗布膜４ＤＬが多量の溶媒を含む場合には、図１Ｅの塗布膜４ＤＬの膜厚を減少させる工程を、溶媒の気化により行うことも可能である。
【００３７】
続いて図１Ｈに示すように、前記誘電体膜４Ｄを、前記絶縁膜３上に形成されているカーボンナノチューブ４Ｃの島状構造４ＩＳ共々、化学機械研磨（ＣＭＰ）により除去し、前記層間絶縁膜７の表面を露出する。このような化学機械研磨の結果、前記コンタクトホール３Ａ，３Ｂ中に誘電体膜４Ｄにより保持されているカーボンナノチューブ４Ｃも、前記絶縁膜３から突出する部分が研磨され、先端部が前記絶縁膜３の表面と略同一面において露出される。
【００３８】
一般にカーボンナノチューブは、成長直後の状態では先端部に、炭素原子の五員環を有する半球状のキャップ構造が形成されているが、このような誘電体膜４Ｄに保持された状態での化学機械研磨によりこのようなキャップ構造は除去され、前記コンタクトホール３Ａ，３Ｂの表面には、カーボンナノチューブ４Ｃの開端した先端部が露出される。
【００３９】
そこでこのような絶縁膜３上に配線パタ―ンを形成した場合、前記カーボンナノチューブ４Ｃの先端部は前記配線パタ―ンの下部に、その全周にわたってコンタクトし、低い接触抵抗および低い熱抵抗を実現することができる。
【００４０】
また本実施形態では実効的なビア径が縮小されるため、配線パタ―ンにある程度の位置ずれが生じても、安定してコンタクトをとることが可能となる。
【００４１】
なお図１Ｈの工程において、前記化学機械研磨の後に、カーボンナノチューブ４Ｃに吸着している酸素の除去等を目的とした処理を行ってもよい。この処理としては、例えば不活性ガス中での熱処理を行ってもよく、また、真空中での脱ガス処理を行ってもよい。
【００４２】
次いで、前記図１Ｈの構造上に、必要に応じて多層配線構造を形成することにより、所望の半導体装置を製造することができる。ここで前記コンタクトホール３Ａ，３Ｂにおいて、カーボンナノチューブ４Ｃの島状構造４ＩＳＡ，４ＩＳＢは、それぞれ前記ソース領域１ａに電気的にコンタクトするビアプラグ４ＶＡおよび前記ドレイン領域１ｂに電気的にコンタクトするビアプラグ４ＶＢを形成する。多層配線構造の形成については、次の実施形態において説明する。
【００４３】
図４Ａ〜図４Ｄは、本実施形態の一変形例を示す。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００４４】
図４Ａを参照するに、本変形例では前記図１Ｃの工程の後、前記コンタクトホール３Ａ，３Ｂの底に堆積した触媒粒子３ｃを残し、前記絶縁膜３の上面に堆積した触媒粒子３ｃの不活化を行う。
【００４５】
より具体的には、図４Ａに示すように、基板１及び絶縁膜３の表面に垂直な方向に対して傾斜した方向からイオンを照射し、前記絶縁膜３の上面に堆積した触媒粒子３ｃをイオンミリングにより除去する。３ｂおよび３a共々除去して、前記絶縁膜３の表面を露出させてもよい。イオンを照射する方向は、イオンがコンタクトホール３Ａ，３Ｂの底面上の触媒粒子３ｃに照射されない限りで特に限定されないが、例えば基板１及び絶縁膜３の表面に垂直な方向から８５°傾斜した方向から照射することができる。なお、イオンを照射する方向を固定していてもよいが、基板１が載置されたステージの回転等により、基板１の表面に平行な面内の全方位から均一に照射するのが好ましい。
【００４６】
この処理の結果、図４Ｂに示すように、前記絶縁膜３の上面において触媒粒子３ｃが除去され、コンタクトホール３Ａ，３Ｂ内のみに触媒粒子３ｃが残存する。なお図４Ａの工程において、前記絶縁膜３上の触媒粒子３ｃの除去は、化学機械研磨（ＣＭＰ）法により行ってもよい。
【００４７】
この場合にはカーボンナノチューブ４Ｃの成長は、コンタクトホール３Ａ，３Ｂにおいてのみ生じ、図４Ｃに示す構造が得られる。
【００４８】
さらに図１Ｅ以降の工程を行うことにより、図４Ｄに示す構造となり、図１Ｇよりも容易に化学機械研磨が可能となる。本変形例においても図１Ｈと同じ構造の半導体装置を得ることができる。
【００４９】
本実施形態では発明を、図１Ｈに示すＭＯＳトランジスタＴｒを有する半導体装置を例に説明したが、本発明はＭＯＳトランジスタに限定されるものではなく、他のビアコンタクトを使うあらゆる半導体装置に適用可能であることは明らかである。
【００５０】
（第２の実施形態）
次に、先の実施形態における図１Ｈの工程に引き続いて実行される多層配線構造の形成方法について、図５Ａ〜図５Ｐを参照しながら説明する。
【００５１】
図５Ａは、前記図１ＨのトランジスタＴｒの素子領域１Ａおよびその外側の素子分離領域２を含む領域を、より小さな縮尺で示す断面図である。
【００５２】
図５Ａを参照するに、前記トランジスタＴｒ等を覆う前記絶縁膜３上に、例えばシリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜が、例えばシラン系ガス又はテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）ガスを使用した化学気相成長（ＣＶＤ）法により、例えば２００ｎｍの膜厚に形成され、さらに前記層間絶縁膜５中に、前記カーボンナノチューブ４Ｃの島状構造４ＩＳＡ，４ＩＳＢよりなる導電プラグ４ＶＡ，４ＶＢをそれぞれ露出する配線溝５Ａ，５Ｂが形成される。
【００５３】
次に図５Ｂに示すように前記配線溝５Ａ，５Ｂをタンタル（Ｔａ）やチタン（Ｔｉ）などのバリアメタル膜６で覆った後、前記配線溝５Ａ，５Ｂを銅（Ｃｕ）層により充填し、さらに前記層間絶縁膜５上の余分な銅層を、前記層間絶縁膜５の上面が露出するまで化学機械研磨（ＣＭＰ）法により除去するダマシン法を実行する。その結果前記配線溝５Ａ，５Ｂ中に、前記バリアメタル膜６を介して銅配線パタ―ン６Ａ，６Ｂがそれぞれ形成されたダマシン構造の配線構造が得られる。
【００５４】
その後、図５Ｃに示すように、前記層間絶縁膜５上に次の層間絶縁膜７が、前記配線パタ―ン６Ｂを覆って形成される。ただし図５Ｃおよび図５Ｃ以降で説明する図は、図５Ｂのうち、ビアプラグ４ＶＢの上部および配線パタ―ン６Ｂを含む部分のみが示されていることに注意すべきである。
【００５５】
前記層間絶縁膜７としては、例えばＴＥＯＳガスを使用してプラズマＣＶＤ法により形成したシリコン酸化膜を使うことができる。前記層間絶縁膜７の厚さは、例えば２００ｎｍ程度とする。次いで、層間絶縁膜７上に、層間絶縁膜７のビアホールを形成する予定の領域を露出するレジスト開口部８Ａを備えたレジストパターン８を形成する。
【００５６】
その後、図５Ｄに示すように前記レジストパターン８をマスクとして用いて層間絶縁膜７をエッチングし、前記層間絶縁膜７中に前記レジスト開口部８Ａに対応してビアホールとなる開口部７Ａを形成する。このエッチングの方法としては、フッ素系ガスを使用した反応性イオンエッチング法、及びプラズマエッチング法等のドライエッチングが挙げられる。また、フッ酸を使用したウェットエッチングを行ってもよい。
【００５７】
続いて、図５Ｅに示すように前記レジストパターン８を除し、次いで前記層間絶縁膜７上に、前記開口部７Ａを含んでバリアメタル膜９を、例えばスパッタリングなどにより形成する。前記バリアメタル膜９としては、例えばタンタル（Ｔａ）膜又は窒化タンタル（ＴａＮ）膜を形成する。
【００５８】
次に図５Ｅに示すように前記バリアメタル膜９上に、前記コンタクト膜３ｂと同様なコンタクト膜１０を形成する。
【００５９】
ここで前記バリアメタル膜９は、前記配線パタ―ン５中のＣｕの拡散に対する導電性バリアとして機能するのに対し、前記コンタクト膜１０は、後に形成するビアプラグとバリアメタル膜９との間の良好な電気的及び機械的な接続を確保するために設けられる。また前記コンタクト膜１０は、後にビアプラグの形成にあたり付着される触媒粒子を担持する触媒担持膜として機能する。
【００６０】
前記バリアメタル膜９及びコンタクト膜１０の形成方法は特に限定されないが、前記密着膜３ａおよびコンタクト膜３ｂの場合と同様に、ターゲットと試料との間の距離をターゲットの直径以上に設定して構成元素粒子を供給する異方性ロングスロースパッタリング法が挙げられる。また、コリメータスパッタリング法又はイオン化金属プラズマ（ＩＭＰ）スパッタリング法等を採用してもよい。
【００６１】
続いて、図５Ｅに示すように、コンタクト膜１０の上面上に複数の触媒粒子１１を、前記触媒粒子３ｃと同様にして堆積させ、次いで図５Ｆに示すように、前記開口部７Ａの底に堆積した触媒粒子１２を残し、前記層間絶縁膜７の上面に堆積した触媒粒子１１の不活化を、前記図４Ａの場合と同様にして実行する。すなわち図５Ｆに示すように、層間絶縁膜７の表面に垂直な方向に対して傾斜した方向から傾いた角度でイオンを照射するイオンミリングを行うことにより、前記層間絶縁膜７の上面に堆積した触媒粒子１１を除去する。イオンを照射する方向は、イオンがビアホール７Ａの底面上の触媒粒子１１に照射しなければ特に限定されないが、例えば層間絶縁膜７の表面に垂直な方向から８５°傾斜した方向から照射する。なお、イオンを照射する方向を固定していてもよいが、均一な照射を行うため、基板１が載置されたステージの回転等により、基板１の表面に平行な面内の全方位から照射することが好ましい。
【００６２】
この処理の結果、図５Ｇに示すように、層間絶縁膜７の上面においてバリアメタル膜９、コンタクト膜１０及び触媒粒子１１が除去され、ビアホールとなる開口部７Ａ内のみにバリアメタル膜９、コンタクト膜１０及び触媒粒子１１が残される。なお図５Ｆの工程において、前記層間絶縁膜７上の触媒粒子１１の除去、およびその下のコンタクト膜１０およびバリアメタル膜９の除去は、化学機械研磨（ＣＭＰ）法により行ってもよい。この場合にも、図５Ｇと同じ構造が得られる。
【００６３】
その後、図５Ｈに示すように、前記触媒粒子１１を起点に多数のカーボンナノチューブ１３を上方に互いに略平行に、開口部７Ａの上端を超えるように、先の図１Ｄの工程と同様にして成長させる。
【００６４】
さらに図５Ｉに示すように、前記層間絶縁膜７の表面に、スピンオングラス（ＳＯＧ）膜やＳｉＯＣＨ膜を初めとするｌｏｗ−Ｋ誘電体膜などの塗布型誘電体膜（ＳＯＤ膜）の前駆体となる塗布液を、先の図１Ｅの工程と同様に、前記カーボンナノチューブ１３を覆うよう、かつ十分な流動性が確保できるような厚さに形成する。
【００６５】
続いて前記図５Ｉの塗布膜１４が形成された基板３を、ウェハのままスピンコーティング装置に装着し、先に図１Ｆにおいて説明したように前記基板３を例えば毎分１０００回転以上で高速回転させることにより、前記液体状の塗布膜１４を遠心力によりとばし、前記塗布膜１４の厚さを図５Ｊ中に矢印で示すように減少させる。これにより前記塗布膜１４の前記層間絶縁膜７上における表面の高さが、前記層間絶縁膜７の表面における前記カーボンナノチューブ１３の突出高さよりも減少する。
【００６６】
図５Ｊに示す塗布膜１４の膜厚の減少工程の際、前記開口部７Ａの径が１６０ｎｍで前記突出量ｔ０が８００ｎｍ以下の場合、前記多数のカーボンナノチューブ１３は液面の低下と共に表面張力により束ねられ、前記絶縁膜７の表面から上方に延在しながらも、全体として先端部が集合した、先の実施形態で説明したのと同様な形状のカーボンナノチューブ束を形成することが多い。これに対し前記突出量ｔ０が８００ｎｍを超える場合には、後の実施形態で説明するように前記カーボンナノチューブ１３は前記絶縁膜７の表面に略平行に屈曲されることが多い。
【００６７】
前記塗布膜１４は、図５Ｊに示すように厚さを減じた後、硬化されて誘電体膜１４０を形成する。前記誘電体膜１４０は、前記開口部７Ａ中において前記カーボンナノチューブ１３の間を充填し、その結果、前記カーボンナノチューブ１３は前記開口部７Ａ、すなわちビアホール中において前記誘電体膜１４０により機械的に安定に支持される。
【００６８】
なお前記塗布膜１４の固形分がわずかで多量の溶媒を含む場合には、図５Ｊの塗布膜１４の膜厚を減少させる工程を、溶媒の気化により行うことも可能である。
【００６９】
続いて図５Ｋに示すように、前記誘電体膜１４０を化学機械研磨（ＣＭＰ）により除去し、先の図１Ｈの工程の場合と同様に、前記層間絶縁膜７の表面を露出する。このような化学機械研磨の結果、前記ビアホール７Ａ中に誘電体膜１４０により保持されているカーボンナノチューブ１３も、前記層間絶縁膜７から突出する部分が研磨され、先端部が前記層間絶縁膜７の表面と略同一面において露出される。なお図５Ｋの工程においても、前記化学機械研磨の後に、カーボンナノチューブ１３に吸着している酸素の除去等を目的とした処理を行ってもよい。この処理としては、例えば不活性ガス中での熱処理を行ってもよく、また、真空中での脱ガス処理を行ってもよい。
【００７０】
次いで、図５Ｌに示すように、層間絶縁膜７上に前記開口部７Ａを覆って次の層間絶縁膜１５を、例えば前記層間絶縁膜７と同様にして形成する。
【００７１】
さらに図５Ｍに示すように前記層間絶縁膜１５中に前記開口部７Ａを露出する配線溝１５Ａを形成し、図５Ｎに示すように前記層間絶縁膜１５の表面に前記配線溝１５Ａを覆ってバリアメタル膜１６を、前記バリアメタル膜９と同様にして形成する。
【００７２】
さらに図５Ｏに示すように前記層間絶縁膜１５上に銅層１７を、前記配線溝１５Ａも含めて前記バリアメタル膜１６を介して覆うように、例えば無電解メッキ法および電解メッキ法により形成し、さらに図５Ｐに示すように、このようにして形成された銅層１７を、前記層間絶縁膜１５の表面が露出するまで化学機械研磨（ＣＭＰ）により除去することにより、前記配線溝１５Ａを充填して銅配線パタ―ン１７Ａが形成された配線構造が得られる。例えば前記銅配線パタ―ン１７Ａは数μｍ以下、例えば１００ｎｍ程度の幅を有し、前記ビアホールとなる開口部７Ａにおいて、前記カーボンナノチューブ１３よりなるビアプラグに電気的および機械的にコンタクトする。
【００７３】
本実施形態では図５Ｊの工程において、前記層間絶縁膜７上に形成された誘電体膜１４０の前駆体となる塗布膜１４の膜厚を低減させているため、図５Ｋに示す化学機械研磨工程の際に、研磨しなければならない誘電体膜１４０の膜厚がわずかであり、半導体装置の製造効率を向上させることができる。
【００７４】
また本実施形態では図５Ｆに示すように、余計な部分から触媒粒子１１を除去しておくことにより、図５Ｈに示すようにビアホール７Ａにおいてカーボンナノチューブ１３を成長させる際、例えば層間絶縁膜７の表面に堆積した触媒粒子１１から不要なカーボンナノチューブの成長が生じることがなく、図５Ｉに示す塗布膜１４を形成する際、塗布液が拡がり易く、塗布膜１４の膜厚を一様に形成することが容易になる。
【００７５】
図５Ｐの配線構造では、前記カーボンナノチューブ１３は、図５Ｋの化学機械研磨の結果、炭素の五員環を含む半球状先端部が除去されており、前記配線パタ―ン１７Ａを覆うバリアメタル膜１６に、低い接触抵抗および低い熱抵抗でコンタクトする。
【００７６】
なお本実施形態において、前記図５Ｅの工程において触媒粒子１１に代えて連続的な触媒膜を形成しても、図５Ｈの工程において、ビアホール７Ａの底から上方に略平行に延在する複数のカーボンナノチューブ１３を形成することができる。
【００７７】
本実施形態において、前記図５Ｋの工程において図６に示すようにイオンミリングを行い、前記誘電体膜１４０および前記層間絶縁膜７上におけるバリアメタル膜９，コンタクト膜１０、さらにカーボンナノチューブ１３を除去し、図５Ｋに示す構造を得ることも可能である。このようなイオンミリングを使った本実施形態の変形例において、イオンを照射する方向は特に限定されないが、例えば基板１及び層間絶縁膜７の表面に垂直な方向から８５°傾斜した方向から照射することができる。なお、イオンを照射する方向を固定していてもよいが、基板１が載置されたステージの回転等により、基板１の表面に平行な面内の全方位から均一に照射することが好ましい。
【００７８】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について、図７Ａ〜図７Ｄを参照しながら説明する。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００７９】
図７Ａは先の第２の実施形態の図５Ｈの工程に対応しており、前記開口部７Ａにおいてカーボンナノチューブ１３を、前記触媒粒子１１を起点に上方に、互いに略平行に成長させている。
【００８０】
その際本実施形態では、前記カーボンナノチューブ１３を、前記層間絶縁膜７の表面から上方への突出量（厳密にはコンタクト膜１０からの突出量）ｔ１が、先の実施形態における突出量ｔ０よりも大きい（ｔ１＞ｔ０）、例えば８００ｎｍ以上となるように成長させる。前記開口部７Ａの径が先の実施形態と同じで１６０ｎｍである場合、このようにカーボンナノチューブ１３を長く成長させ、その後で図７Ｂに示すように塗布膜１４で覆い、さらに図７Ｃに示すように前記塗布膜１４の膜厚を、例えば基板をウェハ毎高速回転させるなどして低減させた場合、液面の低下と共に前記カーボンナノチューブ１３は表面張力の効果で変形を生じるが、このようにビアホール７Ａの径に対して突出するカーボンナノチューブ１３の長さｔ１が大きい場合、前記カーボンナノチューブ１３は先の実施形態の場合のように層間絶縁膜７の面に対して上方に延在しつつも先端部が集合する代わりに、図７Ｃに示すように前記層間絶縁膜７の主面に略平行に屈曲され、前記ビアホール７Ａから外方に開くような形状の屈曲構造１３Ｑを形成する。前記屈曲構造１３Ｑでは、カーボンナノチューブ１３の間が前記塗布膜１４で充填され、前記塗布膜１４の硬化後には、前記カーボンナノチューブ１３Ｃの間が、前記塗布膜１４に起因する誘電体膜１４０により充填される。
【００８１】
しかし本実施形態においても、図７Ｄに示すように前記誘電体膜１４０を化学機械研磨により除去することにより、先の図５Ｋの場合と同様な構造が得られる。ただし本実施形態では、前記ビアプラグ４ＶＢを構成するカーボンナノチューブ４Ｃは、先端部が束ねられる代わりに、前記図７Ｃの工程におけるカーボンナノチューブ４Ｃの変形に伴い、前記開口部７Ａ中においてやや外方に開いた形状に変形される。
【００８２】
さらに前記図７Ｄの構造に対して、先の実施形態における図５Ｌ〜図５Ｐのプロセスを実行することにより、先の実施形態の図５Ｐで説明した配線構造を得ることができる。
【００８３】
このようにビアホール中において先端が外方に開いた形状のカーボンナノチューブの束をビアプラグに使うことにより、かかる配線構造では電流の集中を回避することができ、配線の寿命および信頼性を向上させることができる。
【００８４】
なお本実施形態においても、一変形例において前記誘電体膜１４０を図３で説明したのと同様なイオン照射により除去することも可能である。
【００８５】
図５Ｊあるいは図７Ｃに対応した前記塗布膜１４の膜厚を低減させる工程で、カーボンナノチューブ１３が、図５Ｊに示すように先端が集束するように変形するか図７Ｃに示すように先端が開くように変形するかは、本願発明者が得た知見では、ビアホール７Ａの径および前記ビアホール７Ａから突出するカーボンナノチューブ１３の突出長（ｔ０あるいはｔ１）の組み合わせに依存しており、前記径が大きくて突出長が短い場合には図５Ｊのように先端が集合する形状が頻繁に現れ、逆に径が小さくて突出長が長い場合には、図７Ｃに示すようにカーボンナノチューブ１３の先端が開いた形状が頻繁に現れる傾向が見られる。前記突出長とビアホール７Ａの径の比Ａ（Ａ＝突出長／ビア径）をとってみると、前記比Ａが５以下であれば、図５Ｊに示す形状が主として現れ、前記比Ａが前記値５を超えた場合には、図７Ｃに示す形状が主として現れる傾向が見られる。
【００８６】
（第４の実施形態）
次に第４の実施形態について図８Ａ〜図８Ｄを参照しながら説明する。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付している。図８Ａの工程は、先に説明した第２の実施形態の図５Ａ〜図５Ｊまでの工程に引き続いて実行されるものである。
【００８７】
本実施形態では、前記図５Ｊの工程の後、図８Ａに示すように前記誘電体膜１４０を前記層間絶縁膜７の表面からドライエッチングあるいはウェットエッチングにより除去し、前記カーボンナノチューブ１３を前記層間絶縁膜７上に突出構造１３Ｐを形成した状態で残す。このようなエッチングは、前記図５Ｊの状態において前記層間絶縁膜７の表面上に残留している誘電体膜１４０の厚さがわずかであるため、短時間で済み、前記誘電体膜１４０は前記開口部７Ａ中に残留し、また前記突出構造１３Ｐを構成する前記カーボンナノチューブ１３の間にも、ほとんどエッチングされずに残留している。
【００８８】
次に図８Ｂに示すように前記図８Ａにおける層間絶縁膜７上に層間絶縁膜１５を例えばＣＶＤ法により形成し、前記突出したカーボンナノチューブ１３を埋め込む。
【００８９】
さらに図８Ｃに示すように前記層間絶縁膜１５中に前記開口部、すなわちビアホール７Ａを露出する配線溝１５Ａを形成する。図８Ｃに示すように前記カーボンナノチューブ１３が形成する突出構造１３Ｐは、このようにして形成した配線溝１５Ａ中に突出する。
【００９０】
さらに図８Ｄに示すように前記層間絶縁膜１５上に前記配線溝１５Ａを含んでバリアメタル膜１６を例えばスパッタにより堆積する。この場合、バリアメタル膜１６は前記カーボンナノチューブ１３の間を充填している誘電体膜１４０上に堆積し、前記突出構造１３Ｐの表面に露出したカーボンナノチューブ１３を覆う。
【００９１】
さらに図８Ｅに示すように前記バリアメタル膜１６上に銅シード層１７ｓを無電解メッキ法あるいはスパッタ法により形成し、さらに前記銅シード層１７Ａに通電して電解メッキを行うことにより、前記配線溝１５Ａを銅層１７により充填する。
【００９２】
さらに図８Ｆに示すように前記層間絶縁膜１５上の銅層１７を、前記層間絶縁膜１５の上面が露出するまで化学機械研磨により除去することにより、前記配線溝１５Ａをタング銅配線パタ―ン１７Ａが充填した配線構造が得られる。なお前記銅シード層１７ｓと銅層１７の界面は、図８Ｆの構造を熱処理することにより消滅する。
【００９３】
図８Ｆの配線構造では、前記カーボンナノチューブ１３がタングステン配線パタ―ン１７Ａ中にまで侵入するため、カーボンナノチューブ１３よりなるビアプラグとタングステン配線パタ―ン１７Ａとの間に優れた機械的および電気的、さらに熱的な結合が生じる。
【００９４】
なお本実施形態では、前記図８Ａの工程に先立ち、図５Ｈの工程の際に、前記カーボンナノチューブ１３を酸素プラズマで短時間処理することにより開端処理を行っておくのが好ましい。
【００９５】
（第５の実施形態）
次に第５の実施形態について図９Ａ〜図９Ｆを参照しながら説明する。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付している。第５の実施形態において図９Ａの工程は、先に説明した第３の実施形態の図７Ａ〜図７Ｃまでの工程に引き続いて実行されるものである。
【００９６】
本実施形態では、前記図７Ｃの工程の後、図９Ａに示すように前記誘電体膜１４０を前記層間絶縁膜７の表面からドライエッチングあるいはウェットエッチングにより除去し、前記カーボンナノチューブ１３を前記層間絶縁膜７上に、前記屈曲構造１３Ｑを形成した状態で残す。このようなエッチングは、前記図７Ｃの状態において前記層間絶縁膜７の表面上に残留している誘電体膜１４０の厚さがわずかであるため、短時間で済み、前記誘電体膜１４０は前記開口部７Ａ中に残留し、また前記屈曲構造１３Ｑを構成する前記カーボンナノチューブ１３の間にも、ほとんどエッチングされずに残留している。
【００９７】
次に図９Ｂに示すように前記層間絶縁膜７上のバリアメタル膜９およびコンタクト膜１０を例えばウェットエッチングにより除去し、さらにこのようにして得られた構造上に層間絶縁膜１５を、例えばＣＶＤ法により形成し、前記カーボンナノチューブ１３の屈曲構造１３Ｑを埋め込む。
【００９８】
さらに図９Ｃに示すように前記層間絶縁膜１５中に前記開口部、すなわちビアホール７Ａを露出する配線溝１５Ａを形成する。図９Ｃに示すように前記カーボンナノチューブ１３の屈曲構造１３Ｃはこのようにして形成した配線溝１５Ａ中に露出される。
【００９９】
さらに図９Ｄに示すように前記層間絶縁膜１５上に前記配線溝１５Ａを含んでバリアメタル膜１６をスパッタ法により堆積する。
【０１００】
さらに図９Ｅに示すように前記バリアメタル膜１６上にタングステン層１７をＣＶＤ法あるいはＡＬＤ法など、ステップカバレッジに優れた成膜方法により、前記層間絶縁膜１５の上面を超えて形成し、図９Ｆに示すように前記層間絶縁膜１５上の銅層１７を、前記層間絶縁膜１５の上面が露出するまで化学機械研磨により除去することにより、前記配線溝１５Ａを銅配線パタ―ン１７Ａが充填した配線構造が得られる。
【０１０１】
図９Ｆの配線構造では、前記カーボンナノチューブ１３の屈曲構造１３Ｑが銅配線パタ―ン１７Ａ中にまで侵入するため、カーボンナノチューブ１３よりなるビアプラグと銅配線パタ―ン１７Ａとの間に優れた機械的および電気的、さらに熱的な結合が生じる。その際、本実施形態では前記カーボンナノチューブ１３が前記配線パタ―ン１７中において開いた状態で埋設されているため、カーボンナノチューブ１３よりなるビアプラグと配線パタ―ン１７Ａとの間の電気的および熱的な結合を、先の実施形態の場合に比べてさらに向上させることができる。
【０１０２】
なお本実施形態でも、前記図９Ａの工程に先立ち、図７Ａの工程の際に、前記カーボンナノチューブ１３を酸素プラズマで短時間処理することにより開端処理を行っておくのが好ましい。
【０１０３】
本実施形態では、前記ビアプラグ４ＶＢとして、先端が集合するような形状のカーボンナノチューブ束を使っているが、もちろん図７Ｄで説明したような、先端が開いた形状のカーボンナノチューブ束を使って電流を分散させることも可能である。
【０１０４】
なお前記第２の実施形態では、図５Ｇの工程において、前記層間絶縁膜７の上面上、より正確には前記層間絶縁膜７の上面を覆うコンタクト膜１０上に堆積した触媒粒子１１をイオンミリングにより除去し、不活性化しているが、この不活性化処理は必須のものではなく、省略することも可能である。
【０１０５】
この場合には図１０に示すように、図５Ｈの工程でカ―ボンナノチューブ１３を成長させる際、ビアホール７Ａのみならず、層間絶縁膜７の上面にもカーボンナノチューブ１３の成長が生じるが、図５Ｉに示すように塗布膜１４を形成し、さらにその塗布膜１４の厚さｔを図５Ｊに示すように低減させた場合、前記層間絶縁膜７上に図１０に示すような、先端が集合したカーボンナノチューブ１３の突出構造１３Ｐがいくつも島状に形成される。
【０１０６】
しかし、このように前記層間絶縁膜７の上面にカーボンナノチューブ１３の群が多数形成されても、これらは図５Ｋの化学機械研磨工程あるいは図６のイオンミリング工程により除去することができる。本発明は、このような場合をも含むものである。
【０１０７】
また以上の説明は半導体装置に集積化される多層配線構造について行っているが、本発明は多層回路基板についても同様に有効である。
【０１０８】
以上、好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
（付記１）
基板と、
前記基板に形成された、導電領域を含む活性素子と、
前記基板上に形成され、前記活性素子を覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜中に形成され、前記導電領域にコンタクトするビアプラグを有する半導体装置において、
前記ビアプラグは、前記導電領域から延在するカーボンナノチューブの束により構成され、
前記カーボンナノチューブは前記ビアプラグ中において誘電体材料により保持されており、
前記ビアプラグにおいて前記カーボンナノチューブは、先端が互いに集合する形状を有することを特徴とする半導体装置。
（付記２）
基板と、
前記基板に形成された、導電領域を含む活性素子と、
前記基板上に形成され、前記活性素子を覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜中に形成され、前記導電領域にコンタクトするビアプラグを有する半導体装置において、
前記ビアプラグは、前記導電領域から延在するカーボンナノチューブの束により構成され、
前記カーボンナノチューブは前記ビアプラグ中において誘電体材料により保持されており、
前記ビアプラグにおいて前記カーボンナノチューブは、先端が前記ビアプラグから外方に開いた形状を有することを特徴とする半導体装置。
（付記３）
前記カーボンナノチューブの先端は、前記絶縁膜の表面を超えて延在し、前記絶縁膜上に形成される配線パタ―ン中に侵入することを特徴とする付記１または２記載の半導体装置。
（付記４）
第１の配線パタ―ンを形成された第１の層間絶縁膜と、
前記第１の層間絶縁膜上に前記第１の配線パタ―ンを覆って形成された第２の層間絶縁膜と、
前記第２の層間絶縁膜を覆って形成され、第２の配線パタ―ンを形成された第３の層間絶縁膜と、
前記第２の層間絶縁膜中に形成され、前記第１の配線パタ―ンと前記第２の配線パタ―ンとを接続するビアプラグとを含み、
前記ビアプラグは、前記導電領域から延在するカーボンナノチューブの束により構成され、
前記カーボンナノチューブは前記ビアプラグ中において誘電体材料により保持されており、
前記ビアプラグにおいて前記カーボンナノチューブは、先端が互いに集合する形状を有することを特徴とする配線構造。
（付記５）
第１の配線パタ―ンを形成された第１の層間絶縁膜と、
前記第１の層間絶縁膜上に前記第１の配線パタ―ンを覆って形成された第２の層間絶縁膜と、
前記第２の層間絶縁膜を覆って形成され、第２の配線パタ―ンを形成された第３の層間絶縁膜と、
前記第２の層間絶縁膜中に形成され、前記第１の配線パタ―ンと前記第２の配線パタ―ンとを接続するビアプラグとを含み、
前記ビアプラグは、前記導電領域から延在するカーボンナノチューブの束により構成され、
前記カーボンナノチューブは前記ビアプラグ中において誘電体材料により保持されており、
前記ビアプラグにおいて前記カーボンナノチューブは、先端が前記ビアプラグから外方に開いた形状を有することを特徴とする配線構造。
（付記６）
前記カーボンナノチューブの先端は、前記第２の層間絶縁膜の表面を超えて延在し、前記第２の配線パタ―ン中に侵入することを特徴とする付記４または５記載の半導体装置。
（付記７）
絶縁膜中にビアホールを形成する工程と、
前記ビアホールの底に触媒粒子を付着させる工程と、
前記ビアホール中において前記触媒粒子を起点に、カーボンナノチューブを前記絶縁膜の表面を超えて成長させ、複数のカーボンナノチューブよりなるカーボンナノチューブの束を形成する工程と、
前記絶縁膜上に前記カーボンナノチューブの束を覆って、誘電体膜の塗布液を塗布する工程と、
前記絶縁膜上における前記塗布液の厚さを、前記絶縁膜上における前記塗布膜の表面の高さが前記絶縁膜表面におけるカーボンナノチューブの高さ以下になるように減少させる工程と、
前記厚さが低減された塗布膜を硬化させて前記誘電体膜を形成する工程と、
前記誘電体膜を除去して前記絶縁膜の表面を露出させ、前記絶縁膜の表面に、前記カーボンナノチューブによりビアプラグを形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記８）
前記塗布液は、塗布される前に溶媒に希釈されていることを特徴とする付記７記載の半導体装置の製造方法。
（付記９）
前記塗布液の厚さを減少させる工程は、前記絶縁膜を、前記絶縁膜を担持する基板ごと回転させることにより実行されることを特徴とする付記７または８記載の半導体装置の製造方法。
（付記１０）
前記塗布液の厚さを減少させる工程は、前記塗布液から溶媒を気化させることにより実行されることを特徴とする付記７または８記載の半導体装置の製造方法。
（付記１１）
前記誘電体膜を除去する工程は、化学機械研磨、イオンミリングおよびエッチングのいずれかにより実行されることを特徴とする付記７〜１０のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
（付記１２）
さらに前記絶縁膜上に導電部材を、前記カーボンナノチューブが前記ビアホール上において前記導電部材中に埋設されるように形成する工程を有することを特徴とする付記７〜１１のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
（付記１３）
前記カーボンナノチューブは先端が集合したカーボンナノチューブの束を形成し、前記カーボンナノチューブを成長させる工程は、前記ビアホールの径に対する前記カーボンナノチューブが前記絶縁膜の表面から突出する長さの比が５以下となるように実行されることを特徴とする付記７記載の半導体装置の製造方法。
（付記１４）
前記カーボンナノチューブの束において各々のカーボンナノチューブは、先端が前記ビアホールの外方に屈曲した形状を有し、前記カーボンナノチューブを成長させる工程は、前記ビアホールの径に対する前記カーボンナノチューブが前記絶縁膜の表面から突出する長さの比が５を超えるように実行されることを特徴とする付記７記載の半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【０１０９】
１  半導体基板
１ａ，１ｂ  ソース／ドレイン領域
２  素子分離絶縁膜
２Ｇ  ゲート絶縁膜
３，５，７，１５  層間絶縁膜
３Ｇ  ゲート電極
４  ビアプラグ
５Ａ，１５Ａ  配線溝
６Ａ，９，１６  バリアメタル膜
６Ｂ  銅配線パタ―ン
７Ａ  開口部（ビアホール）
８  レジストパターン
８Ａ  レジスト開口部
１０  コンタクト膜
１１  触媒粒子
１３  カーボンナノチューブ
１４  塗布膜
１４０  誘電体膜
１７  銅層
１７Ａ  銅配線パタ―ン
１７０  タングステン層
１７０Ａ  タングステン配線パタ―ン
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
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【図１Ｈ】
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【図２】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図５Ｉ】
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【図５Ｊ】
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【図５Ｋ】
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【図５Ｌ】
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【図５Ｍ】
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【図５Ｎ】
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【図５Ｏ】
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【図５Ｐ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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【図１０】
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【図３】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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