(57)【要約】【課題】  配線上に良好なカーボンナノチューブを形成する。【解決手段】  下層Ｃｕ配線１上にＭｏを堆積して接続層２を形成し、この接続層２上にＣＶＤ法を用いてカーボンナノチューブ６を成長させる。Ｍｏからなる接続層２を形成することにより、カーボンナノチューブ６を成長させるＣＶＤの際に熱が加えられても、下層Ｃｕ配線１からのＣｕの熱拡散が抑制され、触媒金属５の活性低下が抑えられる。さらに、Ｍｏはカーボンナノチューブ６との間の接触抵抗が低いため、下層Ｃｕ配線１との低抵抗接続を確保しつつ、良好なカーボンナノチューブ６を形成することができる。【選択図】  図１
2006108210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線に炭素元素円筒型構造体が電気的に接続された配線接続構造において、
前記配線上に、導電性を有する接続層を介して、前記炭素元素円筒型構造体が形成されていることを特徴とする配線接続構造。
【請求項２】
前記接続層は、前記配線の配線材料の拡散を抑制するとともに、前記炭素元素円筒型構造体と低接触抵抗で接続されることを特徴とする請求項１記載の配線接続構造。
【請求項３】
前記接続層は、モリブデンを含む層であることを特徴とする請求項１記載の配線接続構造。
【請求項４】
前記接続層は、前記配線側に設けられ前記配線の配線材料の拡散を抑制する第１の層と、前記炭素元素円筒型構造体側に設けられ前記炭素元素円筒型構造体と低接触抵抗で接続される第２の層と、を有する積層構造であることを特徴とする請求項１記載の配線接続構造。
【請求項５】
前記接続層は、前記配線側にタンタル層を設け前記炭素元素円筒型構造体側にチタン層を設けたタンタル／チタン積層構造であることを特徴とする請求項１記載の配線接続構造。
【請求項６】
前記接続層は、前記配線側にタンタル層を設け前記炭素元素円筒型構造体側にパラジウム層を設けたタンタル／パラジウム積層構造であることを特徴とする請求項１記載の配線接続構造。
【請求項７】
前記接続層は、前記配線側にタンタル層を設け前記炭素元素円筒型構造体側にモリブデン層を設けたタンタル／モリブデン積層構造であることを特徴とする請求項１記載の配線接続構造。
【請求項８】
配線に炭素元素円筒型構造体が電気的に接続された配線接続構造の形成方法において、
前記配線上に導電性を有する接続層を形成し、前記接続層上に前記炭素元素円筒型構造体を形成することを特徴とする配線接続構造の形成方法。
【請求項９】
前記接続層の形成後に、前記接続層に通じるビアホールを形成し、
前記ビアホール底面に露出する前記接続層上に前記炭素元素円筒型構造体を形成することを特徴とする請求項８記載の配線接続構造の形成方法。
【請求項１０】
前記配線に通じるビアホールを形成し、
前記ビアホールの形成後に、前記ビアホール底面に露出する前記配線上に前記接続層を形成し、前記接続層上に前記炭素元素円筒型構造体を形成することを特徴とする請求項８記載の配線接続構造の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は配線接続構造およびその形成方法に関し、特に半導体装置等に用いられ、配線間を電気的に接続するための配線接続構造およびその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置やプリント配線基板等には、異なる層や面に存在する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。近年、配線材料には専ら銅（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。
【０００３】
近年では、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。特にカーボンナノチューブは、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、半導体装置等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。
【０００４】
一例として、カーボンナノチューブを配線間の接続に用いた場合の配線接続構造について述べる（例えば特許文献１参照）。図１４はカーボンナノチューブを用いた従来の配線接続構造の断面模式図である。
【０００５】
図１４に示すような従来の配線接続構造では、下層側のＣｕ配線（「下層Ｃｕ配線」という。）１００上に形成された層間絶縁膜１０１にこれを貫通するビアホール１０２が形成されており、このビアホール１０２内には、下層Ｃｕ配線１００に対して垂直方向に延びるカーボンナノチューブ１０３の集合体が形成されている。カーボンナノチューブ１０３は、例えば、化学気相成長（Chemical Vapor Deposition，ＣＶＤ）法を用い、ビアホール１０２内の下層Ｃｕ配線１００上に堆積したコバルト（Ｃｏ）等の触媒金属１０４を利用して炭素を垂直配向成長させることにより形成することができる。そして、このようにして形成されたカーボンナノチューブ１０３の上端側に、図示しないＣｕ配線（「上層Ｃｕ配線」という。）等の導電層が形成され、カーボンナノチューブ１０３によって下層Ｃｕ配線１００と上層の導電層とが電気的に接続される。
【０００６】
また、従来は、活性領域を有する基板上に形成された誘電体にその活性領域に通じるビアホールを形成し、その活性領域上にタングステン（Ｗ）等の薄層を介してカーボンナノチューブを垂直配向成長させ、さらに、そのカーボンナノチューブの上端側に導電層を形成することにより、活性領域と導電層とをカーボンナノチューブで電気的に接続する構造等も提案されている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−３２９７２３号公報
【特許文献２】特開２００４−６８６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記のように炭素をＣＶＤ法によって垂直配向成長させてカーボンナノチューブやカーボンファイバ等の炭素元素円筒型構造体を形成するときには、そのＣＶＤの際に被処理体はカーボンナノチューブ等の成長に必要な４００℃〜９００℃程度の温度に加熱される。そのため、ＣＶＤ前にＣｕ配線上にＣｏ等の触媒金属を堆積している場合には、その熱によってＣｕと触媒金属との相互熱拡散が引き起こされ、それによって触媒金属の活性が低下し、カーボンナノチューブ等の成長が阻害されてしまうといった問題点があった。その結果、例えば、カーボンナノチューブ等を目的の長さや太さに形成することができなかったり、カーボンナノチューブ等をビアホール内に目的の密度で形成することができなかったりして、半導体装置等の要求特性を十分に満足させることができない場合があった。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、配線上に良好な炭素元素円筒型構造体が形成された配線接続構造を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、炭素元素円筒型構造体の形成時に触媒金属の活性を高く維持して配線上に良好な炭素元素円筒型構造体を形成することのできる配線接続構造の形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では上記課題を解決するために、図１に例示する構成で実現可能な配線接続構造が提供される。本発明の配線接続構造は、配線に炭素元素円筒型構造体が電気的に接続された配線接続構造において、前記配線上に、導電性を有する接続層を介して、前記炭素元素円筒型構造体が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
図１に例示するような配線接続構造によれば、下層Ｃｕ配線１と炭素元素円筒型構造体であるビアホール４内のカーボンナノチューブ６との間に導電性の接続層２が設けられている。これにより、下層Ｃｕ配線１とカーボンナノチューブ６とを直接接触させずに接続層２を介して電気的な接続を確保する。カーボンナノチューブ６が形成される際には、この接続層２が下層Ｃｕ配線１を覆っているため、下層Ｃｕ配線１のＣｕの熱拡散が抑えられる。
【００１１】
また、本発明では、配線に炭素元素円筒型構造体が電気的に接続された配線接続構造の形成方法において、前記配線上に導電性を有する接続層を形成し、前記接続層上に前記炭素元素円筒型構造体を形成することを特徴とする配線接続構造の形成方法が提供される。
【００１２】
このような配線接続構造の形成方法によれば、配線上に導電性の接続層を形成し、その上に炭素元素円筒型構造体を形成するので、配線と炭素元素円筒型構造体との間の電気的な接続が確保される。さらに、接続層を形成することにより、例えば、炭素元素円筒型構造体の形成時に熱が加えられても、接続層によって配線材料の熱拡散が抑えられるようになる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、配線と炭素元素円筒型構造体との間に導電性の接続層を設けるようにした。これにより、炭素元素円筒型構造体の形成時に熱が加えられたときの配線材料の熱拡散が抑制され、それによって引き起こされることのある弊害、すなわち、触媒金属の活性が低下して良好な炭素元素円筒型構造体を形成することができないという弊害を回避することができるようになる。その結果、炭素元素円筒型構造体で接続される配線間の接続信頼性を高めることができ、製品の高品質化を図ることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を、炭素元素円筒型構造体をカーボンナノチューブとして、図面を参照して詳細に説明する。
図１はカーボンナノチューブを用いた配線接続構造の一例の断面模式図である。
【００１５】
図１に示す配線接続構造では、下層Ｃｕ配線１上に導電性を有する接続層２が形成され、この接続層２上にＳｉＯ2等の層間絶縁膜３が形成されている。層間絶縁膜３には、これを貫通するビアホール４が形成されており、このビアホール４内には、Ｃｏ等の触媒金属５を内部に含み下層Ｃｕ配線１に対して垂直方向に延びる複数のカーボンナノチューブ６が形成されている。カーボンナノチューブ６の上端側には、図示しない上層Ｃｕ配線等の導電層が形成され、それにより、下層Ｃｕ配線１と上層の導電層とがカーボンナノチューブ６を介して電気的に接続される。なお、ここでは図示を省略するが、通常は下層Ｃｕ配線１の下層にはＳｉＯ2等の絶縁性の下地層が設けられる。この下地層はまた、半導体基板や別の配線層の上に設けられる。
【００１６】
このような配線接続構造は、例えば次のような手順で形成される。まず、所定の厚さで下地層の上に形成された下層Ｃｕ配線１上に接続層２を形成し、その上に、層間絶縁膜３を形成する。次いで、層間絶縁膜３の所定領域をエッチングして接続層２に達するビアホール４を形成した後、ビアホール４内に露出した接続層２上に触媒金属５を堆積する。そして、ＣＶＤ法を用い、ビアホール４内に触媒金属５を利用してカーボンナノチューブ６を成長させる。
【００１７】
このように下層Ｃｕ配線１とカーボンナノチューブ６との間に導電性の接続層２を設けることにより、カーボンナノチューブ６のＣＶＤの際に、その成長に必要な一定の熱が加えられても、下層Ｃｕ配線１のＣｕの熱拡散を抑制して触媒金属５の活性を維持することが可能になる。それにより、下層Ｃｕ配線１とカーボンナノチューブ６との間の電気的な接続を確保しつつ、ビアホール４内に良好なカーボンナノチューブ６を成長させることができるようになる。
【００１８】
したがって、接続層２には、少なくともカーボンナノチューブ６の成長温度でＣｕの熱拡散を抑制し、かつ、カーボンナノチューブ６との間の接触抵抗が低い、という２つの特性を十分に備えていることが望まれる。ここで、接続層２の材料選定に当たり、これら２つの特性に関し検討した結果について説明する。
【００１９】
まず、Ｃｕの熱拡散抑制について検討した結果を説明する。
図２はＣｕと各種金属とを積層した試料のシート抵抗の温度依存性を示す図である。この図２において、横軸は試料の加熱温度（℃）を表し、縦軸はシート抵抗の比を表している。また、図３はシート抵抗測定に用いた試料の断面模式図である。
【００２０】
ここでは図３に示すように、シート抵抗測定用の試料１０として、Ｓｉ基板１１上に下地層となるＳｉＯ2膜１２を形成し、その上に厚さ約３００ｎｍのＣｕ層１３と厚さ約５ｎｍの各種金属層１４とを積層形成したものを用いている。Ｃｕ層１３が上記の下層Ｃｕ配線１に、また、金属層１４が上記の接続層２に、それぞれ対応している。金属層１４は、モリブデン（Ｍｏ）層、タンタル（Ｔａ）層、チタン（Ｔｉ）層、パラジウム（Ｐｄ）層のいずれかとした。このような試料１０を６００℃程度までの適当な温度で加熱し、各温度での加熱後、室温まで冷却して、Ｃｕ層１３と金属層１４との積層体のシート抵抗を測定した。なお、各温度での加熱時間は約１０分とした。
【００２１】
試料１０において、Ｃｕの熱拡散が抑えられている場合には、シート抵抗の上昇が抑えられるようになる。測定結果は、図２に示すように、金属層１４がＰｄ層の場合のシート抵抗が加熱温度の上昇に伴って大幅に上昇してしまうのに対し、Ｍｏ層、Ｔａ層およびＴｉ層の場合のシート抵抗が加熱温度の上昇によっても比較的低く維持された。特にＭｏ層の場合のシート抵抗は、全測定温度範囲内で低い水準を示した。
【００２２】
この測定結果より、Ｃｕの熱拡散抑制という点では、Ｍｏ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｐｄのいずれかを単独で用いる場合には、上記の接続層２には、ＰｄよりもＭｏ，Ｔａ，Ｔｉを用いる方が好ましく、また、Ｍｏ，Ｔａを用いる方がより好ましいと言える。
【００２３】
続いて、カーボンナノチューブとの間の接触抵抗について検討した結果を説明する。
図４はカーボンナノチューブと各種金属との間の接触抵抗の温度依存性を示す図である。この図４において、横軸は試料の加熱温度（℃）を表し、縦軸は２端子間の抵抗（Ω）を表している。また、図５は接触抵抗測定に用いた試料の断面模式図である。
【００２４】
ここでは図５に示すように、接触抵抗測定用の試料２０として、Ｓｉ基板２１上に下地層であるＳｉＯ2膜２２を形成し、その上にＳｉＯ2膜２２平面方向に延びるカーボンナノチューブ２３を形成し、このカーボンナノチューブ２３の両端部に金属層２４を形成したものを用いている。カーボンナノチューブ２３が上記の縦方向に延びるカーボンナノチューブ６に、また、金属層２４が上記の接続層２に、それぞれ対応している。金属層２４は、Ｍｏ層、Ｔａ層、Ｔｉ層、Ｐｄ層のいずれかとした。このような試料２０を６００℃程度までの適当な温度で加熱し、各温度での加熱後、室温まで冷却して、カーボンナノチューブ２３両端部の金属層２４間における抵抗を測定した。なお、各温度での加熱時間は約１０分とした。
【００２５】
測定結果は、図４に示すように、金属層２４がＴａ層の場合には抵抗が高いが、その他の金属を金属層２４に用いた場合には、Ｔｉ層、Ｐｄ層、Ｍｏ層の順で低い抵抗が得られた。特に金属層２４がＰｄ層およびＭｏ層の場合の抵抗は、全測定温度範囲内で低い水準を示した。
【００２６】
この測定結果より、低接触抵抗という点では、Ｍｏ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｐｄのいずれかを単独で用いる場合には、上記の接続層２には、ＴａよりもＭｏ，Ｔｉ，Ｐｄを用いる方が好ましく、また、Ｍｏ，Ｐｄを用いる方がより好ましいということができる。
【００２７】
以上、上記の接続層２に望まれるＣｕの熱拡散抑制と低接触抵抗という２つの特性に関して検討した結果について説明したが、この検討結果より、両特性を共に満足する金属はＭｏである。したがって、上記の配線接続構造における接続層２を単一種の金属によって構成する場合には、接続層２をＭｏ層とすることにより、カーボンナノチューブ６のＣＶＤの際に加えられる熱によっても下層Ｃｕ配線１のＣｕの熱拡散を抑制して触媒金属５の活性を高く維持することができ、下層Ｃｕ配線１とカーボンナノチューブ６との間の低抵抗接続を確保しつつ、ビアホール４内にカーボンナノチューブ６を良好に成長させることができる。
【００２８】
また、接続層２は、単一種の金属で構成するのみでなく、複数種の金属を用いて構成することもできる。例えば、単独でも目的の特性を満足することのできるＭｏを、他の金属と合金化して接続層２に用いてもよい。Ｍｏと合金化する金属の例としてはＴｉやＣｏを挙げることができる。Ｔｉは、上記の図２および図４に示したように、単独でもある程度のＣｕの熱拡散抑制と低接触抵抗を実現しており、ＭｏＴｉ合金としても両特性を共に満足させることが可能である。また、接続層２をＭｏＣｏ合金とした場合には、これに含有されているＣｏをカーボンナノチューブ６成長時の触媒として機能させることが可能になる。
【００２９】
さらに、接続層２は、２種の金属を積層させた構造としてもよい。その場合、接続層２は、下層Ｃｕ配線１側に、第１の層として、主にＣｕの熱拡散を抑制する金属層を設け、カーボンナノチューブ６側に、第２の層として、主に低接触抵抗を示す金属層を設けた２層構造とする。このような積層構造によっても、Ｃｕの熱拡散抑制と低接触抵抗という両特性を共に満足させることができる。
【００３０】
このような積層構造の例としては、下層Ｃｕ配線１側にＴａ層を設けてカーボンナノチューブ６側にＴｉ層を設けたＴａ／Ｔｉ積層構造のほか、下層Ｃｕ配線１側にＴａ層を設けてカーボンナノチューブ６側にＰｄ層を設けたＴａ／Ｐｄ積層構造や、下層Ｃｕ配線１側にＴａ層を設けてカーボンナノチューブ６側にＭｏ層を設けたＴａ／Ｍｏ積層構造等を挙げることができる。積層金属の組合せは、上記の図２および図４の結果を用いて適宜選択することが可能である。このほか、積層構造を構成する各金属層にはその合金を用いるようにしても構わない。
【００３１】
また、接続層２は、必要に応じて、３層以上の積層構造とすることも可能である。例えば、下層Ｃｕ配線１側に設ける金属層とカーボンナノチューブ６側に設ける金属層との接続強度を確保する目的で、両金属層の間に、それを補う別の金属層を挿入するような構成としてもよい。なお、この場合にも、それぞれの金属層にはその合金を用いることが可能である。
【００３２】
なお、以上、配線接続構造の構成例について説明したが、この配線接続構造において、接続層２は、これに用いる金属をスパッタ法や蒸着法を用いて形成することができる。また、接続層２の厚さは、１ｎｍ〜２０ｎｍ程度、好ましくは２ｎｍ〜１０ｎｍ程度とする。接続層２の厚さが１ｎｍを下回る場合には、Ｃｕの熱拡散抑制効果を十分に得ることが難しくなり、また、２０ｎｍを上回る場合には、下層Ｃｕ配線１とカーボンナノチューブ６との間の導通抵抗が高くなってしまうためである。
【００３３】
また、上記の配線接続構造における触媒金属５は、これに用いる金属をスパッタ法や蒸着法を用いて形成することができ、ＣＶＤ法を用いたカーボンナノチューブ６成長のためには、この触媒金属５は、最終的に層状、粒子状のいずれの形態をとっていても構わない。
【００３４】
また、上記の配線接続構造におけるカーボンナノチューブ６は、単層構造、多層構造のいずれのものでもよく、１つのビアホール４内に単層構造と多層構造の両方が混在していても構わない。また、このカーボンナノチューブ６は、その１本１本が独立したものであっても、あるいは複数がバンドル状になったものであっても構わない。このほか、カーボンナノチューブ６は、ピーポッド構造を有しているものであってもよい。
【００３５】
ＣＶＤ法を用いてカーボンナノチューブ６を成長させる場合、成長は、プラズマＣＶＤ法によっても、あるいは熱ＣＶＤ法によっても行うことができる。なお、プラズマＣＶＤ法を用いた場合には、カーボンナノチューブ６の成長は、触媒金属５がカーボンナノチューブ６内の先端部分（上層Ｃｕ配線側の端部）に残る、いわゆる先端成長で進み、熱ＣＶＤ法を用いた場合には、触媒金属５がカーボンナノチューブ６内の根元部分（下層Ｃｕ配線１側の端部）に残る、いわゆる根元成長で進む。
【００３６】
以下、カーボンナノチューブを用いた配線接続構造およびその形成方法について、具体例を挙げて説明する。
まず、第１の実施の形態について説明する。
【００３７】
図６から図８は配線接続構造の形成方法の説明図であって、図６は第１の実施の形態の接続層およびビアホール形成工程の断面模式図、図７は第１の実施の形態の触媒金属形成工程の断面模式図、図８は第１の実施の形態のカーボンナノチューブ形成工程の断面模式図である。
【００３８】
この第１の実施の形態の配線接続構造では、図６に示すように、はじめに、適当な絶縁性の下地層（図示せず。）の上に形成された厚さ約１００ｎｍの下層Ｃｕ配線１上に、スパッタ法または蒸着法により、Ｍｏを厚さ約５ｎｍになるように堆積して接続層２を形成し、続いて、層間絶縁膜３として厚さ約３５０ｎｍのＳｉＯ2を堆積する。そして、この層間絶縁膜３上に、ビアの形成予定領域にパターニング法を用いてレジスト膜の開口を形成し、フッ素を用いたドライエッチングにより接続層２が露出するまで層間絶縁膜３のエッチングを行い、ビアホール４を形成する。
【００３９】
なお、ビアホール４を形成する際には、ドライエッチングと例えばフッ酸を用いたウェットエッチングを併用するようにしてもよい。それにより、接続層２に与えるダメージを抑えてエッチングすることが可能になる。
【００４０】
次いで、図７に示すように、ビアホール４内に触媒金属５としてＣｏ層を堆積する。その際には、まず、スパッタ法または蒸着法により、Ｃｏを全面に厚さ約２．５ｎｍになるように堆積する。そして、レジスト膜を用いたリフトオフ法により、ビアホール４内にＣｏ層を形成する。
【００４１】
なお、触媒金属５としてここではＣｏを用いたが、Ｃｏに代えて鉄（Ｆｅ）やニッケル（Ｎｉ）を用いてもよく、これらの元素を含んだ合金を用いてもよい。また、ここでは触媒金属５を薄層としたが、微粒子であってもよい。
【００４２】
このようにして接続層２上に触媒金属５を形成した後、図８に示すように、その触媒金属５を利用して、ビアホール４内にカーボンナノチューブ６を成長させる。
カーボンナノチューブ６の成長には、例えば熱フィラメントによりガス解離を行う熱フィラメントＣＶＤ法を用いることができる。この場合、例えば、反応ガスとしてアセチレン（Ｃ2Ｈ2）と水素（Ｈ2）の混合ガス（Ｃ2Ｈ2／Ｈ2＝８０ｓｃｃｍ／２０ｓｃｃｍ）を真空チャンバ内に導入し、チャンバ内圧力を約１０００Ｐａ、被処理体温度を約６００℃、熱フィラメント温度を約１８００℃とする。なお、「ｓｃｃｍ」は、０℃，１０１．３ｋＰａでの流量（ｍＬ／ｍｉｎ）を表す。
【００４３】
さらに、カーボンナノチューブ６の成長には、熱フィラメントを直流（ＤＣ）プラズマと組み合わせたＤＣプラズマ熱フィラメントＣＶＤ法を用いることもできる。この場合、例えば、反応ガスとしてＣ2Ｈ2とＨ2の混合ガス（Ｃ2Ｈ2／Ｈ2＝８０ｓｃｃｍ／２０ｓｃｃｍ）を真空チャンバ内に導入し、チャンバ内圧力を約１０００Ｐａ、被処理体温度を約６００℃、熱フィラメント温度を約１８００℃とする。
【００４４】
また、カーボンナノチューブ６の成長には、従来広く一般に行われている通常の熱ＣＶＤ法を用いることも可能である。この場合、例えば、反応ガスとしてＣ2Ｈ2とＨ2の混合ガス（Ｃ2Ｈ2／Ｈ2＝８０ｓｃｃｍ／２０ｓｃｃｍ）を真空チャンバ内に導入し、チャンバ内圧力を約２００Ｐａ、被処理体温度を約９００℃とする。ただし、被処理体温度が上記の熱フィラメントを利用したＣＶＤ法の場合に比べて高温になるので、接続層２の材料選定に留意する必要がある。
【００４５】
カーボンナノチューブ６を接続層２上に垂直配向成長させるためには、ＣＶＤ時に、接地したチャンバに対して被処理体に例えばマイナス４００Ｖ程度のＤＣ電界を印加する。このようにＤＣ電界を印加することにより、垂直方向に配向させてカーボンナノチューブ６を成長させることができる。
【００４６】
このように、第１の実施の形態では、Ｍｏで接続層２を形成し、この上に触媒金属５およびカーボンナノチューブ６を形成するようにした。これにより、ＣＶＤの際に下層Ｃｕ配線１のＣｕの熱拡散が抑えられ、良好なカーボンナノチューブ６を形成することができるとともに、カーボンナノチューブ６と下層Ｃｕ配線１とを低抵抗で電気的に接続することができる。
【００４７】
次に、第２の実施の形態について説明する。
図９から図１１は第２の実施の形態の配線接続構造の形成方法の説明図であって、図９は第２の実施の形態のビアホール形成工程の断面模式図、図１０は第２の実施の形態の接続層および触媒金属形成工程の断面模式図、図１１は第２の実施の形態のカーボンナノチューブ形成工程の断面模式図である。
【００４８】
この第２の実施の形態の配線接続構造では、図９に示すように、はじめに、適当な下地層（図示せず。）の上に形成された厚さ約１００ｎｍの下層Ｃｕ配線１上に、厚さ約３５０ｎｍのＳｉＯ2を堆積して層間絶縁膜３を形成する。そして、この層間絶縁膜３上に、ビアの形成予定領域にパターニング法を用いてレジスト膜の開口を形成し、フッ素を用いたドライエッチングにより下層Ｃｕ配線１が露出するまで層間絶縁膜３のエッチングを行い、ビアホール４を形成する。なお、ビアホール４を形成する際には、ドライエッチングと例えばフッ酸を用いたウェットエッチングを併用するようにしてもよい。
【００４９】
次いで、スパッタ法または蒸着法により、全面にＭｏを厚さ約５ｎｍになるように堆積し、続けてＣｏを厚さ約２．５ｎｍになるように堆積する。そして、レジスト膜を用いたリフトオフ法により、図１０に示すように、ビアホール４内に、接続層２としてのＭｏ層と触媒金属５としてのＣｏ層を形成する。なお、触媒金属５には、ＣｏのほかＦｅやＮｉ、またはこれらの元素を含んだ合金を用いてもよい。また、触媒金属５は、薄層であっても、微粒子であってもよい。
【００５０】
このようにしてビアホール４内に接続層２および触媒金属５を形成した後、図１１に示すように、その触媒金属５を利用して、ビアホール４内にカーボンナノチューブ６を成長させる。カーボンナノチューブ６の成長には、上記第１の実施の形態と同様、熱フィラメントＣＶＤ法やＤＣプラズマ熱フィラメントＣＶＤ法のほか、通常の熱ＣＶＤ法を用いることができる。各ＣＶＤ法によるカーボンナノチューブ６の成長条件は、例えば上記第１の実施の形態と同じにすることができる。
【００５１】
このように、第２の実施の形態では、下層Ｃｕ配線１に通じるビアホール４内に接続層２および触媒金属５を形成してカーボンナノチューブ６を形成するようにした。このような方法および構成によっても、ＣＶＤの際の下層Ｃｕ配線１のＣｕの熱拡散を抑えて良好なカーボンナノチューブ６を形成することができるとともに、カーボンナノチューブ６と下層Ｃｕ配線１とを低抵抗で電気的に接続することができる。
【００５２】
次に、第３の実施の形態について説明する。
図１２および図１３は第３の実施の形態の配線接続構造の形成方法の説明図であって、図１２は第３の実施の形態の接続層および触媒金属形成工程の断面模式図、図１３は第３の実施の形態のカーボンナノチューブ形成工程の断面模式図である。
【００５３】
この第３の実施の形態の配線接続構造では、第２の実施の形態と同様、図１２に示すように、はじめに、下地層（図示せず。）の上に形成された厚さ約１００ｎｍの下層Ｃｕ配線１上に、厚さ約３５０ｎｍのＳｉＯ2を堆積して層間絶縁膜３を形成し、パターニング法を用いて下層Ｃｕ配線１に通じるビアホール４を形成する。
【００５４】
次いで、スパッタ法または蒸着法により、全面にＴａを厚さ約５ｎｍになるように堆積し、続けてＴｉを厚さ約２．５ｎｍになるように堆積する。そして、その上に更にＣｏを厚さ約２．５ｎｍになるように堆積する。その後、レジスト膜を用いたリフトオフ法により、図１２に示したように、ビアホール４内に、接続層２としてＴａ層２ａとＴｉ層２ｂの積層構造を形成し、Ｔｉ層２ｂ上に触媒金属５としてＣｏ層を形成する。なお、触媒金属５には、ＣｏのほかＦｅやＮｉ、またはこれらの元素を含んだ合金を用いてもよい。また、触媒金属５は、薄層であっても、微粒子であってもよい。
【００５５】
このようにしてビアホール４内に接続層２および触媒金属５を形成した後、図１３に示すように、その触媒金属５を利用して、ビアホール４内にカーボンナノチューブ６を成長させる。カーボンナノチューブ６の成長には、上記第１の実施の形態と同様、熱フィラメントＣＶＤ法やＤＣプラズマ熱フィラメントＣＶＤ法のほか、通常の熱ＣＶＤ法を用いることができる。各ＣＶＤ法によるカーボンナノチューブ６の成長条件は、例えば上記第１の実施の形態と同じにすることができる。
【００５６】
このように、第３の実施の形態では、下層Ｃｕ配線１に通じるビアホール４内にＴａ／Ｔｉ積層構造を有する接続層２および触媒金属５を形成してカーボンナノチューブ６を形成するようにした。このような２層構造の接続層２では、下層Ｃｕ配線１側に形成されたＴａ層２ａが主にＣＶＤの際のＣｕの熱拡散を抑え、カーボンナノチューブ６側に形成されたＴｉ層２ｂが主にカーボンナノチューブ６との間の低接触抵抗を実現している。それにより、良好なカーボンナノチューブ６を形成することができるとともに、カーボンナノチューブ６と下層Ｃｕ配線１とを低抵抗で電気的に接続することができる。
【００５７】
なお、接続層２を、先に例示したＴａ／Ｐｄ積層構造、Ｔａ／Ｍｏ積層構造とした場合にもこれと同様に形成することができ、また、同様の効果を得ることができる。
以上説明したように、カーボンナノチューブ６を用いた配線接続構造において、下層Ｃｕ配線１上に導電性を有する接続層２を介してカーボンナノチューブ６を形成する。これにより、下層Ｃｕ配線１とカーボンナノチューブ６との間の電気的な接続を確保しつつ、下層Ｃｕ配線１のＣｕの熱拡散を抑えて良好なカーボンナノチューブ６を形成することが可能になり、カーボンナノチューブ６を用いた接続信頼性の高い配線接続構造が実現される。
【００５８】
なお、以上では炭素元素円筒型構造体がカーボンナノチューブであるとして説明したが、その他の炭素元素円筒型構造体、例えばカーボンファイバがほぼ筒状に形成されたもの等でも、上記した効果と同等の効果を得ることができる。さらに、そのような筒状のカーボンファイバがカーボンナノチューブと混在しているものであっても、同等の効果を得ることができる。また、このような炭素元素円筒型構造体に炭素元素を含有するその他の構造体が含まれていても同様である。
【００５９】
（付記１）  配線に炭素元素円筒型構造体が電気的に接続された配線接続構造において、
前記配線上に、導電性を有する接続層を介して、前記炭素元素円筒型構造体が形成されていることを特徴とする配線接続構造。
【００６０】
（付記２）  前記接続層は、前記配線の配線材料の拡散を抑制するとともに、前記炭素元素円筒型構造体と低接触抵抗で接続されることを特徴とする付記１記載の配線接続構造。
【００６１】
（付記３）  前記接続層は、モリブデン層であることを特徴とする付記１記載の配線接続構造。
（付記４）  前記接続層は、モリブデンを含む層であることを特徴とする付記１記載の配線接続構造。
【００６２】
（付記５）  前記接続層は、前記配線側に設けられ前記配線の配線材料の拡散を抑制する第１の層と、前記炭素元素円筒型構造体側に設けられ前記炭素元素円筒型構造体と低接触抵抗で接続される第２の層と、を有する積層構造であることを特徴とする付記１記載の配線接続構造。
【００６３】
（付記６）  前記接続層は、前記配線側にタンタル層を設け前記炭素元素円筒型構造体側にチタン層を設けたタンタル／チタン積層構造であることを特徴とする付記１記載の配線接続構造。
【００６４】
（付記７）  前記接続層は、前記配線側にタンタル層を設け前記炭素元素円筒型構造体側にパラジウム層を設けたタンタル／パラジウム積層構造であることを特徴とする付記１記載の配線接続構造。
【００６５】
（付記８）  前記接続層は、前記配線側にタンタル層を設け前記炭素元素円筒型構造体側にモリブデン層を設けたタンタル／モリブデン積層構造であることを特徴とする付記１記載の配線接続構造。
【００６６】
（付記９）  前記炭素元素円筒型構造体の内部に前記炭素元素円筒型構造体形成用の触媒金属が含まれていることを特徴とする付記１記載の配線接続構造。
（付記１０）  前記炭素元素円筒型構造体は、カーボンナノチューブであることを特徴とする付記１記載の配線接続構造。
【００６７】
（付記１１）  前記触媒金属は、鉄、ニッケル、コバルトの中から選択される１種または２種以上の元素を含むことを特徴とする付記９記載の配線接続構造。
（付記１２）  配線に炭素元素円筒型構造体が電気的に接続された配線接続構造の形成方法において、
前記配線上に導電性を有する接続層を形成し、前記接続層上に前記炭素元素円筒型構造体を形成することを特徴とする配線接続構造の形成方法。
【００６８】
（付記１３）  前記接続層の形成後に、前記接続層に通じるビアホールを形成し、
前記ビアホール底面に露出する前記接続層上に前記炭素元素円筒型構造体を形成することを特徴とする付記１２記載の配線接続構造の形成方法。
【００６９】
（付記１４）  前記配線に通じるビアホールを形成し、
前記ビアホールの形成後に、前記ビアホール底面に露出する前記配線上に前記接続層を形成し、前記接続層上に前記炭素元素円筒型構造体を形成することを特徴とする付記１２記載の配線接続構造の形成方法。
【００７０】
（付記１５）  前記接続層の形成後に、
前記接続層上に触媒金属を堆積し、前記触媒金属を用いて前記接続層上に前記炭素元素円筒型構造体を形成することを特徴とする付記１２記載の配線接続構造の形成方法。
【００７１】
（付記１６）  前記炭素元素円筒型構造体は、化学気相成長法を用いて前記接続層上に形成することを特徴とする付記１２記載の配線接続構造の形成方法。
（付記１７）  化学気相成長法を用いて前記接続層上に前記炭素元素円筒型構造体を形成する際には、一定の方向に電界を印加しながら炭素を前記接続層上に成長させることを特徴とする付記１６記載の配線接続構造の形成方法。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】カーボンナノチューブを用いた配線接続構造の一例の断面模式図である。
【図２】Ｃｕと各種金属とを積層した試料のシート抵抗の温度依存性を示す図である。
【図３】シート抵抗測定に用いた試料の断面模式図である。
【図４】カーボンナノチューブと各種金属との間の接触抵抗の温度依存性を示す図である。
【図５】接触抵抗測定に用いた試料の断面模式図である。
【図６】第１の実施の形態の接続層およびビアホール形成工程の断面模式図である。
【図７】第１の実施の形態の触媒金属形成工程の断面模式図である。
【図８】第１の実施の形態のカーボンナノチューブ形成工程の断面模式図である。
【図９】第２の実施の形態のビアホール形成工程の断面模式図である。
【図１０】第２の実施の形態の接続層および触媒金属形成工程の断面模式図である。
【図１１】第２の実施の形態のカーボンナノチューブ形成工程の断面模式図である。
【図１２】第３の実施の形態の接続層および触媒金属形成工程の断面模式図である。
【図１３】第３の実施の形態のカーボンナノチューブ形成工程の断面模式図である。
【図１４】カーボンナノチューブを用いた従来の配線接続構造の断面模式図である。
【符号の説明】
【００７３】
１  下層Ｃｕ配線
２  接続層
２ａ  Ｔａ層
２ｂ  Ｔｉ層
３  層間絶縁膜
４  ビアホール
５  触媒金属
６，２３  カーボンナノチューブ
１０，２０  試料
１１，２１  Ｓｉ基板
１２，２２  ＳｉＯ2膜
１３  Ｃｕ層
１４，２４  金属層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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