(57)【要約】【課題】カーボンナノチューブを有するプラグ配線において良好な電気的接続を得ることができるカーボンナノチューブ配線及びその製造方法を提供する。【解決手段】第１配線層１２上に層間絶縁膜１３が形成され、層間絶縁膜１３上に第２配線層１４が形成されている。第１配線層１２と第２配線層１４との間の層間絶縁膜１３内にはコンタクト孔１５が形成される。コンタクト孔１５内には、一端が第１配線層１２に接続され、他端が第２配線層１４に接続された複数のカーボンナノチューブ１６が形成されている。さらに、層間絶縁膜１３と第２配線層１４との間にはストッパ膜１７が形成され、ストッパ膜１７の一部は複数のカーボンナノチューブ１６の前記他端間に充填されている。【選択図】図１
2011061026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１配線層と、
前記第１配線層上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に形成された第２配線層と、
前記第１配線層と前記第２配線層との間の前記層間絶縁膜内に形成されたコンタクト孔と、
前記コンタクト孔内に形成され、一端が前記第１配線層に接続され、他端が前記第２配線層に接続された複数のカーボンナノチューブと、
前記層間絶縁膜と前記第２配線層との間に形成され、一部が前記複数のカーボンナノチューブの前記他端間に充填されたストッパ膜と、
を具備することを特徴とするカーボンナノチューブ配線。
【請求項２】
前記ストッパ膜は、前記コンタクト孔内の前記複数のカーボンナノチューブ間の前記層間絶縁膜と前記第２配線層との間の部分のストッパ膜よりも下方まで入り込んでいることを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブ配線。
【請求項３】
第１配線層上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第１配線層上の前記層間絶縁膜内にコンタクト孔を形成する工程と、
前記コンタクト孔内の前記第１配線層上にカーボンナノチューブを成長させ、前記コンタクト孔から先端が突き出た複数のカーボンナノチューブを形成する工程と、
前記層間絶縁膜上及び前記複数のカーボンナノチューブ間に、ストッパ膜を形成する工程と、
前記ストッパ膜上及び前記複数のカーボンナノチューブ上に絶縁膜を形成する工程と、
前記ストッパ膜をストッパとして用い、前記ストッパ膜上の前記絶縁膜と共に、前記コンタクト孔上の前記複数のカーボンナノチューブを除去する工程と、
前記複数のカーボンナノチューブ上に第２配線層を形成する工程と、
を具備することを特徴とするカーボンナノチューブ配線の製造方法。
【請求項４】
前記複数のカーボンナノチューブを除去する工程の後、前記複数のカーボンナノチューブの露出した先端部を開端する開端処理をさらに具備することを特徴とする請求項３に記載のカーボンナノチューブ配線の製造方法。
【請求項５】
第１配線層上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第１配線層上の前記層間絶縁膜内にコンタクト孔と配線溝を形成する工程と、
前記コンタクト孔内の第１配線層上にカーボンナノチューブを成長させ、コンタクト孔から先端が突き出た複数のカーボンナノチューブを形成する工程と、
前記コンタクト孔上の前記複数のカーボンナノチューブ間に、保護膜を形成する工程と、
前記保護膜をエッチングし、前記コンタクト孔上に前記保護膜の一部の膜を残したまま、前記複数のカーボンナノチューブの端部を露出する工程と、
前記複数のカーボンナノチューブの端部をエッチングする工程と、
前記配線溝内に第２配線層を形成する工程と、
を具備することを特徴とするカーボンナノチューブ配線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノチューブ配線及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
（１）開端の問題
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ：Carbon Nanotube）は、チューブ面に並行にバリスティック伝導をするために、配線の長さによらず低抵抗な配線が得られることが期待されている。また、チューブ壁を何層か持つマルチウォールカーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ：Multi-Walled Carbon Nanotube）では、ウォールの分だけ電流が流れるのでシングルウォールカーボンナノチューブの抵抗をＲとすると、抵抗値はＲ/ｎ（ｎは壁の枚数）になる。
【０００３】
一方、カーボンナノチューブでは壁から壁へ横切る方向の伝導は非常に抵抗が高い。一般に、ＭＷＣＮＴを成長させると、その成長の終端はドーム状に閉口している。今、理想的にＭＷＣＮＴの成長高さが揃っていてＭＷＣＮＴの上面で配線金属と接触していたとしても、ＭＷＣＮＴの内部の並列の伝導パスを使うためには、必ず数層の側壁を横断する電流を流さないといけない。
【０００４】
更に、現実的にはＭＷＣＮＴの長さにはばらつきがあり、ビア（Ｖｉａ）開口部からはみ出した部分は横方向に倒れたり、傾いたりしているので、上層配線金属はＭＷＣＮＴの側壁と接触することになる。
【０００５】
したがって、ＭＷＣＮＴの低抵抗のメリットが十分に活用できないという問題がある。これは低抵抗という観点だけでなく、電流密度耐性という観点からも、すなわちＭＷＣＮＴ内の全ての壁を伝導に使えないのは電流密度という点からも効率を落としている。
【０００６】
これらの問題を解決するために、ＭＷＣＮＴの端の結晶構造を破壊し（開端プロセス）、上部配線とＭＷＣＮＴ内部の多層壁面とが接触するように接続を取ることが考えられる。この開端プロセスとしては、プラズマやＵＶ、イオンビームなどのエネルギー線を照射して構造の破壊を行う方法や、酸素、水素、フッ素などの化学種、ラジカルを作用させて開端する手法などが考えられる。
【０００７】
しかしながら、個々のカーボンナノチューブ間には空間があるので、現実のカーボンナノチューブ配線構造に対してこれらの開端処理を行うと、開端を行いたいカーボンナノチューブ先端部分以外の部分も結晶構造が破壊されてしまう問題がある。さらに、カーボンナノチューブの根元である第１配線の表面が変化をおこしてしまうことがある。
【０００８】
（２）ホール部分からの余剰成長とＣＭＰ（Chemical Mechanical Polish）除去の困難
ビアホールやコンタクトホール（以下、コンタクト孔）にカーボンナノチューブを成長させたとき、カーボンナノチューブがホールの高さよりも突き出して成長する場合がある。この余剰のカーボンナノチューブはＣＭＰなどを用いて除去されるが、カーボンナノチューブはＣＭＰのレートが遅いために層間絶縁膜が削れる一方でカーボンナノチューブが層間絶縁膜上に残り、ごみになる不具合が起こる。
【０００９】
また、カーボンナノチューブを固定するために、ＳＯＧ（Spin On Glass）を塗布してＣＭＰを行う方法がある（例えば、特許文献１参照）。それでも一般に、ＳＯＧのＣＭＰレートは早く、カーボンナノチューブは削れにくいので、カーボンナノチューブを引きずったり、ホールから引き抜いてしまったり、または、カーボンナノチューブはまったく削れず、ＳＯＧやその下の層間絶縁膜だけが削れて行き、カーボンナノチューブはただ倒されるだけということが起こる。このような状態でカーボンナノチューブ上に第２配線を形成すると、パターン不良やごみの発生による電気的な不良を引き起こす。
【００１０】
ＣＭＰではなくプラズマエッチングを用いて、カーボンナノチューブの余剰部分を除去する方法もあるが、「開端の問題」で述べたように、カーボンナノチューブ先端のみならず、カーボンナノチューブの側壁やカーボンナノチューブ下の配線へのダメージが懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−４１９５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、カーボンナノチューブを有するプラグ配線において良好な電気的接続を得ることができるカーボンナノチューブ配線及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１実施態様のカーボンナノチューブ配線は、第１配線層と、前記第１配線層上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に形成された第２配線層と、前記第１配線層と前記第２配線層との間の前記層間絶縁膜内に形成されたコンタクト孔と、前記コンタクト孔内に形成され、一端が前記第１配線層に接続され、他端が前記第２配線層に接続された複数のカーボンナノチューブと、前記層間絶縁膜と前記第２配線層との間に形成され、一部が前記複数のカーボンナノチューブの前記他端間に充填されたストッパ膜とを具備することを特徴とする。
【００１４】
本発明の第２実施態様のカーボンナノチューブ配線の製造方法は、第１配線層上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記第１配線層上の前記層間絶縁膜内にコンタクト孔を形成する工程と、前記コンタクト孔内の前記第１配線層上にカーボンナノチューブを成長させ、前記コンタクト孔から先端が突き出た複数のカーボンナノチューブを形成する工程と、前記層間絶縁膜上及び前記複数のカーボンナノチューブ間に、ストッパ膜を形成する工程と、前記ストッパ膜上及び前記複数のカーボンナノチューブ上に絶縁膜を形成する工程と、前記ストッパ膜をストッパとして用い、前記ストッパ膜上の前記絶縁膜と共に、前記コンタクト孔上の前記複数のカーボンナノチューブを除去する工程と、前記複数のカーボンナノチューブ上に第２配線層を形成する工程とを具備することを特徴とする。
【００１５】
本発明の第３実施態様のカーボンナノチューブ配線の製造方法は、第１配線層上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記第１配線層上の前記層間絶縁膜内にコンタクト孔と配線溝を形成する工程と、前記コンタクト孔内の第１配線層上にカーボンナノチューブを成長させ、コンタクト孔から先端が突き出た複数のカーボンナノチューブを形成する工程と、前記コンタクト孔上の前記複数のカーボンナノチューブ間に、保護膜を形成する工程と、前記保護膜をエッチングし、前記コンタクト孔上に前記保護膜の一部の膜を残したまま、前記複数のカーボンナノチューブの端部を露出する工程と、前記複数のカーボンナノチューブの端部をエッチングする工程と、前記配線溝内に第２配線層を形成する工程とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、カーボンナノチューブを有するプラグ配線において良好な電気的接続を得ることができるカーボンナノチューブ配線及びその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態のカーボンナノチューブプラグ配線を示す断面図である。
【図２】第１実施形態のカーボンナノチューブプラグ配線の製造方法を示す断面図である。
【図３】第１実施形態のカーボンナノチューブプラグ配線の製造方法を示す断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態のカーボンナノチューブプラグ配線を示す断面図である。
【図５】第２実施形態のカーボンナノチューブプラグ配線の製造方法を示す断面図である。
【図６】第２実施形態のカーボンナノチューブプラグ配線の製造方法を示す断面図である。
【図７】第２実施形態の変形例のカーボンナノチューブプラグ配線の製造方法を示す断面図である。
【図８】第２実施形態の変形例のカーボンナノチューブプラグ配線の製造方法を示す断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態のカーボンナノチューブプラグ配線、及びその製造方法を示す断面図である。
【図１０】第３実施形態のカーボンナノチューブプラグ配線の製造方法を示す断面図である。
【図１１】第３実施形態の変形例のカーボンナノチューブプラグ配線の製造方法を示す断面図である。
【図１２】第３実施形態の変形例のカーボンナノチューブプラグ配線の製造方法を示す断面図である。
【図１３】本発明の第４実施形態のカーボンナノチューブプラグ配線を示す断面図である。
【図１４】第４実施形態のカーボンナノチューブプラグ配線の製造方法を示す断面図である。
【図１５】第４実施形態のカーボンナノチューブプラグ配線の製造方法を示す断面図である。
【図１６】本発明の第５実施形態のカーボンナノチューブプラグ配線を示す断面図である。
【図１７】第５実施形態のカーボンナノチューブプラグ配線の製造方法を示す断面図である。
【図１８】第５実施形態のカーボンナノチューブプラグ配線の製造方法を示す断面図である。
【図１９】本発明の第６実施形態のカーボンナノチューブプラグ配線を示す断面図である。
【図２０】第６実施形態のカーボンナノチューブプラグ配線の製造方法を示す断面図である。
【図２１】第６実施形態のカーボンナノチューブプラグ配線の製造方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。
【００１９】
本発明の実施形態では、第１配線層、第２配線層、及び第１配線層と第２配線層間に配置された層間絶縁膜を有する多層配線構造において、層間絶縁膜内に形成される、第１配線層と第２配線層とを電気的に接続するプラグ配線について述べる。プラグ配線は、層間絶縁膜内のコンタクト孔内に形成されたカーボンナノチューブを有する。
【００２０】
［１］第１実施形態
第１実施形態では、プラグ配線を有する層間絶縁膜上にストッパ膜としての絶縁膜が形成され、第２配線層がエッチング工程により形成された例を説明する。層間絶縁膜上の絶縁膜は、コンタクト孔から突き出たカーボンナノチューブを研磨するＣＭＰ工程において、ストッパ膜として働くと共に、カーボンナノチューブを固定する。
【００２１】
［１−１］カーボンナノチューブプラグ配線
図１（ａ）は、第１実施形態のカーボンナノチューブプラグ配線を示す断面図である。
【００２２】
図示するように、層間絶縁膜１１内には、第１配線層１２が形成されている。層間絶縁膜１１は、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯＣからなり、図示しない半導体基板上に形成されている。第１配線層１２は、例えばＣｕからなり、表面が露出されるように層間絶縁膜１１に埋め込まれている。
【００２３】
第１配線層１２と層間絶縁膜１１との間には、必要に応じてバリアメタル（図示しない）が形成される。バリアメタルは、例えばＴａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮの少なくともいずれか、あるいはこれらの積層膜からなる。
【００２４】
層間絶縁膜１１上及び第１配線層１２上には、層間絶縁膜１３が形成されている。層間絶縁膜１３は、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯＣからなる。
【００２５】
第１配線層１２上の層間絶縁膜１３内には、層間絶縁膜１３上に形成される第２配線層１４と第１配線層１２とを電気的に接続するためのコンタクト用の孔（コンタクト孔）１５が形成されている。コンタクト孔１５内には、カーボンナノチューブ１６が形成されている。カーボンナノチューブ１６は、第１配線層１２と第２配線層１４とを電気的に接続する。第２配線層１４は、例えばＡｌからなる。
【００２６】
層間絶縁膜１３上には、ストッパ膜１７が形成されている。ストッパ膜１７は、カーボンナノチューブ１６の第２配線層１４側の端部に、複数のカーボンナノチューブ１６を固定するように充填されている。ストッパ膜１７は、絶縁膜、例えばＳｉＮまたは、ＳｉＣ、ＳｉＣＮからなり、紫外線（ＵＶ）をカットする効果も持つ。ストッパ膜１７には、ＳｉＮとＳｉＯ２の積層膜、またはＳｉＮとＳｉＯＣの積層膜を用いてもよい。
【００２７】
ストッパ膜１７と第２配線層１４との間には、バリアメタル１８が形成されている。カーボンナノチューブ１６はその一端で第１配線層１２に接触し、その他端でバリアメタル１８に接触している。そして、第１配線層１２と第２配線層１４が、カーボンナノチューブ１６を介して電気的に接続されている。バリアメタル１８は、例えばＴａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮの少なくともいずれか、あるいはこれらの積層膜からなる。
【００２８】
なお、図１（ａ）には、ストッパ膜１７がカーボンナノチューブ１６の第２配線層１４側の一端に、バリアメタル１８の底面からストッパ膜１７の底面まで形成された例を示したが、図１（ｂ）に示すように、ストッパ膜１７がバリアメタル１８の底面からストッパ膜１７の底面より深い位置まで形成されていてもよい。すなわち、ストッパ膜１７がバリアメタル１８の底面からコンタクト孔の内部まで入り込んでいてもよい。
【００２９】
［１−２］カーボンナノチューブプラグ配線の製造方法
図２及び図３は、第１実施形態のカーボンナノチューブプラグ配線の製造方法を示す断面図である。
【００３０】
層間絶縁膜１１に配線溝を形成した後、図２（ａ）に示すように配線溝に第１配線層１２を形成する。その後、層間絶縁膜１１上及び第１配線層１２上に、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により層間絶縁膜１３を形成する。さらに、第１配線層１２上の層間絶縁膜１３内に、リソグラフィ法によりコンタクト孔１５を形成する。
【００３１】
次に、コンタクト孔１５内の第１配線層１２上にカーボンナノチューブ１６を形成する。詳述すると、コンタクト孔１５内において、第１配線層１２の表面からカーボンナノチューブ１６を通常の方法により成長させ、コンタクト孔１５の高さから突き出るまで成長させる。すなわち、コンタクト孔１５から先端部が突き出たカーボンナノチューブ１６を形成する。
【００３２】
次に、図２（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１３上、及びコンタクト孔１５上のカーボンナノチューブ１６間に、ＣＶＤによりストッパ膜１７を形成する。このとき、ストッパ膜１７は、複数のカーボンナノチューブ１６間まで入り込み、コンタクト孔１５上、あるいはコンタクト孔１５の開口部近傍のカーボンナノチューブ１６間に充填される。これにより、複数のカーボンナノチューブ１６がストッパ膜１７によって固定される。
【００３３】
その後、ストッパ膜１７上及びカーボンナノチューブ１６上に層間絶縁膜を形成する。例えば、スピンコートによりＳＯＧ（Spin On Glass）膜１９を形成する。
【００３４】
次に、図２（ｃ）に示すように、ストッパ膜１７上のＳＯＧ膜１９及びカーボンナノチューブ１６をＣＭＰにより研磨する。詳述すると、まず、カーボンナノチューブ１６上のＳＯＧ膜１９を研磨する。その後、研磨部がカーボンナノチューブ１６に達したら、図３（ａ）に示すように、ＳＯＧ膜１９と共にカーボンナノチューブ１６を研磨する。そして、図３（ｂ）に示すように、ストッパ膜１７上のＳＯＧ膜１９を研磨すると共に、コンタクト孔１５上のストッパ膜１７より上方に突き出たカーボンナノチューブ１６を研磨する。
【００３５】
なお、ストッパ膜１７には、ＳＯＧ膜１９及びカーボンナノチューブ１６を研磨するＣＭＰ工程において、ＳＯＧ膜１９に対して選択性のある絶縁膜、例えばＳｉＮまたは、ＳｉＣ、ＳｉＣＮを用いる。言い換えると、ＣＭＰ工程における研磨速度がＳＯＧ膜１９よりも遅い膜をストッパ膜１７に用いる。このため、ストッパ膜１７上のＳＯＧ膜１９及びカーボンナノチューブ１６を研磨したところで研磨を停止することは容易である。
【００３６】
ここで、カーボンナノチューブ１６間にストッパ膜１７が充填され、複数のカーボンナノチューブ１６がストッパ膜１７により固定されている。このため、研磨工程（ＣＭＰ工程）において、カーボンナノチューブ１６に掛かる横方向の力を抑えることができ、カーボンナノチューブ１６が破損するのを防ぐことができる。すなわち、カーボンナノチューブ１６が倒れたり、コンタクト孔１５内から引き抜かれたりするのを防ぐことができ、上面がきれいに揃ったカーボンナノチューブ１６を形成できる。これにより、カーボンナノチューブ１６のパターン不良やごみの発生によって生じる電気的な特性不良を低減できる。
【００３７】
その後、図３（ｃ）に示すように、カーボンナノチューブ１６の露出した先端部に開端処理を行う。開端処理には、例えば、プラズマ、ＵＶ、イオンビームなどのエネルギー線を照射してカーボンナノチューブの先端部を破壊する方法、または、酸素、水素、フッ素などの化学種やラジカルを作用させてカーボンナノチューブの先端部を処理する方法などがある。
【００３８】
次に、開端されたカーボンナノチューブ１６上及びストッパ膜１７上に、例えばスパッタまたはＣＶＤ、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）によりバリアメタル１８を形成する。さらに、バリアメタル１８上に第２配線層１４となるアルミニウム膜を形成する。そして、リソグラフィ法によりバリアメタル１８及びアルミニウム膜をパターニングして、図１（ａ）に示すように、第２配線層１４を形成する。
【００３９】
ストッパ膜の誘電率が高い場合には、全て除去したほうが誘電率の観点から好ましい。ただし、カーボンナノチューブの上端を固定する膜がなくなると、開端処理などを行った場合にカーボンナノチューブの側壁が損傷を受けてしまう。
【００４０】
そこで、前述したように、ストッパ膜１７に、ＳｉＮとＳｉＯ２の積層膜、またはＳｉＮとＳｉＯＣの積層膜などの２重構造を用いてもよい。ＳｉＮは誘電率が高い膜であり、ＳｉＯ２やＳｉＯＣは誘電率が低い膜である。このような２重構造を用い、上層側（ＳｉＮ）をＣＭＰ工程後に除去し、下層側（ＳｉＯ２またはＳｉＯＣ）を残すようにすれば、誘電率の高い膜を除去できると共に、カーボンナノチューブの上端を固定する膜を残すことができる。
【００４１】
また、ストッパ膜が単層の場合でも、図１（ｂ）に示したように、ストッパ膜１７の堆積時に、コンタクト孔１５内のカーボンナノチューブ１６間にストッパ膜１７が入り込むような堆積を行えば、単層のストッパ膜１７を除去してもコンタクト孔１５の開口部をストッパ膜で塞ぐことができる。これにより、開端処理などを行った場合に、カーボンナノチューブの側壁が損傷を受けるのを防ぐことができる。
【００４２】
［１−３］第１実施形態の効果
以上説明したように第１実施形態によれば、複数のカーボンナノチューブ１６間にストッパ膜１７が充填されて、カーボンナノチューブ１６が固定されているため、コンタクト孔１５から突き出たカーボンナノチューブ１６を研磨する工程において、カーボンナノチューブ１６が破損するのを防ぐことができる。これにより、カーボンナノチューブ１６のパターン不良やごみの発生によって生じる電気的な特性不良を低減でき、第１配線層１２と第２配線層１４との電気的な接続を改善することができる。
【００４３】
さらに、カーボンナノチューブ１６の開端処理において、コンタクト孔１５の開口部がストッパ膜１７で遮断されているため、開端処理時におけるエネルギー線や化学種、ラジカルなどがコンタクト孔内に侵入するのを低減できる。これにより、コンタクト孔１５内のカーボンナノチューブ１６の側壁やコンタクト孔底の第１配線層１２の表面が損傷するのを防ぐことができる。
【００４４】
［２］第２実施形態
第２実施形態では、プラグ配線を有する層間絶縁膜上にストッパ膜としての金属膜等が形成され、第２配線層がエッチング工程により形成された例を説明する。層間絶縁膜上の金属膜等は、コンタクト孔から突き出たカーボンナノチューブを研磨するＣＭＰ工程において、ストッパ膜として働くと共に、カーボンナノチューブを固定する。
【００４５】
［２−１］カーボンナノチューブプラグ配線
図４（ａ）は、第２実施形態のカーボンナノチューブプラグ配線を示す断面図である。
【００４６】
図示するように、層間絶縁膜１１内には、第１配線層１２が形成されている。層間絶縁膜１１は、図示しない半導体基板上に形成されている。第１配線層１２は、表面が露出されるように層間絶縁膜１１に埋め込まれている。第１配線層１２と層間絶縁膜１１との間には、必要に応じてバリアメタル（図示しない）が形成されている。
【００４７】
層間絶縁膜１１上及び第１配線層１２上には、層間絶縁膜１３が形成されている。第１配線層１２上の層間絶縁膜１３内には、第２配線層１４と第１配線層１２とを電気的に接続するためのコンタクト孔１５が形成されている。コンタクト孔１５内には、カーボンナノチューブ１６が形成されている。カーボンナノチューブ１６は、第１配線層１２と第２配線層１４とを電気的に接続する。
【００４８】
カーボンナノチューブ１６上及び層間絶縁膜１３上には、バリアメタル１８が形成されている。バリアメタル１８上には、第２配線層１４が形成されている。カーボンナノチューブ１６はその一端で第１配線層１２に接触し、その他端でバリアメタル１８に接触している。そして、第１配線層１２と第２配線層１４が、カーボンナノチューブ１６を介して電気的に接続されている。
【００４９】
なお、図４（ａ）には、ストッパ膜としてのメタル膜がカーボンナノチューブ１６の第２配線層１４側の一端に残らない例を示したが、図４（ｂ）に示すように、ストッパ膜２１がカーボンナノチューブ１６の第２配線層１４側の一端に形成されていてもよい。すなわち、ストッパ膜２１がバリアメタル１８の底面からコンタクト孔の内部まで入り込んでいてもよい。ストッパ膜２１は、金属膜または金属化合物、高融点金属、高融点金属化合物からなり、例えばＴａまたはＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗからなる。また、ストッパ膜２１は、アモルファスシリコンで形成されてもよい。
【００５０】
［２−２］カーボンナノチューブプラグ配線の製造方法
図５及び図６は、第２実施形態のカーボンナノチューブプラグ配線の製造方法を示す断面図である。
【００５１】
層間絶縁膜１１に配線溝を形成した後、図５（ａ）に示すように、配線溝に第１配線層１２を形成する。その後、層間絶縁膜１１上及び第１配線層１２上に、例えばＣＶＤにより層間絶縁膜１３を形成する。さらに、第１配線層１２上の層間絶縁膜１３内に、リソグラフィ法によりコンタクト孔１５を形成する。
【００５２】
次に、コンタクト孔１５内の第１配線層１２上にカーボンナノチューブ１６を形成する。詳述すると、第１配線層１２の表面からカーボンナノチューブ１６を通常の方法により成長させ、コンタクト孔１５の高さから突き出るまで成長させる。
【００５３】
次に、図５（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１３上、及びコンタクト孔１５上のカーボンナノチューブ１６間に、スパッタによりストッパ膜２１、例えば金属膜を形成する。このとき、ストッパ膜２１は、複数のカーボンナノチューブ１６間まで入り込み、コンタクト孔１５上、あるいはコンタクト孔１５の開口部近傍のカーボンナノチューブ１６間に充填される。これにより、複数のカーボンナノチューブ１６がストッパ膜２１によって固定される。その後、ストッパ膜２１上及びカーボンナノチューブ１６上に、スピンコートによりＳＯＧ膜１９を形成する。
【００５４】
次に、図５（ｃ）及び図６（ａ）に示すように、ＳＯＧ膜１９、ストッパ膜２１、及びカーボンナノチューブ１６をＣＭＰにより研磨する。詳述すると、まず、カーボンナノチューブ１６上及びストッパ膜２１上のＳＯＧ膜１９を研磨する。その後、研磨部がカーボンナノチューブ１６に達したら、ストッパ膜２１と共にカーボンナノチューブ１６を研磨する。さらに、ストッパ膜２１とカーボンナノチューブ１６の研磨を進め、図６（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１３上及びコンタクト孔１５上のストッパ膜２１とカーボンナノチューブ１６を除去する。
【００５５】
ここで、カーボンナノチューブ１６間にストッパ膜２１が充填され、複数のカーボンナノチューブ１６がストッパ膜２１により固定されており、ストッパ膜１７のところでカーボンナノチューブ１６が集中的に研磨される。このため、研磨工程（ＣＭＰ工程）において、カーボンナノチューブ１６に掛かる横方向の力を抑えることができ、カーボンナノチューブ１６が破損するのを防ぐことができる。すなわち、カーボンナノチューブ１６が倒れたり、コンタクト孔１５内から引き抜かれたりするのを防ぐことができる。これにより、カーボンナノチューブ１６のパターン不良やごみの発生によって生じる電気的な特性不良を低減できる。
【００５６】
その後、必要に応じて、コンタクト孔上のカーボンナノチューブ１６の露出した先端部に開端処理を行う。この開端処理は、次のスパッタ工程の直前に行うのが好ましく、またスパッタ工程の前処理として行ってもよい。
【００５７】
次に、カーボンナノチューブ１６上及び層間絶縁膜１３上に、例えばスパッタによりバリアメタル１８を形成する。さらに、バリアメタル１８上に第２配線層１４となるアルミニウム膜を形成する。そして、リソグラフィ法によりバリアメタル１８及びアルミニウム膜をパターニングして、図４（ａ）に示すように、第２配線層１４を形成する。
【００５８】
なお、カーボンナノチューブの上端を固定する膜がなくなると、開端処理などを行った場合にカーボンナノチューブの側壁が損傷を受けてしまう。そこで、ストッパ膜として、金属膜等と絶縁膜の積層膜の２重構造を用いてもよい。このような２重構造を用い、上層側（金属膜等）をＣＭＰ工程後に除去し、下層側（絶縁膜）を残すようにすれば、開端処理などを行った場合に、カーボンナノチューブの側壁が損傷を受けるのを防ぐことができる。なお、使用する材料等、その他の構成は第１実施形態と同様である。
【００５９】
［２−３］第２実施形態の効果
以上説明したように第２実施形態によれば、複数のカーボンナノチューブ１６間にストッパ膜２１が充填されて、カーボンナノチューブ１６が固定されているため、コンタクト孔１５から突き出たカーボンナノチューブ１６を研磨する工程において、カーボンナノチューブ１６が破損するのを防ぐことができる。これにより、カーボンナノチューブ１６のパターン不良やごみの発生によって生じる電気的な特性不良を低減でき、第１配線層１２と第２配線層１４との電気的な接続を改善することができる。
【００６０】
［２−４］変形例のカーボンナノチューブプラグ配線とその製造方法
この変形例は、コンタクト孔１５から突き出たカーボンナノチューブ１６を研磨するＣＭＰ工程時に、ストッパ膜２１としての金属膜等を全て研磨せず、金属膜等を残すものである。
【００６１】
図７（ａ）から図８（ａ）までの工程は、前述した図５（ａ）から図６（ａ）までの工程と同様であるため、説明は省略する。
【００６２】
図８（ａ）に示すように、ストッパ膜２１とカーボンナノチューブ１６を研磨し、層間絶縁膜１３上及びコンタクト孔１５上に、所定の厚さのストッパ膜２１とカーボンナノチューブ１６を残す。
【００６３】
次に、図８（ｂ）に示すように、カーボンナノチューブ１６の露出した先端部に開端処理を行う。この開端処理は、次のスパッタ工程の直前に行うのが好ましく、またスパッタ工程の前処理として行ってもよい。
【００６４】
次に、開端されたカーボンナノチューブ１６上及びストッパ膜２１上に、図８（ｃ）に示すように、例えばスパッタによりバリアメタル１８を形成する。さらに、バリアメタル１８上に第２配線層１４となるアルミニウム膜を形成する。そして、リソグラフィ法によりバリアメタル１８、アルミニウム膜、及びストッパ膜２１をパターニングして、図８（ｄ）に示すように、第２配線層１４を形成する。
【００６５】
［２−５］第２実施形態の変形例の効果
第２実施形態の変形例によれば、第２実施形態と同様に、カーボンナノチューブ１６がストッパ膜２１により固定されているため、カーボンナノチューブ１６を研磨する工程において、カーボンナノチューブ１６が破損するのを防ぐことができる。
【００６６】
さらに、カーボンナノチューブ１６の開端処理において、コンタクト孔１５の開口部がストッパ膜２１で遮断されているため、開端処理時におけるエネルギー線や化学種、ラジカルなどがコンタクト孔内に侵入するのを低減できる。これにより、コンタクト孔１５内のカーボンナノチューブ１６の側壁やコンタクト孔底の第１配線層１２の表面が損傷するのを防ぐことができる。
【００６７】
［３］第３実施形態
第３実施形態では、プラグ配線を有する層間絶縁膜上にストッパ膜としての絶縁膜が形成され、第２配線層がシングルダマシン法により形成された例を説明する。層間絶縁膜上の絶縁膜は、コンタクト孔から突き出たカーボンナノチューブを研磨するＣＭＰ工程において、ストッパ膜として働くと共に、カーボンナノチューブを固定する。
【００６８】
［３−１］カーボンナノチューブプラグ配線
図９（ａ）は、第３実施形態のカーボンナノチューブプラグ配線を示す断面図である。
【００６９】
図示するように、層間絶縁膜１１内には、第１配線層１２が形成されている。層間絶縁膜１１は、図示しない半導体基板上に形成されている。第１配線層１２は、表面が露出されるように層間絶縁膜１１に埋め込まれている。第１配線層１２と層間絶縁膜１１との間には、必要に応じてバリアメタル（図示しない）が形成される。
【００７０】
層間絶縁膜１１上及び第１配線層１２上には、層間絶縁膜１３が形成されている。第１配線層１２上の層間絶縁膜１３内には、第２配線層３３と第１配線層１２とを電気的に接続するためのコンタクト孔１５が形成されている。コンタクト孔１５内には、カーボンナノチューブ１６が形成されている。カーボンナノチューブ１６は、第１配線層１２と第２配線層３３とを電気的に接続する。第２配線層３３は、例えばＣｕからなる。
【００７１】
層間絶縁膜１３上には、ストッパ膜３１が形成されている。ストッパ膜３１は、カーボンナノチューブ１６の第２配線層１４側の端部に、複数のカーボンナノチューブ１６を固定するように充填されている。ストッパ膜３１は、絶縁膜、例えばＳｉＮまたはＳｉＯ２からなる。
【００７２】
ストッパ膜３１上には、層間絶縁膜、例えばＳＯＧ膜１９が形成されている。コンタクト孔１５上のＳＯＧ膜１９内には、配線溝が形成されている。この配線溝内にはバリアメタル３２が形成され、バリアメタル３２上には第２配線層３３が形成されている。カーボンナノチューブ１６はその一端で第１配線層１２に接触し、その他端でバリアメタル３２に接触している。そして、第１配線層１２と第２配線層３３が、カーボンナノチューブ１６を介して電気的に接続されている。バリアメタル３２は、例えばＴａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮの少なくともいずれか、あるいはこれらの積層膜からなる。さらに、第２配線層３３は、例えばＣｕからなる。
【００７３】
なお、図９（ａ）にはコンタクト孔において、ストッパ膜３１がカーボンナノチューブ１６の第２配線層３３側の一端に、バリアメタル３２の底面からストッパ膜３１の底面まで形成された例を示したが、ストッパ膜３１がバリアメタル３２の底面からストッパ膜３１の底面より深い位置まで形成されていてもよい。すなわち、ストッパ膜３１がバリアメタル３２の底面からコンタクト孔の内部まで入り込んでいてもよい。
【００７４】
［３−２］カーボンナノチューブプラグ配線の製造方法
図９（ｂ）及び図１０は、第３実施形態のカーボンナノチューブプラグ配線の製造方法を示す断面図である。
【００７５】
層間絶縁膜１１に配線溝を形成した後、図９（ｂ）に示すように配線溝に第１配線層１２を形成する。その後、層間絶縁膜１１上及び第１配線層１２上に、例えばＣＶＤにより層間絶縁膜１３を形成する。さらに、第１配線層１２上の層間絶縁膜１３内に、リソグラフィ法によりコンタクト孔１５を形成する。
【００７６】
次に、コンタクト孔１５内の第１配線層１２上にカーボンナノチューブ１６を形成する。詳述すると、第１配線層１２の表面からカーボンナノチューブ１６を通常の方法により成長させ、コンタクト孔１５の高さから突き出るまで成長させる。
【００７７】
次に、図１０（ａ）に示すように、層間絶縁膜１３上、及びコンタクト孔１５上のカーボンナノチューブ１６間に、ＣＶＤによりストッパ膜３１を形成する。このとき、ストッパ膜３１は、複数のカーボンナノチューブ１６間まで入り込み、コンタクト孔１５上、あるいはコンタクト孔１５の開口部近傍のカーボンナノチューブ１６間に充填される。これにより、複数のカーボンナノチューブ１６がストッパ膜３１によって固定される。
【００７８】
その後、ストッパ膜３１上及びカーボンナノチューブ１６上に層間絶縁膜を形成する。例えば、スピンコートによりＳＯＧ膜１９を形成する。ストッパ膜３１には、ＳＯＧ膜１９に対してエッチング選択比が十分に取れる膜を用いる。
【００７９】
次に、図１０（ｂ）に示すように、コンタクト孔１５上のＳＯＧ膜１９内に、リソグラフィ法を用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching）により配線溝３４を形成する。続いて、配線溝３４内のストッパ膜３１上に突き出たカーボンナノチューブ１６に対して、プラズマ処理、例えばＲＩＥを行い、図１０（ｃ）に示すように、ストッパ膜３１上に突き出たカーボンナノチューブ１６を除去すると共に、カーボンナノチューブ１６の先端を開く開端処理を行う。この開端処理は、次のスパッタ工程の直前に行うのが好ましく、またスパッタ工程の前処理として行ってもよい。
【００８０】
ここで、コンタクト孔１５上のカーボンナノチューブ１６間にはストッパ膜３１が充填されているため、前記プラズマ処理において、エネルギー線や化学種、ラジカルなどがコンタクト孔内に侵入するのを低減できる。これにより、コンタクト孔１５内のカーボンナノチューブ１６の側壁やコンタクト孔底の第１配線層１２の表面が損傷するのを防ぐことができる。
【００８１】
次に、配線溝３４内に、例えばスパッタによりバリアメタルを形成し、続いてバリアメタル上にＣｕ膜を形成する。そして、ＳＯＧ膜１９上のＣｕ膜及びバリアメタルをＣＭＰにより研磨して、図９（ａ）に示したように、配線溝３４内にバリアメタル３２及び第２配線層３３を形成する。
【００８２】
［３−３］第３実施形態の効果
以上説明したように第３実施形態によれば、コンタクト孔１５上の複数のカーボンナノチューブ１６間がストッパ膜３１で充填されているため、カーボンナノチューブ１６のエッチング時及び開端処理時におけるエネルギー線や化学種、ラジカルなどがコンタクト孔内に侵入するのを低減できる。これにより、コンタクト孔１５内のカーボンナノチューブ１６の側壁やコンタクト孔底の第１配線層１２の表面が損傷するのを防ぐことができる。この結果、カーボンナノチューブ１６を有するプラグ配線の電気的な不良を防止でき、第１配線層１２と第２配線層３３との電気的な接続を改善することができる。
【００８３】
［３−４］変形例のカーボンナノチューブプラグ配線の製造方法
図１１及び図１２は、第３実施形態の変形例のカーボンナノチューブプラグ配線の製造方法を示す断面図である。
【００８４】
この変形例では、層間絶縁膜１３上及びコンタクト孔１５上に、ＣＶＤによりストッパ膜３１を形成したとき、図１１（ｂ）に示すように、カーボンナノチューブ１６間にストッパ膜３１が入り込むと共に、ストッパ膜３１がカーボンナノチューブ１６上に形成される場合を説明する。
【００８５】
図１１（ａ）の工程は、前述した図９（ｂ）の工程と同様であるため、説明は省略する。その後、図１１（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１３上、コンタクト孔１５上のカーボンナノチューブ１６間及びカーボンナノチューブ１６上に、ＣＶＤによりストッパ膜３１を形成する。このとき、ストッパ膜３１は、所定の成膜条件により、カーボンナノチューブ１６上に形成されると共に、複数のカーボンナノチューブ１６間まで入り込み、コンタクト孔１５上、あるいはコンタクト孔１５の開口部近傍のカーボンナノチューブ１６間に充填される。これにより、複数のカーボンナノチューブ１６がストッパ膜３１によって固定される。
【００８６】
その後、ストッパ膜３１上及びカーボンナノチューブ１６上に層間絶縁膜を形成する。例えば、スピンコートによりＳＯＧ膜１９を形成する。
【００８７】
次に、図１１（ｃ）に示すように、コンタクト孔１５上のＳＯＧ膜１９内に、リソグラフィ法により配線溝３４を形成する。続いて、図１２（ａ）に示すように、配線溝３４内のカーボンナノチューブ１６上のストッパ膜３１を、例えばＲＩＥによりエッチングする。さらに、ストッパ膜３１上に突き出たカーボンナノチューブ１６に対して、プラズマ処理、例えばＲＩＥを行い、ストッパ膜３１上に突き出たカーボンナノチューブ１６を除去すると共に、カーボンナノチューブ１６の先端を開く開端処理を行う。この開端処理は、次のスパッタ工程の直前に行うのが好ましく、またスパッタ工程の前処理として行ってもよい。
【００８８】
ここで、コンタクト孔１５上のカーボンナノチューブ１６間にはストッパ膜３１が充填されているため、前記プラズマ処理において、コンタクト孔１５内のカーボンナノチューブ１６の側壁やコンタクト孔底の第１配線層１２の表面が損傷するのを防ぐことができる。
【００８９】
次に、配線溝３４内に、例えばスパッタによりバリアメタルを形成し、続いてバリアメタル上にＣｕ膜を形成する。そして、ＳＯＧ膜１９上のＣｕ膜及びバリアメタルをＣＭＰにより研磨して、図１２（ｂ）に示すように、配線溝３４内にバリアメタル３２及び第２配線層３３を形成する。その他の構成及び効果は、前述した第３実施形態と同様である。
【００９０】
［４］第４実施形態
第４実施形態では、プラグ配線を有する層間絶縁膜上にストッパ膜としての金属膜等が形成され、第２配線層がシングルダマシン法により形成された例を説明する。層間絶縁膜上の金属膜等は、コンタクト孔から突き出たカーボンナノチューブを研磨するＣＭＰ工程において、ストッパ膜として働くと共に、カーボンナノチューブを固定する。
【００９１】
［４−１］カーボンナノチューブプラグ配線
図１３（ａ）は、第４実施形態のカーボンナノチューブプラグ配線を示す断面図である。
【００９２】
図示するように、層間絶縁膜１１内には、第１配線層１２が形成されている。層間絶縁膜１１は、図示しない半導体基板上に形成されている。第１配線層１２は、表面が露出されるように層間絶縁膜１１に埋め込まれている。第１配線層１２と層間絶縁膜１１との間には、必要に応じてバリアメタル（図示しない）が形成される。
【００９３】
層間絶縁膜１１上及び第１配線層１２上には、層間絶縁膜１３が形成されている。第１配線層１２上の層間絶縁膜１３内には、第２配線層３３と第１配線層１２とを電気的に接続するためのコンタクト孔１５が形成されている。コンタクト孔１５内には、カーボンナノチューブ１６が形成されている。カーボンナノチューブ１６は、第１配線層１２と第２配線層３３とを電気的に接続する。第２配線層３３は、例えばＣｕからなる。
【００９４】
層間絶縁膜１３上には、さらに層間絶縁膜、例えばＳＯＧ膜４２が形成されている。コンタクト孔１５上のＳＯＧ膜４２内には、配線溝が形成されている。この配線溝内にはバリアメタル３２が形成され、バリアメタル３２上には第２配線層３３が形成されている。カーボンナノチューブ１６はその一端で第１配線層１２に接触し、その他端でバリアメタル３２に接触している。そして、第１配線層１２と第２配線層３３が、カーボンナノチューブ１６を介して電気的に接続されている。
【００９５】
なお、図１３（ａ）には、ストッパ膜としてのメタル膜がカーボンナノチューブ１６の第２配線層３３側の一端に残らない例を示したが、図１３（ｂ）に示すように、ストッパ膜４１がカーボンナノチューブ１６の第２配線層３３側の一端に形成されていてもよい。すなわち、ストッパ膜４１がバリアメタル３２の底面からコンタクト孔の内部まで入り込んでいてもよい。ストッパ膜４１は、金属膜または金属化合物、高融点金属、高融点金属化合物からなり、例えばＴａまたはＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗからなる。また、ストッパ膜４１は、アモルファスシリコンで形成されてもよい。
【００９６】
［４−２］カーボンナノチューブプラグ配線の製造方法
図１４及び図１５は、第４実施形態のカーボンナノチューブプラグ配線の製造方法を示す断面図である。
【００９７】
層間絶縁膜１１に配線溝を形成した後、図１４（ａ）に示すように、配線溝に第１配線層１２を形成する。その後、層間絶縁膜１１上及び第１配線層１２上に、例えばＣＶＤにより層間絶縁膜１３を形成する。さらに、第１配線層１２上の層間絶縁膜１３内に、リソグラフィ法によりコンタクト孔１５を形成する。
【００９８】
次に、コンタクト孔１５内の第１配線層１２上にカーボンナノチューブ１６を形成する。詳述すると、第１配線層１２の表面からカーボンナノチューブ１６を通常の方法により成長させ、コンタクト孔１５の高さから突き出るまで成長させる。
【００９９】
次に、図１４（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１３上、及びコンタクト孔１５上のカーボンナノチューブ１６間に、スパッタによりストッパ膜４１、例えば金属膜を形成する。このとき、ストッパ膜４１は、複数のカーボンナノチューブ１６間まで入り込み、コンタクト孔１５上、あるいはコンタクト孔１５の開口部近傍のカーボンナノチューブ１６間に充填される。これにより、複数のカーボンナノチューブ１６がストッパ膜４１によって固定される。その後、ストッパ膜４１上及びカーボンナノチューブ１６上に、スピンコートによりＳＯＧ膜１９を形成する。
【０１００】
次に、図１４（ｃ）及び図１４（ｄ）に示すように、ＳＯＧ膜１９、ストッパ膜４１、及びカーボンナノチューブ１６をＣＭＰにより研磨する。詳述すると、まず、カーボンナノチューブ１６上及びストッパ膜４１上のＳＯＧ膜１９を研磨する。その後、研磨部がカーボンナノチューブ１６に達したら、ストッパ膜４１と共にカーボンナノチューブ１６を研磨する。さらに、ストッパ膜４１とカーボンナノチューブ１６の研磨を進め、図１５（ａ）に示すように、層間絶縁膜１３上及びコンタクト孔１５上のストッパ膜４１とカーボンナノチューブ１６を除去する。
【０１０１】
ここで、カーボンナノチューブ１６間にストッパ膜４１が充填され、複数のカーボンナノチューブ１６がストッパ膜４１により固定されている。このため、前述した前記研磨工程（ＣＭＰ工程）において、カーボンナノチューブ１６に掛かる横方向の力を抑えることができ、カーボンナノチューブ１６が破損するのを防ぐことができる。すなわち、カーボンナノチューブ１６が倒れたり、コンタクト孔１５内から引き抜かれたりするのを防ぐことができる。これにより、カーボンナノチューブ１６のパターン不良やごみの発生によって生じる電気的な特性不良を低減できる。
【０１０２】
その後、図１５（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１３上及びコンタクト孔１５上にＳＯＧ膜４２を形成する。さらに、図１５（ｃ）に示すように、コンタクト孔１５上のＳＯＧ膜４２内に、リソグラフィ法を用いたＲＩＥにより配線溝４３を形成する。続いて必要に応じて、配線溝４３内のカーボンナノチューブ１６の露出した先端部に開端処理を行う。この開端処理は、次のスパッタ工程の直前に行うのが好ましく、またスパッタ工程の前処理として行ってもよい。
【０１０３】
次に、配線溝４３内に、例えばスパッタによりバリアメタルを形成し、続いてバリアメタル上にＣｕ膜を形成する。そして、ＳＯＧ膜４２上のＣｕ膜及びバリアメタルをＣＭＰにより研磨して、図１３（ａ）に示したように、配線溝４３内にバリアメタル３２及び第２配線層３３を形成する。
【０１０４】
［４−３］第４実施形態の効果
以上説明したように第４実施形態によれば、複数のカーボンナノチューブ１６間にストッパ膜４１が充填されて、カーボンナノチューブ１６が固定されているため、コンタクト孔１５から突き出たカーボンナノチューブ１６を研磨する工程において、カーボンナノチューブ１６が破損するのを防ぐことができる。これにより、カーボンナノチューブ１６のパターン不良やごみの発生によって生じる電気的な特性不良を低減でき、第１配線層１２と第２配線層１４との電気的な接続を改善することができる。
【０１０５】
［５］第５実施形態
第５実施形態では、コンタクト孔から突き出たカーボンナノチューブのエッチング時の保護膜として、コンタクト孔上に絶縁膜が形成され、第２配線層がデュアルダマシン法により形成された例を説明する。
【０１０６】
［５−１］カーボンナノチューブプラグ配線
図１６（ａ）は、第５実施形態のカーボンナノチューブプラグ配線を示す断面図である。
【０１０７】
図示するように、層間絶縁膜１１内には、第１配線層１２が形成されている。層間絶縁膜１１は、図示しない半導体基板上に形成されている。第１配線層１２は、表面が露出されるように層間絶縁膜１１に埋め込まれている。第１配線層１２と層間絶縁膜１１との間には、必要に応じてバリアメタル（図示しない）が形成される。
【０１０８】
層間絶縁膜１１上及び第１配線層１２上には、層間絶縁膜１３が形成されている。第１配線層１２上の層間絶縁膜１３内には、第２配線層５１と第１配線層１２とを電気的に接続するためのコンタクト孔１５が形成されている。コンタクト孔１５内には、カーボンナノチューブ１６が形成されている。カーボンナノチューブ１６は、第１配線層１２と第２配線層５１とを電気的に接続する。第２配線層５１は、例えばＣｕからなる。
【０１０９】
層間絶縁膜１３上には、層間絶縁膜５２、例えばＳｉＯ２が形成されている。コンタクト孔１５上の層間絶縁膜５２内には配線溝が形成されている。この配線溝内には、配線溝内を覆うように保護膜５３が形成されている。保護膜５３は、コンタクト孔１５から突き出た複数のカーボンナノチューブ１６間に充填されている。保護膜５３は、絶縁膜、例えばＳｉＯ２またはＳｉＮ、ＳｉＣＮからなる。
【０１１０】
配線溝内の保護膜５３上には、保護膜５３を覆うようにバリアメタル５４が形成されている。さらに、配線溝内のバリアメタル５４上には、第２配線層５１が形成されている。バリアメタル５４は、第２配線層５１と保護膜５３との間に配置されており、第２配線層５１を形成する材料の保護膜５３及び層間絶縁膜５２への拡散を防止する。
【０１１１】
なお、図１６（ａ）には、層間絶縁膜５２上に保護膜５３が形成されていない例、すなわち保護膜５３が残らない例を示したが、図１６（ｂ）に示すように、層間絶縁膜５２上に保護膜５３が形成されていてもよい。
【０１１２】
［５−２］カーボンナノチューブプラグ配線の製造方法
図１７及び図１８は、第５実施形態のカーボンナノチューブプラグ配線の製造方法を示す断面図である。
【０１１３】
図１７（ａ）に示すように、層間絶縁膜１１に配線溝を形成した後、配線溝に第１配線層１２を形成する。その後、層間絶縁膜１１上及び第１配線層１２上に、例えばＣＶＤにより層間絶縁膜１３，５２を形成する。そして、層間絶縁膜１３，５２内に、リソグラフィ法によりコンタクト孔１５と配線溝５５を形成する。
【０１１４】
次に、コンタクト孔１５内の第１配線層１２上にカーボンナノチューブ１６を形成する。詳述すると、第１配線層１２の表面からカーボンナノチューブ１６を通常の方法により成長させ、コンタクト孔１５の高さから突き出るまで成長させる。
【０１１５】
その後、図１７（ｂ）に示すように、コンタクト孔１５上のカーボンナノチューブ１６間及びカーボンナノチューブ１５上、及び層間絶縁膜５２上に、ＣＶＤにより保護膜５３を形成する。このとき、保護膜５３は、複数のカーボンナノチューブ１６間まで入り込み、コンタクト孔１５上、あるいはコンタクト孔１５の開口部近傍のカーボンナノチューブ１６間に充填される。これにより、コンタクト孔１５の内部が保護膜５３と複数のカーボンナノチューブ１６によって保護される。
【０１１６】
次に、図１７（ｃ）に示すように、保護膜５３をドライエッチング法、例えばＲＩＥによりエッチングし、コンタクト孔１５上のカーボンナノチューブ１６の端部を露出させる。このとき、コンタクト孔１５上に保護膜５３が残るようにする。
【０１１７】
その後、配線溝５５内の保護膜５３上に突き出たカーボンナノチューブ１６に対して、プラズマ処理、例えばＲＩＥを行い、図１８（ａ）に示すように、保護膜５３上に突き出たカーボンナノチューブ１６を除去すると共に、カーボンナノチューブ１６の先端を開く開端処理を行う。この開端処理は、次のスパッタ工程の直前に行うのが好ましく、またスパッタ工程の前処理として行ってもよい。
【０１１８】
ここで、コンタクト孔１５上のカーボンナノチューブ１６間には保護膜５３が充填されているため、前記プラズマ処理において、エネルギー線や化学種、ラジカルなどがコンタクト孔内に侵入するのを低減できる。これにより、コンタクト孔１５内のカーボンナノチューブ１６の側壁やコンタクト孔底の第１配線層１２の表面が損傷するのを防ぐことができる。
【０１１９】
次に、図１８（ｂ）に示すように、配線溝５５内及び層間絶縁膜５２上に、例えばスパッタによりバリアメタル５４を形成し、続いてバリアメタル５４上にＣｕ膜５１を形成する。そして、層間絶縁膜５２上のＣｕ膜５１、バリアメタル５４、及び保護膜５３をＣＭＰにより研磨して、図１６（ａ）に示したように、配線溝５５内にバリアメタル５４及び第２配線層５１を形成する。またこのとき、図１６（ｂ）に示したように、層間絶縁膜５２上に保護膜５３が残るようにしてもよい。
【０１２０】
［５−３］第５実施形態の効果
以上説明したように第５実施形態の製造方法によれば、コンタクト孔１５上の複数のカーボンナノチューブ１６間が保護膜５３で充填されているため、カーボンナノチューブ１６のエッチング時及び開端処理時におけるエネルギー線や化学種、ラジカルなどがコンタクト孔内に侵入するのを低減できる。これにより、コンタクト孔１５内のカーボンナノチューブ１６の側壁やコンタクト孔底の第１配線層１２の表面が損傷するのを防ぐことができる。この結果、カーボンナノチューブ１６を有するプラグ配線の電気的な不良を防止でき、第１配線層１２と第２配線層３３との電気的な接続を改善することができる。
【０１２１】
［６］第６実施形態
第６実施形態では、プラグ配線を有する層間絶縁膜上にストッパ膜としての絶縁膜が形成され、さらにコンタクト孔から突き出たカーボンナノチューブのエッチング時の保護膜として絶縁膜が形成され、第２配線層がシングルダマシン法により形成された例を説明する。
【０１２２】
［６−１］カーボンナノチューブプラグ配線
図１９（ａ）は、第６実施形態のカーボンナノチューブプラグ配線を示す断面図である。
【０１２３】
図示するように、層間絶縁膜１１内には、第１配線層１２が形成されている。層間絶縁膜１１は、図示しない半導体基板上に形成されている。第１配線層１２は、表面が露出されるように層間絶縁膜１１に埋め込まれている。第１配線層１２と層間絶縁膜１１との間には、必要に応じてバリアメタル（図示しない）が形成される。
【０１２４】
層間絶縁膜１１上及び第１配線層１２上には、層間絶縁膜１３が形成されている。第１配線層１２上の層間絶縁膜１３内には、第２配線層５１と第１配線層１２とを電気的に接続するためのコンタクト孔１５が形成されている。コンタクト孔１５内には、カーボンナノチューブ１６が形成されている。カーボンナノチューブ１６は、第１配線層１２と第２配線層５１とを電気的に接続する。
【０１２５】
層間絶縁膜１３上には、ストッパ膜３１が形成されている。ストッパ膜３１は、カーボンナノチューブ１６の第２配線層５１側の端部に、複数のカーボンナノチューブ１６を固定するように充填されている。
【０１２６】
ストッパ膜３１上には、層間絶縁膜５２、例えばＳｉＯ２が形成されている。コンタクト孔１５上の層間絶縁膜５２内には配線溝が形成されている。この配線溝内には、配線溝を覆うように保護膜５３が形成されている。保護膜５３は、コンタクト孔１５から突き出た複数のカーボンナノチューブ１６間に充填されている。
【０１２７】
配線溝内の保護膜５３上には、保護膜５３を覆うようにバリアメタル５４が形成されている。さらに、配線溝内のバリアメタル５４上には、第２配線層５１が形成されている。バリアメタル５４は、第２配線層５１と保護膜５３との間に配置されており、第２配線層５１を形成する材料の保護膜５３及び層間絶縁膜５２への拡散を防止する。
【０１２８】
なお、図１９（ａ）には、層間絶縁膜５２上に保護膜５３が形成されていない例、すなわち保護膜５３が残らない例を示したが、図１９（ｂ）に示すように、層間絶縁膜５２上に保護膜５３が形成されていてもよい。
【０１２９】
［６−２］カーボンナノチューブプラグ配線の製造方法
図２０及び図２１は、第６実施形態のカーボンナノチューブプラグ配線の製造方法を示す断面図である。
【０１３０】
図２０（ａ）に示すように、コンタクト孔１５内の第１配線層１２上にカーボンナノチューブ１６を形成する。層間絶縁膜１３上、及びコンタクト孔１５上のカーボンナノチューブ１６間に、ストッパ膜３１を形成する。ストッパ膜３１上及びカーボンナノチューブ１６上に、ＣＶＤにより層間絶縁膜５２を形成する。さらに、コンタクト孔１５上の層間絶縁膜５２内に、リソグラフィ法により配線溝６１を形成する。
【０１３１】
次に、図２０（ｂ）に示すように、コンタクト孔１５上のカーボンナノチューブ１６間及びカーボンナノチューブ１５上、ストッパ膜３１上、及び層間絶縁膜５２上に、ＣＶＤにより保護膜５３を形成する。このとき、保護膜５３は、複数のカーボンナノチューブ１６間まで入り込み、ストッパ膜３１上のカーボンナノチューブ１６間に充填される。これにより、コンタクト孔１５の内部が保護膜５３とストッパ膜３１によって保護される。
【０１３２】
次に、図２０（ｃ）に示すように、保護膜５３をドライエッチング法、例えばＲＩＥによりエッチングし、コンタクト孔１５上のカーボンナノチューブ１６の端部を露出させる。このとき、ストッパ膜３１上に保護膜５３が残るようにする。
【０１３３】
その後、配線溝６１内の保護膜５３上に突き出たカーボンナノチューブ１６に対して、プラズマ処理、例えばＲＩＥを行い、図２１（ａ）に示すように、保護膜５３上に突き出たカーボンナノチューブ１６を除去すると共に、カーボンナノチューブ１６の先端を開く開端処理を行う。この開端処理は、次のスパッタ工程の直前に行うのが好ましく、またスパッタ工程の前処理として行ってもよい。
【０１３４】
ここで、コンタクト孔１５上のカーボンナノチューブ１６間には保護膜５３とストッパ膜３１が充填されているため、前記プラズマ処理において、エネルギー線や化学種、ラジカルなどがコンタクト孔内に侵入するのを低減できる。これにより、コンタクト孔１５内のカーボンナノチューブ１６の側壁やコンタクト孔底の第１配線層１２の表面が損傷するのを防ぐことができる。
【０１３５】
次に、図２１（ｂ）に示すように、配線溝６１内及び層間絶縁膜５２上に、例えばスパッタによりバリアメタル５４を形成し、続いてバリアメタル５４上にＣｕ膜５１を形成する。そして、層間絶縁膜５２上のＣｕ膜５１、バリアメタル５４、及び保護膜５３をＣＭＰにより研磨して、図１９（ａ）に示したように、配線溝６１内にバリアメタル５４及び第２配線層５１を形成する。またこのとき、図１９（ｂ）に示したように、層間絶縁膜５２上に保護膜５３が残るようにしてもよい。
【０１３６】
［６−３］第６実施形態の効果
以上説明したように第６実施形態によれば、コンタクト孔１５上の複数のカーボンナノチューブ１６間が保護膜５３とストッパ膜３１で充填されているため、カーボンナノチューブ１６のエッチング時及び開端処理時におけるエネルギー線や化学種、ラジカルなどがコンタクト孔内に侵入するのを低減できる。これにより、コンタクト孔１５内のカーボンナノチューブ１６の側壁やコンタクト孔底の第１配線層１２の表面が損傷するのを防ぐことができる。この結果、カーボンナノチューブ１６を有するプラグ配線の電気的な不良を防止でき、第１配線層１２と第２配線層５１との電気的な接続を改善することができる。
【０１３７】
本発明の実施形態では、ビアホールまたはコンタクト孔内にカーボンナノチューブを形成したプラグ配線において、ホール高さよりも高く飛び出て成長したカーボンナノチューブの部分を絶縁膜または金属膜等で包み込み、かつホール開口部付近を蓋をするように保護することにより、その後のＣＭＰや、プラズマ処理、エッチング、アッシングプロセスなどで、カーボンナノチューブ自身が破損したり、ホール底の配線などが酸化したり、構造欠陥が誘起したり、その他のダメージを受けないようにすることができる。
【０１３８】
なお、前述した各実施形態はそれぞれ、単独で実施できるばかりでなく、適宜組み合わせて実施することも可能である。さらに、前述した各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、各実施形態において開示した複数の構成要件の適宜な組み合わせにより、種々の段階の発明を抽出することも可能である。
【符号の説明】
【０１３９】
１１…層間絶縁膜、１２…第１配線層、１３…層間絶縁膜、１４…第２配線層、１５…コンタクト孔、１６…カーボンナノチューブ、１７…ストッパ膜、１８…バリアメタル、１９…ＳＯＧ膜、２１…ストッパ膜、３１…ストッパ膜、３２…バリアメタル、３３…第２配線層、３４…配線溝、４１…ストッパ膜、４２…ＳＯＧ膜、４３…配線溝、５１…第２配線層、５２…層間絶縁膜、５３…保護膜、５４…バリアメタル、６１…配線溝。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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