(57)【要約】      （修正有）【課題】多層配線構造の作製において、すべての多層配線用ビア・配線・電極および放熱用ビアなどを、相互の接続特性を良好に保って、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束により形成する半導体装置を提供する。【解決手段】電導素材である、柱状構造をもったカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束２の少なくとも一つの表面に、Ａｕ膜など金属膜を形成後、下地層を積層し、その上に触媒金属層を形成して、ＣＶＤ法により柱状構造をもったカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束７を成長することで、二つの柱状構造体カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束を低抵抗で接続して形成する。この基本構成方法の組合せで、多層配線用の各種電導構成要素を作製する。また、成長条件によりＣＮＴの成長先端部が平坦となることを用いて、Ａｕ膜など金属膜を利用せずに、成長方向に多段に、長いカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束を作製でき、特に放熱用ビアなどへの適用が可能である。【選択図】図３
2008192706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンナノチューブ束からなる第１の柱状構造体と、
前記第１の柱状構造体の少なくとも一面に、順次積層された第１の金属層と第２の金属層と、
前記第２金属層上に形成された、カーボンナノチューブ束からなる第２の柱状構造体と、
を、有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１の柱状構造体及び前記第２の柱状構造体は導電体であり、かつ前記第１の柱状構造体及び前記第２の柱状構造体の少なくとも一部表面は絶縁体で覆われてい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】
前記第１の柱状構造体、前記第２の柱状構造体、及び前記第１および第２の両構造体の組合せからなる複合柱状構造体は、層間絶縁膜で分離された異なる配線層間の配線を接続するビア、同一配線層上の配線、外部接続用電極、および熱源部と放熱部を接続する放熱用ビア、の少なくともいずれかの一部であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】
第１の柱状構造を有するカーボンナノチューブ束を成長する工程と、
前記第１の柱状構造体の少なくとも一面に、順次第１の金属層と第２の金属層を積層する工程と、
前記第２金属層上に、第２の柱状構造を有するカーボンナノチューブ束を成長する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１の柱状構造を有するカーボンナノチューブ束を成長する工程と、
前記第２の柱状構造を有するカーボンナノチューブ束を成長する工程との、
いずれか一方の工程、またはいずれの工程の、前、または後、または前後共において、
少なくとも、絶縁膜を積層する工程、または絶縁膜をパターニングする工程を含むことを特徴とする請求項４記載の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、半導体装置に関し、特に炭素元素から構成される円筒状構造体、すなわちカーボンナノチューブを、密集成長して形成したカーボンナノチューブ束（多重壁構造カーボンナノチューブの束、Bundle of MWNTs ＜Multi-Walled carbon NanoTubes ＞）からなる柱状構造体（直方体・立方体など）を、少なくとも２種、連続的に接続しつつ成長することによって形成された、高伝導性、高放熱性をもつ、電極、ビア、配線、あるいは放熱ビアを有する半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の高集積化、高密度化への要請はますます進み、従来方式の半導体プロセス技術による対応も限界に近づいている。その一つに、多層に形成される配線やビアのサイズの微細化とともに、配線内を流れる電流密度の大幅な増大が進み、その結果、とくにマイグレーション現象によって、配線やビアの断線が生じるといった課題も生じるようになった。
【０００３】
このような、マイグレーションに対し、高い耐性を有し、電気的にも高伝導率をもち、かつ微細化にも対応可能な有力なビアや配線の形成材料として、炭素元素から構成される円筒状の構造体、その代表的なものとしてカーボンナノチューブの適用が提案されるようになってきた（例えば、特許文献１）。さらに、カーボンナノチューブが極めて高い熱伝導率を有していることから、これを半導体装置の熱冷却板に直結する熱伝導体としての適用も提案されている（例えば、特許文献２）。
【０００４】
具体的なビアや配線の構造や製造方法の提案もされてきており、とくに、半導体デバイスにおける多層配線構造を形成する上でポイントとなる、カーボンナノチューブ束からなるビア（あるいは配線）と有力な配線材料であるＣｕなどの金属で形成された配線（あるいは電極）との低オーミックコンタクトを実現する方法の検討や提案もなされてきた（非特許文献１、特許文献３）。
【特許文献１】特開２００３−３２９７２５号公報
【特許文献２】特開２００３−３３２５０４号公報
【非特許文献１】M.Nihei et al., Japanese Journal of Applied Physics 43, No.4B 2004, pp1856-1859
【特許文献３】特開２００４−２８８８３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の非特許文献１や特許文献３により提案された、カーボンナノチューブ束からなるビア（あるいは配線）とＣｕなどの金属で形成された配線（あるいは電極）との良好な接続特性を実現する方法について、図を参照しながら説明する。
【０００６】
図１は、集積回路に形成された多層配線部分の断面を模式的に示した図であり、図１（ａ）は、上記は非特許文献１で示された、層間絶縁膜中に形成されたカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束からなるビアとその上下の層に形成された配線（Ｃｕ配線）との接続構成をしめしている。図示されていない最下層の基板上に、３層の層間絶縁膜１０３中に３層のＣｕ配線１０２が形成され、各Ｃｕ配線１０２間をカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束ビア１０１で接続している。
【０００７】
図１（ｂ）は、同様な方法で形成された、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束ビアとともに、それに接続した。金属ブロック（例えばＣｕブロック）状などの金属柱状構造体、あるいはその様な構造の電極、あるいは配線（Ｃｕ配線）などの側面から、更にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束からなる配線を接続した構成を示している。図示されていない最下層の基板上に、３層の層間絶縁膜１０３中にＣｕブロック１０５が形成され、層間のＣｕブロック１０５間をカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束ビア１０１で接続し、またＣｕブロック１０５から、あるいはＣｕブロック１０５間をカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束配線１０４が形成されている。
【０００８】
このように、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束ビア１０１とＣｕ配線１０２やＣｕブロック１０５との相互接続は、次のようなプロセスを適用している。
【０００９】
図２は、上記の従来例に示した構成を形成するための基本的な工程を説明する断面工程図である。図２（ａ）において、図示されていない、例えばＳｉ基板などの基板上に、例えば下部電極、あるいは下層の配線であるＣｕ層１０６、その上に良好な接続部を形成すべくＴａ層１０７、ＴｉＮ層１０８が積層されている。その上に、シリコン酸化膜やナノクラスタリングシリカをはじめとするポーラス材料あるいはその他の低誘電率材料（Ｌｏｗ−ｋ材料）からなる層間絶縁膜１０９が積層され、そこにビア穴１１０を開口する。（図２では、煩雑を避けるため、ビア穴１１０が開口された個所の底部にあるＣｕ層１０６、Ｔａ層１０７、ＴｉＮ層１０８の積層のみを図示している。以下の各実施例の説明などにおいても、上述のような方法で形成した場合でも、同様の形式で図示する。）あるいは、基板上に層間絶縁膜１０９を形成し、次いでビア穴１１０を基板表面まで達するように開口した後、そのビア穴中にＣｕ層１０６、Ｔａ層１０７、ＴｉＮ層１０８を順次積層するように形成してもよい。
【００１０】
そして、図２（ｂ）に示すように、ビア穴１１０中および層間絶縁膜１０９上に、例えばＣｏなどの触媒金属微粒子１１１を積層する。
【００１１】
次に図２（ｃ）に示すように、ビア穴１１０中の触媒金属微粒子１１１から化学気相成長（ＣＶＤ）法によって、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束１１２を成長する。この際、後述する成長条件により、層間絶縁膜１０９上の触媒金属微粒子１１１を残しておいても、その触媒金属微粒子１１１からは成長せず、ビア穴１１０中の触媒金属微粒子１１１からのみの選択的な成長を実現できる。勿論、層間絶縁膜１０９上の触媒金属微粒子１１１を除去するリフトオフ工程などを導入して、ビア穴１１０中の触媒金属微粒子１１１から成長を行っても構わない。図示されているように、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束１１２がビア穴１１０中で成長され、かつ先端部がビア穴１１０の開口面よりも十分伸長するように成長させる。
【００１２】
そして、図２（ｄ）に示すように、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束１１２のビア穴１１０の開口面から突出して成長した部分を、化学機械研磨（ＣＭＰ）法などにより除去し、平坦化して、平坦面１１３を得る。
【００１３】
そして、図２（ｅ）に示すように、こうして形成されたカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束１１２のビアを経由する上部電極（あるいは上層の配線層）形成するために、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束１１２の平坦面１１３上に、先ずＴｉ層１１４を形成し、その上に、上部の電極（配線）層となるＣｕ層１１５を積層し、必要に応じたパターン形成を行い電極あるいは配線とする。
【００１４】
こうして、図１（ａ）の構成は製造実施されるが、  図１（ｂ）で示された、さらに配線についてもカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束で形成する場合は、図２（ｅ）のＣｕ層１１５を立方体構造などにパターン形成したのち、このＣｕ立方体の成長方向の横面に先と同様にＴａ／ＴｉＮ／Ｃｏ膜を形成し、新たに層間絶縁膜を積層して、その層間絶縁膜内に、先の立方体成長方向横面とつながる横方向に溝を形成する。そしてその溝内にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束を所定の長さに成長させた後、この成長方向の先端面を平坦化して、先と同様に平坦面にＴｉ層を形成し、次いでＣｕ立方体を接続させて、異なる電極として形成することができる。
【００１５】
こうして形成されたカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束のビアなどは、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束の成長開始端側は、低抵抗の接続部が形成されている。しかし、上記のような形成方法では、実際上、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束の成長終了端側（上層の電極や配線層）の金属層（Ｃｕ層）との接続部は高いコンタクト抵抗を持つという問題を有している。
【００１６】
一般に成長したカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束の個々のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の長さは不均一であり、成長先端のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束が揃っているわけではない。このため、成長したままで、すべてのカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）に均一に電極金属をコンタクトさせることが難しい。これを解決するために、前述のように化学機械研磨（ＣＭＰ）法による平坦化が行われ、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の長さが一定の束を形成することが可能となった。しかし、化学機械研磨（ＣＭＰ）法はカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）そのものにダメージを与え、結果としてカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束の低抵抗性を十分生かせた、金属層（Ｃｕ層）との良好な接続特性を得ることができない。これは、図１（ｂ）で示されたような、ビアも配線（電極)もカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束で形成し、かつそれらのお互いの接続個所が低抵抗で接続するといった、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束での多層配線構造の形成を実現できない。
【００１７】
以上のことから、本発明の課題は、従来は、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束を用いての多層配線構造を形成するために必要としていた、電極や配線あるいは中継用立体構造としての金属層（Ｃｕ層）を用いること無しに、基本的に、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束を用いて、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束によるビア（ＣＮＴビア）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束による配線（ＣＮＴ配線）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束による電極（ＣＮＴ電極）、またこれらを接続中継するカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束によつブロック（ＣＮＴブロック）などを構成し、かつそれらカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束間の接続を十分な低抵抗で実現しうる多層配線構造、あるいは、十分に低い熱抵抗で実現しうる熱伝導構造を有する半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の半導体装置は、
カーボンナノチューブ束からなる第１の柱状構造体と、
前記第１の柱状構造体の少なくとも一面に、順次積層された第１の金属層と第２の金属層と、
前記第２金属層上に形成された、カーボンナノチューブ束からなる第２の柱状構造体と、
を、有することを特徴とする。
【００１９】
そして、
前記第１の柱状構造体及び前記第２の柱状構造体は導電体であり、かつ前記第１の柱状構造体及び前記第２の柱状構造体の少なくとも一部表面は絶縁体で覆われていることを特徴とする。
【００２０】
そして、
前記第１の柱状構造体、前記第２の柱状構造体、及び前記第１および第２の両構造体の組合せからなる複合柱状構造体は、層間絶縁膜で分離された異なる配線層間の配線を接続するビア、同一配線層上の配線、外部接続用電極、および熱源部と放熱部を接続する放熱用ビア、の少なくともいずれかの一部であることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、
第１の柱状構造を有するカーボンナノチューブ束を成長する工程と、
前記第１の柱状構造体の少なくとも一面に、順次第１の金属層と第２の金属層を積層する工程と、
前記第２金属層上に、第２の柱状構造を有するカーボンナノチューブ束を成長する工程と、
を含むことを特徴とする。
【００２２】
そして、
前記第１の柱状構造を有するカーボンナノチューブ束を成長する工程と、
前記第２の柱状構造を有するカーボンナノチューブ束を成長する工程との、
いずれか一方の工程、またはいずれの工程の、前、または後、または前後共において、
少なくとも、絶縁膜を積層する工程、または絶縁膜をパターニングする工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の半導体装置、およびその製造方法によって、従来提案されたカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）による多層配線の構成方法やプロセスでは困難であった多層配線構造において、すべてカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束で電気的に接続特性の良い電気的導通部（例えば、ビア、配線、電極、フ゜ラク゛など）を具体的に作製することが可能となる。またこれにより、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の優れた導電性を生かすことができる。
【００２４】
更に、従来方法では実現の困難であった、熱伝導性が良く、かつ高アスペクト比の熱伝導導通部（熱伝導用ビア、同プラグ、同配線など）も具体的な作製が可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、本発明の実施の形態を、添付図を参照しつつ説明する。
（第１の実施例）
本第１の実施例を、図３および図４を用いて説明する。図３は斜視図の模式図による形成工程を端的に示し、図４は具体的な実施工程を断面模式図で示した。
【００２６】
図３（ａ）において、ビア用カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束１が、層間絶縁膜表面３の下部にある層間絶縁膜中の図示されないビア穴内部に、図示されない金属電極などが存在するビア穴底面部から成長形成され、更にビアから層間絶縁膜表面３上に突出して、柱状構造体カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束２が形成されていることを示す。なお、本説明においてはビア形成を中心に述べるが、プラグ形成についても同様に実施可能である。
【００２７】
図３（ｂ）は、この突出した柱状構造体カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束２の表面に、金属膜４（たとえばＡｕ膜）を付着し、金属膜形成柱状構造体カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束（ＣＮＴブロックと称する）５を形成したことを示す。この構成は、ＣＮＴビアに直接接続し層間絶縁膜表面に形成されたＣＮＴ電極に相当する。
【００２８】
図３（ｃ）は、ＣＮＴブロック５の任意の壁面、例えば横面（層間絶縁膜表面３に平行方向に成長する方向の面、この場合は相対する２表面）に、触媒金属形成前に接続用の下地金属膜と触媒金属６を形成することを示す。
【００２９】
図３（ｄ）は、触媒金属６（この場合は、2つの面）から、配線部に相当するカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束（配線用カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束）７が成長し、この結果、金属電極などに接続したビア用カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束から、ＣＮＴブロックを介して、配線用カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束が形成されたことを示す。つまり、これにより、ＣＮＴビア／ＣＮＴ（配線用）ブロック／ＣＮＴ配線の構成に相当する。
【００３０】
図４の断面工程図を用いて、より具体的に第１の実施例の製作工程を説明する。図４（ａ）に示されているように、図示されていない、例えばＳｉ基板などの基板上に、例えば下部電極、あるいは下層の配線であるＣｕ層８、その上に良好な接続特性とＣｕ拡散を防ぐための下地金属層（具体的にはＴａ層９、ＴｉＮ層１０）が積層されている。その上に、シリコン酸化膜や低誘電率材料（Ｌｏｗ−ｋ材料）からなる層間絶縁膜１１が積層され、次いでＴｉＮ層１０表面に達するビア穴１２を開口する。Ｃｕ層８の厚さは、たとえば３００ｎｍ、Ｔａ層９の厚さは、たとえば１５ｎｍ、ＴｉＮ層１０の厚さは、たとえば５ｎｍとし、スパッタリング法や電子ビーム蒸着法などで形成する。層間絶縁膜１１としてのシリコン酸化膜は、たとえば熱酸化やＴＥＯＳ（正珪酸四エチル）による酸化膜が用いられ、また低誘電率材料（Ｌｏｗ−ｋ材料）は、ポーラス材料であるシリカ系絶縁膜が主に用いられ、例えばナノクラスタリングシリカはスピンコートによって作製される。膜厚として、たとえば３００ｎｍとする。そして、層間絶縁膜１１を、ＴｉＮ層１０表面まで達するように、ビア穴（たとえば一辺２μｍの四角形の穴）１２を、既知のエッチング法により形成する。あるいは、すでに図２の従来例の説明で述べたように、基板上の層間絶縁膜１１を形成、次いでビア穴１２を基板表面まで達するように開口した後、ビア穴中にＣｕ層８、Ｔａ層９、ＴｉＮ層１０を順次積層するように形成しても良い。
【００３１】
次に、図４（ｂ）に示すように、ビア穴１２の内の底面に、触媒金属層として、たとえばＣｏ微粒子層１３を形成する。カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の触媒となるコバルト微粒子は、微分型静電分級器（ＤＭＡ）（たとえば非特許文献２）やインパクター（たとえば非特許文献３）などの装置を用いて作製できる。コバルト微粒子層１３は、ＴｉＮ層１０上に、平均粒径（直径）３．８ｎｍで形成した。
【００３２】
触媒金属層として、微粒子層を用いるかわりに、スパッタリング法や電子ビーム蒸着法で作製した触媒金属薄膜層（たとえばＣｏ薄膜、厚さ２．６ｎｍ）を用いることができる。
【００３３】
次に、図４（ｃ）に示すように、Ｃｏ微粒子層１３を触媒として、ビア穴１２から更にその穴から突出するように、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束１４を、化学気相成長法（ＣＶＤ）法を用いて成長する。金属触媒層としてＣｏ微粒子を用いたＣＶＤ法によるカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束の成長は、基板温度（成長温度）；４５０℃、原料ガス；アセチレンおよびアルゴンの混合ガス（比率１：９）、ガス圧；１ｋＰａの条件下の高温炉中に試料を配置し、成長中は、更に原料ガスはアルゴンによって２０００分の１に希釈される。その際に流量は、混合ガス０．５ｓｃｃｍ（スタンダード立方センチメーター）に対し、アルゴンガスは１０００ｓｃｃｍである。
【００３４】
金属触媒層としてＣｏ薄膜を用いた場合のＣＶＤ成長についても、上記のＣｏ微粒子を用いた成長条件（Ｃｏ微粒子用成長条件と仮称する）で行うことが可能であるが、以下の成長条件（Ｃｏ薄膜用成長条件と仮称する）でもＣＶＤ成長可能である。すなわち、基板温度（成長温度）；５１０℃、原料ガス；アセチレンおよびアルゴンの混合ガス（比率１：９）、ガス圧；１ｋＰａの条件下で成長するが、混合ガスの流量は２００ｓｃｃｍで行い、このときアルゴンガスによる更なる希釈は行わない。
【００３５】
上記のようなＣＶＤ成長法を用いて、図４（ｃ）のように、高さ（底面から上面までの長さ）が約１μｍ程度、従って、層間絶縁膜１１の表面から、約７００ｎｍほど突出した、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束１４を形成した。
【００３６】
このＣＶＤ成長法において、金属触媒層としてのコバルト微粒子層やＣｏ薄膜が、ビア穴底面の下地金属膜（本実施例の場合、ＴｉＮ層）表面に積層されたもの以外に、ビア穴周辺の層間絶縁膜の表面に積層される状況もあり得る（図４において例示している）。しかし、上記のようなＣＶＤ成長条件によってカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束を成長した場合は、下地金属膜上の触媒金属の存在する個所のみから、触媒作用によるカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束の成長がみられ、層間絶縁膜上の触媒金属存在個所からの成長は見られない。勿論、触媒金属の積層個所を下地金属上のみに限定し、他の個所に付着した触媒金属を除去する工程を導入し、ＣＶＤ成長法を適用して、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束を成長しても良いことはいうまでもない。しかし、このような追加的な工程を行うことなく、選択的にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束の成長が行えることのメリットは少なくない。
【００３７】
このようなＣＶＤ成長法によるカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束の成長状況を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したときの観察像を図５に示す。図５（ａ）は、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束の断面方向からみた全体像であり、図５（ｂ）は、その先端部の拡大像である。この図から明らかなように、この場合、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束の先端部において、各カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が互いに接続したようになり、全体で略平坦な表面構造をなしている。従来の成長実施例においては、成長したカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束の、側面部、すなわちカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束の成長側面は略フラットに形成されるものの、成長先端部は、各カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の一本ごとの成長する長さが、言わばばらばらに異なっていて、図５で見られるように、先端部が揃うことは無く、またお互いに繋がる様にして平坦面を形成して成長することは無い（たとえば、非特許文献１など）。
【００３８】
図５に示したカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束の成長試料は、図４（ｂ）と同様な下地金属層を構成するが、ＴｉＮ層で厚さ；１０ｎｍ、触媒金属Ｃｏ薄膜で厚さ；２．６ｎｍのものを用い、上記、Ｃｏ薄膜用成長条件（仮称）にて６０分間成長（ＣＮＴ成長長さ；約１３μｍ）した。このようなカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束の成長結果を得るには、ＴｉＮ層で厚さ；１．５〜１５ｎｍの間のものを用い、かつ触媒金属Ｃｏ薄膜で厚さ；１〜５ｎｍの間にあることが望ましいことがわかった。
【００３９】
また、このカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束の断面透過型電子顕微鏡像、Ｘ線光電子分光、エネルギー分散型Ｘ線分析などの観察により、この先端部分の構造が、およそ５ｎｍ程度の厚さをもつ複数層のグラファイトシート構造からなることを確認した。さらに、断面透過型電子顕微鏡像から、グラファイトシート構造部分とナノチューブ部分は互いに独立して存在するのではなく、一部で構造的にグラファイト構造により接続していることもあわせて確認した。この先端部が平坦化し、かつ互いに接続したカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束構造は、全体構造をビアとして電気的測定を行った結果、電気的に導通接続が行なわれていることも確認された。また、Ｃｏ微粒子用成長条件（仮称）においても、適正な、ＴｉＮ層で厚さと触媒金属Ｃｏ薄膜で厚さを適正に選択することで、上記の、図５に示したように構造と同様の構造のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束を得ることができる。
【００４０】
すなわち、前記のような膜構成と成長条件で、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束のＣＶＤ成長を行えば、図３（ａ）以下の各図、および図４（ｃ）以下各図に模式的表現したように、例えば、ビア穴の開口部が正方形とすると、成長したカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束はビア穴底面の触媒金属層から、ビア穴に沿った形状を維持して、ほぼ四角柱形状で成長し、かつ成長先端部では、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）はお互いに接続し、かつ略平面状となった、全体的に電気的導通性をもつ柱状構造体を得ることができる。
【００４１】
そして、図４（ｄ）のように、層間絶縁膜１１の表面より突出したカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束の部分は、一辺の長さ約２μｍ，高さ約７００ｎｍの正四角形の断面をもつ柱状構造を有する。この柱状構造は、前述のように、成長側面も成長先端部も十分に平坦な５面（底面はビア接続）をもつ略正四角柱の形状を有しており、従来技術のようにＣＭＰ法の援用による平坦化工程の必要は無く、よってダメージを受けることも無い。
【００４２】
この柱状構造の表面に、電解めっき法によりＡｕ膜１５を形成し、こうして、次の工程で述べる、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束で配線を成長・形成するための基点となるブロック（ＣＮＴブロック１６と称す）を形成する。これは、図３（ｂ）の金属膜形成柱状構造カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束、すなわち、ＣＮＴブロック５に相当する。
【００４３】
次に、図４（ｅ）に示すように、ＣＮＴブロック１６の、これからカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束を成長する方向の面、本図の場合は相対する横方向の面に、金の拡散を防ぐためにＴａ層（たとえば厚さ１５ｎｍ）およびＴｉＮ層（たとえば厚さ５ｎｍ）からなる下地層１７を積層する。Ｔａ層の厚さは、これに限らず、たとえば５〜５０ｎｍの範囲に任意に選べば良い。ＴｉＮ層の厚さもこれに限らず、たとえば1〜５０ｎｍの範囲、平坦性を有する成長必要条件としては、１．５〜１５ｎｍの範囲に選べば良い。そして、下地金属17上に、先の図４（ｂ）の工程と同様に、触媒金属層として、たとえばＣｏ微粒子層１８を形成する。Ｃｏ微粒子層の代わりにＣｏ薄膜層を適用しても良い。
【００４４】
そして、図４（ｆ）に示すように、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束１９（この場合は、2方向）を、上述の図４（ｃ）工程で述べたようなＣＶＤ法により成長させ、層間絶縁膜１１の表面上のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束配線を形成する。図示したカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束１９の配線構造は、層間絶縁膜１１の制限の無い表面上を、触媒金属膜の形状と成長方向に従って形成されるが、たとえば、ＣＮＴブロック１６の横方向の特定表面に下地層１７およびＣｏ微粒子層１８（触媒金属層）を形成した後、層間絶縁膜１１上に別の層間絶縁膜を積層し、この中に触媒金属層の表面から続く溝（たとえば断面が四角形・矩形など）を形成し、この溝に沿ってカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束配線を形成することも可能である。
【００４５】
本例では、ＣＮＴブロックからのカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束を横方向に成長して配線としたが、ＣＮＴブロックのトップの面（下部に形成したビアの成長方向と同じ方向に成長させる面）に下地金属および触媒金属を形成し、それにカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束を垂直方向（上方）に成長させ、新たなビア（あるいは電極）を形成することも可能であることは言うまでも無い。
【００４６】
こうして作製した、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束によって、ＣＮＴビア／ＣＮＴ電極の構成と、ビア／ＣＮＴブロック／配線の構成からなる半導体装置の多層配線を形成するための本発明の基本構造は、平坦化のためのカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束先端部におけるＣＭＰ工程を用いないで、各要素の接続個所を含め低抵抗化を実現できる。
【００４７】
本実施例では、触媒金属としてＣｏ（コバルト）を用いたが、他のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）形成用触媒金属、たとえば、Ｎｉ（ニッケル）、Ｆｅ（鉄）、もしくは少なくともＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅのいずれか１種を含む合金材料などを用いても良い。前述のように、これらの材料による積層形成には、微分型静電分級器法、インパクター法、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法などを適用することができる。
【００４８】
また、下地金属として、Ｔａ（タンタル）とＴｉＮ（窒化チタン）のほかに、たとえば、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白金）、Ａｇ（銀）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔａ（タンタル）、Ｔｉ（チタン）、ＴａＮ（窒化タンタル）、ＴｉＳｉ（珪化チタン）の何れか一種の層もしくはそれらを組み合わせた複数の層を含む積層としても良い。また
ＣＮＴブロックの表面に形成する膜としてＡｕ（金）を用いたが、これに限らず、たとえば、Ｃｕ（銅）、Ｐｔ（白金）、Ａｇ（銀）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｎｉ（ニッケル）ないしは下地金属として挙げた材料などを用いても良い。そして、それらの材料を用いた積層形成は、めっき法、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法、化学気相成長法、分子線エピタキシー法などを適用することができる。
【００４９】
また、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束の成長において、本実施例では原料ガスとして、アセチレンおよびアルゴンの混合ガスを用いる例を述べたが、この混合ガスにおいて一方の材料としてアセチレンに限らない。これに代えて、例えばメタン、エチレンなどの炭化水素系ガス、エタノール、メタノールなどのアルコール系ガス、あるいは一酸化炭素などを用いることが可能である。
【００５０】
また、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束の成長方法に関し、本実施例においてはＣＶＤ成長法と記し、いわゆる、熱ＣＶＤ成長法を念頭において記述したが、これに限らない。例えば、プラズマＣＶＤ成長法、リモートプラズマＣＶＤ成長法、あるいは熱プラズマＣＶＤ成長法などの適用も可能である。
【００５１】
また、本実施例においては、ビア穴を、たとえば一辺２μｍの四角形の穴として形成しているが、勿論、これに限られない。カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束の非常な細線での成長の可能性、およびそのときの伝導性能の優位性などを生かし、例えば、直径（あるいは一辺）１０〜１００ｎｍといった極細のビアを形成することが容易に可能である。
【００５２】
以上、各膜材料の代替材料・積層方法等については、以下に述べる他の実施例についても同等である。
【非特許文献２】S.Sato et al., Chemical Physics Letters 382(2003), pp361
【非特許文献３】S.Sato et al., Proc. IEEE International Interconnect Technology Conference 2006, pp230   （第２の実施例）  第２の実施例を、図６および図７を用いて説明する。図６は斜視図の模式図による形成工程を端的に示し、図７は具体的な実施工程を断面模式図で示した。本実施例は、層間絶縁膜中の下部Ｃｕ電極の表面が、同絶縁膜の表面に露出した状況で、その下部Ｃｕ電極の表面上にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束からなるＣＮＴブロックを形成し、これを基点にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束からなる配線を行う例である。つまり、ＣＮＴブロックが下部に通じるカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束のビアが無い点で、第１の実施例と異なる。
【００５３】
図６（ａ）において、ビア用カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束２１が、層間絶縁膜表面３の下部にある層間絶縁膜中に、金属の下部電極とこれに積層して下地金属が形成されてなる下部金属層２０の表面にある触媒金属層から上方に成長して形成されていることを示す。
【００５４】
図６（ｂ）は、この形成された柱状構造体カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束２１の表面に、金属膜４（たとえばＡｕ膜）を付着し、金属膜形成柱状構造体カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束（ＣＮＴブロック）２２を形成したことを示す。この構成は、下部金属電極やデバイスの金属電極に直結して層間絶縁膜の表面に形成されたＣＮＴ電極に相当する。
【００５５】
図６（ｃ）は、ＣＮＴブロック２２の任意の壁面、例えば横面（層間絶縁膜表面３に平行方向に成長する方向の面、この場合は相対する２表面）に、（触媒金属形成前に接続用の下地金属膜と）触媒金属６を形成することを示す。
【００５６】
図６（ｄ）は、触媒金属６（この場合は、2つの面）から、配線部に相当するカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束（配線用カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束）７が成長し、この結果、下部電極から、ＣＮＴブロックを介して、配線用カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束（配線）が形成されたことを示す。図６（ｅ）は、図６（ｂ）のＣＮＴブロック２２のＳＥＭ像を示した図である。図から解るように、基板の表面上に、ブロック状に、ＣＮＴブロックが形成されていることが観察できる。
【００５７】
図７の断面工程図を用いて、より具体的に第２の実施例の作製工程を説明する。図７（ａ）に示されているように、図示されていない、例えばＳｉ基板などの基板上に、例えば下部電極、あるいは下層の配線であるＣｕ層８、その上に良好なオーミックコンタクトとＣｕ拡散を防ぐために形成するための下地金属層（具体的にはＴａ層９、ＴｉＮ層１０）が積層される。既知のリソグラフィー技術により、Ｃｕ層と下地層とが一体化した所定の形状の金属パターンを基板上に形成する。そして基板全体に、シリコン酸化膜や低誘電率材料（Ｌｏｗ−ｋ材料）からなる層間絶縁膜１１を積んだ後、所定の形状の金属パターン表面が露出するように層間絶縁膜１１を既知のリソグタフィー技術により加工する。
【００５８】
そして、図７（ｂ）のように、ＴｉＮ層１０上、またはＴｉＮ層１０を含む表面全体に触媒金属層として、たとえばＣｏ微粒子層１３を形成する。またＣｏ薄膜層でも良い。
【００５９】
次に、図７（ｃ）のように、ＣＶＤ法を用いてＴｉＮ層１０上のＣｏ微粒子層１３の触媒作用でカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束２４を成長する。第１の実施例で述べたように、所定の成長条件を適用することで、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束２３の先端部（成長終了部）は、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）はお互いに接続しかつ略平面状となった、また側面も略平坦となっている、全体的に電気的導通性をもつ、層間絶縁膜１１表面に突出した柱状構造体を得ることができる。
【００６０】
そして、図７（ｄ）に示すように、柱状構造体の表面に電解めっき法でＡｕ層１５を形成する。これによって、金属膜形成柱状構造カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束、すなわち、ＣＮＴブロック２５（図６（ｂ）のＣＮＴブロック２２）が形成される。ＣＮＴブロック２５は上記のように、第１の実施例のそれ（図４（ｄ）のＣＮＴブロック１６）と異なり、層間絶縁膜１１表面に単独形成された導電性ブロックであり、このブロックは、後述のように、たとえば電極とカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束の配線などとの接続基点となる機能を有する。
【００６１】
以後、図７（ｅ）、図７（ｆ）に示すように、第１の実施例の図４（ｅ）、図４（ｆ）で示した工程と同じように、ブロック状のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束であるＣＮＴブロック２５の側面にＴａ層とＴｉＮ層からなる下地層１７を形成し、その上に、触媒金属であるＣｏ微粒子層１８を形成する。次いで、触媒金属層上に（横方向に）ＣＶＤ法によりカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束１９を形成する。
【００６２】
第２の実施例における各工程の作製法・装置・スロセス条件や各層の厚さ、主要なサイズなどは、第１の実施例と同じとすることで、所期の特性を有するものを作製できた。
【００６３】
（第３の実施例）
第３の実施例は、第２の実施例でＡｕ膜が表面に形成されたＣＮＴブロックを形成した後に横方向にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束を成長させて、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束の配線を形成するのに対し、同様にＣＮＴブロックを形成した後に、ＣＮＴブロックのトップ面（上面）からその垂直方向にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束を継続成長する例である。但し、先に示した、ＣＮＴブロック表面には電解めっきによるＡｕ層が積層されていたが、この実施例の場合、このＡｕ層を（トップ面に形成することは）必ずしも必要としない。
【００６４】
本実施例を、図８および図９を用いて説明する。図８は斜視図の模式図による形成工程を端的に示し、図９・１０は具体的な実施工程を断面模式図で示した。
【００６５】
図８（ａ）は、第２の実施例のおける図６（ｃ）と同様な形成状況を示し、Ａｕ薄膜が表面に積層された、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束からなるＣＮＴブロック２２が、層間絶縁膜１１に形成された開口部２６中に形成されている。ＣＮＴブロック２２の下側は下部金属層２０に接続して層間絶縁膜中に形成されている図示されない金属電極と接続している。勿論、ＣＮＴブロック２２は、その金属電極の表面の下地金属および触媒金属を用いて成長・形成されており、金属電極と良好な接続特性を有している。そして、この後、ＣＮＴブロック２２のトップ面上に、新たにカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束を引き続き成長する。
【００６６】
ところで、図８（ａ）のＣＮＴブロック２２のトップ面は、ＣＮＴブロック用のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束を成長したときの先端部である。このトップ面において、先の述べたように、成長終了後の先端部は平坦かつ構造的にグラファイト構造により互いのカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）接続した構造を有するものを、成長条件によって形成することができる。例えば、ＣＮＴブロック２２下の金属（Ｃｕ）電極上の形成される下地金属・触媒金属は、それ様に仕様で形成する。すなわち、Ｃｕ電極上の下地金属として、たとえばＴａ膜；１５ｎｍ厚（５〜５０ｎｍ程度で任意）、ＴｉＮ膜；５ｎｍ厚（１．５〜１５ｎｍ厚が望ましい）とし、触媒金属として、たとえばＣｏ薄膜；２．６ｎｍ厚（１〜５ｎｍ厚が望ましい）とする。同様に先に述べたＣｏ薄膜用成長条件（仮称）を適用してＣＶＤ成長をすることで、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束であるＣＮＴブロック２２を成長する。
【００６７】
このような平坦な成長面を有する、つまり平坦なトップ面をもつＣＮＴブロック２２は、このトップ面にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束を継続成長を行う場合は、トップ面にＡｕ膜を積層する必要ないことが解った。つまり、非Ａｕ膜積層ＣＮＴブロック２３を適用することが可能である。この様にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束の継続成長のいわば中継ブロックとしてのカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束ブロックにＡｕ膜形成を必要としないことは、工程省略の上で大きなメリットを生じる。換言すると、ここで述べている非Ａｕ膜積層ＣＮＴブロック２７とは、これがブロック状であるか否かは別にすれば、所定の下地金属層上に形成した所定の触媒金属（Ｃｏ薄膜）から成長させたままのカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束と、言い換えることもできる。
【００６８】
そして、図８（ｂ）に示すように、非Ａｕ膜積層ＣＮＴブロック２７の平坦なトップ面の上に、更にもう１段のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束を継続して成長することを考慮すれば、先に述べた下地層１７と触媒金属６の膜厚と適用する。
【００６９】
そして、図８（ｃ）のように、Ｃｏ薄膜用成長条件（仮称）を適用してＣＶＤ成長をすることで、最初のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束２８を非Ａｕ膜積層ＣＮＴブロック２７上に積み上げて成長する。さらに、最初の積み上げカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束２７の上に、新たなカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束を積み上げるように成長するために、先と同様な膜条件で下地層１７、触媒金属（Ｃｏ薄膜）６を積層すれば、同様に、Ａｕ膜を形成することなく、このトップ面にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束を積み上げて成長できる。
【００７０】
以上のように、この第３の実施例のプロセスは、見方を変えれば、Ｃｕ金属層／下地層／触媒金属膜／カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束（成長先端面上成長）／下地層／触媒金属膜／カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束（成長先端面上成長）／・・・／下地層／Ｃｕ金属膜と言った、成長先端面を用いＡｕ膜の積層工程を不要の、多段カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束成長のプロセスが可能であることを示している。
【００７１】
このカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束の多段階成長においては、たとえば、予め、非Ａｕ膜積層ＣＮＴブロック２７のトップ面から上方に延びる層間絶縁膜の開口穴を形成しておけばよいし、また成長の長さをさほど要求されない場合は、必ずしも成長ガイドとなるような層間絶縁膜の穴は必要としない。また、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束２８のトップ面に下地層１７・触媒金属層６を積層してカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束を成長させ、この表面にたとえばＡｕ膜を形成することで、このカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束をＣＮＴブロック化、すなわち（上部）ＣＮＴ電極を形成できる。あるいは単に下地層１７に金属膜などを積層して、たとえば（上部）電極とすることも可能である。
【００７２】
こうして、下部電極と上部電極を接続する、２段あるいはそれ以上の段数を有するＣＮＴブロック、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束を適宜積み上げることで、長いビアが形成可能となる。この長いビアは、電気的なビアのみならず、下部電極を放熱素子の放熱部位の金属部とし、上部電極を放熱フィンとすれば、熱伝導性に優れたカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束を、放熱用ビアとしても適用できる。
【００７３】
図９の断面工程図を用いて、より具体的に第３の実施例の製作工程を説明する。図９（ａ）において、図示されないシリコンなどの基板上に形成されたシリコン酸化膜などからなる層間絶縁膜１１に基板に達する深い開口部２６（たとえば２μｍ角、あるいは直径）が形成される。開口部２６に底面に配線、電極あるいは放熱素子の金属板などの金属層（たとえばＣｕ層８）、その上に下地層としてＴａ層９（たとえば１５ｎｍ厚），ＴｉＮ層１０（たとえば５ｎｍ厚）が形成されている。
【００７４】
図９（ｂ）において、更にその上に、触媒金属であるＣｏ薄膜２９（たとえば２．６ｎｍ厚）を形成する。
【００７５】
そして、図９（ｃ）において、先のＣｏ薄膜用成長条件（仮称）を適用して、ＣＶＤ成長により、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束２７（たとえば、厚さ２０μｍ）を形成する。この成長した先端部は平坦に形成されている。よって、これにＡｕ膜を形成することなく、下地金属と触媒金属をこのトップ面に形成するだけで、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束の更なる成長が可能となる。
【００７６】
よって、図９（ｄ）のように、下地層（Ｔａ膜とＴｉＮ膜）１７とＣｏ薄膜２９とを積層し、そして同様に、図９（ｅ）に示すように、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束２８を成長する。そして、図９（ｆ）に示すように、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束２８のトップ面に、下地金属（Ｔａ膜とＴｉＮ膜）１７とＣｏ薄膜２９とを再度積層して、以後、必要長のビア（放熱ビア）を形成する。
【００７７】
図１０に、この様にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束を多段に形成した試料の断面ＳＥＭ像を示す。図１０の（ａ）は、断面ＳＥＭ像（ｂ）の領域説明のための図であって、下から、下段のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束領域（Ａ）／Ｔａ膜・ＴｉＮ膜・Ｃｏ膜の金属多層膜（Ｂ）／上段に形成されたカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束領域（Ｃ）を示す。Ｂ部は模式的説明のために拡大して図示されているが、実際は、図１０（ｂ）中の円内の略直線状の白線部領域に相当する。
【００７８】
断面ＳＥＭ像（ｃ）は、より全体の断面像が解るようにしたＳＥＭ像であって、下から、基板（Ｄ）／一段目カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束領域（Ｅ）／二段目カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束領域（Ｆ）（各層の境界に金属多層膜、つまり（ａ）のＢ相当部、がある）を示している。特に、ここで注目すべきは、断面ＳＥＭ像（ｃ）で観察されるように、基板上の一段目カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束領域でＣＮＴが垂直方向に成長している状況が、二段目カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束領域でも同様に成長していることが解る。
【００７９】
このように多段にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束を成長方向に積み上げて作製された長いＣＮＴビアは、接続面でＣＭＰ法による平坦化を行なうことなく形成されているため、良好な接続特性を有しかつＣＮＴの低抵抗性を生かすことができる優れたビアを実現できる。
【００８０】
またこの長く連結したＣＮＴ構成は熱伝導性にも優れており、放熱ビアとして半導体装置への適用が可能であり、従来方法に比べ格段に有効である。たとえば、ＧａＡｓ高周波トランジスタなどにおいて、基板表側の幅十数μｍソース電極直下から、放熱ビアで、２００μｍ程度以上の厚さをもつ基板の中を通して基板裏側に設置されるヒートシンクに接続する必要が生じる場合がある。このような数十のアスペクト比をもつ放熱ビアを、一般的な従来手法のＡｕめっきで行うことは非常に困難である。しかし、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の場合は、１０００を超える高いアスペクト比をもつ放熱ビアの成長は可能とされる。しかし、余り長いカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束を一度に成長させると直線的に成長させることに困難が伴う場合がある。反面、本発明の方法である、余り長く成長しないカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束を、何段かを接続していく手法を用いれば、長い放熱ビアの形成実現は容易である。こうすることで、金に比較して数倍から十数倍とされるカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の熱伝導性を有効に生かすことができる。
【００８１】
以上、本発明の各実施例によって、半導体装置の多層配線構造などへのカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束の適用において、すでに形成された第１の柱状構造体（立方体・直方体・円柱など）カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束の面に、Ａｕ膜など金属膜、接続用の下地膜、そして触媒金属膜を積層し、その膜上に第２の柱状構造体（立方体・直方体・円柱など）カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束を形成するといった基本構成によって、多層配線構造の要素である、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束によるビア、電極、配線（勿論、ＬＳＩなどへの縦配線であるプラグも）、更にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束の放熱用ビアも形成可能であることが示された。また、第２の柱状構造体カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束を、第１の柱状構造体カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束の成長先端面の上に、同一方向に継続成長する場合は、第１の柱状構造体カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束の成長条件を選ぶことで、先端面が平坦化、グラファイトシート構造化、相互連結化するため、第２の柱状構造体カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束成長時にＡｕ膜など金属膜を適用せずに、接続用の下地膜、そして触媒金属膜を積層するのみで、接続特性良く、成長可能であることも示された。
【００８２】
本発明を半導体装置に適用することで、従来では困難であった、多層配線における、すべてカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束で電気的に接続特性の良い電気的導通部を具体的に作製することが可能になった。また同様に、従来方法では実現の困難な、熱伝導性の良い高アスペクト比の熱伝導ビアも、具体的な作製が可能となった。
【００８３】
更に、本発明は、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束からなる柱状構造体を、基板面から始めて、空間に３次元的な方向を定めて成長・形成させることが可能であることを示しており、この柱状構造体の周囲面の一部あるいは全面に、固体の絶縁物質が存在しない状況、つまり空気（あるいはガス・真空）などの空間を介した絶縁による、ビア、電極、配線、プラグ、放熱用ビアなどの素子間接続用導電体を構成することも可能となる。
【００８４】
以上の実施例を含む実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
カーボンナノチューブ束からなる第１の柱状構造体と、
前記第１の柱状構造体の少なくとも一面に、順次積層された第１の金属層と第２の金属層と、
前記第２金属層上に形成された、カーボンナノチューブ束からなる第２の柱状構造体と、
を、有することを特徴とする半導体装置。
（付記２）
前記第１の柱状構造体及び前記第２の柱状構造体は導電体であり、かつ前記第１の柱状構造体及び前記第２の柱状構造体の少なくとも一部表面は絶縁体で覆われていることを特徴とする付記１記載の半導体装置。
（付記３）
前記第１の柱状構造体、前記第２の柱状構造体、及び前記第１および第２の両構造体の組合せからなる複合柱状構造体は、層間絶縁膜で分離された異なる配線層間の配線を接続するビア、同一配線層上の配線、外部接続用電極、および熱源部と放熱部を接続する放熱用ビア、の少なくともいずれかの一部であ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）
前記第１の柱状構造体及び前記第２の柱状構造体は、立方体構造、直方体構造、および円柱状構造のいずれかであることを特徴とする付記１ないし３のいずれかに記載の半導体装置。
（付記５）
前記第２の金属層は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅのうちの何れかの材料、もしくは少なくとも前記材料の何れか１種を含む合金材料からなることを特徴とする付記１記載の半導体装置。
（付記６）
前記第１の金属膜は、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｔａ、ＴａＮ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＳｉのうちの何れか１種もしくは複数種を含む材料からなる単層または前記単層組合せた多層をなすことを特徴とする付記１記載の半導体装置。
（付記７）
前記絶縁膜は、層間絶縁膜であって、シリコン酸化膜、ナノクラスタリングシリカ、または他のポーラス材料、あるいは低誘電率材料であることを特徴とする付記１記載の半導体装置。
（付記８）
少なくとも、前記カーボンナノチューブ束からなる第１の柱状構造体の成長先端部は、グラファイトシート構造を有することを特徴とする付記１記載の半導体装置。
（付記９）
前記第２の金属層は、微粒子層または薄膜層であることを特徴とする付記１または５記載の半導体装置。
（付記１０）
第１の柱状構造を有するカーボンナノチューブ束を成長する工程と、
前記第１の柱状構造体の少なくとも一面に、順次第１の金属層と第２の金属層を積層する工程と、
前記第２金属層上に、第２の柱状構造を有するカーボンナノチューブ束を成長する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記１１）
前記第１の柱状構造を有するカーボンナノチューブ束を成長する工程と、
前記第２の柱状構造を有するカーボンナノチューブ束を成長する工程との、
いずれか一方の工程、またはいずれの工程の、前、または後、または前後共において、
少なくとも、絶縁膜を積層する工程、または絶縁膜をパターニングする工程を含むことを特徴とする付記１０記載の半導体装置の製造方法。
（付記１２）
前記カーボンナノチューブ束を成長する工程は、化学気相成長法を適用することを特徴とする付記１０記載の半導体装置の製造方法。
（付記１３）
前記第１の金属層を積層する工程は、めっき法、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法、化学気相成長法、または分子線エピタキシー法を適用することを特徴とする付記１０記載の半導体装置の製造方法。
（付記１４）
前記第２の金属層を積層する工程は、微分型静電分級器法、インパクター法、スパッタリング法、または電子ビーム蒸着法を適用することを特徴とする付記１０記載の半導体装置の製造方法。
（付記１５）
前記絶縁膜を積層する工程は、熱酸化法、ＴＥＯＳ法、またはスピンコート法を適用することを特徴とする付記１１記載の半導体装置の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】従来例の構成を説明する図
【図２】従来例の工程を説明する図
【図３】第１の実施例を説明する図
【図４】第１の実施例の工程を説明する図
【図５】ＳＥＭ観察像を説明する図（その１）
【図６】第２の実施例を説明する図
【図７】第２の実施例の工程を説明する図
【図８】第３の実施例を説明する図
【図９】第３の実施例の工程を説明する図
【図１０】ＳＥＭ観察像を説明する図（その２）
【符号の説明】
【００８６】
１、１０１  カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束（ビア用）
２  カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束（突出した柱状構造体）
３  層間絶縁膜表面
４  金属膜
５、１６、２２、２５、１１２  ＣＮＴブロック（金属膜形成柱状構造カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束
６  触媒金属
７、１０４  カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束（配線用）
８、１０６、１１５  Ｃｕ層
９、１０７  Ｔａ層
１０、１０８  ＴｉＮ層
１１、１０３  層間絶縁膜
１２、１１０  ビア穴
１３、１８  Ｃｏ微粒子層
１４、１９、２１、２４、２８  カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束
１５  Ａｕ膜
１７  下地層
２０  下部金属層
２３、２６  開口部
２７  非金属膜形成柱状構造カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束
２９  Ｃｏ薄膜
１０２  Ｃｕ配線
１０５  Ｃｕブロック
１１１  触媒金属微粒子
１１３  平坦面
１１４  Ｔｉ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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