(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された第１層間絶縁膜と、
前記第１層間絶縁膜内に形成された第１配線と、
前記第１配線の上に形成された触媒層と、
前記第１層間絶縁膜および前記触媒層の上部に、前記第１層間絶縁膜に接して形成された第１保護膜と、
前記第１保護膜の上層に形成され、前記第１保護膜との間にエアギャップを介在させて配置された第２保護膜と、
前記第２保護膜の上部に、前記第２保護膜に接して形成された第２層間絶縁膜と、
前記第２層間絶縁膜内に形成された第２配線と、
前記エアギャップ内に形成され、前記第１保護膜および前記第２保護膜を貫通して前記第１配線と前記第２配線とを接続する、前記触媒層を成長核として成長したカーボンナノチューブとを有し、
前記第１配線は前記第１保護膜によって、前記第２配線は前記第２保護膜によって、前記エアギャップに対して非露出の状態に保持される、
半導体装置。
【請求項２】
前記第１層間絶縁膜および前記第２層間絶縁膜は、酸化シリコン膜よりも誘電率の低い低誘電率膜である、
請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１保護膜および前記第２保護膜は炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）である、
請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
基板上に第１層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第１層間絶縁膜に配線溝を形成し、該配線溝内に第１配線を形成する工程と、
前記第１配線の表面上に触媒層を形成する工程と、
前記第１層間絶縁膜および前記触媒層の上部に、第１保護膜、ギャップ用絶縁膜および第２保護膜を順に形成する工程と、
前記第１保護膜、前記ギャップ用絶縁膜および前記第２保護膜に接続孔を形成して前記触媒層の表面を露出する工程と、
前記接続孔に、前記触媒層からカーボンナノチューブを成長させて埋め込む工程と、
前記カーボンナノチューブおよび前記第２保護膜の上部に第２層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第２層間絶縁膜に配線溝を形成し、該配線溝内に前記カーボンナノチューブに接続する第２配線を形成する工程と、
前記ギャップ用絶縁膜を除去してエアギャップを形成する工程とを有する、
半導体装置の製造方法。
【請求項５】
基板上に第１層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第１層間絶縁膜に配線溝を形成し、該配線溝内に第１配線を形成する工程と、
前記第１層間絶縁膜および前記第１配線の上部に、第１保護膜、ギャップ用絶縁膜および第２保護膜を順に形成する工程と、
前記第１保護膜、前記ギャップ用絶縁膜および前記第２保護膜に接続孔を形成して前記第１配線の表面を露出する工程と、
前記第１配線の表面上に触媒層を形成する工程と、
前記接続孔に、前記触媒層からカーボンナノチューブを成長させて埋め込む工程と、
前記カーボンナノチューブおよび前記第２保護膜の上部に第２層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第２層間絶縁膜に配線溝を形成し、該配線溝内に前記カーボンナノチューブに接続する第２配線を形成する工程と、
前記ギャップ用絶縁膜を除去してエアギャップを形成する工程とを有する、
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し、特に、上下の配線がエアギャップを介在させて配置された半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩの高集積化および高性能化に伴い、素子の微細化および多層構造化が進んでいる。増大する配線遅延を低減するためには、配線抵抗および容量に影響を与えるパラメータ（配線膜厚）、配線容量に影響を与えるパラメータ（層間膜厚、比誘電率）および配線抵抗に影響を与えるパラメータ（配線抵抗率）などを適切な割合でスケーリングする必要がある。
【０００３】
配線材料は、大きな電圧降下なく電気信号を伝播するために、抵抗率が低いことが望ましい。従来広く用いられているＡｌに対し、抵抗率が低いものはＡｕ，Ｃｕ，Ａｇなどが挙げられる。なかでも、Ｃｕは、Ａｌよりも融点が高く、エレクトロマイグレーション現象の活性化エネルギーが大きいことからもＡｌに比べて信頼性が向上することが報告されている。
【０００４】
しかし、Ｃｕを微細配線に使用するには、ドライエッチング法において、下地となる絶縁膜に対して高い選択比でＣｕをエッチングする適当なガスが存在しないため、一般的にダマシン（Damascene）法によって埋め込み配線を形成する。特に、接続孔と配線とを同時に埋め込むデュアルダマシン（dual damascene）法は、リソグラフィーにおけるアライメントマージンの拡大や工程短縮化の観点から有用である。
【０００５】
世代が進むに従い、配線遅延の影響が大きくなるなかで、層間膜として低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材）が使用されており、究極的には、層間膜を可能な限り除去した、エアギャップ（air gap）による集積技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１８３７３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、エアギャップ構造を用いた場合には、バリアメタルが完全に露出する。バリアメタルとして使用されるＴａＮは、非常に活性であり、空気中に露出すると容易に酸化が進む。バリアメタルがすべて酸化してしまうと、アモルファス状の酸化膜に変化し、耐酸化性が著しく劣化する。最終的には、Ｃｕが酸化されてしまい、ＣｕはＣｕイオンとなる。これにより、後の層間膜形成時の熱によって、銅配線中を容易にＣｕイオンが拡散し、ボイドを発生させることになる。
【０００７】
このように、エアギャップを採用した場合には、バリアメタルおよび銅の酸化によって、配線信頼性を劣化させる恐れがある。
【０００８】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、エアギャップ構造において酸化に起因する配線信頼性劣化を抑制することができる半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明の半導体装置は、基板上に形成された第１層間絶縁膜と、前記第１層間絶縁膜内に形成された第１配線と、前記第１配線の上に形成された触媒層と、前記第１層間絶縁膜および前記触媒層の上部に、前記第１層間絶縁膜に接して形成された第１保護膜と、前記第１保護膜の上層に形成され、前記第１保護膜との間にエアギャップを介在させて配置された第２保護膜と、前記第２保護膜の上部に、前記第２保護膜に接して形成された第２層間絶縁膜と、前記第２層間絶縁膜内に形成された第２配線と、前記エアギャップ内に形成され、前記第１保護膜および前記第２保護膜を貫通して前記第１配線と前記第２配線とを接続する、前記触媒層を成長核として成長したカーボンナノチューブとを有し、前記第１配線は前記第１保護膜によって、前記第２配線は前記第２保護膜によって、前記エアギャップに対して非露出の状態に保持される。
【００１０】
上記の本発明では、第１配線と第２配線の間には、エアギャップが設けられている。これにより、配線間の比誘電率は空気に近い値となる。エアギャップ内には、第１配線と第２配線を繋ぐカーボンナノチューブが形成されている。カーボンナノチューブは、酸素による変化の少ない材料であるため、酸化により腐食しにくい。
【００１１】
上記の目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に第１層間絶縁膜を形成する工程と、前記第１層間絶縁膜に配線溝を形成し、該配線溝内に第１配線を形成する工程と、前記第１配線の表面上に触媒層を形成する工程と、前記第１層間絶縁膜および前記触媒層の上部に、第１保護膜、ギャップ用絶縁膜および第２保護膜を順に形成する工程と、前記第１保護膜、前記ギャップ用絶縁膜および前記第２保護膜に接続孔を形成して前記触媒層の表面を露出する工程と、前記接続孔に、前記触媒層からカーボンナノチューブを成長させて埋め込む工程と、前記カーボンナノチューブおよび前記第２保護膜の上部に第２層間絶縁膜を形成する工程と、前記第２層間絶縁膜に配線溝を形成し、該配線溝内に前記カーボンナノチューブに接続する第２配線を形成する工程と、前記ギャップ用絶縁膜を除去してエアギャップを形成する工程とを有する。
【００１２】
上記の本発明では、ギャップ用絶縁膜の接続孔にカーボンナノチューブを埋め込み、第２配線を形成した後、ギャップ用絶縁膜を除去する。ギャップ用絶縁膜の除去により、エアギャップが形成される。これにより、第１配線と第２配線とがカーボンナノチューブにより接続され、エアギャップを有する半導体装置が製造される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の半導体装置およびその製造方法によれば、エアギャップ構造において酸化に起因する配線信頼性劣化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【００１６】
シリコンからなる基板１には、不図示のトランジスタ等の素子が形成されている。基板１上には、層間絶縁膜２が形成されている。層間絶縁膜２は、例えば、酸化シリコン膜よりも誘電率の低い低誘電率膜であることが好ましい。このような低誘電率膜としては、アリルエーテル系樹脂あるいはＳｉＯＣなどがある。低誘電率膜は、多孔質構造のものもある。層間絶縁膜２は、異なる低誘電率膜の積層膜であってもよい。また、層間絶縁膜２は、酸化シリコン膜、あるいはフッ素含有の酸化シリコン膜であってもよい。アリルエーテル系樹脂などの低誘電率膜は、酸化シリコン膜等に比べてヤング率が低く、比較的疎な膜である。
【００１７】
層間絶縁膜２には、バリアメタル３および第１導電層４からなる第１配線５が形成されている。バリアメタル３は、ＴａあるいはＴａＮからなる。なお、バリアメタル３は、マンガン化合物膜であってもよい。マンガン化合物膜は、例えば、ＣｕＭｎをアニール処理することによって形成される。第１導電層４は、例えばＣｕである。
【００１８】
層間絶縁膜２および第１配線５上には、保護膜７が形成されている。保護膜７は、第１導電層４を構成するＣｕの拡散防止、およびＣｕの酸化防止のために設けられている。保護膜７は、例えばＳｉＣあるいはＳｉＣＮからなる。
【００１９】
保護膜７上には、エアギャップ２０を介して保護膜９が形成されている。保護膜９上には、層間絶縁膜１２が形成されている。層間絶縁膜１２内には、バリアメタル１４および第２導電層１５からなる第２配線１６が形成されている。第２配線１６および層間絶縁膜１２上には、保護膜１７が形成されている。
【００２０】
保護膜９，１７は、Ｃｕの拡散防止、および第２配線１６の酸化防止のために設けられている。層間絶縁膜１２は、例えば、上記した層間絶縁膜２と同様の材料からなる。バリアメタル１４は、ＴａあるいはＴａＮからなる。なお、バリアメタル１４は、マンガン化合物膜であってもよい。第２導電層１５は、例えばＣｕである。
【００２１】
第１配線５の上面には、触媒層６が形成されている。触媒層６上には、カーボンナノチューブ１１が形成されている。第１配線５および第２配線１６は、カーボンナノチューブ１１を介して電気的に接続されている。
【００２２】
触媒層６は、カーボンナノチューブ１１の成長核となる。触媒層６は、例えばＰｄからなる。なお、触媒層６は、Ｃｏ，Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｏ等の金属あるいはこれらを含む金属間化合物であってもよい。
【００２３】
カーボンナノチューブ１１は、炭素原子がｓｐ２結合した６員環よりなるグラファイトのシートを巻いた円筒状の形状をしており、内部には長手方向に沿って空洞が形成される。カーボンナノチューブ１１は、第１配線５および第２配線１６を接続するプラグとして機能し、エアギャップ２０に露出している。カーボンナノチューブ１１は、大気に露呈しても、変化する可能性が少ない安定な材料である。このため、カーボンナノチューブ１１の酸化による腐食の可能性は低い。
【００２４】
また、カーボンナノチューブ１１は、断線することなく流すことができる最大電流密度が１平方センチあたり１００万アンペアと銅配線より１００倍以上大きいという特徴を有している。また、熱伝導についても伝導率で銅の１０倍高い。電気抵抗の観点からは、カーボンナノチューブ内を流れる電子は、不純物や格子振動（フォノン）との散乱現象のない、いわゆる弾道電子輸送を実現することができる。さらに、カーボンナノチューブの直径は、０．４ｎｍ〜１００ｎｍまで広範囲で、その直径は自己組織的に形成されることから１本の長さ方向で揺らぎが極めて少ないという特徴を有する。これらの特徴から、カーボンナノチューブ１１をプラグとして適用した場合には、高電流密度に起因するマイグレーション現象が少なく、高信頼でかつ極めて微細なプラグを実現できる。
【００２５】
上記の本実施形態に係る半導体装置では、カーボンナノチューブ１１の周囲をエアギャップ２０としている。これにより、配線間の比誘電率を空気に近い値にまで下げることができ、配線容量を低減することができる。このエアギャップ２０に露出するプラグとして、カーボンナノチューブ１１を用いることにより、酸化による腐食を防止することができる。これにより、配線信頼性を向上させることができる。また、第１配線５および第２配線１６をカーボンナノチューブ１１で接続することにより、銅を用いた場合に比べて電気抵抗を低くすることができる。また、第１配線５および第２配線１６はエアギャップ２０に接触していないことから、配線の酸化による腐食を防止することができる。
【００２６】
次に、上記の本実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図２〜図６を参照して説明する。
【００２７】
図２（ａ）に示すように、基板１に不図示のトランジスタ等の素子を形成した後、基板１上に層間絶縁膜２を形成する。層間絶縁膜２の形成では、例えば、上記した低誘電率膜をＣＶＤ法あるいは塗布法により形成する。続いて、層間絶縁膜２に配線溝を形成し、当該配線溝内にバリアメタル３および第１導電層４からなる第１配線５を形成する。第１配線５の形成では、配線溝内を含む全面にバリアメタル３および第１導電層４を形成した後、層間絶縁膜２上の不要な第１導電層４およびバリアメタル３をＣＭＰにより除去する。バリアメタル３として、例えばスパッタリング法によりＴａあるいはＴａＮを形成する。第１導電層４として、例えばスパッタリング法により銅のシード層を形成した後、めっき法によりＣｕを形成する。
【００２８】
次に、図２（ｂ）に示すように、第１配線５上に触媒層６を形成する。例えば、無電解めっき法により、Ｐｄからなる触媒層６を第１配線５上に選択的に形成する。無電解めっき法を用いることにより、第１配線５上のみに均一な膜厚の触媒層６を形成することができる。
【００２９】
次に、図３（ａ）に示すように、触媒層６および層間絶縁膜２上に、保護膜７、ギャップ用絶縁膜８、保護膜９を順に形成する。保護膜７として、例えばＣＶＤ法によりＳｉＣＮ膜を形成する。ギャップ用絶縁膜８として、例えばＣＶＤ法により酸化シリコン膜を形成する。保護膜９として、例えばＣＶＤ法によりＳｉＣＮ膜を形成する。
【００３０】
次に、図３（ｂ）に示すように、保護膜７、ギャップ用絶縁膜８および保護膜９に、触媒層６に達する接続孔１０を形成する。例えば、保護膜９上にリソグラフィ技術によりレジストマスクを形成し、レジストマスクを用いて保護膜９、ギャップ用絶縁膜８および保護膜７をエッチングすることにより、接続孔１０が形成される。
【００３１】
次に、図４（ａ）に示すように、触媒層６を成長核としてカーボンナノチューブ１１を成長させる。例えば、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法によりカーボンナノチューブ１１を形成する。より詳細には、熱ＣＶＤ法を用いて、アセチレン、メタン等の炭化水素系ガスを原料ガスとし、水素ガスをキャリアガスとして、加熱温度を４００℃〜９００℃、好ましくは４００℃〜６００℃、圧力を１ｋＰａに設定し、かつ基板１に−４００Ｖのバイアスをかけて層厚方向に電界を発生させる。これにより、カーボンナノチューブ１１が層厚方向に成長して接続孔１０を充填する。
【００３２】
次に、図４（ｂ）に示すように、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により、接続孔１０からはみ出した余分なカーボンナノチューブ１１を除去する。
【００３３】
次に、図５（ａ）に示すように、カーボンナノチューブ１１および保護膜９上に、例えば、ＣＶＤ法あるいは塗布法により上記した低誘電率材料からなる層間絶縁膜１２を形成する。続いて、リソグラフィ技術によりレジストマスクを形成し、当該レジストマスクを用いて層間絶縁膜１２をエッチングして、層間絶縁膜１２に配線溝１３を形成する。その後、レジストマスクを除去する。
【００３４】
次に、図５（ｂ）に示すように、当該配線溝１３内を含む全面に、バリアメタル１４および第２導電層１５を形成する。バリアメタル１４として、例えばスパッタリング法によりＴａあるいはＴａＮを形成する。第２導電層１５として、例えばスパッタリング法により銅のシード層を形成した後、めっき法によりＣｕを形成する。
【００３５】
次に、図６（ａ）に示すように、層間絶縁膜１２上の不要な第２導電層１５およびバリアメタル１４をＣＭＰにより除去する。これにより、バリアメタル１４および第２導電層１５からなる第２配線１６が層間絶縁膜１２内に形成される。
【００３６】
次に、図６（ｂ）に示すように、第２配線１６および層間絶縁膜１２上に、保護膜１７を形成する。保護膜１７として、例えばＣＶＤ法によりＳｉＣＮ膜を形成する。
【００３７】
続いて、ＨＦなどの薬液に基板１を浸漬することによって、ギャップ用絶縁膜８を除去して、エアギャップ２０を形成する（図１参照）。
【００３８】
以降の工程としては、上記の工程を繰り返すことにより、多層配線構造の半導体装置が完成する。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、第１配線５と第２配線１６とがカーボンナノチューブ１１により接続され、エアギャップ２０を有する半導体装置を製造することができる。その結果、容量を低減し、かつ配線信頼性を向上させた半導体装置を製造することができる。
【００４０】
（第２実施形態）
図７は、第２実施形態に係る半導体装置の断面図である。本実施形態では、触媒層６は、プラグの領域のみ、すなわちカーボンナノチューブ１１の下面にのみ触媒層６が形成されている。
【００４１】
シリコンからなる基板１には、不図示のトランジスタ等の素子が形成されている。基板１上には、層間絶縁膜２が形成されている。層間絶縁膜２の材料は、第１実施形態で説明した通りである。
【００４２】
層間絶縁膜２には、バリアメタル３および第１導電層４からなる第１配線５が形成されている。バリアメタル３は、ＴａあるいはＴａＮからなる。なお、バリアメタル３は、マンガン化合物膜であってもよい。マンガン化合物膜は、例えば、ＣｕＭｎをアニール処理することによって形成される。第１導電層４は、例えばＣｕである。
【００４３】
層間絶縁膜２および第１配線５上には、保護膜７が形成されている。保護膜７は、第１導電層４を構成するＣｕの拡散防止、およびＣｕの酸化防止のために設けられている。保護膜７は、例えばＳｉＣあるいはＳｉＣＮからなる。
【００４４】
保護膜７上には、エアギャップ２０を介して保護膜９が形成されている。保護膜９上には、層間絶縁膜１２が形成されている。層間絶縁膜１２内には、バリアメタル１４および第２導電層１５からなる第２配線１６が形成されている。第２配線１６および層間絶縁膜１２上には、保護膜１７が形成されている。
【００４５】
保護膜９，１７は、Ｃｕの拡散防止、および第２配線１６の酸化防止のために設けられている。層間絶縁膜１２は、例えば、上記した層間絶縁膜２と同様の材料からなる。バリアメタル１４は、ＴａあるいはＴａＮからなる。なお、バリアメタル１４は、マンガン化合物膜であってもよい。第２導電層１５は、例えばＣｕである。
【００４６】
第１配線５の上面であって、プラグとなる部位のみに、触媒層６が形成されている。触媒層６上には、カーボンナノチューブ１１が形成されている。第１配線５および第２配線１６は、カーボンナノチューブ１１を介して電気的に接続されている。
【００４７】
触媒層６は、カーボンナノチューブ１１の成長核となる。触媒層６は、例えばＰｄからなる。なお、触媒層６は、Ｃｏ，Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｏ等の金属あるいはこれらを含む金属間化合物であってよい。
【００４８】
カーボンナノチューブ１１は、炭素原子がｓｐ２結合した６員環よりなるグラファイトのシートを巻いた円筒状の形状をしており、内部には長手方向に沿って空洞が形成される。カーボンナノチューブ１１は、第１配線５および第２配線１６を接続するプラグとして機能し、エアギャップ２０に露出している。カーボンナノチューブ１１は、大気に露呈しても、変化する可能性が少ない安定な材料である。このため、カーボンナノチューブ１１の酸化による腐食の可能性は低い。カーボンナノチューブ１１のその他の特性については、第１実施形態で説明した通りである。
【００４９】
上記の本実施形態に係る半導体装置では、カーボンナノチューブ１１の周囲をエアギャップ２０としている。これにより、配線間の比誘電率を空気に近い値にまで下げることができ、配線容量を低減することができる。このエアギャップ２０に露出するプラグとして、カーボンナノチューブ１１を用いることにより、酸化による腐食を防止することができる。これにより、配線信頼性を向上させることができる。また、第１配線５および第２配線１６をカーボンナノチューブ１１で接続することにより、銅を用いた場合に比べて電気抵抗を低くすることができる。また、第１配線５および第２配線１６はエアギャップ２０に接触していないことから、配線の酸化による腐食を防止することができる。
【００５０】
次に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図８〜図１２を参照して説明する。
【００５１】
図８（ａ）に示すように、基板１に不図示のトランジスタ等の素子を形成した後、基板１上に層間絶縁膜２を形成する。層間絶縁膜２の形成では、例えば、上記した低誘電率膜をＣＶＤ法あるいは塗布法により形成する。続いて、層間絶縁膜２に配線溝を形成し、当該配線溝内にバリアメタル３および第１導電層４からなる第１配線５を形成する。第１配線５の形成では、配線溝内を含む全面にバリアメタル３および第１導電層４を形成した後、層間絶縁膜２上の不要な第１導電層４およびバリアメタル３をＣＭＰにより除去する。バリアメタル３として、例えばスパッタリング法によりＴａあるいはＴａＮを形成する。第１導電層４として、例えばスパッタリング法により銅のシード層を形成した後、めっき法によりＣｕを形成する。
【００５２】
次に、図８（ｂ）に示すように、第１配線５および層間絶縁膜２上に、保護膜７、ギャップ用絶縁膜８、保護膜９を順に形成する。保護膜７として、例えばＣＶＤ法によりＳｉＣＮ膜を形成する。ギャップ用絶縁膜８として、例えばＣＶＤ法により酸化シリコン膜を形成する。保護膜９として、例えばＣＶＤ法によりＳｉＣＮ膜を形成する。
【００５３】
次に、図９（ａ）に示すように、保護膜７、ギャップ用絶縁膜８および保護膜９に、第１配線５に達する接続孔１０を形成する。例えば、保護膜９上にリソグラフィ技術によりレジストマスクを形成し、レジストマスクを用いて保護膜９、ギャップ用絶縁膜８および保護膜７をエッチングすることにより、接続孔１０が形成される。
【００５４】
次に、図９（ｂ）に示すように、接続孔１０の底部に露出した第１配線５上に触媒層６を形成する。例えば、無電解めっき法により、Ｐｄからなる触媒層６を第１配線５上に選択的に形成する。無電解めっき法を用いることにより、接続孔１０の底部のみに均一な膜厚の触媒層６を形成することができる。
【００５５】
次に、図１０（ａ）に示すように、触媒層６を成長核としてカーボンナノチューブ１１を成長させる。例えば、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法によりカーボンナノチューブ１１を形成する。より詳細には、熱ＣＶＤ法を用いて、アセチレン、メタン等の炭化水素系ガスを原料ガスとし、水素ガスをキャリアガスとして、加熱温度を４００℃〜９００℃、好ましくは４００℃〜６００℃、圧力を１ｋＰａに設定し、かつ基板１に−４００Ｖのバイアスをかけて層厚方向に電界を発生させる。これにより、カーボンナノチューブ１１が層厚方向に成長して接続孔１０を充填する。
【００５６】
次に、図１０（ｂ）に示すように、ＣＭＰ法により、接続孔１０からはみ出した余分なカーボンナノチューブ１１を除去する。
【００５７】
次に、図１１（ａ）に示すように、カーボンナノチューブ１１および保護膜９上に、例えば、ＣＶＤ法あるいは塗布法により上記した低誘電率材料からなる層間絶縁膜１２を形成する。続いて、リソグラフィ技術によりレジストマスクを形成し、当該レジストマスクを用いて層間絶縁膜１２をエッチングして、層間絶縁膜１２に配線溝１３を形成する。その後、レジストマスクを除去する。
【００５８】
次に、図１１（ｂ）に示すように、当該配線溝１３内を含む全面に、バリアメタル１４および第２導電層１５を形成する。バリアメタル１４として、例えばスパッタリング法によりＴａあるいはＴａＮを形成する。第２導電層１５として、例えばスパッタリング法により銅のシード層を形成した後、めっき法によりＣｕを形成する。
【００５９】
次に、図１２（ａ）に示すように、層間絶縁膜１２上の不要な第２導電層１５およびバリアメタル１４をＣＭＰにより除去する。これにより、バリアメタル１４および第２導電層１５からなる第２配線１６が層間絶縁膜１２内に形成される。
【００６０】
次に、図１２（ｂ）に示すように、第２配線１６および層間絶縁膜１２上に、保護膜１７を形成する。保護膜１７として、例えばＣＶＤ法によりＳｉＣＮ膜を形成する。
【００６１】
続いて、ＨＦなどの薬液に基板１を浸漬することによって、ギャップ用絶縁膜８を除去して、エアギャップ２０を形成する（図７参照）。
【００６２】
以降の工程としては、上記の工程を繰り返すことにより、多層配線構造の半導体装置が完成する。
【００６３】
以上説明したように、本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、第１配線５と第２配線１６とがカーボンナノチューブ１１により接続され、エアギャップ２０を有する半導体装置を製造することができる。その結果、容量を低減し、かつ配線信頼性を向上させた半導体装置を製造することができる。
【００６４】
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
本実施形態で挙げた材料、製造条件は一例であり、これに限定されるものではない。また、多層配線構造のうち、１つの層のみエアギャップ２０を適用しても、複数の層にエアギャップ２０を適用してもよい。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】第１実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図２】第１実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図３】第１実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図４】第１実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図５】第１実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図６】第１実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図７】第２実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図８】第２実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図９】第２実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図１０】第２実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図１１】第２実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図１２】第２実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１…基板、２…層間絶縁膜、３…バリアメタル、４…第１導電層、５…第１配線、６…触媒層、７…保護膜、８…ギャップ用絶縁膜、９…保護膜、１０…接続孔、１１…カーボンナノチューブ、１２…層間絶縁膜、１３…配線溝、１４…バリアメタル、１５…第２導電層、１６…第２配線、１７…保護膜、２０…エアギャップ
【図１】
0004735314.tif 000002
【図２】
0004735314.tif 000003
【図３】
0004735314.tif 000004
【図４】
0004735314.tif 000005
【図５】
0004735314.tif 000006
【図６】
0004735314.tif 000007
【図７】
0004735314.tif 000008
【図８】
0004735314.tif 000009
【図９】
0004735314.tif 000010
【図１０】
0004735314.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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