(57)【要約】【課題】カーボンナノチューブを形成するための触媒粒子を含有する薄膜層を容易かつ確実に溝構造底部に形成することができる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】シートフィルムＦに感光性樹脂薄膜層１を塗布形成し、さらにその上層にカーボンナノチューブ形成のための触媒となる金属または金属化合物の粒子を含有するゲル状またはペースト状の触媒薄膜層２を塗布形成する。一方、半導体ウェハＷのパターン形成面には下層配線層３および層間絶縁層４が形成されており、層間絶縁層４にはパターン化された溝部５が形成されている。これらのシートフィルムＦと半導体ウェハＷと押し付けて密着させることにより、感光性樹脂薄膜層１および触媒薄膜層２を半導体ウェハＷに転写し、溝部５に感光性樹脂薄膜層１および触媒薄膜層２を充填する。その後、感光性樹脂薄膜層１と層間絶縁層４上面の触媒薄膜層２とを除去する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転写部材の薄膜担持面に感光性樹脂薄膜層を形成する第１薄膜層形成工程と、
前記感光性樹脂薄膜層の上面にカーボンナノチューブ形成のための触媒粒子を含有する触媒粒子含有薄膜層を形成する第２薄膜層形成工程と、
絶縁膜にパターン化された溝が形成された半導体基板を用意する工程と、
前記感光性樹脂薄膜層および前記触媒粒子含有薄膜層が形成された転写部材と前記半導体基板とを密着させて前記感光性樹脂薄膜層および前記触媒粒子含有薄膜層を前記半導体基板に転写する転写工程と、
前記転写部材を前記感光性樹脂薄膜層から剥離する剥離工程と、
前記感光性樹脂薄膜層および前記溝に没入した触媒粒子含有薄膜層を除く触媒粒子含有薄膜層を除去する除去工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記除去工程は、
前記溝に没入した感光性樹脂薄膜層を除く感光性樹脂薄膜層を露光した後に現像することによって除去する工程と、
前記溝に没入した触媒粒子含有薄膜層を除く触媒粒子含有薄膜層を除去する工程と、
前記溝に没入した感光性樹脂薄膜層を露光した後に現像することによって除去する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の半導体装置の製造方法において、
前記触媒粒子含有薄膜層の触媒粒子を触媒として前記溝の底部からカーボンナノチューブを生成する工程をさらに備える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、カーボンナノチューブを形成するための触媒粒子を含有する薄膜層を溝構造底部に形成する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブは、グラファイトのシート（グラフェンシート）を円筒状に巻いた形状を有しており、その直径は数ｎｍ〜数十ｎｍであり、長さは数μｍ〜数十μｍの範囲のものである。カーボンナノチューブは電気的にも機械的にも非常に優れた特性を有することが見出されており、様々な産業分野への応用、特に半導体装置の素材として注目されている。
【０００３】
例えば、特許文献１および特許文献２には、半導体装置の多層配線構造において上層配線と下層配線とを電気的に接続するビア配線としてカーボンナノチューブを利用する技術が提案されている。これら特許文献には、半導体装置の絶縁膜の溝底部（ビア底部）にカーボンナノチューブを形成するための触媒となり得る金属層を形成し、アーク放電法、レーザーアブレーション法、ＣＶＤ（化学気相蒸着法）等によって溝部にカーボンナノチューブを成長させることが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−７２１７１号公報
【特許文献２】特開２００５−２２８８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ビア底部に触媒金属層を形成する手法として、上記の特許文献１では無電解めっき法を使用しており、特許文献２では触媒金属の微粒子からなるパーティクルビームを照射している。カーボンナノチューブを成長させる際の触媒としては微粒子（いわゆるナノ粒子）の方が好ましいとされているが、特許文献１のようなめっき法では微粒子からなる層を形成することが困難であり、一方特許文献２の手法では装置が複雑かつ高価なものとならざるを得ない。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、カーボンナノチューブを形成するための触媒粒子を含有する薄膜層を容易かつ確実に溝構造底部に形成することができる半導体装置の製造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】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、転写部材の薄膜担持面に感光性樹脂薄膜層を形成する第１薄膜層形成工程と、前記感光性樹脂薄膜層の上面にカーボンナノチューブ形成のための触媒粒子を含有する触媒粒子含有薄膜層を形成する第２薄膜層形成工程と、絶縁膜にパターン化された溝が形成された半導体基板を用意する工程と、前記感光性樹脂薄膜層および前記触媒粒子含有薄膜層が形成された転写部材と前記半導体基板とを密着させて前記感光性樹脂薄膜層および前記触媒粒子含有薄膜層を前記半導体基板に転写する転写工程と、前記転写部材を前記感光性樹脂薄膜層から剥離する剥離工程と、前記感光性樹脂薄膜層および前記溝に没入した触媒粒子含有薄膜層を除く触媒粒子含有薄膜層を除去する除去工程と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る半導体装置の製造方法において、前記除去工程に、前記溝に没入した感光性樹脂薄膜層を除く感光性樹脂薄膜層を露光した後に現像することによって除去する工程と、前記溝に没入した触媒粒子含有薄膜層を除く触媒粒子含有薄膜層を除去する工程と、前記溝に没入した感光性樹脂薄膜層を露光した後に現像することによって除去する工程と、を含ませる。
【０００９】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る半導体装置の製造方法において、前記触媒粒子含有薄膜層の触媒粒子を触媒として前記溝の底部からカーボンナノチューブを生成する工程をさらに備える。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、カーボンナノチューブ形成のための触媒粒子を含有する触媒粒子含有薄膜層を半導体基板に転写することによって、パターン化された溝の底部に容易かつ確実に該触媒粒子含有薄膜層を形成することができる。
【００１１】
また、請求項２の発明によれば、溝に没入した感光性樹脂薄膜層を除く感光性樹脂薄膜層を露光した後に現像することによって除去し、溝に没入した触媒粒子含有薄膜層を除く触媒粒子含有薄膜層を除去し、さらに溝に没入した感光性樹脂薄膜層を露光した後に現像することによって除去しているため、余分な感光性樹脂薄膜層および触媒粒子含有薄膜層を確実に除去することができる。
【００１２】
また、請求項３の発明によれば、触媒粒子含有薄膜層の触媒粒子を触媒として溝の底部からカーボンナノチューブを生成しているため、当該溝に確実にカーボンナノチューブを成長させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１４】
本発明では、カーボンナノチューブを形成するための触媒粒子を含有する薄膜層を半導体装置の溝構造底部に転写形成することによって成膜する。図１は、触媒粒子を含有する薄膜層の転写形成を行う転写装置の構成例を示す概略図である。この転写装置１０は、その内部が真空排気可能とされた処理容器１１を備えている。処理容器１１の側面部には排気口１１２が設けられるとともに、その排気口１１２に真空ポンプ１２が接続されている。この真空ポンプ１２は、図示を省略する制御ユニットからの動作指令に応じて作動し、排気口１１２を介して処理容器１１内を真空排気することができる。
【００１５】
また、処理容器１１内には、第１プレート１４および第２プレート１５と、第１プレート１４の第２プレート１５に対する傾きを自動的に補正する傾斜補正機構１８が配設されている。第１プレート１４は、第２プレート１５の上方にこれと軸線が一致するように傾斜補正機構１８を介して吊設される。半導体ウェハＷは第１プレート１４の下面（第２プレート１５と対向する面）に装着される。このため、第１プレート１４の下面は、平坦性を確保するために研磨された石英板（図示省略）が設けられており、この石英板に半導体ウェハＷが固定される。このように石英板を用いた理由は、石英が、半導体ウェハＷを汚染する物質を含まないこと、および加工性がよく必要とする平坦性が容易に得られることなどから、半導体ウェハＷを装着する材料として優れているからである。また、第１プレート１４は、内部に加熱手段として加熱ヒータ１４１を具備している。この加熱ヒータ１４１は２５℃〜３００℃の間の温度となるように加熱制御される。
【００１６】
もう一方のプレート、つまり第２プレート１５は、第１プレート１４の下方に第１プレート１４と対向して配設される。また、第２プレート１５は、後述するシートフィルムＦが載置される石英製のステージと、シートフィルムＦを加熱する加熱台とから構成されるとともに、その加熱台の内部に加熱手段として加熱ヒータ１５１が内蔵されている。この加熱ヒータ１５１も２５℃〜３００℃の間の温度となるように加熱制御される。なお、第１プレート１４および第２プレート１５は、静電チャック方式でシートフィルムＦおよび半導体ウェハＷをそれぞれ吸着保持するものであってもよいし、バキュームチャック方式で吸着保持するものであってもよい。
【００１７】
また、加熱台の下面中央には、軸１５３が一体に垂設されている。この軸１５３は軸受１９１によって上下動自在に軸支され、加重機構としての加重モータ１９２によって鉛直方向に沿って上下動されるように構成されている。なお、軸受１９１は、軸１５３と処理容器１１と間をシールして処理容器１１内を気密に保つ機能も有する。
【００１８】
傾斜補正機構１８は、第１プレート１４の外周を取り囲むように配設され、紙面の法線方向に延びる第１軸部材１８１を介して第１プレート１４に連結され、第１軸部材１８１周りで第１プレート１４を回動自在に支持するリング状の第１支持体１８２を備える。また、傾斜補正機構１８は、第１支持体１８２の外周に配設され、紙面の幅方向に延びる第２軸部材１８３を介して第１支持体１８２に連結され、第２軸部材１８３周りで第１支持体１８２を回動自在に支持する第２支持体１８４を備えている。
【００１９】
このように構成された傾斜補正機構１８においては、第１プレート１４は、第１支持体１８２により紙面法線方向に沿った第１軸部材１８１周りに回動自在に支持されるとともに、第２支持体１８４により紙面幅方向に沿った第２軸部材１８３周りに回動自在に支持されており、第２プレート１５が多少傾いていたとしても、いわゆる軸回動によって第１プレート１４を第２プレート１５に平行にすることができる。
【００２０】
また、傾斜補正機構１８を構成する第２支持体１８４は支柱部１８５を介して処理容器１１内の天井部から吊設されている。より詳しく説明すると、この支柱部１８５は、軸受１９３によって上下動自在に枢支され、上端には下方への落下を防止するフランジ１９４が一体に突設されている。なお、軸受１９３は、支柱部１８５と処理容器１１と間をシールして処理容器１１内を気密に保つ機能も有する。また、フランジ１９４は荷重センサ１９５と連結されており、半導体ウェハＷとシートフィルムＦとの間に印加される荷重は荷重センサ１９５によって検出される。
【００２１】
次に、本発明に係る半導体装置の製造方法について図２から図１２を参照しつつ説明する。まず、転写部材としてのシートフィルムＦの薄膜担持面上に感光性樹脂薄膜層１を形成する（図２）。シートフィルムＦとしては、例えばＥＦＴＥ等のフッ素樹脂を使用する。なお、シートフィルムＦとしては平坦な硬質の板、例えば石英板を使用するようにしても良い。また、感光性樹脂薄膜層１の素材としては例えば感光性ポリイミドを採用すれば良い。このような感光性樹脂の塗布液をシートフィルムＦの上面に回転塗布することによって感光性樹脂薄膜層１を形成する。
【００２２】
続いて、感光性樹脂薄膜層１の上面にさらに触媒薄膜層２を形成する（図３）。この触媒薄膜層２は、カーボンナノチューブ形成のための触媒となる金属または金属化合物の粒子（例えば、Ｎｉ，ＴｉＣｏ，ＦｅＯ３等の粒子）を含有するゲル状またはペースト状の薄膜である。上記金属または金属化合物の粒子がコロイド粒子として分散した塗布液を感光性樹脂薄膜層１の上面に回転塗布することによって触媒薄膜層２を形成する。その結果、シートフィルムＦの薄膜担持面上には感光性樹脂薄膜層１および触媒薄膜層２が二層構造にて形成されることとなる。なお、感光性樹脂薄膜層１および触媒薄膜層２の形成手法としては回転塗布に限定されるものではなく、公知の種々の手法を用いることができる。また、感光性樹脂薄膜層１および触媒薄膜層２の二層を同時に塗布するようにしても良い。
【００２３】
一方、シートフィルムＦ上への薄膜形成と並行して、絶縁膜にパターン化された溝が形成された半導体ウェハを用意する。図４は、そのような半導体ウェハの一例を示す図である。半導体ウェハＷのパターン形成面には下層配線層３および層間絶縁層４が形成されている。同図に示すように、層間絶縁層４にはパターン化された溝部５が形成されている。溝部５の底部は下層配線層３が露出しており、溝部５はいわゆるビアホールとなっている。
【００２４】
このような半導体ウェハＷをパターン形成面を下向きにして転写装置１０の第１プレート１４の下面に装着する。これとともに、上記シートフィルムＦを感光性樹脂薄膜層１および触媒薄膜層２が上側を向くようにして第２プレート１５上に装着する。ここでは、感光性樹脂薄膜層１および触媒薄膜層２が半導体ウェハＷに転写すべき薄膜であり、これら二層の薄膜層が半導体ウェハＷのパターン形成面に対向するように半導体ウェハＷおよびシートフィルムＦが配置されることとなる。
【００２５】
次に、加熱ヒータ１４１に通電して第１プレート１４を加熱して半導体ウェハＷを所望の温度に加熱するとともに、加熱ヒータ１５１に通電して第２プレート１５を加熱してシートフィルムＦを所望の温度に加熱する。また、真空ポンプ１２によって処理容器１１内が所望の真空度となるように真空排気する。
【００２６】
そして、処理容器１１内が所望の真空度になった後、加重モータ１９２による加重操作を開始する。これによって、図５に示すように、第２プレート１５が鉛直方向に沿って上昇してシートフィルムＦを半導体ウェハＷに押し付ける。このとき、第１プレート１４と傾斜補正機構１８は、第２プレート１５によって一体に押し上げられる。なお、図５においては図示の便宜上、下側に半導体ウェハＷを記載し、上側にシートフィルムＦを記載しており、転写装置１０にて実際に処理される配置関係とは上下が逆となっている。
【００２７】
この押上時に、第１プレート１４が第２プレート１５に対して傾斜しているときは、第２プレート１５が第１プレート１４に当接したとき、傾斜補正機構１８によって第１プレート１４の傾斜が自動的に補正される。すなわち、第１プレート１４は傾斜補正機構１８によって鉛直方向に対して傾斜可能に保持されているので、例えば図１紙面上において第１プレート１４の左方が若干下方となるように小角度傾斜しているとすると、まず第２プレート１５の左端側が第１プレート１４に接触して第１プレート１４を押し上げる。このため、第１プレート１４は第１軸部材１８１を回動中心として時計方向に回動して半導体ウェハＷとシートフィルムＦとの接触面積が右方に徐々に拡がっていく。そして、第１プレート１４の傾斜が完全に補正され第２プレート１５と平行になると、基板ＷとシートフィルムＦとが全面にわたって等しい圧力で押し付けられる。
【００２８】
そして、加重モータ１９２によって加重を続け、荷重センサ１９５によって所望の荷重が検知されると、加重モータ１９２はその荷重が維持されるように加重動作を継続する。また、その間も処理容器１１内が所定の真空度となるように排気され続けるとともに、半導体ウェハＷおよびシートフィルムＦは所定の温度となるように加熱され続けている。そして、所定時間の上記加重動作が終了すると、加重モータ１９２は加重を解除して第２プレート１５を下降させる。このとき、真空ポンプ１２による真空排気も停止する。
【００２９】
これら一連の処理の結果、パターン形成面に下層配線層３および層間絶縁層４が形成された半導体ウェハＷが感光性樹脂薄膜層１および触媒薄膜層２を挟んでシートフィルムＦと密着して一体となる（図６）。このとき、感光性樹脂薄膜層１および触媒薄膜層２はゲル状またはペースト状であって比較的軟質であるため、二層の積層構造がそのまま半導体ウェハＷの溝部５に没入することとなる。すなわち、ビアホールたる溝部５の底部に下層配線層３に接するように触媒薄膜層２が埋入されるとともに、その上層に感光性樹脂薄膜層１が積層される。また、層間絶縁層４の上面にも触媒薄膜層２が積層されるとともに、さらにその上層に感光性樹脂薄膜層１が形成される。こうして形成された図６の如き密着物を処理容器１１から取り出し、図７に示すようにシートフィルムＦを剥離することによって、図８に示すような感光性樹脂薄膜層１および触媒薄膜層２がパターン形成面に転写形成された半導体ウェハＷを得ることができる。
【００３０】
上記のような薄膜の転写形成手法を用いれば、半導体ウェハＷの溝部５に感光性樹脂薄膜層１および触媒薄膜層２を充填して、溝部５の底部に容易かつ確実に触媒薄膜層２を形成することができる。また、シートフィルムＦが剥離された後の感光性樹脂薄膜層１の上面の平坦性を非常に高いものとすることができる。
【００３１】
次に、図８の状態の半導体ウェハＷに対して感光性樹脂薄膜層１の全面露光を行った後、現像処理を行い、感光性樹脂薄膜層１を除去する（図９）。このときには、露光時間や現像時間を調整することによって、感光性樹脂薄膜層１のうち溝部５に没入しているものについては残留するようにする。すなわち、溝部５に没入している感光性樹脂薄膜層１を除く感光性樹脂薄膜層１を露光現像プロセスによって除去する。
【００３２】
続いて、層間絶縁層４の上面に積層されている触媒薄膜層２、つまり溝部５に没入している触媒薄膜層２を除く触媒薄膜層２を除去する（図１０）。この触媒薄膜層２を除去する手法としては、公知の物理エッチングや化学エッチングを採用しても良いし、或いはＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）のような研磨であっても良い。
【００３３】
次に、図１０の状態の半導体ウェハＷに再び露光現像処理を行って溝部５に没入していた感光性樹脂薄膜層１をも完全に除去する（図１１）。その結果、パターン化された溝部５の底部に触媒薄膜層２が形成された半導体ウェハＷを得ることができる。
【００３４】
その後、熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法により、半導体ウェハＷの溝構造底部に形成された触媒薄膜層２の触媒粒子を触媒として溝部５にカーボンナノチューブ６を成長させる。これにより、ビア配線としてカーボンナノチューブ６を使用した半導体ウェハＷを得ることができる。
【００３５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態においては感光性樹脂薄膜層１を除去するために露光現像プロセスを２回繰り返していたが、これを１回としても良い。具体的には、図８の状態から露光現像プロセスによって全ての感光性樹脂薄膜層１を除去した後に層間絶縁層４の上面に積層されている触媒薄膜層２のみを物理エッチング等によって除去するようにしても良いし、また図８の状態から直接ＣＭＰによって図１０の状態としてから露光現像プロセスによって溝部５に残留している感光性樹脂薄膜層１を除去するようにしても良い。すなわち、感光性樹脂薄膜層１および溝部５に没入した触媒薄膜層２を除く触媒薄膜層２を除去するような手法であれば公知の種々のプロセスを採用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】触媒粒子を含有する薄膜層の転写形成を行う転写装置の構成例を示す概略図である。
【図２】半導体装置の製造工程の一例を示す図である。
【図３】半導体装置の製造工程の一例を示す図である。
【図４】半導体装置の製造工程の一例を示す図である。
【図５】半導体装置の製造工程の一例を示す図である。
【図６】半導体装置の製造工程の一例を示す図である。
【図７】半導体装置の製造工程の一例を示す図である。
【図８】半導体装置の製造工程の一例を示す図である。
【図９】半導体装置の製造工程の一例を示す図である。
【図１０】半導体装置の製造工程の一例を示す図である。
【図１１】半導体装置の製造工程の一例を示す図である。
【図１２】半導体装置の製造工程の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  感光性樹脂薄膜層
２  触媒薄膜層
３  下層配線層
４  層間絶縁層
５  溝部
６  カーボンナノチューブ
１０  転写装置
Ｗ  半導体ウェハ
【図１】
2007088373.tif 000003
【図２】
2007088373.tif 000004
【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】
2007088373.tif 000011
【図１０】
2007088373.tif 000012
【図１１】
2007088373.tif 000013
【図１２】
2007088373.tif 000014