(57)【要約】 【課題】カーボンナノチューブをビアとして用いる場合においても識別可能な合わせマークを有する半導体装置を提供する。【解決手段】第１の絶縁層１１は、金属配線１２上に形成されたビアホール１３と、ビアホール１３から離れた位置に形成された合わせマーク１７としての凹部１７ａを有する。第１の下地層１４は、ビアホール１３内の金属配線１２上に形成されている。第１の触媒層１５は、第１の下地層１４上に形成されている。カーボンナノチューブにより構成されたビア１６は、第１の触媒層１５上のビアホール内に形成されている。第２の絶縁層１８は、凹部１７ａ内に形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属配線と、
前記金属配線上に形成されたビアホールと、前記ビアホールから離れた位置に形成された合わせマークとしての凹部を有する第１の絶縁層と、
前記ビアホール内の前記金属配線上に形成された第１の下地層と、
前記第１の下地層上に形成された第１の触媒層と、
前記第１の触媒層上の前記ビアホール内に形成されたカーボンナノチューブにより構成されたビアと、
前記凹部内に形成された第２の絶縁層と、を具備し、
前記凹部内で前記第２の絶縁層の下方に第２の下地層と、第２の触媒層の少なくとも一つが設けられ、又は両方が設けられていないことを特徴する半導体装置。
【請求項２】
金属配線と、
前記金属配線上に形成されたビアホールと、前記ビアホールから離れた位置に形成された凹部を有する第１の絶縁層と、
前記ビアホール内の前記金属配線上に形成された第１の下地層と、
前記第１の下地層上に形成された第１の触媒層と、
前記第１の触媒層上の前記ビアホール内に形成されたカーボンナノチューブにより構成されたビアと、
前記凹部内に形成された第２の絶縁層と
を具備することを特徴する半導体装置。
【請求項３】
前記凹部内で前記第２の絶縁層の下方に形成された第２の下地層をさらに具備することを特徴する請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記凹部内で前記第２の絶縁層の下方に形成された第２の触媒層をさらに具備することを特徴する請求項２記載の半導体装置。
【請求項５】
前記凹部内の前記第２の下地層上に第３の触媒層が形成され、前記第３の触媒層上に形成されたカーボンナノチューブの成長を抑制する成長抑制層をさらに具備することを特徴とする請求項４記載の半導体装置。
【請求項６】
前記凹部内の前記第２の下地層上に形成された触媒不活性層と、前記触媒不活性層上に形成された第４の触媒層をさらに具備することを特徴とする請求項４記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１の絶縁層の前記凹部には，前記ビアホール内に形成された前記第１の下地層、又は前記第１の触媒層の少なくとも一つが設けられていないことを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項８】
前記カーボンナノチューブにより構成された前記ビアの上に、前記第２の絶縁層が設けられていることを特徴する請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第１の絶縁層の前記凹部のうち、前記第１の絶縁層の前記ビアホールと同層には、カーボンナノチューブが設けられていないことを特徴する請求項１乃至８のいずれかに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、例えばカーボンナノチューブ（Carbon Nano Tube : CNT）ビア（プラグ）配線を用いた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を製造する場合、複数のリソグラフィ工程が行われ、各工程において、マスクが使用される。これらマスクの位置を揃えるため、半導体装置の表面に合わせマークが形成される。
【０００３】
例えば多層配線のビア配線が、例えばタングステン等の金属により形成される場合、金属の膜厚を制御することにより、合わせマーク部の金属の上面と層間絶縁膜、例えばシリコン酸化膜の上面との間に段差が形成される。このため、この段差の上方に不透明膜を積層した場合においても、段差を合わせマークとして光学的に認識することができる。
【０００４】
一方、多層配線のビア配線をカーボンナノチューブにより形成した場合、カーボンナノチューブの成長挙動は、金属の堆積挙動と異なり、合わせマーク部にもカーボンナノチューブが形成されるため、合わせマークが消失し、識別することが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３２９７２３号公報
【特許文献２】特開平８−４６０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本実施形態は、カーボンナノチューブをビアとして用いる場合においても識別可能な合わせマークを有する半導体装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態の半導体装置によれば、金属配線と、前記金属配線上に形成されたビアホールと、前記ビアホールから離れた位置に形成された凹部を有する第１の絶縁層と、前記ビアホール内の前記金属配線上に形成された第１の下地層と、前記第１の下地層上に形成された第１の触媒層と、前記第１の触媒層上の前記ビアホール内に形成されたカーボンナノチューブにより構成されたビアと、前記凹部内に形成された第２の絶縁層とを具備することを特徴する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る半導体装置を示す断面図。
【図２】図２（ａ）乃至（ｈ）は、第１の実施形態の製造方法を示す断面図。
【図３】第２の実施形態に係る半導体装置を示す断面図。
【図４】図４（ａ）乃至（ｄ）は、第２の実施形態の製造方法を示す断面図。
【図５】第３の実施形態に係る半導体装置を示す断面図。
【図６】図６（ａ）乃至（ｆ）は、第３の実施形態の製造方法を示す断面図。
【図７】第４の実施形態に係る半導体装置を示す断面図。
【図８】図８（ａ）乃至（ｄ）は、第４の実施形態の製造方法を示す断面図。
【図９】第５の実施形態に係る半導体装置を示す断面図。
【図１０】図１０（ａ）乃至（ｅ）は、第５の実施形態の製造方法を示す断面図。
【図１１】図１１（ａ）乃至（ｃ）は、第５の実施形態の変形例に係る製造方法を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態を示すものであり、半導体装置を構成する多層配線の一部の層を示している。
【００１１】
図１において、絶縁層１１は、図示せぬ半導体基板の上方に形成されている。この絶縁層１１は、例えばシリコン酸化膜により構成されている。この絶縁層１１の内部には、例えば銅（Ｃｕ）やアルミニウムなどの材料により構成された金属配線１２が形成されている。この金属配線１２には、炭素元素から構成される円筒状構造体としてのカーボンナノチューブにより構成された例えばビア１６が接続される。すなわち、絶縁層１１内には、金属配線１２に対応してビアホール１３が設けられ、このビアホール１３の底部及び側壁には、バリアメタル層１４が形成されている。このバリアメタル層１４は、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）により構成され、ビアホール１３の底部において、金属配線１２に接触されている。このバリアメタル層１４は、後述するように、カーボンナノチューブを成長させるための助触媒としての機能も有している。
【００１２】
さらに、ビアホール１３の底部に位置するバリアメタル層１４上には、カーボンナノチューブを成長させるための触媒層１５が形成されている。この触媒層１５は、例えばコバルト（Ｃｏ）やニッケル（Ｎｉ）により構成されている。この触媒層１５上に複数のカーボンナノチューブの束により構成されたビア１６が形成されている。すなわち、カーボンナノチューブの成長条件として、金属配線１２のような金属層、バリアメタル層１４のような助触媒、及び触媒層１５を必要とする。
【００１３】
一方、絶縁層１１の金属配線１２から離れた位置で、例えばダイシングラインより内側の位置に合わせマーク１７が形成されている。この合わせマーク１７は、例えば絶縁層１１に形成された凹部１７ａと、凹部１７ａ内に形成されたバリアメタル層１４ａにより構成されている。すなわち、合わせマーク１７を構成する凹部１７ａ内には、上記成長条件を満たす金属層や触媒層がないため、カーボンナノチューブが形成されておらず、凹部１７ａの形状が保持されている。尚、凹部１７ａの平面形状は、例えば矩形とされているが、これに限定されるものではなく、様々な形状とすることが可能である。
【００１４】
凹部１７ａ内は、後述するＣＭＰ（化学的機械研磨）の前に、ＳＯＧ（Spin On Glass）１８で埋め込まれる。ＳＯＧ１８の表面には、合わせマーク１７に対応した凹部１８ａが形成される。
【００１５】
絶縁層１１の全面上には、上層の配線を形成するためのエッチングストッパー層１９ａ、及び絶縁層１９ｂが形成されている。エッチングストッパー層１９ａは、例えばシリコン窒化膜により構成され、絶縁層１９ｂは、例えばシリコン酸化膜により構成されている。絶縁層１９ｂの表面には、合わせマーク１７としての凹部１８ａに対応して窪みが形成されている。
【００１６】
エッチングストッパー層１９ａ及び絶縁層１９ｂには、ビア１６に対応してコンタクトホールＣＨが形成されている。このコンタクトホールＣＨを形成する際のリソグラフィ工程において、図示せぬレジスト膜を通して、絶縁層１９ｂに形成された合わせマーク１７を光学的に検知して、露光処理が実行される。
【００１７】
絶縁層１９ｂ上、及びコンタクトホール内には、例えばバリアメタル層１９ｃ、及び配線層１９ｄが形成されている。バリアメタル層１９ｃは、例えばチタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）のうちの１つ若しくは複数の組み合わせにより構成される。配線層１９ｄは、例えば銅（Ｃｕ）又はタングステン（Ｗ）により構成される。
【００１８】
次に、図２（ａ）乃至（ｈ）を参照して、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
【００１９】
先ず、図２（ａ）に示すように、図示せぬ半導体基板の上方に形成された絶縁層１１内に、金属配線１２が形成される。この後、絶縁層１１内に金属配線１２に対応してビアホール１３が形成される。このビアホール１３と同時に、絶縁層１１内に合わせマーク１７を構成する凹部１７ａが形成される。凹部１７ａの開口面積は、ビアホール１３の開口面積に比べて大きく設定され、且つ、凹部１７ａのアスペクト比は、ビアホール１３のアスペクト比に比べて大きく設定されている。
【００２０】
この後、全面にバリアメタル層１４としての例えばＴｉＮが、例えばＰＶＤ（物理気相成長法）により形成される。このバリアメタル層１４は、ビアホール１３の底部及び側壁、合わせマーク１７を構成する凹部１７ａの底部及び側壁に形成される。
【００２１】
次いで、バリアメタル層１４上に、触媒層１５としての例えばコバルトが、例えばスパッタリング、又は蒸着により形成される。触媒層１５は、コバルトに限定されるものではなく、ニッケル等を用いることも可能である。
【００２２】
この後、図２（ｂ）に示すように、イオンミリングにより、ビアホール１３の底部以外の触媒層１５が除去される。すなわち、加速されたイオンが半導体基板の表面に対して、所定角度傾斜して照射され、触媒層が除去される。イオンの照射角度は、ビアホール１３の例えばアスペクト比に基づき設定される。アスペクト比の小さな合わせマーク１７の場合、イオンミリングにより、凹部１７ａ内の触媒層１５が全て除去され、バリアメタル層１４が露出される。これに対して、アスペクト比が大きなビアホール１３の場合、ビアホール１３の底部に照射されるイオンが低減されるため、ビアホール１３の側壁の触媒層が除去され、ビアホール１３の側壁のバリアメタル層１４、及びビアホール１３の底部のバリアメタル層１４、及び触媒層１５が残される。
【００２３】
次いで、図２（ｃ）に示すように、例えばＣＶＤにより、ビアホール１３の底部の触媒層１５を用いて炭素元素から構成される円筒状構造体としての複数のカーボンナノチューブが成長され、ビアホール１３内にカーボンナノチューブの束により構成されたビア１６が形成される。このとき、合わせマーク１７を構成する凹部１７ａ内には、触媒層１５、がないため、カーボンナノチューブは形成されない。ビアホール１３内に形成されたカーボンナノチューブの束のビア１６は、ビアホール１３から突出される程度まで成長される。
【００２４】
この後、図２（ｄ）に示すように、絶縁層１１の全面に例えばＳＯＧ（Spin On Glass）１８が塗布され、カーボンナノチューブの束により構成されたビア１６及び凹部１７がＳＯＧ１８により埋められる。
【００２５】
この後、図２（ｅ）に示すように、例えば絶縁層１１をストッパーとしてＣＭＰにより、ＳＯＧ１８、バリアメタル層１４、及びカーボンナノチューブにより構成されたビア１６が研磨され、ビア１６の先端が絶縁層１１の表面に一致するように、平坦化される。このとき、凹部１７内のＳＯＧ１８の表面にディッシングが生じ、ＳＯＧ１８の表面に合わせマーク１７に対応した凹部１８ａが形成される。
【００２６】
次いで、図２（ｆ）に示すように、全面にエッチングストッパー層１９ａ、及び絶縁層１９ｂが形成される。エッチングストッパー層１９ａは、例えばシリコン窒化膜により構成され、絶縁層１９ｂは、例えばシリコン酸化膜により構成されている。これらエッチングストッパー層１９ａ、及び絶縁層１９ｂの表面には、ＳＯＧ１８の凹部１８ａに対応して合わせマーク１７としての凹部が形成されている。
【００２７】
この後、図２（ｇ）に示すように、全面にフォトレジスト膜２０が形成され、合わせマーク１７を光学的に検知して露光処理が行われる。次いで、現像処理が行われ、コンタクトホールを形成するためのレジストパターンが形成される。
【００２８】
上記形成されたレジストパターンを用いて、絶縁層１９ｂ、エッチングストッパー層１９ａが順次エッチングされ、図２（ｈ）に示すように、絶縁層１９ｂ、エッチングストッパー層１９ａにコンタクトホールＣＨが形成される。
【００２９】
次いで、図１に示すように、絶縁層１９ｂ上、及びコンタクトホールＣＨ内にバリアメタル層１９ｃ、及び配線層１９ｄが形成される。
【００３０】
上記第１の実施形態によれば、カーボンナノチューブを形成する前に、合わせマーク１７に対応する凹部１７ａの内部から触媒層１５が除去され、凹部１７ａ内はバリアメタル層１４ａが露出されている。このバリアメタル層１４ａは、助触媒であるが、凹部１７ａ内には、触媒層１５や金属層がないため、凹部１７ａ内には、カーボンナノチューブが成長しない。このため、ビアホール１３内にカーボンナノチューブにより構成されたビア１６を形成する際、カーボンナノチューブが凹部１７ａ内に形成されることを防止することが可能である。したがって、合わせマーク１７が消失することを防止できる。
【００３１】
また、合わせマーク１７を構成する凹部１７ａの内部には、カーボンナノチューブが形成されないため、凹部１７ａの内のバリアメタル１４ａの上に凹部１８ａを有するＳＯＧ１８を形成することができる。したがって、凹部１８ａ上に形成されるエッチングストッパー層１９ａ、絶縁層１９ｂの表面に凹部１８ａに対応する段差が形成される。このため、この段差を検出することにより合わせマーク１７を認識することができ、カーボンナノチューブをビア１６として用いる半導体装置において、合わせマーク１７を確実に認識することが可能である。
【００３２】
（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係る半導体装置を示すものであり、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付している。
【００３３】
第１の実施形態において、合わせマーク１７を構成する凹部１７ａの内部には、下地層としてのバリアメタル層１４ａが形成されていた。
【００３４】
これに対して、第２の実施形態の場合、図３に示すように、凹部１７ａの内部には、バリアメタル層１４ａが形成されておらず、凹部１７ａ内に例えばＳＯＧ１８が直接形成されている。このように、凹部１７ａ内になにも形成されていない場合、カーボンナノチューブは、シリコン酸化膜により構成された絶縁層１１上に成長せず、凹部１７ａ内にカーボンナノチューブが形成されない。
【００３５】
図４（ａ）乃至（ｄ）は、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示している。
【００３６】
図４（ａ）に示すように、図示せぬ半導体基板の上方に形成された絶縁層１１内に、金属配線１２が形成される。この後、絶縁層１１内に金属配線１２に対応してビアホール１３が形成される。このビアホール１３と同時に、絶縁層１１内に合わせマーク１７を構成する凹部１７ａが形成される。凹部１７ａの開口面積は、ビアホール１３の開口面積に比べて大きく設定され、且つ、凹部１７ａのアスペクト比は、ビアホール１３のアスペクト比に比べて大きく設定されている。
【００３７】
この後、ビアホール１３の底部及び側壁、合わせマーク１７を構成する凹部１７ａの底部及び側壁を含む全面にバリアメタル層１４としての例えばＴｉＮが、例えばＣＶＤにより形成される。
【００３８】
次いで、バリアメタル層１４上に、触媒層１５としての例えばコバルトが、例えばスパッタリング、又は蒸着により形成される。
【００３９】
この後、図４（ｂ）に示すように、第１の実施形態に比べてイオンミリングの処理時間を長くするか、イオンの加速度が増加されることにより、ビアホール１３の底部以外の触媒層１５、及びビアホール１３内を除くバリアメタル層１４が除去される。このため、アスペクト比の小さな合わせマーク１７の場合、イオンミリングにより、凹部１７ａ内の触媒層１５及びバリアメタル層１４ａが全て除去される。これに対して、アスペクト比が大きなビアホール１３の場合、イオンミリングにより、ビアホール１３の側壁の触媒層が除去されるのみであり、ビアホール１３の側壁のバリアメタル層１４、及びビアホール１３の底部のバリアメタル層１４、及び触媒層１５が残される。
【００４０】
次いで、図４（ｃ）に示すように、例えばＣＶＤにより、ビアホール１３の底部の触媒層１５を用いて炭素元素から構成される円筒状構造体としての複数のカーボンナノチューブが成長され、ビアホール１３内にカーボンナノチューブの束により構成されたビア１６が形成される。このとき、合わせマーク１７を構成する凹部１７ａ内には、触媒層１５、及びバリアメタル層１４ａ、金属層がないため、カーボンナノチューブは形成されない。ビアホール１３内に形成されたカーボンナノチューブの束のビア１６は、ビアホール１３から突出される程度まで成長される。
【００４１】
この後、全面にＳＯＧ１８が塗布された後、図４（ｄ）に示すように、例えば絶縁層１１をストッパーとしてＣＭＰにより、ＳＯＧ１８、バリアメタル層１４、及びカーボンナノチューブにより構成されたビア１６が研磨され、ビア１６の先端が絶縁層１１の表面に一致するように、平坦化される。このとき、凹部１７ａ内のＳＯＧ１８の表面がディッシングされ、ＳＯＧ１８の表面に合わせマーク１７に対応した凹部１８ａが形成される。
【００４２】
次いで、図３、図２（ｆ）乃至（ｈ）に示すように、全面にエッチングストッパー層１９ａ、絶縁層１９ｂが形成され、さらに、合わせマーク１７を用いたリソグラフィ工程の後、絶縁層１９ｂ上及びコンタクトホールＣＨ内にバリアメタル層１９ｃ、配線層１９ｄが順次形成される。
【００４３】
上記第２の実施形態によれば、カーボンナノチューブを形成する前に、合わせマーク１７に対応する凹部１７ａの内部から触媒層１５及びバリアメタル層１４ａが除去され、凹部１７ａ内はシリコン酸化膜により構成された絶縁層１１が露出されている。このため、ビアホール１３内にカーボンナノチューブにより構成されたビア１６を形成する際、カーボンナノチューブが凹部１７ａ内に形成されることを確実に防止することが可能である。したがって、合わせマーク１７が消失することを防止できる。
【００４４】
また、合わせマーク１７を構成する凹部１７ａの内部には、カーボンナノチューブが形成されないため、凹部１７ａ内の絶縁層１１上に凹部１８ａを有するＳＯＧ１８を形成することができる。したがって、凹部１８ａの上に形成されるエッチングストッパー層１９ａ、絶縁層１９ｂに、凹部１８ａに対応する合わせマーク１７としての段差が形成される。このため、この段差を検出することにより合わせマーク１７を認識することができ、カーボンナノチューブをビア１６として用いる半導体装置において、合わせマーク１７を確実に認識することが可能である。
【００４５】
（第３の実施形態）
図５乃至図６（ａ）乃至（ｆ）は、第３の実施形態を示すものであり、第１、第２の実施形態と同一部分には、同一符号を付している。
【００４６】
第１の実施形態において、合わせマーク１７を構成する凹部１７ａの内部には、下地層としてのバリアメタル層１４ａが形成され、第２の実施形態において、合わせマーク１７を構成する凹部１７ａの内部には、何も形成されていなかった。
【００４７】
これに対して、図５に示す第３の実施形態の場合、凹部１７ａの内部には、バリアメタル層１４ａが形成されておらず、触媒層１５のみが形成され、この触媒層１５上に例えばＳＯＧ１８が直接形成されている。このように、凹部１７ａ内に触媒層１５のみが形成されており、触媒層１５の下に下地層としてのバリアメタル層や及び金属層が形成されていない場合、カーボンナノチューブは、触媒層１５上に成長せず、凹部１７ａ内にカーボンナノチューブが形成されない。このため、凹部１７ａの形状が保持される。したがって、凹部１７ａ内に形成されたＳＯＧ１８の表面は、凹部１７ａの形状に従った凹部１８ａを有することができ、合わせマークの消失を防止することができる。
【００４８】
次に、図６（ａ）乃至（ｆ）を用いて、第３の実施形態の製造方法について説明する。
【００４９】
先ず、図６（ａ）に示すように、図示せぬ半導体基板の上方に形成された絶縁層１１内に、金属配線１２、ビアホール１３、及び合わせマーク１７を構成する凹部１７ａが形成される。凹部１７ａの開口面積は、ビアホール１３の開口面積に比べて大きく設定され、且つ、凹部１７ａのアスペクト比は、ビアホール１３のアスペクト比に比べて大きく設定されている。
【００５０】
この後、ビアホール１３の底部及び側壁、合わせマーク１７を構成する凹部１７ａの底部及び側壁を含む全面にバリアメタル層１４としての例えばＴｉＮが、例えばＣＶＤにより形成される。
【００５１】
次いで、図６（ｂ）に示すように、バリアメタル層１４に対してイオンミリングが実行される。すなわち、第２の実施形態と同様に、イオンミリングの処理時間を長くするか、イオンの加速度が増加されることにより、ビアホール１３の内部以外のバリアメタル層１４が除去される。
【００５２】
この結果、図６（ｃ）に示すように、アスペクト比の小さな合わせマーク１７の場合、イオンミリングにより、凹部１７ａ内のバリアメタル層１４ａが全て除去される。これに対して、アスペクト比が大きなビアホール１３の場合、ビアホール１３の側壁、及び底部にバリアメタル層１４が残される。
【００５３】
この後、図６（ｄ）に示すように、全面に触媒層１５としての例えばコバルトが、例えばスパッタリング、又は蒸着により形成される。この結果、アスペクト比が小さい合わせマーク１７の凹部１７ａの場合、側壁及び底部に触媒層１５が形成され、アスペクト比が小さい合わせビアホール１３の場合、底部に触媒層１５が形成される。
【００５４】
次いで、図６（ｅ）に示すように、ＣＶＤにより、触媒層１５の上にカーボンナノチューブが成長される。このとき、触媒層１５の下に助触媒としてのバリアメタル層１４及び金属配線１２が形成されたビアホール１３の内部においてのみ、複数のカーボンナノチューブが成長し、カーボンナノチューブの束によるビア１６が形成される。また、触媒層１５のみが形成された合わせマーク１７を構成する凹部１７ａ内において、カーボンナノチューブは成長しない。このため、凹部１７ａの形状が保持される。
【００５５】
この後、全面にＳＯＧ１８が塗布され、図６（ｆ）に示すように、絶縁層１１をストッパーとして、ＣＭＰにより、ＳＯＧ１８、カーボンナノチューブにより構成されたビア１６、及び絶縁層１１上の触媒層１５が除去される。
【００５６】
次いで、図５、図２（ｆ）乃至（ｈ）に示すように、全面にエッチングストッパー層１９ａ、絶縁層１９ｂが形成され、さらに、合わせマーク１７を用いたリソグラフィ工程の後、絶縁層１９ｂ上及びコンタクトホールＣＨ内にバリアメタル層１９ｃ、配線層１９ｄが順次形成される。
【００５７】
上記第３の実施形態によれば、カーボンナノチューブを形成する前に、合わせマーク１７に対応する凹部１７ａの内部には、触媒層１５のみが形成されている。このため、ビアホール１３内にカーボンナノチューブにより構成されたビア１６を形成する際、カーボンナノチューブが凹部１７ａ内に形成されることを防止することが可能である。したがって、合わせマーク１７が消失することを防止できる。
【００５８】
また、合わせマーク１７を構成する凹部１７ａの内部には、カーボンナノチューブが形成されないため、凹部１７ａ内に凹部１８ａを有するＳＯＧ１８を形成することができる。したがって、この凹部１８ａの上に形成されるエッチングストッパー層１９ａ、絶縁層１９ｂに、凹部１８ａに対応する合わせマーク１７としての段差が形成される。このため、この段差を検出することにより合わせマーク１７を認識することができ、カーボンナノチューブをビア１６として用いる半導体装置において、合わせマーク１７を確実に認識することが可能である。
【００５９】
（第４の実施形態）
図７乃至図８（ａ）乃至（ｄ）は、第４の実施形態を示すものであり、第１乃至第３の実施形態と同一部分には、同一符号を付している。
【００６０】
第１乃至第３の実施形態は、合わせマーク１７を構成する凹部１７ａの内部に、バリアメタル層１４と触媒層１５のいずれか一方を形成するか、これらを全く形成しないことにより、凹部１７ａの内部にカーボンナノチューブが成長しないように構成した。
【００６１】
これに対して、図７に示す第４の実施形態は、凹部１７ａ内に、ビアホール１３の内部と同様に、バリアメタル層１４と触媒層１５が形成される。さらに、凹部１７ａ内の触媒層１５の上面にカーボンナノチューブの成長を抑制する成長抑制層２１が形成される。この成長抑制層２１は、例えば金属又は酸化物により構成されている。
【００６２】
このように、触媒層１５上に成長抑制層２１を形成することにより、凹部１７ａ内にカーボンナノチューブが成長されることを確実に防止でき、凹部１７ａの消失を回避することができる。このため、凹部１７ａ内に形成された例えばＳＯＧ１８の表面は、凹部１７ａの形状に対応した凹部１８ａを有し、ＳＯＧ１８より上のエッチングストッパー層１９ａ、絶縁層１９ｂにも凹部１８ａに対応する段差が形成される。したがって、この段差を検出することにより、合わせマーク１７を認識することが可能である。
【００６３】
次に、図８（ａ）乃至（ｄ）を参照して、上記第４の実施形態の製造方法について説明する。
【００６４】
先ず、図８（ａ）に示すように、図示せぬ半導体基板の上方に形成された絶縁層１１内に、金属配線１２、ビアホール１３、及び合わせマーク１７を構成する凹部１７ａが形成される。凹部１７ａの開口面積は、ビアホール１３の開口面積に比べて大きく設定され、且つ、凹部１７ａのアスペクト比は、ビアホール１３のアスペクト比に比べて大きく設定されている。
【００６５】
この後、ビアホール１３の底部及び側壁、合わせマーク１７を構成する凹部１７ａの底部及び側壁を含む全面にバリアメタル層１４としての例えばＴｉＮが、例えばＣＶＤにより形成され、このバリアメタル層１４の上に触媒層１５として、例えばコバルトが、例えばスパッタリング、又は蒸着により形成される。
【００６６】
次いで、図８（ｂ）に示すように、触媒層１５上に成長抑制層２１として、例えばアルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）などの金属、又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）や酸化チタン（ＴｉＯ２）等の酸化物が形成される。このとき、アスペクト比が小さな凹部１７の底部及び側壁には、成長抑制層２１が形成され、アスペクト比が大きなビアホール１３の底部には、成長抑制層２１が形成されず、側壁にのみ形成される。このため、ビアホール１３の底部において、触媒層１５露出され、凹部１７ａの内部には、触媒層１５が露出されていない。
【００６７】
この後、図８（ｃ）に示すように、ＣＶＤにより、ビアホール１３内に露出された触媒層１５の上にカーボンナノチューブが成長される。このとき、触媒層１５の下に助触媒としてのバリアメタル層１４及び金属配線１２が形成されたビアホール１３の内部においてのみ、複数のカーボンナノチューブが成長し、カーボンナノチューブの束によるビア１６が形成される。また、触媒層１５が成長抑制層２１により覆われた合わせマーク１７を構成する凹部１７ａ内において、カーボンナノチューブは成長しない。このため、凹部１７ａの形状が保持される。
【００６８】
この後、全面にＳＯＧ１８が塗布された後、図８（ｄ）に示すように、絶縁層１１をストッパーとして、ＣＭＰにより、ＳＯＧ１８、カーボンナノチューブにより構成されたビア１６、及び絶縁層１１上の成長抑制層２１、触媒層１５、バリアメタル層１４が除去される。
【００６９】
次いで、図７、図２（ｆ）乃至（ｈ）に示すように、全面にエッチングストッパー層１９ａ、絶縁層１９ｂが形成され、さらに、合わせマーク１７を用いたリソグラフィ工程の後、絶縁層１９ｂ上及びコンタクトホールＣＨ内にバリアメタル層１９ｃ、配線層１９ｄが順次形成される。
【００７０】
上記第４の実施形態によれば、ビアホール１３と、合わせマーク１７を構成する凹部１７ａ内の膜の構成を同一とし、触媒層１５が成長抑制層２１から露出されたビアホール１３内にのみカーボンナノチューブを成長させ、凹部１７ａ内において、カーボンナノチューブの成長を抑制している。したがって、合わせマーク１７が消失することを防止できる。
【００７１】
また、合わせマーク１７を構成する凹部１７ａの内部には、カーボンナノチューブが形成されないため、凹部１７ａ内に凹部１８ａを有するＳＯＧ１８を形成することができる。したがって、この凹部１８ａ上に形成されるエッチングストッパー層１９ａ、絶縁層１９ｂに、凹部１８ａに対応する合わせマーク１７としての段差が形成される。このため、この段差を検出することにより合わせマーク１７を認識することができ、カーボンナノチューブをビア１６として用いる半導体装置において、合わせマーク１７を確実に認識することが可能である。
【００７２】
さらに、ビアホール１３と、合わせマーク１７を構成する凹部１７ａ内の膜の構成を同一とすることができるため、イオンミリングが不要であり、製造工程を簡単化することが可能である。
【００７３】
（第５の実施形態）
図９乃至図１０（ａ）乃至（ｅ）は、第５の実施形態を示すものであり、第１乃至第４の実施形態と同一部分には、同一符号を付している。
【００７４】
上記第４の実施形態は、凹部１７ａ内に、ビアホール１３の内部と同様に、バリアメタル層１４と触媒層１５を形成し、さらに、凹部１７ａ内の触媒層１５上にカーボンナノチューブの成長を抑制する成長抑制層２１を形成した。
【００７５】
これに対して、図９に示すように、第５の実施形態は、ビアホール１３と合わせマーク１７を構成する凹部１７ａの内部に、バリアメタル層１４、触媒不活性層２２としての例えばアモルファスシリコン、及び触媒層１５を形成し、ビアホール１３の底部において、触媒層１５がバリアメタル層１４に接触している。このため、ビアホール１３の底部の触媒層１５上にカーボンナノチューブが成長する。また、凹部１７ａ内の触媒層１５は、触媒不活性層２２によりバリアメタル層１４から隔離されているため、凹部１７ａ内の触媒層１５上には、カーボンナノチューブが成長しない。このため、凹部１７ａの消失を防止できる。したがって、凹部１７ａ内に形成された例えばＳＯＧ１８の表面は、凹部１７ａの形状に対応する凹部１８ａを有し、ＳＯＧ１８より上のエッチングストッパー層１９ａ、絶縁層１９ｂにも凹部１８ａに対応する段差が形成される。したがって、この段差を検出することにより、合わせマーク１７を認識することが可能である。
【００７６】
次に、図１０（ａ）乃至（ｅ）を参照して、上記第５の実施形態の製造方法について説明する。
【００７７】
先ず、図１０（ａ）に示すように、図示せぬ半導体基板の上方に形成された絶縁層１１内に、金属配線１２、ビアホール１３、及び合わせマーク１７を構成する凹部１７ａが形成される。凹部１７ａの開口面積は、ビアホール１３の開口面積に比べて大きく設定され、且つ、凹部１７ａのアスペクト比は、ビアホール１３のアスペクト比に比べて大きく設定されている。
【００７８】
この後、ビアホール１３の底部及び側壁、合わせマーク１７を構成する凹部１７ａの底部及び側壁を含む全面にバリアメタル層１４としての例えばＴｉＮが、例えばＣＶＤにより形成され、このバリアメタル層１４の上に触媒不活性層２２としての例えばアモルファスシリコンが形成される。この触媒不活性層２２は、アスペクト比が大きいビアホール１３の底部の膜厚をＴ１とし、アスペクト比が小さい凹部１７ａの底部の膜厚をＴ２とした場合、これら膜厚Ｔ１、Ｔ２の関係は、Ｔ１＜Ｔ２に設定される。
【００７９】
次いで、図１０（ｂ）に示すように、触媒不活性層２２がエッチバックされ、膜厚が減少される。この結果、ビアホール１３の底部の触媒不活性層２２は除去され、助触媒としてのバリアメタル層１４が露出される。また、凹部１７ａ内には、触媒不活性層２２が残され、バリアメタル層１４は触媒不活性層２２により覆われている。
【００８０】
この後、図１０（ｃ）に示すように、全面に触媒層１５としての例えばコバルトが例えばスパッタリング、又は蒸着により形成される。ビアホール１３の底部において、触媒層１５は、露出されたバリアメタル層１４に接触され、凹部１７ａ内において、触媒層１５は、触媒不活性層２２上に形成される。
【００８１】
この後、図１０（ｄ）に示すように、ＣＶＤにより、ビアホール１３内の触媒層１５の上にカーボンナノチューブが成長される。すなわち、触媒層１５の下に助触媒としてのバリアメタル層１４及び金属配線１２が形成されたビアホール１３の内部においてのみ、複数のカーボンナノチューブが成長し、カーボンナノチューブの束によるビア１６が形成される。また、触媒層１５が触媒不活性層２２によりバリアメタル１４から隔離された凹部１７ａ内において、カーボンナノチューブは成長しない。このため、凹部１７ａの形状が保持される。
【００８２】
この後、全面にＳＯＧ１８が塗布され、図１０（ｅ）に示すように、絶縁層１１をストッパーとして、ＣＭＰにより、ＳＯＧ１８、カーボンナノチューブにより構成されたビア１６、及び絶縁層１１上の触媒不活性層２２、触媒層１５、バリアメタル層１４が除去される。
【００８３】
次いで、図９、図２（ｆ）乃至（ｈ）に示すように、全面にエッチングストッパー層１９ａ、絶縁層１９ｂが形成され、さらに、合わせマーク１７を用いたリソグラフィ工程の後、絶縁層１９ｂ上及びコンタクトホールＣＨ内にバリアメタル層１９ｃ、配線層１９ｄが順次形成される。
【００８４】
上記第５の実施形態によれば、ビアホール１３と、合わせマーク１７を構成する凹部１７ａ内の膜の構成を同一とし、触媒層１５が助触媒としてのバリアメタル層１４に接触しているビアホール１３内にのみカーボンナノチューブを成長させ、凹部１７ａ内において、カーボンナノチューブの成長を防止している。したがって、合わせマーク１７が消失することを防止できる。
【００８５】
また、合わせマーク１７を構成する凹部１７ａの内部には、カーボンナノチューブが形成されないため、凹部１７ａ内に凹部１８ａを有するＳＯＧ１８を形成することができる。したがって、この凹部１８ａ上に形成されるエッチングストッパー層１９ａ、絶縁層１９ｂに、凹部１８ａに対応する合わせマーク１７としての段差が形成される。このため、この段差を検出することにより合わせマーク１７を認識することができ、カーボンナノチューブをビア１６として用いる半導体装置において、合わせマーク１７を確実に認識することが可能である。
【００８６】
（第５の実施形態の変形例）
図１１（ａ）乃至（ｃ）は、第５の実施形態の変形例を示すものであり、第５の実施形態と同一部分には、同一符号を付している。
【００８７】
第５の実施形態において、バリアメタル層１４上に形成される触媒不活性層２２の膜厚をビアホール１３内と、凹部１７ａとで異ならせた。
【００８８】
これに対して、図１１（ａ）に示すように、変形例の場合、バリアメタル層１４上に形成される触媒不活性層２２の膜厚は、ほぼ均一とされている。すなわち、ビアホール１３の底部に形成される触媒不活性層２２の膜厚と、凹部１７ａの底部に形成される触媒不活性層２２の膜厚は、ほぼ等しく設定されている。このような膜厚として触媒不活性層２２を形成するためには、例えば成膜時間が第５の実施形態に比べて短縮されている。
【００８９】
次いで、図１１（ｂ）に示すように、触媒不活性層２２がエッチバックされ、膜厚が減少される。この結果、ビアホール１３の底部の触媒不活性層２２は除去され、助触媒としてのバリアメタル層１４が露出される。
【００９０】
また、凹部１７ａ内には、触媒不活性層２２は、ビアホール１３内の触媒不活性層２２に比べてエチングレートが遅くされ、凹部１７ａ内に触媒不活性層２２が残される。このため、バリアメタル層１４は触媒不活性層２２により覆われている。
【００９１】
この後、図１１（ｃ）に示すように、全面に触媒層１５としての例えばコバルトが例えばスパッタリング、又は蒸着により形成される。ビアホール１３の底部において、触媒層１５は、露出されたバリアメタル層１４に接触され、凹部１７ａ内において、触媒層１５は、触媒不活性層２２上に形成される。
【００９２】
この後、図１０（ｄ）に示された第５の実施形態と同様に、ＣＶＤにより、ビアホール１３内の触媒層１５の上にカーボンナノチューブが成長される。また、触媒層１５が触媒不活性層２２によりバリアメタル１４から隔離された凹部１７ａ内において、カーボンナノチューブは成長しない。このため、凹部１７ａの形状が保持される。
【００９３】
この後、ＳＯＧ１８が塗布された後、図１０（ｅ）に示すように、絶縁層１１をストッパーとして、ＣＭＰにより、ＳＯＧ１８、カーボンナノチューブにより構成されたビア１６、及び絶縁層１１上の触媒不活性層２２、触媒層１５、バリアメタル層１４が除去される。
【００９４】
次いで、図９に示すように、全面にエッチングストッパー層１９ａ、絶縁層１９ｂが形成され、さらに、合わせマーク１７を用いたリソグラフィ工程の後、絶縁層１９ｂ上及びコンタクトホールＣＨ内にバリアメタル層１９ｃ、配線層１９ｄが順次形成される。
【００９５】
尚、上記各実施形態において、カーボンナノチューブのビア１６及び凹部１７ａを埋め込む材料は、ＳＯＧに限らず、例えばＣＶＤ−Ｗを用いることも可能である。この場合、ビアをＣＶＤ−Ｗで埋めると同時に、凹型１７ａの中央部に段差が形成されるため、これがマーク１７とされる。
【００９６】
上記変形例によっても、第５の実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
【００９７】
その他、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００９８】
１１…絶縁層、１２…金属配線、１３…ビアホール、１４…バリアメタル層（助触媒）、１５…触媒層、１６…ビア（カーボンナノチューブ）、１７…合わせマーク、１８…ＳＯＧ、１７ａ、１８ａ…凹部、２１…成長抑制層、２２…触媒不活性層。
【図１】
2013135131.tif 000003
【図２】
2013135131.tif 000004
【図３】
2013135131.tif 000005
【図４】
2013135131.tif 000006
【図５】
2013135131.tif 000007
【図６】
2013135131.tif 000008
【図７】
2013135131.tif 000009
【図８】
2013135131.tif 000010
【図９】
2013135131.tif 000011
【図１０】
2013135131.tif 000012
【図１１】
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