(57)【要約】【課題】プラズマ中で発生させた金属微粒子を基板に形成した構造体に選択的に付着させることにより、化学的機械研磨法を用いない構造体内部への配線製造方法を提供する。【解決手段】本発明の配線製造方法は、導電層と、開口部を通じて導電層の表面を部分的に露出させるように導電層上の表面に配置された絶縁層と、を有する回路形成体を準備する工程と、対向する２つの電極のうちの一方の電極上に前記回路形成体を配置する工程と、２つの電極間に電力を印加して２つの電極間にプラズマを発生させる工程と、２つの電極のうちの他方の電極より、他方の電極表面を構成している材料からなる金属微粒子をプラズマ発生空間内に金属微粒子として供給する工程と、供給された金属微粒子および絶縁層の表面を同じ極性に帯電させて、帯電した金属微粒子を絶縁層の開口部から露出した導電層の表面に選択的に付着させて配線を形成する工程とを有する。【選択図】図３
2013120850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電層と、開口部を通じて前記導電層を部分的に露出させるように前記導電層上に配置された絶縁層と、を有する回路形成体を準備する第１の工程と、
対向する２つの電極のうちの一方の電極上に前記回路形成体を配置する第２の工程と、
前記２つの電極間に電力を印加して前記２つの電極間にプラズマを発生させる第３の工程と、
前記２つの電極のうちの他方の電極より、前記他方の電極を構成している材料からなる金属微粒子を前記プラズマ内に供給する第４の工程と、
前記金属微粒子を前記絶縁層の開口部から露出した前記導電層の表面に選択的に付着させて配線を形成する第５の工程と、
を有する、配線の製造方法。
【請求項２】
前記金属微粒子および前記絶縁層の表面を同じ極性に帯電させる第６の工程をさらに有する、
請求項１に記載の配線の製造方法。
【請求項３】
第６の工程において、前記金属微粒子および前記絶縁層の表面を負の極性に帯電させる、
請求項２に記載の配線の製造方法。
【請求項４】
第５の工程において、前記２つの電極間に印加する電力を小さくすることにより、前記金属微粒子を前記絶縁層の開口部から露出した前記導電層の表面に選択的に付着させる、
請求項１から３のいずれか１つに記載の配線の製造方法。
【請求項５】
第５の工程において、前記プラズマを所定時間以上維持して前記金属微粒子を凝集させることにより、前記金属微粒子を前記絶縁層の開口部から露出した前記導電層の表面に選択的に付着させる、
請求項１から３のいずれか１つに記載の配線の製造方法。
【請求項６】
前記金属微粒子は、銅、ニッケル、鉄、タングステン、アルミニウム、コバルト、またはこれらの合金である、
請求項１から５のいずれか１つに記載の配線の製造方法。
【請求項７】
第５の工程において、前記導電層は接地されている、
請求項１から６のいずれか１つに記載の配線の製造方法。
【請求項８】
第５の工程において、前記導電層は所定電位に保持されている、
請求項１から６のいずれか１つに記載の配線の製造方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１つに記載の配線の製造方法を用いて、絶縁層の開口部から露出した導電層の表面に選択的に金属微粒子が配置された配線を製造する工程と、
前記金属微粒子を触媒としてカーボンナノチューブを成長させる工程と、
前記絶縁層上に、前記カーボンナノチューブを介して前記導電層と電気的に接続される別の導電層を形成する工程と、
を有する、立体的な配線を有する回路形成体の製造方法。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれか１つに記載の配線の製造方法を用いて、絶縁層の開口部から露出した導電層の表面に選択的に金属微粒子が配置された配線を製造する工程と、
前記絶縁層上に、前記金属微粒子を介して前記導電層と電気的に接続される別の導電層を形成する工程と、を有する、
立体的な配線を有する回路形成体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いて金属微粒子を所定の位置に付着させる配線の製造方法、およびこれを用いた立体的な配線を有する回路形成体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスや半導体チップにおいて立体的な配線をするために、コンタクトホールを形成し、その中に導電性の材料を埋め込む方法が知られている。コンタクトホールへの導電性材料の埋め込み方法としては、例えば、特許文献１に記載のものがある。
【０００３】
図９は、特許文献１に記載されている導電膜の埋め込み方法を示す概略図である。特許文献１では、まず絶縁膜中にプラズマエッチングなどでコンタクトホールを形成する。次に、その全面に銅、チタンやタンタルなどの金属膜を堆積させた後、電界めっきによってコンタクトホール内に銅を堆積させる。その後に化学的機械研磨法（ＣＭＰ）によって、基板全面においてコンタクトホール以外の部分に堆積している余分な銅を削り取ることにより、コンタクトホール内にのみ金属を埋め込んでいる。なお、コンタクトホールに埋め込む材料としては、銅の代わりに、ｎ型不純物やｐ型不純物を高濃度に含んだシリコンやタングステンなどが用いられることもあるが、微細デバイスでは抵抗率の低さから銅が広く使用されている。
【０００４】
また別の方法として、特許文献２には、めっき条件を最適化することにより、コンタクトホールの底部にのみ選択的に触媒層を形成し、触媒層よりカーボンナノチューブを成長させる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−９９１９６号公報
【特許文献２】特開２００５−７２１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の従来の方法では、化学的機械研磨を用いなければならないため、工程数が余分に増加する。また、化学的機械研磨時に用いる研磨剤（スラリー）が溝やコンタクト表面や内部に残存することに起因して、電気抵抗は増加する。さらには、化学的機械研磨時に銅がスラリーに存在するパーティクルによって削り取られるという不良（スクラッチ）も発生してしまう。このように技術上の課題が非常に多く、結果的に設備投資の増加や歩留り低下などの製造コスト上の課題を有している。
【０００７】
また、特許文献２に記載の従来の方法でも、めっき法を用いているために高アスペクト比のコンタクトホールに対しては対応が難しいという問題がある。
【０００８】
従って、本発明の目的は、上記課題を解決することにあって、化学的機械研磨やめっき法などを用いずに、簡単な工程によって、所定箇所に選択的に金属微粒子を配置する配線の製造方法を提供すること、あるいは、この配線の製造方法を用いて立体的な配線を有する回路形成体を製造する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】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【００１０】
本発明の第１態様によれば、導電層と、開口部を通じて前記導電層を部分的に露出させるように前記導電層上に配置された絶縁層と、を有する回路形成体を準備する第１の工程と、対向する２つの電極のうちの一方の電極上に前記回路形成体を配置する第２の工程と、前記２つの電極間に電力を印加して前記２つの電極間にプラズマを発生させる第３の工程と、前記２つの電極のうちの他方の電極より、前記他方の電極を構成している材料からなる金属微粒子を前記プラズマ内に供給する第４の工程と、前記金属微粒子を前記絶縁層の開口部から露出した前記導電層の表面に選択的に付着させて配線を形成する第５の工程と、を有する、配線の製造方法を提供する。
【００１１】
本発明の第２態様によれば、前記金属微粒子および前記絶縁層の表面を同じ極性に帯電させる第６の工程をさらに有する、第１態様に記載の配線の製造方法を提供する。
【００１２】
本発明の第３態様によれば、第６の工程において、前記金属微粒子および前記絶縁層の表面を負の極性に帯電させる、第２態様に記載の配線の製造方法を提供する。
【００１３】
本発明の第４態様によれば、第５の工程において、前記２つの電極間に印加する電力を小さくすることにより、前記金属微粒子を前記絶縁層の開口部から露出した前記導電層の表面に選択的に付着させる、第１態様から第３態様のいずれか１つに記載の配線の製造方法を提供する。
【００１４】
本発明の第５態様によれば、第５の工程において、前記プラズマを所定時間以上維持して前記金属微粒子を凝集させることにより、前記金属微粒子を前記絶縁層の開口部から露出した前記導電層の表面に選択的に付着させる、第１態様から第３態様のいずれか１つに記載の配線の製造方法を提供する。
【００１５】
本発明の第６態様によれば、前記金属微粒子は、銅、ニッケル、鉄、タングステン、アルミニウム、コバルト、またはこれらの合金である、第１態様から第５態様のいずれか１つに記載の配線の製造方法を提供する。
【００１６】
本発明の第７態様によれば、第５の工程において、前記導電層は接地されている、第１態様から第６態様のいずれか１つに記載の配線の製造方法を提供する。
【００１７】
本発明の第８態様によれば、第５の工程において、前記導電層は所定電位に保持されている、第１態様から第６態様のいずれか１つに記載の配線の製造方法を提供する。
【００１８】
本発明の第９態様によれば、第１態様から第８態様のいずれか１つに記載の配線の製造方法を用いて、前記絶縁層の開口部から露出した前記導電層の表面に選択的に前記金属微粒子が配置された配線を製造する工程と、前記金属微粒子を触媒としてカーボンナノチューブを成長させる工程と、前記絶縁層上に、前記カーボンナノチューブを介して前記導電層と電気的に接続される別の導電層を形成する工程と、を有する、立体的な配線を有する回路形成体の製造方法を提供する。
【００１９】
本発明の第１０態様によれば、第１態様から第８態様のいずれか１つに記載の配線の製造方法を用いて、前記絶縁層の開口部から露出した前記導電層の表面に選択的に前記金属微粒子が配置された配線を製造する工程と、前記絶縁層上に、前記金属微粒子を介して前記導電層と電気的に接続される別の導電層を形成する工程と、を有する、立体的な配線を有する回路形成体の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、２つの電極間に電力を印加して２つの電極間にプラズマを発生させて、２つの電極の他方の電極表面を構成している材料をプラズマ発生空間内に金属微粒子として供給し、供給された金属微粒子を絶縁層の開口部から露出した導電層の表面に選択的に付着させて配線を形成している。そのため、化学的機械研磨やめっき法などを用いずに、簡単な工程によって、所定箇所に選択的に金属微粒子を配置して配線を製造することができる。また、本発明の配線の製造方法を用いることにより、所定箇所に選択的に金属微粒子が配置された立体的な配線を有する回路形成体を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態における回路形成体の表面部分の断面図
【図２】本発明の実施の形態において用いるプラズマ装置の概略図
【図３】本発明の実施の形態における、銅を選択的に付着させるメカニズムを説明する図
【図４】本発明の実施の形態における、銅を選択的に付着させた回路形成体を示す図
【図５】本発明の実施の形態における、銅を選択的に付着させた回路形成体を示す図
【図６】本発明の実施の形態において、プラズマ領域から落下する金属微粒子の臨界直径を計算した結果を示す図
【図７】本発明の実施の形態における、立体的な配線を有する回路形成体の製造方法を示す図
【図８】本発明の実施の形態における、立体的な配線を有する回路形成体の製造方法を示す図
【図９】従来のコンタクトホールへの導電材料の埋め込み方法を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
（実施の形態）
本発明の実施の形態における、回路形成体に金属微粒子を選択的に付着させて配線を製造する方法について説明する。まずは、本発明の実施の形態に用いる回路形成体を準備する工程（第１の工程）について説明する。回路形成体とは内部に回路を有する構造物であり、回路基板またはチップなどが用いられる。図１は、本発明の実施の形態における、金属微粒子を配置する前の回路形成体１００の表面部分の一部を示す断面図である。図１に示されるように、回路形成体１００の表面上において、絶縁層１０４上に導電層１０１が形成される。導電層１０１上には構造体１０２を有する絶縁層１０３が形成されており、構造体１０２より導電層１０１が露出している。構造体１０２とは、コンタクトホールや溝といった絶縁層１０３の開口部、およびその開口部を形成する周囲の構造物を指す。構造体１０２は、例えばプラズマエッチング技術またはウェットエッチング技術を用いて、絶縁層１０３の一部を除去することにより形成することができる。なお、本実施の形態では導電層１０１は接地されている。
【００２４】
次に、プラズマ装置について説明する。図２は、本実施の形態における、配線を製造するために構造体１０２内に導電膜を埋め込む方法に用いるプラズマ装置１２０の概略図である。このプラズマ装置１２０は平行平板型の高周波プラズマ装置であり、ごく一般的なもので容易に入手できる。図２に示すプラズマ装置１２０は、プラズマ発生空間を区画する容器としての役割を持つチャンバ１２１と、チャンバ１２１内の天井部に設けられ、表面に銅が存在する上部電極１０７と、チャンバ１２１内の底部に設けられた下部電極１０９とを備える。
【００２５】
前述したように、図２に示されるプラズマ装置１２０の上部電極１０７には銅が既に存在しているが、このように上部電極１０７に銅を存在させる方法として例えば２つの方法がある。まず単純な方法は、上部電極１０７の材料自体に銅を用いることである。もう一つの方法は上部電極１０７の材料にシリコンを用いて、何らかの方法で銅を上部電極１０７上に付着させる方法である。銅を上部電極１０７上に付着させる方法には次のようなものがあり、以下にその方法について説明する。
【００２６】
まず、めっき法もしくはプラズマＰＶＤ法によって表面に銅膜が形成された基板（シリコン基板など）を、前述の平行平板型プラズマ装置１２０に搬送して下部電極１０９上に配置する。その状態にて、チャンバ１２１内の密閉された空間にプラズマを生成することにより、基板上に堆積した銅膜をスパッタしてシリコン電極である上部電極１０７上に付着させるというものである。この場合のプラズマ処理条件の一例として、上部電極１０７と下部電極１０９の間の電極間隔１０８が１０ｍｍのチャンバ１２１内に、ＣＨＦ３、ＣＦ４、Ｏ２、Ａｒからなる混合ガスをそれぞれ３０、７０、３０、２００ＳＣＣＭ（ｃｃ／ｍｉｎ、但し、ＳＴＰ（０℃、１ａｔｍ）において）の流量で流入する。その後、ガス圧力を３３．３Ｐａ（２５０ｍＴｏｒｒ）で保持した状態にて、高周波電源１１３から高周波電力１４００Ｗ（パワー密度で４．４６Ｗ／ｃｍ２）を印加することでプラズマを生成する。この場合、銅とフッ素などの反応生成物の蒸気圧は低いので、シリコン基板上に堆積している銅膜が、プラズマからシリコン基板に向かって入射するイオンによってスパッタされる。
【００２７】
スパッタされた銅は、プラズマ中に入ると銅イオンになる。この銅イオンは、下部電極１０９ではなく、上部電極１０７に堆積することになるが、その原理について以下説明する。
【００２８】
まず、下部電極１０９には、容量の大きいブロッキングキャパシタ１１８が接続されている。ブロッキングキャパシタ１１８が接続されていると、上部電極１０７よりも大きな１００ボルト以上の自己バイアス電圧が発生し、入射イオンのイオンエネルギーが大きくなる。このように下部電極１０９ではイオンエネルギーが大きくなることにより、銅イオンの付着は生じにくく、入射イオンによるスパッタが優先的に進む。一方、上部電極１０７には、ブロッキングキャパシタが接続されないため、浮遊容量のみとなり自己バイアス電圧が数１０ボルトと小さくなる。したがって、入射イオンのイオンエネルギーは小さくなり、入射イオンによるスパッタは進まず、銅イオンの上部電極１０７への付着が起こる。このような原理により、下部電極１０９よりも上部電極１０７に多く銅イオンが入射して、上部電極１０７上への銅の付着が進む。なお、上部電極１０７と下部電極１０９との電極間隔１０８が１０ｍｍと短いため、スパッタされた銅は側壁に付着しにくい。また、付着させる銅の量を制御するには、プラズマの処理時間を制御する、あるいは下部電極１０９上に配置する基板の銅膜の表面積を制御することなどにより行うことができる。
【００２９】
次に、第１の工程後、下部電極１０９上に回路形成体１００（回路基板もしくはチップ）を準備する（第２の工程）。その後、上部電極１０７および下部電極１０９の間に電力を印加してプラズマを発生させ（第３の工程）、上部電極１０７上に付着している銅を金属微粒子としてプラズマ発生空間に供給・再放出し（第４の工程）、下部電極１０９上の回路基板もしくはチップの構造体１０２内部に付着させて配線を形成するが（第５の工程）、これらの工程について以下説明する。図３は、本実施の形態における、プラズマから銅を構造体１０２内に選択的に付着させる原理を示す概略図である。上部電極１０７上に銅を付着させた後、下部電極１０９上に、導電膜を埋め込みたい構造体１０２を有する回路基板もしくはチップを設置する。その状態で、前述した上部電極１０７に銅を付着させる方法と同じ条件にてプラズマを発生させる。すなわち、チャンバ１２１内にＣＨＦ３、ＣＦ４、Ｏ２、Ａｒからなる混合ガスをそれぞれ３０、７０、３０、２００ＳＣＣＭの流量で流入し、ガス圧力を３３．３Ｐａ（２５０ｍＴｏｒｒ）で保持した後、高周波電力１４００Ｗを印加する。プラズマ１１４が生成されると、上部電極１０７に付着している銅はスパッタされ、プラズマ内に金属微粒子１１６として再放出される。なお、上部電極１０７に付着している銅をスパッタする条件は、上部電極１０７に銅を付着させる条件と同じである必要はなく、それぞれ最適な条件に設定することができる。
【００３０】
上部電極１０７よりプラズマ内に再放出された金属微粒子１１６は、下部電極１０９に向かって進む。しかしながら、下部電極１０９に設置した回路基板もしくはチップの上方には正イオンの固定電荷層、いわゆるシース１１５が形成されているため、小さい金属微粒子１１６も大きい金属微粒子１１６もシース１１５によって遮られ、プラズマ１１４とシース１１５の界面に保持される。すなわち、プラズマ１１４とシース１１５の境界にトラップされた状態となる。なお、金属微粒子に入射する電子の速度はイオンの速度より速く、常に電子の方がイオンよりも多く入射することから、プラズマ１１４内に再放出された金属微粒子１１６は負に帯電する。
【００３１】
次に、下部電極１０９側の極性について考察する。下部電極１０９上に設置している回路基板やチップの表面は、絶縁膜１０３で覆われており常にイオンよりも速度の速い電子が多く入射することから、負に帯電する。一方で、電子の散乱角が等方的であるのに対してイオンの散乱角が異方的であることにより、比較的奥まった位置に存在する構造体１０２の底部（導電層１０１の露出面）には、等方的な電子よりも異方的なイオンの方が届きやすい。したがって、構造体１０２の底部においては、導電層１０１が接地されているものの、前述のように、負に帯電した電子よりも正に帯電したイオンが多く入射するため、電位は正に帯電することになる。このような原理により、下部電極１０９側では構造体１０２の底部は正に帯電し、それ以外の表面部分は負に帯電する。
【００３２】
この状態からプラズマ１１４とシース１１５の境界にトラップされた金属微粒子１１６を構造体１０２内に付着させて配線を製造する方法として、例えば、以下の２つの方法がある。
【００３３】
一つはプラズマ１１４の生成を停止するという方法である。プラズマ１１４の生成を停止するとシース１１５が消滅するので、プラズマ１１４とシース１１５の境界にトラップされていた銅の金属微粒子１１６は、下部電極１０９上の基板もしくはチップに向かって進むことが可能となる。銅の金属微粒子１１６は負に帯電しているため、異なる極性である正に帯電した構造体１０２の底部には付着するが、同じ極性である負に帯電した基板もしくはチップの表面には付着しない。したがって、負に帯電した金属微粒子１１６を、正に帯電した構造体１０２の底部に選択的に入射、付着させることができる。
【００３４】
もう一つの方法は、継続的にプラズマ１１４を発生させて金属微粒子１１６を凝集させる方法である。プラズマ１１４を継続的に発生させると、プラズマ１１４とシース１１５の境界にトラップされた金属微粒子１１６同士の衝突・凝集が発生し、金属微粒子１１６の質量は増加する。一方、比表面積は小さくなるため、質量の増加に対する電荷量の増加は相対的に小さくなる。そのため、金属微粒子１１６に働く電界力に比べ、重力の影響が大きくなる。すなわち、シース１１５によって保持される力よりも重力によって落下する力が大きくなり、金属微粒子１１６はシース１１５を通過して落下すると考えられる。
【００３５】
落下した後の金属微粒子１１６は、前述と同様の原理により構造体１０２の底部に選択的に付着する。発明者の得た知見では、プラズマ１１４を３０秒間保持することで、直径約１０μｍの金属微粒子１１６を落下、付着させることができた。すなわち、継続的にプラズマ１１４を発生させて金属微粒子１１６を凝集させる方法によれば、金属微粒子１１６の粒子径を揃えることもできる。以上に述べた２つのいずれかの方法を用いることにより、構造体１０２の内部に選択的に金属微粒子１１６を付着させて導電膜を埋め込むことで配線を製造することができる。
【００３６】
また、上述の説明において構造体１０２の底部が正に帯電する場合について説明したが、このような場合でなくても構造体１０２の底部に選択的に金属微粒子１１６を付着させられる場合がある。すなわち、構造体１０２の底部と、負に帯電した基板もしくはチップの表面との間に電位的なコントラスト（基板もしくはチップの表面の方が負の極性が強い）が存在すれば、負に帯電した金属微粒子１１６は構造体１０２の底部に付着しようとする。したがって、構造体１０２の底部が中性である場合、あるいは基板もしくはチップの表面よりも弱い負に帯電する場合も、電位的コントラストにより、負に帯電した金属微粒子１１６を構造体１０２の底部に選択的に付着させることができる。このことから、導電層１０１を接地せずに、コンデンサなどを用いて導電層１０１の電位を所定電位に保持し、積極的な電位のコントラストの形成を図ることにより、金属微粒子１１６をより選択的に付着させることも可能である。なお、導電層１０１が接地されていなくても、電荷のみによって電位的コントラストは生じると考えられる。
【００３７】
また、上部電極１０７の材料自体に銅を用いる場合よりも、前述のようにプラズマを用いて上部電極１０７に銅を付着させる場合の方が、その後プラズマを発生させたときに上部電極１０７上の銅を再放出させやすくなる。
【００３８】
次に、実際に金属微粒子１１６を配置した結果について説明する。図４（ａ）〜（ｃ）および図５は、本実施の形態における、プラズマ１１４から銅を構造体１０２内に選択的に付着させた結果を示す図であり、回路形成体１００および構造体１０２（溝）を上方から見た平面図である。図４（ａ）に示されるように、直径１０μｍの球形の金属微粒子１１６が構造体１０２内に付着しはじめて、時間が経過すると、図４（ｂ）、（ｃ）に示されるように、構造体１０２内の略全面に付着していくことがわかる。図５には、構造体１０２内の略全面に金属微粒子１１６が付着することによって導電膜１０６が形成されている様子が示されている。図５からもわかるように、上部電極１０７に付着する銅の量を多くすると、金属微粒子１１６が重なりあって膜となっている。表面の様子から金属の光沢が見て取れて、明らかに銅の膜が構造体１０２に選択的に形成されていることが示されている。なお、図５の左側部分に周囲とはコントラストが異なり白く見える部分Ｓ１があるが、これは部分的に銅が多く体積している部分である。
【００３９】
図４（ａ）〜（ｃ）および図５では構造体１０２として溝形状の場合を示しているがコンタクトホールのような孔形状の場合も同様である。むしろ溝形状の場合のほうが孔形状よりも前述した電位差を形成しにくいので、溝形状を埋め込めることが可能な条件であれば、孔形状の場合に適用しても同様の選択的な付着を行うことができる。これは、溝形状の場合の方が電位差を形成しにくいためである。その理由は次の通りである。すなわち、溝形状では溝の底部から見込む立体角が孔形状の底部から見込む立体角よりも大きくなる。よって、溝形状の底部に入射する電子数は孔形状の底部に入射する電子よりも多くなり、入射イオンよって形成された電位を緩和することになる。つまり、絶縁膜表面との電位差が小さくなることを意味している。当然ながら、溝形状および孔形状の底部となる導電層が完全に導通している場合は、溝形状の底部も孔形状の底部も下層の導電層の電位となり等しくなる。しかし、導通が不完全な場合には、溝形状の方が、電位差が発生しにくいことになる。したがって、配線層の導通状態にかかわらず、溝形状の場合において確認しておけば、孔形状にも適用可能である。
【００４０】
次に、金属微粒子１１６の大きさに関する考察を行う。図６は、本実施の形態における、構造体１０２内に導電膜１０６を埋め込む方法において、落下する金属微粒子１１６の臨界直径を計算した結果を示す図である。臨界径は、金属微粒子１１６に蓄積する電子の量によって電界から得られる、重力とは逆方向に働く力を計算し、重力と拮抗する直径を臨界径として求めた。すなわち、臨界径よりも大きな直径の金属微粒子１１６は重力で落下することになる。当然のことながら、臨界径よりも小さな直径の金属微粒子１１６は基板に向かって落下することはできない。図６からもわかるように、電子温度が高くなれば臨界粒径は大きくなる。また、微粒子数密度（プラズマ１１４中に含まれる金属微粒子１１６の密度）がＩ×１０１１／ｍ３までは、臨界粒径は微粒子数密度に寄らず電子温度によって変化している。一方で、微粒子数密度がＩ×１０１１／ｍ３を超えるあたりから、微粒子数密度が大きくなるにしたがって臨界粒径は小さくなる。これは、プラズマ１１４中における金属微粒子１１６の数密度が大きくなると、金属微粒子の帯電によって電荷中和条件を満たすように電子数が減少する。そして、電子数の減少によりシース電界が弱くなり、粒径の小さい金属微粒子しか保持できなくなるためであると考えられる。
【００４１】
図６の結果と、図４、５で構造体１０２内に付着していた金属微粒子１１６の粒子径が１０μｍでほぼ揃っていたという結果を考慮すると、シース１１５が電気的な篩のような役割を果たすことにより、金属微粒子１１６がプラズマ１１４もしくはプラズマ１１４とシース１１５の境界領域にて直径約１０μｍまで成長してから基板に落下しているということがわかる。このように電子温度や金属微粒子１１６の数密度を制御することによって、落下させる金属微粒子１１６の直径を制御することができる。したがって、金属膜を埋め込むだけでなく、直径の揃った粒子を付着させることができ、分級することも可能となる。なお、分級は構造体１０２の形状を変化させることによっても行うことができる（例えば、構造体１０２の幅やアスペクト比を変えるなど）。
【００４２】
次に、上述の配線の製造方法を用いて、立体的な配線を有する回路形成体を製造する方法について説明する。図７は、本実施の形態の配線の製造方法を用いて、立体的な配線を有する回路形成体２００を製造する方法を示す図である。回路形成体２００の内部には電気回路が形成されている。回路形成体２００の表面には、金属配線２０１と、金属配線２０１の一部が露出するように絶縁層１０３が形成されている。このような回路形成体２００を、上記したプラズマ装置１２０にセットし、構造体１０２（コンタクトホール）に金属粒子を選択的に付着させる。金属粒子が構造体１０２を埋めた後、例えばスパッタ法により絶縁層１０３上に導電層１０６を形成する。このようにして、金属配線２０１は、絶縁層１０３上の導電層１０６と、構造体１０２内の金属粒子を介して電気的に接続される。すなわち、立体的な配線を有する回路形成体２００を製造することができる。
【００４３】
さらに、本発明による配線の製造方法は、カーボンナノチューブを構造体１０２内に成長させて立体的な配線を有する回路形成体２００を製造する方法にも応用できる。図８は、本実施の形態の配線の製造方法を用いて、立体的な配線を有する回路形成体２００を製造する別の方法を示す図である。
【００４４】
カーボンナノチューブは電気伝導度も大きく、配線間やチップ間の構造体１０２（コンタクトホール）に埋め込んだ場合、非常に良好な電気特性を示す。チップ同士を接続するコンタクトホールである構造体１０２は、ＴＳＶとして一般的に知られた技術である。このＴＳＶにカーボンナノチューブを埋め込む方法について説明する。
【００４５】
カーボンナノチューブは、鉄、ニッケル、コバルトなどの金属微粒子で直径数ｎｍから数μｍのものを触媒として用いている。カーボンナノチューブの原料となる炭素原子は別途供給する必要があるが、炭素原子がこの触媒に取り込まれて過飽和状態になると、触媒から炭素のナノチューブが成長することは一般的に知られている。すなわち、カーボンナノチューブの成長には触媒が必須であり、この触媒を本実施の形態の配線の製造方法を用いることによって選択的に構造体１０２の底部にのみ付着することができる。また、触媒の直径についても、前述したように電子温度やプラズマ中に添加する触媒粒子の数密度によって制御できるので好都合である。例えば、ナノオーダーの触媒粒子を付着させるには、電子温度を１ｅＶ以下もしくは数密度１０１４／ｍ３以上にすればよい。具体的には、プラズマを生成する電源の周波数を高くすることによって電子温度を低くすることができ、また、プラズマに導入する触媒の金属微粒子を多くすることによって数密度を増加させることができる。このような方法を用いて、カーボンナノチューブを構造体内部に選択的に埋め込むことが可能になる。
【００４６】
上述したとおり、本実施の形態における配線の製造方法およびその方法を用いた立体的な配線を有する回路形成体を製造する方法によれば、プラズマを用いて金属微粒子１１６および絶縁層１０３の表面を同じ極性に帯電させることにより、帯電した金属微粒子１１６を構造体１０２に選択的に付着させることができる。
【００４７】
なお、本実施の形態において、金属として銅を用いたが、ニッケル、鉄、タングステン、アルミニウム、コバルト、およびそれらの合金などを用いても良い。ニッケルや鉄を用いると、カーボンナノチューブを選択的に形成できるという利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明にかかる配線の製造方法およびその方法を利用した回路形成体の製造方法は、選択的に導電膜を埋め込むことができるため、半導体デバイスの配線接続やチップ接続として有用である。
【符号の説明】
【００４９】
１００、２００  回路形成体
１０１  導電層
１０２  構造体
１０３、１０４  絶縁層
１０５  スイッチングトランジスタ
１０６  導電膜
１０７  上部電極
１０８  電極間隔
１０９  下部電極
１１０  排気ポンプ
１１１  パワースプリッター
１１２  マッチャー
１１３  高周波電源
１１４  プラズマ
１１５  シース
１１６  金属微粒子
１１８  ブロッキングキャパシタ
１２０  プラズマ装置
１２１  チャンバ
２０１  金属配線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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４】
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【図５】
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