(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の上方に形成され、その内部に溝が形成された絶縁膜と、
前記溝内に形成されたカーボンナノチューブからなる配線と、
前記カーボンナノチューブの成長起点となるドットパターンと、
前記ドットパターン上面に設けられ、カーボンナノチューブの成長を抑制する成長抑制膜と、
を有し、
前記ドットパターンの断面形状が逆テーパ状であり、
前記カーボンナノチューブは、前記ドットパターンの側面から、前記半導体基板の表面に平行な方向に成長していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
半導体基板と、
前記半導体基板の表面に形成された複数の半導体素子と、
前記複数の半導体素子同士を接続する多層配線と、
を有し、
前記多層配線のうち前記半導体基板の表面に平行な方向に延びる部分の少なくとも一部は、外部に露出したカーボンナノチューブにより構成されており、
さらに、前記カーボンナノチューブの成長起点となるドットパターンと、
前記ドットパターン上面に設けられ、カーボンナノチューブの成長を抑制する成長抑制膜と、
を有し、
前記ドットパターンの断面形状が逆テーパ状であり、
前記カーボンナノチューブは、前記ドットパターンの側面から、前記半導体基板の表面に平行な方向に成長していることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
半導体基板と、
前記半導体基板の上方に形成され、触媒金属を含有する起点パターンからなるソース及びドレインと、
前記ソースと前記ドレインとの間に形成されたカーボンナノチューブからなるチャネルと、
前記チャネルと接するゲート絶縁膜と、
前記チャネルとの間で前記ゲート絶縁膜を挟み込むゲートと、
前記起点パターン上面に設けられ、カーボンナノチューブの成長を抑制する成長抑制膜と、
を有し、
前記起点パターンの断面形状が逆テーパ状であり、
前記カーボンナノチューブは、前記起点パターンの側面から、前記半導体基板の表面に平行な方向に成長していることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
半導体基板の上方に触媒金属を含有する複数の断面形状が逆テーパ状の起点パターンを形成する工程と、
前記起点パターンの上面からのカーボンナノチューブの成長を抑制する成長抑制膜を形成する工程と、
前記起点パターンを覆う絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜に、両端から前記起点パターンの側面が露出する溝を形成する工程と、
前記溝内に導電性のカイラリティを具えたカーボンナノチューブを、前記起点パターンの上面が前記成長抑制膜で覆われた状態で前記起点パターンの側面を成長起点として前記半導体基板の表面に平行な方向に成長させることにより、配線を形成する工程と、
前記カーボンナノチューブを覆う層間絶縁膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記起点パターンとして、基部と、前記基部の表面に形成された触媒金属膜と、を有するパターンを形成することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
半導体基板の上方に触媒金属を含有する少なくとも２個の断面形状が逆テーパ状の起点パターンを形成する工程と、
前記起点パターンの上面からのカーボンナノチューブの成長を抑制する成長抑制膜を形成する工程と、
前記起点パターンを覆う絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜に、両端から前記起点パターンの側面が露出する溝を形成する工程と、
前記溝内に半導体のカイラリティを具えたカーボンナノチューブを、前記起点パターンの上面が前記成長抑制膜で覆われた状態で前記起点パターンの側面を成長起点として前記半導体基板の表面に平行な方向に成長させることにより、チャネルを形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記カーボンナノチューブ上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲートを形成する工程と、
を有することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記起点パターンを形成する前に、
前記半導体基板の上方に、ゲートを形成する工程と、
前記ゲート上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
を有し、
前記起点パターンを前記ゲート絶縁膜上に形成することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記カーボンナノチューブを成長させる工程の前に、
前記溝を介して前記起点パターンを等方的にエッチングすることにより、前記起点パターンの端部を後退させる工程を有することを特徴とする請求項６に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、カーボンナノチューブを用いた半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置に対する微細化の要求が高まっており、それに伴い配線に必要とされる電流密度も高める必要がある。国際半導体技術ロードマップ（２００２年度）によると、２００５年を過ぎたあたりから半導体デバイスに必要とされる最大配線電流密度は２×１０６（Ａ／ｃｍ２）近くとなることが予想され、従来のＣｕ配線等では対応することができない。【０００３】
このような問題点を解決することが可能な配線材料の一候補としてカーボンナノチューブが挙げられる。カーボンナノチューブの最大配線電流密度は１０９（Ａ／ｃｍ２）台であり、Ｃｕ配線の１０００倍近い。また、その電気抵抗はカーボンナノチューブ１本あたりで約６ｋΩの量子化抵抗となることが観測されている。従って、カーボンナノチューブの本数を増やすことで、低抵抗配線を形成することができる。【０００４】
また、カーボンナノチューブのカイラリティを制御することにより、半導体とすることができ、これを電界効果トランジスタのチャネルとして用いることも検討されている。このような電界効果トランジスタでは、単位幅当たりのコンダクタンスは、Ｓｉ基板に形成したＮチャネルトランジスタの数倍、Ｐチャネルトランジスタの１０倍程度といわれている。【０００５】
従来、カーボンナノチューブからなる配線を形成する方法として、熱ＣＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法により、コバルト、ニッケル又は鉄等の触媒金属の表面から選択的にカーボンナノチューブを成長させる方法がある。【０００６】
例えば、特開２００２−３２９７２３号公報には、触媒金属のパターン上にカーボンナノチューブを垂直方向にＣＶＤ成長させることにより、カーボンナノチューブを用いたビアを形成する方法が記載されている。また、この公報には、水平方向に電界を印加しながらカーボンナノチューブを成長させることで、水平方向に延びる配線を形成する方法も記載されている。【０００７】
特開２００２−１１８２４８号公報には、次のような水平方向に延びる配線を形成する方法が記載されている。先ず、触媒金属のライン状パターンを形成した後に、その上に垂直成長抑制層を形成する。次に、垂直成長抑制層及びライン状パターンに同時に開口部を形成する。そして、開口部内で向かい合ったパターン間にカーボンナノチューブを成長させる。また、垂直成長抑制層を選択的に形成し、ライン状パターンをパターニングした後に、カーボンナノチューブを成長させる方法も記載されている。【０００８】
また、Wolfgang Hoenlein (Jpn. J. Appl. Phys.
Vol.41 (2002) pp.4370-4374) には、ダマシンプロセスを応用したカーボンナノチューブ配線が図示されているが、その形成方法は記載されていない。【０００９】
しかしながら、特開２００２−３２９７２３号公報に記載された方法では、カーボンナノチューブの成長方向及び長さの制御が困難である。また、特開２００２−１１８２４８号公報に記載された開口部を形成する方法では、垂直成長抑制層及び触媒金属のライン状パターンに同時に開口部を形成する必要があるが、Ｃｏ、Ｎｉ及び鉄等の触媒金属と垂直成長抑制層とを一連の工程でエッチングすることは困難である。特に触媒金属の厚さが厚い場合は顕著である。更に、触媒金属のドライエッチングを行うと、その副生成物が開口部の側面に付着して、そこからカーボンナノチューブが成長する虞もある。また、垂直成長抑制層を選択的に形成する方法では、カーボンナノチューブの成長方向を制御することが困難である。【００１０】
また、前記論文には、カーボンナノチューブを成長させる方法についての記載はない。また、触媒金属が各コンタクトの一部に選択的に形成されており、このような構造を得るための工程は複雑になると考えられる。【００１１】
【特許文献１】特開２００２−３２９７２３号公報
【特許文献２】特開２００２−１１８２４８号公報
【非特許文献１】Wolfgang Hoenlein(Jpn. J. Appl. Phys. Vol.41 (2002) pp.4370-4374)
【発明の開示】
【００１２】
本発明の第１の目的は、基板の表面に平行な方向に適切に延びるカーボンナノチューブからなる配線を備えた半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【００１３】
本発明の第２の目的は、基板の表面に平行な方向に適切に延びるカーボンナノチューブからなるチャネルを備えた半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【００１４】
本願発明者は、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
【００１５】
本発明に係る第１の半導体装置では、半導体基板の上方に、その内部に溝が形成された絶縁膜が形成されている。そして、前記溝内にカーボンナノチューブからなる配線が形成されている。前記カーボンナノチューブの成長起点となるドットパターンが設けられており、前記ドットパターン上面に、カーボンナノチューブの成長を抑制する成長抑制膜が設けられており、前記ドットパターンの断面形状が逆テーパ状であり、前記カーボンナノチューブは、前記ドットパターンの側面から、前記半導体基板の表面に平行な方向に成長している。
【００１６】
本発明に係る第２の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の表面に形成された複数の半導体素子と、前記複数の半導体素子同士を接続する多層配線と、を有する。そして、前記多層配線のうち前記半導体基板の表面に平行な方向に延びる部分の少なくとも一部は、外部に露出したカーボンナノチューブにより構成されている。さらに、前記カーボンナノチューブの成長起点となるドットパターンが設けられており、前記ドットパターン上面に、カーボンナノチューブの成長を抑制する成長抑制膜が設けられており、前記ドットパターンの断面形状が逆テーパ状であり、前記カーボンナノチューブは、前記ドットパターンの側面から、前記半導体基板の表面に平行な方向に成長している。
【００１７】
本発明に係る第１の半導体装置の製造方法では、半導体基板の上方に触媒金属を含有する複数の断面形状が逆テーパ状の起点パターンを形成し、前記起点パターンの上面からのカーボンナノチューブの成長を抑制する成長抑制膜を形成し、前記起点パターンを覆う絶縁膜を形成する。次いで、前記絶縁膜に、両端から前記起点パターンの側面が露出する溝を形成する。次に、前記溝内に導電性のカイラリティを具えたカーボンナノチューブを、前記起点パターンの上面が前記成長抑制膜で覆われた状態で前記起点パターンの側面を成長起点として前記半導体基板の表面に平行な方向に成長させることにより、配線を形成する。そして、前記カーボンナノチューブを覆う層間絶縁膜を形成する。
【００１８】
本発明に係る第２の半導体装置の製造方法では、半導体基板の上方に触媒金属を含有する少なくとも２個の断面形状が逆テーパ状の起点パターンを形成し、前記起点パターンの上面からのカーボンナノチューブの成長を抑制する成長抑制膜を形成し、前記起点パターンを覆う絶縁膜を形成する。次に、前記絶縁膜に、両端から前記起点パターンの側面が露出する溝を形成する。そして、前記溝内に半導体のカイラリティを具えたカーボンナノチューブを、前記起点パターンの上面が前記成長抑制膜で覆われた状態で前記起点パターンの側面を成長起点として前記半導体基板の表面に平行な方向に成長させることにより、チャネルを形成する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａ中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１Ａに引き続き、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａ中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図２Ａに引き続き、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａ中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図３Ａに引き続き、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａ中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図４Ａに引き続き、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａ中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図５Ａに引き続き、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａ中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、図６Ａに引き続き、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａ中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、図７Ａに引き続き、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａ中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、図８Ａに引き続き、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａ中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、図９Ａに引き続き、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図１０Ａ中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図１１】図１１は、第１の実施形態を適用して製造した半導体装置の構造を示す断面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１２Ａ中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、図１２Ａに引き続き、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、図１３Ａ中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、図１３Ａに引き続き、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、図１４Ａ中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、図１４Ａに引き続き、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、図１５Ａ中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、図１５Ａに引き続き、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、図１６Ａ中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、成長抑制膜２１が形成された例を示す平面図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、図１７Ａ中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、断面形状が逆テーパ状のドットパターン２３が形成された例を示す平面図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、図１８Ａ中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図１９Ａ】図１９Ａは、酸化防止膜２２が形成された例を示す平面図である。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、図１９Ａ中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図２０Ａ】図２０Ａは、ドットパターン３の表面を触媒金属膜で覆う方法を示す平面図である。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、図２０Ａ中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図２１Ａ】図２１Ａは、図２０Ａに引き続き、ドットパターン３の表面を触媒金属膜で覆う方法を示す平面図である。
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、図２１Ａ中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図２２Ａ】図２２Ａは、図２１Ａに引き続き、ドットパターン３の表面を触媒金属膜で覆う方法を示す平面図である。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、図２２Ａ中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図２３Ａ】図２３Ａは、図２２Ａに引き続き、ドットパターン３の表面を触媒金属膜で覆う方法を示す平面図である。
【図２３Ｂ】図２３Ｂは、図２３Ａ中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図２４Ａ】図２４Ａは、ダマシン法を用いた例を示す平面図である。
【図２４Ｂ】図２４Ｂは、図２４Ａ中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図２５Ａ】図２５Ａは、図２４Ａに引き続き、ダマシン法を用いた例を示す平面図である。
【図２５Ｂ】図２５Ｂは、図２５Ａ中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図２６Ａ】図２６Ａは、図２５Ａに引き続き、ダマシン法を用いた例を示す平面図である。
【図２６Ｂ】図２６Ｂは、図２６Ａ中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図２７Ａ】図２７Ａは、図２６Ａに引き続き、ダマシン法を用いた例を示す平面図である。
【図２７Ｂ】図２７Ｂは、図２７Ａ中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図２８】層間絶縁膜を除去した例を示す断面図である。
【図２９Ａ】図２９Ａは、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図２９Ｂ】図２９Ｂは、図２９Ａ中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３０Ａ】図３０Ａは、図２９Ａに引き続き、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図３０Ｂ】図３０Ｂは、図３０Ａ中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３１Ａ】図３１Ａは、図３０Ａに引き続き、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図３１Ｂ】図３１Ｂは、図３１Ａ中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３２Ａ】図３２Ａは、図３１Ａに引き続き、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図３２Ｂ】図３２Ｂは、図３２Ａ中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３３Ａ】図３３Ａは、図３２Ａに引き続き、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図３３Ｂ】図３３Ｂは、図３３Ａ中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３４Ａ】図３４Ａは、図３３Ａに引き続き、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図３４Ｂ】図３４Ｂは、図３４Ａ中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３５Ａ】図３５Ａは、図３４Ａに引き続き、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図３５Ｂ】図３５Ｂは、図３５Ａ中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３６Ａ】図３６Ａは、図３５Ａに引き続き、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図３６Ｂ】図３６Ｂは、図３６Ａ中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３７Ａ】図３７Ａは、図３６Ａに引き続き、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図３７Ｂ】図３７Ｂは、図３７Ａ中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３８Ａ】図３８Ａは、図３７Ａに引き続き、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図３８Ｂ】図３８Ｂは、図３８Ａ中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３９Ａ】図３９Ａは、図３８Ａに引き続き、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図３９Ｂ】図３９Ｂは、図３９Ａ中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図４０Ａ】図４０Ａは、図３９Ａに引き続き、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図４０Ｂ】図４０Ｂは、図４０Ａ中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図４１】図４１は、ゲート電極５８上に触媒金属層６７が形成された例を示す断面図である。
【図４２】図４２は、ゲート電極５８上に触媒金属層６７が形成された半導体装置を示す断面図である。
【図４３Ａ】図４３Ａは、本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図４３Ｂ】図４３Ｂは、図４３Ａ中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図４４Ａ】図４４Ａは、図４３Ａに引き続き、第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図４４Ｂ】図４４Ｂは、図４４Ａ中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図４５Ａ】図４５Ａは、図４４Ａに引き続き、第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図４５Ｂ】図４５Ｂは、図４５Ａ中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図４６Ａ】図４６Ａは、バックゲート構造を採用した例を示す平面図である。
【図４６Ｂ】図４６Ｂは、図４６Ａ中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図４７Ａ】図４７Ａは、インバータを示すブロック図である。
【図４７Ｂ】図４７Ｂは、インバータを示すレイアウト図である。
【図４７Ｃ】図４７Ｃは、インバータを示す回路図である。
【図４８】図４８は、インバータの形成方法を示す断面図である。
【図４９】図４９は、酸素ブロック膜８６が形成された例を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。但し、ここでは、便宜上、半導体装置の断面構造については、その製造方法と共に説明する。【００２１】
（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１Ａ及び図１Ｂ〜図１０Ａ及び図１０Ｂは、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す図である。なお、図１Ｂ〜図１０Ｂは、夫々図１Ａ〜図１０Ａ中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。【００２２】
本実施形態では、先ず、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、半導体基板１上に、例えばＴＥＯＳ（tetraethylorthosilicate）を用いてＳｉ酸化膜２を形成する。次に、Ｓｉ酸化膜２上に、カーボンナノチューブに対する触媒金属からなるドットパターン３を形成する。触媒金属としては、例えばコバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）又は鉄（鉄）等が挙げられる。ドットパターン３を形成する位置は、形成しようとする配線の端部及び屈曲部等にする。これは、カーボンナノチューブは、多くの場合触媒金属のパターン間の最短距離を直線的に成長するためである。また、ドットパターン３の高さ及び幅等の断面形状は、形成しようとする配線の太さ（カーボンナノチューブの本数）、即ち、形成しようとする配線に要求される抵抗に応じて決定する。なお、ドットパターン３の側面は必ずしも垂直である必要はなく、順テーパ状又は逆テーパ状であってもよい。【００２３】
次いで、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、例えばＴＥＯＳを用いて、ドットパターン３を覆う層間絶縁膜４を形成した後、その表面をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）等により平坦化する。【００２４】
その後、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、層間絶縁膜４の配線を形成しようとする位置に、例えばドライエッチングにより溝４ａを形成する。このとき、溝４ａの両端に、ドットパターン３の側面が露出するようにする。ドットパターン３の側面がカーボンナノチューブの成長の起点となるからである。また、溝４ａを形成する際の位置合わせ精度を考慮して、溝４ａの両端がドットパターン３の上面に位置するように設計することが好ましい。即ち、溝４ａからドットパターン３が若干露出するように設計することが好ましい。このように設計することにより、若干の位置ずれが生じたとしても、ドットパターン３の側面を確実に露出させることができる。【００２５】
なお、溝４ａの形成後にドットパターン３の側面にポリマーや触媒金属の酸化物等が付着している場合には、必要に応じて等方性エッチング（プラズマ処理又はウェット処理等）を行うことが好ましい。【００２６】
その後、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、熱ＣＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法により、ドットパターン３を起点として、カイラリティ（幾何構造）がアームチェア型のカーボンナノチューブ５を成長させる。このとき、大部分のカーボンナノチューブ５は、向かい合うドットパターン３の間に成長するが、一部のカーボンナノチューブ５はドットパターン３の上面から上方に成長する。【００２７】
続いて、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、後に行うＣＭＰの際の損傷からカーボンナノチューブ５を保護する保護膜６を形成する。保護膜６は、少なくとも溝４ａを埋め込む程度、即ち少なくともドットパターン３間のカーボンナノチューブ５を覆う程度に形成することが好ましい。保護膜６としては、カーボンナノチューブ５の酸化を回避するために、シリコン窒化膜又は導電膜を形成することが好ましい。また、絶縁膜をスパッタ法で形成してもよい。更に、カーボンナノチューブ５の酸化に注意するのであれば、保護膜６としてシリコン酸化膜を用いることも可能である。【００２８】
なお、カーボンナノチューブ５がＣＭＰに対して十分な強度を具えている場合には、保護膜６を形成しなくてもよい。【００２９】
次に、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、ドットパターン３が露出するまで、層間絶縁膜４、カーボンナノチューブ５及び保護膜６をＣＭＰ等により除去する。【００３０】
次いで、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、例えばＴＥＯＳを用いて、全面に層間絶縁膜７を形成する。ここまでの工程で、１層目のカーボンナノチューブ配線を形成する一連の工程が完了する。【００３１】
その後、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、層間絶縁膜７に、ドットパターン３まで到達する開口部（ビアホール）７ａを形成する。但し、開口部７ａを全てのドットパターン３上に形成する必要はない。【００３２】
続いて、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、熱ＣＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法により、ドットパターン３を起点としてカーボンナノチューブ８を垂直方向に成長させる。【００３３】
次に、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、ＣＭＰ等によりカーボンナノチューブ８の層間絶縁膜７から突出している部分を除去する。この結果、開口部７ａ内にビアが埋め込まれた構造が得られる。【００３４】
その後、２層目以降の配線等を同様の工程により形成して半導体装置を完成させる。【００３５】
このような第１の実施形態によれば、高い精度で所望の位置にカーボンナノチューブからなる配線を容易に形成することができる。【００３６】
なお、上述のように、ドットパターン３の形状は、形成しようとする配線に要求される抵抗に基づいて決定することが好ましいが、溝４ａの幅及び高さも、その配線に抵抗に基づいて決定することが好ましい。溝４ａ内に形成されるカーボンナノチューブ５は、その成長条件によってその単位面積当たりの本数やその導電性等の特性が変化する。従って、要求される抵抗が得られるように、溝４ａの形状及びカーボンナノチューブ５の成長条件を決定することが好ましい。なお、ドットパターン３の幅及び溝４ａの幅については、どちらが太くてもよく、また、同等の幅となっていてもよい。【００３７】
第１の実施形態を適用して製造した半導体装置の構造は、例えば図１１に示すようなものとなる。即ち、半導体基板１０１の表面にＭＯＳトランジスタ１０２及びキャパシタ１０３等が形成され、これらを覆うように層間絶縁膜１０４が形成されている。層間絶縁膜１０４には、ＭＯＳトランジスタ１０２及びキャパシタ１０３等の電極まで到達する開口部が形成され、その内部にＷプラグ１０５が形成されている。そして、層間絶縁膜１０４上及び上方に、触媒金属を含有する複数の起点パターン１０６並びにカーボンナノチューブからなる複数の配線１０７及びビア１０８が形成されている。なお、パッド層１０９は、例えばバリアメタル膜１０９ａ、Ａｌ膜１０９ｂ及びバリアメタル膜１０９ｃから構成されている。【００３８】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、カーボンナノチューブからなる配線及びビアを同時に形成する。図１２Ａ及び図１２Ｂ〜図１６Ａ及び図１６Ｂは、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す図である。【００３９】
第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、ドットパターン３の形成までの工程を行った後、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、例えばＴＥＯＳを用いて、ドットパターン３を覆う層間絶縁膜１４を形成する。次に、その表面をＣＭ等により平坦化する。その後、層間絶縁膜１４の配線を形成しようとする位置に、例えばドライエッチングにより溝１４ａを形成する。このとき、溝１４ａの両端から、ドットパターン３の側面だけでなく、上面が露出するようにする。ドットパターン３の上面がビア用のカーボンナノチューブの成長の起点となるからである。また、溝１４ａを形成する際の位置合わせ精度を考慮して、溝１４ａの両端がドットパターン３の上面に位置するように設計することが好ましい。即ち、上面が露出するドットパターン３を層間絶縁膜１４が若干覆うように設計することが好ましい。このように設計することにより、若干の位置ずれが生じたとしても、ビアの形成に十分な面積を確実に露出させることができる。但し、第１の実施形態における開口部７ａと同様に、全てのドットパターン３の上面を露出させる必要はない。【００４０】
なお、溝１４ａの形成後にドットパターン３の側面にポリマーや触媒金属の酸化物等が付着している場合には、第１の実施形態と同様に、必要に応じて等方性エッチングを行うことが好ましい。【００４１】
その後、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、熱ＣＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法により、ドットパターン３を起点としてカーボンナノチューブ１５を成長させる。このとき、カーボンナノチューブ１５は、向かい合うドットパターン３の間に成長すると共に、ドットパターン３の上面から垂直方向に成長する。【００４２】
続いて、図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、例えばＴＥＯＳを用いて、全面に層間絶縁膜１６を形成し、ＣＭＰ等によりカーボンナノチューブ１５の層間絶縁膜１６から突出している部分を除去する。この結果、層間絶縁膜１４及び１６からなる層中にビアが形成された構造が得られる。【００４３】
次に、図１５Ａ及び図１５Ｂに示すように、２層目以降の配線を形成するために必要な箇所に、触媒金属からなるドットパターン１７を形成する。【００４４】
次いで、図１６Ａ及び図１６Ｂに示すように、例えばＴＥＯＳを用いて、ドットパターン１７を覆う層間絶縁膜１８を形成した後、その表面をＣＭＰ等により平坦化する。【００４５】
その後、２層目以降の配線等を同様の工程により形成して半導体装置を完成させる。【００４６】
このような第２の実施形態によれば、保護膜６を形成する工程及びこれに付随する工程が不要であるため、工程数を低減することができる。【００４７】
なお、第１の実施形態では、ドットパターン３の間にカーボンナノチューブ５を成長させる際に、上方にもカーボンナノチューブ５が不必要に成長するため、これを除去しているが、カーボンナノチューブ５を成長させる前に上方にカーボンナノチューブ５が成長しないようにしてもよい。例えば、図１７Ａ及び図１７Ｂに示すように、ドットパターン３上に、カーボンナノチューブ５の成長を抑制する成長抑制膜２１を形成してもよい。成長抑制膜２１としては、溝４ａの形成時に層間絶縁膜４と同時にエッチングされることがなく、且つカーボンナノチューブ５の成長を抑制することができる膜であれば、即ち、層間絶縁膜４に対するエッチング選択比があり、且つカーボンナノチューブの触媒作用がない膜であれば、導電膜及び絶縁膜のいずれを形成してもよい。このような導電膜としては、Ａｌ膜、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜等が挙げられ、絶縁膜としては、Ｓｉ窒化膜、アルミナ膜等が挙げられる。【００４８】
このような成長抑制膜２１を用いる場合には、ドットパターン３の原料膜及び成長抑制膜２１の原料膜を順次形成した後、これらをパターニングすればよい。また、ビアを形成するためには、例えば、層間絶縁膜７に開口部（ビアホール）７ａを形成した後に続けて成長抑制膜２１にも開口部を形成すればよい。但し、成長抑制膜２１に開口部を形成する際には、層間絶縁膜７がエッチングされないような条件を採用することが好ましい。【００４９】
更に、成長抑制膜２１を用いる場合には、図１８Ａ及び図１８Ｂに示すように、カーボンナノチューブの成長起点となるドットパターン２３の断面形状を逆テーパ状、即ち下方ほど細い形状とすることが好ましい。このような形状のドットパターン２３を用いると、その間に成長するカーボンナノチューブ２５が上方にはみ出しにくくなり、その後の加工がより一層容易となる。カーボンナノチューブは、触媒金属の表面に対して垂直に成長しやすいが、例えば図４Ｂに示すように、一部はこの方向から傾斜した方向に成長する。このような性質を見積もった上で、予めドットパターンの断面形状を逆テーパ状としておけば、カーボンナノチューブの成長方向を横方向又はそれよりも下向きの方向とすることができ、上方にはみ出た部分を後に除去する必要がなくなる。なお、このような逆テーパ状のドットパターンは、成長抑制層を用いない場合にも有効であるが、成長抑制層を用いる場合により効果的に作用する。【００５０】
このような逆テーパ状のドットパターンは、例えば原料膜のエッチング条件の調整により、エッチング中のパターン側壁への再付着物を生じにくくして、横方向へのエッチングを促進することにより形成することができる。また、後述のようなダマシン法を採用し、且つドットパターン用の開口部の断面形状を順テーパ状としても形成することができる。【００５１】
また、カーボンナノチューブ５を形成した後に、これが露出した状態で層間絶縁膜７を酸化性雰囲気下で形成すると、カーボンナノチューブ５が酸化する虞がある。このような場合、図１９Ａ及び図１９Ｂに示すように、層間絶縁膜７の形成前に、酸化防止膜２２を形成することが好ましい。酸化防止膜２２としては、例えばＳｉ窒化膜等の還元性雰囲気下でＣＶＤ法により形成することができる膜、並びにスパッタ法により形成することができる絶縁膜（例えばアルミナ膜、チタニア膜、Ｓｉ酸化膜）及び導電膜（Ｔｉ膜、Ａｌ膜）等が挙げられる。【００５２】
更に、ドットパターン３の表面を触媒金属からなる膜で覆ってもよい。ここで、このような膜の形成方法及びその効果について、図２０Ａ及び図２０Ｂ〜図２３Ａ及び図２３Ｂを参照しながら説明する。【００５３】
先ず、ドットパターン３の原料膜及び触媒金属膜をＳｉ酸化膜２上に順次形成した後、これらをパターニングすることにより、図２０Ａ及び図２０Ｂに示すように、ドットパターン３及び触媒金属膜３１を形成する。触媒金属膜３１は、例えばＣｏ、Ｎｉ又はＦｅ等からなる。【００５４】
次に、図２１Ａ及び図２１Ｂに示すように、触媒金属膜３１と同種の金属からなる触媒金属膜３２を、例えばＣＶＤ法、ＰＶＤ法又はめっき法等により全面に形成する。【００５５】
次いで、図２２Ａ及び図２２Ｂに示すように、触媒金属膜３１及び３２に対して異方性エッチングを施すことにより、これらをドットパターン３の周囲にのみ残存させる。【００５６】
その後、図２３Ａ及び図２３Ｂに示すように、第１の実施形態と同様に、層間絶縁膜４を形成した後、溝４ａを形成する。【００５７】
このような方法によれば、カーボンナノチューブは触媒金属膜３１及び３２を起点として成長するため、ドットパターン３は触媒金属以外の材料から形成されていてもよい。Ｃｏ、Ｎｉ及びＦｅのドライエッチングは容易ということはできず、これらからなるドットパターン３を所望の形状とすることは比較的困難である。これに対し、触媒金属膜３１及び３２を用いれば、ドットパターン３の材料として、加工が比較的容易なＡｌ、ＴｉＮ、絶縁物等を用いることが可能であるため、所望の形状を得やすい。ドットパターン３の形状は、これを起点とするカーボンナノチューブの成長方向に影響を及ぼすため、ドットパターン３を高い精度で形成できることは極めて有用である。また、Ｔｉからなるドットパターン３を形成した場合には、カーボンナノチューブとドットパターン３とのオーミックコンタクトを得ることも可能である。【００５８】
更に、触媒金属膜３１及び３２を用いる場合、ドットパターン３を複数層からなるものとしてもよい。例えば、ドットパターン３の構造をＡｌからなる基部をＴｉ膜が覆うものとしてもよい。この構造の場合、Ａｌを用いたことにより加工が容易であるという利点と、Ｔｉを用いたことによりオーミックコンコンタクトを確保できるという利点とを同時に得ることができる。【００５９】
また、ドットパターンは、上述のような原料膜の形成及びそのパターニングという方法だけでなく、ダマシン法により形成することもできる。この方法について、図２４Ａ及び図２４Ｂ〜図２７Ａ及び図２７Ｂを参照しながら説明する。【００６０】
この方法では、先ず、図２４Ａ及び図２４Ｂに示すように、Ｓｉ酸化膜２上に、絶縁膜４１を形成した後、これのドットパターンを形成する予定の部位に開口部４１ａを形成する。絶縁膜４１としては、例えばＳｉ酸化膜２に対してエッチング選択比があるものを用いることが好ましい。【００６１】
次に、図２５Ａ及び図２５Ｂに示すように、開口部４１ａを埋め込むようにして触媒金属膜４２を全面に形成する。触媒金属膜４２は、例えばＣＶＤ法、ＰＶＤ法、めっき法等により形成することができる。【００６２】
次いで、図２６Ａ及び図２６Ｂに示すように、開口部４１ａ内の触媒金属膜４２の高さが所望の高さになるまでＣＭＰ等による平坦化を行う。なお、絶縁膜４１の厚さを形成しようとするドットパターンの高さにしてあれば、絶縁膜４１が露出した時点で平坦化を終了することができる。【００６３】
その後、図２７Ａ及び図２７Ｂに示すように、全面に層間絶縁膜４３を形成すれば、図２Ａ及び図２Ｂに示す状態と同等の状態となる。【００６４】
このようなダマシン法を採用すれば、Ｃｏ、Ｎｉ及びＦｅ等のドライエッチングが比較的困難な材料を用いる場合でも、比較的容易に所望の形状のドットパターンを形成することができる。【００６５】
なお、配線及びビアを構成するカーボンナノチューブの強度が十分に強い場合には、図２８に示すように、配線間に層間絶縁膜を形成しなくてもよい。即ち、触媒金属を含有する複数の起点パターン１０６並びにカーボンナノチューブからなる複数の配線１０７及びビア１０８が露出されていてもよい。このような構造は、図１１と同様の積層構造を構築した後に、例えばフッ酸系の薬液を用いた等方性ウェットエッチングを行うことにより得ることができる。但し、層間絶縁膜１０４は残存させておくことが必要であるため、層間絶縁膜１０４を覆うＳｉ窒化膜等からなるエッチングストッパ層１１０を形成しておくことが好ましい。【００６６】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態では、ジグザグ型のカーボンナノチューブからなるチャネルを有する電界効果トランジスタを形成する。図２９Ａ及び図２９Ｂ〜図４０Ａ及び図４０Ｂは、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す図である。なお、図２９Ｂ〜図４０Ｂは、夫々図２９Ａ〜図４０Ａ中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。【００６７】
第３の本実施形態では、先ず、図２９Ａ及び図２９Ｂに示すように、半導体基板５１上に、例えばＴＥＯＳを用いてＳｉ酸化膜５２を形成する。次に、Ｓｉ酸化膜５２上に、カーボンナノチューブに対する触媒金属からなるドットパターン５３を形成する。触媒金属としては、例えばコバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）又は鉄（Ｆｅ）等が挙げられる。ドットパターン５３を形成する位置は、形成しようとするトランジスタのソース及びドレインにする。また、ドットパターン５３の高さ及び幅等の断面形状は、形成しようとするトランジスタのチャネルの太さ及び充填密度等に応じて決定する。【００６８】
次いで、図３０Ａ及び図３０Ｂに示すように、例えばＴＥＯＳを用いて、ドットパターン５３を覆う絶縁膜５４を形成した後、その表面をＣＭＰ等により平坦化する。【００６９】
その後、図３１Ａ及び図３１Ｂに示すように、絶縁膜５４のチャネルを形成しようとする位置に、例えばドライエッチングにより溝５４ａを形成する。このとき、第１の実施形態と同様に、溝５４ａの両端に、ドットパターン５３の側面が露出するようにする。ドットパターン５３の側面がカーボンナノチューブの成長の起点となるからである。また、溝５４ａを形成する際の位置合わせ精度を考慮して、溝５４ａの両端がドットパターン５３の上面に位置するように設計することが好ましい。即ち、溝５４ａからドットパターン５３が若干露出するように設計することが好ましい。このように設計することにより、若干の位置ずれが生じたとしても、ドットパターン３の側面を確実に露出させることができる。【００７０】
なお、第１の実施形態と同様に、溝５４ａの形成後にドットパターン５３の側面にポリマーや触媒金属の酸化物等が付着している場合には、必要に応じて等方性エッチング（プラズマ処理又はウェット処理等）を行うことが好ましい。【００７１】
その後、図３２Ａ及び図３２Ｂに示すように、熱ＣＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法により、ドットパターン５３を起点としてカーボンナノチューブ５５を成長させる。このとき、一部のカーボンナノチューブ５５は向かい合うドットパターン５３の間に成長するが、一部のカーボンナノチューブ５５はドットパターン３の上面から上方に成長する。【００７２】
続いて、図３３Ａ及び図３３Ｂに示すように、後に行うＣＭＰの際の損傷からカーボンナノチューブ５５を保護する保護膜５６を形成する。保護膜５６としては、カーボンナノチューブ５５の酸化を回避するために、シリコン窒化膜又は導電膜を形成することが好ましい。また、絶縁膜をスパッタ法で形成してもよい。更に、カーボンナノチューブ５５の酸化に注意するのであれば、保護膜５６としてシリコン酸化膜を用いることも可能である。【００７３】
なお、カーボンナノチューブ５５がＣＭＰに対して十分な強度を具えている場合には、保護膜５６を形成しなくてもよい。【００７４】
次に、図３４Ａ及び図３４Ｂに示すように、ドットパターン５３が露出するまで、絶縁膜５４、カーボンナノチューブ５５及び保護膜５６をＣＭＰ等により除去する。なお、カーボンナノチューブ５５の隙間に保護膜５６が残留し、トランジスタ特性に悪影響を及ぼすことが懸念される場合は、フッ酸系の薬液を用いたウェット処理を行うことにより、残留している保護膜５６を除去することが好ましい。【００７５】
次いで、図３５Ａ及び図３５Ｂに示すように、例えばＣＶＤ法により、全面にゲート絶縁膜５７を形成する。【００７６】
その後、図３６Ａ及び図３６Ｂに示すように、ゲート絶縁膜５７上にゲート電極５８を形成する。なお、ゲート電極５８の幅（ゲート長）は、チャネルを構成するカーボンナノチューブ５５の長さよりも短くても、長くてもよい。【００７７】
続いて、図３７Ａ及び３７Ｂに示すように、例えばＴＥＯＳを用いて、ゲート電極５８を覆う層間絶縁膜５９を形成し、【００７８】
次に、図３８Ａ及び図３８Ｂに示すように、層間絶縁膜５９に、ドットパターン５３まで到達する開口部（ビアホール）５９ａを形成する。但し、開口部５９ａを全てのドットパターン５３上に形成する必要はない。【００７９】
次いで、図３９Ａ及び図３９Ｂに示すように、熱ＣＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法により、ドットパターン５３を起点としてカーボンナノチューブ６０を垂直方向に成長させる。その後、ＣＭＰ等によりカーボンナノチューブ６０の層間絶縁膜５９から突出している部分を除去する。この結果、開口部５９ａ内にビアが埋め込まれた構造が得られる。続いて、層間絶縁膜５９上に、カーボンナノチューブに対する触媒金属からなるドットパターン６１を形成する。ドットパターン６１を形成する位置は、形成しようとするトランジスタのソース及びドレインにする。このとき、一部のドットパターン６１を、カーボンナノチューブ６０上に形成してもよい。【００８０】
次に、下層の電界効果トランジスタを形成するための工程と同様の工程を行う。つまり、図４０Ａ及び図４０Ｂに示すように、絶縁膜６２を形成し、これに溝を形成し、溝内にカーボンナノチューブ６３を成長させ、これらを平坦化した後、ゲート絶縁膜６４を形成し、その上にゲート電極６５を形成する。そして、ゲート電極６５を覆う層間絶縁膜６６を形成する。その後、配線等を形成して半導体装置を完成させる。【００８１】
このような第３の実施形態によれば、高い精度で所望の位置にカーボンナノチューブからなるチャネルを備えた電界効果トランジスタを容易に形成することができる。また、Ｓｉ基板の表面に形成する場合と異なり、種々の膜の上に形成することができるので、基板の表面に平行な方向だけでなく、垂直な方向にも複数の電界効果トランジスタを並べて配置することができる。【００８２】
なお、図４１に示すように、ゲート電極５８に触媒金属層６７を形成し、その上方にカーボンナノチューブ６０を成長させてもよい。このような構造及び方法を採用することにより、ゲートとソース／ドレインとの接続にもカーボンナノチューブを用いることができる。この場合、上層のトランジスタのゲート電極６５上に触媒金属層６８を形成し、更に上層の電極や配線等とカーボンナノチューブを用いて接続するようにすることが好ましい。そして、このような方法を採用した半導体装置の断面構造は、例えば図４２に示すようなものとなる。【００８３】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図４３Ａ及び図４３Ｂ〜図４５Ａ及び図４５Ｂは、本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す図である。なお、図４３Ｂ〜図４５Ｂは、夫々図４３Ａ〜図４５Ａ中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。【００８４】
第４の実施形態では、図４３Ａ及び図４３Ｂに示すように、半導体基板５１上にＳｉ酸化膜５２を形成した後、Ｓｉ酸化膜５２上に、カーボンナノチューブに対する触媒金属からなるドットパターン７１を形成する。ドットパターン７１を形成する位置は、形成しようとするトランジスタのソース及びドレインにする。また、ドットパターン５３の平面形状は、最終的に残す大きさよりも大きなものとする。次いで、例えばＴＥＯＳを用いて、ドットパターン７１を覆う絶縁膜７２を形成した後、その表面をＣＭＰ等により平坦化する。その後、絶縁膜７２のチャネルを形成しようとする位置に、例えばドライエッチングにより溝７２ａを形成する。このとき、第３の実施形態と同様に、溝７２ａの両端に、ドットパターン７１の側面が露出するようにすると共に、溝７２ａの両端がドットパターン７１の上面に位置するように溝７２ａを形成する。【００８５】
続いて、図４４Ａ及び図４４Ｂに示すように、ウェットエッチング等によりドットパターン７１の端部を等方的に後退させる。この結果、絶縁膜７２とＳｉ酸化膜５２との間に隙間が形成される。【００８６】
次に、図４５Ａ及び図４５Ｂに示すように、熱ＣＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法により、ドットパターン７１を起点としてカーボンナノチューブ７３を成長させる。【００８７】
このような第４の実施形態によれば、カーボンナノチューブ７３は、上方に成長することはほとんどなく、高い確実性で向かい合うドットパターン７１の間に成長する。第３の実施形態では、溝５４ａからドットパターン５３がはみ出しているため、上方にもカーボンナノチューブ５５が成長する。また、カーボンナノチューブ５５は、ドットパターン５３の側面のテーパ角度及び平坦度の影響により、十分に水平方向に成長しない虞もある。このため、後にカーボンナノチューブ５５の余分な部分を除去する必要がある。これに対し、第４の実施形態では、カーボンナノチューブ７３が水平方向に成長しやすいため、後に余分なカーボンナノチューブを除去する工程が不要である。【００８８】
また、カーボンナノチューブ７３の水平方向への成長しやすさは、ドットパターン７１の後退量が大きいほど、高くなる。なお、カーボンナノチューブ７３を成長させる際に溝７２ａが変形する虞がある場合には、絶縁膜７２の厚さを調整すればよい。【００８９】
なお、電界効果トランジスタのゲート電極はゲート絶縁膜上に形成されている必要はなく、図４６Ａ及び図４６Ｂに示すように、バックゲート構造を採用してもよい。このような構造を得るための方法としては、例えば次のようなものがある。例えば、Ｓｉ酸化膜５２を２層構造とし、１層目を形成した後に、ゲート電極８１を形成する。次に、２層目のＳｉ酸化膜を形成し、その後、ゲート絶縁膜８２を形成する。そして、第３の実施形態と同様にして、ドットパターン５３及びカーボンナノチューブ５５等を形成する。また、ダマシン法を採用してＳｉ酸化膜５２内に、ゲート電極８１を埋め込むようにしてもよい。【００９０】
なお、カイラリティがジグザグ型のカーボンナノチューブの導電型は、成長したままではＰ型である。これに対し、カーボンナノチューブを真空中でアニールすると、その導電型はＮ型に変化する。この現象は、カーボンナノチューブと触媒金属との接合部分での酸素吸着の有無に起因すると考えられている。つまり、真空中でのアニールにより、接合部分の酸素が抜けてＮ型に変化すると考えられている。そして、このような現象を利用すれば、図４７Ａ〜図４７Ｃに示すように、インバータを形成することができる。【００９１】
図４７Ａ〜図４７Ｃに示すトランジスタでは、つまり、これらのトランジスタが共有するゲート電極５８が入力端子であり、カーボンナノチューブ６０を介して接続されたドレイン（ドットパターン８３及び５３）が出力端子である。また、上層のトランジスタのソース（ドットパターン８３）に正の電圧が印加され、下層のトランジスタのソース（ドットパターン５３）に負の電圧が印加される。【００９２】
このような構造は、例えば次のようにして形成することができる。先ず、第三の実施形態と同様にして、層間絶縁膜５９の形成までの工程を行う。次に、ゲート電極５８が露出するまで、ＣＭＰ等により層間絶縁膜５９を平坦化する。次いで、ゲート絶縁膜８１を形成する。その後、ゲート絶縁膜８１及び層間絶縁膜５９内に、カーボンナノチューブ６０からなるビアを形成する。そして、絶縁膜８２、ドットパターン８３及びカーボンナノチューブ８４を形成する。次いで、図４８に示すように、真空中でアニールを行って酸素を除去することにより、カーボンナノチューブ８４の導電型をＰ型からＮ型に変化させる。その後、全面に層間絶縁膜８５を形成する。このようにして得られたインバータでは、ゲート電極５８に電圧が印加されていない状態において、カーボンナノチューブ５５の導電型がＰ型であり、カーボンナノチューブ８４の導電型がＮ型である。即ち、下層のトランジスタがＮチャネルトランジスタとして動作し、上層のトランジスタがＰチャネルトランジスタとして動作する。【００９３】
一般に、シリコン系の集積回路では複数のトランジスタを平面的に配置してインバータ等の回路が形成されているが、カーボンナノチューブをチャネルとするトランジスタを用いれば、上述のように、縦方向に複数のトランジスタを配置することができる。これは、カーボンナノチューブは基板表面に形成する必要がないという、高い自由度によるものである。【００９４】
なお、カーボンナノチューブの導電型については、アニール後に再び大気中に放置されると、接合部分に酸素が吸着して、Ｐ型に戻るという可逆性も報告されている。従って、図４８に示すようなアニールを行った後に、図４９に示すように、例えばインサイチュで、酸素ブロック膜８６を形成することが好ましい。酸素ブロック膜８６を形成することにより、酸素の吸着に基づく導電型の逆戻りを防止することができる。また、酸素ブロック膜８６は、その後の層間絶縁膜８５を形成する際の酸化性雰囲気に対する障壁としても機能する。このような酸素ブロック膜８６としては、その形成時に酸素雰囲気が必要とされず、且つ膜中酸素が少ない膜が望ましい。例えば、シリコン窒化膜等が挙げられる。【００９５】
なお、カーボンナノチューブからなるチャネルを形成する場合にも、起点パターンの断面形状を逆テーパ状とすることは効果的である。【００９６】
また、層間絶縁膜の種類は限定されるものではなく、Ｓｉ酸化膜の他に、例えば多孔質低誘電率膜を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
以上詳述したように、本発明によれば、高い精度でカーボンナノチューブからなる微細な配線やチャネルを容易に形成することができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２８】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３１Ａ】
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【図３１Ｂ】
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【図３２Ａ】
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【図３２Ｂ】
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【図３３Ａ】
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【図３３Ｂ】
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【図３４Ａ】
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【図３４Ｂ】
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【図３５Ａ】
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【図３５Ｂ】
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【図３６Ａ】
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【図３６Ｂ】
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【図３７Ａ】
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【図３７Ｂ】
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【図３８Ａ】
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【図３８Ｂ】
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【図３９Ａ】
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【図３９Ｂ】
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【図４０Ａ】
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【図４０Ｂ】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３Ａ】
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【図４３Ｂ】
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【図４４Ａ】
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【図４４Ｂ】
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【図４５Ａ】
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【図４５Ｂ】
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【図４６Ａ】
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【図４６Ｂ】
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【図４７Ａ】
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【図４７Ｂ】
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【図４７Ｃ】
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【図４８】
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【図４９】
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