(57)【要約】【課題】低抵抗及び高信頼性の金属配線構造を提供する。【解決手段】配線構造は、下層配線（２）上に形成された層間絶縁膜（４）と、層間絶縁膜（４）に形成され、下層配線（２）を露出する接続口（５）と、接続口（５）の底部に形成された複数のカーボンナノチューブ（８）と、複数のカーボンナノチューブ（８）間を充填するように、接続口（５）の内部に埋設された配線金属（１０、１１）と、接続口（５）の上部に形成された上層配線（１５）とを備える。複数のカーボンナノチューブ（８）と上層配線（１５）との間には、Ti層９が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下層配線上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜に形成され、前記下層配線を露出する接続口と、
前記接続口の底部に形成された複数のカーボンナノチューブと、
前記複数のカーボンナノチューブ間を充填するように、前記接続口の内部に埋設された配線金属と、
前記接続口の上部に形成された上層配線とを備え、
前記複数のカーボンナノチューブと前記上層配線との間には、Ti層よりなる上層金属層が形成されている、配線構造。
【請求項２】
請求項１に記載の配線構造において、
前記下層配線と前記複数のカーボンナノチューブの下端部との間に介在するように、前記接続口における少なくとも底部に形成されたTi層よりなる下層金属層をさらに備える、配線構造。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の配線構造において、
前記上層金属層は、前記複数のカーボンナノチューブの少なくとも上端部に形成されている、配線構造。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の配線構造において、
前記上層金属層は、前記複数のカーボンナノチューブの少なくとも上端部に接続すると共に前記上層配線の底部を覆うように形成されている、配線構造。
【請求項５】
下層配線上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜に形成され、前記下層配線を露出する接続口と、
前記接続口における少なくとも底部に形成されたTi層よりなる下層金属層と、
前記接続口の底部における前記下層金属層の上に形成された複数のカーボンナノチューブと、
前記複数のカーボンナノチューブ間を充填するように、前記接続口の内部に埋設された配線金属とを備える、配線構造。
【請求項６】
請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の配線構造において、
前記カーボンナノチューブは、多層構造である、配線構造。
【請求項７】
請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載の配線構造において、
前記配線金属は、銅である、配線構造。
【請求項８】
下層配線上に層間絶縁膜を形成する工程（ａ）と、
前記層間絶縁膜に、前記下層配線を露出する接続口を形成する工程（ｂ）と、
前記接続口の底部に複数のカーボンナノチューブを形成した後に、該複数のカーボンナノチューブ間を充填するように、前記接続口の内部に配線金属を埋設する工程（ｃ）と、
前記工程（ｃ）の後に、前記接続口の上部に上層配線を形成する工程（ｄ）とを備え、
前記複数のカーボンナノチューブと前記上層配線との間には、Ti層よりなる上層金属層が形成されている、配線構造の形成方法。
【請求項９】
請求項８に記載の配線構造の形成方法において、
前記工程（ｂ）と前記工程（ｃ）との間に、前記接続口における少なくとも底部にTi層よりなる下層金属層を形成する工程（ｅ）をさらに備える、配線構造の形成方法。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載の配線構造の形成方法において、
前記工程（ｃ）は、上端が前記接続口の内部からはみ出さないように、前記複数のカーボンナノチューブを形成した後に、前記複数のカーボンナノチューブの少なくとも上端部に前記上層金属層を形成してから、前記配線金属を埋設する工程である、配線構造の形成方法。
【請求項１１】
請求項８又は９に記載の配線構造の形成方法において、
前記工程（ｃ）は、上端が前記接続口の内部からはみ出すように、前記複数のカーボンナノチューブを形成した後に、前記配線金属を埋設する工程であり、
前記工程（ｃ）と前記工程（ｄ）との間に、前記複数のカーボンナノチューブにおける前記接続口の内部らはみ出している上端部分を除去して、前記接続口の上部を平坦化する工程（ｆ）と、
前記工程（ｆ）と前記工程（ｄ）との後に、前記複数のカーボンナノチューブと接続するように、前記接続口の上に前記上層金属層を形成する工程（ｇ）とをさらに備える、配線構造の形成方法。
【請求項１２】
下層配線上に層間絶縁膜を形成する工程（ａ）と、
前記層間絶縁膜に、前記下層配線を露出する接続口を形成する工程（ｂ）と、
前記接続口における少なくとも底部に、Ti層よりなる下層金属層を形成する工程（ｃ）と、
前記接続口の底部における前記下層金属層の上に複数のカーボンナノチューブを形成した後に、該複数のカーボンナノチューブ間を充填するように、前記接続口の内部に配線金属を埋設する工程（ｃ）とを備える、配線構造の形成方法。
【請求項１３】
請求項８〜１２のうちのいずれか１項に記載の配線構造の形成方法において、
前記カーボンナノチューブは、多層構造である、配線構造の形成方法。
【請求項１４】
請求項８〜１３のうちのいずれか１項に記載の配線構造の形成方法において、
前記配線金属は、銅である、配線構造の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信頼性の高い配線を実現する配線構造及びその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩの多層配線構造における接続口に流れる最大電流密度は、微細化の進展によって顕著に増大しており、従来から多層配線に用いられている銅配線では、要求される信頼性寿命を満足できないことが予想されている（例えば、非特許文献１参照）。ＩＴＲＳ（International Technology Road Map for Semiconductor）によると、微細化の指標ハーフピッチ（ｈｐ）２２ｎｍの世代（商用ノード１６ｎｍ）では、最大電流密度は、１×１０７Ａ／ｃｍ２を上回ることが予想されている。ここで、Ｃｕの許容される最大電流密度は、１×１０６Ａ／ｃｍ２台であるため、多層配線に用いる銅配線は限界に到達することが分かる。
【０００３】
そこで、多層配線構造における接続口部分に用いる銅をカーボンナノチューブに置き換えることが提案されている（例えば、非特許文献２参照）。カーボンナノチューブは、１×１０９Ａ／ｃｍ２台の電流密度に耐えることが知られており、バリスティック電導を示すため、銅に代わる次世代の配線材料として盛んに研究されている。また、カーボンナノチューブは、Ｃｏ触媒を用いた熱ＣＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法により形成されるが、銅と同等以上の低抵抗且つ高信頼性の配線を実現することが期待されている。
【特許文献１】特開２００５−１０９４６５公報
【非特許文献１】IEICE TRANS. ELECTRON., Vol.E89-C, No.11, p.1499(2006)
【非特許文献２】Proc. IEEE 2004 International Interconnect Technology Conference
【非特許文献３】MSC2006 Research Conference Proceeding  D3
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、微細な接続口内に１０１２本／ｃｍ２台の十分に高密度のカーボンナノチューブを形成することは困難である。現在のところ、微細な接続口内に、１０１１  本／ｃｍ２台でカーボンナノチューブが形成されることが確認されており、タングステンの抵抗と同程度の抵抗値が確認されている（例えば非特許文献１参照）。このため、接続口内にカーボンナノチューブのみを形成する従来の技術では、接続口部分の抵抗値が接続口内に銅を形成した場合に比べて高いので、ＬＳＩの消費電力の増大を引き起こすことが懸念される。これに対し、接続口部分にカーボンナノチューブと銅などの金属とを形成する方法も提案されているが（例えば特許文献１参照）、カーボンナノチューブと銅を形成した場合には、コンタクト抵抗が高くなるという問題もあった（例えば特許文献３参照）。
【０００５】
前記に鑑み、本発明の目的は、信頼性の高い配線を実現する配線構造及びその形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するために、本発明の一側面に係る配線構造は、下層配線上に形成された層間絶縁膜と、層間絶縁膜に形成され、下層配線を露出する接続口と、接続口の底部に形成された複数のカーボンナノチューブと、複数のカーボンナノチューブ間を充填するように、接続口の内部に埋設された配線金属と、接続口の上部に形成された上層配線とを備え、複数のカーボンナノチューブと上層配線との間には、Ti層よりなる上層金属層が形成されている。
【０００７】
本発明の一側面に係る配線構造において、下層配線と複数のカーボンナノチューブの下端部との間に介在するように、接続口における少なくとも底部に形成されたTi層よりなる下層金属層をさらに備える。
【０００８】
本発明の一側面に係る配線構造において、上層金属層は、複数のカーボンナノチューブの少なくとも上端部に形成されている。
【０００９】
本発明の一側面に係る配線構造において、上層金属層は、複数のカーボンナノチューブの少なくとも上端部に接続すると共に上層配線の底部を覆うように形成されている。
【００１０】
本発明の一側面に係る配線構造において、下層配線上に形成された層間絶縁膜と、層間絶縁膜に形成され、下層配線を露出する接続口と、接続口における少なくとも底部に形成されたTi層よりなる下層金属層と、接続口の底部における下層金属層の上に形成された複数のカーボンナノチューブと、複数のカーボンナノチューブ間を充填するように、接続口の内部に埋設された配線金属とを備える。
【００１１】
本発明の一側面に係る配線構造において、カーボンナノチューブは、多層構造である。
【００１２】
本発明の一側面に係る配線構造において、配線金属は、銅である。
【００１３】
本発明の一側面に係る配線構造の形成方法は、下層配線上に層間絶縁膜を形成する工程（ａ）と、層間絶縁膜に、下層配線を露出する接続口を形成する工程（ｂ）と、接続口の底部に複数のカーボンナノチューブを形成した後に、該複数のカーボンナノチューブ間を充填するように、接続口の内部に配線金属を埋設する工程（ｃ）と、工程（ｃ）の後に、接続口の上部に上層配線を形成する工程（ｄ）とを備え、複数のカーボンナノチューブと上層配線との間には、Ti層よりなる上層金属層が形成されている。
【００１４】
本発明の一側面に係る配線構造の形成方法において、工程（ｂ）と工程（ｃ）との間に、接続口における少なくとも底部にTi層よりなる下層金属層を形成する工程（ｅ）をさらに備える。
【００１５】
本発明の一側面に係る配線構造の形成方法において、工程（ｃ）は、上端が接続口の内部からはみ出さないように、複数のカーボンナノチューブを形成した後に、複数のカーボンナノチューブの少なくとも上端部に上層金属層を形成してから、配線金属を埋設する工程である。
【００１６】
本発明の一側面に係る配線構造の形成方法において、工程（ｃ）は、上端が接続口の内部からはみ出すように、複数のカーボンナノチューブを形成した後に、配線金属を埋設する工程であり、工程（ｃ）と工程（ｄ）との間に、複数のカーボンナノチューブにおける接続口の内部らはみ出している上端部分を除去して、接続口の上部を平坦化する工程（ｆ）と、工程（ｆ）と工程（ｄ）との後に、複数のカーボンナノチューブと接続するように、接続口の上に上層金属層を形成する工程（ｇ）とをさらに備える。
【００１７】
本発明の一側面に係る配線構造の形成方法は、下層配線上に層間絶縁膜を形成する工程（ａ）と、層間絶縁膜に、下層配線を露出する接続口を形成する工程（ｂ）と、接続口における少なくとも底部に、Ti層よりなる下層金属層を形成する工程（ｃ）と、接続口の底部における下層金属層の上に複数のカーボンナノチューブを形成した後に、該複数のカーボンナノチューブ間を充填するように、接続口の内部に配線金属を埋設する工程（ｃ）とを備える。
【００１８】
本発明の一側面に係る配線構造の形成方法において、カーボンナノチューブは、多層構造である。
【００１９】
本発明の一側面に係る配線構造の形成方法において、配線金属は、銅である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の一側面に係る配線構造及びその形成方法によると、下層配線と上層配線とが、接続口内に形成されたカーボンナノチューブと銅膜よりなる構造体を介して接続される配線構造において、カーボンナノチューブと上層配線との間にTi層が形成されていることにより、上層配線に対するコンタクト抵抗の上昇を抑制することができる。また、カーボンナノチューブと下層配線との間にTi層が形成されていることにより、下層配線に対するコンタクト抵抗の上昇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】
【００２１】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る配線構造及びその形成方法について、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図１（ａ）〜（ｄ）、図２（ａ）〜（ｃ）、及び図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る配線構造を形成する方法を工程順に示す断面図である。
【００２３】
まず、図１（ａ）に示すように、例えばシリコン基板（図示せず）上に形成された例えばシリコン酸化膜よりなる絶縁膜１中に、通常のフォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いて、下層配線溝を形成する。続いて、絶縁膜１中に形成された下層配線溝の壁部及び底部に、例えばタンタルナイトライド膜よりなるバリアメタル膜２ａ及び例えばタンタル膜よりなるバリアメタル膜２ｂを順次成膜した後、バリアメタル膜２ｂの上にシード層（図示せず）を堆積し、電解メッキ法により銅膜２ｃを堆積する。続いて、ＣＭＰ法を用いて、下層配線溝の外部にはみ出している部分を研磨除去して表面を平坦化することにより、バリアメタル膜２ａ、バリアメタル膜２ｂ及び銅膜２ｃよりなる下層配線構造２を形成する。続いて、絶縁膜１及び下層配線構造２の上に、例えばＳｉＣＮ膜よりなるバリア絶縁膜３を堆積する。
【００２４】
次に、図１（ｂ）に示すように、バリア絶縁膜３の上に、ＣＶＤ法を用いて、例えば膜厚２００ｎｍのＳｉＯＣ膜よりなる層間絶縁膜４を堆積する。続いて、層間絶縁膜４及びバリア絶縁膜３中に、通常のフォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いて、層間絶縁膜４及びバリア絶縁膜３を貫通して下層配線構造２の上面を露出する接続口５を形成する。続いて、接続口５の壁部及び底部並びに層間絶縁膜４の上面に、例えば膜厚１０ｎｍのＴｉＮ膜６ａと例えば膜厚１０ｎｍのTi層６ｂを下から順に形成する。
【００２５】
次に、図１（ｃ）に示すように、Ti層６ｂの上の全面にＣｏ薄膜を形成した後、ＣＭＰ法を用いて、接続口５の外部に存在しているＣｏ薄膜、Ti層６ｂ、及びＴｉＮ膜６ａを研磨除去する。続いて、接続口５内に存在するＣｏ薄膜を熱処理によって凝集させて微粒化されたＣｏ薄膜７を形成する。
【００２６】
次に、図１（ｄ）に示すように、微粒子化されたＣｏ薄膜７を触媒として、熱ＣＶＤ法により、多層カーボンナノチューブ８を接続口５の内部に形成する。このとき、カーボンナノチューブ８は、その長さが層間絶縁膜４の厚さよりも短くなるように（接続口５の内部からはみ出さないように）形成されている。
【００２７】
次に、図２（ａ）に示すように、カーボンナノチューブ８の少なくとも上端部を覆うように、例えば膜厚４ｎｍのTi層９を形成する。
【００２８】
次に、図２（ｂ）に示すように、層間絶縁膜４の上と、接続口５の壁部及び底部並びにカーボンナノチューブ８及びTi層８の表面とを覆うように、スパッタ法を用いて、例えば膜厚１０ｎｍの銅シード層１０を形成し、電解メッキ法を用いて、接続口５を埋め込むように銅膜１１を堆積する。
【００２９】
次に、図２（ｃ）に示すように、ＣＭＰ法を用いて、層間絶縁膜４上における接続口５の内部からはみ出した銅膜１１（銅シード層１０を含む）を研磨除去する。
【００３０】
次に、図３（ａ）に示すように、層間絶縁膜４及び接続口５を覆うように、例えばＳｉＣＮ膜よりなるバリア絶縁膜１２を形成する。続いて、バリア絶縁膜３の上に、ＣＶＤ法を用いて、例えば膜厚２００ｎｍのＳｉＯＣ膜よりなる層間絶縁膜１３を堆積する。
【００３１】
次に、図３（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１３及びバリア絶縁膜１２中に、通常のフォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いて、層間絶縁膜１３及びバリア絶縁膜１２を貫通して接続口５内の銅膜１１の上面を露出する上層配線溝１４を形成する。続いて、上層配線溝１４の壁部及び底部並びに層間絶縁膜１３の上面に、例えばタンタルナイトライド膜よりなるバリアメタル膜１５ａ及びタンタル膜よりなるバリアメタル膜１５ｂを下から順に形成する。続いて、バリアメタル膜１５ｂの上に例えば膜厚１０ｎｍの銅シード層１５ｃを形成し、電解メッキ法を用いて、上層配線溝１４を埋め込むように銅膜１５ｄを堆積する。
【００３２】
次に、図３（ｃ）に示すように、ＣＭＰ法を用いて、上層配線溝１４の外部にはみ出している部分を研磨除去して表面を平坦化することにより、バリアメタル膜１５ａ、バリアメタル膜１５ｂ、銅シード層１５ｃ及び銅膜１５ｄよりなる上層配線構造１５を形成する。
【００３３】
以上のように、本実施形態に係る配線構造及びその形成方法によると、下層配線と上層配線とが、接続口５内に形成されたカーボンナノチューブ８と銅膜１１よりなる構造体を介して接続される配線構造において、カーボンナノチューブ８の上端部にTi層９が形成されていることにより、上層配線に対するコンタクト抵抗の上昇を抑制することができる。また、カーボンナノチューブ８の下端部にはTi層６ｂが接続していることにより、下層配線に対するコンタクト抵抗の上層を抑制することができる。
【００３４】
さらに、接続口５の内部にカーボンナノチューブ８と銅膜１１とが共存していることにより、カーボンナノチューブ８の形成密度が低い場合であっても、接続口５の低抵抗化と共に、高信頼性化を実現することが可能となる。すなわち、接続口５の抵抗は、銅単独の抵抗とカーボンナノチューブ８の抵抗との並列抵抗となり、カーボンナノチューブ８がバリスティックな電導を示すことから、接続口５内に銅を単独に形成する場合よりも銅とカーボンナノチューブ８とを共存させた場合の方が、接続口５の抵抗は低下する。また、接続口５内にカーボンナノチューブ８が存在することにより、銅がマイグレーションを起こした場合であっても、カーボンナノチューブ８は残存するため、接続口５部分での断線を大幅に抑制することが可能となる。
【００３５】
なお、以上の本実施形態において、カーボンナノチューブを形成する際の触媒金属としてＣｏを用いた場合について説明したが、Ｎｉ、Ｆｅなどの金属も用いることができる。また、配線材料として銅を用いた場合について説明したが、アルミニウム、銀、又は金などを用いることもできる。
【００３６】
また、以上の本実施形態では、カーボンナノチューブ８の下部にTi層よりなるバリアメタル膜６ｂが形成されると共に、カーボンナノチューブ８の上端にTi層９が形成された場合の配線構造について説明したが、接続口５におけるコンタクト抵抗の上昇の抑制を図るためには、カーボンナノチューブ８の上部及び下部の少なくも一方にTi層を備える構造であればよいことは言うまでもない。
【００３７】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る配線構造及びその形成方法について、図面を参照しながら説明する。
【００３８】
図４（ａ）〜（ｄ）、図５（ａ）〜（ｃ）、及び図６（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態に係る配線構造を形成する方法を工程順に示す断面図である。
【００３９】
まず、図４（ａ）に示すように、例えばシリコン基板（図示せず）上に形成された例えばシリコン酸化膜よりなる絶縁膜１中に、通常のフォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いて、下層配線溝を形成する。続いて、絶縁膜１中に形成された下層配線溝の壁部及び底部に、例えばタンタルナイトライド膜よりなるバリアメタル膜２ａ及び例えばタンタル膜よりなるバリアメタル膜２ｂを順次成膜した後、バリアメタル膜２ｂの上にシード層（図示せず）を堆積し、電解メッキ法により銅膜２ｃを堆積する。続いて、ＣＭＰ法を用いて、下層配線溝の外部にはみ出している部分を研磨除去して表面を平坦化することにより、バリアメタル膜２ａ、バリアメタル膜２ｂ及び銅膜２ｃよりなる下層配線構造２を形成する。続いて、絶縁膜１及び下層配線構造２の上に、例えばＳｉＣＮ膜よりなるバリア絶縁膜３を堆積する。
【００４０】
次に、図４（ｂ）に示すように、バリア絶縁膜３の上に、ＣＶＤ法を用いて、例えば膜厚２００ｎｍのＳｉＯＣ膜よりなる層間絶縁膜４を堆積する。続いて、層間絶縁膜４及びバリア絶縁膜３中に、通常のフォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いて、層間絶縁膜４及びバリア絶縁膜３を貫通して下層配線構造２の上面を露出する接続口５を形成する。続いて、接続口５の壁部及び底部並びに層間絶縁膜４の上面に、例えば膜厚１０ｎｍのＴｉＮ膜６ａと例えば膜厚１０ｎｍのTi層６ｂを下から順に形成する。
【００４１】
次に、図４（ｃ）に示すように、Ti層６ｂの上の全面にＣｏ薄膜を形成した後、ＣＭＰ法を用いて、接続口５の外部に存在しているＣｏ薄膜、Ti層６ｂ、及びＴｉＮ膜６ａを研磨除去する。続いて、接続口５内に存在するＣｏ薄膜を熱処理によって凝集させて微粒化されたＣｏ薄膜７を形成する。
【００４２】
次に、図４（ｄ）に示すように、微粒子化されたＣｏ薄膜７を触媒として、熱ＣＶＤ法により、多層カーボンナノチューブ８を接続口５の内部に形成する。このとき、カーボンナノチューブ８は、その長さが層間絶縁膜４の厚さよりも長くなるように（接続口５の内部からはみ出すように）形成されている。
【００４３】
次に、図５（ａ）に示すように、層間絶縁膜４の上と、接続口５の壁部及び底部並びにカーボンナノチューブ８の表面とを覆うように、スパッタ法を用いて、例えば膜厚１０ｎｍの銅シード層１０を形成する。
【００４４】
次に、図５（ｂ）に示すように、電解メッキ法を用いて、接続口５を埋め込むように銅膜１１を堆積する。
【００４５】
次に、図５（ｃ）に示すように、ＣＭＰ法を用いて、層間絶縁膜４上における接続口５の内部からはみ出した銅膜１１（銅シード層１０を含む）と共にカーボンナノチューブ８の先端部分を研磨除去して表面を平坦化する。
【００４６】
次に、図６（ａ）に示すように、層間絶縁膜４及び接続口５を覆うように、例えばＳｉＣＮ膜よりなるバリア絶縁膜１２を形成する。続いて、バリア絶縁膜３の上に、ＣＶＤ法を用いて、例えば膜厚２００ｎｍのＳｉＯＣ膜よりなる層間絶縁膜１３を堆積する。
【００４７】
次に、図６（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１３及びバリア絶縁膜１２中に、通常のフォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いて、層間絶縁膜１３及びバリア絶縁膜１２を貫通して接続口５内の銅膜１１及びカーボンナノチューブ８の上面を露出する上層配線溝１４を形成する。続いて、上層配線溝１４の壁部及び底部並びに層間絶縁膜１３の上面に、例えば膜厚５ｎｍのTi層よりなるバリアメタル膜１５ａを形成する。続いて、バリアメタル膜１５ａの上に、例えばタンタル膜よりなるバリアメタル膜１５ｂを形成する。続いて、バリアメタル膜１５ｂの上に例えば膜厚１０ｎｍの銅シード層１５ｃを形成し、電解メッキ法を用いて、上層配線溝１４を埋め込むように銅膜１５ｄを堆積する。
【００４８】
次に、図６（ｃ）に示すように、ＣＭＰ法を用いて、上層配線溝１４の外部にはみ出している部分を研磨除去して表面を平坦化することにより、バリアメタル膜１５ａ、バリアメタル膜１５ｂ、銅シード層１５ｃ及び銅膜１５ｄよりなる上層配線構造１５を形成する。
【００４９】
以上のように、本実施形態に係る配線構造及びその形成方法によると、下層配線と上層配線とが、接続口５内に形成されたカーボンナノチューブ８と銅膜１１よりなる構造体を介して接続される配線構造において、カーボンナノチューブ８の上端にTi層よりなるバリアメタル膜１５ａが接続していることにより、上層配線に対するコンタクト抵抗の上昇を抑制することができる。また、カーボンナノチューブ８の下端部にはTi層６ｂが接続されていることにより、下層配線に対するコンタクト抵抗の上層を抑制することができる。
【００５０】
さらに、接続口５の内部にカーボンナノチューブ８と銅膜１１とが共存していることにより、カーボンナノチューブ８の形成密度が低い場合であっても、接続口５の低抵抗化と共に、高信頼性化を実現することが可能となる。すなわち、接続口５の抵抗は、銅単独の抵抗とカーボンナノチューブ８の抵抗との並列抵抗となり、カーボンナノチューブ８がバリスティックな電導を示すことから、接続口５内に銅を単独に形成する場合よりも銅とカーボンナノチューブ８とを共存させた場合の方が、接続口５の抵抗は低下する。また、接続口５内にカーボンナノチューブ８が存在することにより、銅がマイグレーションを起こした場合であっても、カーボンナノチューブ８は残存するため、接続口５部分での断線を大幅に抑制することが可能となる。
【００５１】
なお、以上の本実施形態において、カーボンナノチューブ８を形成する際の触媒金属としてＣｏを用いた場合について説明したが、Ｎｉ、Ｆｅなどの金属も用いることができる。また、配線材料として銅を用いた場合について説明したが、アルミニウム、銀、又は金などを用いることもできる。
【００５２】
また、以上の本実施形態では、カーボンナノチューブ８の下部にTi層よりなるバリアメタル膜６ｂが形成されると共に、カーボンナノチューブ８の上部にTi層よりなるバリアメタル膜１５ａが形成された場合の配線構造について説明したが、コンタクト抵抗の上昇の抑制を図るためには、カーボンナノチューブ８の上部及び下部の少なくも一方にTi層を備える構造であればよいことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上説明したように、本発明は、高信頼性かつ低抵抗の金属配線の形成に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施形態に係る配線構造を形成する方法を工程順に示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る配線構造を形成する方法を工程順に示す断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る配線構造を形成する方法を工程順に示す断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の実施形態に係る配線構造を形成する方法を工程順に示す断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態に係る配線構造を形成する方法を工程順に示す断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態に係る配線構造を形成する方法を工程順に示す断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  絶縁膜
２ａ  バリアメタル膜
２ｂ  バリアメタル膜
２ｃ  銅膜
２  下層配線構造
３  バリア絶縁膜
４  層間絶縁膜
５  接続口
６ａ  ＴｉＮ膜
６ｂ  Ti層
７  微粒化されたＣｏ薄膜
８  カーボンナノチューブ
９  Ti層
１０  銅シード層
１１  銅膜
１２  バリア絶縁膜
１３  層間絶縁膜
１４  上層配線溝
１５ａ  バリアメタル膜
１５ｂ  バリアメタル膜
１５ｃ  銅シード層
１５ｄ  銅膜
１５  上層配線構造
【図１】
2009117591.tif 000003
【図２】
2009117591.tif 000004
【図３】
2009117591.tif 000005
【図４】
2009117591.tif 000006
【図５】
2009117591.tif 000007
【図６】
2009117591.tif 000008