(57)【要約】【課題】ナノチューブを使用してエア・ギャップを形成するための方法。【解決手段】少なくとも１つの分解可能材料（５）を備えた目標層（４）がサポート（１）の上に付着される。次に、絶縁層（７）の付着が実行される前に、目標層（４）の分解可能材料（５）の上にナノチューブ（６）が形成される。次に、絶縁層（７）を貫通しているこれらのナノチューブ（６）によって分解可能材料（５）の分解および分解副産物の除去が実行され、したがって目標層（４）の中にエア・ギャップ（１０）が形成される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標層（４）の中にエア・ギャップ（１１）を形成するための方法であって、連続的に、
少なくとも１つの分解可能材料（５）を備えた前記目標層（４）を製造することと、
前記目標層（４）の上に絶縁層（７）を付着させることと、
前記絶縁層（７）を介して前記目標層（４）の所定の帯域を選択的に分解させることと、を備え、
前記帯域が前記エア・ギャップを形成し、
前記絶縁層（７）の付着に先だって、前記目標層（４）の上にナノチューブ（６）を形成することを含み、ナノチューブ（６）の大部分が前記絶縁層（７）を貫通して、前記目標層（４）と外部との間に通路を形成することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ナノチューブ（６）が前記目標層（４）と接触している一端を備え、
前記絶縁層（７）が付着された後に前記ナノチューブ（６）のもう一端を自由にするステップを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記分解可能材料（５）の選択的分解が、前記ナノチューブ（６）を用いた化学エッチングによって実行され、
前記絶縁層（７）が化学薬品（１０）に対して不浸透性であることを特徴とする請求項１または２の一項に記載の方法。
【請求項４】
前記分解可能材料（５）の選択的分解が熱プロセスによって実行されることを特徴とする請求項１または２の一項に記載の方法。
【請求項５】
前記分解可能材料（５）の選択的分解が放射によって実行されることを特徴とする請求項１または２の一項に記載の方法。
【請求項６】
前記目標層（４）が、分解可能材料（５、９）および非分解可能材料（８）から構築されたパターンの交番を提供することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
分解可能材料から構築された前記パターンが、異なる分解特性を示す少なくとも２つの重畳分解可能材料（５、９）によって形成されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ナノチューブ（６）の形成が本質的に前記分解可能材料（５、９）の上に実施されることを特徴とする請求項６から７の一項に記載の方法。
【請求項９】
前記ナノチューブ（６）が炭素ナノチューブであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記ナノチューブ（６）がチタン酸化物ナノチューブであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目標層の中にエア・ギャップを形成するための方法であって、連続的に、
少なくとも１つの分解可能材料を備えた目標層を製造することと、
目標層の上に絶縁層を付着させることと、
上記絶縁層を介して上記目標層の所定の帯域を選択的に分解させることと、を備え、上記帯域が上記エア・ギャップを形成する、方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、集積電子回路は、無視し得ない割合の金属元素を提供している。金属元素は、相互接続元素、アンテナ、コイルまたはインダクタとして使用可能である。金属層を分離している間隔の減少に伴い、これらの元素間の、それらの電気的挙動を修正する効果を有する静電結合または電磁結合が大きくなっている。一般的な方法で、これらの静電結合は、これらの金属元素間の少なくとも１つの浮遊容量の出現によってモデル化されている。結合を小さくするためには、前記金属元素間に置かれる材料の誘電体誘電率を小さくする必要がある。
【０００３】
現代の集積回路の場合、低誘電率誘電材料（約２．３乃至２．７）の使用は、捜し求められている性能と両立する。これらの低誘電率誘電材料は、有利には、酸化ケイ素に取って代わる。しかしながら、来るべき技術世代（接続点が３２ｎｍより小さい）の場合、性能要求事項は、付着されたバルク材料上で現在測定されている誘電率のわずかな改善よりはるかに高い。相互接続構造におけるこれらのエア・ギャップの使用は、現時点では避けられないことのようである。このような構造の場合、導体線路間に存在するこれらのエア・ギャップは、１に等しい誘電率を与えている。
【０００４】
これらのエア・ギャップを形成するための現時点における可能な手段は、金属材料のインタライン層上への誘電体の非共形付着の使用である。Ｇｏｓｓｅｔ  ｅｔ  ａｌ、（「Ｇｅｎｅｒａｌ  ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  ｉｓｓｕｅｓ  ａｎｄ  ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ  ｆｏｒ  ａｄｖａｎｃｅｄ  ｃｏｐｐｅｒ  ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ  ｕｓｉｎｇ  ａｉｒ  ｇａｐ  ａｓ  ｕｌｔｒａ−ｌｏｗ  Ｋ  ｍａｔｅｒｉａｌ」、Ｐｒｏｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＩＥＥＥ、２００３、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（２００３）６５）によって記述されているこの手法によれば、過度に複雑で、かつ、費用のかかる技術的ステップを使用して、特定の製造条件の下で必要なこれらのエア・ギャップを得ることができる。
【０００５】
想定されている他の解決法は、金属材料パターン間に犠牲材料を統合し、それにより金属間レベルを形成することにある。この材料は、様々な物理化学的プロセス（熱焼きなまし、ＵＶ放射処理（「Ｂｅｎｅｆｉｔｓ  ａｎｄ  Ｔｒａｄｅ−ｏｆｆｓ  ｉｎ  Ｍｕｌｔｉ−Ｌｅｖｅｌ  Ａｉｒ  Ｇａｐ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ」、Ｓｐｒｉｎｇ  ＭＲＳ  Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ、２００６年４月）、または化学エッチング（米国特許第７１７２９８０号）によって統合された後に反応する。この方法によれば、相互接続レベルと犠牲材料の統合は、総合的または部分的に達成されてもよく、また、次にこれらのエア・ギャップが形成されてもよい。しかしながら、この手法は、統合を実行するために使用可能な材料の範囲を著しく制限している。エア・ギャップのために道をあけなければならない犠牲材料は、実際、半導体技術と両立しなければならず、分解性でなければならず、また、犠牲材料が除去される際に、使用される物理化学的プロセスは、既に統合されている電子デバイス（ＣＭＯＳトランジスタ、コンデンサなど）を損傷してはならない。同様に、犠牲材料に隣接する材料は、損傷されないためには、これらの物理化学的プロセスに対する耐性を提供しなければならないが、これらの材料の中には、たとえば複数の化学プロセスに対して浸透性であることによる犠牲材料の分解と除去とを許容しなければならない材料もある。
【発明の開示】
【発明の目的】
【０００６】
本発明の目的は、上で言及した欠点の軽減を目的とした一連の技術的ステップを提供することである。より詳細には、本発明の目的は、より単純で、かつ、より安価な製造方法を提供することである。
【０００７】
本発明によれば、この目的は、絶縁層の付着に先だって、上記方法が、目標層の上にナノチューブを形成し、これらのナノチューブの部分が絶縁層を貫通して、目標層と外部との間に通路を形成することによって達成される。
【０００８】
他の利点と特徴とは、非制限実施例としてのみ与えられ、かつ、添付の図面に示されている本発明の特定の実施形態についての以下の説明からより明確に明らかになるであろう。
【特定の実施の形態の説明】
【０００９】
第１の特定の実施形態では、図１に示されているように、目標層４は、複数の層１と２と３とを備えることができる基板１の上に製造されている。この特定の実施形態では、目標層４は、分解可能材料５のみから構成されている。分解可能材料５は、たとえば、化学エッチングによって分解されてもよい二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）であるか、またはポリメチルメタクリリレートあるいはα−テルピネンなどの熱分解性重合体である。
【００１０】
図２に示されているように、ナノチューブ６が、知られている任意の方法によって、たとえば触媒手段によって、高温電気放電によって、あるいはレーザ削摩によって目標層４の上に形成される。これらのナノチューブ６は、次に、一端が犠牲材料５に接触して出現する。これらのナノチューブ６は、たとえば炭素ナノチューブまたはチタン酸化物ナノチューブであり、また、中空円筒形状のナノチューブであることが好ましい。これらのナノチューブ６は、必ずしも厳密に垂直である必要はなく、また、さらには曲げられていてもよい。これらのナノチューブ６のほとんどは、それらが形成されている目標層４の表面に対して実質的に直角である。
【００１１】
図３に示されているように、次に、目標層４およびナノチューブ６の上に絶縁層７が付着される。ナノチューブ６は、次に、絶縁層７の付着状態に応じて、自由端すなわち絶縁層７で被覆されていない一端を提供することができる。これらのナノチューブ６のほとんどが絶縁層７を正しく貫通していない場合、これらのナノチューブ６の自由端を開放するための追加ステップ（図には示されていない）が要求される。次に、これらのナノチューブのほとんどが絶縁層を貫通し、かつ、目標層４と外部との間に通路を形成する。この追加ステップは、知られている任意の手段によって実行され、また、この追加ステップは、たとえば、とりわけ絶縁層７を除去する化学的機械的研磨、プラズマ・エッチングまたはウェット・エッチングによって達成されてもよい。絶縁層７は、エア・ギャップが目標層４の中に形成された場合に、変形しないよう、あるいはほとんど変形しないよう、十分に剛直である（十分に稠密であり、かつ、適切なヤング率を有している）ことが好ましい。同様に、絶縁層７は、分解可能材料５の分解プロセスが実行される際にエッチングされないように選択される。層７は、材料５を分解させるために使用される化学エッチング剤および分解副産物に対して不浸透性であることが好ましい。また、基板１の一番上の層３は、有利には、絶縁層７の特性と同じ特性を示す分解可能材料５と接触している。
【００１２】
このようにして形成された構造が、分解可能材料５の分解剤１０にさらされる。この分解は、たとえば、知られている任意の方法によって、たとえば、熱方式によって、放射（たとえば紫外線放射）によって、もしくは適切な任意の波動現象によって、または液体形態あるいは気体形態の分解剤による化学エッチングによって実行されてもよい。
【００１３】
図４に示されているように、液体形態の分解剤１０による化学エッチングの場合、分解剤１０は、たとえば、絶縁層７上の溶液の形態であってもよい。分解剤１０は、次に、絶縁層７を貫通しているナノチューブ６を介して犠牲材料５を分解させることができ、したがってこれらのナノチューブは、目標層と外部との間に液体または気体のための通路を形成している。生物学の分野における気体または液体のための通路として作用するように設計されたこれらのナノチューブの形成については、とりわけ、論文「Ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｆｌｏｗ  ｉｎ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ」、Ｎａｔｕｒｅ、４３８（２００５）４４に記載されている。これらのナノチューブ６の特性、詳細にはそれらの直径は、化学エッチングの場合、分解可能材料５を分解させることができる分解剤１０がそれらの直径を通過することができるように画定されている。分解可能材料５の熱分解または波動分解が使用される場合、これらのナノチューブ６は、分解剤によって使用され乃至かしながら、他のいかなる場合においても、これらのナノチューブ６の特性は、分解可能材料５の分解副産物をこれらのナノチューブを介して外部に除去することができるように選択されなければならない。これらのナノチューブ６が炭素ナノチューブである場合、これらのナノチューブによる分解剤の拡散および／または分解副産物の拡散は、グラフェン平面（ｇｒａｐｈｅｎｅ  ｐｌａｎｅｓ）間もしくはナノチューブ−絶縁層界面またはナノチューブ６の中空通路内のいずれかで生じる。また、これらのナノチューブ６は、たとえば、チタン酸化物もしくはガリウム窒化物または希土類化合物をベースとする材料でできたナノチューブであってもよい。
【００１４】
有利には、完全に中空のナノチューブ６が触媒手段によって形成される場合、これらのナノチューブ６を形成するために使用される触媒粒子は、たとえば酸性溶液（たとえば硝酸ＨＮＯ３）によって除去されてもよい。
【００１５】
さらに、これらのナノチューブ６は、また、これらのナノチューブ６によって形成される通路を広くするために、分解可能材料５を分解させる前または分解させている間に部分的に分解されてもよい。また、これらのナノチューブ６は、材料５の分解が実行される前にすべて除去されてもよく、次に、絶縁層７の中に存在している孔によって通路が形成される。これらのナノチューブ６は、次に、それらの性質に応じて、たとえばプラズマによって、あるいは化学溶液によって除去されてもよい。たとえば、炭素ナノチューブの場合、酸素をベースとするプラズマが使用される。
【００１６】
したがって、これらのナノチューブまたは対応する孔によって絶縁層７の中に形成される、目標層４と外部との間の通路の形成は、化学薬品１０の分解可能材料５への到達および分解を可能にし、また、材料５が分解した後の分解残留物の絶縁層７を介した除去を可能にしており、それにより、図５に示されているように、個々の貫通ナノチューブの根元にエア・ギャップ１０が生成される。
【００１７】
分解可能材料５が酸化ケイ素によって形成される場合、分解可能材料５の分解は、フッ化水素酸によって達成されてもよい。その場合、層３および７の材料は、フッ化水素酸と反応しないように選択され、また、その場合、層３および７は、たとえば窒化ケイ素または炭化ケイ素から構築される。層７は、たとえば、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓによって市場に出されているＢＤ１（登録商標）から構築されてもよい。
【００１８】
図６に示されている第２の実施形態では、定義済み材料８から、また、分解可能材料５から構築されたパターンの交番によって達成されたパターン（たとえば接触パッドまたは線）は、目標層４の中にその高さ全体にわたって統合されている。
【００１９】
たとえば、金属相互接続構造の中にエア・ギャップを統合するために、目標層４は、分解可能材料５（たとえば酸化ケイ素）および定義済み材料８、たとえば金属（たとえば銅）から構築されたパターンの交番によって形成されている。この交番は、知られている方法で、たとえばダマシン方式によって実行される。層２は、次に、シリコン基板１の上に配置された一組の能動電子デバイス、たとえばＣＭＯＳトランジスタを備えることができる。カプセル封止および平坦化層３は、この層２の上に配置されてもよい。
【００２０】
図７に示されているように、次に、目標層４の上にナノチューブ６が形成される。これらのナノチューブ６は、５０ｎｍと３００ｎｍとの間で構成されることが好ましい長さを提供している。これらのナノチューブ６の付着方法は、これらのナノチューブ６が好ましくは分解可能材料５の上に付着され、かつ、材料８の上には付着されないように選択される。この構成では、たとえば炭素でできたこれらのナノチューブ６は、触媒手段によって形成されることが好ましい。化学気相成長法とプラズマ増速化学気相成長法との間の選択は、これらのナノチューブ６に必要な特性に応じてなされる。
【００２１】
これらのナノチューブ６の直径は、必要な用途に応じて、また、分解方法および分解によって生じる副産物に応じて選択され、通常、１ｎｍと３００ｎｍとの間である。実際、化学種（分解剤１０）は、ナノチューブ６が太いほど容易に拡散する。同様に、分解副産物は、ナノチューブ６が太い場合、より速やかに除去されやすい。
【００２２】
極めて局部化されたエッチングが必要である場合、細いナノチューブ６を使用し、また、適切な分解方法（比較的短い化学エッチング時間またはアニーリング時間）を使用することが有利である。一方、これらのナノチューブ６の下で広いギャップの達成が捜し求められる場合、場合によっては極めて高い濃度の化学分解剤１０を使用して太いナノチューブ６が形成されることになり、あるいはより長いエッチング時間が使用されることになる。当業者は、エッチング時間を化学エッチング溶液の濃度に適合させることになる。
【００２３】
また、これらのナノチューブ６の密度は、必要な用途に応じて選択され、これらのナノチューブ６の密度は、０．３ナノチューブ／ｎｍ２と１０−４ナノチューブ／ｎｍ２との間で構成されることが好ましい。ナノチューブの密度が高すぎる場合、絶縁層７が個々のナノチューブを個別に被覆せず、また、この場合、これらのナノチューブ６の間にエッチング溶液が拡散する。
【００２４】
図８に示されているように、絶縁層７は、少なくとも目標層４の上およびナノチューブ６の上に付着されている。この絶縁層７は、誘電材料から構築されていることが好ましく、また、誘電率の小さい（２乃至５の範囲の）誘電材料から構築されていることが有利である。この絶縁層７は、通常、２０〜５００ｎｍの範囲の厚さを有している。
【００２５】
有利には、絶縁層７は、メチルシルセスキオキサンタイプの絶縁層であり、また、より詳細には、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓによって市場に出されているＢＤ１（登録商標）材料から構築されている。絶縁層７がこれらのナノチューブ６を完全に被覆している場合、追加ステップは、これらのナノチューブ６の一方の自由端に対して実施されてもよい。
【００２６】
一旦この構造が得られると、上で説明したように、分解可能材料５の分解が実行される。材料５の分解および除去は、一括して実施されることが好ましい。図９に示されているように、このようにして目標層４の中に形成されたエア・ギャップ１１は、次に、分解可能材料５に全面的に取って代わり、したがって分解可能材料５は犠牲材料を形成している。次に、予め層４の中に形成済みのパターンによってこれらのエア・ギャップ１１が確定され、かつ、最初に材料５が充填されていた帯域によって輪郭が描かれる。
【００２７】
この実施形態の変形態様では、材料５が熱分解性であり、他の材料は不変を維持することができる。この場合、分解可能材料５は、たとえば重合体タイプ（たとえば、ポリメチルメタクリレートＰＭＭＡ、ノルボルナジエンまたはα−テルピネンなどでできたポア形成タイプでできている）の分解可能材料である。この手法の場合、次に、分解可能材料５の熱分解を実行するために構造が加熱される。分解副産物は、次に、通路として作用しているナノチューブ６によって目標層４から外部へ拡散することができる。
【００２８】
図１０によって示されている第３の実施形態では、目標層４は、分解可能材料５の上に付着された追加分解可能材料９を備えている。次に、所定の材料８、好ましくは金属、たとえば銅でできたパターン（たとえば接触パッドまたは線）が、この層４の中に、その高さ全体にわたって統合される。この統合は、知られている任意の技法によって達成されてもよく、たとえばダマシン技法によって達成されてもよい。次に、金属材料８と分解可能材料５および追加分解可能材料９のスタックとの交番によって層４が形成される。材料５および９は、異なる分解特性を有している。
【００２９】
追加分解可能材料９は、ナノチューブ６の付着が容易になるように選択されることが好ましい。たとえば、分解可能材料５は、必要な用途にとりわけ適したＰＭＭＡ、ｐ−ＳＩＬＫ（登録商標）、Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  ＧｌａｓｓまたはＰｈｉＬＫ（登録商標）などの熱分解可能材料であってもよい。この場合、追加分解可能材料９は、たとえば、ナノチューブ６の形成を分解可能材料５よりはるかに容易にする酸化ケイ素などの化学分解可能材料である。次に、追加分解可能材料９の上に炭素ナノチューブ６が形成される。
【００３０】
図１１に示されているように、追加分解可能材料９の分解および分解可能材料５の除去は、絶縁層７の付着後に実行される。追加分解可能材料９でできたパターンの少なくとも一部を除去し、かつ、最初に材料９が充填されていた帯域にエア・ギャップ１１を形成するためにフッ化水素酸溶液が使用されることが好ましい。次に、分解可能材料５の分解および除去が実行される。熱分解が使用されることが好ましい。分解可能材料５および追加分解可能材料９の両方が除去されると、それにより、図１２によって示されているように、最初に材料５および９が充填されていたすべてのこれらの帯域の金属材料８のパターン間にエア・ギャップ１２が形成される。
【００３１】
異なる分解特性を有するこれらの２つの分解可能材料の重畳は、ナノチューブ６の分解速度および形成条件の最適化を可能にしている。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による方法の第１の特定の実施形態の連続ステップを示す図である。
【図２】本発明による方法の第１の特定の実施形態の連続ステップを示す図である。
【図３】本発明による方法の第１の特定の実施形態の連続ステップを示す図である。
【図４】本発明による方法の第１の特定の実施形態の連続ステップを示す図である。
【図５】本発明による方法の第１の特定の実施形態の連続ステップを示す図である。
【図６】本発明による方法の第２の実施形態の連続ステップを示す図である。
【図７】本発明による方法の第２の実施形態の連続ステップを示す図である。
【図８】本発明による方法の第２の実施形態の連続ステップを示す図である。
【図９】本発明による方法の第２の実施形態の連続ステップを示す図である。
【図１０】本発明による方法の第３の実施形態の様々なステップを示す図である。
【図１１】本発明による方法の第３の実施形態の様々なステップを示す図である。
【図１２】本発明による方法の第３の実施形態の様々なステップを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【外国語明細書】
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