EP1264344A1 - Elektronisches bauelement mit einer elektrisch leitenden verbindung aus carbon-nanoröhren und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Elektronisches bauelement mit einer elektrisch leitenden verbindung aus carbon-nanoröhren und verfahren zu seiner herstellung

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EP1264344A1
EP1264344A1 EP01909557A EP01909557A EP1264344A1 EP 1264344 A1 EP1264344 A1 EP 1264344A1 EP 01909557 A EP01909557 A EP 01909557A EP 01909557 A EP01909557 A EP 01909557A EP 1264344 A1 EP1264344 A1 EP 1264344A1
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EP
European Patent Office
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conductive layer
electronic component
hole
layer
conductive
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EP01909557A
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English (en)
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Inventor
Manfred Engelhardt
Wolfgang HÖNLEIN
Franz Kreupl
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Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to an electronic component, a method for producing a conductive connection in an electronic component and a method for producing an electronic component.
  • a disadvantage of this procedure is that especially with decreasing lateral dimensions, i.e. with a decreasing diameter of a contact hole due to the non-conductive layer and with increasing vertical expansion or at least with an increasing aspect ratio, the complete filling of the contact hole with metal is problematic and prone to errors.
  • the deposited metal frequently clogs the upper region of the contact hole, thereby preventing the entire contact hole from being filled with metal. It is therefore often not possible to produce an electrically conductive connection between the two conductive layers.
  • an incompletely filled contact hole leads to reliability problems.
  • Another disadvantage of the known procedure is that in the case of a contact hole with a very low aspect ratio, the conductivity of the metallic through-contact Clocking decreases sharply, that is, the metallic through-contact represents a considerably limiting element for the scaling of a metallization system and thus an integrated circuit, which requires that several conductive layers are interconnected in the vertical direction of an electronic component by means of non-conductive layers to be electrically connected therethrough.
  • a method is known from [2] for growing carbon nanotubes in a self-aligned manner in a perforated dialuminium trioxide matrix (Al2O 3 matrix).
  • the invention is therefore based on the problem of creating a conductive connection in an electronic component and an electronic component with a conductive connection between two conductive layers which are insulated from one another by a non-conductive layer, in which the creation of a conductive connection itself Holes with a very large aspect ratio becomes possible.
  • An electronic component has a first conductive layer, a non-conductive layer on the first conductive layer and a second conductive layer on the non-conductive layer. At least one hole is provided in the non-conductive layer which completely passes through the non-conductive layer. There is at least in the hole contain a nanotube through which the first conductive layer is conductively connected to the second conductive layer.
  • a non-conductive layer is deposited over a first conductive layer.
  • a hole is made through the non-conductive layer and at least one nanotube is grown in the hole.
  • a second conductive layer is then deposited such that the first conductive layer is conductively connected to the second conductive layer through the nanotubes.
  • a first conductive layer is provided in a first step.
  • a non-conductive layer is deposited over the first conductive layer and a hole is made, for example etched, through the non-conductive layer.
  • a nano-tubes is grown up and at least there is deposited a second conducting layer such that the first conductive layer is conductively connected through 'the nanotubes with the second conductive layer.
  • the invention makes it possible to create a reliable electrically conductive connection between two conductive layers, even with contact holes with a very small diameter and large aspect ratio, which are electrically decoupled by a non-conductive layer.
  • the conductive layers can be, for example, any metallically conductive material, such as copper, aluminum, silver, etc., the conductive layers usually being an adhesive, diffusion and anti-reflection layer, for example comprising Ti, TiN, Ta, TaN, and / or a combination of these materials.
  • the electrically non-conductive layer can be an intermetallic dielectric such as silicon oxide or silicon nitride or another insulating layer made of organic material such as wise polyimide or any combination thereof.
  • the electrically conductive connection by means of at least one nanotube is only limited by the diameter of such a nanotube, which in a so-called carbon nanotube is approximately 1.5 nm in diameter.
  • the manufacturing process is characterized by its simplicity and robustness, i.e. low susceptibility to errors and the fact that an electrically conductive connection is reliably established.
  • the nanotube is a carbon nanotube.
  • Such a carbon nanotube can be produced very easily and reliably, even in a contact hole with a small diameter, in a self-adjusted manner.
  • the carbon nanotube has a very high conductivity, which significantly exceeds the conductivity of even the best metallic conductors, such as copper or silver, with the same dimensions.
  • Such a contact hole can contain a plurality of nanotubes, in principle any number of nanotubes, in order to connect the two conductive layers to one another in an electrically conductive manner.
  • Mung layer which preferably has catalytically active metal particles for a growing nanotube, for example with metal particles made of nickel and / or iron, and / or yttrium, and / or cobalt and / or platinum.
  • the hole can be etched through the non-conductive layer.
  • the invention is in no way limited to a semiconductor element, but can be used in any electronic component in which it is important to conduct two conductive layers that are electrically decoupled by a non-conductive layer interconnect, regardless of whether a layer is a semiconductor layer or not.
  • the invention is particularly suitable for use in the context of an integrated circuit.
  • Figure 1 shows a cross section through a semiconductor element according to a first embodiment
  • FIGS. 2a to 2d cross sections through a semiconductor element, on the basis of which the individual method steps for producing the semiconductor element shown in FIG. 1 are explained;
  • FIG. 3 shows a cross section through a semiconductor element according to a second exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 4a to 4c cross sections through a semiconductor element, using which the individual process steps for Production of the semiconductor element shown in FIG. 3 is explained;
  • FIG. 5 shows a cross section through a semiconductor element according to a third exemplary embodiment of the invention.
  • FIGS. 6a to 6e cross sections through a semiconductor element, on the basis of which individual method steps for producing the semiconductor element shown in FIG. 5 are explained.
  • Fig.l shows a first semiconductor element 100 according to a first embodiment.
  • the first semiconductor element 100 has a first conductive layer 101 made of copper or aluminum with an adhesive, diffusion and anti-reflection layer, for example comprising Ti, TiN, Ta, TaN, and / or a combination of these materials.
  • a contact hole 103 is etched into the non-conductive layer 102 and at the bottom of the contact hole, i.e. A nucleation layer 104 is deposited on the first conductive layer 101.
  • the nucleation layer 104 is a layer of catalytically active metal particles, for example of nickel, iron, yttrium, cobalt and / or platinum.
  • the germination layer 104 has a catalytic effect for the growth of a carbon nanotube.
  • Ü he b of the non-conductive layer 102 is a second conductive layer 106 of a sequence of Ti, TiN, Ta, TaN, and / or copper and / or aluminum is deposited such that the
  • Carbon nanotubes 105 are electrically conductively connected to the second conductive layer 106.
  • the non-conductive layer 102 is e.g. by means of a separation process from the gas phase (Chemical Vapor
  • the hole (contact hole) 103 is etched through the non-conductive layer 102 up to the surface of the first conductive layer 101 by means of suitable masking of the non-conductive layer 102 and wet etching or dry etching of the non-conductive layer 102 (cf. FIG. 2b).
  • the germination layer 104 is deposited in the hole 103 by means of a suitable method (see FIG. 2c), for example in accordance with a CVD method.
  • the germination layer 104 has a thickness of 0.1 nm to 50 nm.
  • the germination layer 104 according to the first
  • the exemplary embodiment is formed from nickel metal particles.
  • carbon nanotubes 105 are grown on the nucleation layer 104 in the hole 103 in accordance with the method described in [2] (cf. FIG. 2D).
  • the length of the carbon nanotubes 105 depends on the length of time in which the carbon nanotubes are grown on the nucleation layer 104.
  • the carbon nanotubes 105 are grown until they protrude beyond the upper end of the non-conductive layer 102.
  • the second conductive layer 106 is deposited on the non-conductive layer 102 by means of a CVD process or sputtering process or vapor deposition process.
  • CMP method Mechanical polishing (CMP method) or ion beam etching removes the second conductive layer 106 to a desired thickness.
  • the carbon nanotubes 105 create an electrically conductive connection between the first conductive layer 101 and the second conductive layer 106 via the germination layer 104, which itself also contains conductive metal particles.
  • FIG 3 shows a cross section of a second semiconductor element 300 according to a second exemplary embodiment.
  • the same elements in the figures are identified in the second embodiment with the same reference numerals as the elements in the first embodiment.
  • the second semiconductor element 300 has the fundamentally the same structure as the first semiconductor element 100, with the difference that the nucleation layer 301 according to the second exemplary embodiment not only extends over the bottom of the hole 103, but that the nucleation layer 301 over the entire first conductive layer 101 is provided .
  • the individual layers according to the second embodiment are made of the same materials as the corresponding layers according to the first embodiment.
  • a nucleation layer 301 made of metal particles (nickel, iron, yttrium, and / or cobalt) is deposited on the first conductive layer 101.
  • the nucleation layer 301 is deposited over the entire surface of the first conductive layer 101 by means of a suitable CVD process, sputtering process or vapor deposition process.
  • the germination layer 301 has a thickness of 0.1 nm to 50 nm.
  • the non-conductive layer 102 is e.g. deposited by means of a CVD process (see Fig.4a).
  • the carbon nanotubes 105 are on the
  • Germination layer 301 grew according to the method described in [2].
  • the growth is carried out until the length of the carbon nanotubes 105 is sufficient for them to extend over the O Surface Terminal b of the non-conductive layer 102 extend (see 4c).
  • the second conductive layer 106 is deposited on the non-conductive layer 102 by means of a CVD method.
  • the result is a semiconductor element with an electrically conductive connection using carbon nanotubes between two conductive layers through a contact hole.
  • FIG 5 shows a third semiconductor element 500 according to a third exemplary embodiment.
  • the third semiconductor element 500 differs from the second semiconductor element 300 essentially only in that a trench 501 is etched into the non-conductive layer 102 and the carbon nanotubes 105 thus do not protrude beyond the surface of the non-conductive layer 102, but rather only across the bottom of the trench 501 into the non-conductive layer 102.
  • the individual layers of the third semiconductor element 500 are made of the same materials as the first
  • the method for producing the third semiconductor element 500 is explained in detail with reference to FIGS. 6a to 6e.
  • the first is conductive S chicht 101, the nucleation layer 301 with a thickness of 0, 1 nm to 50 nm deposited by a suitable CVD method, sputtering method or vapor deposition method.
  • the non-conductive layer 102 is deposited on the seeding layer 301 by means of a CVD method.
  • the hole 103 is etched into the non-conductive layer 102 up to the surface of the nucleation layer 301 (cf. FIG. 6b).
  • a trench 501 is etched into the non-conductive layer 102 by means of dry etching or wet etching (cf. FIG. 6c).
  • the carbon nanotubes 102 are grown on the nucleation layer 301 to a length such that the carbon nanotubes 102 protrude beyond the lower surface of the trench 501, but not beyond the entire non-conductive layer 102 (see FIG. .DELTA.D).
  • the second conductive layer 106 is deposited in the trench 501 and on the non-conductive layer 102 by means of a CVD method.
  • the second conductive layer 106 is reduced to a desired thickness by means of a suitable etching method, a chemical mechanical polishing method or by means of ion beam etching, so that the surface of the second conductive layer 106 is flat with the surface of the non-conductive layer 102.
  • a CVD process using carbon monoxide CO, methane CH4, or also acetylene C2H2 or a so-called plasma enhanced can be used as the CVD process CVD process.
  • the carbon nanotubes 105 can be brought to the required length by chemical mechanical polishing or ion beam etching at an oblique angle (so that the ions cannot penetrate significantly into the contact hole during ion beam etching), i.e. to a length such that the carbon nanotubes 105 contact at least the second conductive layer 106.
  • the carbon nanotubes can also be produced using an anisotropic plasma etching process, e.g. used for structuring organic materials, brought to the required length.
  • the invention is not limited to a three-layer structure.
  • the semiconductor element can be used in any semiconductor structure, i.e. it can represent a partial semiconductor element of a very multilayer semiconductor element for contacting two conductive layers in the semiconductor element.
  • the invention can be clearly seen in the fact that two electrically conductive layers, which are electrically decoupled from one another in a semiconductor element by a non-conductive layer, are electrically conductively connected to one another by means of a contact hole by means of carbon nanotubes.

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Abstract

Ein elektronisches Bauelement weist eine erste leitende Schicht, eine nicht-leitende Schicht sowie eine zweite leitende Schicht auf. Durch die nicht-leitende Schicht ist ein Loch geätzt. In dem Loch ist eine Nanoröhre vorgesehen, durch die die erste leitende Schicht mit der zweiten leitenden Schicht leitend verbunden ist.

Description

Beschreibung
ELEKTRONISCHES BAUELEMENT MIT EINER ELEKTRISCH LEITENDEN VERBINDUNG AUS CARBON-NANORÖHREN UND VERFAHREN ZU SEINER HERSTELLUNG
Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauelement, ein Verfahren zum Herstellen einer leitenden Verbindung in einem elektronischen Bauelement und ein Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements.
Es ist üblich, in einem elektronischen Bauelement, welches in integrierter Bauweise ausgestaltet ist, zwei leitende Schichten, die durch eine nicht-leitende Schicht elektrisch iso- liert sind, miteinander elektrisch leitend zu verbinden, indem durch die nicht-leitende Schicht ein Loch geätzt wird. Das Loch wird mit Metall aufgefüllt, wodurch eine metallische Durchkontaktierung erzeugt wird, die die beiden leitenden Schichten miteinander elektrisch leitend verbindet.
Ein Nachteil dieser Vorgehensweise ist darin zu sehen, dass insbesondere bei abnehmenden lateralen Abmessungen, d.h. bei abnehmendem Durchmesser eines Kontaktlochs durch die nichtleitende Schicht und bei zunehmender vertikaler Ausdehnung bzw. zumindest bei zunehmendem Aspektverhältnis, das vollständige Auffüllen des Kontaktlochs mit Metall problematisch und fehlerbehaftet ist . Insbesondere kommt es häufig zu einer Verstopfung im oberen Bereich des Kontaktlochs durch das abgeschiedene Metall, wodurch verhindert wird, dass das gesamte Kontaktloch mit Metall gefüllt wird. Somit kann häufig keine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden leitenden Schichten erzeugt werden. Zudem führt ein unvollständig gefülltes Kontaktloch zu Zuverlässigkeitsproblemen.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorgehensweise ist darin zu sehen, dass bei einem Kontaktloch mit einem sehr geringen Aspektverhältnis die Leitfähigkeit der metallischen Durchkon- taktierung stark abnimmt, d.h. die metallische Durchkontak- tierung stellt ein in erheblicher Weise begrenzendes Element für die Skalierung eines Metallisierungssystems und damit einer integrierten Schaltung dar, bei denen es erforderlich ist, in vertikaler Richtung eines elektronischen Bauelements mehrere leitende Schichten miteinander durch nicht-leitende Schichten hindurch elektrisch leitend zu verbinden.
Weiterhin sind aus [1] Grundlagen über sogenannte Carbon- Nanoröhren als ein sehr leitfahiges Material, deren Leitfähigkeit die Leitfähigkeit von Metall gleicher Abmessung stark übersteigt, bekannt.
Aus [2] ist ein Verfahren bekannt, um Carbon-Nanoröhren in einer perforierten Dialuminiumtrioxid-Matrix (AI2O3-Matrix) selbstjustiert aufzuwachsen.
Somit liegt der Erfindung das Problem zugrunde, eine leitende Verbindung in einem elektronischen Bauelement zu schaffen so- wie ein elektronisches Bauelement mit einer leitenden Verbindung zwischen zwei leitenden Schichten, die durch eine nichtleitende Schicht voneinander isoliert sind, bei dem das Erzeugen einer leitenden Verbindung selbst bei Löchern mit einem sehr großen Aspektverhältnis möglich wird.
Das Problem wird durch ein elektronisches Bauelement, durch ein Verfahren zum Herstellen einer leitenden Verbindung in einem elektronischen Bauelement und durch ein Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
Ein elektronisches Bauelement weist eine erste leitende Schicht, eine nicht-leitende Schicht auf der ersten leitenden Schicht sowie eine zweite leitende Schicht auf der nicht- leitenden Schicht auf. In der nicht-leitenden Schicht ist mindestens ein Loch vorgesehen, das durch die nicht-leitende Schicht vollständig hindurchtritt. In dem Loch ist mindestens eine Nanorohre enthalten, durch die die erste leitende Schicht mit der zweiten leitenden Schicht leitend verbunden is .
Bei einem Verfahren zum Herstellen einer leitenden Verbindung in einem elektronischen Bauelement wird über einer ersten leitenden Schicht eine nicht-leitende Schicht abgeschieden. Durch die nicht-leitende Schicht wird ein Loch gefertigt und in dem Loch wird mindestens eine Nanorohre aufgewachsen. Eine zweite leitende Schicht wird anschließend abgeschieden derart, dass die erste leitende Schicht durch die Nanorohre mit der zweiten leitenden Schicht leitend verbunden ist.
Bei einem Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bau- elementε wird in einem ersten Schritt eine erste leitende Schicht bereitgestellt. Über der ersten leitenden Schicht wird eine nicht-leitende Schicht abgeschieden und durch die nicht-leitende Schicht wird ein Loch gefertigt, beispielsweise geätzt. In dem Loch wird mindestens eine Nanorohre aufge- wachsen und es wird eine zweite leitende Schicht derart abgeschieden, dass die erste leitende Schicht durch' die Nanorohre mit der zweiten leitenden Schicht leitend verbunden ist.
Durch die Erfindung wird es möglich, selbst bei Kontaktlö- ehern mit sehr geringem Durchmesser und großem AspektVerhältnis eine zuverlässige elektrisch leitende Verbindung zwischen zwei leitenden Schichten zu schaffen, die durch eine nichtleitende Schicht an sich elektrisch entkoppelt sind. Die leitenden Schichten können beispielsweise jedes metallisch lei- tende Material sein, wie z.B. Kupfer, Aluminium, Silber, etc., wobei die leitfähigen Schichten üblicherweise eine Haft-, Diffusions- und Antireflexionsschicht, aufweisend beispielsweise Ti, TiN, Ta, TaN, und/oder eine Kombination dieser Materialien, aufweisen kann. Die elektrisch nicht- leitende Schicht kann ein Intermetalldielektrikum wie beispielsweise Siliziumoxid oder Siliziumnitrid oder eine andere isolierende Schicht aus organischem Matrerial wie beispiels- weise Polyimid oder eine beliebige Kombination davon, sein. Die elektrisch leitende Verbindung mittels mindestens einer Nanorohre ist lediglich durch den Durchmesser einer solchen Nanorohre, die bei einer sogenannten Carbon-Nanoröhre bei un- gefähr 1,5 nm Durchmesser liegt, begrenzt.
Das Herstellungsverfahren zeichnet sich durch seine Einfachheit und Robustheit, d.h. durch eine geringe Fehleranfälligkeit aus und dadurch, dass zuverlässig eine elektrisch lei- tende Verbindung hergestellt wird.
Somit werden die elektronischen Bauelemente selbst bei sehr feinen Strukturen, d.h. bei geringem Durchmesser eines Kon- taktlochs, einfach und kostengünstig herstellbar.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Nanorohre ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung eine Carbon-Nanoröhre.
Eine solche Carbon-Nanoröhre ist sehr einfach und zuverlässig selbst in einem Kontaktloch mit geringem Durchmesser selbst- justiert herstellbar.
Weiterhin weist die Carbon-Nanoröhre eine sehr hohe Leitfähigkeit auf, die die Leitfähigkeit selbst der besten metallischen Leiter, wie beispielsweise Kupfer oder Silber, bei gleichen Abmessungen erheblich übertrifft.
In einem solchen Kontaktloch können mehrere Nanoröhren, grundsätzlich eine beliebige Anzahl Nanoröhren, enthalten sein, um die beiden leitenden Schichten miteinander elektrisch leitend zu verbinden.
Zur Beschleunigung des Wachstums der Nanorohre ist in dem Kontaktloch über der ersten leitenden Schicht eine Bεkei- mungsschicht gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, welche vorzugsweise für eine aufwachsende Nanorohre ka- talytisch wirkende Metallpartikel aufweist, beispielsweise mit Metallpartikeln aus Nickel und/oder Eisen, und/oder Yt- trium, und/oder Kobalt und/oder Platin.
Das Loch kann durch die nicht-leitende Schicht geätzt werden.
Auch wenn die im weiteren beschriebenen Ausfuhrungsbeispiele jeweils ein Halbleiterelement beschreiben ist anzumerken, dass die Erfindung keineswegs auf ein Halbleiterelement beschränkt ist, sondern in jedem elektronischen Bauelement eingesetzt werden kann, bei dem es gilt, zwei durch eine nichtleitende Schicht an sich elektrisch entkoppelte leitende Schichten leitend miteinander zu verbinden, unabhängig davon , ob es sich bei einer Schicht um eine Halbleiterschicht handelt oder nicht. Insbesondere eignet sich die Erfindung zum Einsatz im Rahmen einer integrierten Schaltung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im weiteren näher erläutert.
Es zeigen
Figur 1 einen Querschnitt durch ein Halbleiterelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
Figuren 2a bis 2d Querschnitte durch ein Halbleiterelement, anhand denen die einzelnen Verfahrensschritte zur Herstellung des m Figur 1 dargestellten Halbleiterelements erläutert wird;
Figur 3 einen Querschnitt durch ein Halbleiterelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figuren 4a bis 4c Querschnitte durch ein Halbleiterelement, anhand denen die einzelnen Verfahrensschritte zur Herstellung des m Figur 3 dargestellten Halblei- terelements erläutert wird;
Figur 5 einen Querschnitt durch ein Halbleiterelement gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figuren 6a bis 6e Querschnitte durch ein Halbleiterelement, anhand denen einzelne Verfahrensschritte zur Herstellung des m Figur 5 dargestellten Halbleiterelements erläutert wird.
Ausführungsbeispiel 1
Fig.l zeigt ein erstes Halbleiterelement 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
Das erste Halbleiterelement 100 weist eine erste leitende Schicht 101 aus Kupfer oder Aluminium auf mit einer Haft-, Diffusions- und Antireflexionsschicht , aufweisend beispielsweise Ti, TiN, Ta, TaN, und/oder eine Kombination dieser Materialien. Auf der ersten leitenden Schicht 101 ist eine nicht-leitende Schicht 102 aus einem Intermetalldielektrikum, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aus Siliziumdioxid, abgeschieden.
In die nicht-leitende Schicht 102 ist ein Kontaktloch 103 geätzt, und am Boden des Kontaktlochs, d.h. auf der ersten leitenden Schicht 101 ist eine Bekeimungsschicht 104 abgeschieden.
Die Bekeimungsschicht 104 ist eine Schicht aus katalytisch wirkenden Metallpartikeln beispielsweise aus Nickel, Eisen, Yttrium, Kobalt und/oder Platin. Die Bekeimungsschicht 104 wirkt für das Aufwachsen einer Carbon-Nanoröhre katalytisch.
Auf der Bekeimungsschicht 104 ist eine grundsätzlich beliebige Anzahl Carbon-Nanoröhren 105 aufgewachsen.
Über der nicht-leitenden Schicht 102 ist eine zweite leitende Schicht 106 aus einer Abfolge von TI, TiN, Ta, TaN, und/oder Kupfer und/oder Aluminium abgeschieden derart, dass die
Carbon-Nanoröhren 105 mit der zweiten leitenden Schicht 106 elektrisch leitend verbunden sind.
Unter Bezugnahme auf die Fig.2a bis Fig.2d werden die einzelnen Verfahrensschritte zur Herstellung des ersten Halbleiterelements 100 näher erläutert.
In einem ersten Schritt wird auf der ersten leitenden Schicht 101 die nicht-leitende Schicht 102 z.B. mittels eines Abscheideverfahrens aus der Gasphase (Chemical Vapour
Deposition- Verfahren, CVD-Verfahren) abgeschieden (vgl. Fig.2a) .
Mittels einer geeigneten Maskierung der nicht-leitenden Schicht 102 und Nassätzens oder Trockenätzens der nichtleitenden Schicht 102 wird das Loch (Kontaktloch) 103 durch die nicht-leitende Schicht 102 bis zu der Oberfläche der ersten leitenden Schicht 101 geätzt (vgl. Fig.2b) .
In dem Loch 103 wird die Bekeimungsschicht 104 abgeschieden mittels eines geeigneten Verfahrens (vgl. Fig.2c) , z.B gemäß einem CVD-Verfahren. Die Bekeimungsschicht 104 weist eine Dicke von 0,1 nm bis 50 nm auf.
Die Bekeimungsschicht 104 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel ist aus Nickel -Metallpartikeln gebildet.
In einem weiteren Schritt werden gemäß dem in [2] beschriebenen Verfahren auf der Bekeimungsschicht 104 in dem Loch 103 Carbon-Nanoröhren 105 aufgewachsen (vgl. Fig.2d)
Die Länge der Carbon-Nanoröhren 105 hänαt von der Zeitdauer ab, in der die Carbon-Nanoröhren auf der Bekeimungsschicht 104 aufgewachsen werden.
Die Carbon-Nanoröhren 105 werden so lange aufgewachsen, bis sie über das obere Ende der nicht-leitenden Schicht 102 hinausragen.
Ist dies der Fall, so wird in einem weiteren Schritt, die zweite leitende Schicht 106 auf der nicht-leitenden Schicht 102 abgeschieden mittels eines CVD-Verfahrens oder Sputter- Verfahrens oder AufdampfVerfahrens .
Da die Carbon-Nanoröhren 105 über die nicht-leitende Schicht 102 hinausragen, ragen sie unmittelbar in die zweite nicht- leitende 106 hinein. Durch ein abschließendes Chemisch
Mechanisches Polieren (CMP-Verfahren) oder Ionenstrahlätzen wird die zweite leitende Schicht 106 bis zu einer gewünschten Dicke abgetragen.
Auf diese Weise ist durch die Carbon-Nanoröhren 105 eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der ersten leitenden Schicht 101 und der zweiten leitenden Schicht 106 über die Bekeimungsschicht 104, die selbst auch leitende Metallpartikel enthält, geschaffen.
Ausführungsbeispiel 2
Fig.3 zeigt einen Querschnitt eines zweiten Halbleiterelements 300 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel .
Gleiche Elemente in den Figuren werden in dem zweiten Ausführungsbeispiel mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet wie die Elemente gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel . Das zweite Halbleiterelement 300 weist den grundsätzlich gleichen Aufbau auf wie das erste Halbleiterelement 100 mit dem Unterschied, dass die Bekeimungsschicht 301 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel sich nicht nur über den Boden des Lochs 103 erstreckt, sondern dass die Bekeimungsschicht 301 über der gesamten ersten leitenden Schicht 101 vorgesehen ist .
Die einzelnen Schichten gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel sind aus denselben Materialien wie die entsprechenden Schichten gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Bezugnehmend auf die Fig.4a bis Fig.4c werden im weiteren die einzelnen Verfahrensschritte zur Herstellung des zweiten Halbleiterelements 300 näher erläutert.
Zunächst wird auf der ersten leitenden Schicht 101 eine Bekeimungsschicht 301 aus Metallpartikeln (Nickel, Eisen, Yttrium, und/oder Kobalt) abgeschieden. Die Bekeimungsschicht 301 wird über die gesamte Oberfläche der ersten leitenden Schicht 101 abgeschieden mittels eines geeigneten CVD- Verfahrens, Sputter-Verfahrens, oder Aufdampf-Verfahrens . Die Bekeimungsschicht 301 weist eine Dicke von 0,1 nm bis 50 nm auf .
Auf der Bekeimungsschicht 301 wird die nicht-leitende Schicht 102 z.B. mittels eines CVD-Verfahrens abgeschieden (vgl . Fig.4a) .
Nach Ätzen des Lochs 103 in die nicht-leitende Schicht 102 bis auf die Oberfläche der Bekeimungsschicht 301, wie in Fig.4b gezeigt ist, werden die Carbon-Nanoröhren 105 auf der
Bekeimungsschicht 301 gemäß dem in [2] beschriebenen Verfahren aufgewachsen.
Das Aufwachsen wird so lange durchgeführt, bis die Länge der Carbon-Nanoröhren 105 ausreicht, so dass sie über die Oberfläche der nicht-leitenden Schicht 102 hinausragen (vgl Fig.4c) .
In einem weiteren Schritt wird die zweite leitende Schicht 106 mittels eines CVD-Verfahrens auf der nicht-leitenden Schicht 102 abgeschieden.
Wiederum ist das Ergebnis ein Halbleiterelement mit einer elektrisch leitenden Verbindung mittels Carbon-Nanoröhren zwischen zwei leitenden Schichten durch ein Kontaktloch.
Ausführungsbeispiel 3
Fig.5 zeigt ein drittes Halbleiterelement 500 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
Gleiche Elemente des Halbleiterelements werden wiederum mit gleichem Bezugszeichen gekennzeichnet.
Das dritte Halbleiterelement 500 unterscheidet sich von dem zweiten Halbleiterelement 300 im wesentlichen nur dadurch, dass ein Graben 501 in die nicht-leitende Schicht 102 geätzt wird, und die Carbon-Nanoröhren 105 somit nicht über die Oberfläche der nicht-leitenden Schicht 102 hinausragt, sondern nur über den Boden des Grabens 501 in die nichtleitende Schicht 102.
Die einzelnen Schichten des dritten Halbleiterelements 500 sind aus den gleichen Materialien wie das erste
Halbleiterelement 100 und das zweite Halbleiterelement 300.
Unter Bezugnahme auf die Fig.6a bis Fig.βe wird das Verfahren zur Herstellung des dritten Halbleiterelements 500 im Detail erläutert.
Wie in Fig.6a dargestellt ist, wird über der ersten leitenden Schicht 101 die Bekeimungsschicht 301 mit einer Dicke von 0 , 1 nm bis 50 nm abgeschieden mittels eines geeigneten CVD- Verfahrens, Sputter-Verfahrens, oder Aufdampf-Verfahrens . Auf der Bekeimungsschicht 301 wird die nicht-leitende Schicht 102 mittels eines CVD-Verfahrens abgeschieden.
In die nicht-leitende Schicht 102 wird das Loch 103 bis zur Oberfläche der Bekeimungsschicht 301 geätzt (vgl. Fig.6b).
Weiterhin wird in die nicht-leitende Schicht 102 ein Graben 501 mittels Trockenätzens oder Nassätzens geätzt (vgl . Fig.6c) .
In einem weiteren Schritt werden die Carbon-Nanoröhren 102 auf der Bekeimungsschicht 301 aufgewachsen bis zu einer Länge, dass die Carbon-Nanoröhren 102 über die untere Oberfläche des Grabens 501 hinausragen, nicht jedoch über die gesamte nicht-leitende Schicht 102 (vgl. Fig.δd).
Wie in Fig.βe dargestellt, wird in einem weiteren
Verfahrensschritt die zweite leitende Schicht 1Ö6 in dem Graben 501 und auf der nicht-leitenden Schicht 102 mittels eines CVD-Verfahrens abgeschieden.
Die zweite leitende Schicht 106 wird mittels eines geeigneten Ätzverfahrens, eines Chemisch Mechanischen Polier-Verfahrens oder mittels Ionenstrahlätzens auf eine gewünschte Dicke reduziert, so dass die Oberfläche der zweiten leitenden Schicht 106 plan ist mit der Oberfläche der nicht-leitenden Schicht 102.
Im weiteren werden einige Alternativen zu dem oben dargestellten Ausführungsbeispiel erläutert:
Als CVD-Verfahren kann ein CVD-Verfahren unter Verwendung von Kohlenmonoxid CO, Methan CH4 , oder auch Azethylen C2H2 eingesetzt werden oder auch ein sogenanntes Plasma Enhanced CVD-Verfahren .
Weiterhin ist es nicht erforderlich, dass die Carbon- Nanoröhren 105 über die Oberfläche der nicht-leitenden Schicht beziehungsweise über die Oberfläche der unteren
Oberfläche des Grabens 501 hinausragen. Alternativ können die Carbon-Nanoröhren 105 auf die benötigte Länge durch Chemisch Mechanisches Polieren oder Ionenstrahlätzen unter schrägem Winkel (so dass die Ionen beim Ionenstrahlätzen nicht wesentlich in das Kontaktloch eindringen können) gebracht werden, d.h. auf eine Länge, dass die Carbon-Nanoröhren 105 zumindest die zweite leitende Schicht 106 kontaktieren.
Stehen Abschnitte der Carbon-Nanoröhren 105 über die zweite leitende Schicht hinaus, so können diese mittels eines
Veraschungsprozesses, der bei Verwenden einer Lackmaske für die Metallätzung ohnehin erforderlich ist, entfernt werden. Die Carbon-Nanoröhren können auch mittels eines anisotropen Plasmaätzprozesses , wie z.B. zur Strukturierung organischer Materialien eingesetzt, auf die erforderliche Länge gebracht werden.
Die Erfindung ist nicht auf eine dreischichtige Struktur beschränkt. Das Halbleiterelement kann in jeder beliebigen Halbleiterstruktur eingesetzt werden, d.h. es kann ein Teil- Halbleiterelement eines sehr vielschichtigen Halbleiterelements darstellen zum Kontaktieren zweier leitender Schichten in dem Halbleiterelement.
Die Erfindung ist anschaulich darin zu sehen, dass zwei elektrisch leitende Schichten, die voneinander in einem Halbleiterelement durch eine nicht-leitende Schicht elektrisch entkoppelt sind, durch ein Kontaktloch mittels Carbon-Nanoröhren elektrisch miteinander leitend verbunden werden.
Auf diese Weise wird bei minimaler Abweichung bisher bekannter üblicher Fertigungsprozesse eines Halbleiterelements eine große Stabilität des Halbleiterelements erreicht.
Außerdem sind hohe Aspektverhaltnisse bei der Kontaktierung durch Kontaktlöcher möglich, bis zu einem Wert von ungefähr 1000.
Im Rahmen der Erfindung ist es alternativ ohne weiteres möglich anstelle der CVD-Verfahren auch ein Sputter-Verfahren oder ein Aufdampfverfahren einzusetzen.
In diesem Dokument sind folgende Veröffentlichungen zitiert
[1] C.Dekker, Carbon Nanotubes as Molecular Quantum Wires, Physics Today, S. 22 - 28, Mai 1999
[2] Jung Sang Suh und Jin Seung Lee, Highly Ordered Two- Dimensional Carbon Nanotubes Areas, Applied Physics Letters, Vol. 75, Nr. 14, S. 2047 - 2049, Oktober 1999

Claims

Patentanspr che
1. Elektronisches Bauelement mit
• einer ersten leitenden Schicht, • einer nicht-leitenden Schicht auf der ersten leitenden Schicht,
• einer zweiten leitenden Schicht auf der nicht-leitenden Schicht,
• mindestens einem Loch durch die nicht-leitende Schicht, • mindestens einer Nanorohre m αe Loch, durch die die erste leitende Schicht mit der zweiten leitenden Schicht leitend verbunden ist.
2. Elektronisches Bauelement nach Anspruch 1, bei dem die Nanorohre eine Carbon-Nanoröhre ist.
3. Elektronisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem mehrere Nanoröhren m dem Loch enthalten sind, durch die jeweils die erste leitende Schicht mit der zweiten lei- tenden Schicht leitend verbunden ist.
4. Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Bekeimungsschicht über αer ersten leitenden Schicht, auf der die Nanorohre aufwachsbar ist.
5. Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem αie Bekeimungsschicht für ein Aufwachsen der Nanoroh- re katalytisch wirkende Metallpartikel aufweist.
6. Elektronisches Bauelement nach Anspruch 5, bei dem d e Metallpartikel mindestens eines der folgenden Metalle aufweisen: • Nickel, und/oder
• Eisen, und/oder
• Yttrium, und/oαer • Kobalt, und/oder
• Platin.
7. Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 b s 6, bei dem die nicht-leitende Schicht ein Intermetalldielektrikum aufweist.
8. Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1
bei dem die erste und/oder die zweite leitende Schicht Metall oder eine Kombination verschiedener Metalle aufweist.
9. Elektronisches Bauelement nach Anspruch 8, be dem die erste leitende Schicht und/oder die zweite leitende Schicht Kupfer und/oder Aluminium und/oder eine Kombination von Ta, TaN, Ti, TiN aufweist.
10. Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, be dem das elektronische Bauelement ein Halbleiterelement
11. Verfahren zum Herstellen einer leitenden Verbindung in einem elektronischen Bauelement,
• bei dem über einer ersten leitenden Schicht eine nichtleitende Schicht abgeschieden wird,
• bei dem durch die nicht-leitende Schicht ein Loch gefertigt wird, • bei dem in dem Loch mindestens eine Nanorohre aufgewachsen wird,
• bei dem eine zweite leitende Schicht abgeschieden wird derart, dass die erste leitende Schicht durch die Nanorohre mit der zweiten leitenden Schicht leitend verbunden
12. Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements,
• bei dem eine erste leitende Schicht bereitgestellt wird,
• bei dem über der ersten leitenden Schicht eine nicht- leitende Schicht abgeschieden wird,
• bei dem durch die nicht-leitende Schicht ein Loch gefertigt wird,
• bei dem m dem Loch mindestens eine Nanorohre aufgewachsen wird, • bei dem eine zweite leitende Schicht abgeschieden wird derart, dass die erste leitende Schicht durch die Nanorohre mit der zweiten leitenden Schicht leitend verounden
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, be. dem das Loch durch die nicht-leitende Schicht geatzt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprucne 11 oder 13, oei dem als Nanorohre eine Carbon-Nanoröhre verwendet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, be dem mehrere Nanoröhren in dem Loch aufgewachsen werden, durch die jeweils die erste leitende Schicht mit der zweiten leitenden Schicht leitend verbunden ist.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15,
• bei dem zumindest m der Flache des Lochs auf der ersten leitenden Schicht eine Bekeimungsschicht aufgebracht wird, • bei dem auf der Bekeimungsschicht m dem Loch die Nanorohre aufgewachsen wird,
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 ois 16, bei dem für die Bekeimungsschicht für ein Aufwachsen der Nanorohre katalytisch wirkende Metallpartikel verwendet werden.
18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem als Metallpartikel mindestens eines der folgenden Metalle verwendet wird:
• Nickel, und/oder • Eisen, und/oder
• Yttrium, und/oder
• Kobalt, und/oder
• Platin.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, bei dem für die nicht-leitende Schicht ein Intermetalldielektrikum verwendet wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, bei dem für die erste und/oder die zweite leitende Schicht Metall verwendet wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem für die erste leitende Schicht und/oder die zweite leitende Schicht Kupfer und/oder Aluminium und/oder eine Kombination von Ta, TaN, Ti, TiN verwendet wird/werden.
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