JP2002329723A - 集積回路装置及び集積回路装置製造方法 - Google Patents
集積回路装置及び集積回路装置製造方法Info
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- JP2002329723A JP2002329723A JP2001135322A JP2001135322A JP2002329723A JP 2002329723 A JP2002329723 A JP 2002329723A JP 2001135322 A JP2001135322 A JP 2001135322A JP 2001135322 A JP2001135322 A JP 2001135322A JP 2002329723 A JP2002329723 A JP 2002329723A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 マイグレーション耐性の向上したビアを持つ
集積回路装置、及びリソグラフィー技術の限界以上に微
細化した配線構造を持つ集積回路装置の提供。 【解決手段】 カーボンナノチューブの如く炭素元素か
ら構成された円筒状構造体で形成したビア１５を持つ集
積回路装置、あるいは、配線部材のうちの少なくとも一
部が炭素元素から構成された円筒状構造体により形成さ
れている集積回路装置とする。
集積回路装置、及びリソグラフィー技術の限界以上に微
細化した配線構造を持つ集積回路装置の提供。 【解決手段】 カーボンナノチューブの如く炭素元素か
ら構成された円筒状構造体で形成したビア１５を持つ集
積回路装置、あるいは、配線部材のうちの少なくとも一
部が炭素元素から構成された円筒状構造体により形成さ
れている集積回路装置とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は集積回路装置に関
し、より詳しく言えば、炭素元素から構成される円筒状
の構造体を配線部材材料として用いた、あるいはこの構
造体を異なる層に位置する配線を相互に接続するビア材
料として用いた集積回路装置に関する。
し、より詳しく言えば、炭素元素から構成される円筒状
の構造体を配線部材材料として用いた、あるいはこの構
造体を異なる層に位置する配線を相互に接続するビア材
料として用いた集積回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】トランジスタの発明から半世紀余りが経
過し、そのトランジスタ技術に基礎をおいて開発された
半導体集積回路（半導体ＩＣ）は格段の進歩を遂げ、集
積度のより高い大規模集積回路（ＬＳＩ）の実現をみる
に至った。現在のＬＳＩにあっては、その信頼性の阻害
要因として、マイグレーション現象として知られる配線
材料の金属原子の移動現象が挙げられる。これは、配線
金属材料に加わるストレスや配線中を流れる電子に起因
する断線現象で、複雑な構造を採らざるを得ない配線ビ
ア部分などで、特にこの現象が生じることが多い。スト
レスに起因して発生するマイグレーションはストレスマ
イグレーション、配線中を流れる電子に起因するものは
エレクトロマイグレーションと呼ばれる。
過し、そのトランジスタ技術に基礎をおいて開発された
半導体集積回路（半導体ＩＣ）は格段の進歩を遂げ、集
積度のより高い大規模集積回路（ＬＳＩ）の実現をみる
に至った。現在のＬＳＩにあっては、その信頼性の阻害
要因として、マイグレーション現象として知られる配線
材料の金属原子の移動現象が挙げられる。これは、配線
金属材料に加わるストレスや配線中を流れる電子に起因
する断線現象で、複雑な構造を採らざるを得ない配線ビ
ア部分などで、特にこの現象が生じることが多い。スト
レスに起因して発生するマイグレーションはストレスマ
イグレーション、配線中を流れる電子に起因するものは
エレクトロマイグレーションと呼ばれる。
【０００３】配線金属として以前から用いられてきたア
ルミニウム（Ａｌ）に代わり、最近では銅（Ｃｕ）が使
われはじめているが、それにより若干の改善は見られる
ものの、銅を用いた配線のマイグレーション耐性は、た
かだか電流密度で1平方センチメートル当たり１０5アン
ペア台までと言われている。マイグレーション耐性につ
いてのこの限界値は配線の放熱能力とも密接な関係にあ
り、放熱が悪く配線周囲の温度が上昇すると限界値が下
がることが知られている。
ルミニウム（Ａｌ）に代わり、最近では銅（Ｃｕ）が使
われはじめているが、それにより若干の改善は見られる
ものの、銅を用いた配線のマイグレーション耐性は、た
かだか電流密度で1平方センチメートル当たり１０5アン
ペア台までと言われている。マイグレーション耐性につ
いてのこの限界値は配線の放熱能力とも密接な関係にあ
り、放熱が悪く配線周囲の温度が上昇すると限界値が下
がることが知られている。
【０００４】一方、半導体ＩＣの高性能化はトランジス
タのスケーリング則にのっとってなされてきたが、リソ
グラフィー技術の限界等の要因により、それにも早晩限
界が来る。リソグラフィー技術の限界を打破する方法と
して、自己組織化を利用した微細構造形成技術がある。
現在、自己組織化を用いた量子ドットデバイスや分子デ
バイスの研究が盛んに行なわれているが、ナノデバイス
と総称されるこれらが集積回路コンポーネントとなる時
代が訪れるためには、これらのデバイスの配線技術も並
行開発されなければならない。さもなければ、集積度は
やはり配線技術の限界で決まってしまうことになる。
タのスケーリング則にのっとってなされてきたが、リソ
グラフィー技術の限界等の要因により、それにも早晩限
界が来る。リソグラフィー技術の限界を打破する方法と
して、自己組織化を利用した微細構造形成技術がある。
現在、自己組織化を用いた量子ドットデバイスや分子デ
バイスの研究が盛んに行なわれているが、ナノデバイス
と総称されるこれらが集積回路コンポーネントとなる時
代が訪れるためには、これらのデバイスの配線技術も並
行開発されなければならない。さもなければ、集積度は
やはり配線技術の限界で決まってしまうことになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の一つの目的
は、断線の原因となるマイグレーションに対する耐性に
優れたビアを備え、信頼性の向上した集積回路装置を提
供することである。本発明のもう一つの目的は、リソグ
ラフィー技術の限界を破って微細化した配線構造を備え
た集積回路装置を提供することである。
は、断線の原因となるマイグレーションに対する耐性に
優れたビアを備え、信頼性の向上した集積回路装置を提
供することである。本発明のもう一つの目的は、リソグ
ラフィー技術の限界を破って微細化した配線構造を備え
た集積回路装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】ビアのマイグレーション
耐性に優れた本発明による集積回路装置は、半導体基板
上に作られた複数の素子と、それらの素子及び当該集積
回路装置を機能させるための配線と、異なる層の配線ど
うしを接続するビアとを含む集積回路装置であって、ビ
アが炭素元素から構成される円筒状の構造体により形成
されていることを特徴とする。
耐性に優れた本発明による集積回路装置は、半導体基板
上に作られた複数の素子と、それらの素子及び当該集積
回路装置を機能させるための配線と、異なる層の配線ど
うしを接続するビアとを含む集積回路装置であって、ビ
アが炭素元素から構成される円筒状の構造体により形成
されていることを特徴とする。
【０００７】リソグラフィー技術の限界を破って微細化
した配線構造を備えた本発明による集積回路装置は、半
導体基板上に作られた複数の素子と、それらの素子及び
当該集積回路装置を機能させるための配線部材とを含む
集積回路装置であって、配線部材のうちの少なくとも一
部が、炭素元素から構成される円筒状の構造体により形
成されていることを特徴とする。
した配線構造を備えた本発明による集積回路装置は、半
導体基板上に作られた複数の素子と、それらの素子及び
当該集積回路装置を機能させるための配線部材とを含む
集積回路装置であって、配線部材のうちの少なくとも一
部が、炭素元素から構成される円筒状の構造体により形
成されていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明では、集積回路装置におけ
る、ビアを含めた配線材料として、自己組織化によるナ
ノ構造体である、炭素元素から構成される円筒状の構造
体を使用する。このような構造体としては、一般にカー
ボンナノチューブとして知られているものが挙げられ
る。
る、ビアを含めた配線材料として、自己組織化によるナ
ノ構造体である、炭素元素から構成される円筒状の構造
体を使用する。このような構造体としては、一般にカー
ボンナノチューブとして知られているものが挙げられ
る。
【０００９】カーボンナノチューブは、その独特の特性
から最近注目を浴びている新しい炭素系材料である。カ
ーボンナノチューブは、炭素原子がｓｐ２という最も強
い結合で６員環状に組み上げられたグラファイトシート
を筒状に丸めた構造をしていて、チューブの先端は５員
環を含むいくつかの６員環で閉じられている。チューブ
の直径はサブナノメートルのオーダーまで微細化でき、
最小で０．４ナノメートルである。この材料の物性は今
まさに研究段階にあるが、ダイヤモンド以上の熱伝導率
を持つこと、電流密度が１平方センチメートル当たり１
０6アンペアほどであること、ヤング率が高いことなど
分かってきている。
から最近注目を浴びている新しい炭素系材料である。カ
ーボンナノチューブは、炭素原子がｓｐ２という最も強
い結合で６員環状に組み上げられたグラファイトシート
を筒状に丸めた構造をしていて、チューブの先端は５員
環を含むいくつかの６員環で閉じられている。チューブ
の直径はサブナノメートルのオーダーまで微細化でき、
最小で０．４ナノメートルである。この材料の物性は今
まさに研究段階にあるが、ダイヤモンド以上の熱伝導率
を持つこと、電流密度が１平方センチメートル当たり１
０6アンペアほどであること、ヤング率が高いことなど
分かってきている。
【００１０】カーボンナノチューブの形成には、従来は
アーク放電やレーザーアブレーションが用いられてきた
が、最近の研究でプラズマＣＶＤや熱ＣＶＤによっても
形成可能との報告がある。アーク放電などによる方法は
高純度のナノチューブの生産を可能にする方法ではある
が、集積回路の製造には不向きである一方、ＣＶＤによ
る形成方法は、集積回路の製造への応用の可能性のある
ものと言える。
アーク放電やレーザーアブレーションが用いられてきた
が、最近の研究でプラズマＣＶＤや熱ＣＶＤによっても
形成可能との報告がある。アーク放電などによる方法は
高純度のナノチューブの生産を可能にする方法ではある
が、集積回路の製造には不向きである一方、ＣＶＤによ
る形成方法は、集積回路の製造への応用の可能性のある
ものと言える。
【００１１】ビアのマイグレーション耐性に優れた本発
明による集積回路装置では、カーボンナノチューブをビ
ア材料とすることを特徴としている。このカーボンナノ
チューブは、ＣＶＤ法により好ましく形成することがで
きる。
明による集積回路装置では、カーボンナノチューブをビ
ア材料とすることを特徴としている。このカーボンナノ
チューブは、ＣＶＤ法により好ましく形成することがで
きる。
【００１２】ビアのマイグレーション耐性に優れた本発
明の集積回路装置の一態様を、集積回路装置の一つのビ
ア部分を示す図１により説明する。この図においては、
下地層１１の上に下層配線層１２、絶縁層１３、上層配
線層１４が順次形成されており、下層配線層１２と上層
配線層１４はそれらの間に介在する絶縁層１３を貫くビ
ア１５により接続されている。このビア１５は、複数の
カーボンナノチューブの集合体により形成されている。
下地層１１は、通常絶縁層であり、そしてこの下地層１
１は半導体基板（図示せず）あるいは別の配線層（図示
せず）の上に位置している。下層及び上層配線層１２、
１４は、任意の導電性材料から形成することができ、例
えば銅、アルミニウム等の金属材料又はそれらを含む積
層金属材料を使用することができる。絶縁層１３（層間
絶縁膜とも称される）は、現在広く使用されているケイ
素系絶縁膜から形成してもよく、あるいはより低誘電率
の多孔質材料等の膜から形成してもよい。場合によって
は、絶縁層１３をなくしてビア側面を露出させた、いわ
ゆる空中配線構造を採用してもよい。
明の集積回路装置の一態様を、集積回路装置の一つのビ
ア部分を示す図１により説明する。この図においては、
下地層１１の上に下層配線層１２、絶縁層１３、上層配
線層１４が順次形成されており、下層配線層１２と上層
配線層１４はそれらの間に介在する絶縁層１３を貫くビ
ア１５により接続されている。このビア１５は、複数の
カーボンナノチューブの集合体により形成されている。
下地層１１は、通常絶縁層であり、そしてこの下地層１
１は半導体基板（図示せず）あるいは別の配線層（図示
せず）の上に位置している。下層及び上層配線層１２、
１４は、任意の導電性材料から形成することができ、例
えば銅、アルミニウム等の金属材料又はそれらを含む積
層金属材料を使用することができる。絶縁層１３（層間
絶縁膜とも称される）は、現在広く使用されているケイ
素系絶縁膜から形成してもよく、あるいはより低誘電率
の多孔質材料等の膜から形成してもよい。場合によって
は、絶縁層１３をなくしてビア側面を露出させた、いわ
ゆる空中配線構造を採用してもよい。
【００１３】図１に示したビアの形成方法の一例を、図
２を参照して説明する。図２（ａ）に示したように、下
地層１１の上に設けた下層配線層１２の上に、形成すべ
きビアの形状に対応したパターンの開口１７を備えた絶
縁層１３を形成する。ここで、１３ｂはパターン開口１
７を形成するためのレジストパターンを示す。続いて、
図２（ｂ）に示したように、開口１７の底に露出した下
層配線層１２の上面に、触媒１８を付着させる。触媒１
８としては、コバルト、ニッケル、鉄等を用いることが
でき、そしてこの触媒１８の付着は、スパッタリングあ
るいは蒸着等の手法により行い、その後レジストパター
ン１３ｂをリフトオフすることにより行うことができ
る。次に、プラズマＣＶＤあるいは熱ＣＶＤにより、触
媒１８を利用して開口１７内にカーボンナノチューブの
バンドルからなるビア１５（図２（ｃ））を成長させ
る。プラズマＣＶＤと熱ＣＶＤでは成長メカニズムが異
なることが知られており、カーボンナノチューブの成長
後、触媒１８は、プラズマＣＶＤによる成長の場合はナ
ノチューブの先端に残り、熱ＣＶＤによる場合はナノチ
ューブの根本に残る（すなわち図２（ｂ）に示した開口
１７の底部にそのまま残る）。図２（ｃ）に示したビア
１５は、プラズマＣＶＤで成長させたものに相当してい
る。次いで、図２（ｄ）に示したように、形成したビア
１５を介して下層配線層１２につながる上層配線層１４
を形成する。下層及び上層配線層１２、１４の形成と絶
縁層１３の形成は、周知のいずれの方法により行っても
よい。
２を参照して説明する。図２（ａ）に示したように、下
地層１１の上に設けた下層配線層１２の上に、形成すべ
きビアの形状に対応したパターンの開口１７を備えた絶
縁層１３を形成する。ここで、１３ｂはパターン開口１
７を形成するためのレジストパターンを示す。続いて、
図２（ｂ）に示したように、開口１７の底に露出した下
層配線層１２の上面に、触媒１８を付着させる。触媒１
８としては、コバルト、ニッケル、鉄等を用いることが
でき、そしてこの触媒１８の付着は、スパッタリングあ
るいは蒸着等の手法により行い、その後レジストパター
ン１３ｂをリフトオフすることにより行うことができ
る。次に、プラズマＣＶＤあるいは熱ＣＶＤにより、触
媒１８を利用して開口１７内にカーボンナノチューブの
バンドルからなるビア１５（図２（ｃ））を成長させ
る。プラズマＣＶＤと熱ＣＶＤでは成長メカニズムが異
なることが知られており、カーボンナノチューブの成長
後、触媒１８は、プラズマＣＶＤによる成長の場合はナ
ノチューブの先端に残り、熱ＣＶＤによる場合はナノチ
ューブの根本に残る（すなわち図２（ｂ）に示した開口
１７の底部にそのまま残る）。図２（ｃ）に示したビア
１５は、プラズマＣＶＤで成長させたものに相当してい
る。次いで、図２（ｄ）に示したように、形成したビア
１５を介して下層配線層１２につながる上層配線層１４
を形成する。下層及び上層配線層１２、１４の形成と絶
縁層１３の形成は、周知のいずれの方法により行っても
よい。
【００１４】図２（ｃ）に示した成長したビア１５の先
端の触媒１８は、上層配線層１４の形成に先立ち除去し
てもよく、除去せずにそのまま残してもよい。ビア１５
の先端の触媒１８は、実際には、５員環を含むいくつか
の６員環で閉じられた各カーボンナノチューブの内側に
位置しており、これを除去する場合には、６員環に比べ
結合の弱い５員環の部分を酸素プラズマアッシングなど
により破るといった方法で行うことができる。
端の触媒１８は、上層配線層１４の形成に先立ち除去し
てもよく、除去せずにそのまま残してもよい。ビア１５
の先端の触媒１８は、実際には、５員環を含むいくつか
の６員環で閉じられた各カーボンナノチューブの内側に
位置しており、これを除去する場合には、６員環に比べ
結合の弱い５員環の部分を酸素プラズマアッシングなど
により破るといった方法で行うことができる。
【００１５】カーボンナノチューブには、単層構造のも
のと多層構造のものがあることが知られている。単層構
造のナノチューブは、それを構成する円筒が一つのもの
（巻回したグラファイトシートが一つであるもの）であ
り、多層構造のナノチューブは、複数の円筒から構成さ
れ、一番外側の円筒から一番内側の円筒まで直径を異に
する円筒が順次配列した構造をしている。本発明の集積
回路装置のビアで使用するカーボンナノチューブは、単
層構造及び多層構造のいずれのものであってもよい。ま
た、一つのビアに単層構造と多層構造の両方のナノチュ
ーブが混在する場合と単層構造あるいは多層構造のみか
らなる場合を含む。
のと多層構造のものがあることが知られている。単層構
造のナノチューブは、それを構成する円筒が一つのもの
（巻回したグラファイトシートが一つであるもの）であ
り、多層構造のナノチューブは、複数の円筒から構成さ
れ、一番外側の円筒から一番内側の円筒まで直径を異に
する円筒が順次配列した構造をしている。本発明の集積
回路装置のビアで使用するカーボンナノチューブは、単
層構造及び多層構造のいずれのものであってもよい。ま
た、一つのビアに単層構造と多層構造の両方のナノチュ
ーブが混在する場合と単層構造あるいは多層構造のみか
らなる場合を含む。
【００１６】更に、本発明の集積回路装置におけるビア
は、１本のカーボンナノチューブから形成してもよく、
あるいは先に言及したように複数のナノチューブの集合
体として形成してもよい。
は、１本のカーボンナノチューブから形成してもよく、
あるいは先に言及したように複数のナノチューブの集合
体として形成してもよい。
【００１７】本発明の集積回路装置におけるビアは、金
属を内包したフラーレンなどの、全体として金属的性質
を示す、ナノチューブとは別のナノ構造体がカーボンナ
ノチューブ内に詰まっている、いわゆるピーポッド構造
のナノチューブを用いて形成してもよい。図３に、金属
内包フラーレン２２を内側に含むカーボンナノチューブ
２１を模式的に示す。フラーレンは炭素原子の５員環と
６員環からなる多面体構造を有するが、図３では簡単の
ために球状に描かれている。また、フラーレン２２に内
包されている金属も簡単のために図示していない。
属を内包したフラーレンなどの、全体として金属的性質
を示す、ナノチューブとは別のナノ構造体がカーボンナ
ノチューブ内に詰まっている、いわゆるピーポッド構造
のナノチューブを用いて形成してもよい。図３に、金属
内包フラーレン２２を内側に含むカーボンナノチューブ
２１を模式的に示す。フラーレンは炭素原子の５員環と
６員環からなる多面体構造を有するが、図３では簡単の
ために球状に描かれている。また、フラーレン２２に内
包されている金属も簡単のために図示していない。
【００１８】このような別のナノ構造体を含むピーポッ
ド構造のナノチューブを用いることにより、ビアの電気
伝導特性あるいは機械的強度を増強することが可能にな
る。例えば、金属内包フラーレンを含むカーボンナノチ
ューブの場合、内包された金属の電荷がフラーレン外側
に現れ、更にナノチューブ外側に現れることが、第一原
理計算から知られており、それによってビアの電気伝導
特性を向上させることができる。
ド構造のナノチューブを用いることにより、ビアの電気
伝導特性あるいは機械的強度を増強することが可能にな
る。例えば、金属内包フラーレンを含むカーボンナノチ
ューブの場合、内包された金属の電荷がフラーレン外側
に現れ、更にナノチューブ外側に現れることが、第一原
理計算から知られており、それによってビアの電気伝導
特性を向上させることができる。
【００１９】金属内包フラーレンのように全体として金
属的性質を示す、ナノチューブとは別の構造体もしくは
分子あるいは原子は、ナノチューブ内ではなく、一つの
ビアを構成している隣接ナノチューブ間に存在してもよ
い。また、内部に金属フラーレンを含む隣接ナノチュー
ブ間に、上記のナノチューブとは別の構造体もしくは分
子あるいは原子を配置することも可能である。
属的性質を示す、ナノチューブとは別の構造体もしくは
分子あるいは原子は、ナノチューブ内ではなく、一つの
ビアを構成している隣接ナノチューブ間に存在してもよ
い。また、内部に金属フラーレンを含む隣接ナノチュー
ブ間に、上記のナノチューブとは別の構造体もしくは分
子あるいは原子を配置することも可能である。
【００２０】カーボンナノチューブ内、又は隣接したカ
ーボンナノチューブ間に金属フラーレンを配置する方法
としては、カーボンナノチューブを金属フラーレン含有
雰囲気にさらす方法を挙げることができる。金属内包フ
ラーレンは、カーボンナノチューブの示す強い吸引力に
より吸引されて、所定の部位に収まる。ナノチューブ内
に配置する場合には、その先端を酸素プラズマアッシン
グ等により開放しておく必要がある。
ーボンナノチューブ間に金属フラーレンを配置する方法
としては、カーボンナノチューブを金属フラーレン含有
雰囲気にさらす方法を挙げることができる。金属内包フ
ラーレンは、カーボンナノチューブの示す強い吸引力に
より吸引されて、所定の部位に収まる。ナノチューブ内
に配置する場合には、その先端を酸素プラズマアッシン
グ等により開放しておく必要がある。
【００２１】このように、本発明の集積回路装置におけ
るビアの特徴としては、（１）カーボンナノチューブの
構造体としての強度が現在用いられる材料よりも強いこ
とから、ストレスマイグレーション耐性が高いこと、
（２）炭素原子どうしの結合が強く、原子の移動が起こ
りにくいので、エレクトロマイグレーション耐性も高い
こと、（３）熱伝導率が現存する材料中最高であるた
め、ビアを通しての熱放散効率がよく、これもマイグレ
ーション対策に有益であること、（４）高密度の電流が
流せること、（５）自己組織的に構造が決まることか
ら、ビア断面積の縮小が可能なこと、などが挙げられ
る。
るビアの特徴としては、（１）カーボンナノチューブの
構造体としての強度が現在用いられる材料よりも強いこ
とから、ストレスマイグレーション耐性が高いこと、
（２）炭素原子どうしの結合が強く、原子の移動が起こ
りにくいので、エレクトロマイグレーション耐性も高い
こと、（３）熱伝導率が現存する材料中最高であるた
め、ビアを通しての熱放散効率がよく、これもマイグレ
ーション対策に有益であること、（４）高密度の電流が
流せること、（５）自己組織的に構造が決まることか
ら、ビア断面積の縮小が可能なこと、などが挙げられ
る。
【００２２】リソグラフィー技術の限界を破って微細化
した配線構造を備えた本発明による集積回路装置では、
配線部材が炭素元素から構成される円筒状の構造体によ
り形成されていることを特徴としている。このカーボン
ナノチューブも、ＣＶＤ法により好ましく形成すること
ができる。この集積回路装置における「配線部材」は、
絶縁層上に形成された配線層の配線と、絶縁層を貫き、
その絶縁層の上下の配線どうしをつなぐビアと、集積回
路装置の素子どうしをつなぐ配線に接続するコンタクト
を包含する。また、この集積回路装置に含まれる配線部
材の一部、例えば集積回路装置を外部の回路に接続する
ための配線などは、カーボンナノチューブ以外の金属等
の導電性材料から形成してもよい。
した配線構造を備えた本発明による集積回路装置では、
配線部材が炭素元素から構成される円筒状の構造体によ
り形成されていることを特徴としている。このカーボン
ナノチューブも、ＣＶＤ法により好ましく形成すること
ができる。この集積回路装置における「配線部材」は、
絶縁層上に形成された配線層の配線と、絶縁層を貫き、
その絶縁層の上下の配線どうしをつなぐビアと、集積回
路装置の素子どうしをつなぐ配線に接続するコンタクト
を包含する。また、この集積回路装置に含まれる配線部
材の一部、例えば集積回路装置を外部の回路に接続する
ための配線などは、カーボンナノチューブ以外の金属等
の導電性材料から形成してもよい。
【００２３】図４に、炭素元素から構成される円筒状構
造体であるカーボンナノチューブから形成した配線部材
を含む集積回路装置を模式的に示す。シリコン基板３１
にトランジスタ３２等の素子が複数作りこまれ、それら
を覆って複数の絶縁層（層間絶縁膜）３３ａ〜３３ｆが
形成されている。絶縁層を挟んで配線層が位置し、所定
の配線層の配線３５は絶縁層を貫通して形成されたビア
３６により別の層の配線３５につながれている。３７
は、素子どうしをつなぐ配線３５に接続するコンタクト
を表している。この図に示した集積回路装置では、配線
３５、ビア３６、コンタクト３７のいずれもカーボンナ
ノチューブで形成されている。一番上の配線層は保護層
３８で被覆されている。
造体であるカーボンナノチューブから形成した配線部材
を含む集積回路装置を模式的に示す。シリコン基板３１
にトランジスタ３２等の素子が複数作りこまれ、それら
を覆って複数の絶縁層（層間絶縁膜）３３ａ〜３３ｆが
形成されている。絶縁層を挟んで配線層が位置し、所定
の配線層の配線３５は絶縁層を貫通して形成されたビア
３６により別の層の配線３５につながれている。３７
は、素子どうしをつなぐ配線３５に接続するコンタクト
を表している。この図に示した集積回路装置では、配線
３５、ビア３６、コンタクト３７のいずれもカーボンナ
ノチューブで形成されている。一番上の配線層は保護層
３８で被覆されている。
【００２４】次に、ＣＶＤ法によるカーボンナノチュー
ブ配線部材の形成を、図５を参照して説明する。先に説
明したとおり、プラズマＣＶＤと熱ＣＶＤでは成長メカ
ニズムが異なり、カーボンナノチューブの成長に使用す
る触媒は、成長終了時点で、プラズマＣＶＤでは成長し
たナノチューブの先端に残り、熱ＣＶＤでは成長したナ
ノチューブの根本に残る。図５で説明する事例では、カ
ーボンナノチューブをプラズマＣＶＤにより成長させ、
そのゆえ触媒は、成長過程を通じてナノチューブの先端
に位置する。但し、図５では、簡略化のため触媒は図示
しないことにする。また、カーボンナノチューブは、図
５ではやはり簡略化のため円筒ないし円柱状に表されて
いる。
ブ配線部材の形成を、図５を参照して説明する。先に説
明したとおり、プラズマＣＶＤと熱ＣＶＤでは成長メカ
ニズムが異なり、カーボンナノチューブの成長に使用す
る触媒は、成長終了時点で、プラズマＣＶＤでは成長し
たナノチューブの先端に残り、熱ＣＶＤでは成長したナ
ノチューブの根本に残る。図５で説明する事例では、カ
ーボンナノチューブをプラズマＣＶＤにより成長させ、
そのゆえ触媒は、成長過程を通じてナノチューブの先端
に位置する。但し、図５では、簡略化のため触媒は図示
しないことにする。また、カーボンナノチューブは、図
５ではやはり簡略化のため円筒ないし円柱状に表されて
いる。
【００２５】図５（ａ）に示すように、基板４１の上面
に設けた電極パッド４２から上方へ垂直に、プラズマＣ
ＶＤによりカーボンナノチューブ４３ａを成長させる。
そのために必要な触媒金属は、成長前に電極パッド４２
上の所定の位置に配置しておく。
に設けた電極パッド４２から上方へ垂直に、プラズマＣ
ＶＤによりカーボンナノチューブ４３ａを成長させる。
そのために必要な触媒金属は、成長前に電極パッド４２
上の所定の位置に配置しておく。
【００２６】ＣＶＤ法によるカーボンナノチューブの成
長において、カーボンナノチューブを基板面から垂直方
向に成長させるためには、同方向の電界の存在するのが
重要であることが分かっている。そこで、図５（ａ）の
基板４１の面から上方へ垂直にカーボンナノチューブ４
３ａを成長させる際には、同図に示したように垂直方向
の電界Ｅｚを印加しておく。
長において、カーボンナノチューブを基板面から垂直方
向に成長させるためには、同方向の電界の存在するのが
重要であることが分かっている。そこで、図５（ａ）の
基板４１の面から上方へ垂直にカーボンナノチューブ４
３ａを成長させる際には、同図に示したように垂直方向
の電界Ｅｚを印加しておく。
【００２７】次に、触媒金属をカバーする先端部分のナ
ノチューブを酸素プラズマアッシングによって除去して
触媒金属を露出させ、そしてその後、図５（ｂ）に示し
たように水平方向に電界Ｅｘ（ｔ）を印加しながら、更
にプラズマＣＶＤを続けてカーボンナノチューブ４３ｂ
を成長させる。図５（ａ）の工程では垂直上方の一方向
への成長であったために印加した電界Ｅｘが直流電界で
あったのに対比して、このときの電界Ｅｘ（ｔ）は交流
電界とする。その結果、ここで成長するカーボンナノチ
ューブ４３ｂは、酸素プラズマアッシングにより触媒金
属を露出させた垂直成長したカーボンナノチューブ４３
ａの先端を基点として水平方向左右に成長する。このと
き、交流電界印加前に露出されている触媒金属は、この
電界の印加後に２つに分離して、成長するナノチューブ
の先端とともに左右の２方向に移動してゆく。この例で
は、交流電界が基板に対して水平にかけられているた
め、成長したナノチューブの全体形状はＴ宇型になって
いるが、成長ナノチューブの持つ形状はＴ字型のみに限
られるものではない。例えば、水平方向以外の印加電界
方向、直流電界オフセットの印加などの、適当な制御に
よって、Ｙ字型や↑型などの、任意の可能な三次元構造
が形成できる。また、水平方向の直流電界印加により、
逆Ｌ字型の構造を形成することもできる。
ノチューブを酸素プラズマアッシングによって除去して
触媒金属を露出させ、そしてその後、図５（ｂ）に示し
たように水平方向に電界Ｅｘ（ｔ）を印加しながら、更
にプラズマＣＶＤを続けてカーボンナノチューブ４３ｂ
を成長させる。図５（ａ）の工程では垂直上方の一方向
への成長であったために印加した電界Ｅｘが直流電界で
あったのに対比して、このときの電界Ｅｘ（ｔ）は交流
電界とする。その結果、ここで成長するカーボンナノチ
ューブ４３ｂは、酸素プラズマアッシングにより触媒金
属を露出させた垂直成長したカーボンナノチューブ４３
ａの先端を基点として水平方向左右に成長する。このと
き、交流電界印加前に露出されている触媒金属は、この
電界の印加後に２つに分離して、成長するナノチューブ
の先端とともに左右の２方向に移動してゆく。この例で
は、交流電界が基板に対して水平にかけられているた
め、成長したナノチューブの全体形状はＴ宇型になって
いるが、成長ナノチューブの持つ形状はＴ字型のみに限
られるものではない。例えば、水平方向以外の印加電界
方向、直流電界オフセットの印加などの、適当な制御に
よって、Ｙ字型や↑型などの、任意の可能な三次元構造
が形成できる。また、水平方向の直流電界印加により、
逆Ｌ字型の構造を形成することもできる。
【００２８】本発明の集積回路装置における配線部材
は、１本のカーボンナノチューブから形成してもよく、
複数のナノチューブの集合体として形成してもよい。ま
た、カーボンナノチューブは単層構造と多層構造のいず
れのものでもよく、配線部材が複数のナノチューブから
形成される場合には単層構造のものと多層構造のものが
混在してもよいし、おのおの単独のものであってもよ
い。
は、１本のカーボンナノチューブから形成してもよく、
複数のナノチューブの集合体として形成してもよい。ま
た、カーボンナノチューブは単層構造と多層構造のいず
れのものでもよく、配線部材が複数のナノチューブから
形成される場合には単層構造のものと多層構造のものが
混在してもよいし、おのおの単独のものであってもよ
い。
【００２９】図５（ｂ）の水平左右方向への成長を続け
ると、垂直成長した隣り合うナノチューブ４３ａの先端
から互いに接近するように水平方向に成長したナノチュ
ーブ４３ｂの先端は、図５（ｃ）に示したように接触す
る場合もある。この時点で、図５（ｄ）に示したように
印加方向を直角に変更した交流電界Ｅｙ（ｔ）を印加す
ると、今度は、先に水平方向に成長したナノチューブ４
３ｂと同一平面内においてその成長方向と直角方向のカ
ーボンナノチューブ４３ｃの成長が始まる。
ると、垂直成長した隣り合うナノチューブ４３ａの先端
から互いに接近するように水平方向に成長したナノチュ
ーブ４３ｂの先端は、図５（ｃ）に示したように接触す
る場合もある。この時点で、図５（ｄ）に示したように
印加方向を直角に変更した交流電界Ｅｙ（ｔ）を印加す
ると、今度は、先に水平方向に成長したナノチューブ４
３ｂと同一平面内においてその成長方向と直角方向のカ
ーボンナノチューブ４３ｃの成長が始まる。
【００３０】上述の垂直及び水平方向の成長工程を適宜
繰り返すことにより、立体的に枝分かれした配線構造を
容易に形成することができる。図６は、そのようにして
電界印加方向を変更しながら基板４１上に形成した、立
体的に枝分かれした配線構造４８を例示している。
繰り返すことにより、立体的に枝分かれした配線構造を
容易に形成することができる。図６は、そのようにして
電界印加方向を変更しながら基板４１上に形成した、立
体的に枝分かれした配線構造４８を例示している。
【００３１】このように立体的に枝分かれした配線構造
は、先に説明したプラズマＣＶＤのみならず、熱ＣＶＤ
によっても形成することができ、あるいはプラズマＣＶ
Ｄと熱ＣＶＤの組み合わせを利用して形成することもで
きる。例えば、図６に示した立体的配線構造４８は、最
初に垂直方向の電界を印加しながらプラズマＣＶＤによ
り基板４１上に垂直方向のカーボンナノチューブ４３
ａ’を形成してから、次に熱ＣＶＤに切り換え、水平方
向の交流電界又は垂直方向の直流電界を印加しながら熱
ＣＶＤによる成長を継続して得ることができる。この場
合、ナノチューブの成長のための金属触媒（図示せず）
は、最初のプラズマＣＶＤにより形成したナノチューブ
４３ａ’の先端部に残る。
は、先に説明したプラズマＣＶＤのみならず、熱ＣＶＤ
によっても形成することができ、あるいはプラズマＣＶ
Ｄと熱ＣＶＤの組み合わせを利用して形成することもで
きる。例えば、図６に示した立体的配線構造４８は、最
初に垂直方向の電界を印加しながらプラズマＣＶＤによ
り基板４１上に垂直方向のカーボンナノチューブ４３
ａ’を形成してから、次に熱ＣＶＤに切り換え、水平方
向の交流電界又は垂直方向の直流電界を印加しながら熱
ＣＶＤによる成長を継続して得ることができる。この場
合、ナノチューブの成長のための金属触媒（図示せず）
は、最初のプラズマＣＶＤにより形成したナノチューブ
４３ａ’の先端部に残る。
【００３２】上述のとおり、本発明では、マイグレーシ
ョン耐性の優れたビアの形成にも、リソグラフィー技術
の限界を超えて微細化した配線構造の形成にも、プラズ
マＣＶＤあるいは熱ＣＶＤを利用している。これらのＣ
ＶＤの技術は周知であり、特に説明を要するものではな
いが、一例を挙げれば、プラズマＣＶＤは電界印加及び
減圧下に６５０℃程度でメタン（ＣＨ4）ガスと水素
（Ｈ2）ガスを流しながら行うことができ、熱ＣＶＤは
やはり電界印加及び減圧下に６５０℃程度でアセチレン
（Ｃ2Ｈ2）ガスと水素ガスを流しながら行うことができ
る。どちらの場合にも、触媒としてコバルト、鉄、ニッ
ケル等の金属を使用する。
ョン耐性の優れたビアの形成にも、リソグラフィー技術
の限界を超えて微細化した配線構造の形成にも、プラズ
マＣＶＤあるいは熱ＣＶＤを利用している。これらのＣ
ＶＤの技術は周知であり、特に説明を要するものではな
いが、一例を挙げれば、プラズマＣＶＤは電界印加及び
減圧下に６５０℃程度でメタン（ＣＨ4）ガスと水素
（Ｈ2）ガスを流しながら行うことができ、熱ＣＶＤは
やはり電界印加及び減圧下に６５０℃程度でアセチレン
（Ｃ2Ｈ2）ガスと水素ガスを流しながら行うことができ
る。どちらの場合にも、触媒としてコバルト、鉄、ニッ
ケル等の金属を使用する。
【００３３】図５と６には絶縁層が示されていない。こ
のように絶縁層のない配線構造、いわゆる空中配線構造
は、層間絶縁膜の低誘電率化の究極的手段として提案さ
れているものである。カーボンナノチューブは機械的強
度が極めて高いことから、配線部材としてカーボンナノ
チューブを用いる本発明の集積回路装置は、配線部材の
周囲に絶縁層がなく配線部材が露出されている空中配線
構造をとるのに適している。とは言え、配線部材として
カーボンナノチューブを用いる本発明の集積回路装置
は、図４に例示したように層間絶縁膜を有することもで
きる。この層間絶縁膜は、例えば、低誘電率の多孔質材
料等の膜から形成することができる。配線部材のうちの
一部分が露出され、そのほかの部分が絶縁材料に埋め込
まれていても差し支えない。
のように絶縁層のない配線構造、いわゆる空中配線構造
は、層間絶縁膜の低誘電率化の究極的手段として提案さ
れているものである。カーボンナノチューブは機械的強
度が極めて高いことから、配線部材としてカーボンナノ
チューブを用いる本発明の集積回路装置は、配線部材の
周囲に絶縁層がなく配線部材が露出されている空中配線
構造をとるのに適している。とは言え、配線部材として
カーボンナノチューブを用いる本発明の集積回路装置
は、図４に例示したように層間絶縁膜を有することもで
きる。この層間絶縁膜は、例えば、低誘電率の多孔質材
料等の膜から形成することができる。配線部材のうちの
一部分が露出され、そのほかの部分が絶縁材料に埋め込
まれていても差し支えない。
【００３４】カーボンナノチューブには、金属的な性質
を示すための条件を満たすバンド構造を取るものと、半
導体的（半金属的）な性質を示すための条件を満たすバ
ンド構造を取るものがある。カーボンナノチューブが金
属的性質を示すか半導体的性質を示すかには、カーボン
ナノチューブのカイラリティ（グラファイトシートの巻
き方）が関与している。図７（ａ）は、金属的性質を示
すナノチューブのカイラリティ（アームチェア型と呼ば
れる）を示しており、図７（ｂ）は、半導体的性質を示
すもの（ジグザグ型と呼ばれる）を示している。図７
（ｃ）に示した構造はカイラル型として知られるもので
あり、この場合には、条件により金属的性質を示すこと
と半導体的性質を示すことがある。ＣＶＤ法での成長に
より得られるカーボンナノチューブのカイラリティは、
使用するＣＶＤ法、成長条件などに左右される。
を示すための条件を満たすバンド構造を取るものと、半
導体的（半金属的）な性質を示すための条件を満たすバ
ンド構造を取るものがある。カーボンナノチューブが金
属的性質を示すか半導体的性質を示すかには、カーボン
ナノチューブのカイラリティ（グラファイトシートの巻
き方）が関与している。図７（ａ）は、金属的性質を示
すナノチューブのカイラリティ（アームチェア型と呼ば
れる）を示しており、図７（ｂ）は、半導体的性質を示
すもの（ジグザグ型と呼ばれる）を示している。図７
（ｃ）に示した構造はカイラル型として知られるもので
あり、この場合には、条件により金属的性質を示すこと
と半導体的性質を示すことがある。ＣＶＤ法での成長に
より得られるカーボンナノチューブのカイラリティは、
使用するＣＶＤ法、成長条件などに左右される。
【００３５】図８は、最初にプラズマＣＶＤにより成長
させた部分５１ａと次に熱ＣＶＤにより成長させた部分
５１ｂからなる垂直方向のカーボンナノチューブ５１を
示している。このナノチューブ５１はその物性が縦方向
に異なっていて、この物性の違いは、プラズマＣＶＤに
より成長させた部分５１ａと熱ＣＶＤにより成長させた
部分５１ｂのヘテロ接合構造に由来している。物性の違
いの一例として、二つの部分のナノチューブ間のカイラ
リティの変化による電気伝導度の違いが挙げられる。こ
のほかにも、ナノチューブの径の違い、層数の違いや、
ドーピング濃度の違いなども利用できる。図８の例で
は、最初のプラズマＣＶＤで金属的性質のナノチューブ
部分５１ａを成長後、熱ＣＶＤで半導体的性質のナノチ
ューブ部分５１ｂを成長している結果として、整流作用
のある金属−半導体接合が形成されている。
させた部分５１ａと次に熱ＣＶＤにより成長させた部分
５１ｂからなる垂直方向のカーボンナノチューブ５１を
示している。このナノチューブ５１はその物性が縦方向
に異なっていて、この物性の違いは、プラズマＣＶＤに
より成長させた部分５１ａと熱ＣＶＤにより成長させた
部分５１ｂのヘテロ接合構造に由来している。物性の違
いの一例として、二つの部分のナノチューブ間のカイラ
リティの変化による電気伝導度の違いが挙げられる。こ
のほかにも、ナノチューブの径の違い、層数の違いや、
ドーピング濃度の違いなども利用できる。図８の例で
は、最初のプラズマＣＶＤで金属的性質のナノチューブ
部分５１ａを成長後、熱ＣＶＤで半導体的性質のナノチ
ューブ部分５１ｂを成長している結果として、整流作用
のある金属−半導体接合が形成されている。
【００３６】このような金属−半導体接合構造を配線の
途中に組み込むことで、従来信号伝達のための構成要素
でしかなかった配線が、アクティブな配線となり、それ
により機能性を持った３次元的集積回路装置を実現する
ことが可能になる。言うまでもなく、この金属−半導体
接合構造は、ビア部分に設けてもよく、場合によっては
コンタクト部分に設けてもよい。
途中に組み込むことで、従来信号伝達のための構成要素
でしかなかった配線が、アクティブな配線となり、それ
により機能性を持った３次元的集積回路装置を実現する
ことが可能になる。言うまでもなく、この金属−半導体
接合構造は、ビア部分に設けてもよく、場合によっては
コンタクト部分に設けてもよい。
【００３７】本発明をその様々な実施形態とともに付記
として列挙すれば、次のとおりである。 （付記１） 半導体基板上に作られた複数の素子を含む
集積回路装置であり、それらの素子のほかに、それらの
素子及び当該集積回路装置を機能させるための配線と、
異なる層の配線どうしを接続するビアとを更に含む集積
回路装置であって、当該ビアが炭素元素から構成される
円筒状の構造体により形成されていることを特徴とする
集積回路装置。 （付記２） 前記ビアが単一の円筒状構造体から形成さ
れている、付記１記載の集積回路装置。 （付記３） 前記ビアが複数の円筒状構造体のバンドル
から形成されている、付記１記載の集積回路装置。 （付記４） 前記円筒状の構造体が、単一の円筒で構成
された単層構造のものである、付記１から３までのいず
れか一つに記載の集積回路装置。 （付記５） 前記円筒状の構造体が、複数の円筒から構
成された多層構造のものである、付記１から３までのい
ずれか一つに記載の集積回路装置。 （付記６） 前記ビアに、単層構造と多層構造の両方の
円筒状構造体が混在している、付記３記載の集積回路装
置。 （付記７） 前記ビアが絶縁層によって取り囲まれてお
り、当該絶縁層が有機ケイ素系材料又は多孔質材料で形
成されている、付記１から６までのいずれか一つに記載
の集積回路装置。 （付記８） 前記ビアの側面が露出されている、付記１
から６までのいずれか一つに記載の集積回路装置。 （付記９） 前記ビアのうちの一部のものが、金属的性
質の円筒状構造体と半導体的性質の円筒状構造体との接
合構造を有する、付記１から８までのいずれか一つに記
載の集積回路装置。 （付記１０） 前記円筒状構造体の内部もしくは隣接し
た円筒状構造体の間、又はその両方に、全体として金属
的性質を示す別の構造体が含まれている、付記１から９
までのいずれか一つに記載の集積回路装置。 （付記１１） 前記円筒状構造体がカーボンナノチュー
ブである、付記１から１０までのいずれか一つに記載の
集積回路装置。 （付記１２） 半導体基板上に作られた複数の素子を含
む集積回路装置であり、それらの素子のほかに、それら
の素子及び当該集積回路装置を機能させるための配線部
材を更に含む集積回路装置であって、配線部材のうちの
少なくとも一部が、炭素元素から構成される円筒状の構
造体により形成されていることを特徴とする集積回路装
置。 （付記１３） 前記配線部材が単一の円筒状構造体から
形成されている、付記１２記載の集積回路装置。 （付記１４） 前記配線部材が複数の円筒状構造体のバ
ンドルから形成されている、付記１２記載の集積回路装
置。 （付記１５） 前記円筒状の構造体が、単一の円筒で構
成された単層構造のものである、付記１２から１４まで
のいずれか一つに記載の集積回路装置。 （付記１６） 前記円筒状の構造体が、複数の円筒から
構成された多層構造のものである、付記１２から１４ま
でのいずれか一つに記載の集積回路装置。 （付記１７） 前記配線部材に、単層構造と多層構造の
両方の円筒状構造体が混在している、付記１４記載の集
積回路装置。 （付記１８） 前記配線部材が絶縁層によって取り囲ま
れており、当該絶縁層が多孔質材料で形成されている、
付記１２から１７までのいずれか一つに記載の集積回路
装置。 （付記１９） 前記配線部材が露出されている、付記１
２から１７までのいずれか一つに記載の集積回路装置。 （付記２０） 前記配線部材のうちの一部のものが露出
され、残りのものが絶縁材料に埋め込まれている、付記
１２から１７までのいずれか一つに記載の集積回路装
置。 （付記２１） 前記絶縁材料が多孔質の絶縁材料であ
る、付記２０記載の集積回路装置。 （付記２２） 前記配線部材のうちの一部のものが、金
属的性質の円筒状構造体と半導体的性質の円筒状構造体
との接合構造を有する、付記１２から２１までのいずれ
か一つに記載の集積回路装置。 （付記２３） 前記円筒状構造体がカーボンナノチュー
ブである、付記１２から２２までのいずれか一つに記載
の集積回路装置。 （付記２４） 半導体基板上に作られた複数の素子を含
む集積回路装置であり、それらの素子のほかに、それら
の素子及び当該集積回路装置を機能させるための配線部
材を更に含み、当該配線部材のうちの少なくとも一部
が、炭素元素から構成される円筒状の構造体により形成
されている集積回路装置の製造方法であって、当該円筒
状の構造体の形成に電界を印加したＣＶＤ法を使用し、
そして当該円筒状構造体の成長方向を、直流電界を使っ
て一方向に成長するよう又は交流電界を使って相対する
に方向に成長するよう制御することを含む、集積回路の
製造方法。 （付記２５） 前記電界の印加方向を順次切り換えるこ
とにより、前記円筒状構造体により形成される配線部材
を立体的に枝分かれした構造のものとして成長させる、
付記２４記載の方法。 （付記２６） 前記円筒状構造体の成長過程において、
プラズマＣＶＤ法から熱ＣＶＤ法へ、又は熱ＣＶＤ法か
らプラズマＣＶＤ法への切り換えを行う、付記２４又は
２５記載の方法。
として列挙すれば、次のとおりである。 （付記１） 半導体基板上に作られた複数の素子を含む
集積回路装置であり、それらの素子のほかに、それらの
素子及び当該集積回路装置を機能させるための配線と、
異なる層の配線どうしを接続するビアとを更に含む集積
回路装置であって、当該ビアが炭素元素から構成される
円筒状の構造体により形成されていることを特徴とする
集積回路装置。 （付記２） 前記ビアが単一の円筒状構造体から形成さ
れている、付記１記載の集積回路装置。 （付記３） 前記ビアが複数の円筒状構造体のバンドル
から形成されている、付記１記載の集積回路装置。 （付記４） 前記円筒状の構造体が、単一の円筒で構成
された単層構造のものである、付記１から３までのいず
れか一つに記載の集積回路装置。 （付記５） 前記円筒状の構造体が、複数の円筒から構
成された多層構造のものである、付記１から３までのい
ずれか一つに記載の集積回路装置。 （付記６） 前記ビアに、単層構造と多層構造の両方の
円筒状構造体が混在している、付記３記載の集積回路装
置。 （付記７） 前記ビアが絶縁層によって取り囲まれてお
り、当該絶縁層が有機ケイ素系材料又は多孔質材料で形
成されている、付記１から６までのいずれか一つに記載
の集積回路装置。 （付記８） 前記ビアの側面が露出されている、付記１
から６までのいずれか一つに記載の集積回路装置。 （付記９） 前記ビアのうちの一部のものが、金属的性
質の円筒状構造体と半導体的性質の円筒状構造体との接
合構造を有する、付記１から８までのいずれか一つに記
載の集積回路装置。 （付記１０） 前記円筒状構造体の内部もしくは隣接し
た円筒状構造体の間、又はその両方に、全体として金属
的性質を示す別の構造体が含まれている、付記１から９
までのいずれか一つに記載の集積回路装置。 （付記１１） 前記円筒状構造体がカーボンナノチュー
ブである、付記１から１０までのいずれか一つに記載の
集積回路装置。 （付記１２） 半導体基板上に作られた複数の素子を含
む集積回路装置であり、それらの素子のほかに、それら
の素子及び当該集積回路装置を機能させるための配線部
材を更に含む集積回路装置であって、配線部材のうちの
少なくとも一部が、炭素元素から構成される円筒状の構
造体により形成されていることを特徴とする集積回路装
置。 （付記１３） 前記配線部材が単一の円筒状構造体から
形成されている、付記１２記載の集積回路装置。 （付記１４） 前記配線部材が複数の円筒状構造体のバ
ンドルから形成されている、付記１２記載の集積回路装
置。 （付記１５） 前記円筒状の構造体が、単一の円筒で構
成された単層構造のものである、付記１２から１４まで
のいずれか一つに記載の集積回路装置。 （付記１６） 前記円筒状の構造体が、複数の円筒から
構成された多層構造のものである、付記１２から１４ま
でのいずれか一つに記載の集積回路装置。 （付記１７） 前記配線部材に、単層構造と多層構造の
両方の円筒状構造体が混在している、付記１４記載の集
積回路装置。 （付記１８） 前記配線部材が絶縁層によって取り囲ま
れており、当該絶縁層が多孔質材料で形成されている、
付記１２から１７までのいずれか一つに記載の集積回路
装置。 （付記１９） 前記配線部材が露出されている、付記１
２から１７までのいずれか一つに記載の集積回路装置。 （付記２０） 前記配線部材のうちの一部のものが露出
され、残りのものが絶縁材料に埋め込まれている、付記
１２から１７までのいずれか一つに記載の集積回路装
置。 （付記２１） 前記絶縁材料が多孔質の絶縁材料であ
る、付記２０記載の集積回路装置。 （付記２２） 前記配線部材のうちの一部のものが、金
属的性質の円筒状構造体と半導体的性質の円筒状構造体
との接合構造を有する、付記１２から２１までのいずれ
か一つに記載の集積回路装置。 （付記２３） 前記円筒状構造体がカーボンナノチュー
ブである、付記１２から２２までのいずれか一つに記載
の集積回路装置。 （付記２４） 半導体基板上に作られた複数の素子を含
む集積回路装置であり、それらの素子のほかに、それら
の素子及び当該集積回路装置を機能させるための配線部
材を更に含み、当該配線部材のうちの少なくとも一部
が、炭素元素から構成される円筒状の構造体により形成
されている集積回路装置の製造方法であって、当該円筒
状の構造体の形成に電界を印加したＣＶＤ法を使用し、
そして当該円筒状構造体の成長方向を、直流電界を使っ
て一方向に成長するよう又は交流電界を使って相対する
に方向に成長するよう制御することを含む、集積回路の
製造方法。 （付記２５） 前記電界の印加方向を順次切り換えるこ
とにより、前記円筒状構造体により形成される配線部材
を立体的に枝分かれした構造のものとして成長させる、
付記２４記載の方法。 （付記２６） 前記円筒状構造体の成長過程において、
プラズマＣＶＤ法から熱ＣＶＤ法へ、又は熱ＣＶＤ法か
らプラズマＣＶＤ法への切り換えを行う、付記２４又は
２５記載の方法。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ビアのマイグレーション耐性が向上した高信頼性の集積
回路装置の利用が可能になる。その一方、本発明によれ
ば、ナノデバイスに適した自己組織化によるナノ構造体
により形成して空間的に３次元方向に張り巡らされた、
リソグラフィー技術の限界を超えて微細化した配線構造
を備えた集積回路装置の利用が可能になる。
ビアのマイグレーション耐性が向上した高信頼性の集積
回路装置の利用が可能になる。その一方、本発明によれ
ば、ナノデバイスに適した自己組織化によるナノ構造体
により形成して空間的に３次元方向に張り巡らされた、
リソグラフィー技術の限界を超えて微細化した配線構造
を備えた集積回路装置の利用が可能になる。
【図１】ビアのマイグレーション耐性に優れた本発明の
集積回路装置の一態様を説明する図である。
集積回路装置の一態様を説明する図である。
【図２】図１の集積回路装置におけるビアの形成を説明
する図である。
する図である。
【図３】金属内包フラーレンを内側に含むカーボンナノ
チューブを示す図である。
チューブを示す図である。
【図４】カーボンナノチューブから形成した配線部材を
含む集積回路装置を説明する図である。
含む集積回路装置を説明する図である。
【図５】ＣＶＤ法によるカーボンナノチューブ配線部材
の形成を説明する図である。
の形成を説明する図である。
【図６】立体的に枝分かれした配線構造を示す図であ
る。
る。
【図７】カーボンナノチューブのカイラリティを説明す
る図である。
る図である。
【図８】金属−半導体接合のカーボンナノチューブを説
明する図である。
明する図である。
１１…下地層 １２…下層配線層 １３…絶縁層 １３ｂ…レジスト層 １４…上層配線層 １５…ビア １８…触媒 ２１…カーボンナノチューブ ２２…金属内包フラーレン ３１…シリコン基板 ３３ａ〜３３ｆ…絶縁層 ３５…配線 ３６…ビア ３７…コンタクト ４１…基板 ４３ａ、４３ａ’、４３ｂ、４３ｃ…カーボンナノチュ
ーブ ４８…配線構造
ーブ ４８…配線構造
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/285 ３０１ Ｈ０１Ｌ 21/88 Ｍ 21/768 21/90 Ａ Ｆターム(参考） 4G046 CA02 CB05 CB09 CC06 4K030 BA27 CA04 CA12 JA14 LA15 4M104 BB36 DD43 DD46 HH01 HH02 5F033 HH08 HH11 JJ00 JJ07 KK08 KK11 PP06 PP08 PP12 PP15 PP19 PP21 QQ41 RR29 RR30 XX05 XX06
Claims (10)
- 【請求項１】 半導体基板上に作られた複数の素子を含
む集積回路装置であり、それらの素子のほかに、それら
の素子及び当該集積回路装置を機能させるための配線
と、異なる層の配線どうしを接続するビアとを更に含む
集積回路装置であって、当該ビアが炭素元素から構成さ
れる円筒状の構造体により形成されていることを特徴と
する集積回路装置。 - 【請求項２】 前記ビアの側面が露出されている、請求
項１記載の集積回路装置。 - 【請求項３】 前記ビアのうちの一部のものが、金属的
性質の円筒状構造体と半導体的性質の円筒状構造体との
接合構造を有する、請求項１又は２記載の集積回路装
置。 - 【請求項４】 前記円筒状構造体の内部もしくは隣接し
た円筒状構造体の間、又はその両方に、全体として金属
的性質を示す別の構造体が含まれている、請求項１から
３までのいずれか一つに記載の集積回路装置。 - 【請求項５】 半導体基板上に作られた複数の素子を含
む集積回路装置であり、それらの素子のほかに、それら
の素子及び当該集積回路装置を機能させるための配線部
材を更に含む集積回路装置であって、配線部材のうちの
少なくとも一部が、炭素元素から構成される円筒状の構
造体により形成されていることを特徴とする集積回路装
置。 - 【請求項６】 前記配線部材が絶縁層によって取り囲ま
れており、当該絶縁層が多孔質材料で形成されている、
請求項５記載の集積回路装置。 - 【請求項７】 前記配線部材が露出されている、請求項
５記載の集積回路装置。 - 【請求項８】 前記配線部材のうちの一部のものが露出
され、残りのものが絶縁材料に埋め込まれている、請求
項５記載の集積回路装置。 - 【請求項９】 前記配線部材のうちの一部のものが、金
属的性質の円筒状構造体と半導体的性質の円筒状構造体
との接合構造を有する、請求項５から８までのいずれか
一つに記載の集積回路装置。 - 【請求項１０】 半導体基板上に作られた複数の素子を
含む集積回路装置であり、それらの素子のほかに、それ
らの素子及び当該集積回路装置を機能させるための配線
部材を更に含み、当該配線部材のうちの少なくとも一部
が、炭素元素から構成される円筒状の構造体により形成
されている集積回路装置の製造方法であって、当該円筒
状の構造体の形成に電界を印加したＣＶＤ法を使用し、
そして当該円筒状構造体の成長方向を、直流電界を使っ
て１方向に成長するよう又は交流電界を使って相対する
に２方向に成長するよう制御することを含む、集積回路
の製造方法。
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