JP2016171245A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】低抵抗なグラフェン層を含む配線を備える半導体装置を提供すること。【解決手段】半導体装置は配線10を含む。配線10は、触媒層301およびその上に設けられたグラフェン層400とを含む。触媒層301は触媒領域1C〜5Cを含む。触媒領域1C〜5Cはその順で第1の方向に沿って配置され、触媒領域1C〜5Cは隣り合うもの同士が接している。触媒領域1C,3C,5Cの上面は触媒領域2C,4Cの上面よりも高く、触媒領域1C,3Cの間の距離および触媒領域3C,5Cの間の距離はグラフェンの平均自由長以上である。【選択図】 図2A
Description
本発明の実施形態は、グラフェン層を含む半導体装置およびその製造方法に関する。
近年、LSI配線構造において、配線の微細化が進み、電子の界面非弾性散乱による電気抵抗率の上昇、電流密度の増加、ストレスマイグレーションまたはエレクトロマイグレーションによる信頼性の劣化等の問題が生じている。LSIの配線材料として、低抵抗金属である銅が主に用いられているが、配線構造の微細化が進むと、上記問題が依然として発生する。
そこで、LSIの配線材料として、グラフェンを用いることが検討されている。グラフェンは、量子化伝導(いわゆる、Ballistic伝導)をすることが知られており、既存の金属材料に替わる超低抵抗材料として期待されている。
本発明の目的は、低抵抗なグラフェン層を含む配線を備える半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
実施形態の半導体装置は、半導体基板を含む基板と、前記基板上に設けられ、一つまたは複数の配線とを含む。前記一つまたは複数の配線の各々は、触媒層と、前記触媒層上に設けられたグラフェン層とを含む。前記触媒層は、第1、第2、第3、第4および第5の触媒領域を含み、前記第1、第2、第3、第4および第5の触媒領域はその順で第1の方向に沿って配置され、前記1、第3および第5の触媒領域は前記第2および第4の触媒領域よりも上面が高く、前記第1、第2、第3、第4および第5の触媒領域は隣り合うもの同士が接しており、かつ、前記第1の触媒領域と前記第3の触媒領域の間の距離および前記第3の触媒領域と前記第5の触媒領域の間の距離はグラフェンの平均自由長以上である。前記グラフェン層は、前記第2の触媒領域上に設けられた第1のグラフェン層と、前記第4の触媒領域上に設けられた第2のグラフェン層とを含む。
実施形態の半導体装置の製造方法は、半導体基板を含む基板上に、触媒層を形成する工程と、前記触媒層を加工することにより、前記触媒層の表面に連続した第1、第2、第3、第4および第5の触媒領域を形成する工程とを含む。前記第1、第2、第3、第4および第5の触媒領域はその順で第1の方向に沿って配置され、前記1、第3および第5の触媒領域は前記第2および第4の触媒領域よりも上面が高く、前記第1、第2、第3、第4および第5の触媒領域は隣り合うもの同士が接しており、かつ、前記第1および第3の触媒領域間の距離ならびに前記第3および第5の触媒領域間の距離はグラフェンの平均自由長以上である。前記製造方法は、さらに、前記1、第3および第5の触媒領域を成長起点としてグラフェンを成長させ、前記第2および第4の触媒領域上にグラフェン層を形成する工程と、前記グラフェン層および前記触媒層を加工することにより、前記第1の方向に延在する一つまたは複数の配線を形成する工程とを含む。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。図面は、模式的または概念的なものであり、各図面の寸法および比率等は、必ずしも現実のものと同一であるとは限らない。また、図面において、同一符号は同一または相当部分を付してあり、重複した説明は必要に応じて行う。
図1は、一実施形態に係る半導体装置の平面図を示している。図2A、図2Bおよび図2Cは、それぞれ、図1のA−A断面図、B−B断面図およびC−C断面図を示している。
本実施形態の半導体装置は、グラフェン層400を含む配線(グラフェン配線)10を備えている。図1には、三本のライン状のグラフェン配線10が例示されている。これらのグラフェン配線10は、その配線長手方向(第1の方向)に対して異なる方向(第2の方向)、ここでは、垂直方向に配置されている。
各グラフェン配線10は、触媒下地層300と、触媒下地層300上に設けられた触媒層301と、触媒層301上に設けられたグラフェン層400とを含む。
触媒層301は、凸状の触媒領域301aとリセス状の触媒領域301bが交互に配置された構造を有する。図2Aには、左から順に凸状の触媒領域301a(以下、第1の触媒領域1Cともいう)、リセス状の触媒領域301b(以下、第2の触媒領域2Cともいう)、凸状の触媒領域301a(以下、第3の触媒領域3Cともいう)、リセス状の触媒領域301b(以下、第4の触媒領域4Cともいう)、凸状の触媒領域301a(以下、第5の触媒領域5Cともいう)が示されている。
触媒領域1C〜5Cは上記第1の方向に沿って配置されている。触媒領域1C,3C,5Cは触媒領域2C,4Cよりも厚くかつ上面が高い。触媒領域1C〜5Cは隣り合うもの同士が接している。また、触媒領域1Cと触媒領域3Cとの間の距離ならびに触媒領域3Cと触媒領域5Cとの間の距離はグラフェンの平均自由長以上である。
複数のグラフェン配線10において、図1に示すように、複数の触媒領域1Cは上記第2の方向に平行な図示しない第1の直線に沿って配列され、複数の触媒領域3Cは上記第2の方向に平行で上記第1の直線とは異なる図示しない第2の直線に沿って配置され、複数の触媒領域5Cは上記第2の方向に平行で上記第1および第2の直線とは異なる図示しない第3の直線に沿って配置されている。
グラフェン層400は、リセス状の触媒領域301b上に設けられ、隣り合う二つの凸状の触媒領域301aを接続している。グラフェン配線10は、複数のグラフェン層400が凸状の触媒領域301aを介して直列に接続された構造を有する。
図2Aには、グラフェン層400の上面が凸状の触媒領域301aの上面と同じ高さの例が示されているが、グラフェン層400の上面は凸状の触媒領域301aの上面よりも低くても構わない。逆に、グラフェン層400の上面は凸状の触媒領域301aの上面よりも高くても構わない。
各グラフェン配線10は、本実施形態では、図2Aに示されるように、二本のコンタクトプラグ201の上面を接続している。コンタクトプラグ201の下面は基板100に接続されている。
以下、本実施形態の半導体装置をその製造方法に従いながらさらに説明する。
[図3、図4]
基板100上に層間絶縁膜200が形成される。基板100は、例えば、シリコン基板等の半導体基板を含む。半導体基板上にはMOSトランジスタやキャパシタ等の素子が形成されている。基板100は、半導体基板上に設けられた配線をさらに備えていても構わない。配線は、例えば、ダマシン型構造を有する配線である。
基板100上に層間絶縁膜200が形成される。基板100は、例えば、シリコン基板等の半導体基板を含む。半導体基板上にはMOSトランジスタやキャパシタ等の素子が形成されている。基板100は、半導体基板上に設けられた配線をさらに備えていても構わない。配線は、例えば、ダマシン型構造を有する配線である。
その後、層間絶縁膜200を貫通し、基板100に接続されるコンタクトプラグ201が形成される。コンタクトプラグ201の下面は、例えば、基板100内の図示しないMOSトランジスタのソース領域もしくはドレイン領域、または、図示しない配線に接続される。コンタクトプラグ201の材料は、例えば、Cu、AlもしくはW、または、その合金である。
また、コンタクトプラグ201中の材料(例えば、Cu)が層間絶縁膜200中に拡散することを防止するために、コンタクトプラグ201をバリアメタル膜で覆っても構わない。
また、層間絶縁膜200およびコンタクトプラグ201の上面は平坦化されている。この平坦化は、例えば、CMP(Chemical Mechanical Polishing)プロセスにより行われる。
[図5、図6]
層間絶縁膜200およびコンタクトプラグ201の上面上に触媒下地層300が形成される。触媒下地層300の材料は、例えば、Ta、Ti、Ru、WもしくはAl、またはその窒化物もしくは酸化物である。触媒下地層300は、上記材料を含む単層膜または積層膜である。触媒下地層300は省くことも可能である。
層間絶縁膜200およびコンタクトプラグ201の上面上に触媒下地層300が形成される。触媒下地層300の材料は、例えば、Ta、Ti、Ru、WもしくはAl、またはその窒化物もしくは酸化物である。触媒下地層300は、上記材料を含む単層膜または積層膜である。触媒下地層300は省くことも可能である。
触媒下地層300上に触媒層301が形成される。触媒層301は触媒下地層300を介してコンタクトプラグ201に接続される。したがって、本実施形態では、触媒層301は、触媒下地層300およびコンタクトプラグ201を介して、基板100に接続される。
触媒層301の材料は、例えば、Co、Ni、Fe、CuもしくはRu、または、その合金もしくは炭化物である。触媒層301は、上記材料を含む単層膜または積層膜である。触媒層301が分散して微粒子化した状態では、グラフェンがうまく成長されず、または、グラフェン層が不連続となって形成される可能性がある。そのため、触媒層301は連続膜であることが望ましい。触媒層301が連続膜の形態を有するためには、例えば、触媒層301の厚さを0.5nm以上とする。
[図7、図8]
フォトリソグラフィプロセスおよびエッチングプロセスを用いて触媒層301の表面を部分的に薄くすることにより、触媒層301の表面上に複数の触媒領域301a,301bが形成される。上記エッチングプロセスは、例えば、RIE(Reactive Ion Etching)プロセスである。
フォトリソグラフィプロセスおよびエッチングプロセスを用いて触媒層301の表面を部分的に薄くすることにより、触媒層301の表面上に複数の触媒領域301a,301bが形成される。上記エッチングプロセスは、例えば、RIE(Reactive Ion Etching)プロセスである。
隣り合う二つの触媒領域301aの間の距離L、言い換えれば、第1および第3の触媒領域1C,3Cならびに第1および第3の触媒領域3C,5Cの距離L1は、グラフェンの平均自由長以上であり、例えば、0.1μm以上、好ましくは1μm以上である。
本実施形態では、第1および第3の触媒領域1C,3Cの距離L1は第3および第5の触媒領域3C,5Cの距離L1と同じであるが、グラフェンの平均自由長以上であるかぎり、両者の距離は異なっていても構わない。
また、触媒領域301aは、触媒領域301b上に形成されるグラフェン層よりも抵抗が高い。そのため、配線抵抗の低減化の点では、触媒領域301aの配線長手方向の寸法Dは小さいほうがよく、例えば、寸法Dは100nm以下である。寸法Dは小さいので、触媒領域301a上にグラフェン層(不図示)が形成されたとしても、その配線長手方向の寸法も小さいので、当該グラフェン層による配線抵抗の増加の影響は小さい。
さらに、配線抵抗の低減化の点では、配線に占める第1の触媒領域301aの割合は小さい方がよく、例えば、D/Lの比は1/10以下である。
触媒領域301aの高さHは、グラフェン層の高さに対応して決められ、例えば、高さHは100nm以下(例えば20nm)である。より詳細には、高さHは、例えば、5nm以上50nm以下である。
[図9、図10A、図10B、図10C]
カーボンを含むソースガスを用いた低温CVD(Chemical Vapor Deposition)プロセスにより、低温(650℃以下(下限は例えば300℃))でグラフェンを成長させることで、隣り合う触媒領域301aの間の凹部を埋める、切れ目のない連続したグラフェン層400が容易に形成される。
カーボンを含むソースガスを用いた低温CVD(Chemical Vapor Deposition)プロセスにより、低温(650℃以下(下限は例えば300℃))でグラフェンを成長させることで、隣り合う触媒領域301aの間の凹部を埋める、切れ目のない連続したグラフェン層400が容易に形成される。
グラフェン層400が形成されるメカニズムは、次のように考えられる。
上記低温CVDプロセス中において、触媒領域301aの側面はグラフェンの成長起点として働く。上記CVDプロセスが行われている間は、ソースガス中のカーボンは触媒領域301aの側面に供給される。その結果、触媒領域301aの側面を成長起点としたグラフェンの成長が続き、切れ目のない連続したグラフェン層400が得られる。すなわち、グラフェンの平均自由長以上の長さを有するグラフェン層400を容易に形成することが可能となる。
なお、本願明細書において、グラフェンは、単層グラフェン、および、複数の単層グラフェンが堆積された層(積層グラフェン)の少なくとも一方を含む。また、グラフェン層は、グラフェンを含む層である。
[図11、図12A、図12B、図12C]
フォトリソグラフィプロセスおよびエッチングプロセスを用いて、触媒下地層300、触媒層301およびグラフェン層400をパターニングすることにより、分割された触媒下地層300、触媒層301およびグラフェン層400を含むグラフェン配線10が形成される。
フォトリソグラフィプロセスおよびエッチングプロセスを用いて、触媒下地層300、触媒層301およびグラフェン層400をパターニングすることにより、分割された触媒下地層300、触媒層301およびグラフェン層400を含むグラフェン配線10が形成される。
本実施形態では、図9の触媒領域301aの長手方向に対してグラフェン配線10の長手方向が垂直になるように、触媒下地層300、触媒層301およびグラフェン層400は複数(図では3本)のライン状に分割(パターニング)される。
上述したように、グラフェン配線10は、複数の(幅がグラフェンの平均自由長以上である)グラフェン層400が触媒領域301aを介して直列に接続された構造を有する。そのため、グラフェン配線10の配線長は容易に長くできる。また、グラフェン層はある一定以下の幅では量子効果により幅によらず一定の抵抗値を有するので、グラフェン配線10の幅は一定値以下でも構わない。以上のことから、グラフェン配線10は、例えば、メモリデバイス内のメモリセル部に使用される、長さがmmオーダーの細いビット線に利用することができる。
上記エッチングプロセスにより触媒下地層300、触媒層301およびグラフェン層400の一部が除去され、その除去された部分下の層間絶縁膜200の表面が露出される。
その後、層間絶縁膜200、グラフェン層400および触媒層301の上に層間絶縁膜401が形成され、CMPプロセスにより層間絶縁膜401の表面が平坦化されることを経て、図1、図2A、図2B、図2Cに示された構造を有する半導体装置が得られる。
なお、図13に示されるように、複数のグラフェン配線10において、複数の触媒領域1Cは上記第1および第2の方向に非平行な図示しない第1の直線に沿って配列され、複数の触媒領域3Cは上記第1および第2の方向に非平行で上記第1の直線とは異なる図示しない第2の直線に沿って配置され、複数の触媒領域5Cは上記第1および第2の方向に非平行で上記第1および第2の直線とは異なる図示しない第3の直線に沿って配置されても構わない。
言い換えれば、図9の触媒領域301aの長手方向に対してグラフェン配線10の長手方向が非垂直になるように、触媒下地層300、触媒層301およびグラフェン層400をパターニングすることにより、グラフェン配線10を形成しても構わない。
なお、触媒領域301a中に不純物を導入し、触媒領域301a内の自由電子の数を増やしても構わない。触媒領域301aはグラフェン配線の一部を構成するので、自由電子の数を増やすことで、配線抵抗を低減できる。
不純物の導入は、例えば、イオン注入プロセスを用いて行われる。触媒領域301a,301中に不純物を導入するタイミングは、触媒領域301aの表面が露出している間であれば特に限定はない。
また、触媒領域301aが形成される前の触媒層301中に不純物を導入しても構わない。すなわち、触媒領域301aに加えて触媒領域301b中に不純物を導入しても構わない。この場合、触媒層301の形成の最中に不純物を導入しても構わないし、または、触媒層301の形成後に不純物を導入しても構わない。
また、図14は、グラフェン配線10上に接続されたコンタクトプラグ501を含むコンタクト構造の一例を示す断面図である。
コンタクトプラグ501は、グラフェン配線10上に形成された層間絶縁膜500を貫通してグラフェン配線10に接続されている。より詳細には、コンタクトプラグ501は凸状の触媒領域301aの上面に接続されている。すなわち、コンタクトプラグ501は、グラフェン層400には接続されていない。その理由は、一般に、コンタクトプラグに使用される金属材料(例えば、Al、W、Ti)とグラフェンとのコンタクト抵抗は、上記金属材料と触媒層に使用される触媒材料とのコンタクト抵抗よりも高いからである。
なお、コンタクトプラグ501に使用される金属材料として、例えば、W等の高融点金属が好ましい。その理由は、高融点金属は一般に加工が容易だからである。コンタクトプラグ501は、例えば、Wを含むスパッタターゲットを用いたスパッタプロセスにより形成される。
図15Aおよび図15Bは、第1および第2の触媒領域301a,301bを含む触媒層301の他の形成方法を説明するための断面図である。
まず、図15Aに示すように、フォトリソグラフィプロセスおよびエッチングプロセスを用いて、触媒領域301aが形成される位置に対応する領域上に凸状のパターン20が形成される。パターン20の材料は、例えば、シリコン窒化物等の絶縁材料である。パターン20は、例えば、絶縁膜を形成し、その絶縁膜をパターニングすることにより得られる。
次に、図15Bに示すように、パターン20の覆うように触媒下地層300が全面(層間絶縁膜200、コンタクトプラグ201)上に形成される。その後、触媒下地層300上に触媒材料を堆積することにより、凸状の触媒領域301aおよびリセス状の301bを含む触媒層301が得られる。
このようにして凸状の触媒領域301a下に凸状のパターン20が設けられたグラフェン配線が得られる。このグラフェン配線の場合、凸状の触媒領域301aを形成するために必要な触媒材料の量は、パターン20の体積に対応する分だけ、減らすことが可能となる。
パターン20の寸法および形状は、触媒層301に関しての高さH、距離Lおよび寸法Dが上述した値になるように決められる。
また、フォトリソグラフィプロセスおよびエッチングプロセスを用いる代わりに、ナノインプリトプロセスを用いて第1および第2の触媒領域301a,301bを含む触媒層301は形成されても構わない。ナノインプリトプロセスを用いると、D/Lの比が小さいパターン(孤立パターン)の場合でも、触媒領域301aを容易に形成し得る。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以上述べた実施形態の半導体装置およびその製造方法の上位概念、中位概念および下位概念の一部または全ては、例えば以下のような付記1−21で表現できる。
[付記1]
基板と、
前記基板上に設けられ、一つまたは複数の配線とを具備してなり、
前記一つまたは複数の配線の各々は、触媒層と、前記触媒層上に設けられたグラフェン層とを含み、
前記触媒層は、第1、第2、第3、第4および第5の触媒領域を含み、前記第1、第2、第3、第4および第5の触媒領域はその順で第1の方向に沿って配置され、前記1、第3および第5の触媒領域は前記第2および第4の触媒領域よりも上面が高く、前記第1、第2、第3、第4および第5の触媒領域は隣り合うもの同士が接しており、かつ、前記第1の触媒領域と前記第3の触媒領域の間の距離および前記第3の触媒領域と前記第5の触媒領域の間の距離はグラフェンの平均自由長以上であり、
前記グラフェン層は、前記第2の触媒領域上に設けられた第1のグラフェン層と、前記第4の触媒領域上に設けられた第2のグラフェン層とを含むことを特徴とする半導体装置。
基板と、
前記基板上に設けられ、一つまたは複数の配線とを具備してなり、
前記一つまたは複数の配線の各々は、触媒層と、前記触媒層上に設けられたグラフェン層とを含み、
前記触媒層は、第1、第2、第3、第4および第5の触媒領域を含み、前記第1、第2、第3、第4および第5の触媒領域はその順で第1の方向に沿って配置され、前記1、第3および第5の触媒領域は前記第2および第4の触媒領域よりも上面が高く、前記第1、第2、第3、第4および第5の触媒領域は隣り合うもの同士が接しており、かつ、前記第1の触媒領域と前記第3の触媒領域の間の距離および前記第3の触媒領域と前記第5の触媒領域の間の距離はグラフェンの平均自由長以上であり、
前記グラフェン層は、前記第2の触媒領域上に設けられた第1のグラフェン層と、前記第4の触媒領域上に設けられた第2のグラフェン層とを含むことを特徴とする半導体装置。
[付記2]
前記複数の配線は、前記第1の方向とは異なる第2の方向に配列されていることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
前記複数の配線は、前記第1の方向とは異なる第2の方向に配列されていることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
[付記3]
前記複数の配線中の複数の前記第1の触媒領域は前記第2の方向に平行な第1の直線に沿って配列され、前記複数の配線中の複数の前記第3の触媒領域は前記第2の方向に平行で前記第1の直線とは異なる第2の直線に沿って配置され、前記複数の配線中の複数の前記第5の触媒領域は前記第2の方向に平行で前記第1および第2の直線とは異なる第3の直線に沿って配置されていることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
前記複数の配線中の複数の前記第1の触媒領域は前記第2の方向に平行な第1の直線に沿って配列され、前記複数の配線中の複数の前記第3の触媒領域は前記第2の方向に平行で前記第1の直線とは異なる第2の直線に沿って配置され、前記複数の配線中の複数の前記第5の触媒領域は前記第2の方向に平行で前記第1および第2の直線とは異なる第3の直線に沿って配置されていることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
[付記4]
前記複数の配線中の複数の前記第1の触媒領域は前記第1および第2の方向に非平行な第1の直線に沿って配列され、前記複数の配線中の複数の前記第3の触媒領域は前記第1および第2の方向に非平行で前記第1の直線とは異なる第2の直線に沿って配置され、前記複数の配線中の複数の前記第5の触媒領域は前記第1および第2の方向に非平行で前記第1および第2の直線とは異なる第3の直線に沿って配置されていることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
前記複数の配線中の複数の前記第1の触媒領域は前記第1および第2の方向に非平行な第1の直線に沿って配列され、前記複数の配線中の複数の前記第3の触媒領域は前記第1および第2の方向に非平行で前記第1の直線とは異なる第2の直線に沿って配置され、前記複数の配線中の複数の前記第5の触媒領域は前記第1および第2の方向に非平行で前記第1および第2の直線とは異なる第3の直線に沿って配置されていることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
[付記5]
前記複数の配線の幅は同じであることを特徴とする付記1ないし4のいずれか一つに記載の半導体装置。
前記複数の配線の幅は同じであることを特徴とする付記1ないし4のいずれか一つに記載の半導体装置。
[付記6]
前記配線は、前記触媒層下に設けられた触媒下地層をさらに含むことを特徴とする付記1ないし5のいずれか一つに記載の半導体装置。
前記配線は、前記触媒層下に設けられた触媒下地層をさらに含むことを特徴とする付記1ないし5のいずれか一つに記載の半導体装置。
[付記7]
前記第1の方向に対して垂直な方向における前記触媒下地層の長さは、前記第1の触媒領域、前記第3の触媒領域、前記第5の触媒領域、前記第1のグラフェン層および前記第2のグラフェン層の前記長さと同じであることを特徴とする付記6に記載の半導体装置。
前記第1の方向に対して垂直な方向における前記触媒下地層の長さは、前記第1の触媒領域、前記第3の触媒領域、前記第5の触媒領域、前記第1のグラフェン層および前記第2のグラフェン層の前記長さと同じであることを特徴とする付記6に記載の半導体装置。
[付記8]
前記1、第3および第5の触媒領域は前記第2および第4の触媒領域よりも厚いことを特徴とする付記1ないし7のいずれか一つに記載の半導体装置。
前記1、第3および第5の触媒領域は前記第2および第4の触媒領域よりも厚いことを特徴とする付記1ないし7のいずれか一つに記載の半導体装置。
[付記9]
前記第1、第3および第5の触媒領域の下に設けられた凸状のパターンをさらに具備してなることを特徴とする付記1ないし8のいずれか一つに記載の半導体装置。
前記第1、第3および第5の触媒領域の下に設けられた凸状のパターンをさらに具備してなることを特徴とする付記1ないし8のいずれか一つに記載の半導体装置。
[付記10]
前記第1、第3または第5の触媒領域の上面に接続されたプラグをさらに具備してなることを特徴とする付記1ないし9のいずれか一つに記載の半導体装置。
前記第1、第3または第5の触媒領域の上面に接続されたプラグをさらに具備してなることを特徴とする付記1ないし9のいずれか一つに記載の半導体装置。
[付記11]
前記プラグの材料は高融点金属を含むことを特徴とする付記10に記載の半導体装置。
前記プラグの材料は高融点金属を含むことを特徴とする付記10に記載の半導体装置。
[付記12]
前記複数の配線は、複数のビット線であることを特徴とする付記1ないし11のいずれか一つに記載の半導体装置。
前記複数の配線は、複数のビット線であることを特徴とする付記1ないし11のいずれか一つに記載の半導体装置。
[付記13]
前記第1、第3および第5の触媒領域は不純物を含むことを特徴とする付記1ないし12のいずれか一つに記載の半導体装置。
前記第1、第3および第5の触媒領域は不純物を含むことを特徴とする付記1ないし12のいずれか一つに記載の半導体装置。
[付記14]
半導体基板を含む基板上に、触媒層を形成する工程と、
前記触媒層を加工することにより、前記触媒層の表面に連続した第1、第2、第3、第4および第5の触媒領域を形成する工程であって、前記第1、第2、第3、第4および第5の触媒領域はその順で第1の方向に沿って配置され、前記1、第3および第5の触媒領域は前記第2および第4の触媒領域よりも上面が高く、前記第1、第2、第3、第4および第5の触媒領域は隣り合うもの同士が接しており、かつ、前記第1および第3の触媒領域間の距離ならびに前記第3および第5の触媒領域間の距離はグラフェンの平均自由長以上である前記工程と、
前記1、第3および第5の触媒領域を成長起点としてグラフェンを成長させ、前記第2および第4の触媒領域上にグラフェン層を形成する工程と、
前記グラフェン層および前記触媒層を加工することにより、前記第1の方向に延在する一つまたは複数の配線を形成する工程とを具備してなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
半導体基板を含む基板上に、触媒層を形成する工程と、
前記触媒層を加工することにより、前記触媒層の表面に連続した第1、第2、第3、第4および第5の触媒領域を形成する工程であって、前記第1、第2、第3、第4および第5の触媒領域はその順で第1の方向に沿って配置され、前記1、第3および第5の触媒領域は前記第2および第4の触媒領域よりも上面が高く、前記第1、第2、第3、第4および第5の触媒領域は隣り合うもの同士が接しており、かつ、前記第1および第3の触媒領域間の距離ならびに前記第3および第5の触媒領域間の距離はグラフェンの平均自由長以上である前記工程と、
前記1、第3および第5の触媒領域を成長起点としてグラフェンを成長させ、前記第2および第4の触媒領域上にグラフェン層を形成する工程と、
前記グラフェン層および前記触媒層を加工することにより、前記第1の方向に延在する一つまたは複数の配線を形成する工程とを具備してなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
[付記15]
前記複数の配線は、前記第1の方向とは異なる第2の方向に配列されていることを特徴とする付記14に記載の半導体装置の製造方法。
前記複数の配線は、前記第1の方向とは異なる第2の方向に配列されていることを特徴とする付記14に記載の半導体装置の製造方法。
[付記16]
前記第1、第2、第3、第4および第5の触媒領域の各々は、前記第2の方向に沿って前記複数の前記配線の数に分割されることを特徴とする付記15に記載の半導体装置の製造方法。
前記第1、第2、第3、第4および第5の触媒領域の各々は、前記第2の方向に沿って前記複数の前記配線の数に分割されることを特徴とする付記15に記載の半導体装置の製造方法。
[付記17]
前記触媒層を加工することは、フォトリソグラフィプロセスおよびエッチングプロセスを用いて行うことを特徴とする付記14ないし16のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
前記触媒層を加工することは、フォトリソグラフィプロセスおよびエッチングプロセスを用いて行うことを特徴とする付記14ないし16のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
[付記18]
前記触媒層を加工することは、ナノインプリントプロセスを用いて行うことを特徴とする付記14ないし16のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
前記触媒層を加工することは、ナノインプリントプロセスを用いて行うことを特徴とする付記14ないし16のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
[付記19]
前記グラフェンを成長させる工程は、CVDプロセスを用いて行われることを特徴とする付記14に記載の半導体装置の製造方法。
前記グラフェンを成長させる工程は、CVDプロセスを用いて行われることを特徴とする付記14に記載の半導体装置の製造方法。
[付記20]
前記CVDプロセスは低温CVDプロセスであることを特徴とする付記19に記載の半導体装置の製造方法。
前記CVDプロセスは低温CVDプロセスであることを特徴とする付記19に記載の半導体装置の製造方法。
[付記21]
前記低温CVDプロセスによる前記グラフェンの成長は650℃以下で行われることを特徴とする付記20に記載の半導体装置の製造方法。
前記低温CVDプロセスによる前記グラフェンの成長は650℃以下で行われることを特徴とする付記20に記載の半導体装置の製造方法。
[付記22]
前記1、第3および第5の触媒領域は前記第2および第4の触媒領域よりも厚いことを特徴とする付記14ないし21のいずれか一つに記載の半導体装置。
前記1、第3および第5の触媒領域は前記第2および第4の触媒領域よりも厚いことを特徴とする付記14ないし21のいずれか一つに記載の半導体装置。
1C…第1の触媒領域、2C…第2の触媒領域、3C…第3の触媒領域、4C…第4の触媒領域、5C…第5の触媒領域、10…グラフェン配線、20…パターン、100…基板、200…層間絶縁膜、201…コンタクトプラグ、300…触媒下地層、301…触媒層、301a…触媒領域、301b…第2の触媒領域、400…グラフェン層、401,500…層間絶縁膜、501…コンタクトプラグ。
Claims (7)
- 基板と、
前記基板上に設けられ、一つまたは複数の配線とを具備してなり、
前記一つまたは複数の配線の各々は、触媒層と、前記触媒層上に設けられたグラフェン層とを含み、
前記触媒層は、第1、第2、第3、第4および第5の触媒領域を含み、前記第1、第2、第3、第4および第5の触媒領域はその順で第1の方向に沿って配置され、前記1、第3および第5の触媒領域は前記第2および第4の触媒領域よりも上面が高く、前記第1、第2、第3、第4および第5の触媒領域は隣り合うもの同士が接しており、かつ、前記第1の触媒領域と前記第3の触媒領域の間の距離および前記第3の触媒領域と前記第5の触媒領域の間の距離はグラフェンの平均自由長以上であり、
前記グラフェン層は、前記第2の触媒領域上に設けられた第1のグラフェン層と、前記第4の触媒領域上に設けられた第2のグラフェン層とを含むことを特徴とする半導体装置。 - 前記複数の配線は、前記第1の方向とは異なる第2の方向に配列されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記複数の配線中の複数の前記第1の触媒領域は前記第2の方向に平行な第1の直線に沿って配列され、前記複数の配線中の複数の前記第3の触媒領域は前記第2の方向に平行で前記第1の直線とは異なる第2の直線に沿って配置され、前記複数の配線中の複数の前記第5の触媒領域は前記第2の方向に平行で前記第1および第2の直線とは異なる第3の直線に沿って配置されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記複数の配線中の複数の前記第1の触媒領域は前記第1および第2の方向に非平行な第1の直線に沿って配列され、前記複数の配線中の複数の前記第3の触媒領域は前記第1および第2の方向に非平行で前記第1の直線とは異なる第2の直線に沿って配置され、前記複数の配線中の複数の前記第5の触媒領域は前記第1および第2の方向に非平行で前記第1および第2の直線とは異なる第3の直線に沿って配置されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第1、第3および第5の触媒領域の下に設けられた凸状のパターンをさらに具備してなることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記第1、第3または第5の触媒領域の上面に接続されたプラグをさらに具備してなることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 半導体基板を含む基板上に、触媒層を形成する工程と、
前記触媒層を加工することにより、前記触媒層の表面に連続した第1、第2、第3、第4および第5の触媒領域を形成する工程であって、前記第1、第2、第3、第4および第5の触媒領域はその順で第1の方向に沿って配置され、前記1、第3および第5の触媒領域は前記第2および第4の触媒領域よりも厚くかつ上面が高く、前記第1、第2、第3、第4および第5の触媒領域は隣り合うもの同士が接しており、かつ、前記第1および第3の触媒領域間の距離ならびに前記第3および第5の触媒領域間の距離はグラフェンの平均自由長以上である前記工程と、
前記1、第3および第5の触媒領域を成長起点としてグラフェンを成長させ、前記第2および第4の触媒領域上にグラフェン層を形成する工程と、
前記グラフェン層および前記触媒層を加工することにより、前記第1の方向に延在する一つまたは複数の配線を形成する工程とを具備してなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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