JP4448356B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本実施の形態は、低温で選択的に形成された良質なカーボンナノチューブからなるコンタクトを備えた半導体装置である。
本実施の形態は、触媒層の表面に保護膜を形成し、カーボンナノチューブを成長させる直前に除去して製造工程中の触媒層の触媒機能の劣化を防止し、密度の高い良質なカーボンナノチューブからなるコンタクトを備えた半導体装置である。
本実施の形態は、配線部上に選択的に形成したカーボンナノチューブからなるビアを備えた半導体装置である。
本実施の形態では、カーボンナノチューブの束を貫通電極として備えたAlGaN/GaNヘテロ接合HEMT(High Electron Mobility Transistor)を半導体装置の一例として説明する。
本実施の形態は、カーボンナノチューブと、カーボンナノチューブの間隙を導電性材料により充填してなる配線部を備えた半導体装置である。
(付記1) カーボンナノチューブからなる配線部あるいは垂直配線部を有する半導体装置の製造方法であって、
カーボンナノチューブの成長モードを制御する成長モード制御層を形成する工程と、
前記成長モード制御層上に触媒層を形成する工程と、
熱CVD法により前記触媒層を加熱してカーボンナノチューブを成長させ配線部あるいは垂直配線部とするカーボンナノチューブ形成工程とを含み、
前記成長モード制御層は、
Ti、Mo、V、Nb、およびWからなる群のうちいずれか1種の金属を用いて雰囲気ガス中でスパッタ法あるいは真空蒸着法により形成し、
前記雰囲気ガスの酸素ガスの所定の濃度に応じて前記成長モードを制御することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記2) 前記触媒層を形成する工程の後に、前記触媒層上の前記垂直配線部を形成する領域に絶縁膜を選択的に形成する工程をさらに含み、
前記カーボンナノチューブ形成工程において、前記絶縁層および触媒層を加熱して、前記絶縁膜の下側の触媒層からのみ前記カーボンナノチューブを成長させることを特徴とする付記1記載の半導体装置の製造方法。
(付記3) 前記カーボンナノチューブ形成工程において、前記雰囲気ガスの酸素濃度を0.1vol%未満の範囲とすることを特徴とする付記1または2記載の半導体装置の製造方法。
(付記4) 前記カーボンナノチューブ形成工程において、加熱温度を600℃〜700℃の範囲に設定することを特徴とする付記1〜3のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
(付記5) 前記カーボンナノチューブ形成工程において、前記加熱により絶縁膜を形成する領域以外の触媒層と成長モード制御層とを合金化させることを特徴とする付記1〜4のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
(付記6) 前記成長モード制御層の膜厚を50nm以上とすることを特徴とする付記1〜5のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
(付記7) 前記カーボンナノチューブ形成工程の後に、前記カーボンナノチューブ間の間隙を導電材料により充填する工程をさらに備えることを特徴とする付記1〜6のうち、いずれか一項記載の半導体装置。
(付記8) カーボンナノチューブからなる垂直配線部を有する半導体装置であって、
Ti、Mo、V、Nb、およびWからなる群のうちいずれか1種の金属あるいは該金属の酸素濃度が1原子%未満の金属酸化物からなる成長モード制御層と、
前記成長モード制御層上に形成された触媒層と、
前記触媒層上に、前記垂直配線部の領域に形成され垂直方向に長手方向を有するカーボンナノチューブ、および前記垂直配線部以外の領域に形成された成長モード制御層と触媒層との合金層と、を備える半導体装置。
(付記9) 前記触媒層を形成する工程の後に、
前記触媒層上に保護膜を形成する工程と、
前記保護層上に他の絶縁膜を形成する工程と、
前記他の絶縁膜および保護層を触媒層が露出するまで選択的に研削する工程と、をさらに備えることを特徴とする付記1記載の半導体装置の製造方法。
(付記10) 前記触媒層はNi膜よりなり、
前記研削工程は、フッ化水素を含むエッチング液により前記保護膜を除去することを特徴とする付記9記載の半導体装置の製造方法。
(付記11) カーボンナノチューブからなる垂直配線部を有する半導体装置であって、
Ti、Mo、V、Nb、およびWからなる群のうちいずれか1種の金属あるいは金属酸化物からなる成長モード制御層と、
前記成長モード制御層上に形成されたNiよりなる触媒層と、
前記触媒層上の前記垂直配線部以外の領域に形成された保護膜と、
前記垂直配線部の領域に形成され垂直方向に長手方向を有するカーボンナノチューブと、を備える半導体装置。
(付記12) 前記成長モード制御層の金属酸化物の酸素濃度が1原子%未満であることを特徴とする付記11記載の半導体装置。
(付記13) CuあるいはAlからなる他の配線部と、前記他の配線部表面と接触する垂直配線部とを有する半導体装置であって、
前記垂直配線部は、
前記他の配線部上に形成されたMo、V、Nb、およびWからなる群のうちいずれかの金属あるいは、前記金属またはTiの金属酸化物からなる成長モード制御層と、
前記成長モード制御層上に形成された触媒層と、
前記触媒層上に形成されたカーボンナノチューブからなることを特徴とする半導体装置。
(付記14) 基板の貫通孔にカーボンナノチューブ構造体を有する半導体装置の製造方法であって、
工程基板上にカーボンナノチューブ構造体を選択的に形成する工程と、
前記カーボンナノチューブ構造体の表面に金属膜を形成する工程と、
前記基板の一方の面に貫通孔を覆う電極を形成する工程と、
前記基板の他方の面側からカーボンナノチューブ構造体を挿入し、前記電極と金属膜を加熱してカーボンナノチューブ構造体を接着する工程と、を備える半導体装置の製造方法。
(付記15) 前記カーボンナノチューブ構造体の形成工程は、
前記工程基板上にTi、Mo、V、Nb、およびWからなる群のうちいずれか1種の金属を用いて酸素濃度が0.1vol%以上の雰囲気ガス中でスパッタ法あるいは真空蒸着法により成長モードを形成する処理と、
前記成長モード制御層上に触媒層を形成する処理と、
熱CVD法を用いてカーボンナノチューブの束を成長させる処理と、よりなることを特徴とする付記14記載の半導体装置の製造方法。
(付記16) 前記カーボンナノチューブの束を成長させる処理の後に、カーボンナノチューブの束の先端部の触媒粒子を除去する処理をさらに備えることを特徴とする付記15記載の半導体装置の製造方法。
(付記17) 前記金属膜はAu、Sn、およびこれらの合金からなる群のうちいずれか1種からなることを特徴とする付記14〜16のうち、一項記載の半導体装置の製造方法。
(付記18) カーボンナノチューブおよび導電性材料からなる配線部あるいは垂直配線部を有する半導体装置の製造方法であって、
Ti、Mo、V、Nb、およびWからなる群のうちいずれか1種の金属あるいは金属酸化物からなる成長モード制御層を形成する工程と、
前記成長モード制御層を覆う触媒層を形成する工程と、
熱CVD法により前記触媒層を加熱するしてカーボンナノチューブを成長させ配線部あるいは垂直配線部とするカーボンナノチューブ形成工程と、
前記配線部を導電材料により充填する工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記19) カーボンナノチューブおよび導電性材料からなる配線部を有する半導体装置の製造方法であって、
前記配線部を形成する領域に複数の導電性突起を形成する工程と、
前記導電性突起を覆うTi、Mo、V、Nb、およびWからなる群のうちいずれか1種の金属あるいは金属酸化物からなる成長モード制御層を形成する工程と、
前記成長モード制御層を覆う触媒層を形成する工程と、
熱CVD法により前記触媒層を加熱すると共に前記複数の導電性突起間の方向に電界を印加してカーボンナノチューブを成長させ配線部とするカーボンナノチューブ形成工程と、
前記配線部を導電材料により充填する工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
94…工程基板
Claims (6)
- カーボンナノチューブからなる配線部あるいは垂直配線部を有する半導体装置の製造方法であって、
カーボンナノチューブの成長モードを制御する成長モード制御層を形成する工程と、
前記成長モード制御層上に触媒層を形成する工程と、
熱CVD法により前記触媒層を加熱してカーボンナノチューブを成長させ配線部あるいは垂直配線部とするカーボンナノチューブ形成工程とを含み、
前記成長モード制御層は、
Ti、Mo、V、Nb、およびWからなる群のうちいずれか1種の金属を用いて、酸素を含む雰囲気ガス中でスパッタ法あるいは真空蒸着法により前記金属の金属酸化物を形成したものであって、
前記雰囲気ガスにおける前記酸素濃度は、0.1vol%未満の範囲であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記触媒層を形成する工程の後に、前記触媒層上の前記垂直配線部を形成する領域に絶縁膜を選択的に形成する工程をさらに含み、
前記カーボンナノチューブ形成工程において、前記絶縁層および前記触媒層を600℃〜700℃の範囲で加熱して、前記絶縁膜の下側の触媒層からのみ前記カーボンナノチューブを成長させることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 前記カーボンナノチューブ形成工程において、前記加熱により前記絶縁膜を形成する領域以外の触媒層と成長モード制御層とを合金化させることを特徴とする請求項2記載の半導体装置の製造方法。
- 前記成長モード制御層の膜厚を50nm以上とすることを特徴とする請求項1〜3のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
- 前記カーボンナノチューブ形成工程の後に、前記カーボンナノチューブ間の間隙を導電材料により充填する工程をさらに備えることを特徴とする請求項1〜4のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
- カーボンナノチューブからなる垂直配線部を有する半導体装置であって、
Ti、Mo、V、Nb、およびWからなる群のうちいずれか1種の金属の酸素濃度が1原子%未満の金属酸化物からなる成長モード制御層と、
前記成長モード制御層上に形成された触媒層と、
前記触媒層上に、前記垂直配線部の領域に形成され垂直方向に長手方向を有するカーボンナノチューブ、および前記垂直配線部以外の領域に形成された成長モード制御層と触媒層との合金層と、を備える半導体装置。
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