JP5921475B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
近年、低抵抗材料として、フラーレンのような新規炭素材料が、配線材料に応用されている。特に、コンタクトプラグへの応用としては、カーボンナノチューブ(CNT)が検討されている。カーボンナノチューブとは、ベンゼン環が平面状に規則的に並んだ膜の積層炭素材料であるグラフェンが、直径10〜100nmの筒状構造になっている炭素材料である。グラフェンとは、ベンゼン環が平面状に規則的に並んだ膜が、1〜100層程度積層した極めて薄い炭素材料である。
図1を用いて、一実施形態に係る半導体装置の概略的な構造について説明する。本実施形態の半導体装置は、例えば、LSIの多層配線を備えた3次元デバイスである。
図2を用いて、本実施形態の半導体装置に用いるカーボンナノチューブビア30の高さについて説明する。
カーボンナノチューブビア30の場合、ビア側壁に触媒層16及び下地層15が形成されること、金属的な電気特性を有するカーボンナノチューブの径が20nm以上であることから、カーボンナノチューブを微細なビアに適用することが困難である。
図3(a)及び(b)から図11(a)及び(b)を用いて、一実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。尚、各図(a)は、例えば周辺回路領域であり、各図(b)は、例えばメモリセル領域である。
本実施形態は、3次元デバイス等の複数の高さや径のビアが同一層に存在する半導体装置において、高さが高く径の大きいビアにはカーボンナノチューブビア30を用い、高さが低く微細なビアには金属ビア40を用い、同一層内にカーボンナノチューブビア30と金属ビア40とが混在する構造にする。このため、高さが高く径の大きいビアホール14内には、カーボンナノチューブビア30が形成されることにより、高さが高く径の大きいビアでの低抵抗化を実現しつつ、高さが低く微細なビアホール18内には、金属ビア40が形成されることにより、高さが低く微細なビアの抵抗上昇を回避することが可能である。よって、複数の高さや径のビアが同一層に存在する半導体装置において、このようなビアの全てを金属ビア又はカーボンナノチューブビアで形成する場合と比べて、高さが高く径の大きいビア及び高さが低く微細なビアの両方の低抵抗化を図ることができる。
前記第1の配線と同一層に配置された第2の配線と、
前記第1の配線の底面に接続され、カーボンナノチューブで形成された第1のビアと、
前記第2の配線の底面に接続され、金属で形成された第2のビアと、
を具備する半導体装置。
前記第2のビアの径は、60nm未満である、前記(1)に記載の半導体装置。
前記第1の領域の前記絶縁膜内に第1のビアホールを形成する工程と、
前記第1のビアホール内に、カーボンナノチューブからなる第1のビアを形成する工程と、
前記第2の領域の前記絶縁膜内に第2のビアホールを形成する工程と、
前記第2のビアホール内に、金属からなる第2のビアを形成する工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。
前記金属膜を加工することで、前記第1のビアに接続する第1の配線を形成し、前記第2のビアホール内に前記第2のビアを形成し、前記第2のビアに接続する第2の配線を形成する工程と、
をさらに具備する、前記(5)に記載の半導体装置の製造方法。
前記第2のビアの長さは、500nm未満である、前記(5)に記載の半導体装置の製造方法。
前記第2のビアの径は、60nm未満である、前記(5)に記載の半導体装置の製造方法。
Claims (9)
- 第1の配線と、
前記第1の配線と同一層に配置された第2の配線と、
前記第1の配線の底面に接続され、カーボンナノチューブで形成された長さが500nm以上の第1のビアと、
前記第2の配線の底面に接続され、金属で形成された長さが500nm未満の第2のビアと、
を具備し、
前記第1のビアは、前記第2のビアより太く、
前記第1のビアは、周辺回路領域に形成され、
前記第2のビアは、メモリセル領域に形成され、
前記第1のビアは、ビアホールの底面及び側面に形成された下地層と、前記ビアホールの前記底面及び前記側面の前記下地層上に形成された触媒層と、前記触媒層から伸びて前記ビアホールを埋め込む前記カーボンナノチューブと、を有し、
前記触媒層は、分散状態となった不連続膜である、半導体装置。 - 第1の配線と、
前記第1の配線と同一層に配置された第2の配線と、
前記第1の配線の底面に接続され、カーボンナノチューブで形成された長さが500nm以上の第1のビアと、
前記第2の配線の底面に接続され、金属で形成された長さが500nm未満の第2のビアと、
を具備し、
前記第1のビアは前記第2のビアより太い半導体装置。 - 前記第1のビアの底面は、前記第2のビアの底面より半導体基板に近い、請求項2に記載の半導体装置。
- 前記第1のビアは、周辺回路領域に形成され、
前記第2のビアは、メモリセル領域に形成される、請求項2に記載の半導体装置。 - 前記第1のビアは、ビアホールの底面及び側面に形成された下地層と、前記ビアホールの前記底面及び前記側面の前記下地層上に形成された触媒層と、前記触媒層から伸びて前記ビアホールを埋め込む前記カーボンナノチューブと、を有する、請求項2に記載の半導体装置。
- 前記触媒層は、分散状態となった不連続膜である、請求項5に記載の半導体装置。
- 前記第1のビアのビア径は60nm以上であり、前記第1のビアのビア径は60nm未満であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
- 第1の領域と第2の領域とを有する絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の領域の前記絶縁膜内に第1のビアホールを形成する工程と、
前記第1のビアホール内に、カーボンナノチューブからなる長さが500nm以上の第1のビアを形成する工程と、
前記第2の領域の前記絶縁膜内に前記第1のビアホールよりも径が小さい第2のビアホールを形成する工程と、
前記第2のビアホール内に、金属からなる長さが500nm未満の第2のビアを形成する工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。 - 前記第1のビアのビア径は60nm以上であり、前記第1のビアのビア径は60nm未満であることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
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