專利名稱：電子器件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電子器件及其制造方法，更具體地涉及一種配置有使用 碳納米管的互連結構的電子器件及其制造方法。
背景技術：
多媒體領域的產品，例如移動終端、游戲機等等，引導了對電子器件的 需求，并且這種需求穩(wěn)步增長。在這樣的電子器件、例如大規(guī)模集成電路(LSI) 的一部分中，使用銅(Cu)鑲嵌互連結構。與鋁互連相比，銅互連的電阻更低，電流密度更高。為了適應對LSI更高集成度的需要，要求提供線寬(line-width)更窄、耐 受電流密度更高的互連結構。作為改善互連結構的一種方法，碳納米管(CNT)受到相當多的關注，碳 納米管具有碳的圓柱形結構，其電阻更低，耐受電流密度更高。由于因形狀各向異性而導致的一維電子特性，所以電子通過沖擊傳導 (ballistic conduction)流過碳納米管，最大電流密度的量級大約為109A/cm2。 碳納米管的電遷移耐力(electromigration resistance)出色到這樣的程度每 單位面積可流過的電流是銅的上千倍。例如，日本專利申請公開No. 2006-120730-A和No. 2006-202942-A、IEEE 國際互連技術會議2006， p. 230、正EE國際互連技術會議2005， p. 234、以 及Jan. J. Appl. Phys. Vol. 41 (2002) pp. 4370-4374公開了在LSI中將CNT用 作互連結構。日本專利申請公開No. 2006-120730和正EE國際互連技術會議2006，p. 230公開了將從絕緣膜中的孔的底表面垂直延伸的一束碳納米管用作通路互連(via interconnection)。圖4A至圖4C示出形成由碳納米管制成的通路(via)的常規(guī)步驟。首先如圖4A所示，在銅膜101上形成鉭(Ta)膜102作為銅擴散阻擋層， 然后在鉭膜102上形成一層膜、例如氮化鈦(TiN)膜103，該氮化鈦膜103設 定碳納米管的生長方向。然后，在TiN膜103上形成二氧化硅膜104，然后通過光刻方法等將二 氧化硅膜104圖案化，以形成導孔(viahole)105。然后，通過導孔105在TiN 膜103的表面上形成鈷(Co)催化劑顆粒106，使其在該表面上均勻分布。然后如圖4B所示，在預定的條件下從導孔105中的鈷催化劑顆粒106 向上形成碳納米管107。然后如圖4C所示，將碳納米管107從二氧化硅膜104的上表面突出的 部分去除。這樣，留在導孔105中的碳納米管107用作通路。碳納米管107的直徑差不多在亞納米到幾十納米的范圍內，碳納米管的 長度可生長至幾百微米。發(fā)明內容根據(jù)實施例的一個方案，提供一種制造電子器件的方法，包括步驟在 襯底上的第一絕緣膜上形成導電圖案；形成第二絕緣膜以覆蓋所述第一絕緣 膜和所述導電圖案；在所述導電圖案上的所述第二絕緣膜中形成孔；在所述 孔的底面以及所述第二絕緣膜的上表面上形成催化劑支撐膜；在所述催化劑 支撐膜的表面上形成由催化劑顆粒和催化劑膜的至少其中一種制成的催化 劑表面；在所述催化劑表面上生長多個碳元素圓柱形結構；在所述多個碳元 素圓柱形結構之間的空隙中形成埋置膜；以及拋光所述多個碳元素圓柱形結 構、所述埋置膜、以及所述催化劑支撐膜，將所述第二絕緣膜上表面上的所 述碳元素圓柱形結構、所述埋置膜、以及所述催化劑支撐膜去除，將留在所 述孔中的所述埋置膜和所述多個碳元素圓柱形結構作為通路。此外，根據(jù)本發(fā)明實施例的另一個方案，提供一種電子器件，包括導 電圖案，形成在襯底上的第一絕緣膜上；第二絕緣膜，用于覆蓋所述導電圖 案和所述第一絕緣膜；孔，形成在所述導電圖案上的所述第二絕緣膜中；多個碳元素圓柱形結構，形成在所述孔中，從所述導電圖案的表面延伸到所述孔的上端；以及埋置膜，埋置在所述孔中的所述多個碳元素圓柱形結構之間 的空隙中。利用本發(fā)明，相比于在導孔中選擇性地形成催化劑顆粒和催化劑膜的情 況，放寬了形成催化劑表面的條件。相比于現(xiàn)有技術，提高了由成束碳納米 管形成的通路的產量。此外，埋置絕緣膜可防止損害碳納米管的氣體和外來 物質進入空隙。而且，由碳納米管制成的通路僅作為僅在導孔中的導體，具 有更低的電阻和更大的電流容量。


下面參照附圖結合非限制性的實施例來描述本發(fā)明。 圖1A至圖1H為示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電子器件及其制造步驟 的剖視圖；圖2A至圖21為示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的電子器件及其制造步驟的 剖視圖；圖3A至圖3F為示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的電子器件及其制造步驟的 剖視圖；以及圖4A至圖4C為示出現(xiàn)有技術中形成電子器件的互連結構的常規(guī)步驟的剖視圖。
具體實施方式
下面參照附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。為了解釋的目的，在以下的描 述中提出特定術語來提供對本申請所公開的各種創(chuàng)造性概念的透徹理解。但 是，對于本領域技術人員來說，顯然這些具體細節(jié)不是實踐本申請所公開的 各種創(chuàng)造性概念所必需的。本發(fā)明的目的是提供一種電子器件及其制造方法，這種電子器件具有由 作為良好結構的碳元素圓柱形結構形成的通路。根據(jù)本實施例的制造電子器件的方法，在絕緣膜中的孔內以及在絕緣膜 的上表面上形成碳元素圓柱形結構，然后將埋置膜(buried film)填充在碳 元素圓柱形結構之間的空隙中，然后將碳元素圓柱形結構和埋置膜從絕緣膜的上表面去除。這樣，碳元素圓柱形結構和埋置膜留在孔中作為通路。根據(jù)通路的形成，要擴大形成碳元素圓柱形結構的條件的選擇范圍和在碳元素圓柱形結構下形成催化劑顆?；蛘叽呋瘎┠さ墓に囋６?process margin)的選擇范圍，從而提高通路形成的產量。此外，根據(jù)本發(fā)明的電子器件，將由絕緣材料或導電材料制成的埋置膜 填充在碳元素圓柱形結構之間的空隙中，所述碳元素圓柱形結構構成形成在 絕緣膜中的通路。因此，埋置膜可防止損害碳元素圓柱形結構的氣體或物料 進入碳元素圓柱形結構之間的空隙，從而能形成穩(wěn)定的通路結構。根據(jù)圖4A至圖4C所示的常規(guī)方法，充當碳納米管107的生長核的Co 催化劑顆粒106在導孔105中的TiN膜103上選擇性地形成并均勻分布。但 是最佳條件的工藝裕度小。結果，難以高可控性、高產量地形成由碳納米管107制成的通路。下面參照附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。第一實施例圖1A至圖1H為示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電子器件及其制造步驟 的剖視圖。首先，描述形成圖1A所示結構的步驟。然后，通過化學氣相沉積(CVD)方法在硅襯底1上形成由二氧化硅膜制 成的第一層間絕緣膜2。然后，通過濺射方法在第一層間絕緣膜2上依次形 成鉭(Ta)膜3和銅(Cu)膜4。在硅襯底1中形成晶體管，并用第一層間絕緣膜 2覆蓋該晶體管。作為第一層間絕緣膜2，例如通過使用硅烷氣體或四乙氧基硅垸(TEOS) 氣體的CVD方法，來形成二氧化硅膜。然后，通過使用光致抗蝕劑的光刻方法將Cu膜4和Ta膜3圖案化成為 布線輪廓(profile)。這樣，第一層布線5形成為導電圖案。布線5的線寬 例如設定為幾百nm以下，例如為大約200 nm。然后，在布線5和第一層間絕緣膜2上形成例如厚50 nm至100 nm的 氮化硅膜6。氮化硅膜6形成作為銅擴散阻止和抗氧化膜。然后，在氮化硅膜6上形成例如厚約200nm的第二層間絕緣膜7。作為 第二層間絕緣膜7，例如通過使用TEOS氣體作為反應氣體的等離子體CVD方法，來形成二氧化硅膜。然后，在第二層間絕緣膜7上涂覆光致抗蝕劑8，然后曝光/顯影。這樣， 在通路形成區(qū)域中形成開口部分8a。然后，用光致抗蝕劑8作為掩模，通過蝕刻第二層間絕緣膜7形成導孔 7a?？梢圆捎美绶磻x子蝕刻方法、等離子體蝕刻方法等等干蝕刻方法， 也可以采用使用氫氟酸的濕蝕刻方法，作為由二氧化硅膜制成的第二層間絕 緣膜7的蝕刻方法。將光致抗蝕劑8去除后，用磷酸等等通過導孔7a蝕刻氮化硅膜6，如圖 1B所示。這樣，通過導孔7a暴露出一部分布線5。然后如圖1C所示，通過成膜方法分別在第二層間絕緣膜7的上表面和 導孔7a的底面形成金屬膜9作為催化劑支撐膜，該成膜方法在硅襯底1上 表面的垂直方向上具有高度的生長各向異性。通過幾乎不使金屬粘附在導孔7a內側壁上的方法形成金屬膜9，例如各 向異性長拋(long-throw)濺射方法，該方法將靶與樣品之間的距離設定為 大于耙直徑來提供構成元素顆粒。作為給予金屬元素高度的直線行進特性的 這種成膜方法，除了各向異性長拋濺射方法外，還有準直儀濺射(collimator sputter)、電離金屬等離子體(IMP)濺射等等。金屬膜9由兩層結構形成，該兩層結構包括圖1C中的下金屬膜9a和上 金屬膜9b。在這種情況下，金屬膜9可由鉭、氮化鉭(TaN)、鈦(Ti)、氮化鈦 (TiN)或它們的組合中的任何一種制成的單層或多層形成。下金屬膜9a由Ta或TaN制成，用作Cu擴散阻擋膜。此外，上金屬膜 9b由Ti或TiN制成，能夠很好地電連接或機械連接至通路，如下所述。當例如通過反應濺射形成TiN膜作為上金屬膜9b時，使用Ti靶，并且將氮氣和氬氣引入濺射氣氛中。然后如圖1D所示，在金屬膜9的表面，也就是在導孔7a底部的金屬膜 9上以及第二層間絕緣膜7上表面的金屬膜9上，形成由催化劑金屬精細顆 粒10a或者厚約1 nm的催化劑膜(未示出)制成的催化劑表面10作為催化劑區(qū)域。鈷、鐵(Fe)、鎳(Ni)、或者包含其中任何一種元素的二元金屬合金(例如 TiCo)、或者包含其中任何一種元素的合金，可用作構成催化劑表面上的催化劑金屬精細顆?；虼呋瘎┠さ慕饘僭?。例如通過激光熔蝕方法、濺射方法、氣相沉積方法等等來形成催化劑金屬精細顆粒10a或者催化劑膜。在這些方法中，優(yōu)選通過采用在真空室中使 用差動泵機構在金屬膜9表面上形成催化劑金屬精細顆粒10a或者催化劑膜 的方法，提高在金屬膜9的垂直方向上催化劑元素生長的各向異性。然后如圖1E所示，通過CVD方法在催化劑表面10的整個區(qū)域上生長 一束碳納米管11，即碳元素圓柱形結構。作為CVD方法，例如有熱CVD 方法、熱絲CVD方法、以及等離子體CVD方法。當由催化劑金屬精細顆粒 10a形成催化劑表面10時，碳納米管11定向在襯底表面的垂直方向上，并 從催化劑金屬精細顆粒10a開始生長。當使用熱CVD方法作為CVD方法時，例如將乙炔與氬氣的混合氣體作 為反應氣體引入真空室的生長氣氛中。將乙炔用氬氣以10 %的流率(10 flow rate % )稀釋后引入真空室。此外， 例如分別將含有氣體的乙炔和氬氣的流率設定為0.5 sccm和1000 sccm。此 外，作為其它的生長條件，將真空室中的壓力設定為1 kPa，并將襯底溫度 設定為400。C至45(TC。在這種條件下碳納米管11的生長速度例如為大約1/xm/小時。當使用熱絲CVD方法作為生長碳納米管11的方法時，例如將用于分離 氣體的熱絲的溫度設定在900'C至1800°C的范圍內。同時，當通過濺射方法形成TiN膜作為上面形成催化劑表面10的上金 屬膜9b時，將濺射氣氛中氮氣的壓力(P0與氬氣的壓力(P2)之間的比率(P" P2) 設定在3/100至30/100的范圍內，優(yōu)選在5/100至15/100的范圍內。因此，能夠提高碳納米管11的生長密度。這可歸因于這樣一個事實 TiN膜的表面粗糙度在此條件下變得較大，阻止了碳在橫向上的運動，因此 在長度方向上碳納米管11的生長加速。然后如圖1F所示，在導孔7a中和第二層間絕緣膜7上分別生長的多個 碳納米管11之間的空隙中形成埋置絕緣膜12。例如使用SOG(旋涂玻璃)作為涂覆絕緣物質，來形成埋置絕緣膜12。通 過旋涂方法在催化劑表面10上形成SOG，然后例如以25(TC的溫度加熱烘 焙5分鐘，然后例如以40(TC的溫度加熱30分鐘進行固化。在這種情況下，作為SOG涂覆的預處理，可對涂覆區(qū)域進行氧氣等離 子體處理、臭氧處理、或者紫外線(UV)輻射，以改善涂覆在導孔7a中、第 二層間絕緣膜7上、以及碳納米管11之間的空隙中的SOG的可濕性。通過固化形成的多孔材料，即SOG，幾乎不包括例如裂縫這樣的缺陷。 因此，優(yōu)選使用該材料用于埋置絕緣膜12?？刹捎糜袡CSOG或者無機SOG 作為SOG。有機SOG具有良好的可濕性?？赏ㄟ^使用硅烷系氣體、TEOS等等的等離子體CVD方法形成埋置絕緣 膜12。但是，更優(yōu)選的是采用涂覆方法，因為涂覆材料適合于填充碳納米管 ll之間的空隙。此外，從電導率方面考慮，優(yōu)選應由低介電常數(shù)的材料形成埋置絕緣膜12。然后如圖1G所示，通過化學機械拋光(CMP)方法將碳納米管11和埋置 絕緣膜12拋光。這樣，碳納米管11和埋置絕緣膜12的上部被平坦化，并 且碳納米管11、埋置絕緣膜12以及金屬膜9被從第二層間絕緣膜7的上表 面去除。結果，碳納米管11選擇性地留在導孔7a中作為通路13。 作為CMP方法中使用的研磨劑，例如使用堿性漿。在CMP方法中，優(yōu)選將構成埋置絕緣膜12的二氧化硅(Si02)的拋光速度設定為高至比構成金屬膜9的鉭(Ta)的拋光速度更大的選擇性拋光條件。當質量高度改善時，碳納米管11的拋光速度相應地降低。此時，通過將堿性漿改為酸性漿能夠增加碳納米管11的拋光速度。在這種情況下，通過采用酸性槳來降低Si02的拋光速度。因此，通過調節(jié)漿的PH值來繼續(xù)拋光，使碳納米管11的上端和第二層間絕緣膜7的上表面變平。當通過拋光碳納米管11和埋置絕緣膜12暴露出金屬膜9時，在該時間 點改變CMP方法的拋光條件。在這種情況下，優(yōu)選高選擇性拋光，其中將 金屬膜9的拋光速度設定為大于埋置絕緣膜12和第二層間絕緣膜7各自的 拋光速度。使用用于鉭(Ta)的酸性漿作為條件。因此，當下金屬膜9a正在被拋光時，由二氧化硅膜制成的第二層間絕 緣膜7的拋光受到抑制。這樣，將金屬膜9選擇性地去除。通過上述的拋光工藝形成通路13。然后，例如用5%的稀釋氫氟酸將第 二層間絕緣膜7表面上的拋光殘留物去除。此外，通過蝕刻埋置絕緣膜12 的暴露表面，增加碳納米管11也就是自導孔7a上端的通路13的暴露程度 (exposed level)。然后如圖1H所示，通過濺射方法在第二層間絕緣膜7和通路13上形成 由TiN、 Ti或者它們的復合膜制成的接觸膜14a。然后，通過濺射方法形成 由Ta、 TaN或者它們的復合膜制成的銅擴散防止膜14b。然后，通過電鍍方 法在銅擴散防止膜14b上形成銅膜15。然后，以大約40(TC加熱硅襯底1，提高碳納米管ll與接觸膜14a之間 的電接合性(joinabmty)。然后，通過光刻方法將銅膜15、銅擴散防止膜14b、以及接觸膜14a圖 案化。這樣，形成第二層布線16，即導電圖案，疊置在通路13上。然后，雖然在附圖中沒有特別示出，但是在第二層布線16和第二層間 絕緣膜7上形成防止銅擴散的氮化硅膜、第三層間絕緣膜等。根據(jù)上述工藝，在電子器件中，由通過包括成束碳納米管11的通路13 相互連接的第一層布線5和第二層布線16形成多層互連結構。如上所述，本實施例中，不僅在導孔7a中，而且在第二層間絕緣膜7 的表面上主動形成催化劑表面IO，然后在催化劑表面10上生長碳納米管11。 因此，放寬了形成催化劑表面10的條件，勝于在導孔7a中選擇性地形成催 化劑顆粒和催化劑膜的情況。結果，相比于現(xiàn)有技術，提高了由成束碳納米 管11形成的通路13的產量。此外，在拋光從第二層間絕緣膜7上表面突出的碳納米管11時，用埋 置絕緣膜12填充碳納米管11之間的空隙。因此，大量的碳納米管11被埋 置絕緣膜12固定，因此易于通過拋光方法將碳納米管11去除和平坦化。此外，碳納米管11、即導孔7a中的通路13之間的空隙被埋置絕緣膜 12埋置。因此，埋置絕緣膜12可防止損害碳納米管11的氣體和外來物質進 入空隙。此外，電阻比碳納米管11更高的金屬膜9不形成在埋置了通路13的導 孔7a的內壁表面。因此，由碳納米管11制成的通路13僅僅作為僅在導孔 7a中的導體，具有更低的電阻和更大的電流容量。第二實施例圖2A至圖21為示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的電子器件及其制造步驟的 剖視圖。這里，圖2A至圖21中與圖1A至圖1H中相同的附圖標記分別表 示同樣的元件。首先，描述形成圖2A所示結構的步驟。如同第一實施例，通過CVD方法在硅襯底1上形成由二氧化硅膜制成 的第一層間絕緣膜2。在硅襯底1上形成晶體管(未示出)，用第一層間絕緣 膜2覆蓋該晶體管。在第一層間絕緣膜2上形成由氮化硅制成的第一底層絕緣膜22和由低 介電常數(shù)材料制成的第二層間絕緣膜23。例如通過在第一底層絕緣膜22上 涂覆包含有機硅化合物或者多孔硅石(porous silica)的涂層溶液，然后將涂層 溶液中的溶劑蒸發(fā)，然后在氮氣氣氛中將所得到的結構退火，來形成第二層 間絕緣膜23。然后，通過光刻方法將第二層間絕緣膜23圖案化，形成寬約200nm的 布線凹部23a。在形成布線凹部23a時，使用氟氣蝕刻第二層間絕緣膜23， 并將第一底層絕緣膜22用作蝕刻阻擋膜。然后，用磷酸選擇性地蝕刻從布線凹部23a暴露的第一底層絕緣膜22， 進一步加深布線凹部23a。這樣，高準確度地控制布線凹部23a的深度。然后，通過濕式工藝將第二層間絕緣膜23表面上的蝕刻殘留物去除， 然后清潔第二層間絕緣膜23的表面。然后，通過濺射方法在第二層間絕緣膜23上和布線凹部23a的內表面 形成Ta膜或者TaN膜作為銅擴散防止膜25a。然后，通過電鍍方法在銅擴 散防止膜25a上形成銅膜25b，銅膜25b埋置在布線凹部23a中。然后，通過CMP方法將形成在第二層間絕緣膜23上表面的銅擴散防止 膜25a以及銅膜25b去除。因此，留在布線凹部23a中的銅膜25b和銅擴散 防止膜25a用作鑲嵌結構的第一層布線25。然后，通過CVD方法在第一層布線25和第二層間絕緣膜23上形成例 如厚50 nm至100 nm的氮化硅膜26。氮化硅膜26防止第一層布線25氧化， 并防止銅擴散。然后，在氮化硅膜26上形成例如厚200 nm的由低介電常數(shù)材料制成的第三層間絕緣膜27。作為低介電常數(shù)材料，使用與構成第二層間絕緣膜23 的材料包含同樣的硅的絕緣材料。也就是說，例如通過在氮化硅膜26上涂覆包含有機硅化合物或者多孔 硅石的涂層溶液，然后將涂層溶液中的溶劑蒸發(fā)，然后在氮氣氣氛中將所得 到的結構退火，來形成第三層間絕緣膜27。然后，在第三層間絕緣膜27上涂覆光致抗蝕劑28，并曝光/顯影。這樣， 在通路形成區(qū)域中形成開口部分28a。然后如圖2B所示，用光致抗蝕劑28作為掩模，通過蝕刻第三層間絕緣 膜27形成導孔27a。使用例如使用氟氣的反應離子蝕刻方法、等離子體蝕刻 方法等等干蝕刻方法作為第三層間絕緣膜27的蝕刻方法。然后將光致抗蝕 劑28去除。在這種情況下，蝕刻殘留物存在于將光致抗蝕劑28去除后暴露的第三 層間絕緣膜27的表面上。因此，通過濕式工藝將蝕刻殘留物去除。同時，當由低介電常數(shù)材料制成的第三層間絕緣膜27為多孔型時，將 光致抗蝕劑28去除后，在第三層間絕緣膜27上表面和導孔27a內側表面以 及底面形成孔密封層(pore sealing layer) 24，如圖2C所示。作為孔密封層 24，例如通過CVD方法形成SiOC?？酌芊鈱?4分別滲入第三層間絕緣膜 27的上表面和導孔27a的內壁表面。在這種情況下，圖2D和后續(xù)附圖中省 略孔密封層24。然后，例如以濺射方法，通過導孔27a蝕刻底部上的氮化硅膜26和孔 密封層24。這樣，銅層25的一部分從導孔27a暴露。在此蝕刻過程中，用 光致抗蝕劑(未示出)覆蓋并保護第三層間絕緣膜27上表面上的孔密封層24。然后如圖2D所示，通過在垂直方向上表現(xiàn)出高各向異性的薄膜形成方 法，在第三層間絕緣膜27上表面和導孔27a底面形成金屬膜9。形成金屬膜 9時采用與第一實施例類似的條件。例如，金屬膜9由下金屬膜9a和上金屬 膜9b形成，下金屬膜9a由銅擴散阻擋材料制成，上金屬膜9b由能夠很好 地電連接或機械連接至下述通路的材料制成。在這種情況下，如同第一實施例，金屬膜9可由Ta、 TaN、 Ti、 TiN或 它們的組合中的任何一種制成的單層或多層形成。然后如圖2E所示，在金屬膜9，即導孔27a底部的金屬膜9上以及第三層間絕緣膜27上的金屬膜9的表面形成催化劑表面10。催化劑表面10由催化劑金屬精細顆?；蛘叽呋瘎┠ば纬桑呋瘎┙饘?精細顆粒10a如圖2E所示。通過與第一實施例中類似的方法和條件，由Co、 Fe、 Ni、或者包含其中任何一種元素的二元金屬(例如TiCo)、或者包含其中 任何一種元素的合金，可形成構成催化劑金屬精細顆?；虼呋瘎┠さ慕饘僭?素。在這種情況下，當由催化劑膜形成催化劑表面10時，例如將催化劑膜 的厚度設定為大約1 nm。然后如圖2F所示，通過與第一實施中類似的方法，在催化劑表面10的 整個表面上生長碳納米管ll。在這種情況下，當?shù)谌龑娱g絕緣膜27為多孔，并且在導孔27a的內表 面也形成孔密封層時，生長碳納米管11時使用的氣體被孔密封層阻擋，不 會影響第三層間絕緣膜27的內側。然后如圖2G所示，在分別在導孔27a中和第三層間絕緣膜27上生長的 多個碳納米管11之間的空隙中形成埋置絕緣膜12。通過與第一實施中類似的方法形成埋置絕緣膜12，例如由SOG作為涂 覆絕緣物質形成埋置絕緣膜12。優(yōu)選形成多孔膜作為埋置絕緣膜12，因為 多孔膜幾乎不包括如裂縫等缺陷。此外，從電導率方面考慮，優(yōu)選由低介電 常數(shù)材料形成埋置絕緣膜12。然后如圖2H所示，通過CMP方法將碳納米管11和埋置絕緣膜12拋光。 這樣，將碳納米管11和埋置絕緣膜12的上表面平坦化，并且將碳納米管11、 埋置絕緣膜12、以及金屬膜9從第三層間絕緣膜27上表面去除。在拋光碳 納米管11、埋置絕緣膜12、以及金屬膜9時，采用與第一實施例類似的條 件。結果，碳納米管11選擇性地留在導孔27a中作為通路13。然后，例如用5%的稀釋氫氟酸將第三層間絕緣膜27表面的拋光殘留物 去除。此外，通過蝕刻埋置絕緣膜12的暴露表面，增加成束碳納米管ll也 就是自導孔27a上端的通路13上端的暴露程度。然后如圖21所示，在第三層間絕緣膜27上形成連接至通路13上端的鑲 嵌結構的第二層布線31。通過以下方法形成第二層布線31。首先，通過CVD方法在第三層間絕緣膜27上形成由氮化硅制成的第二底層絕緣膜29，然后生長由低介電常數(shù)材料制成的第四層間絕緣膜30。作 為低介電常數(shù)材料，例如可采用含硅的上述材料、或SiOC等等。然后，通過光刻方法將第四層間絕緣膜30圖案化，形成寬約200nm的 布線凹部30a。當使用干蝕刻形成布線凹部30a時，使用氟氣。在這種情況 下，第二底層絕緣膜29用作蝕刻阻擋層。然后，用磷酸選擇性地蝕刻從布線凹部30a暴露的第二底層絕緣膜29。 這樣，布線凹部30a被加深。然后，在布線凹部30a內表面依次形成接觸膜31a和銅擴散防止膜31b， 接觸膜31a由具有依次形成的TiN和Ti制成的兩層結構，銅擴散防止膜31b 由Ta制成。然后，通過電鍍方法在銅擴散防止膜31b上形成銅膜31c，來填充布線 凹部30a。然后，以400'C的溫度進行退火，改善通路13與接觸膜31a之間的電連接。然后，通過CMP方法將形成在第三層間絕緣膜27上表面的接觸膜31a、 銅擴散防止膜31b、以及銅膜31c去除。結果，留在布線凹部30a中的銅膜 31c、銅擴散防止膜31b和接觸膜31a用作鑲嵌結構的第二層布線31。然后，雖然在附圖中沒有特別示出，但是還形成了氮化硅膜、層間絕緣 膜和布線等等。通過上述步驟，形成多層互連結構，經由碳納米管11制成的通路13將 第一層布線25與第二層布線31相連接。如上所述，本實施例中，不僅在導孔27a中，而且在第三層間絕緣膜27 的表面上主動形成催化劑表面IO，然后在催化劑表面IO上生長碳納米管11。 因此，如同第一實施例，放寬了形成催化劑表面10的條件，結果相比于現(xiàn) 有技術提高了通路13的產量。此外，成束碳納米管ll中的空隙被埋置絕緣膜12埋置。因此，碳納米 管11被固定，因此通過拋光進行去除變得容易。此外，構成通路13的碳納 米管11之間的空隙被埋置絕緣膜12填充。因此，埋置絕緣膜12防止了外 來物質損害導孔27a中的碳納米管11。此外，當由低介電常數(shù)的多孔材料形成第三層間絕緣膜27 (其中在銅層 25上形成導孔27a)時，在第三層間絕緣膜27的表面上形成孔密封層24。因此，孔密封層24防止了生長碳納米管11時使用的氣體對第三層間絕緣膜 27產生不利影響。 第三實施例圖3A至圖3F為示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的電子器件及其制造步驟的 剖視圖。這里，圖3A至圖3F中與圖2A至圖21中相同的附圖標記分別表示 同樣的元件。首先，根據(jù)與第二實施例圖2A和圖2B中所示類似的步驟，在硅襯底l 上形成第一層間絕緣膜2、第一底層絕緣膜22、第二層間絕緣膜23、第一層 布線25、第一氮化硅膜26、以及第三層間絕緣膜27。第三層間絕緣膜27由低介電常數(shù)材料形成。然后，在第一層布線25上的第三層間絕緣膜27中形成導孔27a。然后， 在第三層間絕緣膜27上表面和導孔27a的內壁表面以及底面形成孔密封層 (未示出)。然后，通過導孔27a蝕刻第一氮化硅膜26和形成在第一氮化硅膜 26上的孔密封層，暴露出第一層布線25的一部分。然后如圖3A所示，在第三層間絕緣膜27上表面和導孔27a的內壁表面 以及底面依次形成下金屬膜9c和上金屬膜9b，構成金屬膜9。作為金屬膜9的下金屬膜9c，通過各向異性小的濺射方法形成金屬擴散 阻擋膜。下金屬膜9c例如由Ta、 TaN、 Ti、 TiN或者它們的組合中的任何一 種形成。在它們之中，Ta和TaN對銅等元素具有出色的阻擋特性。此外如同第一實施例，作為上金屬膜9b，通過高各向異性的成膜方法， 例如各向異性長拋濺射方法等等，形成接觸膜。上金屬膜9b形成在第三層 間絕緣膜27的上表面和導孔27a的底面，但是基本上不形成在導孔27a的側 壁表面。上金屬膜9b例如由Ta、 TaN、 Ti、 TiN或者它們的組合中的任何一種形 成。特別地，Ti和TiN能獲得與下述碳納米管ll良好的電接觸和機械接觸。然后如圖3B所示，在分別形成在導孔27a底面和第三層間絕緣膜27上 表面的上金屬膜％上形成催化劑表面10。催化劑表面10由催化劑金屬精細顆?；蛘叽呋瘎┠ば纬桑呋瘎┙饘?精細顆粒10a如圖3B所示。作為構成催化劑金屬精細顆粒或催化劑膜的金 屬元素，通過與第一實施例中類似的方法和條件，形成Co、 Fe、 Ni、或者包含其中任何一種元素的二元金屬(例如TiCo)、或者包含其中任何一種元素 的合金。然后如圖3C所示，通過與第一實施例中類似的方法，在催化劑表面IO 的整個表面上生長碳納米管11。形成在導孔27a內表面的由銅擴散阻擋材料形成的下金屬膜9c阻止這樣 的情況在生長碳納米管11時使用的氣體對第三層間絕緣膜27產生不利影響。然后如圖3D所示，分別在導孔27a中和第三層間絕緣膜27上的成束多 個碳納米管11的空隙中形成埋置金屬膜18。埋置金屬膜18例如由銅制成，通過電鍍或者非電解電鍍(electroless plating)方法形成。在這種情況下，除了銅之外的任何能夠以低電阻接觸碳 納米管11的金屬，例如Ti、鈀(Pd)等等或者其它導電材料都可用作埋置金屬 膜18。由銅制成的填充在導孔27a中的埋置金屬膜18被銅擴散阻擋膜9c抑制 擴散到第三層間絕緣膜27中。然后如圖3E所示，通過CMP方法將碳納米管11和埋置金屬膜18拋光。 這樣，將碳納米管11和埋置金屬膜18的上表面被平坦化，并且碳納米管11、 埋置金屬膜18、以及金屬膜9被從第三層間絕緣膜27的上表面去除。結果，碳納米管11和埋置金屬膜18選擇性地留在導孔27a中作為通路13。在CMP方法中使用的優(yōu)選拋光條件是高選擇性拋光條件，其中，在CMP 的初始階段，對構成埋置金屬膜18的銅的拋光速度大于對構成金屬膜9的 Ta的拋光速度。當要高度改善質量時，碳納米管11的拋光速度相應地降低。在這種情 況下，通過選擇能夠增加機械拋光成分(component)的漿，可提高碳納米 管ll的拋光速度。在這種情況下，由于擔心增加對埋置金屬膜18的損害， 必須調節(jié)增加機械拋光成分的程度。當由于拋光碳納米管11和埋置金屬膜18的過程而暴露出下金屬膜9a 時，在該時間點漿改為用于Ta的酸性漿。在這種情況下，優(yōu)選將金屬膜9 的拋光速度設定為大于第三層間絕緣膜27的拋光速度。因此，當正在拋光金屬膜9的下金屬膜9a時，對第三層間絕緣膜27的 拋光受到抑制。這樣，將金屬膜9選擇性地去除。將金屬膜9去除后，例如用5%的稀釋氫氟酸將第三層間絕緣膜27表面 的拋光殘留物去除。然后如圖3F所示，通過與第二實施例中類似的方法，在第三層間絕緣 膜27上形成連接至通路13上端的鑲嵌結構的第二層布線31 。通過上述步驟，在電子器件中形成多層互連結構，經由碳納米管11制 成的通路13將第一層布線25與第二層布線31相連接。如上所述，本實施例中，不僅在導孔27a的底部，而且在第三層間絕緣 膜27的表面上主動形成催化劑表面10，然后在催化劑表面10上生長碳納米 管11。因此，如同第一實施例，放寬了形成催化劑表面IO和碳納米管11的 條件，結果相比于現(xiàn)有技術提高了通路13的產量。此外，大量碳納米管11之間的空隙被埋置金屬膜18埋置。因此，碳納 米管ll被固定，從而便于通過拋光將其去除。此外，構成通路13的碳納米 管11之間的空隙被埋置金屬膜18埋置。因此，防止了由于外來物質進入導 孔27a造成碳納米管11受損。此外，由于埋置金屬膜18填充在導孔27a中的碳納米管11之間的空隙 中，所以不需要改變尺寸就能夠實現(xiàn)通路13電阻的降低。在這種情況下， 相比于由同樣尺寸的銅形成通路的情況，流過通路的電流的電流密度增加。在第一至第三實施例中，通過實例說明了半導體器件。其它電子器件中 的多層互連結構通過上述方法形成為與上述結構具有相同的結構。在以上說明中，參照具體實施例描述了本發(fā)明。但是，顯然可作出各種 變型和改型而不脫離本發(fā)明的更寬泛的精神和范圍。例如，讀者應理解這里 所述的工藝步驟的具體次序和結合僅僅是示例性的，本發(fā)明可使用不同的或 附加的工藝步驟、或者工藝步驟的不同結合或次序來進行。作為進一步的實 例， 一個實施例中的每個特征可與其它實施例中所示的其它特征混合或相 配。附加地和顯然地，可按照需要增加或減少特征。因此，本發(fā)明不受除了 根據(jù)所附權利要求書及其等同物之外的限制。通過審視附圖和詳細說明，對于本領域技術人員來說，本發(fā)明的其它系 統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點將顯而易見或者將變得顯而易見。所有附加的系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點都應包括在上述說明中，落入本發(fā)明的范圍，受所附權利要求書保護。
權利要求
1、一種制造電子器件的方法，包括步驟在襯底上的第一絕緣膜上形成導電圖案；形成第二絕緣膜以覆蓋所述第一絕緣膜和所述導電圖案；在所述導電圖案上的所述第二絕緣膜中形成孔；在所述孔的底面以及所述第二絕緣膜的上表面上形成催化劑支撐膜；在所述催化劑支撐膜的表面上形成由催化劑顆粒和催化劑膜中的至少一種制成的催化劑表面；在所述催化劑表面上生長多個碳元素圓柱形結構；在所述多個碳元素圓柱形結構之間的空隙中形成埋置膜；以及拋光所述多個碳元素圓柱形結構、所述埋置膜、以及所述催化劑支撐膜，將所述第二絕緣膜上表面上的所述碳元素圓柱形結構、所述埋置膜、以及所述催化劑支撐膜去除，將留在所述孔中的所述埋置膜和所述多個碳元素圓柱形結構作為通路。
2、 如權利要求l所述的方法，其中，所述催化劑支撐膜由鉭、氮化鉭、 鈦、氮化鈦、以及它們的組合之中的任何一種形成。
3、 如權利要求1所述的方法，其中，所述催化劑支撐膜通過濺射方法 形成，在垂直于所述襯底的方向上選擇性地生長。
4、 如權利要求l所述的方法，其中，所述催化劑顆?；虼呋瘎┠び赦挕?鐵、鎳之一制成的第一金屬、包含所述第一金屬的二元金屬、以及所述第一 金屬的合金中的任何一種形成。
5、 如權利要求l所述的方法，其中，所述埋置膜由絕緣膜形成。
6、 如權利要求5所述的方法，其中，所述埋置絕緣膜通過涂覆涂層絕 緣材料、然后經退火將所述涂層絕緣材料固化而形成。
7、 如權利要求l所述的方法，其中，所述埋置膜為導電膜。
8、 如權利要求7所述的方法，其中，所述導電膜為通過電鍍形成的金 屬膜。
9、 如權利要求1所述的方法，其中，所述催化劑支撐膜由防止所述導 電膜擴散進入所述第二絕緣膜的阻擋材料形成，并形成在所述孔的內壁表面
10、 權利要求1所述的方法，還包括步驟在所述第二絕緣膜上形成上導電圖案，所述上導電圖案連接至所述孔中 所述通路的上端。
11、 一種電子器件，包括導電圖案，形成在襯底上形成的第一絕緣膜上； 第二絕緣膜，用于覆蓋所述導電圖案和所述第一絕緣膜； 孑L，形成在所述導電圖案上的所述第二絕緣膜中；多個碳元素圓柱形結構，形成在所述孔中，從所述導電圖案的表面延伸 到所述孔的上端；以及埋置膜，埋置在所述孔中的所述多個碳元素圓柱形結構之間的空隙中。
12、 如權利要求11所述的電子器件，其中，所述埋置膜由絕緣材料形成。
13、 如權利要求12所述的電子器件，其中，所述絕緣材料為多孔型有 機旋涂玻璃。
14、 如權利要求11所述的電子器件，其中，所述埋置膜由導電材料形成。
15、 如權利要求14所述的電子器件，其中，用于防止所述導電材料擴 散進入所述第二絕緣膜的阻擋膜形成在所述孔的內壁表面上。
16、 如權利要求11所述的電子器件，其中，所述孔中所述導電圖案的 表面由催化劑顆粒和催化劑膜中的至少一種與催化劑支撐膜形成。
17、 如權利要求16所述的電子器件，其中，所述催化劑支撐膜由鉭、 氮化鉭、鈦、氮化鈦、以及它們的組合之中的任何一種制成的層形成。
18、 如權利要求16所述的電子器件，其中，所述催化劑顆?；虼呋瘎?膜中的至少一種由鈷、鐵、鎳之一制成的第一金屬、包含所述第一金屬的二 元金屬、以及所述第一金屬的合金中的任何一種形成。
19、 如權利要求11所述的電子器件，其中，所述第二絕緣膜由多孔型絕緣膜形成，并且所述第二絕緣膜的表面和所述孔的內壁表面被孔密封層覆主rm.。
20、 如權利要求11所述的電子器件，其中，在所述第二絕緣膜上形成 有第二導電圖案，該第二導電圖案連接至所述多個碳元素圓柱形結構的上
全文摘要
本發(fā)明公開一種電子器件及其制造方法，該電子器件包括導電圖案，形成在第一絕緣膜上；第二絕緣膜，形成在所述導電圖案和所述第一絕緣膜上；孔，形成在所述導電圖案上的所述第二絕緣膜中；多個碳納米管，形成在所述孔中，從所述導電圖案的表面延伸；以及埋置膜，埋置在所述孔中的所述多個碳納米管之間的空隙中。利用本發(fā)明，相比于在導孔中選擇性地形成催化劑顆粒和催化劑膜的情況，放寬了形成催化劑表面的條件。相比于現(xiàn)有技術，提高了由成束碳納米管形成的通路的產量。此外，埋置絕緣膜可防止損害碳納米管的氣體和外來物質進入空隙。而且，由碳納米管制成的通路僅作為僅在導孔中的導體，具有更低的電阻和更大的電流容量。
文檔編號H01L21/768GK101276780SQ20081009031
公開日2008年10月1日 申請日期2008年3月28日 優(yōu)先權日2007年3月30日
發(fā)明者二瓶瑞久 申請人:富士通株式會社