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JP2008172250A - Electrical wiring structure having carbon nanotubes and method for forming the same - Google Patents

Electrical wiring structure having carbon nanotubes and method for forming the same Download PDF

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JP2008172250A
JP2008172250A JP2008006201A JP2008006201A JP2008172250A JP 2008172250 A JP2008172250 A JP 2008172250A JP 2008006201 A JP2008006201 A JP 2008006201A JP 2008006201 A JP2008006201 A JP 2008006201A JP 2008172250 A JP2008172250 A JP 2008172250A
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JP
Japan
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layer
interlayer insulating
integrated circuit
circuit device
insulating layer
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Application number
JP2008006201A
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Japanese (ja)
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Seokjun Won
▲ソク▼俊 元
Kokei Kyo
虎圭 姜
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Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
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    • H10W20/057
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    • H10W20/0554

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Abstract

【課題】カーボンナノチューブを有する電気配線構造及びその形成方法を提供する。
【解決手段】集積回路装置は、カーボンナノチューブを含む導電性配線を含む。電気配線は、第1金属領域を含む。第1導電性バリア層が前記第1金属領域の上部表面上に提供され、第2金属領域は、前記第1導電性バリア層上に提供される。前記第1導電性バリア層は、前記第1金属領域からの前記第1金属の外部拡散を抑制する物質を含み、前記第2金属領域は、内部に触媒金属を含む。内部に開口を有する絶縁層が前記第2金属領域上に提供される。多数のカーボンナノチューブが、前記開口内に垂直電気配線として提供される。
【選択図】図2E
An electrical wiring structure having carbon nanotubes and a method for forming the same are provided.
An integrated circuit device includes conductive wiring including carbon nanotubes. The electrical wiring includes a first metal region. A first conductive barrier layer is provided on the upper surface of the first metal region, and a second metal region is provided on the first conductive barrier layer. The first conductive barrier layer includes a material that suppresses external diffusion of the first metal from the first metal region, and the second metal region includes a catalytic metal therein. An insulating layer having an opening therein is provided on the second metal region. A number of carbon nanotubes are provided as vertical electrical wiring in the openings.
[Selection] Figure 2E

Description

本発明は、集積回路装置及び集積回路装置を形成する方法に係り、さらに詳細には、半導体配線構造及びその形成方法に関する。   The present invention relates to an integrated circuit device and a method for forming the integrated circuit device, and more particularly to a semiconductor wiring structure and a method for forming the same.

一般に、高集積半導体装置を有する集積回路装置は、垂直に離隔した伝導性配線、半導体装置構造及び領域を一緒に連結するために、垂直配線構造を用いる。しかしながら、集積回路内の半導体装置の集積度が増加するに伴い、伝導性配線及び垂直配線構造体の線幅及び横断幅が一般的に減少している。かかる伝導性配線及び垂直配線構造体の寸法の減少は、低い比抵抗を有する配線物質に対する必要性を増加させる。前記のような必要性の増加に対応するため、高伝導性のカーボンナノチューブ構造体を含む配線構造体が開発されている。カーボンナノチューブを含む従来の配線構造体の一例は、その全分がここに参照として結合される「Method of Forming a Conductive Line for a Semiconductor Device using a Carbon Nanotube and Semiconductor Device Manufactured using the Method」という名称のChoi外の特許文献1に開示されている。   In general, an integrated circuit device having a highly integrated semiconductor device uses a vertical wiring structure to connect vertically separated conductive wirings, semiconductor device structures and regions together. However, as the degree of integration of semiconductor devices in an integrated circuit increases, the line width and transverse width of conductive wiring and vertical wiring structures generally decrease. The reduction in the size of such conductive wiring and vertical wiring structures increases the need for wiring materials having low specific resistance. In order to cope with the increase in necessity as described above, a wiring structure including a highly conductive carbon nanotube structure has been developed. An example of a conventional wiring structure including carbon nanotubes is the “Method of Forming a Conducting Device of the Semiconductor and the Semiconductor Manufacturing and Manufacturing of the Semiconductor Nano and the United States of the United States.” This is disclosed in US Pat.

カーボンナノチューブを含む従来の他の配線構造体は、Kawabata外の特許文献2とNiheiの特許文献3に開示されている。多層カーボンナノチューブビア(multi−walled carbon nanotube vias)を含む集積回路装置は、非特許文献1に、そして非特許文献2に開示されている。   Other conventional wiring structures containing carbon nanotubes are disclosed in US Pat. An integrated circuit device including a multi-walled carbon nanotube via is disclosed in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2.

米国特許第7247897号明細書US Pat. No. 7,247,897 米国特許出願公開第2004/0182600号明細書US Patent Application Publication No. 2004/0182600 米国特許出願公開第2006/0071334号明細書US Patent Application Publication No. 2006/0071334 Mizuhisa Nihei外、「Carbon Nanotube Vias for Future LSI Interconnects」、Proceeding of the IEEE International Interconnect Technology Conference 2004、pp.251−253Mizuhisa Nihei, “Carbon Nanotube Vias for Future LSI Interconnects”, Proceeding of the IEEE International Technology Technology. 4 251-253 Mizuhisa Nihei外、「Low−resistance Multi−walled Carbon Nanotube Vias with Parallel Channel Conduction of Inner Shells」、Proceedings of the IEEE International Interconnect Technology Conference 2005、6月6日−8日、pp.234−236Outside of Mizuhisa Nihei, “Low-resistence Multi-walled Carbon Nanotube Via with the Channel of the 6th of the World of World Channels and the World of Worlds.” 234-236

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高集積化に最適化される半導体装置及びその形成方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide a semiconductor device optimized for high integration and a method for forming the same.

本発明の他の目的は、高速動作に最適化される半導体装置及びその形成方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a semiconductor device optimized for high-speed operation and a method for forming the same.

上記目的を達成すべく、本発明の実施の形態による集積回路装置は、カーボンナノチューブを含む導電性配線を含む。一実施の形態によれば、電気配線は、集積回路基板上に、少なくとも第1金属を内部に有する第1金属領域を含む。第1導電性バリア層が前記第1金属領域の上部表面上に提供され、第2金属領域は、前記第1導電性バリア層上に提供される。前記第1導電性バリア層は、前記第1金属領域からの前記第1金属の外部拡散(out diffusion)を抑制する物質を含む。   In order to achieve the above object, an integrated circuit device according to an embodiment of the present invention includes a conductive wiring including a carbon nanotube. According to one embodiment, the electrical wiring includes a first metal region having at least a first metal therein on the integrated circuit substrate. A first conductive barrier layer is provided on the upper surface of the first metal region, and a second metal region is provided on the first conductive barrier layer. The first conductive barrier layer includes a material that suppresses out diffusion of the first metal from the first metal region.

本実施の形態の追加的な側面によれば、電気絶縁層が前記第2金属領域上に提供される。前記電気絶縁層は、前記第2金属領域の所定部分を露出する開口を内部に有する。多数のカーボンナノチューブが垂直電気配線として提供される。前記開口内に延びる前記カーボンナノチューブは、前記第2金属領域の露出される部分と前記第1導電性バリア層により、前記第1金属領域と電気的に結合される。本実施の形態の追加的な側面によれば、前記第1金属は、銅であることができ、前記1導電性バリア層は、コバルト合金、ニッケル合金、パラジウム、インジウム、及びこれらの組合わせのうち少なくとも一つを含むことができる。触媒金属は、鉄、ニッケル、コバルト、タングステン、イットリウム、パラジウム及び白金で構成されるグループから選択された金属であり得る。   According to an additional aspect of the present embodiment, an electrically insulating layer is provided on the second metal region. The electrical insulating layer has an opening inside which a predetermined portion of the second metal region is exposed. A number of carbon nanotubes are provided as vertical electrical wiring. The carbon nanotube extending into the opening is electrically coupled to the first metal region by the exposed portion of the second metal region and the first conductive barrier layer. According to an additional aspect of the present embodiment, the first metal can be copper, and the one conductive barrier layer is made of cobalt alloy, nickel alloy, palladium, indium, and combinations thereof. At least one of them can be included. The catalytic metal can be a metal selected from the group consisting of iron, nickel, cobalt, tungsten, yttrium, palladium and platinum.

本発明の追加的な実施の形態によれば、第2導電性バリア層が前記多数のカーボンナノチューブ上に提供され得る。前記第2導電性バリア層は、タンタル、窒化タンタル、タングステン及び窒化タングステンで構成されるグループから選択された金属を含むことができる。   According to an additional embodiment of the present invention, a second conductive barrier layer may be provided on the multiple carbon nanotubes. The second conductive barrier layer may include a metal selected from the group consisting of tantalum, tantalum nitride, tungsten, and tungsten nitride.

本発明のまた他の実施の形態によれば、導電性キャップ層(capping layer)を、前記第2金属領域と前記電気絶縁層との間に提供することができる。前記導電性キャップ層は、前記電気絶縁層から前記第2金属領域への酸素の外部拡散を抑制する物質を含む。前記導電性キャップ層は、前記電気絶縁層内の前記開口と整列される開口を内部に有することもできる。特に、前記導電性キャップ層は、前記第2金属領域の上部表面と接触でき、コバルト合金、ニッケル合金、パラジウム、インジウム及びこれらの組合わせで構成されるグループから選択された金属を含むことができる。特に、前記金属は、燐(P)がドープされたコバルト合金、ボロン(boron)がドープされたコバルト合金、燐がドープされたニッケル合金、ボロンがドープされたニッケル合金、パラジウム、インジウム及びこれらの組合わせで構成されるグループから選択できる。   According to still another embodiment of the present invention, a conductive capping layer may be provided between the second metal region and the electrical insulating layer. The conductive cap layer includes a substance that suppresses oxygen external diffusion from the electrical insulating layer to the second metal region. The conductive cap layer may have an opening therein that is aligned with the opening in the electrically insulating layer. In particular, the conductive cap layer may be in contact with the upper surface of the second metal region, and may include a metal selected from the group consisting of cobalt alloy, nickel alloy, palladium, indium, and combinations thereof. . In particular, the metal includes a cobalt alloy doped with phosphorus (P), a cobalt alloy doped with boron, a nickel alloy doped with phosphorus, a nickel alloy doped with boron, palladium, indium, and the like. You can select from a group consisting of combinations.

本発明の追加的な実施の形態による集積回路装置は、半導体基板と前記半導体基板上の第1絶縁層とを含む。前記第1絶縁層は、内部にリセス(recess)を有する。さらに、第1導電性バリア層が提供されるが、前記第1導電性バリア層が第1銅パターンと前記第1絶縁層の間に延伸するよう、前記第1導電性バリア層は、前記リセスの底面と側壁を覆う。前記第1導電性バリア層は、前記第1銅パターンからの銅の外部拡散を抑制する物質を含む。前記第1導電性バリア層は、燐(P)がドープされたコバルト合金、ボロン(boron)がドープされたコバルト合金、燐がドープされたニッケル合金、ボロンがドープされたニッケル合金、パラジウム、インジウム及びこれらの組合わせで構成されるグループから選択された金属を含むことができる。   An integrated circuit device according to an additional embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate and a first insulating layer on the semiconductor substrate. The first insulating layer has a recess therein. Further, a first conductive barrier layer is provided, wherein the first conductive barrier layer is provided with the recess so that the first conductive barrier layer extends between the first copper pattern and the first insulating layer. Cover the bottom and side walls. The first conductive barrier layer includes a material that suppresses external diffusion of copper from the first copper pattern. The first conductive barrier layer includes a cobalt alloy doped with phosphorus (P), a cobalt alloy doped with boron, a nickel alloy doped with phosphorus, a nickel alloy doped with boron, palladium, and indium. And a metal selected from the group consisting of these combinations.

また、第2導電性バリア層が前記第1銅パターンの上部表面上に提供される。前記第2導電性バリア層は、前記第1銅パターンからの銅の外部拡散を抑制する物質を含む。触媒金属層が前記第2導電性バリア層上に提供され、第2層間絶縁層が前記触媒金属層上に提供される。前記触媒金属層は、鉄、ニッケル、コバルト及びこれらの組合わせのうち少なくとも一つを含むことができる。前記第2層間絶縁層は、内部に前記触媒金属層の所定部分を露出する開口(opening)を有する。多数のカーボンナノチューブが前記開口内に提供される。前記カーボンナノチューブは、前記触媒金属層の露出された部分と前記第2導電性バリア層により、前記第1銅パターンと電気的に結合される。前記第2導電性バリア層は、燐(P)がドープされたコバルト合金、ボロン(boron)がドープされたコバルト合金、燐がドープされたニッケル合金、ボロンがドープされたニッケル合金、パラジウム、インジウム及びこれらの組合わせで構成されるグループから選択された金属を含むことができる。   A second conductive barrier layer is provided on the upper surface of the first copper pattern. The second conductive barrier layer includes a material that suppresses external diffusion of copper from the first copper pattern. A catalytic metal layer is provided on the second conductive barrier layer, and a second interlayer insulating layer is provided on the catalytic metal layer. The catalytic metal layer may include at least one of iron, nickel, cobalt, and combinations thereof. The second interlayer insulating layer has an opening that exposes a predetermined portion of the catalyst metal layer. A number of carbon nanotubes are provided in the openings. The carbon nanotube is electrically coupled to the first copper pattern by the exposed portion of the catalytic metal layer and the second conductive barrier layer. The second conductive barrier layer includes a cobalt alloy doped with phosphorus (P), a cobalt alloy doped with boron, a nickel alloy doped with phosphorus, a nickel alloy doped with boron, palladium, and indium. And a metal selected from the group consisting of these combinations.

また、キャップ層(capping layer)が提供されるが、前記キャップ層は、前記触媒金属層と前記第2層間絶縁層との間に延伸する。前記キャップ層は、燐(P)がドープされたコバルト合金、ボロン(boron)がドープされたコバルト合金、燐がドープされたニッケル合金、ボロンがドープされたニッケル合金、パラジウム、インジウム及びこれらの組合わせで構成されるグループから選択された金属を含むことができる。   Also, a capping layer is provided, and the cap layer extends between the catalytic metal layer and the second interlayer insulating layer. The cap layer includes a cobalt alloy doped with phosphorus (P), a cobalt alloy doped with boron, a nickel alloy doped with phosphorus, a nickel alloy doped with boron, palladium, indium, and a combination thereof. Metals selected from the group consisting of combinations can be included.

本発明のまた他の実施の形態による集積回路装置は、半導体基板と前記半導体基板上の第1層間絶縁層とを含む。前記第1層間絶縁層は内部にリセスを有し、銅パターンが前記第1層間絶縁層内のリセス内に形成される。導電性バリア層が前記銅パターンの上部表面上に提供される。前記導電性バリア層は、燐(P)がドープされたコバルト合金、ボロン(boron)がドープされたコバルト合金、燐がドープされたニッケル合金、ボロンがドープされたニッケル合金、パラジウム、インジウム及びこれらの組合わせで構成されるグループから選択された金属を含む。触媒金属層が前記導電性バリア層上に提供され、導電性キャップ層が前記触媒金属層上に提供される。前記導電性キャップ層は、前記第1層間絶縁層の上部表面と同一平面上にある(coplanar)上部表面を有する。前記導電性キャップ層は、燐(P)がドープされたコバルト合金、ボロン(boron)がドープされたコバルト合金、燐がドープされたニッケル合金、ボロンがドープされたニッケル合金、パラジウム、インジウム及びこれらの組合わせで構成されるグループから選択された金属を含むことができる。第2層間絶縁層が、前記第1層間絶縁層上、そして前記導電性キャップ層上に提供される。前記第2層間絶縁層は、前記電導電性キャップ層内の開口と整列される開口を内部に有する。多数のカーボンナノチューブが提供されるが、前記カーボンナノチューブは、前記第2層間絶縁層と前記導電性キャップ層内の前記開口を通して延伸する。前記カーボンナノチューブは、前記触媒金属層と接触する。銅ダマシン(damascene)パターンが提供され得るが、当該パターンは、前記第2絶縁層内のリセス内に延伸し、前記多数のカーボンナノチューブと電気的に結合される。   An integrated circuit device according to another embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate and a first interlayer insulating layer on the semiconductor substrate. The first interlayer insulating layer has a recess therein, and a copper pattern is formed in the recess in the first interlayer insulating layer. A conductive barrier layer is provided on the upper surface of the copper pattern. The conductive barrier layer includes a cobalt alloy doped with phosphorus (P), a cobalt alloy doped with boron, a nickel alloy doped with phosphorus, a nickel alloy doped with boron, palladium, indium, and the like. Including a metal selected from the group consisting of: A catalytic metal layer is provided on the conductive barrier layer, and a conductive cap layer is provided on the catalytic metal layer. The conductive cap layer has an upper surface that is coplanar with the upper surface of the first interlayer insulating layer. The conductive cap layer includes a cobalt alloy doped with phosphorus (P), a cobalt alloy doped with boron, a nickel alloy doped with phosphorus, a nickel alloy doped with boron, palladium, indium, and the like. A metal selected from the group consisting of a combination of: A second interlayer insulating layer is provided on the first interlayer insulating layer and on the conductive cap layer. The second interlayer insulating layer has an opening therein aligned with the opening in the conductive cap layer. A number of carbon nanotubes are provided, the carbon nanotubes extending through the openings in the second interlayer insulating layer and the conductive cap layer. The carbon nanotubes are in contact with the catalytic metal layer. A copper damascene pattern may be provided that extends into a recess in the second insulating layer and is electrically coupled to the multiple carbon nanotubes.

本発明の追加的な実施の形態は、基板上に、内部にリセスを有する第1層間絶縁層を形成した後、前記リセスを第1導電性バリア層で覆うことで、集積回路装置を形成する方法を含む。前記覆われたリセスは、パターニングされた銅層で充填される。以後、前記第1層間絶縁層は、選択的にエッチングされ、前記第1導電性バリア層の側壁を露出する。第2導電性バリア層が前記第1導電性バリア層の露出された側壁の上、そして前記パターニングされた銅層の上部表面上に形成され、触媒金属層が前記第2導電性バリア層上に形成される。以後、第2層間絶縁層が前記触媒金属層上に蒸着される。以後、前記第2層間絶縁層に開口が形成され、前記パターニングされた銅層の反対側に延伸した前記触媒金属層の所定部分を露出する。前記第2層間絶縁層内の開口は、前記触媒金属層と前記第2導電性バリア層により前記パターニングされた銅層に電気的に結合される多数のカーボンナノチューブで充填される。   According to an additional embodiment of the present invention, an integrated circuit device is formed by forming a first interlayer insulating layer having a recess therein on a substrate and then covering the recess with a first conductive barrier layer. Including methods. The covered recess is filled with a patterned copper layer. Thereafter, the first interlayer insulating layer is selectively etched to expose a sidewall of the first conductive barrier layer. A second conductive barrier layer is formed on the exposed sidewalls of the first conductive barrier layer and on the upper surface of the patterned copper layer, and a catalytic metal layer is formed on the second conductive barrier layer. It is formed. Thereafter, a second interlayer insulating layer is deposited on the catalytic metal layer. Thereafter, an opening is formed in the second interlayer insulating layer to expose a predetermined portion of the catalytic metal layer extending to the opposite side of the patterned copper layer. The opening in the second interlayer insulating layer is filled with a number of carbon nanotubes that are electrically coupled to the patterned copper layer by the catalytic metal layer and the second conductive barrier layer.

本発明のまた他の実施の形態は、半導体基板上に第1金属層を形成し、触媒金属層を前記第1金属層上に形成し、層間絶縁層を前記触媒金属層上に形成することで、集積回路装置を形成する方法を含む。前記触媒金属層は、無電解めっき技術(electroless plating technique)を用いて形成できる。前記層間絶縁層は、前記触媒金属層の上部表面を露出する開口を内部に定義するためにパターニングされる。以後、化学的還元過程を用いて、前記触媒金属層から酸素を除去するステップが行われることができる。例えば、前記触媒金属層を水素を含むプラズマに露出するように、前記触媒金属層を水素に露出することで酸素を除去できる。選択的に、前記触媒金属層を約200℃乃至約400℃温度範囲で水素を含むガスに露出することで、酸素を前記触媒金属層から除去できる。また、前記パターニングされた層間絶縁層内の開口内に多数のカーボンナノチューブを形成するステップが行われる。前記カーボンナノチューブは、銅ダマシンパターンにより覆われることができる。   In another embodiment of the present invention, a first metal layer is formed on a semiconductor substrate, a catalytic metal layer is formed on the first metal layer, and an interlayer insulating layer is formed on the catalytic metal layer. And a method of forming an integrated circuit device. The catalytic metal layer can be formed using an electroless plating technique. The interlayer insulating layer is patterned to define an opening exposing the upper surface of the catalytic metal layer. Thereafter, a step of removing oxygen from the catalytic metal layer may be performed using a chemical reduction process. For example, oxygen can be removed by exposing the catalyst metal layer to hydrogen so that the catalyst metal layer is exposed to plasma containing hydrogen. Alternatively, oxygen can be removed from the catalytic metal layer by exposing the catalytic metal layer to a gas containing hydrogen at a temperature range of about 200 ° C. to about 400 ° C. In addition, a step of forming a number of carbon nanotubes in the openings in the patterned interlayer insulating layer is performed. The carbon nanotubes can be covered with a copper damascene pattern.

本発明によれば、銅配線のエレクトロマイグレーション(Electro−migration,EM)発生を解決でき、銅より良い電流特性を有する炭素ナノ物質を使用する配線を半導体装置に容易に適用することができる。高集積化及び高速動作に最適化される半導体装置が得られる。また、前記触媒金属層がプラグの底のみに均一に存在して、炭素ナノ物質の垂直且つ均一な成長が可能となり、より良い電流特性が得られる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electromigration (Electro-migration, EM) generation | occurrence | production of copper wiring can be solved, and the wiring using the carbon nanomaterial which has a current characteristic better than copper can be applied easily to a semiconductor device. A semiconductor device optimized for high integration and high-speed operation can be obtained. In addition, since the catalytic metal layer is uniformly present only on the bottom of the plug, the carbon nanomaterial can be grown vertically and uniformly, and better current characteristics can be obtained.

以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面に基づき詳細に説明する。しかしながら、本発明は、ここで説明される実施形態に限定されずに他の形態に具体化され得る。むしろ、ここで紹介される実施形態は、開示される内容が徹底して完全になりえるように、そして当業者に本発明の思想が十分に伝達され得るように提供されるものである。図面において、同じ参照符号は、複数の図面において同じ構成要素を示す。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein, and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments presented herein are provided so that the content disclosed can be thoroughly and completely understood, and to convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. In the drawings, like reference numerals indicate like elements in the several views.

図1A〜図1Eを参照すると、内部に電気配線を含む集積回路装置を形成する方法は、半導体基板100上に第1層間絶縁層110を形成し、以後、前記第1層間絶縁層110内にリセス112(例えば、トレンチパターン)を形成することを含む。リセス112は、マスク(図示せず)を用いて、前記第1層間絶縁層110を選択的にエッチングすることで形成できる。図1Aに示すように、前記第1層間絶縁層110は、前記半導体基板100の主表面上に直接形成できるが、他の介在層(ら)または装置構造物(ら)(図示せず)が前記半導体基板100と前記第1層間絶縁層110との間に形成されることもできる。前記第1層間絶縁層110は、二酸化シリコン(silicon dioxide)のような誘電体物質または、例えば、SiCOHのような低誘電率(low−k)を有する誘電体物質で形成され得る。   Referring to FIGS. 1A to 1E, a method of forming an integrated circuit device including an electrical wiring therein includes forming a first interlayer insulating layer 110 on a semiconductor substrate 100, and thereafter forming the first interlayer insulating layer 110 in the first interlayer insulating layer 110. Forming a recess 112 (eg, a trench pattern). The recess 112 can be formed by selectively etching the first interlayer insulating layer 110 using a mask (not shown). As shown in FIG. 1A, the first interlayer insulating layer 110 may be directly formed on the main surface of the semiconductor substrate 100, but other intervening layers (or) or device structures (or the like) (not shown) may be provided. It may be formed between the semiconductor substrate 100 and the first interlayer insulating layer 110. The first interlayer insulating layer 110 may be formed of a dielectric material such as silicon dioxide or a dielectric material having a low dielectric constant (low-k) such as SiCOH.

前記リセス112の底面と側壁は、第1導電性バリア層122で覆われる。本発明の一実施の形態によれば、前記第1導電性バリア層122は、燐(P)がドープされたコバルト合金、ボロン(boron)がドープされたコバルト合金、燐がドープされたニッケル合金、ボロンがドープされたニッケル合金、パラジウム、インジウム及びこれらの組合せで構成されるグループから選択された金属を含むバリア金属層として形成できる。また、例えば、蒸着された銅層を十分な時間の間平坦化して、第1銅パターン124を定義するステップを含む銅ダマシン(damascene)形成技術を用いて、前記リセス112内に第1銅パターン124を形成できる。前記銅層を平坦化するステップは、前記銅層を化学機械的に研磨(polishing)するステップを含む。図1Aに示すように、前記第1導電性バリア層122は、前記第1銅パターン124と前記第1層間絶縁層110との間に延伸する。前記第1導電性バリア層122は、前記第1銅パターン124から周辺の前記第1層間絶縁層110への銅の外部拡散(out diffusion)を抑制する。前記第1導電性バリア層122と前記第1銅パターン124とは、集合的に導電性パターン120を定義する。   The bottom and side walls of the recess 112 are covered with a first conductive barrier layer 122. According to one embodiment of the present invention, the first conductive barrier layer 122 includes a cobalt alloy doped with phosphorus (P), a cobalt alloy doped with boron, and a nickel alloy doped with phosphorus. , A barrier metal layer comprising a metal selected from the group consisting of boron-doped nickel alloys, palladium, indium and combinations thereof. Also, the first copper pattern may be formed in the recess 112 using a copper damascene forming technique including, for example, planarizing the deposited copper layer for a sufficient time to define the first copper pattern 124. 124 can be formed. The step of planarizing the copper layer includes polishing the copper layer chemically and mechanically. As shown in FIG. 1A, the first conductive barrier layer 122 extends between the first copper pattern 124 and the first interlayer insulating layer 110. The first conductive barrier layer 122 suppresses out diffusion of copper from the first copper pattern 124 to the surrounding first interlayer insulating layer 110. The first conductive barrier layer 122 and the first copper pattern 124 collectively define the conductive pattern 120.

図1Bを参照すると、前記第1銅パターン124の上部表面上に、第2導電性バリア層132が形成される。前記第1銅パターン124からの銅の外部拡散を抑制する前記第2導電性バリア層132を、例えば、無電解めっき技術(electroless plating technique)を用いて、前記第1銅パターン124上に選択的に形成することもできる。前記第2導電性バリア層132を、燐(P)がドープされたコバルト合金(例えば、Co−W−P合金)、ボロン(boron)がドープされたコバルト合金、燐がドープされたニッケル合金、ボロンがドープされたニッケル合金、パラジウム、インジウム及びこれらの組合せで構成されるグループから選択された金属を含むバリア金属層で形成できる。例えば、前記第2導電性バリア層132は、Co−W−P、Co−Sn−P、Co−P、Co−B、Co−Sn−B、Co−W−B、Ni−W−P、Ni−Sn−P、Ni−P、Ni−B、Ni−Sn−B、Ni−W−B、Pd、及びInで構成されるグループから選択された金属層で形成できる。また、図1Bに示すように、例えば、無電解めっき技術を用いて前記第2導電性バリア層132上に触媒金属層134が形成される。本発明の一実施の形態によれば、前記触媒金属層134は、鉄、ニッケル、コバルト及びこれらの組合せで構成されるグループから選択された物質を含むことができる。   Referring to FIG. 1B, a second conductive barrier layer 132 is formed on the upper surface of the first copper pattern 124. The second conductive barrier layer 132 that suppresses the external diffusion of copper from the first copper pattern 124 is selectively formed on the first copper pattern 124 by using, for example, an electroless plating technique. It can also be formed. The second conductive barrier layer 132 may be formed of a cobalt alloy doped with phosphorus (P) (for example, a Co—WP alloy), a cobalt alloy doped with boron, a nickel alloy doped with phosphorus, It may be formed of a barrier metal layer comprising a metal selected from the group consisting of boron-doped nickel alloys, palladium, indium and combinations thereof. For example, the second conductive barrier layer 132 may be made of Co-WP, Co-Sn-P, Co-P, Co-B, Co-Sn-B, Co-WB, Ni-WP, It can be formed of a metal layer selected from the group consisting of Ni-Sn-P, Ni-P, Ni-B, Ni-Sn-B, Ni-WB, Pd, and In. Further, as shown in FIG. 1B, a catalytic metal layer 134 is formed on the second conductive barrier layer 132 using, for example, an electroless plating technique. According to an embodiment of the present invention, the catalytic metal layer 134 may include a material selected from the group consisting of iron, nickel, cobalt, and combinations thereof.

図1C〜図1Dを参照すると、第2層間絶縁層140が前記第1層間絶縁層110上に形成及びパターニングされ、前記触媒金属層134の上部表面を露出する開口142を内部に定義する。前記第2層間絶縁層140は、二酸化シリコン(silicon dioxide)のような誘電体物質または、例えば、SiCOHのような低誘電率(low−k)を有する誘電体物質で形成できる。前記第2層間絶縁層140内の開口142の形成は、前記触媒金属層134上に自然酸化膜(native oxide、図示せず)が形成される結果を生じさせ得るが、かかる自然酸化膜は、以後前記触媒金属層140上におけるカーボンナノチューブの形成を抑制し得る。かかる自然酸化膜は、前記第2層間絶縁層140を約200℃乃至約400℃の温度範囲で水素ガスに露出するか、前記第2層間絶縁層140を約25℃乃至約450℃の温度範囲で水素プラズマに露出するステップを含む化学的還元過程を行うことにより除去できる。   Referring to FIGS. 1C to 1D, a second interlayer insulating layer 140 is formed and patterned on the first interlayer insulating layer 110 to define an opening 142 exposing the upper surface of the catalytic metal layer 134. The second interlayer insulating layer 140 may be formed of a dielectric material such as silicon dioxide or a dielectric material having a low dielectric constant (low-k) such as SiCOH. The formation of the opening 142 in the second interlayer insulating layer 140 may result in the formation of a native oxide film (not shown) on the catalytic metal layer 134. Thereafter, the formation of carbon nanotubes on the catalytic metal layer 140 can be suppressed. The natural oxide film exposes the second interlayer insulating layer 140 to hydrogen gas at a temperature range of about 200 ° C. to about 400 ° C., or exposes the second interlayer insulating layer 140 to a temperature range of about 25 ° C. to about 450 ° C. This can be removed by performing a chemical reduction process including a step of exposing to hydrogen plasma.

前記開口142内におけるナノチューブの形成率を高めるために、多数のカーボンナノチューブ144を触媒金属層134を用いて前記開口142内に形成することができる。カーボンナノチューブ144を、化学気相成長(CVD:chemical vapor deposition)、プラズマCVD(plasma−enhanced CVD)、原子層蒸着(atomic layer deposition)、プラズマALD(plasma−enhanced ALD)のような従来の技術を用いて形成できる。図示のように、前記カーボンナノチューブ144は、前記触媒金属層134と前記第2導電性バリア層132により、前記第1銅パターン124に電気的に連結される。図1Dに示す垂直配線構造体を、図1Eに示すように、前記第2層間絶縁層140上で延伸し、前記多数のカーボンナノチューブ144と電気的に接触する導電性パターン150を形成することで完成できる。ナノチューブ形成のための触媒金属として機能できる追加的な物質には、タングステン、イットリウム、パラジウム及び金が含まれる。   In order to increase the formation rate of the nanotubes in the openings 142, a large number of carbon nanotubes 144 can be formed in the openings 142 using the catalytic metal layer 134. The carbon nanotubes 144 may be formed by conventional techniques such as chemical vapor deposition (CVD), plasma-enhanced CVD (CVD), atomic layer deposition, plasma-enhanced ALD (plasma-enhanced ALD). Can be formed. As shown, the carbon nanotube 144 is electrically connected to the first copper pattern 124 by the catalytic metal layer 134 and the second conductive barrier layer 132. As shown in FIG. 1E, the vertical wiring structure shown in FIG. 1D is extended on the second interlayer insulating layer 140 to form a conductive pattern 150 that is in electrical contact with the multiple carbon nanotubes 144. Can be completed. Additional materials that can function as catalytic metals for nanotube formation include tungsten, yttrium, palladium and gold.

図2A〜図2Eを参照すると、本発明の追加的な実施の形態による電気配線を形成する方法は、半導体基板100上に第1層間絶縁層110を形成し、マスク(図示せず)を用いて、前記第1層間絶縁層110を選択的にエッチングすることで、前記第1層間絶縁層110内にリセス112(例えば、トレンチパターン)を形成することを含む。図2Aに示すように、前記第1層間絶縁層110は、前記半導体基板100の主表面上に直接形成できるが、他の介在層(ら)または装置構造物(ら)(図示せず)を前記半導体基板100と前記第1層間絶縁層110との間に形成することもできる。前記第1層間絶縁層110を、二酸化シリコン(silicon dioxide)のような誘電体物質または、例えば、SiCOHのような低誘電率(low−k)を有する誘電体物質で形成できる。   2A to 2E, a method of forming an electrical wiring according to an additional embodiment of the present invention forms a first interlayer insulating layer 110 on a semiconductor substrate 100 and uses a mask (not shown). Forming a recess 112 (eg, a trench pattern) in the first interlayer insulating layer 110 by selectively etching the first interlayer insulating layer 110. As shown in FIG. 2A, the first interlayer insulating layer 110 can be directly formed on the main surface of the semiconductor substrate 100, but other intervening layers (e.g.) or device structures (e.g.) (not shown) can be formed. It may be formed between the semiconductor substrate 100 and the first interlayer insulating layer 110. The first interlayer insulating layer 110 may be formed of a dielectric material such as silicon dioxide or a dielectric material having a low dielectric constant (low-k) such as SiCOH.

前記リセス112の底面と側壁は、第1導電性バリア層122で覆われる。本発明の一実施の形態によれば、前記第1導電性バリア層122は、燐(P)がドープされたコバルト合金、ボロン(boron)がドープされたコバルト合金、燐がドープされたニッケル合金、ボロンがドープされたニッケル合金、パラジウム、インジウム及びこれらの組合わせで構成されるグループから選択された金属を含むバリア金属層として形成できる。また、例えば、蒸着された銅層を十分な時間の間平坦化して第1銅パターン124を定義するステップを含む銅ダマシン(damascene)形成技術を用いて、第1銅パターン124を前記リセス112内に形成できる。前記銅層を平坦化するステップは、前記銅層を化学機械的に研磨(polishing)するステップを含む。図2Aに示すように、前記第1導電性バリア層122は、前記第1銅パターン124と前記第1層間絶縁層110との間に延伸する。前記バリア層122は、前記第1銅パターン124から周辺の前記第1層間絶縁層110への銅の外部拡散を抑制する。前記バリア層122と前記第1銅パターン124とは、集合的に導電性パターン120を定義する。   The bottom and side walls of the recess 112 are covered with a first conductive barrier layer 122. According to one embodiment of the present invention, the first conductive barrier layer 122 includes a cobalt alloy doped with phosphorus (P), a cobalt alloy doped with boron, and a nickel alloy doped with phosphorus. And a barrier metal layer comprising a metal selected from the group consisting of boron-doped nickel alloys, palladium, indium and combinations thereof. Also, the first copper pattern 124 may be formed in the recess 112 by using a copper damascene forming technique including, for example, planarizing the deposited copper layer for a sufficient time to define the first copper pattern 124. Can be formed. The step of planarizing the copper layer includes polishing the copper layer chemically and mechanically. As shown in FIG. 2A, the first conductive barrier layer 122 extends between the first copper pattern 124 and the first interlayer insulating layer 110. The barrier layer 122 suppresses external diffusion of copper from the first copper pattern 124 to the surrounding first interlayer insulating layer 110. The barrier layer 122 and the first copper pattern 124 collectively define a conductive pattern 120.

図2Bを参照すると、前記第1銅パターン124の上部表面上に第2導電性バリア層132が形成される。前記第1銅パターン124からの銅の外部拡散を抑制する前記第2導電性バリア層132を、例えば、無電解めっき技術(electroless plating technique)を用いて、前記第1銅パターン124上に選択的に形成することもできる。前記第2導電性バリア層132は、燐(P)がドープされたコバルト合金(例えば、Co−W−P合金)、ボロン(boron)がドープされたコバルト合金、燐がドープされたニッケル合金、ボロンがドープされたニッケル合金、パラジウム、インジウム及びこれらの組合せで構成されるグループから選択された金属を含むバリア金属層として形成できる。例えば、前記第2導電性バリア層132を、Co−W−P、Co−Sn−P、Co−P、Co−B、Co−Sn−B、Co−W−B、Ni−W−P、Ni−Sn−P、Ni−P、Ni−B、Ni−Sn−B、Ni−W−B、Pd、及びInで構成されるグループから選択された金属層で形成できる。図2Bに示すように、例えば、無電解めっき技術を用いて、前記第2導電性バリア層132上に触媒金属層134が形成される。本発明の一実施の形態によれば、前記触媒金属層134は、鉄、ニッケル、コバルト、及びこれらの組合せで構成されるグループから選択された物質を含むことができるが、カーボンナノチューブ形成のための触媒金属として機能する他の物質も使用できる。   Referring to FIG. 2B, a second conductive barrier layer 132 is formed on the upper surface of the first copper pattern 124. The second conductive barrier layer 132 that suppresses the external diffusion of copper from the first copper pattern 124 is selectively formed on the first copper pattern 124 by using, for example, an electroless plating technique. It can also be formed. The second conductive barrier layer 132 includes a cobalt alloy doped with phosphorus (P) (eg, a Co—WP alloy), a cobalt alloy doped with boron, a nickel alloy doped with phosphorus, It can be formed as a barrier metal layer comprising a metal selected from the group consisting of boron-doped nickel alloys, palladium, indium and combinations thereof. For example, the second conductive barrier layer 132 may be made of Co-WP, Co-Sn-P, Co-P, Co-B, Co-Sn-B, Co-WB, Ni-WP, It can be formed of a metal layer selected from the group consisting of Ni-Sn-P, Ni-P, Ni-B, Ni-Sn-B, Ni-WB, Pd, and In. As shown in FIG. 2B, a catalytic metal layer 134 is formed on the second conductive barrier layer 132 using, for example, an electroless plating technique. According to an embodiment of the present invention, the catalytic metal layer 134 may include a material selected from the group consisting of iron, nickel, cobalt, and combinations thereof, but for forming carbon nanotubes. Other materials that function as catalytic metals can also be used.

図2C〜図2Dを参照すると、第2層間絶縁層140が前記第1層間絶縁層110上に形成される。前記第2層間絶縁層140を、二酸化シリコン(silicon dioxide)のような誘電体物質または、例えば、SiCOHのような低誘電率(low−k)を有する誘電体物質で形成できる。前記第2層間絶縁層140は、従来の技術を用いて選択的にパターニングされて、内部にリセス143を定義し、また、前記第2層間絶縁層を介して延伸し、前記触媒金属層134の上部表面を露出する開口142を定義する。   Referring to FIGS. 2C to 2D, a second interlayer insulating layer 140 is formed on the first interlayer insulating layer 110. The second interlayer insulating layer 140 may be formed of a dielectric material such as silicon dioxide or a dielectric material having a low dielectric constant (low-k) such as SiCOH. The second interlayer insulating layer 140 may be selectively patterned using a conventional technique to define a recess 143 therein, and extend through the second interlayer insulating layer to form the catalyst metal layer 134. An opening 142 that exposes the upper surface is defined.

前記開口(例えば、ビア開口(via opening))142内におけるナノチューブの形成率を高めるために、多数のカーボンナノチューブ144を、触媒金属層134を用いて前記開口142内に形成することができる。カーボンナノチューブ144を、化学気相成長(CVD:chemical vapor deposition)、プラズマCVD(plasma−enhanced CVD)、原子層蒸着(atomiclayer deposition)、プラズマALD(plasma−enhanced ALD)のような従来の技術を用いて形成できる。図示のように、前記カーボンナノチューブ144は、前記触媒金属層134と前記第2導電性バリア層132により、前記第1銅パターン124に電気的に連結される。   In order to increase the formation rate of nanotubes in the openings (eg, via opening) 142, a large number of carbon nanotubes 144 may be formed in the openings 142 using the catalytic metal layer 134. The carbon nanotubes 144 may be formed using conventional techniques such as chemical vapor deposition (CVD), plasma-enhanced CVD, plasma layer-enhanced CVD, plasma-enhanced ALD (plasma ALD). Can be formed. As shown, the carbon nanotube 144 is electrically connected to the first copper pattern 124 by the catalytic metal layer 134 and the second conductive barrier layer 132.

図2Eを参照すると、前記リセス143の底面と側壁を覆い、前記カーボンナノチューブ144を覆うように、前記リセス143内に第3バリア金属層152を蒸着できる。前記カーボンナノチューブ144に電気的に接続される銅ダマシン構造体150を形成するために、銅パターン154が前記第3バリア金属層152上に形成され得る。前記第3バリア金属層152は、窒化チタン、タンタル、窒化タンタル、タングステン及び窒化タングステンのような物質を含むことができるが、他のバリア物質を使用することもできる。   Referring to FIG. 2E, a third barrier metal layer 152 may be deposited in the recess 143 so as to cover the bottom and side walls of the recess 143 and cover the carbon nanotube 144. A copper pattern 154 may be formed on the third barrier metal layer 152 to form a copper damascene structure 150 that is electrically connected to the carbon nanotubes 144. The third barrier metal layer 152 may include materials such as titanium nitride, tantalum, tantalum nitride, tungsten, and tungsten nitride, but other barrier materials may be used.

図3A〜図3Dを参照すると、本発明のまた他の実施の形態による電気配線を形成する方法は、半導体基板100上に第1層間絶縁層110を形成し、マスク(図示せず)を用いて、前記第1層間絶縁層110を選択的にエッチングすることで、前記第1層間絶縁層110内にリセス112(例えば、トレンチパターン)を形成することを含む。図3Aに示すように、前記第1層間絶縁層110は、前記半導体基板100の主表面に直接形成できるが、他の介在層(ら)または装置構造物(ら)(図示せず)を、前記半導体基板100と前記第1層間絶縁層110との間に形成することもできる。前記第1層間絶縁層10は、二酸化シリコン(silicon dioxide)のような誘電体物質または例えば、SiCOHのような低誘電率(low−k)を有する誘電体物質で形成できる。   Referring to FIGS. 3A to 3D, a method of forming an electrical wiring according to another embodiment of the present invention forms a first interlayer insulating layer 110 on a semiconductor substrate 100 and uses a mask (not shown). Forming a recess 112 (eg, a trench pattern) in the first interlayer insulating layer 110 by selectively etching the first interlayer insulating layer 110. As shown in FIG. 3A, the first interlayer insulating layer 110 can be formed directly on the main surface of the semiconductor substrate 100, but other intervening layers (e.g.) or device structures (e.g.) (not shown) It may be formed between the semiconductor substrate 100 and the first interlayer insulating layer 110. The first interlayer insulating layer 10 may be formed of a dielectric material such as silicon dioxide or a dielectric material having a low dielectric constant (low-k) such as SiCOH.

前記リセス112の底面と側壁は、第1導電性バリア層122で覆われる。本発明の一実施の形態によれば、前記第1導電性バリア層122は、燐(P)がドープされたコバルト合金、ボロン(boron)がドープされたコバルト合金、燐がドープされたニッケル合金、ボロンがドープされたニッケル合金、パラジウム、インジウム及びこれらの組合わせで構成されるグループから選択された金属を含むバリア金属層として形成できる。また、例えば、蒸着された銅層を十分な時間の間平坦化して第1銅パターン124を定義するステップを含む銅ダマシン(damascene)形成技術を用いて、第1銅パターン124を前記リセス112内に形成できる。前記銅層を平坦化するステップは、前記銅層を化学機械的に研磨(polishing)するステップを含む。図3Aに示すように、前記第1導電性バリア層122は、前記第1銅パターン124と前記第1層間絶縁層110との間に延伸する。前記バリア層122は、前記第1銅パターン124から周辺の前記第1層間絶縁層110への銅の外部拡散を抑制する。前記バリア層122と前記第1銅パターン124とは、集合的に導電性パターン120を定義する。   The bottom and side walls of the recess 112 are covered with a first conductive barrier layer 122. According to one embodiment of the present invention, the first conductive barrier layer 122 includes a cobalt alloy doped with phosphorus (P), a cobalt alloy doped with boron, and a nickel alloy doped with phosphorus. And a barrier metal layer comprising a metal selected from the group consisting of boron-doped nickel alloys, palladium, indium and combinations thereof. Also, the first copper pattern 124 may be formed in the recess 112 by using a copper damascene forming technique including, for example, planarizing the deposited copper layer for a sufficient time to define the first copper pattern 124. Can be formed. The step of planarizing the copper layer includes polishing the copper layer chemically and mechanically. As shown in FIG. 3A, the first conductive barrier layer 122 extends between the first copper pattern 124 and the first interlayer insulating layer 110. The barrier layer 122 suppresses external diffusion of copper from the first copper pattern 124 to the surrounding first interlayer insulating layer 110. The barrier layer 122 and the first copper pattern 124 collectively define a conductive pattern 120.

図3Bを参照すると、前記第1銅パターン124の上部表面上に第2導電性バリア層132が形成される。前記第1銅パターン124からの銅の外部拡散を抑制する前記第2導電性バリア層132を、例えば、無電解めっき技術(electroless plating technique)を用いて、前記第1銅パターン124上に選択的に形成することもできる。前記第2導電性バリア層132は、燐(P)がドープされたコバルト合金(例えば、Co−W−P合金)、ボロン(boron)がドープされたコバルト合金、燐がドープされたニッケル合金、ボロンがドープされたニッケル合金、パラジウム、インジウム及びこれらの組合せで構成されるグループから選択された金属を含むバリア金属層として形成できる。例えば、前記第2導電性バリア層132を、Co−W−P、Co−Sn−P、Co−P、Co−B、Co−Sn−B、Co−W−B、Ni−W−P、Ni−Sn−P、Ni−P、Ni−B、Ni−Sn−B、Ni−W−B、Pd、及びInで構成されるグループから選択された金属層で形成できる。図3Bに示すように、例えば、無電解めっき技術を用いて、前記第2導電性バリア層132上に触媒金属層134が形成される。本発明の一実施の形態によれば、前記触媒金属層134は、鉄、ニッケル、コバルト、及びこれらの組合せで構成されるグループから選択された物質を含むことができるが、他の物質も使用できる。また、図3Bを参照すると、前記触媒金属層134上に導電性キャップ層136が形成される。前記導電性キャップ層136は、後で形成される層間誘電体層(interlayer dielectric layer)から前記触媒金属層134への酸素の外部拡散を抑制し、また、後続工程ステップ(ら)の間、前記触媒金属層134に発生し得るオーバーエッチング(over−etch)損傷を抑制するように構成された物質を含む。前記導電性キャップ層136は、燐(P)がドープされたコバルト合金(例えば、Co−W−P合金)、ボロン(boron)がドープされたコバルト合金、燐がドープされたニッケル合金、ボロンがドープされたニッケル合金、パラジウム、インジウム及びこれらの組合せで構成されるグループから選択された物質を含むことができるが、他の物質も使用できる。   Referring to FIG. 3B, a second conductive barrier layer 132 is formed on the upper surface of the first copper pattern 124. The second conductive barrier layer 132 that suppresses the external diffusion of copper from the first copper pattern 124 is selectively formed on the first copper pattern 124 by using, for example, an electroless plating technique. It can also be formed. The second conductive barrier layer 132 includes a cobalt alloy doped with phosphorus (P) (eg, a Co—WP alloy), a cobalt alloy doped with boron, a nickel alloy doped with phosphorus, It can be formed as a barrier metal layer comprising a metal selected from the group consisting of boron-doped nickel alloys, palladium, indium and combinations thereof. For example, the second conductive barrier layer 132 may be made of Co-WP, Co-Sn-P, Co-P, Co-B, Co-Sn-B, Co-WB, Ni-WP, It can be formed of a metal layer selected from the group consisting of Ni-Sn-P, Ni-P, Ni-B, Ni-Sn-B, Ni-WB, Pd, and In. As shown in FIG. 3B, a catalytic metal layer 134 is formed on the second conductive barrier layer 132 using, for example, an electroless plating technique. According to one embodiment of the present invention, the catalytic metal layer 134 may include a material selected from the group consisting of iron, nickel, cobalt, and combinations thereof, but other materials may also be used. it can. In addition, referring to FIG. 3B, a conductive cap layer 136 is formed on the catalytic metal layer 134. The conductive cap layer 136 suppresses the outward diffusion of oxygen from a later formed dielectric dielectric layer to the catalytic metal layer 134, and during the subsequent process step (a), A material configured to suppress over-etch damage that may occur in the catalytic metal layer 134 is included. The conductive cap layer 136 includes a cobalt alloy doped with phosphorus (P) (for example, a Co-WP alloy), a cobalt alloy doped with boron, a nickel alloy doped with phosphorus, and boron. A material selected from the group consisting of doped nickel alloys, palladium, indium, and combinations thereof can be included, but other materials can also be used.

図3C〜図3Dを参照すると、第2層間絶縁層140が前記第1層間絶縁層110上に形成される。前記第2層間絶縁層140は、二酸化シリコン(silicon dioxide)のような誘電体物質または、例えば、SiCOHのような低誘電率(low−k)を有する誘電体物質で形成できる。前記第2層間絶縁層140は、従来の技術を用いて選択的にパターニングされて、内部に開口142を定義し、前記開口142は、前記第2層間絶縁層140と前記導電性キャップ層136を介して延伸し、前記触媒金属層134を露出する。前記開口(例えば、ビア開口)142内におけるナノチューブの形成率を高めるために、多数のカーボンナノチューブ144を、触媒金属層134を用いて前記開口142内に形成することができる。カーボンナノチューブ144を、化学気相成長(CVD:chemical vapor deposition)、プラズマCVD(plasma−enhanced CVD)、原子層蒸着(atomiclayer deposition)、プラズマALD(plasma−enhanced ALD)のような従来の技術を用いて形成できる。図3Dに示すように、前記カーボンナノチューブ144は、前記触媒金属層134と前記第2導電性バリア層132により、前記第1銅パターン124に電気的に連結される。図3Dに示す例示的垂直配線構造は、前記第2層間絶縁層140上で延伸して、前記多数のカーボンナノチューブ144と電気的に接触する導電性パターン150を形成することで完成できる。   Referring to FIGS. 3C to 3D, a second interlayer insulating layer 140 is formed on the first interlayer insulating layer 110. The second interlayer insulating layer 140 may be formed of a dielectric material such as silicon dioxide or a dielectric material having a low dielectric constant (low-k) such as SiCOH. The second interlayer insulating layer 140 is selectively patterned using a conventional technique to define an opening 142 therein, and the opening 142 includes the second interlayer insulating layer 140 and the conductive cap layer 136. The catalyst metal layer 134 is exposed. In order to increase the formation rate of nanotubes in the openings (for example, via openings) 142, a large number of carbon nanotubes 144 can be formed in the openings 142 using the catalytic metal layer 134. The carbon nanotubes 144 may be formed using conventional techniques such as chemical vapor deposition (CVD), plasma-enhanced CVD, plasma layer-enhanced CVD, plasma-enhanced ALD (plasma ALD). Can be formed. As shown in FIG. 3D, the carbon nanotube 144 is electrically connected to the first copper pattern 124 by the catalytic metal layer 134 and the second conductive barrier layer 132. The exemplary vertical wiring structure shown in FIG. 3D can be completed by extending the second interlayer insulating layer 140 to form a conductive pattern 150 that is in electrical contact with the multiple carbon nanotubes 144.

図4A〜図4Dを参照すると、本発明のまた他の実施の形態による電気配線を形成する方法は、半導体基板100上に第1層間絶縁層110を形成し、マスク(図示せず)を用いて、前記第1層間絶縁層110を選択的にエッチングすることで、前記第1層間絶縁層110内にリセス112(例えば、トレンチパターン)を形成することを含む。図4Aに示すように、前記第1層間絶縁層110は、前記半導体基板100の主表面に直接形成できるが、他の介在層(ら)または装置構造物(ら)(図示せず)を、前記半導体基板100と前記第1層間絶縁層110との間に形成することもできる。前記第1層間絶縁層110は、二酸化シリコン(silicon dioxide)のような誘電体物質または、例えば、SiCOHのような低誘電率(low−k)を有する誘電体物質で形成できる。   4A to 4D, a method of forming an electrical wiring according to another embodiment of the present invention includes forming a first interlayer insulating layer 110 on a semiconductor substrate 100 and using a mask (not shown). Forming a recess 112 (eg, a trench pattern) in the first interlayer insulating layer 110 by selectively etching the first interlayer insulating layer 110. As shown in FIG. 4A, the first interlayer insulating layer 110 can be directly formed on the main surface of the semiconductor substrate 100, but other intervening layers (e.g.) or device structures (e.g.) (not shown) It may be formed between the semiconductor substrate 100 and the first interlayer insulating layer 110. The first interlayer insulating layer 110 may be formed of a dielectric material such as silicon dioxide or a dielectric material having a low dielectric constant (low-k) such as SiCOH.

前記リセス112の底面と側壁は、第1導電性バリア層122で覆われる。本発明の一実施の形態によれば、前記第1導電性バリア層122は、燐(P)がドープされたコバルト合金、ボロン(boron)がドープされたコバルト合金、燐がドープされたニッケル合金、ボロンがドープされたニッケル合金、パラジウム、インジウム及びこれらの組合わせで構成されるグループから選択された金属を含むバリア金属層として形成できる。また、例えば、銅層を十分な時間の間平坦化して第1銅パターン124を定義するステップを含む銅ダマシン(damascene)形成技術を用いて、第1銅パターン124を前記リセス112内に形成できる。前記銅層を平坦化するステップは、前記銅層を化学機械的に研磨(polishing)するステップを含む。   The bottom and side walls of the recess 112 are covered with a first conductive barrier layer 122. According to one embodiment of the present invention, the first conductive barrier layer 122 includes a cobalt alloy doped with phosphorus (P), a cobalt alloy doped with boron, and a nickel alloy doped with phosphorus. And a barrier metal layer comprising a metal selected from the group consisting of boron-doped nickel alloys, palladium, indium and combinations thereof. Also, the first copper pattern 124 may be formed in the recess 112 using a copper damascene forming technique including, for example, planarizing the copper layer for a sufficient time to define the first copper pattern 124. . The step of planarizing the copper layer includes polishing the copper layer chemically and mechanically.

図4Bを参照すると、前記第1層間絶縁層110を十分な時間の間選択的にエッチングして、前記第1導電性バリア層122の上部側壁を露出するステップが行われる。以後、例示のように、めっきステップ(例えば、無電解めっき)が、(i)第2導電性バリア層132’を前記第1導電性バリア層122の前記露出された側壁と前記第1銅パターン124の上部表面上にめっきするステップと、(ii)触媒金属層134’を前記第2導電性バリア層132’上にめっきするステップの順で行われる。   Referring to FIG. 4B, a step of selectively etching the first interlayer insulating layer 110 for a sufficient time to expose an upper sidewall of the first conductive barrier layer 122 is performed. Thereafter, as illustrated, a plating step (e.g., electroless plating) includes: (i) a second conductive barrier layer 132 ′, the exposed sidewalls of the first conductive barrier layer 122, and the first copper pattern. The step of plating on the upper surface of 124 and the step of (ii) plating the catalytic metal layer 134 ′ on the second conductive barrier layer 132 ′ are performed in this order.

図4Cを参照すると、前記第1層間絶縁層110内に並ぶリセス内に位置する多数の銅パターン124を形成するために、図4Bに示す中間構造を、半導体基板100全体に多数繰り返して形成できる。以後、図示のように、第2層間絶縁層140が前記第1層間絶縁層110上に蒸着され、多数の開口142が前記第2層間絶縁層140内に形成される。図示のように、隣接する第1銅パターン124が十分に近い場合、前記第2層間絶縁層140が形成されるとき、前記第1層間絶縁層110との界面で、前記第2層間絶縁層140内にボイド(void)146が有利に形成され得る。かかるボイド146の存在は、前記銅パターンに近接する領域で、前記第2層間絶縁層140の有効誘電率(effective dielectric constant)を減少させ、例えば、隣接する銅パターン124間の寄生カップリングキャパシタンス(parasitic coupling capacitances)を減少させることができる。以後、図1D〜図1Eを参照して例示及び説明されたステップが行われ、図4Cに示すように、前記開口142内にはカーボンナノチューブ144を形成し、そして前記カーボンナノチューブ144上には、導電性パターン150を定義する。   Referring to FIG. 4C, the intermediate structure shown in FIG. 4B can be repeatedly formed on the entire semiconductor substrate 100 in order to form a large number of copper patterns 124 located in the recesses arranged in the first interlayer insulating layer 110. . Thereafter, as illustrated, a second interlayer insulating layer 140 is deposited on the first interlayer insulating layer 110, and a plurality of openings 142 are formed in the second interlayer insulating layer 140. As shown in the drawing, when the adjacent first copper patterns 124 are sufficiently close, the second interlayer insulating layer 140 is formed at the interface with the first interlayer insulating layer 110 when the second interlayer insulating layer 140 is formed. A void 146 may be advantageously formed therein. The presence of the void 146 reduces the effective dielectric constant of the second interlayer insulating layer 140 in a region close to the copper pattern, for example, a parasitic coupling capacitance (between adjacent copper patterns 124). (parasitic coupling capacities) can be reduced. Thereafter, the steps illustrated and described with reference to FIGS. 1D to 1E are performed to form a carbon nanotube 144 in the opening 142 as shown in FIG. 4C, and on the carbon nanotube 144, A conductive pattern 150 is defined.

上述した本発明の好ましい実施の形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更が可能であり、このような置換、変更などは、特許請求の範囲に属するものである。   The above-described preferred embodiments of the present invention are disclosed for the purpose of illustration, and those having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains depart from the technical idea of the present invention. Various substitutions, modifications, and alterations are possible within the scope of not being included, and such substitutions, alterations, and the like belong to the scope of the claims.

本発明の実施の形態による集積回路装置を形成する方法を説明するための中間構造体の断面図である。It is sectional drawing of the intermediate structure for demonstrating the method of forming the integrated circuit device by embodiment of this invention. 本発明の実施の形態による集積回路装置を形成する方法を説明するための中間構造体の断面図である。It is sectional drawing of the intermediate structure for demonstrating the method of forming the integrated circuit device by embodiment of this invention. 本発明の実施の形態による集積回路装置を形成する方法を説明するための中間構造体の断面図である。It is sectional drawing of the intermediate structure for demonstrating the method of forming the integrated circuit device by embodiment of this invention. 本発明の実施の形態による集積回路装置を形成する方法を説明するための中間構造体の断面図である。It is sectional drawing of the intermediate structure for demonstrating the method of forming the integrated circuit device by embodiment of this invention. 本発明の実施の形態による集積回路装置を形成する方法を説明するための中間構造体の断面図である。It is sectional drawing of the intermediate structure for demonstrating the method of forming the integrated circuit device by embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態による集積回路装置を形成する方法を説明するための中間構造体の断面図である。It is sectional drawing of the intermediate structure for demonstrating the method of forming the integrated circuit device by other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態による集積回路装置を形成する方法 説明するための中間構造体の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of an intermediate structure for explaining a method of forming an integrated circuit device according to another embodiment of the present invention. 本発明の他の実施の形態による集積回路装置を形成する方法を説明するための中間構造体の断面図である。It is sectional drawing of the intermediate structure for demonstrating the method of forming the integrated circuit device by other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態による集積回路装置を形成する方法を説明するための中間構造体の断面図である。It is sectional drawing of the intermediate structure for demonstrating the method of forming the integrated circuit device by other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態による集積回路装置を形成する方法を説明するための中間構造体の断面図である。It is sectional drawing of the intermediate structure for demonstrating the method of forming the integrated circuit device by other embodiment of this invention. 本発明のまた他の実施の形態による集積回路装置を形成する方法を説明するための中間構造体の断面図である。It is sectional drawing of the intermediate structure for demonstrating the method of forming the integrated circuit device by other embodiment of this invention. 本発明のまた他の実施の形態による集積回路装置を形成する方法を説明するための中間構造体の断面図である。It is sectional drawing of the intermediate structure for demonstrating the method of forming the integrated circuit device by other embodiment of this invention. 本発明のまた他の実施の形態による集積回路装置を形成する方法を説明するための中間構造体の断面図である。It is sectional drawing of the intermediate structure for demonstrating the method of forming the integrated circuit device by other embodiment of this invention. 本発明のまた他の実施の形態による集積回路装置を形成する方法を説明するための中間構造体の断面図である。It is sectional drawing of the intermediate structure for demonstrating the method of forming the integrated circuit device by other embodiment of this invention. 本発明のまた他の実施の形態による集積回路装置を形成する方法を説明するための中間構造体の断面図である。It is sectional drawing of the intermediate structure for demonstrating the method of forming the integrated circuit device by other embodiment of this invention. 本発明のまた他の実施の形態による集積回路装置を形成する方法を説明するための中間構造体の断面図である。It is sectional drawing of the intermediate structure for demonstrating the method of forming the integrated circuit device by other embodiment of this invention. 本発明のまた他の実施の形態による集積回路装置を形成する方法を説明するための中間構造体の断面図である。It is sectional drawing of the intermediate structure for demonstrating the method of forming the integrated circuit device by other embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

100 半導体基板
110 第1層間絶縁層
112 リセス
120 導電性パターン
122 第1導電性バリア層
124 第1銅パターン
132 第2導電性バリア層
134 触媒金属層
140 第2層間絶縁層
142 開口
143 リセス
144 カーボンナノチューブ
150 銅ダマシン構造体
152 第3バリア金属層
154 銅パターン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Semiconductor substrate 110 1st interlayer insulation layer 112 Recess 120 Conductive pattern 122 1st conductive barrier layer 124 1st copper pattern 132 2nd conductive barrier layer 134 Catalytic metal layer 140 2nd interlayer insulation layer 142 Opening 143 Recess 144 Carbon Nanotube 150 Copper Damascene Structure 152 Third Barrier Metal Layer 154 Copper Pattern

Claims (28)

集積回路基板上に形成され、内部に第1金属を有する第1金属領域と、
前記第1金属領域から前記第1金属の外部拡散を抑制する物質を含み、前記第1金属領域の表面上に形成される第1導電性バリア層と、
前記第1導電性バリア層上に形成され、内部に触媒金属を有する第2金属領域と、
前記第2金属領域上に形成され、前記第2金属領域の所定部分を露出する開口を内部に有する絶縁層と、
前記開口内で延伸し、前記第2金属領域の前記露出された部分及び前記第1導電性バリア層により、前記第1金属領域と電気的に結合される多数のカーボンナノチューブと、
を含むことを特徴とする集積回路装置。
A first metal region formed on the integrated circuit substrate and having a first metal therein;
A first conductive barrier layer formed on a surface of the first metal region, including a substance that suppresses external diffusion of the first metal from the first metal region;
A second metal region formed on the first conductive barrier layer and having a catalytic metal therein;
An insulating layer formed on the second metal region and having an opening inside which exposes a predetermined portion of the second metal region;
A plurality of carbon nanotubes extending in the opening and electrically coupled to the first metal region by the exposed portion of the second metal region and the first conductive barrier layer;
An integrated circuit device comprising:
前記第1金属は銅であり、前記第1導電性バリア層は、コバルト合金、ニッケル合金、パラジウム、インジウム及びこれらの組合わせのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項1に記載の集積回路装置。   The first metal of claim 1, wherein the first metal is copper, and the first conductive barrier layer includes at least one of a cobalt alloy, a nickel alloy, palladium, indium, and a combination thereof. Integrated circuit device. 前記触媒金属は、鉄、ニッケル、コバルト、タングステン、イットリウム、パラジウム及び白金で構成されるグループから選択された金属であることを特徴とする請求項2に記載の集積回路装置。   3. The integrated circuit device according to claim 2, wherein the catalyst metal is a metal selected from the group consisting of iron, nickel, cobalt, tungsten, yttrium, palladium, and platinum. 前記多数のカーボンナノチューブ上に形成される第2導電性バリア層をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の集積回路装置。   The integrated circuit device according to claim 1, further comprising a second conductive barrier layer formed on the plurality of carbon nanotubes. 前記第2導電性バリア層は、タンタル、窒化タンタル、タングステン及び窒化タングステンで構成されるグループから選択された金属を含むことを特徴とする請求項4に記載の集積回路装置。   5. The integrated circuit device of claim 4, wherein the second conductive barrier layer comprises a metal selected from the group consisting of tantalum, tantalum nitride, tungsten, and tungsten nitride. 前記第2導電性バリア層上に形成される銅ダマシンパターンをさらに含むことを特徴とする請求項5に記載の集積回路装置。   6. The integrated circuit device of claim 5, further comprising a copper damascene pattern formed on the second conductive barrier layer. 前記第2金属領域と前記絶縁層との間に導電性キャップ層をさらに含み、
前記導電性キャップ層は、前記絶縁層から前記第2金属領域への酸素の外部拡散を抑制する物質を含むことを特徴とする請求項1に記載の集積回路装置。
A conductive cap layer between the second metal region and the insulating layer;
2. The integrated circuit device according to claim 1, wherein the conductive cap layer includes a material that suppresses external diffusion of oxygen from the insulating layer to the second metal region.
前記導電性キャップ層は、前記絶縁層内の前記開口に整列される開口を内部に有することを特徴とする請求項7に記載の集積回路装置。   The integrated circuit device according to claim 7, wherein the conductive cap layer has an opening aligned with the opening in the insulating layer. 前記導電性キャップ層は、前記第2金属領域の上部表面と接触し、コバルト合金、ニッケル合金、パラジウム、インジウム及びこれらの組合わせで構成されるグループから選択された金属を含むことを特徴とする請求項7に記載の集積回路装置。   The conductive cap layer is in contact with an upper surface of the second metal region, and includes a metal selected from the group consisting of cobalt alloy, nickel alloy, palladium, indium, and combinations thereof. The integrated circuit device according to claim 7. 前記導電性キャップ層は、前記第2金属領域の上部表面と接触し、燐がドープされたコバルト合金、ボロンがドープされたコバルト合金、燐がドープされたニッケル合金、ボロンがドープされたニッケル合金、パラジウム、インジウム及びこれらの組合わせで構成されるグループから選択された金属を含むことを特徴とする請求項7に記載の集積回路装置。   The conductive cap layer is in contact with the upper surface of the second metal region, and is a cobalt alloy doped with phosphorus, a cobalt alloy doped with boron, a nickel alloy doped with phosphorus, or a nickel alloy doped with boron. The integrated circuit device according to claim 7, comprising a metal selected from the group consisting of palladium, indium, and combinations thereof. 半導体基板と、
前記半導体基板上に形成され、内部にリセスを有する第1層間絶縁層と、
前記第1層間絶縁層内の前記リセス内に形成された第1銅パターンと、
前記第1銅パターンと前記第1層間絶縁層との間に延伸するように前記リセスの底面と側壁を覆い、前記第1銅パターンからの銅の外部拡散を抑制する物質を含む第1導電性バリア層と、
前記第1銅パターンの上部表面上に形成され、前記第1銅パターンからの銅の外部拡散を抑制する物質を含む第2導電性バリア層と、
前記第2導電性バリア層上に形成される触媒金属層と、
前記触媒金属層上に形成され、前記触媒金属層の所定部分を露出する開口を内部に有する第2層間絶縁層と、
前記開口内で延伸し、前記触媒金属層の前記露出された部分及び前記第2導電性バリア層により、前記第1銅パターンに電気的に結合される多数のカーボンナノチューブと、
を含むことを特徴とする集積回路装置。
A semiconductor substrate;
A first interlayer insulating layer formed on the semiconductor substrate and having a recess therein;
A first copper pattern formed in the recess in the first interlayer insulating layer;
First conductivity including a material that covers a bottom surface and a side wall of the recess so as to extend between the first copper pattern and the first interlayer insulating layer and suppresses external diffusion of copper from the first copper pattern. A barrier layer;
A second conductive barrier layer formed on an upper surface of the first copper pattern and including a material that suppresses external diffusion of copper from the first copper pattern;
A catalytic metal layer formed on the second conductive barrier layer;
A second interlayer insulating layer formed on the catalyst metal layer and having an opening inside which exposes a predetermined portion of the catalyst metal layer;
A plurality of carbon nanotubes extending in the opening and electrically coupled to the first copper pattern by the exposed portion of the catalytic metal layer and the second conductive barrier layer;
An integrated circuit device comprising:
前記第2導電性バリア層は、燐がドープされたコバルト合金、ボロンがドープされたコバルト合金、燐がドープされたニッケル合金、ボロンがドープされたニッケル合金、パラジウム、インジウム及びこれらの組合わせで構成されるグループから選択された金属を含むことを特徴とする請求項11に記載の集積回路装置。   The second conductive barrier layer may be formed of a cobalt alloy doped with phosphorus, a cobalt alloy doped with boron, a nickel alloy doped with phosphorus, a nickel alloy doped with boron, palladium, indium, or a combination thereof. The integrated circuit device of claim 11, comprising a metal selected from a group that is configured. 前記触媒金属層と前記第2層間絶縁層との間に延伸するキャップ層をさらに含むことを特徴とする請求項11に記載の集積回路装置。   The integrated circuit device of claim 11, further comprising a cap layer extending between the catalytic metal layer and the second interlayer insulating layer. 前記キャップ層は、燐がドープされたコバルト合金、ボロンがドープされたコバルト合金、燐がドープされたニッケル合金、ボロンがドープされたニッケル合金、パラジウム、インジウム及びこれらの組合わせで構成されるグループから選択された金属を含むことを特徴とする請求項13に記載の集積回路装置。   The cap layer includes a phosphorus-doped cobalt alloy, a boron-doped cobalt alloy, a phosphorus-doped nickel alloy, a boron-doped nickel alloy, palladium, indium, and combinations thereof. The integrated circuit device of claim 13, comprising a metal selected from: 前記触媒金属層と前記第2層間絶縁膜との間に形成されるキャップ層をさらに含み、前記キャップ層は、前記絶縁層から前記触媒金属層への酸素の外部拡散を抑制する物質を含むことを特徴とする請求項11に記載の集積回路装置。   It further includes a cap layer formed between the catalyst metal layer and the second interlayer insulating film, and the cap layer includes a substance that suppresses external diffusion of oxygen from the insulation layer to the catalyst metal layer. The integrated circuit device according to claim 11. 前記第1導電性バリア層は、燐がドープされたコバルト合金、ボロンがドープされたコバルト合金、燐がドープされたニッケル合金、ボロンがドープされたニッケル合金、パラジウム、インジウム及びこれらの組合わせで構成されるグループから選択された金属を含むことを特徴とする請求項12に記載の集積回路装置。   The first conductive barrier layer may include a cobalt alloy doped with phosphorus, a cobalt alloy doped with boron, a nickel alloy doped with phosphorus, a nickel alloy doped with boron, palladium, indium, and combinations thereof. The integrated circuit device of claim 12, comprising a metal selected from the group comprised. 前記触媒金属層は、鉄、ニッケル、コバルト及びこれらの組合せのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項12に記載の集積回路装置。   The integrated circuit device according to claim 12, wherein the catalytic metal layer includes at least one of iron, nickel, cobalt, and a combination thereof. 半導体基板と、
前記半導体基板上に形成され、内部にリセス(recess)を有する第1層間絶縁膜層と、
前記第1層間絶縁層内の前記リセス内に形成される銅パターンと、
前記銅パターンの上部表面上に形成され、燐がドープされたコバルト合金、ボロンがドープされたコバルト合金、燐がドープされたニッケル合金、ボロンがドープされたニッケル合金、パラジウム、インジウム及びこれらの組合わせで構成されるグループから選択された金属を含む導電性バリア層と、
前記導電性バリア層上に形成される触媒金属層と、
前記触媒金属層上に形成され、前記第1層間絶縁層の上部表面と同一平面上に形成される上部表面を有し、燐がドープされたコバルト合金、ボロンがドープされたコバルト合金、燐がドープされたニッケル合金、ボロンがドープされたニッケル合金、パラジウム、インジウム及びこれらの組合わせで構成されるグループから選択された金属を含む導電性キャップ層と、
前記第1層間絶縁層上に形成され、前記導電性キャップ層内の開口に整列される開口を内部に有する第2層間絶縁層と、
前記第2層間絶縁層の開口と前記導電性キャップ層内の開口を介して延伸し、前記触媒金属層と接触する多数のカーボンナノチューブと、
を含むことを特徴とする集積回路装置。
A semiconductor substrate;
A first interlayer insulating layer formed on the semiconductor substrate and having a recess therein;
A copper pattern formed in the recess in the first interlayer insulating layer;
A cobalt alloy doped with phosphorus, a cobalt alloy doped with boron, a nickel alloy doped with phosphorus, a nickel alloy doped with boron, palladium, indium, and a combination thereof formed on the upper surface of the copper pattern A conductive barrier layer comprising a metal selected from the group consisting of:
A catalytic metal layer formed on the conductive barrier layer;
A cobalt alloy doped with phosphorus, a cobalt alloy doped with boron, a phosphorus alloy formed on the catalyst metal layer and having an upper surface formed on the same plane as the upper surface of the first interlayer insulating layer. A conductive cap layer comprising a metal selected from the group consisting of a doped nickel alloy, a boron-doped nickel alloy, palladium, indium, and combinations thereof;
A second interlayer insulating layer formed on the first interlayer insulating layer and having an opening therein aligned with the opening in the conductive cap layer;
A plurality of carbon nanotubes extending through the opening in the second interlayer insulating layer and the opening in the conductive cap layer and in contact with the catalytic metal layer;
An integrated circuit device comprising:
前記第2層間絶縁層に延伸し、前記多数のカーボンナノチューブと電気的に結合される銅ダマシンパターンをさらに含むことを特徴とする請求項18に記載の集積回路装置。   The integrated circuit device of claim 18, further comprising a copper damascene pattern extending to the second interlayer insulating layer and electrically coupled to the plurality of carbon nanotubes. 内部にリセスを有する第1層間絶縁層を基板上に形成するステップと、
前記リセスを第1導電性バリア層で覆うステップと、
前記覆われたリセスをパターニングされた銅層で充填するステップと、
前記第1層間絶縁層を選択的にエッチングして、前記第1導電性イバリア層の側壁を露出するステップと、
第2導電性バリア層を、前記第1導電性バリア層の前記露出された側壁上、そして前記パターニングされた銅層の上部表面上にめっきするステップと、
触媒金属層を前記第2導電性バリア層上にめっきするステップと、
第2層間絶縁層を前記触媒金属層上に蒸着するステップと、
前記第2層間絶縁層に開口を形成して、前記パターニングされた銅層の反対側に延伸する前記触媒金属層の所定部分を露出するステップと、
前記第2層間絶縁層内の前記開口を、前記触媒金属層と前記第2導電性バリア層により前記パターニングされた銅層に電気的に結合される多数のカーボンナノチューブで充填するステップと、
を含むことを特徴とする集積回路装置の形成方法。
Forming a first interlayer insulating layer having a recess therein on a substrate;
Covering the recess with a first conductive barrier layer;
Filling the covered recess with a patterned copper layer;
Selectively etching the first interlayer insulating layer to expose a sidewall of the first conductive ibarrier layer;
Plating a second conductive barrier layer on the exposed sidewalls of the first conductive barrier layer and on an upper surface of the patterned copper layer;
Plating a catalytic metal layer on the second conductive barrier layer;
Depositing a second interlayer insulating layer on the catalytic metal layer;
Forming an opening in the second interlayer insulating layer to expose a predetermined portion of the catalytic metal layer extending to the opposite side of the patterned copper layer;
Filling the openings in the second interlayer insulating layer with a plurality of carbon nanotubes electrically coupled to the patterned copper layer by the catalytic metal layer and the second conductive barrier layer;
A method for forming an integrated circuit device, comprising:
前記触媒金属層の前記所定部分を水素に露出することを含む化学的還元過程を用いて、前記触媒金属層の前記露出された部分から酸化物を除去するステップをさらに含むことを特徴とする請求項20に記載の集積回路装置の形成方法。   The method of claim 1, further comprising removing oxide from the exposed portion of the catalytic metal layer using a chemical reduction process including exposing the predetermined portion of the catalytic metal layer to hydrogen. Item 20. A method for forming an integrated circuit device according to Item 20. 第1金属層を半導体基板上に形成するステップと、
触媒金属層を前記第1金属層上に形成するステップと、
層間絶縁層を前記触媒金属層上に形成するステップと、
前記層間絶縁層をパターニングして、前記触媒金属層の上部表面を露出する開口を内部に定義するステップと、
水素を前記露出された上部表面に提供することを含む化学的還元過程を用いて、前記触媒金属層の前記露出された上部表面から酸化物を除去するステップと、
前記パターニングされた層間絶縁層内の前記開口に、多数のカーボンナノチューブを形成するステップと、
を含むことを特徴とする集積回路装置の形成方法。
Forming a first metal layer on a semiconductor substrate;
Forming a catalytic metal layer on the first metal layer;
Forming an interlayer insulating layer on the catalytic metal layer;
Patterning the interlayer insulating layer to define an opening in the top that exposes an upper surface of the catalytic metal layer;
Removing oxide from the exposed upper surface of the catalytic metal layer using a chemical reduction process comprising providing hydrogen to the exposed upper surface;
Forming a number of carbon nanotubes in the openings in the patterned interlayer insulating layer;
A method for forming an integrated circuit device, comprising:
前記除去ステップは、水素ガスを200℃乃至400℃温度範囲で前記露出された上部表面に提供するステップを含むことを特徴とする請求項22に記載の集積回路装置の形成方法。   23. The method of forming an integrated circuit device according to claim 22, wherein the removing step includes providing hydrogen gas to the exposed upper surface in a temperature range of 200 to 400 degrees Celsius. 前記触媒金属層を形成するステップは、無電解めっき技術を用いて触媒金属層を形成するステップを含むことを特徴とする請求項22に記載の集積回路装置の形成方法。   23. The method of forming an integrated circuit device according to claim 22, wherein the step of forming the catalytic metal layer includes a step of forming the catalytic metal layer using an electroless plating technique. 第1金属層を半導体基板上に形成するステップと、
触媒金属層を前記第1金属層上に形成するステップと、
層間絶縁層を前記触媒金属層上に形成するステップと、
前記層間絶縁層をパターニングして、前記触媒金属層の上部表面を露出する開口を内部に定義するステップと、
化学的還元過程を用いて、前記触媒金属層から酸素を除去するステップと、
前記パターニングされた層間絶縁層内の前記開口に、多数のカーボンナノチューブを形成するステップと、
を含むことを特徴とする集積回路装置の形成方法。
Forming a first metal layer on a semiconductor substrate;
Forming a catalytic metal layer on the first metal layer;
Forming an interlayer insulating layer on the catalytic metal layer;
Patterning the interlayer insulating layer to define an opening in the top that exposes an upper surface of the catalytic metal layer;
Removing oxygen from the catalytic metal layer using a chemical reduction process;
Forming a number of carbon nanotubes in the openings in the patterned interlayer insulating layer;
A method for forming an integrated circuit device, comprising:
前記除去ステップは、前記触媒金属層を水素に露出するステップを含むことを特徴とする請求項25に記載の集積回路装置の形成方法。   26. The method of forming an integrated circuit device according to claim 25, wherein the removing step includes a step of exposing the catalytic metal layer to hydrogen. 前記除去ステップは、前記触媒金属層を水素を含むプラズマに露出するステップを含むことを特徴とする請求項25に記載の集積回路装置の形成方法。   26. The method of forming an integrated circuit device according to claim 25, wherein the removing step includes a step of exposing the catalytic metal layer to a plasma containing hydrogen. 前記除去ステップは、200℃乃至400℃温度範囲で前記触媒金属層を水素を含むガスに露出するステップを含むことを特徴とする請求項25に記載の集積回路装置の形成方法。   26. The method of forming an integrated circuit device according to claim 25, wherein the removing step includes a step of exposing the catalytic metal layer to a gas containing hydrogen in a temperature range of 200 ° C. to 400 ° C.
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