(57)【要約】【課題】半導体装置の配線を伝播する信号の遅延を減少する技術を提供する。【解決手段】一実施形態に係る半導体装置は、第一の配線と、第二の配線と、第一の配線と第二の配線との間に設けられ第一の配線と第二の配線とを絶縁する絶縁層と、第一の配線と第二の配線との間に設けられ第一の配線と第二の配線との間のインピーダンスを調整するインピーダンス調整層と、を備える。この半導体装置では、第一の配線と第二の配線との間のインピーダンスを調整するインピーダンス調整層が第一の配線と第二の配線との間に設けられるので、配線を伝播する信号の遅延（ＲＣ遅延）が、インピーダンス調整層の存在によって減少される。【選択図】図１
2019050235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の配線と、
第二の配線と、
前記第一の配線と前記第二の配線とを絶縁する絶縁層と、
前記第一の配線と前記第二の配線との間に設けられ、該第一の配線と該第二の配線との間のインピーダンスを調整するインピーダンス調整層と、
を備える半導体装置。
【請求項２】
前記インピーダンス調整層の材料は、モット絶縁体を含む、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記インピーダンス調整層の材料は、二酸化バナジウムを含む、
請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記インピーダンス調整層と前記第一の配線または前記第二の配線との間にはバリア層が設けられており、
前記インピーダンス調整層は、前記バリア層に接している、
請求項１〜３の何れか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第一の配線の上に前記絶縁層が設けられており、
前記絶縁層の上にエッチングストップ層が設けられており、
前記エッチングストップ層の上に前記第二の配線が設けられており、
前記インピーダンス調整層は、前記絶縁層と前記エッチングストップ層との間に設けられており、該エッチングストップ層に接している、
請求項１〜３の何れか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第一の配線の上にキャップ層が設けられており、
前記キャップ層の上に前記絶縁層が設けられており、
前記絶縁層の上に前記第二の配線が設けられており、
前記インピーダンス調整層は、前記キャップ層と前記絶縁層との間に設けられており、該キャップ層に接している、
請求項１〜３の何れか一項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの高速化、配線パターンの微細化、高集積化の要求に応じて、半導体デバイスにおいては様々な技術開発が行われている。特許文献１に開示されている技術は、ウエハに形成されたトレンチを有する層間絶縁膜において、トレンチの表面にバリア膜を形成する工程と、バリア膜の上にＲｕ膜を形成する工程と、Ｒｕ膜の上に加熱しつつＰＶＤによりＣｕがマイグレーションするようにＣｕ膜を形成し、そしてトレンチを埋める工程と、を有する。特許文献２には、タングステンを用いた配線に接触するＣｕ配線を形成するプロセスにおいて、ビア抵抗の上昇を抑制するためのＣｕ配線の形成方法についての技術が開示されている。特許文献２に開示されている技術は、タングステン配線に接触および配置される基板に形成された凹部（トレンチ）内にＣｕを埋め込んでＣｕ配線を形成するＣｕ配線の形成方法であって、タングステン配線の表面に形成されたタングステン酸化物を除去する工程と、凹部内の少なくともタングステン配線の表面に窒化防止膜を成膜する工程と、窒化防止膜の上から凹部内の表面にＣｕの拡散を防止するバリア膜を成膜する工程と、バリア膜の上にライナー膜を成膜する工程と、ライナー膜の上にＣｕ膜を埋め込む工程とを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１６９５９０号公報
【特許文献２】特開２０１６−１１１３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体装置の微細化に伴って半導体装置の配線間のピッチも縮小化される。半導体装置において配線間のピッチが縮小されると配線間の寄生容量が増加し、よって、半導体装置の配線を伝播する信号の遅延（ＲＣ遅延）も増加する。したがって、半導体装置の配線を伝播する信号の遅延を減少する技術が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様においては、半導体装置が提供される。当該一態様に係る半導体装置は、第一の配線と、第二の配線と、第一の配線と第二の配線との間に設けられ第一の配線と第二の配線とを絶縁する絶縁層と、第一の配線と第二の配線との間に設けられ第一の配線と第二の配線との間のインピーダンスを調整するインピーダンス調整層と、を備える。
【０００６】
一実施形態では、インピーダンス調整層の材料は、モット絶縁体を含む。一実施形態では、インピーダンス調整層の材料は、二酸化バナジウムを含む。
【０００７】
一実施形態では、インピーダンス調整層と第一の配線または第二の配線との間にはバリア層が設けられており、インピーダンス調整層は、バリア層に接している。
【０００８】
一実施形態では、第一の配線の上に絶縁層が設けられており、絶縁層の上にエッチングストップ層が設けられており、エッチングストップ層の上に第二の配線が設けられており、インピーダンス調整層は、絶縁層とエッチングストップ層との間に設けられており、エッチングストップ層に接している。
【０００９】
一実施形態では、第一の配線の上にキャップ層が設けられており、キャップ層の上に絶縁層が設けられており、絶縁層の上に第二の配線が設けられており、インピーダンス調整層は、キャップ層と絶縁層との間に設けられており、キャップ層に接している。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、半導体装置の配線を伝播する信号の遅延を減少する技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、第一の実施形態に係る半導体装置の主要な構成の一例を断面的に示す図である。
【図２】図２は、第二の実施形態に係る半導体装置の主要な構成の一例を断面的に示す図である。
【図３】図３は、第三の実施形態に係る半導体装置の主要な構成の一例を断面的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照することによって種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一または相当の部分には同一の符号を附すこととする。
【００１３】
（第一の実施形態）
図１は、第一の実施形態に係る半導体装置の主要な構成の一例を断面的に示す図である。図１に示す第一の実施形態に係る半導体装置１ａは、トレンチＴＲＡ、トレンチＴＲＢ、層間絶縁膜２（絶縁層）、エッチングストップ層３（エッチングストップ層：etching  stop  layer）、層間絶縁膜４（絶縁層）、インピーダンス調整層５Ａ、インピーダンス調整層５Ｂ、バリア層６１Ａ（バリア層：barrier  layer）、バリア層６１Ｂ、シード層６２Ａ（シード層：seed  layer）、シード層６２Ｂ、配線７Ａ（第一の配線）、配線７Ｂ（第二の配線）、キャップ層８（キャップ層：cap  layer）を備える。図１には、二つの配線、すなわち配線７Ａ、配線７Ｂが示されているが、半導体装置１ａは、三つ以上の配線を備える場合がある。配線７Ａ、配線７Ｂは、一実施形態において、半導体装置１ａの表面（後述の基準面ＦＣに沿って延びる表面）に沿って配置される。半導体装置１ａは、多層配線構造を有する。より具体的に、半導体装置１ａは図１に示す構成を複数備え、半導体装置１ａにおいて複数の当該構成は互いに積層される。
【００１４】
半導体装置１ａの主要な構成を説明する。半導体装置１ａは、層間絶縁膜２を備え、層間絶縁膜２の上にエッチングストップ層３が設けられ、エッチングストップ層３の上にトレンチＴＲＡ、トレンチＴＲＢ、層間絶縁膜４が設けられている。トレンチＴＲＡ、トレンチＴＲＢ、層間絶縁膜４の上には、キャップ層８が設けられている。トレンチＴＲＡとトレンチＴＲＢとは、エッチングストップ層３とキャップ層８との間に配置され、互いに並列に設けられる。トレンチＴＲＡとトレンチＴＲＢとは、層間絶縁膜４を介して配置されており、トレンチＴＲＡとトレンチＴＲＢとの間には、層間絶縁膜４が設けられている。
【００１５】
トレンチＴＲＡの内側には、インピーダンス調整層５Ａ、バリア層６１Ａ、シード層６２Ａ、配線７Ａが設けられている。トレンチＴＲＢの内側には、インピーダンス調整層５Ｂ、バリア層６１Ｂ、シード層６２Ｂ、配線７Ｂが設けられている。トレンチＴＲＡにおいて、トレンチＴＲＡの内面にインピーダンス調整層５Ａが設けられ、トレンチＴＲＡの内面のうち底面においてインピーダンス調整層５Ａはエッチングストップ層３の上に設けられている。バリア層６１Ａはインピーダンス調整層５Ａの上に設けられ、シード層６２Ａはバリア層６１Ａの上に設けられている。配線７Ａはシード層６２Ａの上に設けられ、配線７Ａの上にキャップ層８が設けられている。トレンチＴＲＢにおいて、トレンチＴＲＢの内面にインピーダンス調整層５Ｂが設けられ、トレンチＴＲＢの内面のうち底面においてインピーダンス調整層５Ｂはエッチングストップ層３の上に設けられている。バリア層６１Ｂはインピーダンス調整層５Ｂの上に設けられ、シード層６２Ｂはバリア層６１Ｂの上に設けられている。配線７Ｂはシード層６２Ｂの上に設けられ、配線７Ｂの上にキャップ層８が設けられている。配線７Ａと配線７Ｂとの間に、インピーダンス調整層５Ａ、インピーダンス調整層５Ｂが設けられている。配線７Ａと層間絶縁膜４との間には、インピーダンス調整層５Ａ、バリア層６１Ａ、シード層６２Ａが設けられている。配線７Ｂと層間絶縁膜４との間には、インピーダンス調整層５Ｂ、バリア層６１Ｂ、シード層６２Ｂが設けられている。
【００１６】
エッチングストップ層３は、層間絶縁膜２に接していると共に、トレンチＴＲＡ、トレンチＴＲＢ、層間絶縁膜４に接している。層間絶縁膜４には、図１に示す断面に交差する方向に延びるトレンチＴＲＡ、トレンチＴＲＢが設けられている。トレンチＴＲＡ、トレンチＴＲＢは、基準面ＦＣからエッチングストップ層３に至るまで延びている。基準面ＦＣは、説明の便宜上用いる仮想的な面であり、層間絶縁膜４の表面ＳＡと、トレンチＴＲＡの開口ＯＰＡと、トレンチＴＲＢの開口ＯＰＢとを含む。トレンチＴＲＡの底面およびトレンチＴＲＢの底面は、エッチングストップ層３の表面に含まれる。トレンチＴＲＡの側面およびトレンチＴＲＢの側面は、層間絶縁膜４の表面に含まれる。
【００１７】
インピーダンス調整層５Ａは、トレンチＴＲＡの内面（トレンチＴＲＡの底面およびトレンチＴＲＡの側面）に設けられている。インピーダンス調整層５Ａは、トレンチＴＲＡ内において、基準面ＦＣからトレンチＴＲＡの側面に沿って延びている。インピーダンス調整層５Ａは、トレンチＴＲＡの内面を覆う。インピーダンス調整層５Ａは、エッチングストップ層３、層間絶縁膜４、バリア層６１Ａに接している。インピーダンス調整層５Ａは、トレンチＴＲＡの底面においてエッチングストップ層３に接している。インピーダンス調整層５Ａは、トレンチＴＲＡの側面において層間絶縁膜４に接している。
【００１８】
インピーダンス調整層５Ｂは、トレンチＴＲＢの内面（トレンチＴＲＢの底面およびトレンチＴＲＢの側面）に設けられている。インピーダンス調整層５Ｂは、トレンチＴＲＢ内において、基準面ＦＣからトレンチＴＲＢの側面に沿って延びている。インピーダンス調整層５Ｂは、トレンチＴＲＢの内面を覆う。インピーダンス調整層５Ｂは、エッチングストップ層３、層間絶縁膜４、バリア層６１Ｂに接している。インピーダンス調整層５Ｂは、トレンチＴＲＢの底面においてエッチングストップ層３に接している。インピーダンス調整層５Ｂは、トレンチＴＲＢの側面において層間絶縁膜４に接している。
【００１９】
インピーダンス調整層５Ａの膜厚およびインピーダンス調整層５Ｂの膜厚は、一例としては、共に略一定である。インピーダンス調整層５Ａの膜厚と、インピーダンス調整層５Ｂの膜厚とは、一例としては、略同一である。なお、本明細書において「略」という文言は、実施時において生じる可能性のある変動の幅が考慮されていることを意味するものである。
【００２０】
バリア層６１Ａは、インピーダンス調整層５Ａと配線７Ａとの間に設けられている。バリア層６１Ａは、トレンチＴＲＡ内において、基準面ＦＣからトレンチＴＲＡの側面に沿って延びている。バリア層６１Ａは、トレンチＴＲＡ内において、インピーダンス調整層５Ａの表面を覆う。バリア層６１Ａは、インピーダンス調整層５Ａに接している。バリア層６１Ａの膜厚は略一定であるが、一実施形態においてバリア層６１Ａはインピーダンス調整層５Ａの表面にコンフォーマルに設けられている。
【００２１】
バリア層６１Ｂは、インピーダンス調整層５Ｂと配線７Ｂとの間に設けられている。バリア層６１Ｂは、トレンチＴＲＢ内において、基準面ＦＣからトレンチＴＲＢの側面に沿って延びている。バリア層６１Ｂは、トレンチＴＲＢ内において、インピーダンス調整層５Ｂの表面を覆う。バリア層６１Ｂは、インピーダンス調整層５Ｂに接している。バリア層６１Ｂの膜厚は略一定であるが、一実施形態においてバリア層６１Ｂはインピーダンス調整層５Ｂの表面にコンフォーマルに設けられている。
【００２２】
シード層６２Ａは、バリア層６１Ａの上に設けられている。シード層６２Ａは、トレンチＴＲＡ内において、基準面ＦＣからトレンチＴＲＡの側面に沿って延びている。シード層６２Ａは、トレンチＴＲＡ内において、バリア層６１Ａの表面を覆う。シード層６２Ａは、バリア層６１Ａに接している。シード層６２Ａの膜厚は、略一定である。
【００２３】
シード層６２Ｂは、バリア層６１Ｂの上に設けられている。シード層６２Ｂは、トレンチＴＲＢ内において、基準面ＦＣからトレンチＴＲＢの側面に沿って延びている。シード層６２Ｂは、トレンチＴＲＢ内において、バリア層６１Ｂの表面を覆う。シード層６２Ｂは、バリア層６１Ｂに接している。シード層６２Ｂの膜厚は、略一定である。
【００２４】
配線７Ａは、トレンチＴＲＡ内において基準面ＦＣとシード層６２Ａとによって画定される空間領域に充填されている。配線７Ａは、シード層６２Ａ、キャップ層８に接している。配線７Ｂは、トレンチＴＲＢ内において基準面ＦＣとシード層６２Ｂとによって画定される空間領域に充填されている。配線７Ｂは、シード層６２Ｂ、キャップ層８に接している。
【００２５】
キャップ層８は、基準面ＦＣにおいて、配線７Ａ、配線７Ｂ、シード層６２Ａ、シード層６２Ｂ、バリア層６１Ａ、バリア層６１Ｂ、インピーダンス調整層５Ａ、インピーダンス調整層５Ｂ、層間絶縁膜４に接している。キャップ層８は、トレンチＴＲＡの開口ＯＰＡとトレンチＴＲＢの開口ＯＰＢとを覆っている。キャップ層８の膜厚は、略一定である。
【００２６】
層間絶縁膜２、層間絶縁膜４は、配線７Ａと配線７Ｂとを絶縁する機能を有する。インピーダンス調整層５Ａ、インピーダンス調整層５Ｂは、配線７Ａと配線７Ｂの間のインピーダンスを調整する機能を有する。インピーダンス調整層５Ａ、インピーダンス調整層５Ｂは、半導体装置１ａの寄生容量の影響を抑制し、配線７Ａを伝播する信号、および、配線７Ｂを伝播する信号の遅延（ＲＣ遅延）を低減する。バリア層６１Ａは、配線７Ａの材料の拡散を防止する機能を有する。バリア層６１Ｂは、配線７Ｂの材料の拡散を防止する機能を有する。シード層６２Ａは、配線７Ａの形成時（メッキによる形成時）において電極として機能する。シード層６２Ｂは、配線７Ｂの形成時（メッキによる形成時）において電極として機能する。
【００２７】
層間絶縁膜２の材料は、一例としては、ＳｉＯ２、ＳｉＯＣＨである。エッチングストップ層３の材料は、一例としては、ＳｉＮである。層間絶縁膜４の材料は、一例としては、ＳｉＯ２、ＳｉＯＣＨを含む。インピーダンス調整層５Ａの材料およびインピーダンス調整層５Ｂの材料は、何れも、モット絶縁体（Mott-insulator）を含む。インピーダンス調整層５Ａの材料およびインピーダンス調整層５Ｂの材料は、モット絶縁体として、一例としては、何れも、ＶＯ２（二酸化バナジウム）を含む。バリア層６１Ａの材料およびバリア層６１Ｂの材料は、一例としては、何れも、ＴｉＮ，Ｔｉ，ＴａＮ，Ｔａ，ＷＮ，Ｗを含む。シード層６２Ａの材料およびシード層６２Ｂの材料は、一例としては、何れも、Ｃｕ，Ｗを含む。配線７Ａの材料および配線７Ｂの材料は、一例としては、何れも、Ｃｕ，Ｗを含む。キャップ層８の材料は、一例としては、ＳｉＮを含む。
【００２８】
このような半導体装置１ａでは、配線７Ａと配線７Ｂとの間のインピーダンスを調整するインピーダンス調整層５Ａおよびインピーダンス調整層５Ｂが配線７Ａと配線７Ｂとの間に設けられるので、配線７Ａ、配線７Ｂを伝播する信号の遅延（ＲＣ遅延）が、インピーダンス調整層５Ａ、インピーダンス調整層５Ｂの存在によって減少される。
【００２９】
インピーダンス調整層５Ａ、インピーダンス調整層５Ｂは、何れも、モット絶縁体を含む。モット絶縁体中の電子は交流電場下においてプラズマ振動を行うので、インピーダンス調整層５Ａ、インピーダンス調整層５Ｂは何れも交流電場下において等価的に並列ＬＣ回路として機能する。さらに、並列ＬＣ回路は共振周波数以下の周波数領域においてインダクタ（inductor）として機能し、層間絶縁膜４は寄生容量を有する。このため、共振周波数以下の周波数領域において、インピーダンス調整層５Ａ、インピーダンス調整層５Ｂのそれぞれのインダクタと層間絶縁膜４の寄生容量とによって、等価的に直列ＬＣ回路の機能が奏される。一方、配線７Ａを伝播する信号の遅延および配線７Ｂを伝播する信号の遅延は、主に層間絶縁膜４の寄生容量に起因して生じるＲＣ遅延であり、信号の位相遅れということができる。インピーダンス調整層５Ａ、インピーダンス調整層５Ｂのそれぞれのインダクタは、このような信号の位相遅れを補償する。従って、インピーダンス調整層５Ａ、インピーダンス調整層５Ｂのそれぞれによって、配線７Ａを伝播する信号の遅延および配線７Ｂを伝播する信号の遅延が減少される。
【００３０】
また、インピーダンス調整層５Ａの材料およびインピーダンス調整層５Ｂの材料のそれぞれはＶＯ２を含む場合がある。この場合、ＶＯ２における電子有効質量（electron  effective  mass）が比較的に重いので、インピーダンス調整層５Ａ、インピーダンス調整層５Ｂのそれぞれの並列ＬＣ回路の共振周波数はマイクロ波から極超短波までの周波数帯に設定される。従って、配線７Ａを伝播する信号、配線７Ｂを伝播する信号のそれぞれの立ち上がりの信号波形を決定する当該周波数帯において、上記した信号の位相遅れの補償（ＲＣ遅延の低減）が有効に実現され得る。
【００３１】
また、インピーダンス調整層５Ａ、インピーダンス調整層５Ｂのそれぞれが等価的に並列ＬＣ回路として有効に機能するためには、インピーダンス調整層５Ａ、インピーダンス調整層５Ｂのそれぞれの膜厚は、ＶＯ２中のプラズマによるデバイ長以上であることが好ましい。ＶＯ２中にＷ（タングステン）やＡｌ（アルミニウム）等の金属不純物がドーピングされている場合、ＶＯ２中の電子密度が高密度化するので、当該デバイ長（Debye  length）が数十［ｎｍ］程度に至るまで十分に低減される。従って、半導体装置１ａの配線構造の微細化が実現される。
【００３２】
次に、第一の実施形態に係る半導体装置１ａの製造方法の一例を概略的に説明する。第一の実施形態に係る半導体装置１ａの製造には、複数の成膜装置を備えるマルチチャンバタイプの成膜システムが用いられる。まず、プラズマＣＶＤ法（ＣＶＤ：Chemical  Vapor  Deposition）によって、層間絶縁膜２の表面にエッチングストップ層３を形成する。エッチングストップ層３の形成に引き続き、プラズマＣＶＤ法によってエッチングストップ層３の表面に層間絶縁膜４を形成する。そして、層間絶縁膜４の形成の後に、エッチングストップ層３に至るまで層間絶縁膜４をエッチングすることによって、トレンチＴＲＡ、トレンチＴＲＢを形成する。
【００３３】
トレンチＴＲＡ、トレンチＴＲＢの形成に引き続き、スパッタリングによって、トレンチＴＲＡの内面（具体的には、トレンチＴＲＡ内における層間絶縁膜４の表面およびトレンチＴＲＡ内におけるエッチングストップ層３の表面）にインピーダンス調整層５Ａを形成し、トレンチＴＲＢの内面（具体的には、トレンチＴＲＢ内における層間絶縁膜４の表面およびトレンチＴＲＢ内におけるエッチングストップ層３の表面）にインピーダンス調整層５Ｂを形成する。インピーダンス調整層５Ａの材料およびインピーダンス調整層５Ｂの材料のそれぞれがＶＯ２を含む場合、スパッタリングによって金属バナジウムまたはバナジウム酸化物をターゲットの表面から飛散させる。ターゲットの表面から飛散した金属バナジウムまたはバナジウム酸化物は、トレンチＴＲＡの内面およびトレンチＴＲＢの内面に到達すると、酸素ガスと反応する。これによって、バナジウム原子と酸素原子とが１：２の個数で規則的に並び、ＶＯ２が成長する。そして、トレンチＴＲＡの内面にＶＯ２のインピーダンス調整層５Ａが形成され、トレンチＴＲＢの内面にＶＯ２のインピーダンス調整層５Ｂが形成される。
【００３４】
インピーダンス調整層５Ａ、インピーダンス調整層５Ｂの形成に引き続き、トレンチＴＲＡ内におけるインピーダンス調整層５Ａの表面にバリア層６１Ａを形成し、トレンチＴＲＢ内におけるインピーダンス調整層５Ｂの表面にバリア層６１Ｂを形成する。バリア層６１Ａ、バリア層６１Ｂの形成には、熱ＣＶＤ法、熱ＡＬＤ法（ＡＬＤ：Atomic  Layer  Deposition）、プラズマＣＶＤ法の何れかの方法が用いられる。バリア層６１Ａ，バリア層６１Ｂの形成に引き続き、スパッタリングによって、トレンチＴＲＡ内におけるバリア層６１Ａの表面にシード層６２Ａを形成し、トレンチＴＲＢ内におけるバリア層６１Ｂの表面にシード層６２Ｂを形成する。
【００３５】
シード層６２Ａ、シード層６２Ｂの形成に引き続き、電界メッキまたは無電解メッキによって、シード層６２Ａと基準面ＦＣとによって画定されるトレンチＴＲＡ内の空間領域に配線７Ａを形成し、シード層６２Ｂと基準面ＦＣとによって画定されるトレンチＴＲＢ内の空間領域に配線７Ｂを形成する。配線７Ａおよび配線７Ｂを形成する工程では、トレンチＴＲＡ内に配線７Ａの材料が充填されトレンチＴＲＢ内に配線７Ｂの材料が充填された後にＣＭＰ（Chemical  Mechanical  Polishing）法によって余分な材料が除去されることによって、配線７Ａの表面および配線７Ｂの表面のそれぞれが基準面ＦＣに沿って平坦化される。配線７Ａ、配線７Ｂの形成に引き続き、プラズマＣＶＤ法によって、配線７Ａおよび配線７Ｂの上に（基準面ＦＣに対して）キャップ層８を形成する。以上によって、図１に示す半導体装置１ａの主要な構成が製造される。
【００３６】
（第二の実施形態）
図２は、第二の実施形態に係る半導体装置の主要な構成の一例を断面的に示す図である。図２に示す第二の実施形態に係る半導体装置１ｂは、多層配線構造を有する。より具体的に、半導体装置１ｂは図２に示す構成を複数備え、半導体装置１ｂにおいて複数の当該構成は互いに積層される。
【００３７】
図２に示すように、半導体装置１ｂは、トレンチＴＲＡ、トレンチＴＲＢ、層間絶縁膜２、エッチングストップ層３、層間絶縁膜４Ａ、層間絶縁膜４Ｂ、インピーダンス調整層５、バリア層６１Ａ、バリア層６１Ｂ、シード層６２Ａ、シード層６２Ｂ、配線７Ａ、配線７Ｂ、キャップ層８Ａ、キャップ層８Ｂを備える。
【００３８】
トレンチＴＲＡは、層間絶縁膜４Ａに設けられている。トレンチＴＲＡ、層間絶縁膜４Ａの上には、キャップ層８Ａが設けられている。キャップ層８Ａは、基準面ＦＣＡの上に設けられている。基準面ＦＣＡは、説明の便宜上用いる仮想的な面であり、層間絶縁膜４Ａの表面ＳＡＡと、トレンチＴＲＡの開口ＯＰＡとを含む。
【００３９】
キャップ層８Ａの上に層間絶縁膜２が設けられ、層間絶縁膜２の上にインピーダンス調整層５が設けられ、インピーダンス調整層５の上にエッチングストップ層３が設けられ、エッチングストップ層３の上にトレンチＴＲＢ、層間絶縁膜４Ｂが設けられている。トレンチＴＲＢ、層間絶縁膜４Ｂの上には、キャップ層８が設けられている。トレンチＴＲＢは、エッチングストップ層３とキャップ層８Ｂとの間に配置されている。トレンチＴＲＡとトレンチＴＲＢとは、層間絶縁膜２を介して配置されており、トレンチＴＲＡとトレンチＴＲＢとの間には、層間絶縁膜２が設けられている。
【００４０】
トレンチＴＲＡの内側には、バリア層６１Ａ、シード層６２Ａ、配線７Ａが設けられている。トレンチＴＲＢの内側には、バリア層６１Ｂ、シード層６２Ｂ、配線７Ｂが設けられている。トレンチＴＲＡにおいて、トレンチＴＲＡの内面にバリア層６１Ａが設けられ、シード層６２Ａはバリア層６１Ａの上に設けられ、配線７Ａはシード層６２Ａの上に設けられ、配線７Ａの上にキャップ層８Ａが設けられている。トレンチＴＲＢにおいて、トレンチＴＲＢの内面にバリア層６１Ｂが設けられ、バリア層６１Ｂはエッチングストップ層３の上に設けられ、シード層６２Ｂはバリア層６１Ｂの上に設けられ、配線７Ｂはシード層６２Ｂの上に設けられている。配線７Ｂの上にキャップ層８Ｂが設けられている。配線７Ａと配線７Ｂとの間に、インピーダンス調整層５が設けられている。配線７Ａと層間絶縁膜４Ａとの間には、バリア層６１Ａ、シード層６２Ａが設けられている。配線７Ｂと層間絶縁膜４Ｂとの間には、バリア層６１Ｂ、シード層６２Ｂが設けられている。
【００４１】
層間絶縁膜４Ａには、図２に示す断面に交差する方向に延びるトレンチＴＲＡが設けられている。トレンチＴＲＡの側面は、層間絶縁膜４Ａの表面に含まれる。キャップ層８Ａは、トレンチＴＲＡ、層間絶縁膜４Ａと、層間絶縁膜２とに接している。層間絶縁膜２は、キャップ層８Ａとインピーダンス調整層５とに接している。インピーダンス調整層５は、エッチングストップ層３に接している。エッチングストップ層３は、トレンチＴＲＢ、層間絶縁膜４Ｂに接している。層間絶縁膜４Ｂには、図２に示す断面に交差する方向に延びるトレンチＴＲＢが設けられている。トレンチＴＲＢは、基準面ＦＣＢからエッチングストップ層３に至るまで延びている。基準面ＦＣＢは、説明の便宜上用いる仮想的な面であり、層間絶縁膜４Ｂの表面ＳＡＢと、トレンチＴＲＢの開口ＯＰＢとを含む。トレンチＴＲＢの底面は、エッチングストップ層３の表面に含まれる。トレンチＴＲＢの側面は、層間絶縁膜４Ｂの表面に含まれる。
【００４２】
インピーダンス調整層５は、層間絶縁膜２とエッチングストップ層３との間に設けられている。インピーダンス調整層５は、トレンチＴＲＡとトレンチＴＲＢとの間に設けられている。インピーダンス調整層５は、トレンチＴＲＡ内に設けられた配線７Ａと、トレンチＴＲＢ内に設けられた配線７Ｂとの間に配置されている。インピーダンス調整層５の膜厚は、略一定である。
【００４３】
バリア層６１Ａは、層間絶縁膜４Ａと配線７Ａとの間に設けられている。バリア層６１Ａは、トレンチＴＲＡ内において、基準面ＦＣＡからトレンチＴＲＡの側面に沿って延びている。バリア層６１Ａは、トレンチＴＲＡ内において、トレンチＴＲＡの表面を覆う。バリア層６１Ａは、トレンチＴＲＡ内において、層間絶縁膜４Ａに接している。バリア層６１Ａの膜厚は略一定であるが、一実施形態においてバリア層６１ＡはトレンチＴＲＡの表面にコンフォーマルに設けられる。
【００４４】
バリア層６１Ｂは、エッチングストップ層３、層間絶縁膜４Ｂと、配線７Ｂとの間に設けられている。バリア層６１Ｂは、トレンチＴＲＢ内において、基準面ＦＣＢからトレンチＴＲＢの側面に沿って延びている。バリア層６１Ｂは、トレンチＴＲＢ内において、トレンチＴＲＢの表面を覆う。バリア層６１Ｂは、トレンチＴＲＢ内において、エッチングストップ層３、層間絶縁膜４Ｂに接している。バリア層６１Ｂの膜厚は略一定であるが、一実施形態においてバリア層６１ＢはトレンチＴＲＢの表面にコンフォーマルに設けられる。
【００４５】
シード層６２Ａは、バリア層６１Ａの上に設けられている。シード層６２Ａは、トレンチＴＲＡ内において、基準面ＦＣＡからトレンチＴＲＡの側面に沿って延びている。シード層６２Ａは、トレンチＴＲＡ内において、バリア層６１Ａの表面を覆う。シード層６２Ａは、バリア層６１Ａに接している。シード層６２Ａの膜厚は、略一定である。
【００４６】
シード層６２Ｂは、バリア層６１Ｂの上に設けられている。シード層６２Ｂは、トレンチＴＲＢ内において、基準面ＦＣＢからトレンチＴＲＢの側面に沿って延びている。シード層６２Ｂは、トレンチＴＲＢ内において、バリア層６１Ｂの表面を覆う。シード層６２Ｂは、バリア層６１Ｂに接している。シード層６２Ｂの膜厚は、略一定である。
【００４７】
配線７Ａは、トレンチＴＲＡ内において基準面ＦＣＡとシード層６２Ａとによって画定される空間領域に充填されている。配線７Ａは、シード層６２Ａ、キャップ層８Ａに接している。配線７Ｂは、トレンチＴＲＢ内において基準面ＦＣとシード層６２Ｂとによって画定される空間領域に充填されている。配線７Ｂは、シード層６２Ｂ、キャップ層８Ｂに接している。
【００４８】
キャップ層８Ａは、基準面ＦＣＡにおいて、配線７Ａ、シード層６２Ａ、バリア層６１Ａ、層間絶縁膜４Ａに接している。キャップ層８Ａは、トレンチＴＲＡの開口ＯＰＡを覆っている。キャップ層８Ａの膜厚は、略一定である。
【００４９】
キャップ層８Ｂは、基準面ＦＣＢにおいて、配線７Ｂ、シード層６２Ｂ、バリア層６１Ｂ、層間絶縁膜４Ｂに接している。キャップ層８Ｂは、トレンチＴＲＢの開口ＯＰＢを覆っている。キャップ層８Ｂの膜厚は、略一定である。
【００５０】
層間絶縁膜２、層間絶縁膜４Ａ、層間絶縁膜４Ｂは、配線７Ａと配線７Ｂとを絶縁する機能を有する。インピーダンス調整層５は、配線７Ａと配線７Ｂの間のインピーダンスを調整する機能を有する。インピーダンス調整層５は、半導体装置１ｂの寄生容量の影響を抑制し、配線７Ａを伝播する信号および配線７Ｂを伝播する信号の遅延（ＲＣ遅延）を低減する。
【００５１】
層間絶縁膜４Ａの材料および層間絶縁膜４Ｂの材料は、一例としては、何れもＳｉＯ２、ＳｉＯＣＨを含む。インピーダンス調整層５の材料は、モット絶縁体（Mott-insulator）を含む。インピーダンス調整層５の材料は、モット絶縁体として、一例としては、ＶＯ２（二酸化バナジウム）を含む。キャップ層８Ａ、キャップ層８Ｂの材料は、一例としては、ＳｉＮを含む。
【００５２】
このように、インピーダンス調整層５は、エッチングストップ層３に接するように設けられている。なお、図２には、二つの配線、すなわち配線７Ａ、配線７Ｂが示されているが、半導体装置１ｂは、三つ以上の配線を備える場合がある。
【００５３】
第二の実施形態に係る半導体装置１ｂの製造方法の一例を概略的に説明する。第二の実施形態に係る半導体装置１ｂの製造には、第一の実施形態の場合と同様に、複数の成膜装置を備えるマルチチャンバタイプの成膜システムが用いられる。まず、プラズマＣＶＤ法によって層間絶縁膜４Ａを形成した後に、層間絶縁膜４Ａをエッチングすることによって、トレンチＴＲＡを形成する。トレンチＴＲＡの形成に引き続き、トレンチＴＲＡの内面（具体的には、トレンチＴＲＡ内における層間絶縁膜４Ａの表面等）にバリア層６１Ａを形成する。バリア層６１Ａの形成には、熱ＣＶＤ法、熱ＡＬＤ法、プラズマＣＶＤ法の何れかの方法が用いられる。バリア層６１Ａの形成に引き続き、スパッタリングによって、トレンチＴＲＡ内におけるバリア層６１Ａの表面にシード層６２Ａを形成する。シード層６２Ａの形成に引き続き、電界メッキまたは無電解メッキによって、シード層６２Ａと基準面ＦＣＡとによって画定されるトレンチＴＲＡ内の空間領域に配線７Ａを形成する。配線７Ａを形成する工程では、トレンチＴＲＡ内に配線７Ａの材料が充填された後にＣＭＰ法によって余分な材料が除去されることによって、配線７Ａの表面が基準面ＦＣＡに沿って平坦化される。
【００５４】
配線７Ａの形成に引き続き、プラズマＣＶＤ法によって、配線７Ａの上に（基準面ＦＣＡに対して）キャップ層８Ａを形成する。キャップ層８Ａの形成に引き続き、プラズマＣＶＤ法によって、キャップ層８Ａの上に層間絶縁膜２を形成した後に、スパッタリングによって、層間絶縁膜２の表面にインピーダンス調整層５を形成する。インピーダンス調整層５の材料がＶＯ２を含む場合、スパッタリングによって、金属バナジウムまたはバナジウム酸化物をターゲットの表面から飛散させる。ターゲットの表面から飛散した金属バナジウムまたはバナジウム酸化物は、層間絶縁膜２の表面に到達すると酸素ガスと反応する。これによって、バナジウム原子と酸素原子とが１：２の割合で規則的に並び、ＶＯ２が成長する。そして、層間絶縁膜２の表面にＶＯ２のインピーダンス調整層５が形成される。
【００５５】
インピーダンス調整層５の形成に引き続き、プラズマＣＶＤ法によって、インピーダンス調整層５の表面にエッチングストップ層３を形成する。エッチングストップ層３の形成に引き続き、プラズマＣＶＤ法によってエッチングストップ層３の表面に層間絶縁膜４Ｂを形成した後に、エッチングストップ層３に至るまで層間絶縁膜４Ｂをエッチングすることによって、トレンチＴＲＢを形成する。トレンチＴＲＢの形成に引き続き、トレンチＴＲＢの内面（具体的には、トレンチＴＲＢ内における層間絶縁膜４Ｂの表面およびトレンチＴＲＢ内におけるエッチングストップ層３の表面）にバリア層６１Ｂを形成する。バリア層６１Ｂの形成には、熱ＣＶＤ法、熱ＡＬＤ法、プラズマＣＶＤ法の何れかの方法が用いられる。バリア層６１Ｂの形成に引き続き、スパッタリングによって、トレンチＴＲＢ内におけるバリア層６１Ｂの表面にシード層６２Ｂを形成する。
【００５６】
シード層６２Ｂの形成に引き続き、電界メッキまたは無電解メッキによって、シード層６２Ｂと基準面ＦＣＢとによって画定されるトレンチＴＲＢ内の空間領域に配線７Ｂを形成する。配線７Ｂを形成する工程では、トレンチＴＲＢ内に配線７Ｂの材料が充填された後にＣＭＰ法によって余分な材料が除去されることによって、配線７Ｂの表面が基準面ＦＣＢに沿って平坦化される。配線７Ｂの形成に引き続き、プラズマＣＶＤ法によって、配線７Ｂの上に（基準面ＦＣＢに対して）キャップ層８Ｂを形成する。以上によって、図２に示す半導体装置１ｂの主要な構成が製造される。
【００５７】
（第三の実施形態）
図３は、第三の実施形態に係る半導体装置の主要な構成の一例を断面的に示す図である。図３に示す第三の実施形態に係る半導体装置１ｃの構成は、インピーダンス調整層５の配置場所を除き、図２に示す第二の実施形態に係る半導体装置１ｂの構成と同様である。図３に示す第三の実施形態に係る半導体装置１ｃは、多層配線構造を有する。より具体的に、半導体装置１ｃは図３に示す構成を複数備え、半導体装置１ｃにおいて複数の当該構成は互いに積層される。
【００５８】
図３に示すように、半導体装置１ｃのインピーダンス調整層５は、キャップ層８Ａと層間絶縁膜２との間に設けられている。インピーダンス調整層５は、トレンチＴＲＡとトレンチＴＲＢとの間に設けられている。インピーダンス調整層５は、トレンチＴＲＡ内に設けられた配線７Ａと、トレンチＴＲＢ内に設けられた配線７Ｂとの間に配置されている。層間絶縁膜２は、キャップ層８Ａ、インピーダンス調整層５に接している。インピーダンス調整層５は、エッチングストップ層３に接している。インピーダンス調整層５の膜厚は、略一定である。
【００５９】
このように、インピーダンス調整層５は、キャップ層８Ａに接するように設けられる。なお、図３には、二つの配線、すなわち配線７Ａ、配線７Ｂが示されているが、半導体装置１ｃは、三つ以上の配線を備える場合がある。
【００６０】
第三の実施形態に係る半導体装置１ｃの製造方法の一例を概略的に説明する。第三の実施形態に係る半導体装置１ｃの製造には、第一の実施形態の場合と同様に、複数の成膜装置を備えるマルチチャンバタイプの成膜システムが用いられる。まず、プラズマＣＶＤ法によって層間絶縁膜４Ａを形成した後に、層間絶縁膜４Ａをエッチングすることによって、トレンチＴＲＡを形成する。トレンチＴＲＡの形成に引き続き、トレンチＴＲＡの内面（具体的には、トレンチＴＲＡ内における層間絶縁膜４Ａの表面等）にバリア層６１Ａを形成する。バリア層６１Ａの形成には、熱ＣＶＤ法、熱ＡＬＤ法、プラズマＣＶＤ法の何れかの方法が用いられる。バリア層６１Ａの形成に引き続き、スパッタリングによって、トレンチＴＲＡ内におけるバリア層６１Ａの表面にシード層６２Ａを形成する。シード層６２Ａの形成に引き続き、電界メッキまたは無電解メッキによって、シード層６２Ａと基準面ＦＣＡとによって画定されるトレンチＴＲＡ内の空間領域に配線７Ａを形成する。配線７Ａを形成する工程では、トレンチＴＲＡ内に配線７Ａの材料が充填された後にＣＭＰ法によって余分な材料が除去されることによって、配線７Ａの表面が基準面ＦＣＡに沿って平坦化される。
【００６１】
配線７Ａの形成に引き続き、プラズマＣＶＤ法によって、配線７Ａの上に（基準面ＦＣＡに対して）キャップ層８Ａを形成する。キャップ層８Ａの形成に引き続き、スパッタリングによって、キャップ層８Ａの表面にインピーダンス調整層５を形成する。インピーダンス調整層５の材料がＶＯ２を含む場合、スパッタリングによって、金属バナジウムまたはバナジウム酸化物をターゲットの表面から飛散させる。ターゲットの表面から飛散した金属バナジウムまたはバナジウム酸化物は、キャップ層８Ａの表面に到達すると酸素ガスと反応する。これによって、バナジウム原子と酸素原子とが１：２の割合で規則的に並び、ＶＯ２が成長する。そして、キャップ層８Ａの表面にＶＯ２のインピーダンス調整層５が形成される。インピーダンス調整層５の形成に引き続き、プラズマＣＶＤ法によって、インピーダンス調整層５の上に層間絶縁膜２を形成する。
【００６２】
層間絶縁膜２の形成に引き続き、プラズマＣＶＤ法によって、層間絶縁膜２の表面にエッチングストップ層３を形成する。エッチングストップ層３の形成に引き続き、プラズマＣＶＤ法によってエッチングストップ層３の表面に層間絶縁膜４Ｂを形成した後に、エッチングストップ層３に至るまで層間絶縁膜４Ｂをエッチングすることによって、トレンチＴＲＢを形成する。トレンチＴＲＢの形成に引き続き、トレンチＴＲＢの内面（具体的には、トレンチＴＲＢ内における層間絶縁膜４Ｂの表面およびトレンチＴＲＢ内におけるエッチングストップ層３の表面）にバリア層６１Ｂを形成する。バリア層６１Ｂの形成には、熱ＣＶＤ法、熱ＡＬＤ法、プラズマＣＶＤ法の何れかの方法が用いられる。バリア層６１Ｂの形成に引き続き、スパッタリングによって、トレンチＴＲＢ内におけるバリア層６１Ｂの表面にシード層６２Ｂを形成する。
【００６３】
シード層６２Ｂの形成に引き続き、電界メッキまたは無電解メッキによって、シード層６２Ｂと基準面ＦＣＢとによって画定されるトレンチＴＲＢ内の空間領域に配線７Ｂを形成する。配線７Ｂを形成する工程では、トレンチＴＲＢ内に配線７Ｂの材料が充填された後にＣＭＰ法によって余分な材料が除去されることによって、配線７Ｂの表面が基準面ＦＣＢに沿って平坦化される。配線７Ｂの形成に引き続き、プラズマＣＶＤ法によって、配線７Ｂの上に（基準面ＦＣＢに対して）キャップ層８Ｂを形成する。以上によって、図３に示す半導体装置１ｃの主要な構成が製造される。
【００６４】
なお、第一の実施形態に係る半導体装置１ａ、第二の実施形態に係る半導体装置１ｂ、および、第三の実施形態に係る半導体装置１ｃは、何れも、ＣｕまたはＷの材料の配線（配線７Ａ、配線７Ｂ）が設けられた複数の層と複数のビア層とを備える多層配線構造（一例としては、配線が設けられた複数の層と複数のビア層とが交互に積層された構造）において用いられる場合がある。このような多層配線構造において、ＣｕまたはＷの材料の配線の配置および向き（縦方向、横方向）は、任意である。
【００６５】
以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。一例としては、第一の実施形態に係る半導体装置１ａに対して、更に、第二の実施形態および第三の実施形態のそれぞれの態様のインピーダンス調整層５を設けても良い。また、図１に示す半導体装置１ａの構成、図２に示す半導体装置１ｂの構成、図３に示す半導体装置１ｃの構成の何れか二つの構成または全ての構成を組み合わせ、そして互いに積層させて、半導体装置を製造することも可能である。また、インピーダンス調整層（インピーダンス調整層５，５ａ，５ｂ）の配置場所は、第一の実施形態、第二の実施形態、および第三の実施形態のそれぞれに示す場所に限らず、配線７Ａと配線７Ｂとの間であれば、半導体装置の他の場所（エッチングストップ層３、バリア層６１Ａ、バリア層６１Ｂ、キャップ層８、キャップ層８Ａ、キャップ層８Ｂとは独立した（接触しない）場所）に設けても、第一の実施形態等と同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【００６６】
１ａ…半導体装置、１ｂ…半導体装置、１ｃ…半導体装置、２…層間絶縁膜、３…エッチングストップ層、４…層間絶縁膜、４Ａ…層間絶縁膜、４Ｂ…層間絶縁膜、５…インピーダンス調整層、５Ａ…インピーダンス調整層、５Ｂ…インピーダンス調整層、６１Ａ…バリア層、６１Ｂ…バリア層、６２Ａ…シード層、６２Ｂ…シード層、７Ａ…配線、７Ｂ…配線、８…キャップ層、８Ａ…キャップ層、８Ｂ…キャップ層、ＦＣ…基準面、ＦＣＡ…基準面、ＦＣＢ…基準面、ＯＰＡ…開口、ＯＰＢ…開口、ＳＡＡ…表面、ＳＡＢ…表面、ＴＲＡ…トレンチ、ＴＲＢ…トレンチ。
【図１】
2019050235.tif 000003
【図２】
2019050235.tif 000004
【図３】
2019050235.tif 000005