(57)【要約】【課題】配線層間に絶縁物が堆積しない配線の形成方法を提供する。【解決手段】半導体装置１０は、第１絶縁体層１４と、第１絶縁体層１４上に間隔を空けて配置された複数の配線層１８ａ、１８ｂと、配線層１８ａ、１８ｂの側面上に形成された水素を吸蔵及び放出する水素吸蔵層１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅと、複数の配線層１８ａ、１８ｂ上に、配線層間の溝２０ｂ上を跨ぐように形成された第２絶縁体層２３と、を備えた配線を備える。【選択図】図１
2013080775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１絶縁体層と、
前記第１絶縁体層上に間隔を空けて配置された複数の配線層と、
前記配線層の側面上に形成された水素を吸蔵及び放出する水素吸蔵層と、
複数の前記配線層上に、前記配線層間の上を跨ぐように形成された第２絶縁体層と、
を備えた半導体装置。
【請求項２】
隣接する前記配線層間には空洞が配置される請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記水素吸蔵層は、Ｍｇ２Ｎｉを含む請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
第１絶縁体層上に、間隔を空けて複数の配線層を形成する工程と、
前記配線層の側面上に、水素を吸蔵及び放出する水素吸蔵層を形成する工程と、
前記水素吸蔵層に水素を吸蔵させる工程と、
前記水素吸蔵層から水素を放出させながら、複数の前記配線層上に、前記配線層間の上を跨ぐように第２絶縁体層を形成する工程と、
を備えた半導体装置の形成方法。
【請求項５】
前記第２絶縁体層を形成する工程では、
前記水素吸蔵層から水素を放出させることと同時か、又は、前記水素吸蔵層から水素を放出させることよりも後に、前記第２絶縁体層を形成するプロセスガスを前記配線層上に導入する請求項４に記載の半導体装置の形成方法。
【請求項６】
前記第２絶縁体層を形成する工程は、第１温度で行われ、
前記水素吸蔵層に水素を吸蔵させる工程は、前記第１温度よりも低い第２温度で行われ、
前記第２温度から前記第１温度に昇温する際には、前記第２絶縁体層を形成するプロセスガスを前記配線層上に導入しながら昇温する請求項４又は５に記載の半導体装置の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及び半導体装置の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置の微細化に伴って、配線幅が狭まるのと共に、配線と配線との間隔が狭くなっている。
【０００３】
このように配線と配線との間隔が狭くなると、配線間の寄生容量が増大するので、配線を伝わる信号の遅延を招くおそれがある。
【０００４】
そこで、配線間の寄生容量を低減するために、配線間に配置される絶縁体として誘電率の低い材料が用いられている。このような誘電率の低い材料は、いわゆるＬｏｗ−ｋ材料と呼ばれており、例えば比誘電率が２〜３程度のものが使用されている。
【０００５】
また、配線間の寄生容量を更に低減するために、配線間に空洞を設けて、実効誘電率を空気の比誘電率である１に近づけることも提案されている。
【０００６】
このような場合には、間隔を空けて配置された複数の配線上に、配線間の空洞である溝の上を跨ぐように絶縁体層が形成される。そして、絶縁体層を形成する際には、配線間の溝内に絶縁体が堆積しないように、段差被覆率の小さい条件で成膜される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−１０７１２０号公報
【特許文献２】特開２００４−６３７４９号公報
【特許文献３】特開平８−９７３７９号公報
【特許文献４】特開平１１−２９７８２７号公報
【特許文献５】特開２００１−２８３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、配線間の溝は長さが長いので、溝には絶縁体が堆積する部分が生じ得る。また、複数の配線間の溝それぞれに堆積する絶縁体の量は均等ではない。そのため、複数の配線それぞれに影響を与える寄生容量が一定ではないので、配線ごとの信号の遅延も一定ではなくなる。更に、配線間の溝内に堆積する絶縁体の量は、半導体装置ごとにも一定ではないので、信号の遅延の程度は半導体装置ごとにも異なる。
【０００９】
本明細書では、上述した問題を解決するために、配線層間に絶縁物が堆積しない配線を備えた半導体装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本明細書では、上述した問題を解決するために、配線層間に絶縁物が堆積しない半導体装置の形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本明細書に開示する半導体装置の一形態によれば、第１絶縁体層と、上記第１絶縁体層上に間隔を空けて配置された複数の配線層と、上記配線層の側面上に形成された水素を吸蔵及び放出する水素吸蔵層と、複数の上記配線層上に、上記配線層間の上を跨ぐように形成された第２絶縁体層と、を備える。
【００１２】
また、本明細書に開示する半導体装置の形成方法の一形態によれば、第１絶縁体層上に、間隔を空けて複数の配線層を形成する工程と、上記配線層の側面上に、水素を吸蔵及び放出する水素吸蔵層を形成する工程と、上記水素吸蔵層に水素を吸蔵させる工程と、上記水素吸蔵層から水素を放出させながら、複数の上記配線層上に、上記配線層間の上を跨ぐように第２絶縁体層を形成する工程と、を備える。
【発明の効果】
【００１３】
上述した本明細書に開示する配線を備えた半導体装置の一形態によれば、配線層間に絶縁物が堆積しない。
【００１４】
また、上述した本明細書に開示する半導体装置の形成方法の一形態によれば、配線層間に絶縁物が堆積しない。
【００１５】
本発明の目的及び効果は、特に請求項において指摘される構成要素及び組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるだろう。
【００１６】
前述の一般的な説明及び後述の詳細な説明の両方は、例示的及び説明的なものであり、特許請求の範囲に記載されている本発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本明細書に開示する配線を備えた半導体装置の一実施形態を示す図である。
【図２】本明細書に開示する配線を備えた半導体装置の製造方法の一実施形態の工程（その１）を示す図である。
【図３】本明細書に開示する配線を備えた半導体装置の製造方法の一実施形態の工程（その２）を示す図である。
【図４】本明細書に開示する配線を備えた半導体装置の製造方法の一実施形態の工程（その３）を示す図である。
【図５】本明細書に開示する配線を備えた半導体装置の製造方法の一実施形態の工程（その４）を示す図である。
【図６】本明細書に開示する配線を備えた半導体装置の製造方法の一実施形態の工程（その５）を示す図である。
【図７】本明細書に開示する配線を備えた半導体装置の製造方法の一実施形態の工程（その６）を示す図である。
【図８】本明細書に開示する配線を備えた半導体装置の製造方法の一実施形態の工程（その７）を示す図である。
【図９】本明細書に開示する配線を備えた半導体装置の製造方法の一実施形態の工程（その８）を示す図である。
【図１０】本明細書に開示する配線を備えた半導体装置の製造方法の一実施形態の工程（その９）を示す図である。
【図１１】本明細書に開示する配線を備えた半導体装置の製造方法の一実施形態の工程（その１０）を示す図である。
【図１２】本明細書に開示する配線を備えた半導体装置の製造方法の一実施形態の工程（その１１）を示す図である。
【図１３】本明細書に開示する配線を備えた半導体装置の製造方法の一実施形態の工程（その１２）を示す図である。
【図１４】本明細書に開示する配線を備えた半導体装置の製造方法の一実施形態の工程（その１３）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本明細書で開示する半導体装置の好ましい実施形態を、図を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。
【００１９】
図１は、本明細書に開示する配線を備えた半導体装置の一実施形態を示す図である。
【００２０】
半導体装置１０は、基板１１上に形成されたトランジスタ３０と、トランジスタ３０の上方に配置される２つの配線層１８ａ、１８ｂとを有する。配線層１８ａ、１８ｂは、トランジスタ３０を含む基板１１上に配置された回路素子に対して信号の伝達を行う。
【００２１】
基板１１には素子分離層１２によって画成された素子領域が形成されており、トランジスタ３０は、この素子領域に配置されている。
【００２２】
トランジスタ３０は、ゲート絶縁層３１と、ゲート絶縁層３１上に配置されるゲート電極３２と、ゲート電極３２の両側に配置される側壁３３ａ、３３ｂと、各側壁３３ａ、３３ｂの外側に配置されるソースドレイン領域３４ａ、３４ｂとを有する。
【００２３】
トランジスタ３０及び基板１１の上には、ＳｉＮ層１３が配置される。また、ＳｉＮ層１３上には、第１絶縁体層１４が配置される。
【００２４】
第１絶縁体層１４上には、２つの配線層１８ａ、１８ｂが間隔を空けて配置される。配線層１８ａ、１８ｂの底部及び側面には第１バリア層１７が配置される。配線層１８ａ、１８ｂの上には、第２バリア層２２が配置される。また、第１絶縁体層１４上には、配線層１８ａ、１８ｂと間隔を空けて、第２絶縁体層２１が配置される。第２絶縁体層２１と第１絶縁体層１４との間には、ＳｉＣ層１６が配置される。
【００２５】
配線１８ａと、トランジスタ３０のソースドレイン領域３４ａとは、コンタクト１５を介して電気的に接続する。
【００２６】
隣接する２つの配線層１８ａ、１８ｂの間には空洞である溝２０ｂが配置される。
【００２７】
また、配線層１８ａと、隣接する第２絶縁体層２１との間には、空洞である溝２０ａが配置される。同様に、配線層１８ｂと、隣接する第２絶縁体層２１との間には、空洞である溝２０ｃが配置される。溝２０ａ、２０ｂ、２０ｃと第１絶縁体層１４との間には、ＳｉＣ層１６が配置される。
【００２８】
配線１８ａ、１８ｂ及び溝２０ａ、２０ｂ、２０ｃ及び第２絶縁体層２１上には、第３絶縁体層２３が配置される。第３絶縁体層２３は、２つの配線層１８ａ、１８ｂ上に、配線層間の溝２０ｂの上を跨ぐように形成される。同様に、第３絶縁体層２３は、配線層１８ａと隣接する第２絶縁体層２１との間の溝２０ａの上を跨ぐように形成される。更に、第３絶縁体層２３は、配線層１８ｂと隣接する第２絶縁体層２１との間の溝２０ｃの上を跨ぐように形成される。
【００２９】
第３絶縁体層２３上には、図示しない他の配線層が配置されていても良い。
【００３０】
空洞である溝２０ａ、２０ｂ、２０ｃ内には、第３絶縁体層２３を形成する絶縁体又は第３絶縁体層２３を形成する際に生じる残渣等の物体が堆積していないことが好ましい。
【００３１】
また、溝２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、減圧された状態にあるか、又は、空気、水素、又は窒素等の低誘電率の気体によって満たされていることが好ましい。
【００３２】
減圧された状態にあるか又は上述した気体に満たされた溝２０ａ、２０ｂ、２０ｃの比誘電率は、１．５以下、特に１．３以下、更には１．１以下であることが、配線１８ａ、１８ｂに対する配線間の寄生容量を低減して、信号の遅延を防止する観点から好ましい。
【００３３】
配線層１８ａ、１８ｂの側面上には、水素を吸蔵及び放出する水素吸蔵層１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅが形成されている。
【００３４】
また、配線層１８ａに隣接する第２絶縁体層２１の側面上にも、水素を吸蔵及び放出する水素吸蔵層１９ａが形成されている。同様に、配線層１８ｂに隣接する第２絶縁体層２１の側面上にも、水素を吸蔵及び放出する水素吸蔵層１９ｆが形成されている。
【００３５】
溝２０ａは、対向する水素吸蔵層１９ａと水素吸蔵層１９ｂとに挟まれている。同様に、溝２０ｂは、対向する水素吸蔵層１９ｃと水素吸蔵層１９ｄとに挟まれている。溝２０ｃは、対向する水素吸蔵層１９ｅと水素吸蔵層１９ｆとに挟まれている。
【００３６】
詳しくは後述するが、第３絶縁体層２３を形成する際に、水素吸蔵層１９ａ〜１９ｆが溝２０ａ、２０ｂ、２０ｃ内に水素を放出することによって、溝２０ａ、２０ｂ、２０ｃ内に、第３絶縁体層２３を形成する絶縁体又は残渣等が堆積することが防止される。
【００３７】
水素吸蔵層１９ａ、１９ｂの水素の吸蔵量は、第３絶縁体層２３を形成するプロセスガスが溝２０ａに侵入することを防止する量であることが好ましい。同様に、水素吸蔵層１９ｃ、１９ｄの水素の吸蔵量は、第３絶縁体層２３を形成するプロセスガスが溝２０ｂに侵入することを防止する量であることが好ましい。水素吸蔵層１９ｅ、１９ｆの水素の吸蔵量は、第３絶縁体層２３を形成するプロセスガスが溝２０ｃに侵入することを防止する量であることが好ましい。
【００３８】
また、水素吸蔵層１９ａ〜１９ｆの水素を放出する温度は、第３絶縁体層２３を形成する工程の温度と重なっていることが好ましい。
【００３９】
水素吸蔵層１９ａ〜１９ｆを形成する材料としては、上述した観点から適宜選択されることが好ましい。例えば、水素吸蔵層の形成材料としては、ＡＢ５，ＡＢ２，ＡＢ，Ａ２Ｂ型の各種の合金を用いることができる。ＡＢ５型としては、ＬａＮｉ５，ＬａＮｉ４．６Ａｌ０．４，ＭｍＮｉ５，ＭｍＮｉ４．５Ｍｎ０．５，ＭｍＮｉ４．５Ａｌ０．５，ＭｍＮｉ２．５Ｃｏ２．５，ＭｍＮｉ４．５Ｃｒ０．５，Ｍｍ０．５Ｃａ０．５Ｎｉ５，ＣａＮｉ５が挙げられる。ＡＢ２型としては、ＴｉＭｎ１．５，ＴｉＣｒ１．８，ＺｒＭｎ２，ＺｒＶ２が挙げられる。ＡＢ型としては、ＴｉＦｅ，ＴｉＦｅ０．８Ｍｎ０．２が挙げられる。Ａ２Ｂ型としては、Ｍｇ２Ｎｉが挙げられる。また、水素吸蔵層の形成材料として、Ｔｉ０．４３５Ｖ０．４９Ｆｅ０．０７５を用いても良い。
【００４０】
上述した形成材料の中では、Ｍｇ２Ｎｉの水素吸蔵量は３．６質量％と多く、且つ、水素放出開始温度は、０．１ＭＰａ下で２５３℃であり、第３絶縁体層２３を形成する工程の温度に近いことから、Ｍｇ２Ｎｉは、水素吸蔵層の材料として特に好ましい。
【００４１】
本実施形態の半導体装置が備える配線の構造は、例えば、配線間隔の狭いビット配線に適用されることが好ましい。
【００４２】
次に、上述した配線を備えた半導体装置の製造方法の好ましい一実施形態を、図を参照して以下に説明する。
【００４３】
まず、図２に示すように、トランジスタ３０と第１絶縁体層１４とＳｉＣ層１６とが形成された基板１１が形成される。
【００４４】
次に、図３に示すように、ＳｉＣ層１６上に、第２絶縁体層２１が形成される。第２絶縁体層２１の形成方法としては、例えば、化学気相成長（ＣＶＤ）法又は物理気相成長（ＰＶＤ）法を用いることができる。第２絶縁体層２１の形成材料としては、例えば、酸化ケイ素を用いることができる。
【００４５】
次に、図４に示すように、配線１８ａ、１８ｂが形成される部分の第２絶縁体層２１及びＳｉＣ層１６の部分がエッチングにより取り除かれて、溝４０ａ、４０ｂが形成される。溝４０ａの底には、第１絶縁体層１４及びコンタクト１５が露出する。溝４０ｂの底には、第１絶縁体層１４が露出する。
【００４６】
エッチングとしては、ドライエッチングを用いることが好ましい。本実施形態では、プラズマエッチングを用いた。具体的には、圧力１０．７Ｐａ（８０ｍＴｏｒｒ）、ＲＦ出力として２７ＭＨｚ：５００Ｗ／２ＭＨｚ：５００Ｗ、プロセスガスとして、Ａｒ：２００ｓｃｃｍ、Ｏ２：５ｓｃｃｍ、ＣＦ４：６０ｓｃｃｍ、ＣＨＦ３：１５ｓｃｃｍを用いた。
【００４７】
次に、図５に示すように、第２絶縁体層２１上及び溝４０ａ、４０ｂ内に、第１バリア層１７が形成される。第１バリア層１７は、配線１８ａ、１８ｂを形成する導電体が拡散することを防止する。第１バリア層１７の形成材料としては、例えば、ＴａＮを用いることができる。また、第１バリア層１７の形成方法としては、例えば、スパッタリング法を用いることができる。本実施形態では、具体的には、圧力３３．３Ｐａ（２５０ｍＴｏｒｒ）、スパッタリング直流電力１５ｋＷ、プロセスガスとして、Ｎ２：２５ｓｃｃｍ、Ａｒ：１０ｓｃｃｍを用いた。
【００４８】
次に、図６に示すように、第１バリア１７層が形成された溝４０ａ、４０ｂ内に導電体層４１が埋め込まれる。導電体層４１の形成方法としては、電解メッキ法を用いることができる。本実施形態では、銅濃度４０ｇ／Ｌ、硫酸濃度１０ｇ／Ｌの硫酸銅水溶液を用いて、第１バリア層１７に６Ａの電流を流し、９７０ｎｍの厚さの銅からなる導電体層４１が形成された。
【００４９】
次に、図７に示すように、化学機械研磨法を用いて、第２絶縁体層２１が露出するまで、余分な導電体層４１及び第１バリア層１７の部分を研磨して、２つの配線層１８ａ、１８ｂが形成される。このようにして、第２絶縁体層１４上に、間隔を空けて２つの配線層１８ａ、１８ｂが形成される。
【００５０】
次に、図８に示すように、配線層１８ａ、１８ｂ及び第２絶縁体層２１上に第２バリア層２２が形成される。第２バリア層２２の形成方法としては、例えば、化学気相成長法又は物理気相成長法を用いることができる。第２バリア層２２の形成材料としては、例えば、ＳｉＣを用いることができる。本実施形態では、プラズマＣＶＤ法を用いた。具体的には、圧力５２０Ｐａ（３．９Ｔｏｒｒ）、ＲＦ出力として９６０Ｗ２７ＭＨｚ：１０４０Ｗ／２ＭＨｚ：、プロセスガスとして、テトラメチルシラン：１３００ｓｃｃｍ、ＮＨ３：４６００ｓｃｃｍ、Ｎ２：３０００ｓｃｃｍを用いて、厚さ５０ｎｍのＳｉＣからなる第２バリア層が形成された。
【００５１】
次に、図９に示すように、溝２０ａ、２０ｂ、２０ｃが形成される第２バリア層２２の部分がエッチングにより取り除かれる。エッチングとしては、ドライエッチングを用いることが好ましい。本実施形態では、プラズマエッチングを用いた。具体的には、圧力１６．０Ｐａ（１２０ｍＴｏｒｒ）、ＲＦ出力として２７ＭＨｚ：６００Ｗ、プロセスガスとして、Ａｒ：２００ｓｃｃｍ、Ｏ２：２０ｓｃｃｍ、ＣＦ４：４０ｓｃｃｍ、ＣＨ２Ｆ２：１２ｓｃｃｍを用いた。
【００５２】
次に、図１０に示すように、溝２０ａ、２０ｂ、２０ｃが形成される第２絶縁体層２１の部分がエッチングにより取り除かれて、ＳｉＣ層１６が露出する。エッチングとしては、ドライエッチングを用いることが好ましい。本実施形態では、プラズマエッチングを用いた。具体的には、圧力１０．７Ｐａ（８０ｍＴｏｒｒ）、ＲＦ出力として２７ＭＨｚ：５００Ｗ／２ＭＨｚ：５００Ｗ、プロセスガスとして、Ａｒ：２００ｓｃｃｍ、Ｏ２：５ｓｃｃｍ、ＣＦ４：６０ｓｃｃｍ、ＣＨＦ３：１５ｓｃｃｍを用いた。
【００５３】
次に、図１１に示すように、水素吸蔵層１９が、溝２０ａ、２０ｂ、２０ｃ内及び第２バリア層２２上に形成される。各溝２０ａ、２０ｂ、２０ｃの側面上に水素吸蔵層１９が均等に形成されるように、等方性を有する方法を用いて、水素吸蔵層１９が形成されることが好ましい。
【００５４】
水素吸蔵層１９の厚さは、溝内に十分な水素を放出して第３絶縁体層２３を形成するプロセスガスの溝内への侵入を防止する観点から、５ｎｍ以上、特に１０ｎｍ以上、更には３０ｎｍ以上であることが好ましい。
【００５５】
一方、水素吸蔵層１９から放出される水素の量が多いと、第３絶縁体層を形成するプロセスガスが配線層１８ａ、１８ｂの上に拡散することが妨げられて、第３絶縁層を形成することが阻害される。また、水素吸蔵層１９の厚さが厚いと、配線間の実効誘電率が増加して配線間の寄生容量が増加する。このような観点から、水素吸蔵層１９の厚さは、３０ｎｍ以下、特に２５ｎｍ以下、更には２０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００５６】
水素吸蔵層１９の形成方法としては、各種公知の方法を用いることができる。特に、低温・低損傷で緻密平滑な水素吸蔵層を形成する観点から、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ、電子サイクロトロン共鳴）プラズマスパッタリング法を用いることが好ましい。
【００５７】
本実施形態では、ＥＣＲプラズマスパッタリング法を用いて、Ｍｇ２Ｎｉを形成材料として、水素吸蔵層１９が形成された。具体的には、Ｍｇ２Ｎｉをターゲットとして、圧力０．０１Ｐａ、イオンビーム加速電圧：１．５ｋＶ、イオンビーム電流：９ｍＡ、時間：７０秒を用いて、厚さ１０ｎｍの水素吸蔵層１９が形成された。
【００５８】
次に、図１２に示すように、第２バリア層２２及びＳｉＣ層１６上の水素吸蔵層１９の部分がエッチングにより取り除かれて、溝２０ａ、２０ｂ、２０ｃの底にＳｉＣ層１６が露出する。このエッチングにより、配線溝１８ａ、１８ｂの両側面上に、水素吸蔵層１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅが形成される。また、配線溝１８ａに隣接する第２絶縁体層２１の側面上に、水素吸蔵層１９ａが形成される。更に、配線溝１８ｂに隣接する第２絶縁体層２１の側面上に、水素吸蔵層１９ｆが形成される。
【００５９】
このエッチングでは、配線溝１８ａ、１８ｂ及び第２絶縁体層２１の側面上の水素吸蔵層が取り除かれないように、異方性の高い方法を用いることが好ましい。また、このエッチングは、水素吸蔵層の水素の吸蔵又は放出する働きを阻害するような化学的な反応の低い方法を用いることが好ましい。
【００６０】
本実施形態では、このエッチングとして、スパッタイオンビームエッチング法を用いた。具体的には、圧力：０．０３Ｐａ、イオンビーム電圧：５００Ｖ、イオンビーム電流：３５ｍＡ、プロセスガスとして、Ａｒ：８ｓｃｃｍ、時間：６０秒を用いた。
【００６１】
次に、図１３に示すように、水素吸蔵層１９ａ〜１９ｆに水素を吸蔵させる。水素吸蔵層に水素を吸蔵させるには、低温且つ高圧であることが好ましい。
【００６２】
本実施形態では、水素１００％の雰囲気において、室温で、水素吸蔵層に水素を吸蔵させることとした。これは、室温が、温調装置による温度制御が不要であって、工程で得られる低い温度であるためである。
【００６３】
また、水素の吸蔵時に大気圧よりも高圧にしても、その後、第３絶縁体層を形成する間に圧力が下がると、高圧にしたことによって吸蔵した水素の部分は放出されてしまうので、大気圧で水素を吸蔵させることとした。
【００６４】
水素を水素吸蔵層に吸蔵させる時間は、水素吸蔵層に十分に水素を吸蔵させる観点から、１２０秒以上であることが好ましい。一方、半導体装置の製造におけるタクトタイムを低減する観点から、水素を吸蔵させる時間は、３００秒以下であることが好ましい。
【００６５】
次に、図１４に示すように、水素吸蔵層１９ａ〜１９ｆから水素を放出させながら、２つの配線層１８ａ、１８ｂ上に、配線層間の溝２０ｂ上を跨ぐように第３絶縁体層２３が形成される。
【００６６】
配線層１８ａ、１８ｂ上には、第３絶縁体層２３を形成するプロセスガス４２が拡散して吸着する。一方、溝２０ｂでは、対向する一対の水素吸蔵層１９ｃ、１９ｄから水素が放出される。従って、溝２０ｂ内は、放出された水素により圧力が高まるので、プロセスガス４２が、溝２０ｂ内に侵入することが防止される。溝２０ａ、２０ｃにおいても、同様に、水素吸蔵層からの水素の放出によりプロセスガス４２の侵入が防止される。
【００６７】
また、本実施形態では、第３絶縁体層２３を形成する工程を、大気圧で行うこととした。大気圧である溝２０ａ、２０ｂ、２０ｃ内に水素吸蔵層から水素が放出されれば、溝２０ａ、２０ｂ、２０ｃ内の圧力は、速やかに大気圧よりも高くなる。一方、配線層１８ａ、１８ｂ上に拡散してくるプロセスガス４２は、大気圧の圧力下にあるので、プロセスガス４２が溝２０ａ、２０ｂ、２０ｃ内へ拡散することが確実に防止される。
【００６８】
プロセスガス４２を配線層１８ａ、１８ｂ上に導入するタイミングは、水素吸蔵層から水素を放出させることと同時か、又は、水素吸蔵層から水素を放出させることよりも後にすることが好ましい。このようにプロセスガス４２の導入のタイミングをとることにより、プロセスガス４２が溝２０ａ、２０ｂ、２０ｃ内へ拡散することが、一層確実に防止される。
【００６９】
第３絶縁体層２３を形成する工程の温度（以下、第１温度ともいう）は、水素吸蔵層に水素を吸蔵させる工程の温度（以下、第２温度ともいう）よりも高い温度で行われることが好ましい。そして、第２温度から第１温度に昇温する際には、第３絶縁体層２３を形成するプロセスガス４２を配線層１８ａ、１８ｂ上に導入しながら昇温することが好ましい。本実施形態では、第２温度は室温であり、第１温度は、後述するように２５０〜４００℃とした。
【００７０】
水素吸蔵層１９ａ〜１９ｆは、水素の放出開始温度にもよるが、第２温度から第１温度に昇温されるのと共に、水素の放出を開始又は増加する。また、第３絶縁体層２３の形成は、プロセスガス４２が導入されていれば、第１温度よりも低い温度から開始される場合がある。そこで、本実施形態では、水素吸蔵層から放出される水素を有効に利用する観点から、第２温度から第１温度に昇温する際には、第３絶縁体層２３を形成するプロセスガス４２を配線層１８ａ、１８ｂ上に導入しながら昇温することとした。このようにして、水素吸蔵層からの水素の放出時間と、第３絶縁体層２３の形成時間とが、出来るだけ重なるようにした。
【００７１】
水素吸蔵層の水素の放出量は、高温且つ低圧である程多くなる。そこで、プロセスガス４２が溝２０ａ、２０ｂ、２０ｃ内へ拡散すること防止する観点から、第３絶縁体層２３を形成する工程の温度及び圧力は、第３絶縁体層２３の形成する製造条件の範囲内で、水素吸蔵層からの水素の放出量が多くなるように、高温且つ低圧であることが好ましい。
【００７２】
また、溝２０ａ、２０ｂ、２０ｃ内の水素吸蔵層１９ａ〜１９ｆ上には、第３絶縁体層２３を形成する絶縁体が堆積しないような第３絶縁体層２３の成膜条件を用いることが好ましい。
【００７３】
具体的には、第３絶縁体層２３を形成する工程では、水素吸蔵層上（溝２０ａ、２０ｂ、２０ｃの内壁）に形成される第３絶縁体層の厚さａと、配線層１８ａ、１８ｂ上に形成される第３絶縁体層２３の厚さｂとの比ａ／ｂが、０．１以下、特に０．０５以下となるように、第３絶縁体層２３が形成されることが好ましい。ここで、水素吸蔵層上に形成される第３絶縁体層は、第３絶縁体層２３を形成する絶縁体又は第３絶縁体層２３を形成する際に生じる他の反応生成物を含む意味である。このように、比ａ／ｂを小さくする第３絶縁体層２３を形成するための、プロセスガスの種類、流量、温度条件等としては、各種の公知の方法を用いることができる。
【００７４】
本実施形態では、第３絶縁体層２３を形成する製造条件として、ＣＶＤ法を用いた。具体的には、圧力：０．１ＭＰａ、基板温度：２５０〜４００℃（平均３２５℃）、プロセスガスとして、Ｏ３：６ｓｃｃｍ、テトラエトキシシラン：６ｓｃｃｍ、Ｎ２：５００ｓｃｃｍ、時間：１３８秒を用いて、厚さ３００ｎｍの酸化ケイ素からなる第３絶縁体層２３が形成された。
【００７５】
上述したように、本実施形態では、水素吸蔵層の形成材料としてＭｇ２Ｎｉを用いた。Ｍｇ２Ｎｉの水素放出の開始温度は、０．１ＭＰａ下で２５３℃であり、水素を放出する温度と、第３絶縁体層２３を形成する工程の温度とが重なっている。
【００７６】
水素吸蔵層から放出される水素は還元作用を有する。従って、上述したテトラエトキシシランが酸化して酸化ケイ素が合成される酸化反応を抑制する働きも有するので、溝２０ａ、２０ｂ、２０ｃ内で酸化物が形成することが一層防止される。
【００７７】
このようにして、配線層１８ａ、１８ｂ上に、配線層間の上を跨ぐように、第３絶縁体層２３が形成されて、図１に示す半導体装置が得られる。また、第３絶縁体層２３は、配線１８ａと、隣接する第２絶縁体層２１との間の溝２０ａの上を跨ぐように形成される。また、第３絶縁体層２３は、配線１８ｂと、隣接する第２絶縁体層２１との間の溝２０ｃの上を跨ぐように形成される。
【００７８】
溝２０ａ、２０ｂ、２０ｃの内部は、その後の工程にもよるが、減圧された状態にあるか、又は、空気、水素、又は窒素等の低誘電率の気体によって満たされることが好ましい。真空、空気、水素、又は窒素の比誘電率は、略１であるので、配線間の寄生容量は小さいものになる。
【００７９】
上述した本実施形態の配線の形成方法によれば、配線間の溝に絶縁物又は他の反応生成物が堆積することが防止される。
【００８０】
また、上述した本実施形態の配線を備えた半導体装置によれば、配線間の溝に絶縁物又は他の反応生成物が堆積することが防止される。従って、配線間の寄生容量が低いので、配線を伝わる信号の遅延が防止される。また、配線間の溝に絶縁物又は他の反応生成物が堆積することが防止されるので、複数の配線それぞれに対する配線間の寄生容量が均一になるため、各配線の信号の遅延が等しくなるため、信号の伝送特性が向上する。
【００８１】
更に、水素吸蔵層による溝内への水素の放出により、第３絶縁層２３が溝２０ａ、２０ｂ、２０ｃ内に垂れ下がることが防止されるので、第３絶縁層２３の平坦度が向上する。
【００８２】
本発明では、上述した実施形態の配線及び配線の形成方法は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。また、一の実施形態が有する構成要件は、他の実施形態にも適宜適用することができる。
【００８３】
例えば、上述した実施形態では、半導体装置は、２つの配線層を有していたが、配線層の数は、適宜設定され得る。
【００８４】
また、上述した半導体装置の製造方法は一例であり、例えば、他の製造条件を用いても良い。
【００８５】
ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、読者が、発明者によって寄与された発明及び概念を技術を深めて理解することを助けるための教育的な目的を意図する。ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、そのような具体的に述べられた例及び条件に限定されることなく解釈されるべきである。また、明細書のそのような例示の機構は、本発明の優越性及び劣等性を示すこととは関係しない。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、その様々な変更、置き換え又は修正が本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り行われ得ることが理解されるべきである。
【００８６】
以上の上述した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００８７】
（付記１）
第１絶縁体層と、
前記第１絶縁体層上に間隔を空けて配置された複数の配線層と、
前記配線層の側面上に形成された水素を吸蔵及び放出する水素吸蔵層と、
複数の前記配線層上に、前記配線層間の上を跨ぐように形成された第２絶縁体層と、
を備えた半導体装置。
【００８８】
（付記２）
隣接する前記配線層間には空洞が配置される付記１に記載の半導体装置。
【００８９】
（付記３）
前記水素吸蔵層は、Ｍｇ２Ｎｉを含む付記１又は２に記載の半導体装置。
【００９０】
（付記４）
前記水素吸蔵層）の厚さは、５〜３０ｎｍの範囲にある付記１〜３の何れか一項に記載の半導体装置。
【００９１】
（付記５）
第１絶縁体層上に、間隔を空けて複数の配線層を形成する工程と、
前記配線層の側面上に、水素を吸蔵及び放出する水素吸蔵層を形成する工程と、
前記水素吸蔵層に水素を吸蔵させる工程と、
前記水素吸蔵層から水素を放出させながら、複数の前記配線層上に、前記配線層間の上を跨ぐように第２絶縁体層を形成する工程と、
を有する半導体装置の形成方法。
【００９２】
（付記６）
前記第２絶縁体層を形成する工程では、
前記水素吸蔵層から水素を放出させることと同時か、又は、前記水素吸蔵層から水素を放出させることよりも後に、前記第２絶縁体層を形成するプロセスガスを前記配線層に導入する付記５に記載の半導体装置の形成方法。
【００９３】
（付記７）
前記第２絶縁体層を形成する工程は、第１温度で行われ、
前記水素吸蔵層に水素を吸蔵させる工程は、前記第１温度よりも低い第２温度で行われ、
前記第２温度から前記第１温度に昇温する際には、前記第２絶縁体層を形成するプロセスガスを前記配線層上に導入しながら昇温する付記５又は６に記載の半導体装置の形成方法。
【００９４】
（付記８）
前記水素吸蔵層に水素を吸蔵させる工程は、室温で行う付記５〜７の何れか一項に記載の半導体装置の形成方法。
【００９５】
（付記９）
前記第２絶縁体層を形成する工程は、大気圧で行う付記５〜８の何れか一項に記載の半導体装置の形成方法。
【００９６】
（付記１０）
前記第２絶縁体層を形成する工程では、前記水素吸蔵層上に形成される前記第２絶縁体層の厚さａと、前記配線層上に形成される前記第２絶縁体層の厚さｂとの比ａ／ｂが、０．０５以下となるように、前記第２絶縁体層を形成する付記５〜９の何れか一項に記載の半導体装置の形成方法。
【符号の説明】
【００９７】
１０    半導体装置
１１    基板
１２    素子分離層
１３    ＳｉＮ層
１４    第１絶縁体層
１５    コンタクト
１６    ＳｉＣ層
１７    第１バリア層
１８ａ、１８ｂ    配線層
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ、１９ｆ    水素吸蔵層
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ    溝
２１    第２絶縁体層
２２    第２バリア層
２３    第３絶縁体層
３０    トランジスタ
３１    ゲート絶縁層
３２    ゲート電極
３３ａ、３３ｂ    側壁
３４ａ、３４ｂ    ソースドレイン領域
４０ａ、４０ｂ    溝
４１    導電体層
４２    プロセスガス
【図１】
2013080775.tif 000003
【図２】
2013080775.tif 000004
【図３】
2013080775.tif 000005
【図４】
2013080775.tif 000006
【図５】
2013080775.tif 000007
【図６】
2013080775.tif 000008
【図７】
2013080775.tif 000009
【図８】
2013080775.tif 000010
【図９】
2013080775.tif 000011
【図１０】
2013080775.tif 000012
【図１１】
2013080775.tif 000013
【図１２】
2013080775.tif 000014
【図１３】
2013080775.tif 000015
【図１４】
2013080775.tif 000016