特許 7594488 アイソレータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-26

(45)【発行日】2024-12-04

(54)【発明の名称】アイソレータ

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/768 20060101AFI20241127BHJP

   H01L 23/532 20060101ALI20241127BHJP

   H01F 17/00 20060101ALI20241127BHJP

   H01F 19/04 20060101ALI20241127BHJP

   H01L 21/318 20060101ALI20241127BHJP

   H01L 21/822 20060101ALI20241127BHJP

   H01L 27/04 20060101ALI20241127BHJP

【ＦＩ】

H01L21/90 M

H01F17/00 B

H01F19/04 Z

H01L21/318 C

H01L21/90 K

H01L27/04 L

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021070841

(22)【出願日】2021-04-20

(65)【公開番号】P2022165493

(43)【公開日】2022-11-01

【審査請求日】2023-09-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317011920

【氏名又は名称】東芝デバイス＆ストレージ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004026

【氏名又は名称】弁理士法人ｉＸ

(72)【発明者】

【氏名】山田 雅基

【審査官】早川 朋一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１５０２４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０２８４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１１９８７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１５０５７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２７／０４

Ｈ０１Ｌ ２１／３１８

Ｈ０１Ｌ ２１／３２０５－２１／３２１５

Ｈ０１Ｌ ２１／７６８

Ｈ０１Ｌ ２３／５２

Ｈ０１Ｌ ２３／５２２－２３／５３２

Ｈ０１Ｆ １７／００

Ｈ０１Ｆ １９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１導体と、
前記第１導体に対向する第２導体と、
前記第１導体と前記第２導体との間に設けられ、シリコンと、酸素と、窒素と、を含む第１絶縁膜と、
前記第１導体と前記第１絶縁膜との間に設けられ、シリコンと、酸素と、を含み、前記第１絶縁膜の前記窒素の組成比よりも小さい組成比の窒素をさらに含むか、もしくは、窒素を含まない第２絶縁膜であって、前記第１導体から前記第２導体に向かう第１方向において、前記第１絶縁膜は、前記第２導体と前記第２絶縁膜との間において第１膜厚を有し、前記第２絶縁膜は、前記第１膜厚よりも薄い前記第１方向の第２膜厚を有するように設けられる第２絶縁膜と、
前記第１導体と前記第２絶縁膜との間に設けられ、前記第１膜厚よりも薄い前記第１方向の第３膜厚を有し、前記第１絶縁膜の組成および前記第２絶縁膜の組成とは異なる組成を有する第３絶縁膜と、
前記第２導体を覆う第６絶縁膜であって、前記第２導体は、前記第１絶縁膜と前記第６絶縁膜との間に設けられる、第６絶縁膜と、
第１絶縁膜と前記第６絶縁膜との間に設けられ、前記第１絶縁膜とは異なる材料を含む第１中間絶縁膜と、
前記第１中間絶縁膜と前記第６絶縁膜との間に設けられ、前記第１中間絶縁膜とは異なる材料を含む第２中間絶縁膜と、
を備え、
前記第２導体は、前記第１および第２中間絶縁膜中に設けられ、
前記第１導体と前記第２導体との間の距離は、前記第１導体と前記第１中間絶縁膜との間の距離よりも短い、アイソレータ。

【請求項2】

前記第２絶縁膜は、前記第１絶縁膜の比誘電率よりも小さい比誘電率を有する請求項１記載のアイソレータ。

【請求項3】

前記第３絶縁膜は、シリコンと、窒素と、を含み、
前記第３絶縁膜は、酸素を含まないか、もしくは、酸素を含む場合には、前記第３絶縁膜における窒素の組成比は、前記第１絶縁膜の前記窒素の組成比よりも大きい請求項１または２記載のアイソレータ。

【請求項4】

前記第３絶縁膜は、前記第１絶縁膜の比誘電率および前記第２絶縁膜の比誘電率よりも大きい比誘電率を有する請求項１～３のいずれか１つに記載のアイソレータ。

【請求項5】

前記第１方向において、前記第１導体および前記第２導体に並ぶ基板と、
前記基板と前記第１導体との間に設けられた第４絶縁膜と、
をさらに備え、
前記第１導体は、前記基板と前記第２導体との間に設けられる請求項１～４のいずれか１つに記載のアイソレータ。

【請求項6】

前記第３絶縁膜と前記第４絶縁膜との間に設けられた第５絶縁膜をさらに備え、
前記第１導体は、前記第５絶縁膜中に設けられる請求項５記載のアイソレータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

実施形態は、アイソレータに関する。

【背景技術】

【0002】

磁気結合された２つのコイル間において信号を伝達するアイソレータがある。このようなアイソレータでは、例えば、２つのコイル間に厚い絶縁膜を設け、所望の絶縁耐圧を維持しながら、コイル間の絶縁破壊を防ぐことが望ましい。しかしながら、絶縁膜を厚くするとその内部応力が大きくなり、絶縁膜が形成されたウェーハに反りを発生させる。このため、アイソレータの製造プロセスに支障をきたす場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１２－１３４５４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

実施形態は、２つの導体と、その間に設けられる絶縁膜と、を含む構造体の応力を低減できるアイソレータを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態に係るアイソレータは、第１導体と、前記第１導体に対向する第２導体と、第１から第３絶縁膜と、を備える。前記第１絶縁膜は、前記第１導体と前記第２導体との間に設けられ、シリコンと、酸素と、窒素と、を含む。前記第２絶縁膜は、前記第１導体と前記第１絶縁膜との間に設けられ、シリコンと、酸素と、を含み、前記第１絶縁膜の前記窒素の組成比よりも小さい組成比の窒素をさらに含むか、もしくは、窒素を含まない。前記第１絶縁膜は、前記第１導体から前記第２導体に向かう第１方向において、前記第２導体と前記第２絶縁膜との間の第１膜厚を有し、前記第２絶縁膜は、前記第１膜厚よりも薄い前記第１方向の第２膜厚を有する。前記第３絶縁膜は、前記第１導体と前記第２絶縁膜との間に設けられ、前記第１膜厚よりも薄い前記第１方向の第３膜厚を有し、前記第１絶縁膜の組成および前記第２絶縁膜の組成とは異なる組成を有する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】実施形態に係るアイソレータを表す模式断面図である。

【図2】実施形態に係るアイソレータを表す模式平面図である。

【図3】第１実施形態に係るアイソレータの製造過程を表す模式断面図である。

【図4】図３に続く製造過程を表す模式断面図である。

【図5】実施形態の変形例に係るアイソレータを表す模式断面図である。

【図6】実施形態の別の変形例に係るアイソレータを表す模式断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。

【0008】

以下の説明では、ＸＹＺ直交座標系を用いて、各構成要素の配置を説明する場合がある。Ｚ軸方向をＺ方向、Ｚ方向に対して垂直であり、相互に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とする。また、Ｚ方向を「上」、その反対方向を「下」と言及する場合がある。これらの方向は、各要素の相対的な位置関係を表し、例えば、上下は重力方向に限定される訳ではない。

【0009】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るアイソレータ１００を表す模式断面図である。実施形態は、例えば、デジタルアイソレータ、ガルバニックアイソレータ、ガルバニック絶縁素子と呼ばれるデバイスに関する。

【0010】

図１に示すように、第１実施形態に係るアイソレータ１００は、基板ＳＳ、第１導体１０、第２導体２０、第３導体３０、接続配線４０、第１絶縁膜ＩＦ１、第２絶縁膜ＩＦ２、第３絶縁膜ＩＦ３、第４絶縁膜ＩＦ４、第５絶縁膜ＩＦ５、第６絶縁膜ＩＦ６、第７絶縁膜ＩＦ７、第８絶縁膜ＩＦ８、第１ボンディングパッドＢＰ１および第２ボンディングパッドＢＰ２を含む。

【0011】

基板ＳＳは、例えば、シリコン基板である。基板ＳＳは、導電性を有しても良いし、絶縁性基板であっても良い。

【0012】

第１導体１０および第２導体２０は、基板ＳＳの上方に設けられる。基板ＳＳ、第１導体１０および第２導体２０は、例えば、Ｚ方向に並ぶ。第１導体１０は、第２導体２０に対向するように設けられる。第１導体１０は、基板ＳＳと第２導体２０との間に設けられる。

【0013】

第１導体１０および第２導体２０は、例えば、平面コイルである。第１導体１０および第２導体２０は、それぞれ、Ｘ－Ｙ平面に平行な平面内において、例えば、渦状に設けられる。第１導体１０および第２導体２０は、Ｚ方向おいて対向し、相互に磁気結合される。

【0014】

第３導体３０は、例えば、Ｘ－Ｙ平面に平行な平面内において、第１導体１０および第２導体２０の外側に設けられる。接続配線４０は、第１導体１０と第３導体３０とを電気的に接続する。第３導体３０および接続配線４０は、例えば、第１導体１０と、周辺回路もしくは周辺電位と、を電気的に接続する。また、第２導体２０は、例えば、外部回路ないし外部電位に接続される。

【0015】

第１絶縁膜ＩＦ１は、第１導体１０と第２導体２０との間に設けられる。第１絶縁膜ＩＦ１は、例えば、シリコン（Ｓｉ）と、酸素（Ｏ）と、窒素（Ｎ）と、を含む。第１絶縁膜ＩＦ１は、例えば、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）である。

【0016】

第２絶縁膜ＩＦ２は、第１導体１０と第１絶縁膜ＩＦ１との間に設けられる。第２絶縁膜ＩＦ２は、例えば、シリコン（Ｓｉ）と、酸素（Ｏ）とを含む。第２絶縁膜ＩＦ２は、第１絶縁膜ＩＦ１における窒素の組成比よりも小さい組成比の窒素をさらに含んでも良し、窒素を含まなくても良い。また、第２絶縁膜ＩＦ２の比誘電率は、例えば、第１絶縁膜ＩＦ１の比誘電率よりも小さい。第２絶縁膜ＩＦ２は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）である。

【0017】

第３絶縁膜ＩＦ３は、第１導体１０と第２絶縁膜ＩＦ２との間に設けられる。第３絶縁膜ＩＦ３は、第１絶縁膜ＩＦ１および第２絶縁膜ＩＦ２とは異なる組成を有する。第３絶縁膜ＩＦ３は、例えば、シリコン（Ｓｉ）と窒素（Ｎ）とを含む。また、第３絶縁膜ＩＦ３の比誘電率は、例えば、第１絶縁膜ＩＦ１の比誘電率および第２絶縁膜ＩＦ２の比誘電率よりも大きい。第３絶縁膜ＩＦ３は、例えば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）である。また、第３絶縁膜ＩＦ３は、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）であっても良いが、第３絶縁膜ＩＦ３における窒素の組成比は、第１絶縁膜ＩＦ１の窒素の組成比よりも大きい。さらなる別の例では、第３絶縁膜ＩＦ３は、炭化シリコン膜（ＳｉＣ）もしくはシリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ）であっても良い。

【0018】

第４絶縁膜ＩＦ４は、基板ＳＳと第１導体１０との間に設けられる。第４絶縁膜ＩＦ４は、第１導体１０を基板ＳＳから電気的に絶縁する。第４絶縁膜ＩＦ４は、例えば、シリコン酸化膜である。

【0019】

第５絶縁膜ＩＦ５は、第４絶縁膜ＩＦ４と第３絶縁膜ＩＦ３との間に設けられる。第５絶縁膜ＩＦ５は、例えば、シリコン酸化膜である。第１導体１０は、第５絶縁膜ＩＦ５中に設けられ、第３絶縁膜ＩＦ３に接する。第３絶縁膜ＩＦ３は、例えば、第１導体１０を酸化させないように、酸素を含まない組成を有する。

【0020】

第６絶縁膜ＩＦ６は、第１絶縁膜ＩＦ１上に設けられる。第６絶縁膜ＩＦ６は、例えば、シリコン窒化膜である。

【0021】

第２導体２０は、第１絶縁膜ＩＦ１と第６絶縁膜ＩＦ６との間に設けられる、第２導体２０は、例えば、第１絶縁膜ＩＦ１中に設けられ、第６絶縁膜ＩＦ６に接する。第６絶縁膜ＩＦ６は、例えば、第２導体２０を酸化させないように、酸素を含まない組成を有する。

【0022】

第７絶縁膜ＩＦ７は、第６絶縁膜ＩＦ６上に設けられる。第７絶縁膜ＩＦ７は、例えば、シリコン酸化膜である。

【0023】

第８絶縁膜ＩＦ８は、第７絶縁膜ＩＦ７上に設けられる。第８絶縁膜ＩＦ８は、例えば、ポリイミドなどの樹脂を含む。第８絶縁膜ＩＦ８は、第７絶縁膜ＩＦ７上において、第１ボンディングパッドＢＰ１および第２ボンディングパッドＢＰ２を囲むように設けられる。

【0024】

第１ボンディングパッドＢＰ１は、第７絶縁膜ＩＦ７上に設けられ、第６絶縁膜ＩＦ６および第７絶縁膜ＩＦ７に設けられたコンタクトホールを介して、第３導体３０に電気的に接続される。第１ボンディングパッドＢＰ１は、例えば、銅（Ｃｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）を含む。

【0025】

第２ボンディングパッドＢＰ２は、第７絶縁膜ＩＦ７上に設けられ、第６絶縁膜ＩＦ６および第７絶縁膜ＩＦ７に設けられたコンタクトホールを介して、第２導体２０に電気的に接続される。第２ボンディングパッドＢＰ２は、例えば、金（Ｃｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）を含む。

【0026】

図１に示すように、第１導体１０は、例えば、金属コア１３とバリア層１５とを含む。金属コア１３は、例えば、銅（Ｃｕ）を含む。バリア層１５は、例えば、タンタル（Ｔａ）もしくは窒化タンタル（ＴａＮ）を含む。バリア層１５は、例えば、金属コア１３と第４絶縁膜ＩＦ４との間、および、金属コア１３と第５絶縁膜ＩＦ５との間、に設けられる。バリア層１５は、金属コア１３から第４絶縁膜ＩＦ４および第５絶縁膜ＩＦ５への金属原子の拡散を防ぐ。

【0027】

第２導体２０は、例えば、金属コア２３とバリア層２５とを含む。金属コア２３は、例えば、銅（Ｃｕ）を含む。バリア層２５は、例えば、金属コア２３と第１絶縁膜ＩＦ１との間に設けられる。バリア層２５は、例えば、第１絶縁膜ＩＦ１に接するように設けられる。バリア層２５は、例えば、タンタル（Ｔａ）もしくは窒化タンタル（ＴａＮ）を含む。バリア層２５は、金属コア２３から第１絶縁膜ＩＦ１への金属原子の拡散を防ぐ。

【0028】

第３導体３０は、第１部分３０ａと、第２部分３０ｂと、第３部分３０ｃと、を含む。第１部分３０ａ、第２部分３０ｂおよび第３部分３０ｃは、Ｚ方向に並ぶ。第２部分３０ｂは、第１部分３０ａと第３部分３０ｃとの間に設けられ、第１部分３０ａと第３部分３０ｃとを電気的に接続する。第３部分３０ｃは、Ｚ方向において、第２導体２０と同じレベルに設けられる。

【0029】

第３導体３０の第１部分３０ａは、Ｚ方向において、第１導体１０と同じレベルに設けられる。すなわち、第１部分３０ａは、第５絶縁膜ＩＦ５中に設けられる。第３導体３０の第１部分３０ａは、例えば、第１導体１０と同時に形成され、金属コア３１とバリア層３３とを含む。バリア層３３は、例えば、金属コア３１と第４絶縁膜ＩＦ４との間、および、金属コア３１と第５絶縁膜ＩＦ５との間、に設けられる。バリア層３３は、金属コア３１から第４絶縁膜ＩＦ４および第５絶縁膜ＩＦ５への金属原子の拡散を防ぐ。

【0030】

第３導体３０の第２部分３０ｂは、第１絶縁膜ＩＦ１、第２絶縁膜ＩＦ２および第３絶縁膜ＩＦ３の中を－Ｚ方向（Ｚ方向とは反対の方向）に延在し、第１部分３０ａに接続される。

【0031】

第２部分３０ｂは、金属コア３５とバリア層３６とを含む。金属コア３５は、例えば、銅（Ｃｕ）を含む。バリア層３６は、例えば、タンタル（Ｔａ）もしくは窒化タンタル（ＴａＮ）を含む。バリア層３６は、例えば、金属コア３５と第１絶縁膜ＩＦ１との間、金属コア３５と第２絶縁膜ＩＦ２との間、金属コア３５と第３絶縁膜ＩＦ３との間、金属コア３５と第１部分３０ａとの間にそれぞれ設けられる。バリア層３６は、例えば、金属コア３５から第１絶縁膜ＩＦ１、第２絶縁膜ＩＦ２および第３絶縁膜ＩＦ３への金属原子の拡散を防ぐ。

【0032】

第３導体３０の第３部分３０ｃは、Ｚ方向において、第２導体２０と同じレベルに設けられる。すなわち、第３部分３０ｃは、第１絶縁膜ＩＦ１中に設けられ、第６絶縁膜ＩＦ６に接する。第３部分３０ｃは、例えば、第２導体２０と同時に形成され、金属コア３７およびバリア層３８を含む。バリア層３８は、例えば、金属コア３７と第１絶縁膜ＩＦ１との間、および、金属コア３７と第２部分３０ｂとの間、に設けられる。バリア層３８は、金属コア３７から第１絶縁膜ＩＦ１への金属原子の拡散を防ぐ。

【0033】

第３部分３０ｃは、第２部分３０ｂに接続される。また、第３部分３０ｃは、第１ボンディングパッドＢＰ１に電気的に接続される。

【0034】

接続配線４０は、第４絶縁膜ＩＦ４と第５絶縁膜ＩＦ５との間に設けられる。接続配線４０は、例えば、銅（Ｃｕ）を含む。接続配線４０は、第１導体１０の最外周に位置する部分の下面、および、第３導体３０の第１部分３０ａの下面に接続される。

【0035】

実施形態に係るアイソレータ１００では、第２導体２０は、第１絶縁膜ＩＦ１、第２絶縁膜ＩＦ２および第３絶縁膜ＩＦ３により第１導体１０から電気的に絶縁される。第１絶縁膜ＩＦ１は、例えば、第２導体２０と第２絶縁膜ＩＦ２との間において、Ｚ方向の第１膜厚Ｔ１を有する。第２絶縁膜ＩＦ２は、Ｚ方向の第２膜厚Ｔ２を有する。第３絶縁膜ＩＦ３は、Ｚ方向の第３膜厚Ｔ３を有する。

【0036】

第１導体１０と第２導体２０との間の絶縁耐圧は、第１絶縁膜ＩＦ１、第２絶縁膜ＩＦ２および第３絶縁膜ＩＦ３のトータル厚（Ｔ１+Ｔ２+Ｔ３）により決まる。すなわち、トータル厚（Ｔ１+Ｔ２+Ｔ３）を厚くすることにより、第１導体１０と第２導体２０との間の絶縁耐圧を高くすることができる。第１絶縁膜ＩＦ１、第２絶縁膜ＩＦ２および第３絶縁膜ＩＦ３のトータル厚は、好ましくは、５マイクロメートル（μｍ）以上である。また、より好ましくは、８μｍ以上である。

【0037】

例えば、基板ＳＳとしてシリコン基板を用い、第１絶縁膜ＩＦ１および第２絶縁膜ＩＦ２にシリコン酸化膜を用い、第１絶縁膜ＩＦ１および第２絶縁膜ＩＦ２を厚くして、トータル厚（Ｔ１+Ｔ２+Ｔ３）を５μｍ以上とすると、第１絶縁膜ＩＦ１および第２絶縁膜ＩＦ２の内部応力が大きくなり、基板ＳＳに反りが生じる。このため、アイソレータ１００の製造過程において、ウェーハの自動搬送などに支障をきたす場合がある。

【0038】

アイソレータ１００では、第１絶縁膜ＩＦ１として、例えば、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）を用いることにより、第１絶縁膜ＩＦ１中の応力を低減し、ウェーハの反りを抑制することができる。すなわち、シリコン酸化膜に代えて、窒素の組成比を好適に制御したシリコン酸窒化膜を用いることにより、第１絶縁膜ＩＦ１中の応力を低減することができる。

【0039】

また、第１絶縁膜ＩＦ１の第１膜厚Ｔ１は、第２絶縁膜ＩＦ２の第２膜厚Ｔ２よりも厚い。第１絶縁膜ＩＦ１の第１膜厚Ｔ１は、第３絶縁膜ＩＦ３の第３膜厚Ｔ３よりも厚い。すなわち、第１絶縁膜ＩＦ１の第１膜厚Ｔ１を厚くすることにより、ウェーハの反りを抑制しながら、第１導体１０と第２導体２０との間において所望の絶縁耐圧を得ることができる。

【0040】

図２は、第１実施形態に係るアイソレータ１００を表す模式平面図である。図２では、第６絶縁膜ＩＦ６、第７絶縁膜ＩＦ７および第８絶縁膜ＩＦ８を除いたアイソレータ１００の上面を表している。なお、図１は、図２中のＡ１－Ａ２線に沿った断面図である。

【0041】

図２に示すように、アイソレータ１００は、第１回路５０、第２回路６０、接続配線７０および第３ボンディングパッドＢＰ３をさらに備える。第１回路５０は、第１導体１０に電気的に接続される。第２回路６０は、第２導体２０に電気的に接続される。

【0042】

第１回路５０および第２回路６０の一方は、例えば、送信回路として用いられる。第１回路５０および第２回路６０の他方は、例えば、受信回路として用いられる。以下、第１回路５０を送信回路、第２回路６０を受信回路として説明する。

【0043】

第１回路５０は、第１導体１０（平面コイル）の一端に電気的に接続される。第１回路５０は、接続配線７０を介して、第２導体２０の下に位置する第１導体１０に電気的に接続される。第１導体１０の他端は、接続配線４０を介して第３導体３０に電気的に接続される（図１参照）。

【0044】

第２回路６０は、第２導体２０（平面コイル）の一端に、第１金属ワイヤＷＲ１および第２ボンディングパッドＢＰ２を介して電気的に接続される。また、第２回路６０は、第２金属ワイヤＷＲ２および第３ボンディングパッドＢＰ３を介して、第２導体２０に電気的に接続される。

【0045】

第３ボンディングパッドＢＰ３は、例えば、第７絶縁膜ＩＦ７上に設けられ、第２導体２０の他端の上に位置する。第３ボンディングパッドＢＰ３は、第２ボンディングパッドＢＰ２（図１参照）と同様に、第６絶縁膜ＩＦ６および第７絶縁膜ＩＦ７に設けられるコンタクトホール（図示しない）を介して第２導体２０の他端に電気的に接続される。

【0046】

図２に示すように、第１ボンディングパッドＢＰ１は、第３導体３０の上に設けられる。第３導体３０は、例えば、第１ボンディングパッドＢＰ１上にボンディングされる金属ワイヤ（図示しない）を介して、外部回路（図示しない）もしくは基準電位に電気的に接続される。また、第３導体３０の第１部分３０ａは、例えば、第１ボンディングパッドＢＰ１上の金属ワイヤを介することなく、第１の基準電位に接続されてもよい。第１の基準電位は、例えば、第１の接地電位である。

【0047】

第１回路５０は、例えば、基板ＳＳ上に設けられ、第１導体１０に電気的に接続されても良い。第１回路５０は、例えば、基板ＳＳと第４絶縁膜ＩＦ４との間に設けられた複数のトランジスタ（図示しない）と、第４絶縁膜ＩＦ４中に設けられる配線（図示しない）と、を含む。

【0048】

第１回路５０は、例えば、第１導体１０と第２導体２０との間の磁気結合を介した伝送に適した信号（電流）を第１導体１０へ送る。すなわち、第１導体１０の磁界変化に対応した誘導起電力が第２導体２０に生じ、第２導体２０と第２回路６０との間に電流が流れる。第２回路６０は、第２導体２０に流れる電流を検出し、検出結果に応じた信号を生成する。これにより、第１導体１０と第２導体２０との間において、信号を伝達することができる。

【0049】

第２回路６０は別基板上（図示しない）に設けられ、基板ＳＳ上に設けられた第１回路５０とも異なる第２の接地電位を有するように設けられる。

【0050】

アイソレータ１００は、第１回路５０あるいは第２回路６０の一方を含くむか、あるいは、いずれからも独立して設けられてもよい。例えば、図２に示す、第１回路５０と、第２回路６０と、第１導体１０および第２導体２０のペアとが、それぞれ別の基板上に設けられ、相互に電気的に絶縁され、磁気結合された第１導体１０および第２導体２０のペアを介して、第１回路５０と第２回路６０との間で信号が送受信されるように構成されてもよい。

【0051】

また、アイソレータ１００は単独でも機能するが、複数のアイソレータ１００を直列に接続し、二重絶縁されたアイソレータとしても機能させることもできる。

【0052】

第３導体３０は、Ｘ－Ｙ平面に沿って、第１導体１０および第２導体２０を囲むように設けられる。第３導体３０の第１部分３０ａ（図１参照）は、Ｘ－Ｙ平面に平行な平面に沿って第１導体１０を囲むように設けられる。第３導体３０の第３部分３０ｃは、Ｘ－Ｙ平面に沿って、第２導体２０を囲む。

【0053】

第３導体３０の第２部分３０ｂは、第１部分３０ａ上に設けられる。第２部分３０ｂは、複数設けられ、第１部分３０ａに沿って並ぶ。第２部分３０ｂは、それぞれＺ方向に延在する。第２部分３０ｂの下端は、第１部分３０ａに接続され、第２部分３０ｂの上端は、第３部分３０ｃに接続される（図１参照）。

【0054】

次に、図３（ａ）～図４（ｃ）を参照して、第１実施形態に係るアイソレータ１００の製造方法を説明する。図３（ａ）～図４（ｃ）は、アイソレータ１００の製造過程の一部を表す断面図である。図３（ａ）～図４（ｃ）は、図２中のＡ１－Ａ２線に沿った断面に対応する模式図である。

【0055】

図３（ａ）に示すように、第５絶縁膜ＩＦ５上に、第３絶縁膜ＩＦ３、第２絶縁膜ＩＦ２および第１絶縁膜ＩＦ１を順に形成する。第５絶縁膜ＩＦ５中には、第３導体３０の第１部分３０ａが形成されている。また、図示しない部分において、第１導体１０が第５絶縁膜ＩＦ５中に形成されている。

【0056】

第１絶縁膜ＩＦ１、第２絶縁膜ＩＦ２および第３絶縁膜ＩＦ３は、例えば、プラズマＣＶＤ（Plasma enhanced Chemical Vapor Deposition）を用いて形成される。第１絶縁膜ＩＦ１は、例えば、シリコン酸窒化膜である。第２絶縁膜ＩＦ２は、例えば、シリコン酸化膜である。第３絶縁膜ＩＦ３は、例えば、シリコン窒化膜である。

【0057】

図３（ｂ）に示すように、第１絶縁膜ＩＦ１上に、エッチングマスク４１を形成する。エッチングマスク４１は、第３導体３０の第１部分３０ａの上方に位置する開口４１ｆを有する。エッチングマスク４１は、例えば、フォトレジストである。

【0058】

図３（ｃ）に示すように、エッチングマスク４１を用いて第１絶縁膜ＩＦ１を選択的に除去し、コンタクトホールＣＨを形成する。第１絶縁膜ＩＦ１は、例えば、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）を用いて除去される。第１絶縁膜ＩＦ１は、例えば、シリコン酸窒化膜のエッチング速度がシリコン酸化膜のエッチング速度の少なくとも数倍となる条件下でエッチングされる。これにより、コンタクトホールＣＨの底面が第２絶縁膜ＩＦ２中に到達した時点でエッチングを停止するように、エッチング時間を制御できる。

【0059】

図４（ａ）に示すように、第２絶縁膜ＩＦ２の残りを除去し、第３絶縁膜ＩＦ３をコンタクトホールＣＨの底面に露出させる。第２絶縁膜ＩＦ２は、例えば、エッチングマスク４１を用いたＲＩＥにより選択的に除去される。第２絶縁膜ＩＦ２は、例えば、シリコン酸化膜のエッチング速度がシリコン窒化膜のエッチング速度の１０倍を超える条件下でエッチングされる。

【0060】

図４（ｂ）に示すように、第３絶縁膜ＩＦ３を選択的に除去し、コンタクトホールＣＨの底面に第３導体３０の第１部分３０ａを露出させる。第３絶縁膜ＩＦ３は、例えば、エッチングマスク４１を用いたＲＩＥにより選択的に除去される。

【0061】

図４（ｃ）に示すように、エッチングマスク４１を除去後、第３導体３０の第２部分３０ｂをコンタクトホールＣＨの内部に形成する。第２部分３０ｂは、第１部分３０ａに電気的に接続されるように形成される。第２部分３０ｂは、例えば、反応性スパッタリング法を用いて、コンタクトホールＣＨの内面を覆う窒化タンタル（ＴａＮ）を形成した後、Ｃｕメッキ法を用いて、コンタクトホールＣＨの内部を充填することにより形成される。

【0062】

上記の製造過程において、例えば、第２絶縁膜ＩＦ２を形成しないで、第３絶縁膜ＩＦ３の上に、直接、第１絶縁膜ＩＦ１を形成すると、第３絶縁膜ＩＦ３が露出された時点で第１絶縁膜ＩＦ１のエッチングを停止することが難しくなる。すなわち、第１絶縁膜ＩＦ１および第３絶縁膜ＩＦ３は、共に窒素（Ｎ）を含むため、第１絶縁膜ＩＦ１と第３絶縁膜ＩＦ３との間のエッチングの選択比が大きくなるエッチング条件を設定することが困難になる。したがって、第１絶縁膜ＩＦ１および第３絶縁膜ＩＦ３は連続してエッチングされ、第３導体３０の第１部分３０ａが露出された時点でエッチングが停止される。

【0063】

このようなエッチング過程では、第３導体３０の第１部分３０ａが、ウェーハの全面において、コンタクトホールＣＨの底面に露出された時点でエッチングを停止するように、エッチング時間を制御する。このため、ウェーハ面内におけるエッチングの不均一に起因して、第１部分３０ａが第１絶縁膜ＩＦ１および第３絶縁膜ＩＦ３のエッチング雰囲気に晒される時間が長くなる部分が生じる。この結果、第１部分３０ａがエッチングされ、第１部分３０ａの成分を含む残渣が、例えば、エッチング装置のチャンバ内に残される。

【0064】

第３導体３０の第１部分３０ａは、例えば、銅（Ｃｕ）を含む。このため、Ｃｕを含むエッチング残渣がチャンバー内に残り、エッチングガスが失活するなどの不具合を生じさせることがある。これを回避するため、チャンバークリーニングを頻繁に実施してエッチング残渣を除去することになり、製造効率が低下する。

【0065】

これに対し、アイソレータ１００の製造過程では、第１絶縁膜ＩＦ１のエッチングを第２絶縁膜ＩＦ２が露出された時点で停止させ、その後、第２絶縁膜ＩＦ２の残りの部分および第３絶縁膜ＩＦ３をそれぞれ選択的にエッチングすることが可能となる。これにより、第３導体３０の第１部分３０ａをエッチング雰囲気に晒す時間を短縮することができる。その結果、第１部分３０ａの成分を含むエッチング残渣の発生を抑制し、チャンバークリーニングの間隔を長くすることができる。

【0066】

例えば、第３絶縁膜ＩＦ３のエッチング時間を短縮すれば、第３導体３０の第１部分３０ａがエッチング雰囲気に晒される時間を短縮するすることができる。すなわち、第３絶縁膜ＩＦ３の第３膜厚Ｔ３は、第２絶縁膜ＩＦ２の第２膜厚Ｔ２よりも薄いことが好ましい。それぞれのエッチングレートの差を勘案して、第２膜厚Ｔ２と第３膜厚Ｔ３の比（Ｔ２／Ｔ３）は、少なくとも５倍であることが好ましい。また、第１膜厚Ｔ１と第２膜厚Ｔ２の比は、エッチングレートの差に比例して設定される。膜厚比（Ｔ１／Ｔ２）は、好ましくは、約２倍である。

【0067】

図５は、実施形態の変形例に係るアイソレータ１１０を示す模式断面図である。図５に示すように、アイソレータ１１０は、第９絶縁膜ＩＦ９と、第１０絶縁膜ＩＦ１０と、をさらに備える。

【0068】

第９絶縁膜ＩＦ９は、第１絶縁膜ＩＦ１と第６絶縁膜ＩＦ６との間に設けられる。第９絶縁膜ＩＦ９は、例えば、シリコン窒化膜である。第９絶縁膜ＩＦ９は、第１絶縁膜ＩＦ１の第１膜厚Ｔ１（図１参照）よりも薄いＺ方向の膜厚を有する。

【0069】

第１０絶縁膜ＩＦ１０は、第９絶縁膜ＩＦ９と第６絶縁膜ＩＦ６との間に設けられる。第１０絶縁膜ＩＦ１０は、第１絶縁膜ＩＦ１の第１膜厚Ｔ１よりも薄いＺ方向の膜厚を有する。また、第１０絶縁膜ＩＦ１０は、第９絶縁膜ＩＦ９の材料に対するエッチングの選択比が大きい材料を含む。第１０絶縁膜ＩＦ１０は、例えば、シリコン酸化膜である。

【0070】

この例では、第２導体２０は、第９絶縁膜ＩＦ９および第１０絶縁膜ＩＦ１０の中に設けられる。第２導体２０は、例えば、第１０絶縁膜ＩＦ１０の上面から第１絶縁膜ＩＦ１に至る深さの溝の内部に設けられる。

【0071】

第９絶縁膜ＩＦ９は、第２導体２０を形成する過程において、例えば、第１０絶縁膜ＩＦ１０のエッチングストップ膜として用いられる。すなわち、第１０絶縁膜ＩＦ１０の上面から第９絶縁膜ＩＦ９に至る深さの溝を形成し、その後、第９絶縁膜ＩＦ９をエッチングする。第９絶縁膜ＩＦ９のＺ方向の厚さは、第１０絶縁膜ＩＦ１０のＺ方向の厚さよりも薄い。これにより、第２導体２０の下端の位置の制御が容易になる。

【0072】

第２導体２０の下端は、例えば、第１絶縁膜ＩＦ１と第９絶縁膜ＩＦ９との境界よりも下のレベルに位置する。言い換えれば、第１導体１０と第２導体２０の下端との間の距離は、第１導体１０と第９絶縁膜ＩＦ９との間の距離よりも短い。これにより、第１導体１０と第２導体２０との間の絶縁膜の応力を緩和することができる。

【0073】

第３導体３０の第３部分３０ｃも第２導体２０と同様に形成される。すなわち、第３部分３０ｃは、第９絶縁膜ＩＦ９および第１０絶縁膜ＩＦ１０の中に設けられる。第３部分３０ｃの下端は、第１絶縁膜ＩＦ１と第９絶縁膜ＩＦ９との境界よりも下のレベルに位置する。

【0074】

図６は、実施形態の別の変形例に係るアイソレータ２００を表す模式断面図である。アイソレータ２００の第１導体１０および第２導体２０は、それぞれ平板状に設けられ、対向して配置される。第２導体２０は、第１絶縁膜ＩＦ１、第２絶縁膜ＩＦ２および第３絶縁膜ＩＦ３により、第１導体１０から電気的に絶縁される。

【0075】

アイソレータ２００をＺ方向に見た時、第１導体１０および第２導体２０は、例えば、円形、楕円形もしくは多角形の形状を有しても良い。第１導体１０および第２導体２０は、例えば、第１導体１０の上面と第２導体２０の下面が平行となるように設けられる。

【0076】

アイソレータ２００は、磁界の変化に代えて、電界の変化を利用して信号を伝達する。例えば、第１回路５０により第１導体１０（入力側）の電位を変化させると、第２導体２０（出力側）に誘起される電荷量が変化する。これにより、第２導体２０と第２回路６０との間に電荷が流れる。第２回路６０は、この電荷量の変化に起因した電圧を検出し、検出結果に基づいて信号を生成する。これにより、第１導体１０と第２導体２０との間において信号を伝達することができる。

【0077】

この例でも、第１絶縁膜ＩＦ１は、シリコン（Ｓｉ）と、酸素（Ｏ）と、窒素（Ｎ）と、を含み、その応力を低減し、ウェーハの反りを抑えることができる。また、第２絶縁膜ＩＦ２として、窒素（Ｎ）を含まない絶縁膜、もしくは、第１絶縁膜ＩＦ１の窒素の組成比よりも小さい窒素の組成比を有する絶縁膜を用いることにより、アイソレータ２００の製造過程においてエッチングの残差を抑制し、製造効率を向上させることができる。

【0078】

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

【符号の説明】

【0079】

１０…第１導体、 １３、２３、３１、３５、３７…金属コア、 １５、２５、３３、３６、３８…バリア層、 ２０…第２導体、 ３０…第３導体、 ３０ａ…第１部分、 ３０ｂ…第２部分、 ３０ｃ…第３部分、 ４０、７０…接続配線、 ４１…エッチングマスク、 ４１ｆ…開口、 ５０…第１回路、 ６０…第２回路、 １００、２００…アイソレータ、 ＢＰ１…第１ボンディングパッド、 ＢＰ２…第２ボンディングパッド、 ＢＰ３…第３ボンディングパッド、 ＣＨ…コンタクトホール、 ＩＦ１…第１絶縁膜、 ＩＦ２…第２絶縁膜、 ＩＦ３…第３絶縁膜、 ＩＦ４…第４絶縁膜、 ＩＦ５…第５絶縁膜、 ＩＦ６…第６絶縁膜、 ＩＦ７…第７絶縁膜、 ＩＦ８…第８絶縁膜、 ＳＳ…基板、 ＷＲ１、ＷＲ２…金属ワイヤ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】