JP2004104136A - Method for manufacturing semiconductor integrated circuit device, and method for generating mask pattern - Google Patents
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- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
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Abstract
Description
本発明は、半導体集積回路装置およびその製造方法に関し、特に、高性能な半導体集積回路装置の電源安定化および電源ノイズの低減に適用して有効な技術に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a technique which is effective when applied to stabilize power supply and reduce power supply noise of a high-performance semiconductor integrated circuit device.
半導体集積回路装置の高性能化および微細化に伴い、多層配線技術は半導体集積回路装置製造の必須の技術となっている。たとえば、半導体集積回路における配線層の形成法として、絶縁膜上にアルミニウム(Al)合金またはタングステン(W)などの高融点金属薄膜を成膜した後、フォトリソグラフィ工程により配線用薄膜上に配線パターンと同一形状のレジストパターンを形成し、それをマスクとしてドライエッチング工程により配線パターンを形成する方法が知られている。しかし、このAl合金等を用いる方法では配線の微細化に伴い、配線抵抗の増大が顕著となり、それに伴い配線遅延が増加し、半導体集積回路装置の性能が低下する等の問題がある。特に高性能なロジックLSIにおいては、その性能阻害要因として大きな問題が生じている。 (4) With the advancement of performance and miniaturization of semiconductor integrated circuit devices, multilayer wiring technology has become an indispensable technology for manufacturing semiconductor integrated circuit devices. For example, as a method of forming a wiring layer in a semiconductor integrated circuit, a high melting point metal thin film such as an aluminum (Al) alloy or tungsten (W) is formed on an insulating film, and then a wiring pattern is formed on the wiring thin film by a photolithography process. A method is known in which a resist pattern having the same shape as the above is formed and a wiring pattern is formed by a dry etching process using the same as a mask. However, in the method using an Al alloy or the like, there is a problem that the wiring resistance is remarkably increased as the wiring is miniaturized, the wiring delay is increased, and the performance of the semiconductor integrated circuit device is reduced. Particularly in a high-performance logic LSI, a serious problem has arisen as a performance hindrance factor.
このため、たとえば、絶縁膜に形成した溝上に銅(Cu)を主導体層とする配線用金属を埋め込んだ後、溝外部の余分な金属をCMP法(化学機械研磨法)を用いて除去することにより溝内に配線パターンを形成する方法(いわゆるダマシン法)が検討されている。 For this reason, for example, after a wiring metal having copper (Cu) as a main conductor layer is buried in a groove formed in an insulating film, excess metal outside the groove is removed by using a CMP method (chemical mechanical polishing method). Accordingly, a method of forming a wiring pattern in a groove (a so-called damascene method) is being studied.
一方、配線抵抗とともに半導体集積回路装置の動作遅延を生ずる要素として配線容量の問題がある。半導体集積回路装置の高集積化、微細化は、配線間寸法を縮小することから配線間容量が大きくなり、回路動作の遅延を大きくして好ましくない。そこで、配線間を絶縁する層間絶縁膜には低誘電率の材料、たとえばシリコン酸化膜等を用いるのが一般的である。 On the other hand, there is a problem of wiring capacitance as an element that causes an operation delay of the semiconductor integrated circuit device together with the wiring resistance. High integration and miniaturization of the semiconductor integrated circuit device are not preferable because the size between wirings is reduced, so that the capacitance between wirings is increased and the delay in circuit operation is increased. Therefore, a low dielectric constant material, for example, a silicon oxide film or the like is generally used for an interlayer insulating film for insulating between wirings.
しかし、半導体集積回路装置の高集積化、高速化および低電圧化に伴って、回路動作時のACノイズの発生が問題になることを本発明者らは認識した。すなわち、微細化された回路素子が特定部において高速動作等した場合には、局所的にその部分の電源インピーダンスが低下する現象が生じる。これは回路に供給される電源電圧の局所的な低下として観察され、また、時間的に変動する電圧として観察されるため、局所的なACノイズの発生として把握される。低電圧駆動されている回路においては、このようなACノイズの影響は特に大きく、回路動作の不安定化、著しい場合には誤動作の原因にもなる場合がある。 However, the present inventors have recognized that the occurrence of AC noise at the time of circuit operation becomes a problem as the degree of integration, speed, and voltage of semiconductor integrated circuit devices increase. That is, when a miniaturized circuit element operates at a high speed in a specific portion, a phenomenon occurs in which the power supply impedance of the portion locally decreases. This is observed as a local decrease in the power supply voltage supplied to the circuit, and is observed as a time-varying voltage, so that it is recognized as the occurrence of local AC noise. In a circuit driven at a low voltage, the influence of such AC noise is particularly large, which may cause instability of the circuit operation and, in a remarkable case, a malfunction.
本発明者らの考察によれば、このようなACノイズの発生に対する対策としては、電源ライン(Vdd、Vss、(Vdd>Vss))間に適当な容量素子(電源安定化容量)を接続することが考えられる。公知の技術ではないが、具体的な対策として、以下のような手段を検討した。 According to the study of the present inventors, as a countermeasure against the occurrence of such AC noise, an appropriate capacitance element (power supply stabilizing capacitance) is connected between power supply lines (Vdd, Vss, (Vdd> Vss)). It is possible. Although not a known technique, the following means were examined as specific measures.
第1の手段は、半導体集積回路装置が標準セル方式等のセルベースIC(CBIC;Cell Based Integrated Curcuit)である場合には、ゲート絶縁膜等を用いてIC内のある領域に電源安定化用の容量素子(MIS容量素子)を別途形成し、これを電源ラインに接続する対策である。すなわち、図34(a)に示すように、容量セルCを別途設け、図34(c)に示すように、その容量セル内のMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)のゲート電極長Lおよび幅Wを大きくして十分な容量値とすることができる。なお、図34は、本発明の課題を説明するための図面であり、(a)は内部領域に標準セルが形成された半導体集積回路装置の平面図を示し、(b)は容量セル領域を拡大して示した平面図、(c)は容量セルを拡大して示した平面図であり、(d)は図34(c)におけるd−d' 線断面図である。このように、たとえば容量セル内のMISFETのゲート電極に電源ラインVddを電気的に接続して容量素子の一方の電極とし、pウェル領域(Vss電位)およびソース・ドレイン領域を容量素子の他方の電極とし、ゲート絶縁膜を容量素子の誘電体膜として容量素子が構成される。また、容量セル内のpMISFETのゲート電極に電源ラインVssを電気的に接続して容量素子の一方の電極とし、nウェル領域(Vdd電位)およびソース・ドレイン領域を容量素子の他方の電極とし、ゲート絶縁膜を容量素子の誘電体膜として容量素子が構成される。この方策によれば専用の容量セルを半導体集積回路装置内に配置するため、比較的大きな安定化容量を得ることができるという利点がある。 The first means is that, when the semiconductor integrated circuit device is a cell-based integrated circuit (CBIC) such as a standard cell system, a power supply stabilization is performed in a certain area in the IC using a gate insulating film or the like. This is a measure for separately forming the capacitive element (MIS capacitive element) and connecting it to the power supply line. That is, as shown in FIG. 34A, a capacitance cell C is separately provided, and as shown in FIG. 34C, the gate electrode length L and width of a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) in the capacitance cell. By increasing W, a sufficient capacitance value can be obtained. FIGS. 34A and 34B are diagrams for explaining the problem of the present invention. FIG. 34A is a plan view of a semiconductor integrated circuit device in which a standard cell is formed in an internal region, and FIG. FIG. 34C is an enlarged plan view, FIG. 34C is a plan view illustrating the capacitor cell in an enlarged manner, and FIG. 34D is a sectional view taken along line dd ′ in FIG. As described above, for example, the power supply line Vdd is electrically connected to the gate electrode of the MISFET in the capacitor cell to serve as one electrode of the capacitor, and the p-well region (Vss potential) and the source / drain region are used as the other electrode of the capacitor. A capacitor is formed using the electrodes as gate electrodes and the gate insulating film as a dielectric film of the capacitor. A power supply line Vss is electrically connected to the gate electrode of the pMISFET in the capacitance cell to form one electrode of the capacitance element, and the n-well region (Vdd potential) and the source / drain region are defined as the other electrodes of the capacitance element. The capacitor is formed using the gate insulating film as a dielectric film of the capacitor. According to this measure, since a dedicated capacity cell is arranged in the semiconductor integrated circuit device, there is an advantage that a relatively large stabilized capacity can be obtained.
しかし、この対策では、電源安定化用に専用の容量素子を必要とするため、容量素子形成のための余分な面積が必要であり、高集積化を阻害する問題がある。しかも、図34(b)に示すように、容量セルCの形成位置がチップ内の特定の位置に限定されるため、たとえば論理ブロックRのようなACノイズの発生するすなわち安定化容量を必要とする領域から離れた位置に容量セルが形成されることとなる。このため、ACノイズの発生位置と安定化容量の形成位置が相違し、有効にノイズを除去できない恐れがある。 However, this measure requires a dedicated capacitance element for stabilizing the power supply, and thus requires an extra area for forming the capacitance element, which hinders high integration. In addition, as shown in FIG. 34B, since the formation position of the capacitance cell C is limited to a specific position in the chip, for example, the generation of AC noise such as the logic block R, that is, a stabilization capacitance is required. The capacitance cell is formed at a position distant from the region to be formed. For this reason, the position where the AC noise is generated is different from the position where the stabilizing capacitor is formed, and there is a possibility that the noise cannot be removed effectively.
第2の手段は、半導体集積回路装置がゲートアレイ回路である場合には、未使用のベーシック(基本)セルを容量素子(MIS容量素子)として利用し、これを電源ライン間に接続する対策である。すなわち、図35(b)に示すように、ベーシックセルを構成するMISFETを安定化容量に用いる方策である。なお、図35は、本発明の課題を説明するための他の図面であり、(a)は内部領域にゲートアレーが形成された半導体集積回路装置の平面図を示し、(b)はゲートアレーのベーシックセルを示した平面図である。このようにゲートアレイ方式を採用する半導体集積回路装置においては、セルベースIC(CBIC)のように専用の容量セルを設けるのではなく、未使用の基本セルを用いて、図34(c)、(d)に示す容量素子(MIS容量素子)と同様な容量素子(MIS容量素子)を構成する。この方策によれば、未使用のベーシックセルを用いるため、余分な配線の増加(配線のオーバーヘッド)は存在するものの、安定化容量のための余分な面積(面積のオーバーヘッド)を必要とせず、高集積化に対して有利である。 The second means is to use an unused basic (basic) cell as a capacitance element (MIS capacitance element) when the semiconductor integrated circuit device is a gate array circuit, and to connect this between power supply lines. is there. That is, as shown in FIG. 35B, a measure is to use a MISFET constituting a basic cell as a stabilizing capacitance. FIG. 35 is another drawing for explaining the problem of the present invention, in which (a) shows a plan view of a semiconductor integrated circuit device having a gate array formed in an internal region, and (b) shows a gate array. FIG. 2 is a plan view showing a basic cell. In the semiconductor integrated circuit device adopting the gate array system as described above, an unused basic cell is used instead of a dedicated capacitance cell as in a cell-based IC (CBIC), and FIG. A capacitance element (MIS capacitance element) similar to the capacitance element (MIS capacitance element) shown in FIG. According to this measure, since an unused basic cell is used, there is an extra increase in wiring (wiring overhead), but no extra area (area overhead) for stabilizing capacitance is required. This is advantageous for integration.
しかし、この方策では、図35(b)に示すように、既存のベーシックセルを用いることから、一般にゲート電極長Lが短く、MOSトランジスタ1個あたりの容量が小さいため大きな安定化容量を得ることは困難である。また、安定化容量として使用できるベーシックセルの形成位置がチップ内の特定の位置に制限されるため、ACノイズの発生する領域の近傍に配置できるとは限らない。このため、ACノイズの発生位置と安定化容量の形成位置が相違し、有効にノイズを除去できない恐れがある。 However, in this measure, as shown in FIG. 35 (b), since the existing basic cell is used, the gate electrode length L is generally short, and the capacitance per MOS transistor is small, so that a large stabilized capacitance can be obtained. It is difficult. In addition, since the formation position of the basic cell that can be used as the stabilizing capacitor is limited to a specific position in the chip, the basic cell cannot always be arranged in the vicinity of the region where AC noise is generated. For this reason, the position where the AC noise is generated is different from the position where the stabilizing capacitor is formed, and there is a possibility that the noise cannot be removed effectively.
本発明の目的は、面積および配線の増加なしに、大きな電源安定化容量を得ることができる半導体集積回路装置の構造および製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a structure and a manufacturing method of a semiconductor integrated circuit device capable of obtaining a large power supply stabilizing capacitance without increasing the area and wiring.
また、本発明の目的は、電源ライン(VddおよびVss)間に大きな安定化容量を付加し、ACノイズを低減して半導体集積回路装置の動作安定性および動作信頼性を向上することにある。 Another object of the present invention is to add a large stabilizing capacitance between power supply lines (Vdd and Vss), reduce AC noise, and improve the operation stability and operation reliability of the semiconductor integrated circuit device.
また、本発明の目的は、安定化容量をチップ内に均一に配置できる技術を提供することにある。すなわち、局所的なACノイズの発生が生じても、そのノイズ発生部の近傍に配置された安定化容量により有効にノイズを除去し、半導体集積回路装置の安定性をさらに高める技術を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a technique capable of uniformly arranging stabilizing capacitors in a chip. That is, even if local AC noise is generated, a technique is provided to effectively remove noise by a stabilizing capacitor arranged near the noise generating portion and further improve the stability of the semiconductor integrated circuit device. It is in.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
1.本発明の半導体集積回路装置は、複数の配線層を有し、配線層のうち最上層を除く任意の第1配線層と、第1配線層の上層の任意の第2配線層とを含むものであって、第1配線層に含まれる第1電位の第1電源配線と、第2配線層に含まれる第2電位の第2電源配線との交差領域に容量素子が形成されていることを特徴とする。
2.前記項1記載の半導体集積回路装置であって、容量素子は、半導体基板の素子形成領域において分散して形成されている。
3.前記項1または2記載の半導体集積回路装置であって、第1電源配線と第2電源配線とが上面から見てメッシュ状に形成され、メッシュの交点に容量素子が形成されている。
4.前記項1〜3の何れか一項に記載の半導体集積回路装置であって、第1および第2配線層は、複数の配線層のうち上層部分に配置されている。
5.前記項1〜4の何れか一項に記載の半導体集積回路装置であって、容量素子は、第1電源配線を一方の電極とし、第2電源配線の下部に第2電源配線と一体にまたは電気的に接続して形成された導電部材を他方の電極とし、一方および他方の電極の間に形成された誘電体膜とで構成され、誘電体膜の膜厚は、第1および第2配線層間の層間絶縁膜の膜厚よりも薄いものである。
6.前記項1〜4の何れか一項に記載の半導体集積回路装置であって、容量素子は、第1電源配線を一方の電極とし、第2電源配線の下部に第2電源配線と一体にまたは電気的に接続して形成された導電部材を他方の電極とし、一方および他方の電極の間に形成された誘電体膜とで構成され、誘電体膜の誘電率は、第1および第2配線層間の層間絶縁膜の誘電率よりも高いものである。
7.前記項5または6記載の半導体集積回路装置であって、誘電体膜は、酸化タンタル膜、シリコン窒化膜または酸化タンタル膜とシリコン窒化膜との積層膜である。
8.前記項5、6または7記載の半導体集積回路装置であって、導電部材は、第1および第2配線層間を電気的に接続する接続部材と同一工程で形成されたものである。
9.前記項5〜8の何れか一項に記載の半導体集積回路装置であって、導電部材は、デュアルダマシン法を用いて第2電源配線と一体に形成されるものである。
10.前記項5〜9の何れか一項に記載の半導体集積回路装置であって、導電部材は、第1および第2配線層間を絶縁する層間絶縁膜に形成された孔に埋め込んで形成されたものである。
11.前記項5〜10の何れか一項に記載の半導体集積回路装置であって、第1電源配線の表面および導電部材の底面が対向して容量素子を構成する領域幅が、第1電源配線の幅および第2電源配線の幅よりも広いものである。
12.前記項1〜11の何れか一項に記載の半導体集積回路装置であって、第1および第2配線層は、複数の配線層のうち上層部分に配置され、複数の配線層のうちの下層部分に配置される電源配線の線幅は、第1および第2電源配線の配線幅よりも小さく構成されるものである。
13.本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、複数の配線層を有し、配線層のうち最上層を除く任意の第1配線層と、第1配線層の上層の任意の第2配線層とを含むものであって、(a)第1配線層を覆う層間絶縁膜を形成し、第1配線層を構成する配線上の層間絶縁膜に孔を形成する工程、(b)孔のうち、一部の孔を覆うマスク膜を形成する工程、(c)マスク膜の存在下でエッチング処理を施し、孔の底部または孔の内面を含む層間絶縁膜上に形成された絶縁膜を除去する工程、(d)マスク膜を除去し、孔の内部に導電部材を形成する工程、を含む。
14.前記項13記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、絶縁膜は、層間絶縁膜の形成前に第1配線層上に形成される第1の工程、または、層間絶縁膜の孔の形成後、孔の内面を含む層間絶縁膜上の全面に形成される第2の工程、の何れかの工程により形成される。
15.前記項13または14に記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、導電部材は、第2配線層を構成する配線と一体に形成される第1の工程、または、孔を埋め込む導電膜の形成後、孔以外の層間絶縁膜上の導電膜の除去により形成される第2の工程、の何れかの工程により形成される。
16.本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、複数の配線層を有し、配線層のうち最上層を除く任意の第1配線層と、第1配線層の上層の任意の第2配線層とを含むものであって、(a)第1配線層上に第1絶縁膜、第2絶縁膜および第3絶縁膜を順次堆積する工程、(b)第3絶縁膜上に、孔が形成される領域に開口を有する第1マスク膜をパターニングし、第1マスク膜の存在下で第3絶縁膜をエッチングする工程、(c)第1マスク膜を除去し、第3および第2絶縁膜上に第4絶縁膜および第5絶縁膜を順次堆積する工程、(d)第5絶縁膜上に、溝が形成される領域に開口を有する第2マスク膜をパターニングし、第2マスク膜の存在下で第5絶縁膜をエッチングする工程、(e)第2マスク膜または第5絶縁膜をマスクとして第4絶縁膜をエッチングして第5絶縁膜にパターニングされた溝を第4絶縁膜に形成し、さらに、第3絶縁膜をマスクとして第2絶縁膜をエッチングして第3絶縁膜にパターニングされた孔を第2絶縁膜に形成する工程、(f)溝および孔の底部に露出した第3絶縁膜および第1絶縁膜を除去する工程、(g)溝および孔の内面を含む半導体基板の全面に第6絶縁膜を堆積する工程、(h)孔の一部を覆う第3マスク膜をパターニングする工程、(i)第3マスク膜の存在下で、第6絶縁膜をエッチングする工程、(j)第3マスク膜を除去し、溝および孔を埋め込む導電膜を形成する工程、(k)溝以外の領域の導電膜を除去し、第2配線層を構成する配線および導電部材を形成する工程、を含む。
17.本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、複数の配線層を有し、配線層のうち最上層を除く任意の第1配線層と、第1配線層の上層の任意の第2配線層とを含む半導体集積回路装置の製造方法であって、(a)第1配線層上に第1絶縁膜、第2絶縁膜および第3絶縁膜を順次堆積する工程、(b)第3絶縁膜上に、孔が形成される領域に開口を有する第1マスク膜をパターニングし、第1マスク膜の存在下で第3絶縁膜をエッチングする工程、(c)第1マスク膜を除去し、第3および第2絶縁膜上に第4絶縁膜および第5絶縁膜を順次堆積する工程、(d)第5絶縁膜上に、溝が形成される領域に開口を有する第2マスク膜をパターニングし、第2マスク膜の存在下で第5絶縁膜をエッチングする工程、(e)第2マスク膜または第5絶縁膜をマスクとして第4絶縁膜をエッチングして第5絶縁膜にパターニングされた溝を第4絶縁膜に形成し、さらに、第3絶縁膜をマスクとして第2絶縁膜をエッチングし、第3絶縁膜にパターニングされた孔を第2絶縁膜に形成する工程、(f)孔の一部を覆う第3マスク膜をパターニングする工程、(g)第3マスク膜およびパターニングされた第5絶縁膜の存在下で、孔底部の第1絶縁膜および溝底部の第3絶縁膜をエッチングする工程、(h)第3マスク膜を除去し、溝および孔を埋め込む導電膜を形成する工程、(i)溝以外の領域の導電膜を除去し、第2配線層を構成する配線および導電部材を形成する工程、を含む。
18.本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、複数の配線層を有し、配線層のうち最上層を除く任意の第1配線層と、第1配線層の上層の任意の第2配線層とを含むものであって、(a)第1配線層上に第1絶縁膜、第2絶縁膜、第3絶縁膜、第4絶縁膜および第5絶縁膜を順次堆積する工程、(b)第5絶縁膜上に、孔が形成される領域に開口を有する第1マスク膜をパターニングし、第1マスク膜の存在下で第5、第4、第3および第2絶縁膜をエッチングして孔を形成する工程、(c)第1マスク膜を除去した後、第5絶縁膜上に第2マスク膜を形成し、溝が形成される領域を露光した後に第2マスク膜を現像し、溝が形成される領域以外および孔内に第2マスク膜を残存させる工程、(d)第2マスク膜の存在下で第5および第4絶縁膜をエッチングし、溝を形成する工程、(e)第2マスク膜を除去し、孔の一部を覆う第3マスク膜をパターニングする工程、(f)第3マスク膜の存在下で、孔底部の第1絶縁膜をエッチングする工程、(g)第3マスク膜を除去し、溝および孔を埋め込む導電膜を形成する工程、(h)溝以外の領域の導電膜を除去し、第2配線層を構成する配線および導電部材を形成する工程、を含む。
19.前記項17または18記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、第3マスク膜の形成前に、さらに、溝および孔の内面を含む半導体基板の全面に第6絶縁膜を堆積する工程を有し、孔底部の第1絶縁膜のエッチング工程において、第3マスク膜で覆われない第6絶縁膜を第1絶縁膜とともに除去するものである。
20.本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、複数の配線層を有し、配線層のうち最上層を除く任意の第1配線層と、第1配線層の上層の任意の第2配線層とを含むものであって、(a)第1配線層を覆う第7絶縁膜を堆積する工程、(b)第7絶縁膜上に、孔が形成される領域に開口を有する第1マスク膜をパターニングし、第1マスク膜の存在下で第7絶縁膜をエッチングして、第1配線層を構成する配線上に第7絶縁膜を除去する工程、(c)孔の内面を含む半導体基板の全面に第6絶縁膜を堆積する工程、(d)孔の一部を覆う第3マスク膜をパターニングする工程、(e)第3マスク膜の存在下で、第6絶縁膜をエッチングする工程、(f)第3マスク膜を除去し、孔を埋め込む導電膜を形成する工程、(g)孔以外の領域の導電膜を除去し、第2配線層を構成する配線に接続される導電部材を形成する工程、(h)半導体基板の全面に第2導電膜を堆積し、第2導電膜をパターニングして第2配線層を形成する工程、を含む。
21.前記項16〜20の何れか一項に記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、第1および第3絶縁膜は、第2および第4絶縁膜に対してエッチング選択比を有する材料で構成され、第1絶縁膜の膜厚は第3絶縁膜の膜厚と同等である。
22.前記項16〜21の何れか一項に記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、第1または第6絶縁膜の膜厚は、第2絶縁膜の膜厚よりも薄いものである。
23.前記項16〜22の何れか一項に記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、第1または第6絶縁膜の誘電率は、第2絶縁膜の誘電率よりも高いものである。
24.本発明のマスクパターン生成方法は、複数の配線層を有し、配線層のうち最上層を除く任意の第1配線層と、第1配線層の上層の任意の第2配線層とを含む半導体集積回路装置の製造に用いられるものであって、第1配線層を構成する電源配線のうち第1電位が割り当てられる第1電源配線と、第2配線層を構成する電源配線のうち第1電位とは異なる電位の第2電位が割り当てられる第2電源配線とが交差する交差領域を判別する第1のステップと、交差領域に孔パターンを生成する第2のステップと、孔パターンの幅を、孔パターンに隣接する第1および第2配線層の配線領域に至らない範囲で拡張する第3のステップと、を有する。
25.前記項1〜12の何れか一項に記載の半導体集積回路装置であって、容量セルを有するものである。
26.前記項1〜12または25の何れか一項に記載の半導体集積回路装置であって、第2配線層は、最上層の配線層である。
27.前記項1〜4の何れか一項に記載の半導体集積回路装置であって、容量素子は、第1電源配線を一方の電極とし、第2電源配線の下部に第2電源配線と一体にまたは電気的に接続して形成された導電部材を他方の電極とし、一方および他方の電極の間に形成された誘電体膜とで構成され、第1および第2配線層間の層間絶縁膜は、誘電体膜の誘電率よりも低い誘電率を有する絶縁膜を含む。
28.前記項1〜12または25〜27の何れか一項に記載の半導体集積回路装置であって、容量素子は、メモリブロックおよび論理ブロック上に分散して形成される。
29.前記項25記載の半導体集積回路装置であって、容量セルは、MIS容量素子を構成する。
30.前記項1〜12または25〜29の何れか一項に記載の半導体集積回路装置であって、第1配線層と第2配線層の配線間を電気的に接続するための接続孔を形成する工程を利用して、交差領域に孔が形成され、孔に形成された導電部材が第2電源配線に電気的に接続されるとともに容量素子の一方の電極として作用し、第1電源配線が容量素子の他方の電極として作用するものである。
The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.
1. The semiconductor integrated circuit device of the present invention has a plurality of wiring layers, and includes an arbitrary first wiring layer excluding the uppermost layer among the wiring layers, and an optional second wiring layer above the first wiring layer. Wherein a capacitive element is formed in an intersection region between a first power supply wiring at a first potential included in the first wiring layer and a second power supply wiring at a second potential included in the second wiring layer. Features.
2. 2. The semiconductor integrated circuit device according to the
3. 3. The semiconductor integrated circuit device according to
4. 4. The semiconductor integrated circuit device according to any one of the
5. 5. The semiconductor integrated circuit device according to any one of the
6. 5. The semiconductor integrated circuit device according to any one of the
7. 7. The semiconductor integrated circuit device according to
8. 8. The semiconductor integrated circuit device according to the
9. 9. The semiconductor integrated circuit device according to any one of the
10. 10. The semiconductor integrated circuit device according to any one of
11. 11. The semiconductor integrated circuit device according to any one of the
12. 12. The semiconductor integrated circuit device according to any one of the
13. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention includes a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising: a first wiring layer having a plurality of wiring layers except for an uppermost layer; (A) forming an interlayer insulating film covering the first wiring layer and forming a hole in the interlayer insulating film on the wiring forming the first wiring layer; Forming a mask film covering a part of the holes, and (c) performing an etching process in the presence of the mask film to remove the insulating film formed on the interlayer insulating film including the bottoms of the holes or the inner surfaces of the holes. (D) removing the mask film and forming a conductive member inside the hole.
14. 14. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the
15. 15. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the
16. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention includes a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising: a first wiring layer having a plurality of wiring layers except for an uppermost layer; (A) a step of sequentially depositing a first insulating film, a second insulating film, and a third insulating film on a first wiring layer, and (b) a hole formed on the third insulating film. Patterning a first mask film having an opening in a region to be etched, and etching a third insulating film in the presence of the first mask film; (c) removing the first mask film and forming a third insulating film on the third and second insulating films (D) patterning a second mask film having an opening in a region where a groove is to be formed on the fifth insulating film, thereby forming a second mask film on the fifth insulating film. Etching the fifth insulating film below, and (e) a fourth insulating film using the second mask film or the fifth insulating film as a mask. The film is etched to form a groove patterned in the fifth insulating film in the fourth insulating film, and further, the second insulating film is etched using the third insulating film as a mask to form a hole patterned in the third insulating film. Forming the second insulating film, (f) removing the third insulating film and the first insulating film exposed at the bottom of the groove and the hole, and (g) forming the first and second insulating films on the entire surface of the semiconductor substrate including the inner surface of the groove and the hole. Depositing a sixth insulating film, (h) patterning a third mask film covering a part of the hole, (i) etching the sixth insulating film in the presence of the third mask film, (j). Removing the third mask film and forming a conductive film filling the trench and the hole, (k) removing the conductive film in a region other than the groove and forming a wiring and a conductive member constituting the second wiring layer; including.
17. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention includes a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising: a first wiring layer having a plurality of wiring layers except for an uppermost layer; and a second wiring layer above the first wiring layer. (A) a step of sequentially depositing a first insulating film, a second insulating film, and a third insulating film on a first wiring layer, and (b) a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device. Patterning a first mask film having an opening in a region where a hole is to be formed, and etching a third insulating film in the presence of the first mask film; (c) removing the first mask film; And sequentially depositing a fourth insulating film and a fifth insulating film on the second insulating film, and (d) patterning a second mask film having an opening in a region where a groove is formed on the fifth insulating film; Etching the fifth insulating film in the presence of the second mask film, (e) the second mask film or the fifth insulating film; The fourth insulating film is etched using the film as a mask to form a groove patterned in the fifth insulating film in the fourth insulating film, and further, the second insulating film is etched using the third insulating film as a mask to form a third insulating film. Forming a hole patterned in the film in the second insulating film, (f) patterning a third mask film covering a part of the hole, (g) forming a third mask film and a patterned fifth insulating film. A step of etching the first insulating film at the bottom of the hole and the third insulating film at the bottom of the groove in the presence; (h) a step of removing the third mask film to form a conductive film filling the groove and the hole; (i) Removing the conductive film in a region other than the groove and forming a wiring and a conductive member constituting the second wiring layer.
18. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention includes a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising: a first wiring layer having a plurality of wiring layers except for an uppermost layer; and a second wiring layer above the first wiring layer. (A) a step of sequentially depositing a first insulating film, a second insulating film, a third insulating film, a fourth insulating film, and a fifth insulating film on the first wiring layer; 5 A first mask film having an opening in a region where a hole is formed is patterned on the insulating film, and the fifth, fourth, third, and second insulating films are etched in the presence of the first mask film to form a hole. (C) removing the first mask film, forming a second mask film on the fifth insulating film, exposing a region where the groove is to be formed, developing the second mask film, Leaving the second mask film in a region other than the region where the first mask film is formed and in the hole, and (d) performing the fifth and fourth insulation in the presence of the second mask film. Forming a groove, (e) removing the second mask film and patterning a third mask film covering a part of the hole, and (f) forming a bottom of the hole in the presence of the third mask film. Etching the first insulating film, (g) removing the third mask film and forming a conductive film to fill the trench and the hole, and (h) removing the conductive film in a region other than the trench to form a second wiring. Forming a wiring and a conductive member constituting a layer.
19. 19. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to
20. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention includes a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising: a first wiring layer having a plurality of wiring layers except for an uppermost layer; and a second wiring layer above the first wiring layer. (A) depositing a seventh insulating film covering the first wiring layer, and (b) forming a first mask film having an opening in a region where a hole is formed on the seventh insulating film. Patterning, etching the seventh insulating film in the presence of the first mask film, and removing the seventh insulating film on the wiring constituting the first wiring layer; (c) removing the semiconductor substrate including the inner surface of the hole; Depositing a sixth insulating film on the entire surface, (d) patterning a third mask film covering a part of the hole, (e) etching the sixth insulating film in the presence of the third mask film, (F) removing the third mask film and forming a conductive film for filling the hole, and (g) conductive film in a region other than the hole. Removing and forming a conductive member connected to the wiring constituting the second wiring layer; (h) depositing a second conductive film on the entire surface of the semiconductor substrate and patterning the second conductive film to form the second wiring layer Forming a step.
21. 21. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to any one of
22. 22. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to any one of the
23. 23. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to any one of the
24. A mask pattern generation method according to the present invention includes a semiconductor having a plurality of wiring layers and including an arbitrary first wiring layer excluding an uppermost layer among the wiring layers, and an optional second wiring layer above the first wiring layer. A first power supply line to which a first potential is assigned among power supply lines forming a first wiring layer and a first potential among power supply lines forming a second wiring layer, which are used for manufacturing an integrated circuit device. A first step of determining an intersection area where a second power supply wiring to which a second potential different from the potential is assigned intersects; a second step of generating a hole pattern in the intersection area; And a third step of extending the wiring pattern so as not to reach the wiring regions of the first and second wiring layers adjacent to the hole pattern.
25. 13. The semiconductor integrated circuit device according to any one of the
26. 26. In the semiconductor integrated circuit device according to any one of the
27. 5. The semiconductor integrated circuit device according to any one of the
28. 28. The semiconductor integrated circuit device according to any one of the
29. 26. The semiconductor integrated circuit device according to the
30. 30. The semiconductor integrated circuit device according to any one of the
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
(1)面積および配線の増加なしに、大きな電源安定化容量を得ることができる半導体集積回路装置を実現できる。
(2)電源ライン(VddおよびVss)間に大きな安定化容量を付加し、ACノイズを低減して半導体集積回路装置の動作安定性および動作信頼性を向上できる。
(3)安定化容量をチップ内に均一に配置でき、局所的なACノイズの発生が生じても、そのノイズ発生部の近傍に配置された安定化容量により有効にノイズを除去できる。これにより半導体集積回路装置の安定性をさらに高めることができる。
The effects obtained by typical aspects of the invention disclosed in the present application will be briefly described as follows.
(1) A semiconductor integrated circuit device capable of obtaining a large power supply stabilizing capacitance without increasing the area and wiring can be realized.
(2) A large stabilizing capacitance is added between the power supply lines (Vdd and Vss) to reduce AC noise and improve operation stability and operation reliability of the semiconductor integrated circuit device.
(3) The stabilizing capacitors can be uniformly arranged in the chip, and even if local AC noise occurs, noise can be effectively removed by the stabilizing capacitors arranged near the noise generating portion. Thereby, the stability of the semiconductor integrated circuit device can be further improved.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In all the drawings for describing the embodiments, the same members are denoted by the same reference numerals in principle, and the repeated description thereof will be omitted.
(実施の形態1)
図1は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の一例を示した平面図であり、(a)はチップ全体を示した平面図、(b)は内部領域の一部を拡大して示した平面図である。
(Embodiment 1)
FIGS. 1A and 1B are plan views showing an example of a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a plan view showing an entire chip, and FIG. FIG.
図1(a)に示すように、本実施の形態の半導体集積回路装置には、半導体基板1の中央部に内部領域1a、その外周部に入出力制御用のI/O領域1b、および周辺部にリード取り出し用のパッド(外部端子)1cが配置されている。内部領域1aには、たとえば論理回路、RAM(Random Access Memory)またはROM(Read Only Memory)などのメモリ回路(メモリブロック)、クロック回路等が配置され、I/O領域1bには入出力回路が配置される。論理回路、メモリ回路、入出力回路等は、たとえば半導体素子で構成された基本セルを用いて構成され、基本セル間および半導体素子間は配線で結線される。内部領域1aの上層部には配線層が形成されており、図1(b)においては最上層である第5配線層M5とその下層の第4配線層M4が表されている。なお、本実施の形態では最上層を第5配線層M5とする5層配線を例示しているが、5層以上の配線層を有しても良いし、4層以下の配線層でもよい。ただし、多層配線であることを要するから2層以上の配線構造を有することが必要である。
As shown in FIG. 1A, in a semiconductor integrated circuit device according to the present embodiment, an internal region 1a is provided at a central portion of a
図1(b)に示すように、たとえば第5配線層M5を構成する配線のうち、電源配線には、第1の電位であるVssあるいは第2の電位であるVddが所定の間隔Myを有するように割り当てられる。同様に、たとえば第4配線層M4を構成する電源配線にも、第1の電位のVssあるいは第2の電位のVddが所定の間隔Mxを有するように割り当てられる。なお、図1(b)では図面を見やすくするために電源配線以外の配線を省略して示している。また、第1電位Vssはたとえば基準電位で0V、第2電位Vddは第1電位Vssよりも高く、たとえば1.5〜3.3Vである。 As shown in FIG. 1B, for example, among the wirings forming the fifth wiring layer M5, the power supply wiring has a first potential Vss or a second potential Vdd at a predetermined interval My. Assigned as follows. Similarly, for example, the first potential Vss or the second potential Vdd is also assigned to the power supply wiring configuring the fourth wiring layer M4 so as to have a predetermined interval Mx. In FIG. 1B, wiring other than the power supply wiring is omitted for easy viewing. The first potential Vss is, for example, 0 V as a reference potential, and the second potential Vdd is higher than the first potential Vss, for example, 1.5 to 3.3 V.
また、図1(b)に示すように、第5配線層M5と第4配線層M4とが上面から見てメッシュ状に構成され、第5配線層M5の第1電位Vssが割り当てられた配線と第4配線層M4の第2電位Vddが割り当てられた配線とが交差する部分、および、第5配線層M5の第2電位Vddが割り当てられた配線と第4配線層M4の第1電位Vssが割り当てられた配線とが交差する部分には、電源安定化用のキャパシタ(容量素子)Cが形成されている。本実施の形態では、図1(b)に示すように、上面から見て、キャパシタCが半導体基板1(チップ)の少なくとも内部領域1aにおいてほぼ均一に分散して形成されている。すなわち、内部領域1a上の全領域において、容量素子Cがほぼ均一に分散して構成される。このため、内部領域1aの任意の領域で局所的に消費電力が大きくなり電源電圧の不安定化を誘発させる要因が発生しても、その近傍のキャパシタCが有効に作用し、電源電圧を速やかに安定化してACノイズの発生を効果的に抑制できる。 Further, as shown in FIG. 1B, the fifth wiring layer M5 and the fourth wiring layer M4 are formed in a mesh shape when viewed from above, and the wiring to which the first potential Vss of the fifth wiring layer M5 is assigned. Where the second potential Vdd of the fourth wiring layer M4 intersects with the first potential Vss of the fourth wiring layer M4 and the wiring of the fifth wiring layer M5 to which the second potential Vdd is allocated. A capacitor (capacitance element) C for stabilizing the power supply is formed at a portion where the wiring intersected by the symbol. In the present embodiment, as shown in FIG. 1B, the capacitors C are formed so as to be substantially uniformly dispersed in at least the internal region 1a of the semiconductor substrate 1 (chip) as viewed from the top. That is, the capacitance elements C are substantially uniformly dispersed in the entire region on the internal region 1a. For this reason, even if the power consumption locally increases in an arbitrary region of the internal region 1a and a factor that induces the instability of the power supply voltage occurs, the capacitor C in the vicinity thereof effectively operates, and the power supply voltage is quickly reduced. And the generation of AC noise can be effectively suppressed.
図2は、図1(b)の内部領域をさらに拡大した平面図であり、図3は、図2のIII-III線断面図である。 FIG. 2 is a plan view in which the internal region of FIG. 1B is further enlarged, and FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III of FIG.
第5配線層M5には、前記した電源配線として、第1電位Vssが割り当てられた配線M5s、および、第2電位Vddが割り当てられた配線M5dが形成され、また、信号が割り当てられた信号配線M5sigが形成されている。第4配線層M4には、前記した電源配線として、第1電位Vssが割り当てられた配線M4s、および、第2電位Vddが割り当てられた配線M4dが形成され、信号が割り当てられた信号配線M4sigが形成されている。 In the fifth wiring layer M5, a wiring M5s to which the first potential Vss is allocated and a wiring M5d to which the second potential Vdd is allocated are formed as the above-mentioned power supply wiring, and a signal wiring to which signals are allocated. M5sig is formed. In the fourth wiring layer M4, a wiring M4s to which the first potential Vss is allocated and a wiring M4d to which the second potential Vdd is allocated are formed as the power supply wiring, and the signal wiring M4sig to which signals are allocated is formed. Is formed.
配線M5sと配線M4sとが交差する部分、および配線M5dと配線M4dとが交差する部分には接続部材Pが各々形成されており、この接続部材Pを介して上下層が互いに電気的に接続される。接続部材Pは、図3に示すように、配線M5sと一体に形成され、いわゆるデュアルダマシン法で形成された導電部材とすることができる。 A connecting member P is formed at a portion where the wiring M5s and the wiring M4s intersect and a portion where the wiring M5d and the wiring M4d intersect, and the upper and lower layers are electrically connected to each other via the connecting member P. You. As shown in FIG. 3, the connection member P is formed integrally with the wiring M5s, and can be a conductive member formed by a so-called dual damascene method.
配線M5sと配線M4dとが交差する部分、および配線M5dと配線M4sとが交差する部分には、前記したキャパシタCが形成される。キャパシタCは、配線M5sあるいは配線M5dと一体に形成された導電部材Meを一方の電極とし、配線M4dあるいは配線M4sを他方の電極とする。そして、両電極(導電部材Meと配線M4dまたは配線M4s)の間に誘電体膜であるキャパシタ絶縁膜Icが形成され、このキャパシタ絶縁膜Icによって両電極が絶縁されてキャパシタCが構成される。 The capacitor C is formed at a portion where the wiring M5s intersects with the wiring M4d and a portion where the wiring M5d intersects with the wiring M4s. The capacitor C has a conductive member Me formed integrally with the wiring M5s or M5d as one electrode and the wiring M4d or M4s as the other electrode. Then, a capacitor insulating film Ic, which is a dielectric film, is formed between the two electrodes (the conductive member Me and the wiring M4d or the wiring M4s), and the two electrodes are insulated by the capacitor insulating film Ic to form the capacitor C.
第5配線層M5および第4配線層M4を構成する配線(配線M5s,M5d,M4s,M4d、信号配線M5sig,M4sig)は、配線形成用の絶縁膜の溝内に形成され、主導電層Mmとバリア層Mbとで構成される。主導電層Mmは銅(Cu)からなり、バリア層Mbはたとえば窒化チタン(TiN)とすることができる。バリア層Mbは主導電層からの銅の拡散を防止するために形成される。また、接続部材Pおよび導電部材Meは、前記配線の下部に形成された孔内に形成され、前記のとおり配線M5s,M5dと一体に形成される。接続部材Pおよび導電部材Meも主導電層Mmおよびバリア層Mbからなり、主導電層Mmは銅、バリア層Mbは窒化チタンからなる。 Wirings (wirings M5s, M5d, M4s, M4d, signal wirings M5sig, M4sig) constituting the fifth wiring layer M5 and the fourth wiring layer M4 are formed in grooves of a wiring-forming insulating film, and are formed in the main conductive layer Mm. And the barrier layer Mb. The main conductive layer Mm is made of copper (Cu), and the barrier layer Mb can be made of, for example, titanium nitride (TiN). Barrier layer Mb is formed to prevent diffusion of copper from the main conductive layer. The connection member P and the conductive member Me are formed in a hole formed below the wiring, and are formed integrally with the wirings M5s and M5d as described above. The connection member P and the conductive member Me also include the main conductive layer Mm and the barrier layer Mb. The main conductive layer Mm includes copper, and the barrier layer Mb includes titanium nitride.
キャパシタ絶縁膜Icは、たとえば酸化タンタル(TaOx)からなる。酸化タンタルの比誘電率は20以上と大きく、十分に大きなキャパシタCの容量値を確保できる。また、キャパシタ絶縁膜Icの膜厚tcは、接続部材Pおよび導電部材Meが形成された第5配線層M5と第4配線層M4との間の層間絶縁膜の膜厚t(t<tc)よりも小さく、十分大きな容量値を確保できる。 Capacitor insulating film Ic is made of, for example, tantalum oxide (TaO x ). The relative dielectric constant of tantalum oxide is as large as 20 or more, and a sufficiently large capacitance value of the capacitor C can be secured. The thickness tc of the capacitor insulating film Ic is determined by the thickness t (t <tc) of the interlayer insulating film between the fifth wiring layer M5 and the fourth wiring layer M4 on which the connecting member P and the conductive member Me are formed. And a sufficiently large capacitance value can be secured.
なお、配線形成用の絶縁膜および層間絶縁膜の材料として低誘電率の材料を用いることができる。たとえばシリコン酸化膜を主な構成材料とすることができる。配線間を低誘電率材料で絶縁することにより配線間容量を小さくし、信号の伝送速度を向上することができる。 Note that a low dielectric constant material can be used as the material of the insulating film and the interlayer insulating film for forming the wiring. For example, a silicon oxide film can be used as a main constituent material. By insulating the wires with a low dielectric constant material, the capacitance between the wires can be reduced, and the signal transmission speed can be improved.
このように、本実施の形態では、配線間の絶縁にはたとえば低誘電率SOG(Spin On Glass)膜、シリコン酸化膜等低誘電率の材料を用い、これにより信号に対する応答速度(信号伝送速度)を高品質に維持する一方、キャパシタ絶縁膜Icの材料として高誘電率材料たとえば酸化タンタルを用い、また、キャパシタ絶縁膜Icの膜厚を薄く構成するため、異種電圧の電源配線間の容量を大きくして、電源電圧の安定化およびACノイズの除去を図ることができる。 As described above, in the present embodiment, a material having a low dielectric constant, such as a low dielectric constant SOG (Spin On Glass) film or a silicon oxide film, is used for insulation between the wirings, whereby the response speed to the signal (signal transmission speed) is achieved. ) Is maintained at a high quality, a high dielectric constant material such as tantalum oxide is used as the material of the capacitor insulating film Ic, and the thickness of the capacitor insulating film Ic is reduced. By increasing the voltage, it is possible to stabilize the power supply voltage and remove AC noise.
また、本実施の形態のキャパシタCは、異なる配線層間の異電圧電源配線間に形成するものであり、半導体基板1に容量セルを別途設ける必要がない。このため、電源安定化用のキャパシタ形成のための面積オーバーヘッドがなく、高集積化に有利である。また、電源安定化用のキャパシタに接続するための余分な配線を形成する必要もなく配線のオーバーヘッドも防止できる。
{Circle around (2)} The capacitor C of the present embodiment is formed between different voltage power supply wirings between different wiring layers, and there is no need to separately provide a capacity cell on the
さらに、本実施の形態のキャパシタCは、前記のとおり大きな容量値を確保できる構造であるため、ゲートアレーの未使用ベーシックセルを流用してキャパシタを構成する場合のように容量値の不足を懸念する必要もない。すなわち、面積および配線のオーバーヘッドを抑え、かつ、大きな電源安定化容量を確保できる。 Further, since the capacitor C of the present embodiment has a structure capable of securing a large capacitance value as described above, there is a concern that the capacitance value may be insufficient as in the case where the unused basic cells of the gate array are used to form the capacitor. You don't have to. That is, it is possible to suppress the area and the overhead of the wiring and to secure a large power stabilizing capacitance.
しかも、本実施の形態のキャパシタCは、ほぼチップ(半導体基板1)の全体に均一に分散して形成されるため、任意の位置で局所的に消費電力が増加等して電圧不安定化(ACノイズ発生)の要因が生じても、その近傍に存在するキャパシタCにより速やかに電源電圧を安定化し、効果的にACノイズの発生を抑制できる。 Moreover, since the capacitor C of the present embodiment is formed substantially uniformly distributed over the entire chip (semiconductor substrate 1), power consumption is locally increased at an arbitrary position and voltage instability ( Even if a factor of (AC noise generation) occurs, the power supply voltage can be quickly stabilized by the capacitor C present in the vicinity thereof, and the generation of AC noise can be suppressed effectively.
第5配線層M5に形成される電源配線M5d、M5sおよび信号配線M5sigは、主にX方向(第1方向)に延在するように配置され、第4配線層M4に形成される電源配線M4d、M4sおよび信号配線M4sigは、主にX方向に交差するY方向(第2方向)に延在するように配置される。また、第3配線層M3に形成される電源配線M3d、M3sおよび信号配線M3sigは、主にX方向に延在するように配置され、第2配線層M2に形成される電源配線M2d、M2sおよび信号配線M2sigは、主にY方向に延在するように配置される。第1配線層M1には電源配線M1d、M1sおよび信号配線M1sigが形成され、電源配線M1d、M1sは主にX方向に延在するように配置される。電源配線M1sは、たとえばnチャネルMISFETQnのソース領域に電気的に接続され、電源配線M1dは、たとえばpチャネルMISFETQpのソース領域に電気的に接続される。電源配線M5d、M4d、M3d、M2d、M1dは互いに電気的に接続され、第2電位Vddは電源配線M5dから電源配線M1dに供給される。また、電源配線M5s、M4s、M3s、M2s、M1sは互いに電気的に接続され、第1電位Vssは電源配線M5sから電源配線M1sに供給される。基本セル内は主に信号配線M1sigで結線され、基本セル間は主に信号配線M1sig、M2sig、M3sig、M4sig、M5sigで結線される。 The power supply wirings M5d and M5s and the signal wiring M5sig formed in the fifth wiring layer M5 are arranged to extend mainly in the X direction (first direction), and the power supply wiring M4d formed in the fourth wiring layer M4 , M4s and the signal wiring M4sig are arranged to extend mainly in the Y direction (second direction) intersecting with the X direction. Further, the power supply wirings M3d and M3s and the signal wiring M3sig formed in the third wiring layer M3 are arranged to extend mainly in the X direction, and the power supply wirings M2d and M2s formed in the second wiring layer M2 and The signal wiring M2sig is arranged to extend mainly in the Y direction. Power supply wirings M1d and M1s and signal wiring M1sig are formed in the first wiring layer M1, and the power supply wirings M1d and M1s are arranged to extend mainly in the X direction. Power supply wiring M1s is electrically connected, for example, to the source region of n-channel MISFET Qn, and power supply wiring M1d is electrically connected, for example, to the source region of p-channel MISFET Qp. The power lines M5d, M4d, M3d, M2d, and M1d are electrically connected to each other, and the second potential Vdd is supplied from the power line M5d to the power line M1d. The power wirings M5s, M4s, M3s, M2s, and M1s are electrically connected to each other, and the first potential Vss is supplied from the power wiring M5s to the power wiring M1s. The inside of the basic cell is mainly connected by the signal wiring M1sig, and the basic cells are mainly connected by the signal wirings M1sig, M2sig, M3sig, M4sig, and M5sig.
本実施の形態においては、たとえば上層部分である第5配線層M5に形成される電源配線M5d、M5sおよび第4配線層M4に形成される電源配線M4d、M4sは下層部分である第1配線層M1に形成される電源配線M1d、M1s、第2配線層M2に形成される電源配線M2d、M2s、第3配線層M3に形成される電源配線M3d、M3sよりも配線幅が広く構成される。本実施の形態においては、下層部分よりも配線幅が広い上層部分の電源配線M5d、M5s、M4d、M4sを用いてキャパシタCを構成しているので、プロセスの増加を抑えつつキャパシタCの容量を大きくすることができる。また、下層部分の電源配線M1d、M1s、M2d、M2s、M3d、M3sの配線幅を小さくして信号配線M3sig,M2sig,M1sigを密に構成することにより、基本セル内および基本セル間の結線の自由度を向上し、論理を高集積化することができる。 In the present embodiment, for example, power supply wirings M5d, M5s formed in fifth wiring layer M5, which is an upper layer, and power supply wirings M4d, M4s formed in fourth wiring layer M4, are first wiring layers, which are lower layers. The wiring width is wider than the power wirings M1d and M1s formed in M1, the power wirings M2d and M2s formed in the second wiring layer M2, and the power wirings M3d and M3s formed in the third wiring layer M3. In the present embodiment, since the capacitor C is configured using the power supply wirings M5d, M5s, M4d, and M4s in the upper layer, which has a wider wiring width than the lower layer, the capacitance of the capacitor C can be reduced while suppressing an increase in the number of processes. Can be larger. Further, the signal wirings M3sig, M2sig, and M1sig are densely formed by reducing the wiring widths of the power supply wirings M1d, M1s, M2d, M2s, M3d, and M3s in the lower layer portion, so that the connections within the basic cells and between the basic cells are formed. The degree of freedom can be improved and logic can be highly integrated.
このように、上層部である第5配線層M5および第4配線層M4の電源配線M5d,M5s,M4d,M4sを用いて、それらの間でキャパシタCを構成することにより、電源の供給を安定化するとともにキャパシタ容量を増大することができる。また、プロセスの増加を最小限に抑えることができる。 As described above, by using the power supply wirings M5d, M5s, M4d, and M4s of the fifth wiring layer M5 and the fourth wiring layer M4, which are the upper layers, and forming the capacitor C therebetween, power supply is stabilized. And the capacitance of the capacitor can be increased. Further, an increase in the number of processes can be minimized.
本実施の形態においては、5層配線を例に用いて説明したが、たとえば7層配線の構造の場合、上層部の配線として第7配線層M7と第6配線層M6とを用いてキャパシタCを構成することができる。 Although the present embodiment has been described using a five-layer wiring as an example, in the case of a seven-layer wiring structure, for example, a capacitor C is formed by using a seventh wiring layer M7 and a sixth wiring layer M6 as upper wirings. Can be configured.
このように電源配線の配線幅の広い上層部分の配線層でキャパシタCを構成することで、論理を高集積化するとともにキャパシタCの容量を増大させ、電圧不安定化(ACノイズ発生)を低減できる。また、本実施の形態においては、上層部分として、最上層とその下の配線層の2層を用いたが、3層を用いてもよいのは無論である。 By forming the capacitor C in the upper wiring layer having the wide power supply wiring, the logic is highly integrated, the capacitance of the capacitor C is increased, and voltage instability (AC noise generation) is reduced. it can. Further, in the present embodiment, two layers of the uppermost layer and the wiring layer therebelow are used as the upper layer portion, but it is a matter of course that three layers may be used.
なお、本実施の形態では、外部端子としてパッド1cを用いているが、これに限られず、第5配線層M5に電気的に接続されるバンプ電極(外部端子)を第5配線層M5上のファイナルパッシベーション膜上に設ける構造にしてもよい。電源配線用および信号用のバンプ電極は、内部領域1aの上に設けてもよい。 In this embodiment, the pad 1c is used as an external terminal. However, the present invention is not limited to this, and a bump electrode (external terminal) electrically connected to the fifth wiring layer M5 may be formed on the fifth wiring layer M5. A structure provided on the final passivation film may be used. Power supply wiring and signal bump electrodes may be provided on the internal region 1a.
なお、第3配線層以下の配線構造、半導体基板1の主面上に形成されたMISFET等の構造は、以下の製造方法の説明において併せて説明する。
The wiring structure below the third wiring layer and the structure of the MISFET and the like formed on the main surface of the
図4〜図19は、本実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法の一例を工程順に示した断面図である。以下図面を用いて工程順に説明する。 FIGS. 4 to 19 are sectional views showing an example of a method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device of the present embodiment in the order of steps. The steps will be described below in the order of steps using the drawings.
まず、図4に示すように、たとえばp-型の単結晶シリコンからなる半導体基板1を用意し、半導体基板1の主面に素子分離領域2を形成する。素子分離領域2はたとえば以下のようにして形成できる。まず、半導体基板1の主面上にシリコン酸化膜(SiO)およびシリコン窒化膜(SiN)を順次形成し、このシリコン窒化膜をパターニングされたフォトレジスト膜を用いてエッチングし、このエッチングされたシリコン窒化膜をマスクとして半導体基板1に浅溝を形成する。その後、浅溝を埋め込む絶縁膜たとえばシリコン酸化膜を堆積し、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法等を用いて浅溝以外の領域のシリコン酸化膜を除去し、さらにウェットエッチング法等によりシリコン窒化膜を除去する。これにより素子分離領域2が形成される。
First, as shown in FIG. 4, a
次に、パターニングされたフォトレジスト膜をマスクとして不純物をイオン注入し、pウェル3およびnウェル4を形成する。pウェル3にはp型の導電型を示す不純物たとえばボロン(B)をイオン注入し、nウェル4にはn型の導電型を示す不純物たとえばリン(p)をイオン注入する。この後、各ウェル領域にMISFETのしきい値を制御するための不純物をイオン注入してもよい。
Next, impurities are ion-implanted using the patterned photoresist film as a mask to form a p-
次に、ゲート絶縁膜5となるシリコン酸化膜、ゲート電極6となる多結晶シリコン膜およびキャップ絶縁膜7となるシリコン酸化膜を順次堆積して積層膜を形成し、フォトリソグラフィによりパターニングされたフォトレジスト膜をマスクとして前記積層膜をエッチングする。これにより、ゲート絶縁膜5、ゲート電極6およびキャップ絶縁膜7を形成する。ゲート絶縁膜5はたとえば熱CVD法により形成することができ、ゲート電極6はCVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成することができる。ゲート電極6の抵抗値を低減するためにn型あるいはp型の不純物をMISFETのチャネル型に応じてドープしてもよい。すなわち、nチャネルMISFETのゲート電極にはn型不純物を、pチャネルMISFETのゲート電極にはp型不純物をドープしてもよい。この場合イオン注入法を用いることができる。なお、ゲート電極6の上部にWSix 、MoSix 、TiSix 、TaSix などの高融点金属シリサイド膜を積層してもよく、窒化チタン、窒化タングステン等のバリアメタル層を介してタングステン等の金属層を形成してもよい。これによりゲート電極6のシート抵抗値を低減し、MISFETの動作速度を向上できる。キャップ絶縁膜7はたとえばCVD法により堆積することができる。
Next, a silicon oxide film serving as the
次に、半導体基板1上にたとえばCVD法でシリコン酸化膜を堆積した後、このシリコン酸化膜を異方性エッチングすることにより、ゲート電極6の側壁にサイドウォールスペーサ8を形成する。その後、フォトレジスト膜をマスクとして、pウェル3にn型不純物(たとえばリン、ヒ素)をイオン注入し、pウェル3上のゲート電極6の両側にn型半導体領域9を形成する。n型半導体領域9は、ゲート電極6およびサイドウォールスペーサ8に対して自己整合的に形成される。また、n型半導体領域9は、nチャネルMISFETQnのソース、ドレイン領域として機能する。同様に、フォトレジスト膜をマスクとして、nウェル4にp型不純物(たとえばボロン)をイオン注入し、nウェル4上のゲート電極6の両側にp型半導体領域10を形成する。p型半導体領域10は、ゲート電極6およびサイドウォールスペーサ8に対して自己整合的に形成され、pチャネルMISFETQpのソース、ドレイン領域として機能する。
Next, after depositing a silicon oxide film on the
なお、サイドウォールスペーサ8の形成前に低濃度の不純物半導体領域を形成し、サイドウォールスペーサ8の形成後に高濃度の不純物半導体領域を形成していわゆるLDD(Lightly Doped Drain)構造としてもよい。
Note that a low-concentration impurity semiconductor region may be formed before the formation of the
次に、図5に示すように、半導体基板1上にスパッタ法またはCVD法でシリコン酸化膜を堆積した後、そのシリコン酸化膜をたとえばCMP法で研磨することにより、表面が平坦化された第1層間絶縁膜11を形成する。
Next, as shown in FIG. 5, after a silicon oxide film is deposited on the
次に、フォトリソグラフィ技術を用いて第1層間絶縁膜11に接続孔12を形成する。この接続孔12は、n型半導体領域9あるいはp型半導体領域10上の必要部分に形成する。
Next, a
次に、接続孔12内にプラグ13をたとえば以下のようにして形成する。まず、接続孔12の内部を含む半導体基板1の全面に窒化チタン(TiN)膜を形成する。窒化チタン膜はたとえばCVD法により形成できる。CVD法は被膜の段差被覆性に優れるため、微細な接続孔12内にも均一な膜厚で窒化チタン膜を形成できる。次に、接続孔12を埋め込むタングステン(W)膜を形成する。タングステン膜は、たとえばCVD法で形成できる。CVD法であれば同様に微細な接続孔12内をタングステンで埋め込むことができる。次に、接続孔12以外の領域の窒化チタン膜およびタングステン膜をたとえばCMP法により除去してプラグ13を形成できる。なお、窒化チタン膜の形成前にたとえばチタン(Ti)膜を堆積し、熱処理を行って接続孔12の底部における半導体基板(n型あるいはp型の半導体領域9,10)をシリサイド化してもよい。このようなシリサイド層を形成することにより、接続孔12底部でのコンタクト抵抗を低減できる。
Next, the
次に、半導体基板1の全面にタングステン膜を形成し、このタングステン膜をフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングし、第1配線層の配線14を形成する。タングステン膜は、CVD法あるいはスパッタ法により形成できる。
Next, a tungsten film is formed on the entire surface of the
次に、図6に示すように、配線14を覆う絶縁膜たとえばシリコン酸化膜を形成し、この絶縁膜をCMP法により平坦化して第2層間絶縁膜15を形成する。
Next, as shown in FIG. 6, an insulating film covering the
次に、第2層間絶縁膜15上に接続孔が形成される領域に開口を有するフォトレジスト膜を形成し、このフォトレジスト膜をマスクとしてエッチングを施る。これにより第2層間絶縁膜15の所定の領域に接続孔16を形成する。
Next, a photoresist film having an opening in a region where a connection hole is to be formed is formed on the second
次に、接続孔16内にプラグ17を形成する。プラグ17は以下のようにして形成できる。まず、接続孔16の内部を含む半導体基板1の全面にバリア層を形成し、さらに接続孔16を埋め込む銅(Cu)膜を形成する。その後、接続孔16以外の領域の銅膜およびバリア膜をCMP法により除去してプラグ17を形成する。
Next, a
バリア層は銅の第2層間絶縁膜15等周辺への拡散を防止する機能を有し、たとえば窒化チタン膜を例示できる。なお、窒化チタン膜には限られず、銅の拡散防止機能を有する限り他の金属膜であってもよい。たとえば、窒化チタンに代えてタンタル(Ta)、窒化タンタル(TaN)を用いることもできる。次工程以下のバリア層については窒化チタン膜を例示して説明するが、タンタル、窒化タンタル等に代えることができることは前記と同様である。
The barrier layer has a function of preventing copper from diffusing into the periphery of the second
銅膜は主導電層として機能し、たとえばメッキ法で形成できる。メッキ膜の形成前にシード膜として薄い銅膜をスパッタ法により形成できる。また、銅膜は、スパッタ法により形成してもよい。この場合、スパッタにより銅膜を形成後、熱処理により銅膜を流動化させて、接続孔または配線溝へ埋め込み特性を向上するようにしてもよい。次工程以下の銅膜についてはメッキ法で形成する場合を例示するが、スパッタ法を用いてもよいことは前記と同様である。 The copper film functions as a main conductive layer and can be formed by, for example, a plating method. Before forming a plating film, a thin copper film can be formed as a seed film by a sputtering method. Further, the copper film may be formed by a sputtering method. In this case, after the copper film is formed by sputtering, the copper film may be fluidized by heat treatment to improve the filling characteristics in the connection hole or the wiring groove. The case where the copper film in the next step and thereafter is formed by a plating method is exemplified, but the sputtering method may be used in the same manner as described above.
次に、図7に示すように、第2層間絶縁膜15上にストッパ絶縁膜18を形成し、さらに第2配線層形成用の絶縁膜19を形成する。ストッパ絶縁膜18は、絶縁膜19への溝加工の際にエッチングストッパとなる膜であり、絶縁膜19に対してエッチング選択比を有する材料を用いる。ストッパ絶縁膜18は、たとえばシリコン窒化膜とする。絶縁膜19は、配線間の線間容量を低く抑えるため、誘電率の小さな材料を用いる。絶縁膜19は、たとえばシリコン酸化膜とする。なお、ストッパ絶縁膜18と絶縁膜19には次に説明する第2層配線が形成される。このため、その合計膜厚は第2配線層に必要な設計膜厚で決められる。また、配線間容量を低減することを考慮すれば、誘電率の高いシリコン窒化膜からなるストッパ絶縁膜18の膜厚はスットパ機能を達するに十分な膜厚であればできるだけ薄いことが望ましい。
Next, as shown in FIG. 7, a
次に、絶縁膜19上に配線パターンに開口が形成されたフォトレジスト膜をパターニングし、このフォトレジスト膜をマスクとして第1のエッチングを施す。この第1のエッチングにより絶縁膜19に配線溝20の一部を形成する。このエッチングの際にはシリコン酸化膜がエッチングされ易くシリコン窒化膜がエッチングされ難い条件を選択する。これによりストッパ絶縁膜18(シリコン窒化膜)をエッチングストッパとして用いる。その後、シリコン窒化膜がエッチングされる条件を選択して第2のエッチングを施す。前記したようにストッパ絶縁膜18の膜厚は十分に薄く形成されているため、第2のエッチングでのオーバーエッチングは少なくてよく、第2層間絶縁膜15の過剰エッチングを抑制できる。このように2段階のエッチングを用いることにより、配線溝20の深さを均一かつ確実に形成することができる。
Next, a photoresist film having an opening formed in a wiring pattern is patterned on the insulating
次に、配線溝20の内部に第2配線層の配線21を形成する。配線21は、バリア層および主導電層からなり、バリア層はたとえば窒化チタン膜、主導電層はたとえば銅である。配線21の形成は以下のようにして行う。まず、配線溝20の内部を含む半導体基板1の全面に窒化チタン膜を形成し、その後配線溝20を埋め込む銅膜を形成する。窒化チタン膜の形成にはたとえばCVD法を、銅膜の形成にはたとえばメッキ法を用いる。メッキ法による銅膜の形成前にたとえばスパッタ法により銅のシード膜を形成できる。その後、配線溝20以外の領域の銅膜および窒化チタン膜をCMP法により除去して配線21を形成できる。なお、窒化チタン膜を他の材料に代えることができる点、銅膜をスパッタ法等他の製法により形成できる点は前記の通りである。
Next, the
次に、図8に示すように、第2配線層の配線21および絶縁膜19上にストッパ絶縁膜22、層間絶縁膜23、配線形成用のストッパ絶縁膜24、配線形成用の絶縁膜25を順次形成する。ストッパ絶縁膜22,24は、層間絶縁膜23あるいは絶縁膜25に対してエッチング選択比を有する材料で構成され、たとえばシリコン窒化膜とすることができる。一方層間絶縁膜23あるいは絶縁膜25はシリコン酸化膜とすることができる。
Next, as shown in FIG. 8, a stopper insulating film 22, an
次に、絶縁膜25上に、第3配線層の配線パターンに開口が形成されたフォトレジスト膜をパターニングし、このフォトレジスト膜をマスクとして絶縁膜25をエッチングする。このエッチングの際には、シリコン窒化膜がエッチングされ難く、シリコン酸化膜がエッチングされ易い条件を選択する。これによりストッパ絶縁膜24をエッチングストッパとして絶縁膜25をエッチングできる。さらに、シリコン窒化膜がエッチングされる条件を選択してストッパ絶縁膜24をエッチングする。これにより第3配線層の配線パターンに配線溝26が形成される。2段階のエッチングにより層間絶縁膜23の過剰エッチングを抑制できる点は前記した第2配線層の配線溝20の場合と同様である。
Next, a photoresist film having an opening formed in the wiring pattern of the third wiring layer is patterned on the insulating
次に、第3配線層と第2配線層とを接続する接続孔のパターンに形成されたフォトレジスト膜をマスクとして層間絶縁膜23およびストッパ絶縁膜22をエッチングする。このエッチングは前記と同様に2段階で行い、層間絶縁膜23のエッチング(第1エッチング)の際にはストッパ絶縁膜22をエッチングストッパとして機能させ、その後ストッパ絶縁膜22をエッチング(第2エッチング)する。これにより接続孔27を形成する。
Next, the
次に、配線溝26および接続孔27の内部に第3配線層の配線28を形成する。この配線28と下層配線である配線21とを接続する接続部材は、配線28と一体に形成される。すなわち、配線28はいわゆるデュアルダマシン法により形成される。配線28の形成方法はたとえば以下のように行なう。まず、配線溝26および接続孔27の内部を含む半導体基板1の全面にバリア層となる窒化チタン膜をたとえばCVD法により形成し、その後配線溝26および接続孔27を埋め込む銅膜をたとえばメッキ法により形成する。その後、CMP法を用いて配線溝26以外の領域の銅膜および窒化チタン膜を除去し、接続部材と一体に形成された配線28を形成する。
Next, the
なお、前記した第2配線層のように、まず接続部材(プラグ)を形成し、その後配線溝に配線28を形成するいわゆるシングルダマシン法を用いてもよい。また、前記のデュアルダマシン法の場合、配線溝26を形成後、接続孔27を形成する方法(先溝方式)を説明したが、先に接続孔27をフォトリソグラフィにより形成し、その後配線溝26をフォトリソグラフィにより形成する方法(先孔方式)により配線溝26および接続孔27を形成してもよい。
Note that a so-called single damascene method in which a connection member (plug) is formed first, and then the
次に、図9に示すように、絶縁膜25および配線28上に、ストッパ絶縁膜29、層間絶縁膜30、配線形成用のストッパ絶縁膜31、配線形成用の絶縁膜32を順次形成する。これらの絶縁膜29〜32については、各々前記ストッパ絶縁膜22、層間絶縁膜23、配線形成用のストッパ絶縁膜24、配線形成用の絶縁膜25と同様である。また、ストッパ絶縁膜29および層間絶縁膜30に接続部材用の接続孔を、ストッパ絶縁膜31および絶縁膜32に配線溝を前記第3配線層の場合と同様に形成し、さらに、第3配線層の配線28と同様に第4配線層の配線33を形成する。配線33は前記の通り下層の配線28と接続する接続部材と一体に形成されるデュアルダマシン法で形成されるが、接続部材と配線とが別々に形成されるシングルダマシン法で形成してもよいことは第3配線層の場合と同じである。
Next, as shown in FIG. 9, a
なお、絶縁膜29〜32、接続孔、配線溝および配線33の形成方法については、各々第3配線層の対応する部材と同様であるため説明を省略する。但し、第3配線層よりも上層に形成されることから設計ルールが緩和でき、図10の断面図に示すように、第3配線層よりも配線幅等寸法が大きく形成されている。しかしながら本実施の形態が前記寸法が大きくなる点に限定されることはなく、第3配線層の配線28と同じ寸法(設計ルール)で形成されてもよいことは言うまでもない。
Note that the methods of forming the insulating
次に、図10に示すように、第4配線層の配線33および絶縁膜32上に絶縁膜34,35,36を順次形成する。
Next, as shown in FIG. 10, insulating
絶縁膜34は、絶縁膜35に対してエッチング選択比を有する材料で構成され、たとえばシリコン窒化膜からなる。絶縁膜34は、後に説明するように絶縁膜35をエッチングする際のエッチングストッパとして機能する。絶縁膜34の膜厚は、エッチングストッパとしての機能を果たすに十分な膜厚が必要である一方、線間容量を低減する観点から薄いことが好ましい。絶縁膜34の膜厚は、たとえば50nmを例示できる。
The insulating
絶縁膜35は、第4配線層と第5配線層とを絶縁する層間絶縁膜として機能する。このため絶縁膜35の材料には、誘電率の小さな材料が用いられ、たとえばシリコン酸化膜を適用できる。さらに誘電率の小さな材料として、絶縁膜35はフッ素が添加されたシリコン酸化膜あるいはSOG(Spin On Glass)膜であってもよい。後に説明するように、絶縁膜35には第4配線層の配線33と第5配線層の配線とが接続される接続部材、および、キャパシタCを構成する電極となる導電部材が形成される。絶縁膜35の膜厚はたとえば400nmである。
(4) The insulating
絶縁膜36は、その上層に形成される絶縁膜(シリコン酸化膜)および絶縁膜35に対してエッチング選択比を有する材料で構成される。たとえばシリコン窒化膜を例示できる。絶縁膜36の膜厚は、上層の絶縁膜(シリコン酸化膜)のエッチングの際にエッチングストッパとしての機能が果たせる膜厚であればよい。一方、絶縁膜36とその上層の絶縁膜に形成される第5配線層の配線間容量を低減する観点から、絶縁膜36の膜厚は薄いことが好ましい。絶縁膜36の膜厚として50nmが例示できる。
The insulating
次に、図11に示すように、接続部材あるいは導電部材が形成される領域に開口を有するフォトレジスト膜37を絶縁膜36上に形成し、フォトレジスト膜37をマスクとして絶縁膜36をエッチングする。このエッチング条件は絶縁膜36(たとえばシリコン窒化膜)がエッチングされる条件であり、一般的にはシリコン酸化膜をもエッチングする条件であるが、絶縁膜36の膜厚が絶縁膜35の膜厚よりも十分に薄いので絶縁膜35が過剰にエッチングされる危惧はない。後に説明するように、パターニングされた絶縁膜36は、絶縁膜35に接続孔あるいは導電部材形成用の孔を形成する際のエッチングマスクに用いられる。なお、このフォトリソグラフィの際に用いられるマスクは、接続部材形成用のマスクと導電部材(キャパシタC)形成用のマスクとを組み合わせて用いることができる。
Next, as shown in FIG. 11, a
次に、図12に示すように、パターニングされた絶縁膜36上に絶縁膜38および絶縁膜39を形成する。
Next, as shown in FIG. 12, an insulating
絶縁膜38は、第5配線層の配線をダマシン法により形成するための絶縁膜であり、たとえばシリコン酸化膜からなる。絶縁膜38は、第5配線層の配線の配線間を絶縁する機能をも有するため、誘電率の低い材料で構成されることが好ましく、シリコン酸化膜であればその条件を満足する。絶縁膜38は、さらに誘電率の低いフッ素を含有するシリコン酸化膜あるいはSOG膜で構成してもよい。絶縁膜38の膜厚は、第5配線層の配線に設計上求められる膜厚で決定され、たとえば第5配線層M5を最上層とした場合には1000nmを例示できる。
(4) The insulating
絶縁膜39は、第5配線層の配線を形成するための配線溝を加工する際に用いるハードマスクとして用いる。絶縁膜39は、絶縁膜38に対してエッチング選択比を有することが好ましく、たとえば原料ガスとしてTEOS(テトラエトキシシラン)ガスを用い、プラズマCVD法で形成されたシリコン酸化膜(以下TEOS酸化膜という)を用いることができる。
(4) The insulating
次に、図13に示すように、フォトレジスト膜40を形成する。フォトレジスト膜40は、第5配線層の配線が形成される領域に開口を有する。フォトレジスト膜40をマスクとして絶縁膜39をエッチングし、絶縁膜39をパターニングする。
Next, as shown in FIG. 13, a
次に、図14に示すように、フォトレジスト膜40あるいは絶縁膜39をマスクとして絶縁膜38をエッチングする。これにより配線溝41を形成する。さらに連続してエッチングを行い、パターニングされた絶縁膜36をもマスクに用いて絶縁膜35をエッチングする。これにより、接続孔42の一部および導電部材形成用の孔43を形成する。このエッチングの際にはシリコン酸化膜がエッチングされ易くシリコン窒化膜がエッチングされ難い条件を選択する。このような条件を選択することにより、シリコン窒化膜からなる絶縁膜36が配線溝41の形成の際のエッチングストッパとして機能し、同時に接続孔42および孔43の形成の際のマスクとして機能する。
Next, as shown in FIG. 14, the insulating
次に、フォトレジスト膜40を除去し、図15に示すように、露出している絶縁膜36をエッチングして除去する。このエッチングはシリコン窒化膜がエッチングされる条件を選択する。このように余分なシリコン窒化膜(絶縁膜36)エッチングすることにより、配線間の線間容量を低減でき、半導体集積回路装置の応答速度を向上できる。
Next, the
次に、図16に示すように、半導体基板1の全面に酸化タンタル膜44を形成する。酸化タンタル膜44はキャパシタCのキャパシタ絶縁膜として機能する。酸化タンタル膜44はシリコン窒化膜等と比較して比誘電率が20以上と高く、小さな専有面積でも大きなキャパシタ容量を得ることができる。なお、ここでは酸化タンタルを例示しているが、BST、PZT等のさらに高い誘電率を有する材料を用いてもよい。酸化タンタル膜44の膜厚は、リーク電流が発生しない膜厚であって、できるだけ薄いことが好ましい。たとえば50nmを例示できる。酸化タンタル膜44の形成にはたとえばCVD法を用いる。CVD法で形成するため、段差被覆性に優た膜が形成できる。また、CVD法により形成した被膜のアズデポ状態では非晶質であるのが一般的である。このため、酸化タンタル膜44を結晶化するための熱処理を行ってもよい。結晶化された酸化タンタル膜の比誘電率は約40とさらに高くなり、キャパシタ容量をさらに大きくできる。また、アズデポ状態あるいは結晶化した状態では酸化タンタルに酸素欠陥が存在することがあり、このような酸素欠陥はリーク電流の原因となり得る。このため酸化タンタル膜44の酸素欠陥を回復するための酸化性雰囲気における熱処理を行ってもよい。酸素欠陥が回復された酸化タンタル膜44では膜厚を薄くできるため、さらに大きなキャパシタ容量が確保できる。
Next, as shown in FIG. 16, a tantalum oxide film 44 is formed on the entire surface of the
次に、図17に示すように、酸化タンタル膜44上にフォトレジスト膜45を形成する。フォトレジスト膜45は、キャパシタCが形成される領域を被覆するように形成する。この場合のフォトリソグラフィマスクは、前記図11で用いた導電部材形成用のマスクを用いることができる。図11の工程とは逆パターンで形成されるため、前記工程とはフォトレジストのポジ型あるいはネガ型を逆にして用いる。また、本工程では、フォトレジスト膜45のパターンをマスクパターンよりも若干広く形成する。このようにフォトレジスト膜45パターンを大きく形成することによりマスク合わせのずれを補償してキャパシタ絶縁膜を確実に形成できる。このようなフォトレジストパターンの拡張は露光条件の調整により行うことができる。
Next, as shown in FIG. 17, a
次に、フォトレジスト膜45をマスクとして酸化タンタル膜44をエッチングし、キャパシタ絶縁膜Icを形成する。
Next, the tantalum oxide film 44 is etched using the
次に、図18に示すように、フォトレジスト膜45を除去し、半導体基板1の全面に窒化チタン膜47を形成する。窒化チタン膜47は銅の拡散バリア膜として機能するものであり、先に説明したバリア層Mbとなるものである。銅の拡散を阻止する機能を有する限り、窒化チタンには限られず、タンタル、窒化タンタル等で構成されてもよい。窒化チタン膜45は、たとえばCVD法により形成される。CVD法によれば段差被覆性に優れた膜が形成でき、接続孔42あるいは孔43の底部コーナー部分においてもボイド等を形成することがなく、銅の拡散防止に優れたブロッキング膜を構成できる。
Next, as shown in FIG. 18, the
次に、図19に示すように、半導体基板1の全面に銅膜48を形成する。銅膜48は、先に説明した主導電層Mmとなるものである。銅を用いることにより配線抵抗を低減し、半導体集積回路装置の応答速度を向上して性能向上を図れる。
Next, as shown in FIG. 19, a
その後、銅膜48および窒化チタン膜47をCMP法により研磨して、絶縁膜39上の銅膜48および窒化チタン膜47を除去する。これにより、図3に示したような半導体集積回路装置がほぼ完成する。なお、さらにパッシベーション膜、ボンディングパッド部の形成、およびパッケージング等の工程を経て半導体集積回路装置が完成されるが、その後の工程は省略する。
Then, the
本実施の形態の半導体集積回路装置によれば、第5配線層の電源配線と第4配線層の電源配線との間にキャパシタCが形成されているため、電源電圧の変動が生じても変動を平滑化し、ACノイズの発生を抑制して半導体集積回路装置の動作信頼性を向上できる。また、このキャパシタCは配線層間に形成されるため、キャパシタを形成するための半導体基板の専有面積の増加がなく、半導体集積回路装置の集積化を図りやすい構造となっている。さらに、キャパシタCは半導体基板1のほぼ全面に均一に分布して形成しているため、局所的な消費電力の増加等が特定の箇所に発生してもその近傍の何れかのキャパシタCが有効に作用して効果的にACノイズを低減することができる。
According to the semiconductor integrated circuit device of the present embodiment, since the capacitor C is formed between the power supply wiring of the fifth wiring layer and the power supply wiring of the fourth wiring layer, even if the power supply voltage fluctuates, the fluctuation occurs. And the occurrence of AC noise can be suppressed to improve the operation reliability of the semiconductor integrated circuit device. Further, since the capacitor C is formed between the wiring layers, there is no increase in the occupied area of the semiconductor substrate for forming the capacitor, and the structure is easy to integrate the semiconductor integrated circuit device. Furthermore, since the capacitors C are uniformly distributed over substantially the entire surface of the
なお、本実施の形態では、第5配線層と第4配線層との間の接続部材Pおよび導電部材Meが単一の孔内に形成された場合を例示したが、図20に示すように、接続部材P1〜P4、導電部材Me1〜Me4に4分割されて形成されてもよい。このように小さな孔パターンを複数個形成して接続部材あるいは導電部材を形成する場合には、下層の孔パターンと同じ設計ルールで孔加工ができるため、フォトリソグラフィの条件等を共用でき、プロセス開発期間を短縮し、また、プロセスの安定性を向上できる効果がある。一方、多数の孔を形成するため、接続抵抗を上昇させ、あるいはキャパシタCの容量を低下させることはない。なお、分割数は4分割に限られず、より少なく(2分割等)あるいはより多く(9分割等)されてもよいことは言うまでもない。 In the present embodiment, the case where the connecting member P and the conductive member Me between the fifth wiring layer and the fourth wiring layer are formed in a single hole is illustrated, but as shown in FIG. , Connecting members P 1 to P 4 and conductive members Me 1 to Me 4 . In the case where a connection member or a conductive member is formed by forming a plurality of small hole patterns in this manner, since the hole processing can be performed according to the same design rules as the hole pattern of the lower layer, the conditions of photolithography can be shared, and the process development can be performed. This has the effect of shortening the period and improving the stability of the process. On the other hand, since a large number of holes are formed, there is no increase in connection resistance or decrease in the capacity of the capacitor C. It is needless to say that the number of divisions is not limited to four, and may be smaller (such as two) or larger (such as nine).
また、本実施の形態では、酸化タンタル膜44が一層で形成される場合を説明しているが、酸化タンタル膜44が2層以上の多層膜で構成されてもよい。この場合、酸化タンタル膜44のリーク電流を低減できる。すなわち、酸化タンタル膜44が多結晶膜で構成される場合、そのリーク経路は多くは結晶粒界に存在すると考えられる。このような場合に酸化タンタル膜44が一層で構成されているとリーク経路が膜厚方向に貫通して形成されることとなる。一方、酸化タンタル膜44が2層で構成されると粒界が界面で不連続となり、リーク経路が遮断される。これによりリーク電流を低減できるという効果がある。 In the present embodiment, the case where the tantalum oxide film 44 is formed of one layer is described, but the tantalum oxide film 44 may be formed of a multilayer film of two or more layers. In this case, the leak current of the tantalum oxide film 44 can be reduced. That is, when the tantalum oxide film 44 is formed of a polycrystalline film, it is considered that the leakage path is mostly present at the crystal grain boundary. In such a case, if the tantalum oxide film 44 is composed of one layer, a leak path will be formed penetrating in the film thickness direction. On the other hand, when the tantalum oxide film 44 is composed of two layers, the grain boundaries become discontinuous at the interface, and the leakage path is cut off. This has the effect of reducing the leakage current.
(実施の形態2)
図21〜図23は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を工程順に示した断面図である。本実施の形態の製造方法は、実施の形態1における図14までの工程と同様である。
(Embodiment 2)
21 to 23 are sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention in the order of steps. The manufacturing method of the present embodiment is the same as the steps up to FIG. 14 in the first embodiment.
図14におけるフォトレジスト膜40を除去した後、図21に示すように、フォトレジスト膜50を形成する。フォトレジスト膜50は、実施の形態1の図17におけるフォトレジスト膜45と同様である。すなわち、キャパシタCが形成される領域の孔43を覆うように形成する。
後 After removing the
このフォトレジスト膜50の存在下でシリコン窒化膜がエッチングされる条件を選択してエッチング処理を施す。図22に示すように、キャパシタCが形成される領域の孔43の底部にはシリコン窒化膜である絶縁膜34が残存し、絶縁膜34がキャパシタCのキャパシタ絶縁膜Icとして機能する。一方、接続孔42の底部の絶縁膜34はエッチングされて第4配線層の配線表面が露出する。また、配線溝41底部の絶縁膜36(シリコン窒化膜)もエッチングして除去される。
(4) An etching process is performed by selecting conditions for etching the silicon nitride film in the presence of the
その後、実施の形態1と同様に窒化チタン膜および銅膜を形成し、この後CMP法により不要な窒化チタン膜および銅膜を除去して第5配線層の配線M5s,M5sig,M5dを形成する。 Thereafter, a titanium nitride film and a copper film are formed in the same manner as in the first embodiment, and thereafter, unnecessary titanium nitride film and copper film are removed by a CMP method to form wirings M5s, M5sig, and M5d of the fifth wiring layer. .
本実施の形態によれば、絶縁膜34をキャパシタ絶縁膜に用いることができ、製造工程を簡略化することができる。
According to the present embodiment, the insulating
(実施の形態3)
図24および図25は、本発明のさらに他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を工程順に示した断面図である。本実施の形態の製造方法は、実施の形態1における図14までの工程と同様である。
(Embodiment 3)
24 and 25 are sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to still another embodiment of the present invention in the order of steps. The manufacturing method of the present embodiment is the same as the steps up to FIG. 14 in the first embodiment.
図14におけるフォトレジスト膜40を除去した後、絶縁膜34をエッチングすることなく、図24に示すように酸化タンタル膜51を形成する。このように酸化タンタル膜51の下部にシリコン窒化膜からなる絶縁膜34を残存させることにより、酸化タンタル膜51の酸化性雰囲気における熱処理(酸化改質処理)を十分に行うことができる。すなわち、酸化タンタル膜51の酸化改質処理の際の酸素ブロッキング膜に絶縁膜34を用いることができる。このため、酸化タンタル膜51のリーク電流を低減し、薄い酸化タンタル膜51を構成できる。このためキャパシタCの容量を増加できる。また酸化タンタル膜51の誘電率を向上し、キャパシタCの容量を増加できる。さらに、絶縁膜34が存在しない場合には、下層配線層の金属が酸化されて金属と酸化タンタル膜51との接着性が低下する危惧が存在するが、本実施の形態では酸素ブロッキング膜となる絶縁膜34が存在するためそのような心配はない。
After removing the
次に、図25に示すように、フォトレジスト膜52の存在下でエッチング処理を施し、酸化タンタル膜51および絶縁膜34、絶縁膜36を除去する。これにより酸化タンタル膜51および絶縁膜34からなるキャパシタ絶縁膜Icを形成する。この後の工程は実施の形態1と同様である。
Next, as shown in FIG. 25, an etching process is performed in the presence of the
本実施の形態によれば、絶縁膜34を酸素ブロッキング膜に用いることにより、酸化タンタル膜51のリーク特性を改善し、また、誘電率を向上できる。また、酸化タンタル膜51の接着安定性を向上できる。これらの効果により、半導体集積回路装置の信頼性を向上し、安定な動作の向上を図れる。
According to the present embodiment, by using the insulating
(実施の形態4)
図26〜図30は、本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を工程順に示した断面図である。本実施の形態の製造方法は、実施の形態1における図9までの工程と同様である。
(Embodiment 4)
26 to 30 are sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention in the order of steps. The manufacturing method of the present embodiment is the same as the steps up to FIG. 9 in the first embodiment.
図9に示す第4配線層を形成後、図26に示すように、絶縁膜61〜65を順次形成し、絶縁膜65上に、キャパシタCの一方の電極となる導電部材Meが形成される領域と接続部材Pが形成される領域に開口を有するフォトレジスト膜66を形成する。フォトレジスト膜66は、実施の形態1のフォトレジスト膜37と同様である。
After forming the fourth wiring layer shown in FIG. 9, insulating
絶縁膜61は、たとえばシリコン窒化膜からなり、実施の形態1における絶縁膜34と同様である。絶縁膜62は、たとえばシリコン酸化膜からなり実施の形態の絶縁膜35と同様である。絶縁膜63は、たとえばTEOS酸化膜からなる。絶縁膜64は、たとえばシリコン酸化膜からなり、実施の形態1の絶縁膜38と同様である。また、絶縁膜65は実施の形態1の絶縁膜39と同様である。
Insulating
次に、図27に示すように、フォトレジスト膜66をマスクとして絶縁膜65,64,63,62をエッチングする。このとき、絶縁膜61をエッチングストッパとして作用するように、シリコン酸化膜がエッチングされ、シリコン窒化膜がエッチングされ難い条件を選択する。これにより、導電部材Meが形成される孔67と接続部材Pが形成される接続孔68の一部とが形成される。
Next, as shown in FIG. 27, the insulating
次に、図28に示すように、フォトレジスト膜66を除去し、新たなフォトレジスト膜を成膜後、第5配線層の配線が形成される領域に開口が形成されるようにフォトレジスト膜を露光する。この後露光された部分が除去されるようにフォトレジスト膜を現像し、パターニングされたフォトレジスト膜69を形成する。このパターニングの際、孔67と接続孔68の内部のフォトレジスト膜は十分に露光されず、孔内にフォトレジスト膜69が残存する。
Next, as shown in FIG. 28, after removing the
次に、図29に示すように、フォトレジスト膜69の存在下で絶縁膜65および絶縁膜64をエッチングする。絶縁膜64のエッチングの際にはその下層に位置する絶縁膜63がエッチングストッパとして機能する。このようにして配線溝70を形成する。
Next, as shown in FIG. 29, the insulating
次に、図30に示すように、フォトレジスト膜69を除去し、実施の形態1のフォトレジスト膜45と同様に、導電部材Meが形成される孔67を覆うフォトレジスト膜71を形成する。このフォトレジスト膜71の存在下でシリコン窒化膜がエッチングされる条件を選択してエッチング処理を施す。これにより、接続孔68底部の絶縁膜61(シリコン窒化膜)を除去し、下層配線層の配線表面を露出する。また、導電部材Meが形成される孔67の底部には絶縁膜61が残存され、キャパシタCのキャパシタ絶縁膜Icを構成する。その後の工程は、実施の形態1と同様である。
Next, as shown in FIG. 30, the
本実施の形態の製造方法によれば、実施の形態1〜3と相違して、先に接続孔68および孔67を形成し、その後配線溝70を形成する。このため、配線溝70と接続孔68および孔67とのマスク合わせにずれが存在しても、接続孔68および孔67の開口は確保される。このため、接続孔68の下部での接触面積が確保され、接触抵抗の増加がない。また、キャパシタCの電極となる導電部材Meの対向面積が確保され、キャパシタ容量値が確保できる。
According to the manufacturing method of the present embodiment, unlike the first to third embodiments, the
なお、本実施の形態において、実施の形態3と同様に、フォトレジスト膜71の形成前に半導体基板1の全面に酸化タンタル膜を形成し、この酸化タンタル膜と絶縁膜61とでキャパシタ絶縁膜Icが構成されるようにしてもよい。
In this embodiment, as in the third embodiment, a tantalum oxide film is formed on the entire surface of the
(実施の形態5)
図31および図32は、本発明のさらに他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を工程順に示した断面図である。本実施の形態の製造方法は、実施の形態1の第4配線層の形成までは同様である。なお、図31および図32においては、第4配線層より下層の構造は前記した実施の形態1〜4とほぼ同様であるため省略している。また、図面の左側にキャパシタCが形成される領域を、右側を接続部材Pが形成される領域を示している。
(Embodiment 5)
31 and 32 are sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to still another embodiment of the present invention in the order of steps. The manufacturing method of the present embodiment is the same up to the formation of the fourth wiring layer of the first embodiment. In FIGS. 31 and 32, the structure below the fourth wiring layer is omitted because it is almost the same as in the first to fourth embodiments. The left side of the drawing shows the area where the capacitor C is formed, and the right side shows the area where the connecting member P is formed.
第4配線層の配線M4d,M4sig,M4sを形成後、図31(a)に示すように、第4配線層を覆う層間絶縁膜80を形成する。層間絶縁膜80はたとえばシリコン酸化膜からなり、CVD法によりあるいはスパッタ法により形成できる。
(4) After forming the wirings M4d, M4sig, and M4s of the fourth wiring layer, an
次に、図31(b)に示すように、層間絶縁膜80上にフォトレジスト膜81を形成する。フォトレジスト膜81は、接続孔が形成される領域およびキャパシタCが形成される領域に開口を有するようにパターニングされる。その後、フォトレジスト膜81をマスクとして層間絶縁膜80をエッチングし、第4配線層の配線M4d,M4sの表面を露出する。
Next, as shown in FIG. 31B, a
次に、フォトレジスト膜81を除去した後、図31(c)に示すように、高誘電率の絶縁膜82、たとえば酸化タンタル膜を形成する。酸化タンタル膜の形成は実施の形態1と同様である。
Next, after removing the
次に、図31(d)に示すように、キャパシタCが形成される領域を覆うようにフォトレジスト膜83を形成し、このフォトレジスト膜83をマスクとして絶縁膜82をエッチングする。これにより、キャパシタCが形成される領域には高誘電率の絶縁膜82が残存してキャパシタ絶縁膜を構成し、接続部材が形成される領域では下層配線の表面が露出される。フォトレジスト膜83の形成は、実施の形態1のフォトレジスト膜45と同様である。
Next, as shown in FIG. 31D, a
次に、フォトレジスト膜83を除去した後、図31(e)に示すように、全面に金属膜84を形成する。金属膜84は、たとえばCVD法により形成されたタングステン膜とすることができ、タングステン膜の下層にはバリアメタルとしてチタン、窒化チタン、またはそれらの積層膜を適用できる。
Next, after removing the
次に、図32(f)に示すように、層間絶縁膜80上の不要な金属膜84をエッチバックあるいはCVD法により除去してプラグPおよびキャパシタCの電極となる導電部材Meを形成する。さらに、全面に金属膜85を形成する。金属膜85は第5配線層の配線となるものであり、たとえばアルミニウム膜を例示できる。アルミニウム膜の上層あるいは下層にはチタン、窒化チタン、またはそれらの積層膜をキャップ膜あるいはベース膜として適用できる。
Next, as shown in FIG. 32 (f), the
次に、図32(g)に示すように、配線パターンにパターニングされたフォトレジスト膜86を形成し、このフォトレジスト膜86をマスクとして、図32(h)に示すように、金属膜85をエッチングする。これにより第5配線層の配線M5sを形成する。
Next, as shown in FIG. 32 (g), a photoresist film 86 patterned into a wiring pattern is formed, and using this photoresist film 86 as a mask, a
本実施の形態のようにダマシン法を用いず、フォトレジスト膜によるパターニングによっても第5配線層を形成でき、従来からよく使用されているパターニングによる配線形成にも本発明のキャパシタCを適用できる。 5The fifth wiring layer can be formed by patterning with a photoresist film without using the damascene method as in the present embodiment, and the capacitor C of the present invention can be applied to wiring formation by patterning which has been often used conventionally.
(実施の形態6)
図33は、本発明の他の実施の形態であるパターン生成方法の一例を示した平面図である。
(Embodiment 6)
FIG. 33 is a plan view showing an example of a pattern generation method according to another embodiment of the present invention.
まず、図33(a)に示すように、第5配線層の配線パターン90と、キャパシタCが形成される領域のキャパシタパターン91を抽出する。ここで、キャパシタパターン91の幅(縦および横の双方の幅)は、配線パターン90に隣接する他の配線パターンに接触しない範囲で拡大されている。
First, as shown in FIG. 33A, the
次に、配線パターン90とキャパシタパターン91に図形演算を施し、両パターンのANDパターン92を生成する。このANDパターン92が第5配線層のマスクパターンとして用いられる。
Next, a graphic operation is performed on the
一方、図33(b)に示すように、第4配線層の配線パターン93と、前記のキャパシタパターン91を抽出する。ここで、キャパシタパターン91の幅(縦および横の双方の幅)は、配線パターン93に隣接する他の配線パターンに接触しない範囲で拡大されている。
On the other hand, as shown in FIG. 33B, the
次に、配線パターン93とキャパシタパターン91に図形演算を施し、両パターンのANDパターン94を生成する。このANDパターン94が第4配線層のマスクパターンとして用いられる。
Next, a graphic operation is performed on the
このようにして生成されたANDパターン92,94およびキャパシタパターン91を、前記した実施の形態1〜5において、各々第5配線層、第4配線層のパターニングマスクに、また、キャパシタCの電極となる導電部材Me形成用の孔形成パターンに適用すれば、図33(c)に示すように、キャパシタCの形成領域95が拡大して形成され、キャパシタCの容量を大きくすることができる。
In the first to fifth embodiments, the AND
以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。 As described above, the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment of the invention. However, the invention is not limited to the embodiment and can be variously modified without departing from the gist thereof. Needless to say, there is.
たとえば、前記実施の形態では第5層までを例示したがそれ以上の配線層を有するものであってもよい。また、それ以下の配線層(但し2層以上)であってもよい。 For example, in the above-described embodiment, up to the fifth layer has been exemplified, but a wiring layer having more layers may be provided. Further, a lower wiring layer (however, two or more layers) may be used.
また、前記実施の形態では、ゲートアレーの場合を示したが、それに限られず、標準セル等セルベースIC(CBIC)にも適用できる。たとえば図34(a)に示すセルベースIC(CBIC)を採用した半導体集積回路装置において、I/O領域に周囲を囲まれた内部領域に論理ブロック、メモリブロック(RAM、ROM)が配置され、論理ブロックおよびメモリブロックを含む内部領域上の配線層の上層部分に実施の形態1〜6に示すと同様に、下層部分の電源配線の配線幅よりも広い配線幅を有する電源配線が上層から見てメッシュ状に構成され、メッシュの各交点部分に容量素子(キャパシタ)Cが構成される。 Further, in the above-described embodiment, the case of the gate array is described, but the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to a cell-based IC (CBIC) such as a standard cell. For example, in a semiconductor integrated circuit device employing a cell-based IC (CBIC) shown in FIG. 34A, a logic block and a memory block (RAM, ROM) are arranged in an internal area surrounded by an I / O area. In the upper layer portion of the wiring layer on the internal region including the logic block and the memory block, similarly to the first to sixth embodiments, a power supply line having a wiring width wider than that of the lower layer power supply line is viewed from the upper layer. And a capacitance element (capacitor) C is formed at each intersection of the mesh.
また、本発明による容量素子(キャパシタ)Cと、図34(a),(b),(c),(d)に示す容量化セルを用いたMIS容量素子とを併用してもよい。この場合、容量セルを論理ブロックやメモリブロックなどのブロック間の空き領域に設けることにより、面積を増大させることなく大きな安定化容量を設けることができる。 {Circle around (4)} The capacitive element (capacitor) C according to the present invention may be used in combination with the MIS capacitive element using the capacitive cells shown in FIGS. 34 (a), (b), (c) and (d). In this case, a large stabilizing capacity can be provided without increasing the area by providing the capacity cell in an empty area between blocks such as a logic block and a memory block.
また、本発明による容量素子(キャパシタ)Cと、図35(a),(b)に示す未使用の基本セルを用いたMIS容量素子とを併用してもよい。すなわち、実施の形態1〜6において、未使用の基本セルを容量セルとして用い、容量素子を構成する。これにより、面積を増大させることなく大きな安定化容量を設けることができる。
{Circle around (4)} The capacitive element (capacitor) C according to the present invention may be used in combination with an MIS capacitive element using an unused basic cell shown in FIGS. 35 (a) and (b). That is, in
また、前記実施の形態では最上層とその下層との間でキャパシタCが構成された場合を示した。このような場合、上層配線であるほど配線の設計ルールが緩和されており、配線寸法が大きく形成される。このため上層配線間にキャパシタCを形成することは大きなキャパシタ容量を得ることが容易となるという効果がある。また、上層配線であるほど電源配線に割り当てられる場合が多くなり、この点からもキャパシタ数を多くすることができるという効果がある。しかし、本発明が上層配線間でキャパシタCが構成されることに限定されるものではなく、より下層に位置する配線間でキャパシタが構成されてもよいことは言うまでもない。 In the above embodiment, the case where the capacitor C is formed between the uppermost layer and the lower layer has been described. In such a case, the wiring design rule is relaxed for the upper layer wiring, and the wiring size is formed larger. Therefore, forming the capacitor C between the upper wirings has an effect that it is easy to obtain a large capacitor capacity. In addition, the higher the upper layer wiring, the more often it is allocated to the power supply wiring, and this also has the effect that the number of capacitors can be increased. However, it is needless to say that the present invention is not limited to the configuration in which the capacitor C is formed between the upper-layer wirings, and that the capacitor may be formed between the lower-layer wirings.
また、前記実施の形態では、半導体集積回路素子(半導体素子)としてMISFETを例示したが、バイポーラトランジスタ、Bi−CMOSトランジスタであってもよいことは言うまでもない。 In the above embodiment, the MISFET is exemplified as the semiconductor integrated circuit element (semiconductor element), but it goes without saying that a bipolar transistor or a Bi-CMOS transistor may be used.
また、前記実施の形態では、電源配線が2種の場合すなわち単一電源の場合を説明したが、2種以上の電源すなわち電源配線の種類が3種以上の場合にも適用できる。この場合異種電圧の配線間にキャパシタが形成される。 Further, in the above-described embodiment, the case where there are two types of power supply lines, that is, the case of a single power supply, has been described. In this case, a capacitor is formed between wirings of different voltages.
以上のように、本発明の半導体集積回路装置およびその製造方法ならびにマスクパターン生成方法は、半導体集積回路装置のACノイズの低減に適用して有効なキャパシタを有するものであり、特にキャパシタ形成面積および配線の増加が無く大きな容量値を得ることが可能なものである。 As described above, the semiconductor integrated circuit device, the method of manufacturing the same, and the method of generating a mask pattern according to the present invention have a capacitor which is effective when applied to the reduction of AC noise of the semiconductor integrated circuit device. A large capacitance value can be obtained without increasing the wiring.
1 半導体基板
1a 内部領域
1b I/O領域
1c パッド(外部端子)
2 素子分離領域
3 pウェル
4 nウェル
5 ゲート絶縁膜
6 ゲート電極
7 キャップ絶縁膜
8 サイドウォールスペーサ
9 n型半導体領域
10 p型半導体領域
11 第1層間絶縁膜
12 接続孔
13 プラグ
14 配線
15 第2層間絶縁膜
16 接続孔
17 プラグ
18 ストッパ絶縁膜
19 絶縁膜
20 配線溝
21 配線
22 ストッパ絶縁膜
23 層間絶縁膜
24 ストッパ絶縁膜
25 絶縁膜
26 配線溝
27 接続孔
28 配線
29〜32 絶縁膜
33 配線
34〜36 絶縁膜
37 フォトレジスト膜
38、39 絶縁膜
40 フォトレジスト膜
41 配線溝
42 接続孔
43 孔
44 酸化タンタル膜
45 フォトレジスト膜
47 窒化チタン膜
48 銅膜
50 フォトレジスト膜
51 酸化タンタル膜
52 フォトレジスト膜
61〜65 絶縁膜
66 フォトレジスト膜
67 孔
68 接続孔
69 フォトレジスト膜
70 配線溝
71 フォトレジスト膜
80 層間絶縁膜
81 フォトレジスト膜
82 絶縁膜
83 フォトレジスト膜
84、85 金属膜
86 フォトレジスト膜
90 配線パターン
91 キャパシタパターン
92 ANDパターン
93 配線パターン
94 ANDパターン
C キャパシタ
Ic キャパシタ絶縁膜
P 接続部材
1 semiconductor substrate 1a internal area 1b I / O area 1c pad (external terminal)
Claims (12)
(a)前記第1配線層を覆う層間絶縁膜を形成し、前記第1配線層を構成する配線上の前記層間絶縁膜に孔を形成する工程、
(b)前記孔のうち、一部の孔を覆うマスク膜を形成する工程、
(c)前記マスク膜の存在下でエッチング処理を施し、前記孔の底部または前記孔の内面を含む前記層間絶縁膜上に形成された絶縁膜を除去する工程、
(d)前記マスク膜を除去し、前記孔の内部に導電部材を形成する工程、
を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising: a plurality of wiring layers; and an arbitrary first wiring layer excluding the uppermost layer among the wiring layers; and an optional second wiring layer above the first wiring layer. So,
(A) forming an interlayer insulating film covering the first wiring layer, and forming a hole in the interlayer insulating film on a wiring constituting the first wiring layer;
(B) forming a mask film covering some of the holes;
(C) performing an etching process in the presence of the mask film to remove an insulating film formed on the interlayer insulating film including a bottom of the hole or an inner surface of the hole;
(D) removing the mask film and forming a conductive member inside the hole;
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising:
前記絶縁膜は、前記層間絶縁膜の形成前に前記第1配線層上に形成される第1の工程、または、前記層間絶縁膜の孔の形成後、前記孔の内面を含む層間絶縁膜上の全面に形成される第2の工程、の何れかの工程により形成されることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。 2. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein
The insulating film may be formed on a first step formed on the first wiring layer before the formation of the interlayer insulating film, or on an interlayer insulating film including an inner surface of the hole after forming a hole in the interlayer insulating film. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, which is formed by any one of the second step formed on the entire surface of the semiconductor integrated circuit device.
前記導電部材は、前記第2配線層を構成する配線と一体に形成される第1の工程、または、前記孔を埋め込む導電膜の形成後、前記孔以外の前記層間絶縁膜上の前記導電膜の除去により形成される第2の工程、の何れかの工程により形成されることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。 3. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein
The conductive member is formed in a first step integrally with a wiring constituting the second wiring layer, or after forming a conductive film filling the hole, the conductive film is formed on the interlayer insulating film other than the hole. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, which is formed by any one of the steps of:
(a)前記第1配線層上に第1絶縁膜、第2絶縁膜および第3絶縁膜を順次堆積する工程、
(b)前記第3絶縁膜上に、孔が形成される領域に開口を有する第1マスク膜をパターニングし、前記第1マスク膜の存在下で前記第3絶縁膜をエッチングする工程、
(c)前記第1マスク膜を除去し、前記第3および第2絶縁膜上に第4絶縁膜および第5絶縁膜を順次堆積する工程、
(d)前記第5絶縁膜上に、溝が形成される領域に開口を有する第2マスク膜をパターニングし、前記第2マスク膜の存在下で前記第5絶縁膜をエッチングする工程、
(e)前記第2マスク膜または前記第5絶縁膜をマスクとして前記第4絶縁膜をエッチングして前記第5絶縁膜にパターニングされた溝を前記第4絶縁膜に形成し、さらに、前記第3絶縁膜をマスクとして前記第2絶縁膜をエッチングして前記第3絶縁膜にパターニングされた孔を前記第2絶縁膜に形成する工程、
(f)前記溝および孔の底部に露出した前記第3絶縁膜および前記第1絶縁膜を除去する工程、
(g)前記溝および孔の内面を含む半導体基板の全面に第6絶縁膜を堆積する工程、
(h)前記孔の一部を覆う第3マスク膜をパターニングする工程、
(i)前記第3マスク膜の存在下で、前記第6絶縁膜をエッチングする工程、
(j)前記第3マスク膜を除去し、前記溝および孔を埋め込む導電膜を形成する工程、
(k)前記溝以外の領域の前記導電膜を除去し、前記第2配線層を構成する配線および導電部材を形成する工程、
を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising: a plurality of wiring layers; and an arbitrary first wiring layer excluding the uppermost layer among the wiring layers; and an optional second wiring layer above the first wiring layer. So,
(A) sequentially depositing a first insulating film, a second insulating film, and a third insulating film on the first wiring layer;
(B) patterning a first mask film having an opening in a region where a hole is to be formed on the third insulating film, and etching the third insulating film in the presence of the first mask film;
(C) removing the first mask film and sequentially depositing a fourth insulating film and a fifth insulating film on the third and second insulating films;
(D) patterning a second mask film having an opening in a region where a groove is formed on the fifth insulating film, and etching the fifth insulating film in the presence of the second mask film;
(E) etching the fourth insulating film using the second mask film or the fifth insulating film as a mask to form a groove patterned in the fifth insulating film in the fourth insulating film; Forming a hole patterned in the third insulating film in the second insulating film by etching the second insulating film using the third insulating film as a mask;
(F) removing the third insulating film and the first insulating film exposed at the bottom of the groove and the hole;
(G) depositing a sixth insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate including the inner surfaces of the grooves and holes;
(H) patterning a third mask film covering a part of the hole;
(I) etching the sixth insulating film in the presence of the third mask film;
(J) removing the third mask film and forming a conductive film filling the trench and the hole;
(K) removing the conductive film in a region other than the groove to form a wiring and a conductive member constituting the second wiring layer;
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising:
(a)前記第1配線層上に第1絶縁膜、第2絶縁膜および第3絶縁膜を順次堆積する工程、
(b)前記第3絶縁膜上に、孔が形成される領域に開口を有する第1マスク膜をパターニングし、前記第1マスク膜の存在下で前記第3絶縁膜をエッチングする工程、
(c)前記第1マスク膜を除去し、前記第3および第2絶縁膜上に第4絶縁膜および第5絶縁膜を順次堆積する工程、
(d)前記第5絶縁膜上に、溝が形成される領域に開口を有する第2マスク膜をパターニングし、前記第2マスク膜の存在下で前記第5絶縁膜をエッチングする工程、
(e)前記第2マスク膜または前記第5絶縁膜をマスクとして前記第4絶縁膜をエッチングして前記第5絶縁膜にパターニングされた溝を前記第4絶縁膜に形成し、さらに、前記第3絶縁膜をマスクとして前記第2絶縁膜をエッチングし、前記第3絶縁膜にパターニングされた孔を前記第2絶縁膜に形成する工程、
(f)前記孔の一部を覆う第3マスク膜をパターニングする工程、
(g)前記第3マスク膜およびパターニングされた前記第5絶縁膜の存在下で、前記孔底部の前記第1絶縁膜および前記溝底部の前記第3絶縁膜をエッチングする工程、
(h)前記第3マスク膜を除去し、前記溝および孔を埋め込む導電膜を形成する工程、
(i)前記溝以外の領域の前記導電膜を除去し、前記第2配線層を構成する配線および導電部材を形成する工程、
を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising: a plurality of wiring layers; and an arbitrary first wiring layer excluding the uppermost layer among the wiring layers; and an optional second wiring layer above the first wiring layer. So,
(A) sequentially depositing a first insulating film, a second insulating film, and a third insulating film on the first wiring layer;
(B) patterning a first mask film having an opening in a region where a hole is to be formed on the third insulating film, and etching the third insulating film in the presence of the first mask film;
(C) removing the first mask film and sequentially depositing a fourth insulating film and a fifth insulating film on the third and second insulating films;
(D) patterning a second mask film having an opening in a region where a groove is formed on the fifth insulating film, and etching the fifth insulating film in the presence of the second mask film;
(E) etching the fourth insulating film using the second mask film or the fifth insulating film as a mask to form a groove patterned in the fifth insulating film in the fourth insulating film; Forming a hole patterned in the third insulating film in the second insulating film by etching the second insulating film using the third insulating film as a mask;
(F) patterning a third mask film covering a part of the hole;
(G) etching the first insulating film at the bottom of the hole and the third insulating film at the bottom of the groove in the presence of the third mask film and the patterned fifth insulating film;
(H) removing the third mask film and forming a conductive film filling the grooves and holes;
(I) removing the conductive film in a region other than the groove to form a wiring and a conductive member constituting the second wiring layer;
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising:
(a)前記第1配線層上に第1絶縁膜、第2絶縁膜、第3絶縁膜、第4絶縁膜および第5絶縁膜を順次堆積する工程、
(b)前記第5絶縁膜上に、孔が形成される領域に開口を有する第1マスク膜をパターニングし、前記第1マスク膜の存在下で前記第5、第4、第3および第2絶縁膜をエッチングして孔を形成する工程、
(c)前記第1マスク膜を除去した後、第5絶縁膜上に第2マスク膜を形成し、溝が形成される領域を露光した後に前記第2マスク膜を現像し、前記溝が形成される領域以外および前記孔内に前記第2マスク膜を残存させる工程、
(d)前記第2マスク膜の存在下で前記第5および第4絶縁膜をエッチングし、溝を形成する工程、
(e)前記第2マスク膜を除去し、前記孔の一部を覆う第3マスク膜をパターニングする工程、
(f)前記第3マスク膜の存在下で、前記孔底部の前記第1絶縁膜をエッチングする工程、
(g)前記第3マスク膜を除去し、前記溝および孔を埋め込む導電膜を形成する工程、
(h)前記溝以外の領域の前記導電膜を除去し、前記第2配線層を構成する配線および導電部材を形成する工程、
を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising: a plurality of wiring layers; and an arbitrary first wiring layer excluding the uppermost layer among the wiring layers; and an optional second wiring layer above the first wiring layer. So,
(A) sequentially depositing a first insulating film, a second insulating film, a third insulating film, a fourth insulating film, and a fifth insulating film on the first wiring layer;
(B) patterning a first mask film having an opening in a region where a hole is to be formed on the fifth insulating film, and forming the fifth, fourth, third and second films in the presence of the first mask film; A step of forming a hole by etching the insulating film,
(C) after removing the first mask film, forming a second mask film on the fifth insulating film, exposing a region where a groove is to be formed, and developing the second mask film to form the groove. Leaving the second mask film in a region other than the region to be formed and in the hole,
(D) etching the fifth and fourth insulating films in the presence of the second mask film to form a groove;
(E) removing the second mask film and patterning a third mask film covering a part of the hole;
(F) etching the first insulating film at the bottom of the hole in the presence of the third mask film;
(G) removing the third mask film and forming a conductive film filling the grooves and holes;
(H) removing the conductive film in a region other than the groove to form a wiring and a conductive member constituting the second wiring layer;
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising:
前記第3マスク膜の形成前に、さらに、前記溝および孔の内面を含む半導体基板の全面に第6絶縁膜を堆積する工程を有し、前記孔底部の前記第1絶縁膜のエッチング工程において、前記第3マスク膜で覆われない前記第6絶縁膜を前記第1絶縁膜とともに除去することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 5, wherein:
A step of depositing a sixth insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate including the inner surface of the groove and the hole before forming the third mask film, wherein the step of etching the first insulating film at the bottom of the hole includes And removing the sixth insulating film that is not covered with the third mask film together with the first insulating film.
(a)前記第1配線層を覆う第7絶縁膜を堆積する工程、
(b)前記第7絶縁膜上に、孔が形成される領域に開口を有する第1マスク膜をパターニングし、前記第1マスク膜の存在下で前記第7絶縁膜をエッチングして、前記第1配線層を構成する配線上に前記第7絶縁膜を除去する工程、
(c)前記孔の内面を含む半導体基板の全面に第6絶縁膜を堆積する工程、
(d)前記孔の一部を覆う第3マスク膜をパターニングする工程、
(e)前記第3マスク膜の存在下で、前記第6絶縁膜をエッチングする工程、
(f)前記第3マスク膜を除去し、前記孔を埋め込む導電膜を形成する工程、
(g)前記孔以外の領域の前記導電膜を除去し、前記第2配線層を構成する配線に接続される導電部材を形成する工程、
(h)前記半導体基板の全面に第2導電膜を堆積し、前記第2導電膜をパターニングして前記第2配線層を形成する工程、
を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising: a plurality of wiring layers; and an arbitrary first wiring layer excluding the uppermost layer among the wiring layers; and an optional second wiring layer above the first wiring layer. So,
(A) depositing a seventh insulating film covering the first wiring layer;
(B) patterning a first mask film having an opening in a region where a hole is formed on the seventh insulating film, and etching the seventh insulating film in the presence of the first mask film; Removing the seventh insulating film on the wiring constituting one wiring layer;
(C) depositing a sixth insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate including the inner surface of the hole;
(D) patterning a third mask film covering a part of the hole;
(E) etching the sixth insulating film in the presence of the third mask film;
(F) removing the third mask film and forming a conductive film filling the hole;
(G) removing the conductive film in a region other than the hole and forming a conductive member connected to a wiring constituting the second wiring layer;
(H) depositing a second conductive film on the entire surface of the semiconductor substrate and patterning the second conductive film to form the second wiring layer;
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising:
前記第1および第3絶縁膜は、前記第2および第4絶縁膜に対してエッチング選択比を有する材料で構成され、前記第1絶縁膜の膜厚は前記第3絶縁膜の膜厚と同等であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 4, wherein:
The first and third insulating films are made of a material having an etching selectivity with respect to the second and fourth insulating films, and the thickness of the first insulating film is equal to the thickness of the third insulating film. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device.
前記第1または第6絶縁膜の膜厚は、前記第2絶縁膜の膜厚よりも薄いことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 4, wherein:
The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, wherein a thickness of the first or sixth insulating film is smaller than a thickness of the second insulating film.
前記第1または第6絶縁膜の誘電率は、前記第2絶縁膜の誘電率よりも高いことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 4, wherein:
A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, wherein a dielectric constant of the first or sixth insulating film is higher than a dielectric constant of the second insulating film.
前記第1配線層を構成する電源配線のうち第1電位が割り当てられる第1電源配線と、前記第2配線層を構成する電源配線のうち前記第1電位とは異なる電位の第2電位が割り当てられる第2電源配線とが交差する交差領域を判別する第1のステップと、
前記交差領域に孔パターンを生成する第2のステップと、
前記孔パターンの幅を、前記孔パターンに隣接する前記第1および第2配線層の配線領域に至らない範囲で拡張する第3のステップと、
を有することを特徴とするマスクパターンの生成方法。
Used for manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a plurality of wiring layers and including an arbitrary first wiring layer excluding the uppermost layer among the wiring layers, and an optional second wiring layer above the first wiring layer. A method of generating a mask pattern,
A first power supply wiring to which a first potential is assigned among power supply wirings constituting the first wiring layer, and a second potential different from the first potential among power supply wirings constituting the second wiring layer are assigned. A first step of determining an intersection area where the second power supply wiring intersects;
A second step of generating a hole pattern in the intersection area;
A third step of expanding the width of the hole pattern so as not to reach the wiring regions of the first and second wiring layers adjacent to the hole pattern;
A method of generating a mask pattern, comprising:
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