JP4339731B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、多層配線構造有する半導体装置に関する。特に、多層ダマシン配線及び該配線間の接続部の構造を有する半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device having a multilayer wiring structure. In particular, the present invention relates to a semiconductor device having a structure of multilayer damascene wiring and a connection portion between the wirings.
配線材料として広く用いられているアルミニウム(Al)よりも比抵抗が低く、かつ、高電流密度が可能な銅(Cu)を配線材料として用いた技術は、半導体装置等のデバイス設計ルールの縮小化及び高速化に伴い、必須の技術である。従って、高集積が必要となったデバイス製品、及び、高電流密度を必要とするデバイス製品に、銅(Cu)を配線材料として用いた配線(以下「Cu配線」という。)は、徐々に普及している。 The technology that uses copper (Cu), which has lower specific resistance and higher current density than aluminum (Al), which is widely used as a wiring material, as a wiring material, reduces device design rules for semiconductor devices, etc. And with the increase in speed, it is an essential technology. Therefore, wiring using copper (Cu) as a wiring material (hereinafter referred to as “Cu wiring”) is gradually becoming popular in device products that require high integration and device products that require high current density. is doing.
ところで、Cu配線をパターニングするのに、フォトレジストマスクとエッチャントガスを用いて行うと、エッチャントガスと水分の影響によって腐食、いわゆるコロージョンが発生し、フォトレジストとエッチャントガスを用いるのは、Cu配線のパターニングには不向きである。 By the way, when patterning a Cu wiring using a photoresist mask and an etchant gas, corrosion or so-called corrosion occurs due to the influence of the etchant gas and moisture, and the photoresist and the etchant gas are used for the Cu wiring. Not suitable for patterning.
そこで、絶縁層にあらかじめ形成した溝に銅(Cu)を配線材料として埋め込み、その後、不要な銅(Cu)を化学的機械的研磨(以下CMP(Chemical Mechanical Polishing)という。)等により除去するダマシン法が用いられている。また、下層配線と上層配線を接続するためには、上層配線と下層配線の間の絶縁層中に形成した開口部にコンタクト用導電体として、配線材料としても使用されている、銅(Cu)を埋め込んだ構造を有するコンタクトが用いられている。 Therefore, damascene is formed by embedding copper (Cu) as a wiring material in a groove formed in advance in an insulating layer, and then removing unnecessary copper (Cu) by chemical mechanical polishing (hereinafter, CMP (Chemical Mechanical Polishing)) or the like. The law is used. Also, in order to connect the lower layer wiring and the upper layer wiring, copper (Cu), which is also used as a wiring material as a contact conductor in the opening formed in the insulating layer between the upper layer wiring and the lower layer wiring A contact having a structure in which is embedded is used.
さらに、いわゆるデュアルダマシン法によれば、ダマシン法で形成された下層配線に対して、コンタクトと上層配線は同時に形成される。ここで、デュアルダマシン法とは、絶縁層中にコンタクト用開口部と上層配線層の溝を順次開口し、コンタクト用導電体と上層配線用配線金属を同一工程で埋め込み、その後のCMP等により、絶縁層中の開口部及び溝にコンタクト用導電体と上層配線用配線金属、すなわち、銅(Cu)のみを残す製造方法をいう。 Further, according to the so-called dual damascene method, the contact and the upper layer wiring are formed simultaneously with respect to the lower layer wiring formed by the damascene method. Here, in the dual damascene method, the contact opening and the upper wiring layer groove are sequentially opened in the insulating layer, the contact conductor and the upper wiring metal are embedded in the same process, and then by CMP or the like, This is a manufacturing method in which only the contact conductor and the upper wiring metal, that is, copper (Cu) are left in the openings and grooves in the insulating layer.
しかしながら、上記のダマシン法及びデュアルダマシン法を利用した、銅(Cu)を配線材料として用いる技術においては、上層配線と下層配線の接続に用いられる上記コンタクトの形成不良、配線又はコンタクト形成中のストレス起因で、配線及びコンタクト開口部内に成長した空隙、すなわちボイドによる、上層配線と下層配線の接続不良、配線又はコンタクト形成工程中に、配線及びコンタクト開口部に発生した突起による、上層配線と下層配線の接続不良の問題がある。 However, in the technique using copper (Cu) as a wiring material using the damascene method and the dual damascene method, the formation of the contact used for connection between the upper layer wiring and the lower layer wiring, stress during wiring or contact formation Due to this, voids grown in the wiring and contact openings, that is, voids caused by poor connection between the upper layer wiring and the lower layer wiring, upper layer wiring and lower layer wiring due to protrusions generated in the wiring and contact opening during the wiring or contact formation process There is a problem of poor connection.
上記の問題点に対して、従来は以下のような対処が行われていた。 Conventionally, the following countermeasures have been taken against the above problems.
従来例1は、配線中に凝集を生じさせない層間絶縁層に関するものであり、図19(a)〜図19(f)に示す断面図により説明する。 Conventional Example 1 relates to an interlayer insulating layer that does not cause aggregation in wiring, and will be described with reference to cross-sectional views shown in FIGS. 19 (a) to 19 (f).
まず、図19(a)に示すようにデバイス素子を有するシリコン基板101上にプラズマCVD法によりSiO2絶縁層102を形成する。次に、フォトレジスト103を塗布し、フォトリソグラフィー技術により、溝配線用パターンを形成する。
First, as shown in FIG. 19A, an SiO2 insulating layer 102 is formed on a
次に、図19(b)に示すように、ドライエッチング技術により、SiO2絶縁層102をエッチングし、溝を形成した後、ドライアッシングとウエット剥離によりフォトレジスト103を除去する。
Next, as shown in FIG. 19B, the SiO2 insulating layer 102 is etched by a dry etching technique to form a groove, and then the
次に、図19(c)に示すように、バリヤメタル104としてタンタル(Ta)層を50nm、銅(Cu)メッキのシード層としてスパッタリング法により、銅(Cu)膜を100nm、シリコン基板の全面に成膜する。次に、電界メッキ法により銅(Cu)よりなる配線材料105で溝を埋め込んでから、熱処理により銅(Cu)のアニール処理を行う。
Next, as shown in FIG. 19 (c), a tantalum (Ta) layer as a
それから、図19(d)に示すようにCMP法により絶縁膜上の銅(Cu)とタンタル(Ta)を除去し、銅(Cu)配線106を形成する。
Then, as shown in FIG. 19D, copper (Cu) and tantalum (Ta) on the insulating film are removed by CMP to form a copper (Cu)
次に、図19(e)に示すように、拡散防止膜としての役割をもつ、第1の絶縁膜107として、低温で窒化シリコン(SiN)を20nm成膜する。次に第2の絶縁膜108として、高温で窒化シリコン(SiN)を30nm成膜する。
Next, as shown in FIG. 19 (e), 20 nm of silicon nitride (SiN) is deposited at a low temperature as the first
それから、図19(f)に示すように、プラズマCVD法によりSiO2膜を500nm成膜し、絶縁層109を形成する。
Then, as shown in FIG. 19 (f), an SiO2 film is formed to a thickness of 500 nm by plasma CVD, and an
ここで、第1の絶縁層107と第2の絶縁層108、絶縁層109は、上層配線と下層配線間の上記の層間絶縁層を構成する。
Here, the first
(例えば、特許文献1)
従来例2は上層配線との接続のために用いられるビア孔の接触部におけるボイドの発生を防止するダマシン配線構造に関するものであり、図20に示す、平面図により説明する。
(For example, Patent Document 1)
Conventional Example 2 relates to a damascene wiring structure for preventing the generation of voids at the contact portion of a via hole used for connection with an upper layer wiring, and will be described with reference to a plan view shown in FIG.
まず、図20は配線用溝115と、配線用溝115中の絶縁層残しパターン116と、ダマシン幅広配線117と、ビア孔118とダマシン幅広配線117中の金属粒界119を示すものである。
First, FIG. 20 shows a
そして、配線用溝115内は絶縁層残しパターン116を除き、配線用の金属で埋め込まれており、ダマシン幅広配線117を構成している。
The
また、ビア孔118は4個の絶縁層残しパターン116に囲まれており、ダマシン幅広配線117と上層配線との接続のために用いられる。
The
さらに、ダマシン幅広配線117は上記の金属粒界119からなる配線構造を有する。そして、絶縁層残しパターン116に囲まれたビア孔118の周辺では上記の金属粒界119は小さい形状であるが、その他の領域では、上記の金属粒界119は大きな形状である。
Further, the damascene
(たとえば、特許文献2)
従来例3は、ウエハ基板周辺部分における、上層配線と下層配線の接続に用いられる上記コンタクトの形成不良による不具合を回避するための配線構造に関するものであり、図 21(a)〜図21(c)により説明する。
(For example, Patent Document 2)
Conventional Example 3 relates to a wiring structure for avoiding a problem due to poor formation of the contact used for connecting the upper layer wiring and the lower layer wiring in the peripheral portion of the wafer substrate, and FIGS. 21 (a) to 21 (c). ).
まず、図21(a)に示すように、下地120の上に第1のエッチングストッパ層121を形成し、その上に第1絶縁層122を形成する。次に、第1の絶縁層122の表面上に、配線パターン用の溝を形成するための開口パターンを有するフォトレジスト層123を形成する。
First, as shown in FIG. 21A, a first
次に、フォトレジスト層123をエッチングマスクとし、反応性イオンエッチングにより、第1の絶縁層122をエッチングし、配線パターン用の溝を形成する。次に、O2系プラズマを用いたアッシングにより、フォトレジスト層123を除去する。その後、配線パターン用の溝内に露出した第1のエッチングストッパ層121を、CHF系エッチングガスを用いて、反応性イオンエッチングにより除去する。
Next, using the
次に、図21(b)に示すように、配線パターン用の溝を形成した構造の上に、第1バリアメタル層124、第1主配線層125を形成する。その後、CMPを行ない、第1の絶縁層122表面上の第1主配線層125、第1バリアメタル層124を除去する。
Next, as shown in FIG. 21B, the first
次に、図21(c)に示すように、半導体ウエハ表面に第2のエッチングストッパ層130を形成し、第1主配線層125を保護する。次に、第2エッチングストッパ層130の上に、第2絶縁層126を形成する。次に、第2絶縁層126に対してCMPを行ない、表面を平坦化する。その結果、ウエハ有効領域に比較し、ウエハ非有効領域では、第2の絶縁層126は薄くなる。次に、第2絶縁層126表面上に第3エッチングストッパ層127を形成する。次に第3エッチングストッパ層127の表面に第3絶縁層128を形成する。次に、第3絶縁層128の表面上に、コンタクト用の開口パターンを有する第2のフォトレジスト層129を形成する。ただし、ウエハ有効領域のみに開口パターンは形成され、ウエハ非有効領域において、開口パターンは形成しない。次に、反応性イオンエッチングを行ない、コンタクト用の開口を形成する。その結果、ウエハ有効領域には適正なコンタクト用開口が形成される。一方、ウエハ非有効領域にはコンタクト用開口が形成されることがなく、第2絶縁層126が薄いことによる、オーバーエッチングは起きない。
Next, as shown in FIG. 21C, a second
(たとえば、特許文献3)
従来例4は、下層配線とコンタクトの接触部におけるボイドの発生を分析した文献であり、図22(a)〜図22(b)を用いて説明する。
(For example, Patent Document 3)
Conventional Example 4 is a document analyzing the generation of voids at the contact portion between the lower layer wiring and the contact, and will be described with reference to FIGS. 22 (a) to 22 (b).
まず、図22(a)は、下層配線135と、ビアと配線金属からなるコンタクト136と、上層配線137とから構成されるチェーンを示す。そして、下層配線135は細く、上層配線137は幅広配線であって、大きなエリアをもつ配線である。
First, FIG. 22A shows a chain including a
また、図22(b)は、図22(a)に示すA−B間の上記チェーンの斜視図であり、コンタクト136の配線金属が、下層配線135から上層配線137に向け、矢印138方向へストレスを受けていることを示している。
FIG. 22B is a perspective view of the chain between A and B shown in FIG. 22A. The wiring metal of the
そして、上記文献は、幅広配線である上層配線137からの、コンタクト136内の配線金属への引っ張り応力による前記ストレスが、下層配線135とコンタクト136の接触部におけるボイドの発生の原因であると推定している。
The above document estimates that the stress due to the tensile stress from the
(たとえば、非特許文献1)
本発明は、ダマシン配線又はデュアルダマシン配線の接続部において、接続不良の発生を防止する多層配線、及び、該多層配線を利用した半導体装置を提供する。 The present invention provides a multilayer wiring that prevents a connection failure from occurring in a connection portion of a damascene wiring or a dual damascene wiring, and a semiconductor device using the multilayer wiring.
上記課題を解決するため、第1の発明は、
第1の絶縁層と、
下層配線と、
前記下層配線上の拡散防止膜と、
前記拡散防止膜上の第2の絶縁層と、
上層配線とを備え、
前記下層配線は前記第1の絶縁層中の溝に埋め込まれた導体から構成されており、
前記下層配線は、前記第1の絶縁層の表面よりも上方に突出した、前記拡散防止膜の形成に起因して形成される突起を有し、
前記下層配線と前記上層配線は、前記突起のうちで最も大きい前記突起より大きい、前記第2の絶縁層中と前記拡散防止膜中の前記下層配線に達する貫通孔と前記貫通孔に埋め込まれた導体とからなるコンタクトにより接続されることを特徴とする半導体装置を提供する。
また、第1の発明は、
第1の絶縁層を形成する工程と、
前記第1の絶縁層に溝を形成し、前記溝を導体で埋め込んで下層配線を形成する工程と、
前記下層配線上に拡散防止膜を形成する工程と、
前記拡散防止膜上に第2の絶縁層を形成する工程と、
前記拡散防止膜を形成する工程中に、前記第1の絶縁層の表面よりも上方に突出するように突起が形成されており、前記第2の絶縁層中と前記拡散防止膜中の前記下層配線に達する貫通孔を、前記突起のうちで最も大きい前記突起より大きい径に形成し、前記貫通孔に導体を埋め込んでコンタクトを形成する工程と、
前記コンタクトと接続されるように、前記第2の絶縁層上に上層配線を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
In order to solve the above problems, the first invention is
A first insulating layer;
Lower layer wiring,
A diffusion barrier film on the lower wiring;
A second insulating layer on the diffusion barrier film;
With upper layer wiring,
The lower layer wiring is composed of a conductor embedded in a groove in the first insulating layer,
The lower layer wiring has a protrusion formed above the surface of the first insulating layer and formed due to the formation of the diffusion prevention film;
The upper wiring and the lower wiring is embedded in the largest the projection greater than the through hole and the through-hole reaching said lower wiring of the diffusion preventing film and the second insulating layer among said protrusions Provided is a semiconductor device connected by a contact made of a conductor .
Also, the first invention is
Forming a first insulating layer;
Forming a groove in the first insulating layer, filling the groove with a conductor to form a lower layer wiring;
Forming a diffusion barrier film on the lower wiring;
Forming a second insulating layer on the diffusion barrier film;
During the step of forming the diffusion preventive film, a protrusion is formed so as to protrude above the surface of the first insulating layer, and the lower layer in the second insulating layer and the diffusion preventive film Forming a through hole reaching the wiring with a diameter larger than the largest projection among the projections, and burying a conductor in the through hole to form a contact;
Forming an upper wiring on the second insulating layer so as to be connected to the contact;
A method for manufacturing a semiconductor device is provided.
第1の発明に係る半導体装置では、拡散防止膜形成に起因して発生する突起の大きさには上限があるため、上層配線と下層配線を接続する接続部の大きさを、突起の大きさより大きく設定することにより、下層配線上の突起に接続部が配置されても、接続部の残余部分で、下層配線と上層配線間の接続は確保される。従って、第1の発明に係る半導体装置を採用すれば、下層配線と上層配線の接続不良が大幅に減少する。また、配線接続における不良率が減少するため、半導体装置の歩留りが向上する。 In the semiconductor device according to the first aspect of the invention, since there is an upper limit on the size of the protrusion generated due to the formation of the diffusion prevention film, the size of the connecting portion connecting the upper layer wiring and the lower layer wiring is made larger than the size of the projection. By setting it large, the connection between the lower layer wiring and the upper layer wiring is ensured in the remaining portion of the connection portion even if the connection portion is arranged on the protrusion on the lower layer wiring. Therefore, if the semiconductor device according to the first invention is employed, the connection failure between the lower layer wiring and the upper layer wiring is greatly reduced. In addition, since the defect rate in wiring connection is reduced, the yield of the semiconductor device is improved.
なお、前記の接続部は、一体で形成されている必要はなく、複数のコンタクトから構成されていてもよく、上記と同様な効果を奏する。また、コンタクトの開口形状は均一であれば、半導体装置の製造工程中、露光工程にとって最適である。 In addition, the said connection part does not need to be formed integrally, and may be comprised from several contact, and there exists an effect similar to the above. If the contact opening shape is uniform, it is optimal for the exposure process during the manufacturing process of the semiconductor device.
上記課題を解決するため、第2の発明は、
第1の絶縁層と、
下層配線と、
前記下層配線上の拡散防止膜と、
前記拡散防止膜上の第2の絶縁層と、
上層配線とを備え、
前記下層配線は前記第1の絶縁層中の溝に埋め込まれた導体から構成されており、
前記下層配線は、前記第1の絶縁層の表面よりも上方に突出した、前記拡散防止膜の形成に起因して形成される突起を有し、
前記下層配線と前記上層配線とは、隣接した複数のコンタクトにより接続され、
前記コンタクトは前記第2の絶縁層中と前記拡散防止膜中の前記下層配線に達する貫通孔と、前記貫通孔に埋め込まれた導体とから構成されており、
複数の前記コンタクト内の少なくとも一つの前記コンタクトが前記突起上に形成され、他の前記コンタクトの少なくとも一つは前記突起から離間する位置となる前記コンタクトの配置を有することを特徴とする半導体装置を提供する。
また、第2の発明は、
第1の絶縁層を形成する工程と、
前記第1の絶縁層に溝を形成し、前記溝を導体で埋め込んで下層配線を形成する工程と、
前記下層配線上に拡散防止膜を形成する工程と、
前記拡散防止膜上に第2の絶縁層を形成する工程と、
前記拡散防止膜を形成する工程中に、前記第1の絶縁層の表面よりも上方に突出するように突起が形成されており、前記第2の絶縁層中と前記拡散防止膜中の前記下層配線に達する複数の貫通孔を、その少なくとも一つの前記貫通孔が前記突起上に形成され、他の前記貫通孔の少なくとも一つは前記突起から離間する前記貫通孔の配置となるように形成し、前記貫通孔に導体を埋め込んでコンタクトを形成する工程と、
複数の前記コンタクトと接続されるように、前記第2の絶縁層上に上層配線を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
In order to solve the above problem, the second invention
A first insulating layer;
Lower layer wiring,
A diffusion barrier film on the lower wiring;
A second insulating layer on the diffusion barrier film;
With upper layer wiring,
The lower layer wiring is composed of a conductor embedded in a groove in the first insulating layer,
The lower layer wiring has a protrusion formed above the surface of the first insulating layer and formed due to the formation of the diffusion prevention film;
The lower layer wiring and the upper layer wiring are connected by a plurality of adjacent contacts ,
The contact is composed of a through hole reaching the lower layer wiring in the second insulating layer and the diffusion prevention film, and a conductor embedded in the through hole,
At least one of the contacts in the plurality of contacts is formed on the protrusion, and at least one of the other contacts has the contact arrangement at a position spaced from the protrusion. I will provide a.
In addition, the second invention,
Forming a first insulating layer;
Forming a groove in the first insulating layer, filling the groove with a conductor to form a lower layer wiring;
Forming a diffusion barrier film on the lower wiring;
Forming a second insulating layer on the diffusion barrier film;
During the step of forming the diffusion preventive film, a protrusion is formed so as to protrude above the surface of the first insulating layer, and the lower layer in the second insulating layer and the diffusion preventive film A plurality of through-holes reaching the wiring are formed such that at least one of the through-holes is formed on the protrusion, and at least one of the other through-holes is arranged to be spaced from the protrusion. , Forming a contact by embedding a conductor in the through hole;
Forming an upper layer wiring on the second insulating layer so as to be connected to the plurality of contacts;
A method for manufacturing a semiconductor device is provided.
第2の発明に係る半導体装置では、拡散防止膜形成に起因して発生する突起の大きさには上限があるため、上層配線と下層配線を接続する接続部を構成するコンタクトの配置を上記のようにすれば、下層配線上の突起に接続部を構成するコンタクトの一部が配置されても、接続部を構成するコンタクトの他の部分で、下層配線と上層配線間の接続は確保される。従って、第2の発明に係る半導体装置を採用すれば、下層配線と上層配線の接続不良が大幅に減少する。また、配線接続における不良率が減少するため、半導体装置の歩留りが向上する。 In the semiconductor device according to the second invention, since there is an upper limit on the size of the protrusion generated due to the formation of the diffusion prevention film, the arrangement of the contacts constituting the connection portion connecting the upper layer wiring and the lower layer wiring is set as described above. By doing so, even if a part of the contact constituting the connection portion is arranged on the protrusion on the lower layer wiring, the connection between the lower layer wiring and the upper layer wiring is ensured in the other part of the contact constituting the connection portion. . Therefore, if the semiconductor device according to the second invention is employed, the connection failure between the lower layer wiring and the upper layer wiring is greatly reduced. In addition, since the defect rate in wiring connection is reduced, the yield of the semiconductor device is improved.
上記課題を解決するため、第3の発明は、
第1の絶縁層と、
前記下層配線上の拡散防止膜と、
前記拡散防止膜上の第2の絶縁層と、
上層配線とを備え、
前記下層配線は前記第1の絶縁層中の溝に埋め込まれた導体から構成されており、
前記下層配線は、前記第1の絶縁層の表面よりも上方に突出した、前記拡散防止膜の形成に起因して形成される突起を有し、
前記下層配線と前記上層配線とは、隣接した複数のコンタクトにより接続され、
前記コンタクトは前記第2の絶縁層中と前記拡散防止膜中の前記下層配線に達する貫通孔と、前記貫通孔に埋め込まれた導体とから構成されており、
複数の前記コンタクト内の少なくとも一つの前記コンタクトが前記突起上に形成され、他の前記コンタクトの少なくとも一つは前記突起から離間する位置に形成されるように、
隣接した前記コンタクト間の距離を、下層配線の太さに応じて設定したことを特徴とする半導体装置を提供する。
In order to solve the above problem, the third invention
A first insulating layer;
A diffusion barrier film on the lower wiring;
A second insulating layer on the diffusion barrier film;
With upper layer wiring,
The lower layer wiring is composed of a conductor embedded in a groove in the first insulating layer,
The lower layer wiring has a protrusion formed above the surface of the first insulating layer and formed due to the formation of the diffusion prevention film;
The lower layer wiring and the upper layer wiring are connected by a plurality of adjacent contacts ,
The contact is composed of a through hole reaching the lower layer wiring in the second insulating layer and the diffusion prevention film, and a conductor embedded in the through hole,
At least one of the contacts in the plurality of contacts is formed on the protrusion, and at least one of the other contacts is formed at a position spaced from the protrusion;
Provided is a semiconductor device characterized in that a distance between adjacent contacts is set according to a thickness of a lower layer wiring.
第3の発明に係る半導体装置では、拡散防止膜形成に起因して発生する突起の大きさは、下層配線の太さに依存するが、下層配線に応じて上限があり、上層配線と下層配線を接続する接続部を構成するコンタクトの隣接コンタクト間の距離を、下層配線の太さに応じて、突起の大きさより大きく設定すれば、下層配線上の突起に接続部を構成するコンタクトの一部が配置されても、接続部を構成するコンタクトの他の部分で、下層配線と上層配線間の接続は確保される。従って、第3の発明に係る半導体装置を採用すれば、下層配線と上層配線の接続不良が大幅に減少する。また、配線接続における不良率が減少するため、半導体装置の歩留りが向上する。 In the semiconductor device according to the third invention, the size of the protrusion generated due to the formation of the diffusion prevention film depends on the thickness of the lower layer wiring, but has an upper limit depending on the lower layer wiring, and the upper layer wiring and the lower layer wiring If the distance between adjacent contacts of the contact that constitutes the connection part that connects the two is set larger than the size of the protrusion according to the thickness of the lower layer wiring, a part of the contact that constitutes the connection part on the projection on the lower layer wiring Even if is arranged, the connection between the lower layer wiring and the upper layer wiring is ensured in the other part of the contact constituting the connection portion. Therefore, if the semiconductor device according to the third invention is employed, the connection failure between the lower layer wiring and the upper layer wiring is greatly reduced. In addition, since the defect rate in wiring connection is reduced, the yield of the semiconductor device is improved.
上記の課題を解決するため、第4の発明は、
前記第2の発明及び第3の発明に係る半導体装置において、
前記下層配線を構成する導体は、バリヤメタル層と配線用金属とから構成されており、
前記第1の絶縁層及び前記第2の絶縁層は、少なくとも、SiN、SiOF、SiOC、SiCのうちの一つ以上から構成されていることを特徴とする半導体装置を提供する。
In order to solve the above problem, the fourth invention is:
In the semiconductor device according to the second and third inventions,
The conductor constituting the lower layer wiring is composed of a barrier metal layer and a wiring metal,
The first insulating layer and the second insulating layer are formed of at least one of SiN, SiOF, SiOC, and SiC, and provide a semiconductor device.
第4の発明に係る半導体装置によれば、下層配線上の突起が発生しやすい構成となっているが、下層配線上の突起の大きさには上限があり、上層配線と下層配線を接続する接続部を構成するコンタクトの配置を上記のようにすれば、下層配線上の突起に接続部を構成するコンタクトの一部が配置されても、接続部を構成するコンタクトの他の部分で、下層配線と上層配線間の接続は確保される。従って、第4の発明に係る半導体装置を採用すれば、下層配線と上層配線の接続不良が大幅に減少する。また、配線接続における不良率が減少するため、半導体装置の歩留りが向上する。 According to the semiconductor device of the fourth invention, the protrusion on the lower layer wiring is likely to occur, but there is an upper limit on the size of the protrusion on the lower layer wiring, and the upper layer wiring and the lower layer wiring are connected. If the arrangement of the contacts constituting the connection portion is as described above, even if a part of the contact constituting the connection portion is arranged on the protrusion on the lower layer wiring, the other portion of the contact constituting the connection portion Connection between the wiring and the upper layer wiring is ensured. Therefore, if the semiconductor device according to the fourth aspect of the present invention is employed, the connection failure between the lower layer wiring and the upper layer wiring is greatly reduced. In addition, since the defect rate in wiring connection is reduced, the yield of the semiconductor device is improved.
本発明に係る多層配線によれば、上層配線と下層配線の接続を行うにあたり、下層配線上の拡散防止膜を作成する工程中に発生した突起に、接続部が位置したときに発生するコンタクト不良を防止する効果がある。 According to the multilayer wiring according to the present invention, when connecting the upper layer wiring and the lower layer wiring, the contact failure that occurs when the connection portion is located on the protrusion generated during the process of forming the diffusion prevention film on the lower layer wiring. There is an effect to prevent.
また、上記の多層配線構造を有する半導体装置では、上層配線と下層配線のコンタクト不良が著しく減少するため、当該半導体装置の歩留りが向上する効果がある。 Further, in the semiconductor device having the multilayer wiring structure described above, the contact failure between the upper layer wiring and the lower layer wiring is remarkably reduced, so that the yield of the semiconductor device is improved.
本実施例に係わる多層配線の平面的構成は、上層配線と、下層配線と、上層配線と下層配線間を接続する接続部と、下層配線上の突起から構成されている。そして、下層配線、及び、上層配線は、いわゆる、デュアルダマシン法、又は、ダマシン法によって形成されている。また、前記の突起は、デュアルダマシン法、又は、ダマシン法において、下層配線を構成する配線金属の拡散防止のための拡散防止膜を形成する工程中に発生する。さらに、下層配線と上層配線間を接続する接続部は、複数のコンタクトから構成されている。 The planar configuration of the multilayer wiring according to the present embodiment includes an upper layer wiring, a lower layer wiring, a connection portion connecting the upper layer wiring and the lower layer wiring, and a protrusion on the lower layer wiring. The lower layer wiring and the upper layer wiring are formed by a so-called dual damascene method or damascene method. Further, the protrusion is generated during a process of forming a diffusion prevention film for preventing diffusion of wiring metal constituting the lower layer wiring in the dual damascene method or the damascene method. Furthermore, the connection part that connects the lower layer wiring and the upper layer wiring is composed of a plurality of contacts.
ここで、上記のコンタクトは下層配線と上層配線間の層間絶縁膜中にある貫通孔に金属を埋め込んだ構造であって、上層配線と下層配線間の電気的な接続を行うものである。 Here, the contact has a structure in which a metal is embedded in a through hole in an interlayer insulating film between the lower layer wiring and the upper layer wiring, and performs electrical connection between the upper layer wiring and the lower layer wiring.
そして、接続部は上記の突起よりも大きく設定されているため、上記の突起と接続部が重なった場合には、接続部から突起との重なり部分を差し引いた、残余部分が残る。従って、前記残余部分により、突起と接続部が重なっても、下層配線と上層配線の電気的な接続の確保が可能である。 And since the connection part is set larger than said protrusion, when said protrusion and a connection part overlap, the remainder part which deducted the overlap part with a protrusion from a connection part remains. Therefore, even if the protrusion and the connection portion overlap with each other, the electrical connection between the lower layer wiring and the upper layer wiring can be ensured.
ところで、接続部が複数のコンタクトより構成されているとしたのは、以下の理由による。まず、配線幅は細く、また、配線間隔が狭くなると、すなわち、いわゆる設計ルールが縮小すると、コンタクトの開口部も縮小する。そこで、フォトレジストによるパターニングを行う上で、大きな開口部を有するコンタクトと、小さな開口部を有するコンタクトとが混在するのは、不都合がある。一方、本実施例の場合、接続部は突起より大きい構成となる必要があるため、接続部は、通常のコンタクトに比較し、大きな領域を必要とする。従って、上記の接続部は複数のコンタクトにより構成されるのである。 By the way, the reason why the connecting portion is composed of a plurality of contacts is as follows. First, when the wiring width is narrow and the wiring interval is narrowed, that is, when a so-called design rule is reduced, the contact opening is also reduced. Therefore, when patterning with a photoresist, it is inconvenient that a contact having a large opening and a contact having a small opening are mixed. On the other hand, in the case of the present embodiment, since the connection portion needs to be larger than the protrusion, the connection portion requires a larger area than a normal contact. Therefore, the connecting portion is constituted by a plurality of contacts.
次に、大きな開口部を有するコンタクトと小さな開口部を有するコンタクトとが混在するのが不都合なのは、以下の理由である。まず、小さな開口部にあわせて、レジストに対する露光量を調節する場合、大きな開口部では、常に豊富な露光量が確保されるため、レジストの感光が予想以上に進み、開口の大きさは、露光量に対して敏感となる傾向にある。 Next, the reason why it is inconvenient to mix contacts having a large opening and contacts having a small opening is as follows. First of all, when adjusting the exposure amount for a resist in accordance with a small opening, a large amount of exposure is always secured in a large opening. Tends to be sensitive to quantity.
一方、大きな開口部に合わせて露光量を調節すると、露光量が確保されない傾向にある小さな開口部では、開口の大きさは、露光量に対して鈍感な傾向にある。そうすると、小さな開口部及び大きな開口部の両方に対し、満足のいく露光量を与えることは困難である。従って、大きな開口部を有するコンタクトと小さな開口部を有するコンタクトとが混在するのは不都合である。 On the other hand, when the exposure amount is adjusted in accordance with the large opening portion, the size of the opening tends to be insensitive to the exposure amount in the small opening portion in which the exposure amount tends not to be secured. Then, it is difficult to give a satisfactory exposure amount to both the small opening and the large opening. Therefore, it is inconvenient that a contact having a large opening and a contact having a small opening are mixed.
なお、後述するように下層配線上の突起の大きさの上限は、下層の配線幅に応じて、大きくなるため、接続部の大きさも下層配線幅に応じて大きくする必要があるが、上記の接続部が複数のコンタクトから構成されている場合、接続部の大きさは、コンタクトの数を増やすことにより、パターニングの問題を気にせずに、大きくすることができる効果がある。 As will be described later, since the upper limit of the size of the protrusion on the lower layer wiring is increased according to the lower layer wiring width, the size of the connection portion needs to be increased according to the lower layer wiring width. When the connection portion is composed of a plurality of contacts, the size of the connection portion can be increased by increasing the number of contacts without worrying about the problem of patterning.
そこで、本実施例に示す、前記の接続部を有する多層配線によれば、複数のコンタクトより構成される接続部の領域は、下層配線に発生する突起の大きさ以上に設定されているため、上層配線と下層配線の電気的接続は、接続部と突起が重なっても、前記突起以外の部分で十分確保が可能である。従って、下層配線と上層配線との接続不良を防止できる。 Therefore, according to the multilayer wiring having the above-described connecting portion shown in the present embodiment, the region of the connecting portion constituted by a plurality of contacts is set to be larger than the size of the protrusion generated in the lower layer wiring. The electrical connection between the upper layer wiring and the lower layer wiring can be sufficiently ensured at a portion other than the projection even if the connection portion and the projection overlap. Accordingly, connection failure between the lower layer wiring and the upper layer wiring can be prevented.
(突起の発生状況、及び、突起より大きな接続部で接続される多層配線を有する半導体装置)
ダマシン法又はデュアルダマシン法によって、形成した、多層配線構造において、配線材料用の金属として銅(Cu)を使用する場合、下層配線上に、銅が絶縁層中を拡散することを防止する、拡散防止膜を形成する必要がある。
(Semiconductor device having a multi-layer wiring connected by a connection portion larger than the protrusion and the state of occurrence of the protrusion)
When copper (Cu) is used as the metal for the wiring material in the multi-layer wiring structure formed by the damascene method or dual damascene method, the diffusion prevents copper from diffusing in the insulating layer on the lower layer wiring. It is necessary to form a prevention film.
そして、通常、銅(Cu)から構成される下層配線上に拡散防止膜を形成する工程中に、下層配線は400℃程度の加熱処理がされ、前記加熱処理に伴い、銅(Cu)原子の移動がおき、下層配線の表面上に突起が形成される場合がある。 And, usually, during the step of forming the diffusion prevention film on the lower layer wiring composed of copper (Cu), the lower layer wiring is subjected to a heat treatment of about 400 ° C., and with the heat treatment, the copper (Cu) atom The movement may occur, and a protrusion may be formed on the surface of the lower layer wiring.
上記の場合であって、上層配線と下層配線を接続するためのコンタクトが、前記の突起と重なった場合、コンタクトの形成工程が終了した直後、すなわち、配線用の銅(Cu)を配線用の溝、及び、コンタクトの開口に埋め込み、CMPにより、余分な絶縁層上の銅(Cu)を除去した直後においては、上層配線と下層配線の接続がされている。 In the above case, when the contact for connecting the upper layer wiring and the lower layer wiring overlaps with the projection, immediately after the contact forming process is completed, that is, copper (Cu) for wiring is used for wiring. Immediately after removing excess copper (Cu) on the insulating layer by CMP and filling in the opening of the trench and contact, the upper layer wiring and the lower layer wiring are connected.
しかしながら、コンタクト形成工程後の、製造工程中の加熱処理により発生する金属配線中のストレスや、前記多層配線構造を有する半導体装置の使用中に、当該コンタクトを流れる電流のストレス等に起因して、突起部以外の場所に比較し、銅(Cu)原子の移動によって発生した突起部は不安定なため、当該コンタクトと重なった突起の全部又は一部において、銅(Cu)原子の再配置が起き、下層配線とコンタクトの接触部においてボイドが発生し易いことを発明者は発見した。また、従来例3に示すウエハ周辺部のコンタクト不良の場合、従来例4に示す下層配線及び上層配線間のストレスによるコンタクト不良の場合、及び、従来例2に示す幅広配線の構造に起因するコンタクト不良の場合に示すような、突起部以外の部分にコンタクトが形成された場合のコンタクト不良に比較し、下層配線の幅が広くなるに従って、コンタクト不良が増加することを発明者等は発見した。ここで、発明者等の発見したコンタクト不良のモードは、下層配線の幅が広い程、突起の大きさは大きくなり、かつ、突起の発生数が増加することに起因すると推定される。 However, due to the stress in the metal wiring generated by the heat treatment during the manufacturing process after the contact formation process, the stress of the current flowing through the contact during use of the semiconductor device having the multilayer wiring structure, Compared to locations other than the protrusions, the protrusions caused by the movement of copper (Cu) atoms are unstable, so relocation of copper (Cu) atoms occurs in all or part of the protrusions that overlap the contact. The inventors have found that voids are likely to occur at the contact portion between the lower layer wiring and the contact. Further, in the case of the contact failure in the peripheral portion of the wafer shown in the conventional example 3, the contact caused by the stress between the lower layer wiring and the upper layer wiring shown in the conventional example 4, and the contact caused by the structure of the wide wiring shown in the conventional example 2 The inventors have found that the contact failure increases as the width of the lower layer wiring increases as compared to the contact failure in the case where the contact is formed in a portion other than the protrusion as shown in the case of the failure. Here, it is presumed that the contact failure mode discovered by the inventors is caused by the fact that the larger the width of the lower layer wiring, the larger the size of the protrusion and the more the number of protrusions generated.
一方、従来例1においては、下層配線中に銅(Cu)原子の凝集が起きると、下層配線表面のモホロジーが劣化するとして、下層配線に対して、銅(Cu)原子の凝集を防止するような拡散防止膜の構造を採用した。しかし、発明者等の発見したコンタクト不良モードの解決は重要であり、従来例1の対処とは異なる観点からも、上記のコンタクト不良モードの解決を図ることが求められている。 On the other hand, in Conventional Example 1, if the aggregation of copper (Cu) atoms occurs in the lower layer wiring, the morphology of the surface of the lower layer wiring is deteriorated, so that the aggregation of copper (Cu) atoms is prevented with respect to the lower layer wiring. Adopting the structure of a proper diffusion prevention film. However, the solution of the contact failure mode discovered by the inventors is important, and from the viewpoint different from the countermeasure of the conventional example 1, it is required to solve the contact failure mode.
そのため、まず、本発明者等は、銅(Cu)を配線材料とする多層配線において、下層配線中の銅(Cu)原子の移動による突起の発生について、突起の大きさとの関係が、下層配線の太さに応じてどのように推移するかを調査した。その結果、上記の突起の大きさに上限があること及び下層配線の太さが太い程、前記大きさの上限は大きくなることを発見した。また、上記突起の発生数は下層配線の太さに応じて増加することを発見した。さらに、上層配線、下層配線、及び、コンタクトから構成されているチェーンの不良率と下層配線の太さとの相関を調査し、下層配線が太いほうが、コンタクトの大きさを一定とすると、前記不良率が高いことを発見した。加えて、配線及びコンタクトから構成されているチェーンが形成されている半導体チップを、製造工程の区切り毎に、観察した。その結果、突起の発生は、下層配線の平面上において、単発的であること、すなわち、群状に発生しないという結果を得た。また、後述する製造工程の一つである拡散防止膜を形成する工程中に、銅(Cu)原子の移動による突起が発生するとの結果を得た。 Therefore, first, the inventors of the present invention have found that in the multilayer wiring using copper (Cu) as the wiring material, the relationship between the size of the protrusion and the generation of the protrusion due to the movement of the copper (Cu) atom in the lower layer wiring It investigated how it changed according to the thickness of the. As a result, it has been found that there is an upper limit on the size of the protrusion and that the upper limit of the size increases as the thickness of the lower layer wiring increases. It was also discovered that the number of protrusions increased with the thickness of the lower layer wiring. Further, the correlation between the defect rate of the chain composed of the upper layer wiring, the lower layer wiring, and the contact and the thickness of the lower layer wiring is investigated, and if the lower layer wiring is thicker and the contact size is constant, the defect rate I found it expensive. In addition, a semiconductor chip on which a chain composed of wirings and contacts was formed was observed for each division of the manufacturing process. As a result, it was obtained that the generation of protrusions was single-shot on the plane of the lower layer wiring, that is, it did not occur in groups. Moreover, the result that the processus | protrusion by the movement of a copper (Cu) atom generate | occur | produces in the process of forming the diffusion prevention film which is one of the manufacturing processes mentioned later was obtained.
ここで、コンタクトとは、上記の多層配線がデュアルダマシン法、或いは、ダマシン法により形成されるため、発明を実施するための最良の形態で説明したコンタクトと同様なものである。なお、層間絶縁膜に貫通孔を形成、貫通孔を配線材料で埋め戻した後、上層配線用の絶縁膜を形成し、配線用溝を形成し、配線を埋め込む場合をダマシン法という。また、層間絶縁膜に貫通孔と配線用溝を作成した後、貫通孔と配線用溝に同時に配線材料を埋め戻す場合をデュアルダマシン法という。 Here, the contact is the same as the contact described in the best mode for carrying out the invention because the multilayer wiring is formed by the dual damascene method or the damascene method. A case where a through hole is formed in an interlayer insulating film and the through hole is backfilled with a wiring material, an insulating film for an upper layer wiring is formed, a wiring groove is formed, and a wiring is embedded is called a damascene method. The case where a through hole and a wiring groove are formed in the interlayer insulating film and then the wiring material is simultaneously filled in the through hole and the wiring groove is called a dual damascene method.
図1、及び、図2は、本発明者等が調査に用いた上層配線、下層配線、及び、コンタクトから構成されているチェーン(以下、「コンタクトチェーン」という)を示す。ここで、図1は平面的な構成を示し、図2は断面構成を示すものである。 FIG. 1 and FIG. 2 show a chain (hereinafter referred to as “contact chain”) composed of an upper layer wiring, a lower layer wiring, and a contact used by the inventors for the investigation. Here, FIG. 1 shows a planar configuration, and FIG. 2 shows a cross-sectional configuration.
まず、図1は、半導体チップ上に作成されている、コンタクトチェーンの一部について示したものである。そして、コンタクトチェーンは、正方形に×印をつけたパターンで示すコンタクト1と、実線のパターンで示す上層配線2と、点線のパターンで示す下層配線3とで構成されている。すなわち、上層配線2と下層配線3は交互に配置され、矩形の下層配線3の右端部は、配置されているコンタクト1により矩形の上層配線2の左端部に接続されており、矩形の上層配線2の右端部は、配置されているコンタクトにより矩形の下層配線3の左端部に接続されており、以上が複数、繰り返されていることにより、上層配線2と、下層配線3と、コンタクト1はチェーンを構成している。
First, FIG. 1 shows a part of a contact chain formed on a semiconductor chip. The contact chain includes a
そして、図2の断面図は、図1の平面図に示すE−F間の断面構造をしており、以下のような製造工程により、形成される。 The sectional view of FIG. 2 has a sectional structure between E and F shown in the plan view of FIG. 1 and is formed by the following manufacturing process.
まず、いわゆるダマシン法により、下層配線7を形成するため、半導体基板5(半導体基板に限らず、注目している下層配線のさらに下にある、下層配線及び下層配線を覆う絶縁層を含む)上に、0.45μmの厚さを有する、酸化シリコン(SiO2)からなる下層絶縁層6を形成する。次に、上記の下層絶縁層6中に深さ0.45μmの配線層用溝を形成し、配線用の金属を埋め込んで、下層配線7を形成する。ここで、配線用の金属の埋め込みは、スパッタ法により厚さ約30nmの窒化タンタル(TaN)バリアメタル層8をスパッタリングで成膜した後、シード層として銅(Cu)を成膜し、電解メッキにより溝内を銅(Cu)で埋め込み、下層絶縁層6上に形成された不要なバリアメタル層及び銅(Cu)をCMPにより除去することにより形成する。
First, in order to form the
次に、いわゆるデュアルダマシン法により、上層配線12及びコンタクト9を形成するため、まず、下層配線7上に第1の拡散防止膜10と、酸化シリコン(SiO2)からなる第1の絶縁膜11を成膜し、上記の第1の拡散防止膜10と、上記の第1の絶縁膜11からなる層間絶縁層を形成する。次に、層間絶縁層を貫通してコンタクト9用の開口部を形成し、その後、上層配線12用の溝を形成する。ここで、コンタクト9用の開口部は、上層配線12用の溝を形成後において、高さ0.7μmを有し、上層配線12用の溝は深さ0.45μmを有する。
Next, in order to form the
ここで、上記の第1の拡散防止膜10は、その後の熱処理工程や製品完成後に配線に電流が通過することにより発生する熱のため、配線用金属の絶縁膜への拡散を防止することを主な機能とするものである。そして、上記の第1の拡散防止膜10のその他の機能としては、層間絶縁層を貫通してコンタクト9用の開口部を形成するときのエッチングストッパ機能、フォトレジストを除去する目的で酸素(O2)アッシング処理を行う際に、配線金属への酸素透過を遮断する機能を有することが望ましい。従って、例えば、アンモニア(NH3)系ガスと、シラン(SiH4)系ガス等の混合ガスを用いて、CVD法で形成される窒化シリコン(SiN)膜であることが望ましい。
Here, the first
次に、上層配線12用の溝及びコンタクト9の開口部に配線用の金属を埋め込んで、上層配線12及びコンタクト9を形成する。ここで、配線用金属の埋め込みは、下層配線7形成時と同様に行う。次に、第2の拡散防止膜13を上層配線12用の金属の為に形成し、さらに、その上の上層配線形成の為、第2の絶縁膜14を成膜する。
Next, a wiring metal is embedded in the groove for the
次に、図3(a)は、10μm幅の下層配線に関する平面図である。また、図3(b)は、2μm幅の下層配線に関する平面図である。さらに、図3(c)は、0.8μm幅の下層配線に関する平面図である。 Next, FIG. 3A is a plan view relating to a lower layer wiring having a width of 10 μm. FIG. 3B is a plan view relating to a lower layer wiring having a width of 2 μm. Further, FIG. 3C is a plan view relating to a lower layer wiring having a width of 0.8 μm.
上記10μm幅の下層配線に関する図3(a)によれば、下層配線15は幅10μmの矩形パターンを縦方向40μmピッチ、横方向15μmピッチで繰り返し配置したものである。また、コンタクトは、上層配線を構成する一つの矩形あたり2個、両端に形成されている。なお、コンタクトの開口部の形状は、例えば0.2μm角であるが、下層配線15に比較し、相対的に小さいので図示できない。ここで、上層配線である数千の矩形パターンと、下層配線15である数千の矩形パターンと、数千個のコンタクトから、コンタクトチェーンが形成されており、平面的には、下層配線15を構成する矩形パターンと上層配線を構成する矩形パターンは重なっているが、半ピッチずれて配置されている。従って、上層配線を構成する矩形パターンと下層配線15を構成する矩形パターンは一つのコンタクトを共有することになる。
According to FIG. 3A relating to the 10 μm-wide lower layer wiring, the
上記2μm幅の下層配線に関する図3(b)によれば、下層配線16は幅2μmの矩形パターンを縦方向5.3μmピッチ、横方向2.5μmピッチで繰り返し配置して構成されている。また、コンタクト18の開口部の形状は、例えば0.2μm角である。ここで、上層配線を構成する矩形パターンは前記の下層配線を構成する矩形パターンの大きさ及びピッチに合わせて形状をしていること以外は、2μm幅の下層配線に関するコンタクトチェーンも10μm幅の下層配線に関するコンタクトチェーンと同様な構造となっている。
According to FIG. 3B relating to the above-mentioned 2 μm wide lower layer wiring, the
上記0.8μm幅の下層配線に関する図3(c)によれば、下層配線17は幅0.8μmの矩形パターンを縦方向3.3μmピッチ、横方向1μmピッチで繰り返し配置して構成されている。また、コンタクト19の開口部の形状は、例えば0.2μm角である。ここで、上層配線を構成する矩形パターンは前記の下層配線を構成する矩形パターンの大きさ及びピッチに合わせた形状をしていること以外は、0.8μm幅の下層配線に関するコンタクトチェーンも10μm幅の下層配線に関するコンタクトチェーンと同様な構造となっている。
According to FIG. 3C relating to the lower layer wiring having a width of 0.8 μm, the lower layer wiring 17 is configured by repeatedly arranging a rectangular pattern having a width of 0.8 μm at a pitch of 3.3 μm in the vertical direction and a pitch of 1 μm in the horizontal direction. The shape of the opening of the
次に、図4(a)は、上記のコンタクトチェーンを構成する、下層配線上の突起のカウント数と突起の大きさの関係を示す。また、図4(b)は、上記の突起の大きさと配線幅の関係を示す。ここで、上記の突起の大きさ及び個数は一般的な欠陥検査装置(例えば、KLA-tencor 社製の欠陥検査装置)にて検出した。 Next, FIG. 4A shows the relationship between the count of protrusions on the lower layer wiring and the size of the protrusions, which constitute the contact chain. FIG. 4B shows the relationship between the size of the protrusion and the wiring width. Here, the size and number of the protrusions were detected by a general defect inspection apparatus (for example, a defect inspection apparatus manufactured by KLA-tencor).
ところで、上記の突起とは、ダマシン法或いはデュアルダマシン法により形成された、下層配線を構成する金属原子が、特定箇所にて一様な平坦な場所に対して、下層配線の表面から盛り上がった場所をいう。 By the way, the above-mentioned protrusion is a place where metal atoms constituting the lower layer wiring formed by the damascene method or the dual damascene method are raised from the surface of the lower layer wiring with respect to a uniform flat place at a specific location. Say.
なお、金属原子が特定箇所に盛り上がって突起となるのは、例えば、下層配線用の溝を形成する絶縁層を構成する絶縁材料と下層配線を構成する金属材料間のストレスに起因して、拡散防止膜成長の時点において、下層配線の表面の金属原子が特定の箇所に移動し、凝集することによると推定される。熱が掛かることによるストレス緩和の過程、或いは、熱発生に起因する材料の再配置等により表面の状態が変わるということが容易に推定されるからである。 Note that metal atoms bulge to specific locations and become protrusions, for example, due to stress between the insulating material forming the insulating layer forming the groove for the lower layer wiring and the metal material forming the lower layer wiring. It is presumed that the metal atoms on the surface of the lower layer wiring move to a specific location and aggregate at the time of the prevention film growth. This is because it is easily estimated that the state of the surface changes due to the process of stress relaxation due to the application of heat or the rearrangement of the material resulting from the generation of heat.
ここで、下層配線用の溝を形成する絶縁層を構成する絶縁材料と下層配線を構成する金属材料間のストレスは、下層配線上の拡散防止膜形成に起因して、発生すると推定される。 Here, it is estimated that the stress between the insulating material forming the insulating layer forming the groove for the lower layer wiring and the metal material forming the lower layer wiring is generated due to the formation of the diffusion prevention film on the lower layer wiring.
なぜなら、まず、上記の絶縁材料と金属材料には、熱膨張率の差があるため、拡散防止膜を形成するためにかかる熱で下層配線用の溝の体積と溝に埋め込まれた金属材料の体積とに差ができる。従って、狭い空間に押し込まれた金属材料にはストレスがかかることになるからである。 This is because, first, there is a difference in the coefficient of thermal expansion between the insulating material and the metal material, and therefore, the volume of the groove for the lower layer wiring and the metal material embedded in the groove by the heat applied to form the diffusion prevention film. There is a difference in volume. Therefore, the metal material pushed into the narrow space is stressed.
また、「拡散防止膜形成に起因」といった場合、拡散防止膜を成膜するという、加熱をともなう工程のみならず、成膜前後の処理等(例えば、成膜前において、配線金属の表面酸化物を還元する目的で行う、アンモニア(NH3)ガスによるプラズマ処理工程)を含む、工程のうち少なくとも一つの工程に起因することをいう。 In addition, in the case of “due to the formation of a diffusion prevention film”, not only a process involving heating, which forms a diffusion prevention film, but also a treatment before and after the film formation (for example, surface oxide of the wiring metal before the film formation) This is caused by at least one of the steps including a plasma treatment step with ammonia (NH 3) gas performed for the purpose of reducing the above.
なぜなら、まず、表面酸化物を還元する際における酸素の離脱に伴い、表面において自由となる金属原子がある確率で存在する。その状態において、ある特定箇所に金属原子が移動し、凝集するということも考えられるためである。 This is because, firstly, there is a certain probability that a metal atom becomes free on the surface as oxygen is desorbed when reducing the surface oxide. This is because it is also conceivable that metal atoms move to a specific location and aggregate in that state.
ところで、「拡散防止膜形成に起因」するとしたのは、拡散防止膜が下層配線上に、形成された後は、金属材料は、すべての面を閉鎖され、なんらかの圧力を受け、容易にストレス緩和を求めて、移動を行うことができないためである。そのため、拡散防止膜形成に係る前処理及び拡散防止膜形成初期の段階後においては、突起の形成は抑制されると推定されるからである。 By the way, the reason for “diffusion prevention film formation” is that after the diffusion prevention film is formed on the lower layer wiring, the metal material is closed on all sides and is subjected to some pressure to easily relieve stress. This is because it is not possible to move for this. For this reason, it is presumed that the formation of protrusions is suppressed after the pretreatment relating to the formation of the diffusion prevention film and the initial stage of the formation of the diffusion prevention film.
まず、図4(a)は、上層配線の幅、及び、コンタクト径を固定し、下層配線の幅を0.8μm、2μm、10μmとした、図3(a)〜図3(c)のコンタクトチェーンにおいて、一枚の半導体基板に関し、上記のコンタクトチェーン上に存在する、下層配線上の銅(Cu)突起の個数と銅(Cu)突起の大きさの関係を、測定結果から示したものである。また、測定は拡散防止膜を形成した後において行った。ここで、縦軸は、銅(Cu)突起の個数を対数表示で示したものであり、横軸は、銅(Cu)突起の大きさを示したものである。また、黒丸は、矩形パターンの幅が0.8μmに対するものであり、黒四角は矩形パターンの幅が2μmに対するものである。さらに、黒三角は矩形パターンの幅が10μmに対するものである。 First, FIG. 4A shows the contact chain of FIGS. 3A to 3C in which the width of the upper layer wiring and the contact diameter are fixed and the width of the lower layer wiring is set to 0.8 μm, 2 μm, and 10 μm. , The relationship between the number of copper (Cu) protrusions on the lower layer wiring and the size of the copper (Cu) protrusions on the above contact chain is shown from the measurement results for one semiconductor substrate. . Further, the measurement was performed after the diffusion prevention film was formed. Here, the vertical axis indicates the number of copper (Cu) protrusions in logarithmic display, and the horizontal axis indicates the size of the copper (Cu) protrusion. The black circle is for a rectangular pattern width of 0.8 μm, and the black square is for a rectangular pattern width of 2 μm. Furthermore, the black triangle is for a rectangular pattern width of 10 μm.
そして、突起の大きさが大きくなるとカウント数は、縦軸が対数であることを考慮すると、指数的に減少することから、大きな突起の発生確率が指数的に低くなることがわかる。例えば、配線幅10μmに注目してみると、突起の大きさが0.26μm程度の突起の発生は1個であることから、突起の大きさが0.26μmを超える突起の発生は1個以下となり、これ以上の突起はほぼ発生しない。 When the size of the protrusion increases, the count number decreases exponentially considering that the vertical axis is logarithmic, and it can be seen that the probability of occurrence of a large protrusion decreases exponentially. For example, looking at the wiring width of 10μm, there is only one protrusion with a protrusion size of about 0.26μm, so the number of protrusions with a protrusion size exceeding 0.26μm is less than one, No more protrusions are generated.
なお、配線幅は太くなる程、銅(Cu)突起の大きさは大きくなる傾向にある。従って、突起の大きさの上限値は、配線幅に依存する。 Note that the copper (Cu) protrusion tends to increase in size as the wiring width increases. Therefore, the upper limit value of the protrusion size depends on the wiring width.
図4(b)に、図4(a)から得られた、下層配線の幅に対する、突起の大きさの上限値との関係を示した。ここで、縦軸は銅(Cu)突起の大きさを示したものであり、横軸は下層配線幅を対数軸で示したものである。 FIG. 4B shows the relationship between the upper limit value of the protrusion size and the width of the lower layer wiring obtained from FIG. Here, the vertical axis shows the size of the copper (Cu) protrusion, and the horizontal axis shows the lower layer wiring width on the logarithmic axis.
すなわち、図4(b)のグラフは、銅(Cu)突起の大きさには上限があり、その上限値は、配線幅に依存することを示す。例えば、矩形パターンの幅が10μmの場合に、銅(Cu)突起の大きさは0.26μm程度が上限である。また、矩形パターンの幅が0.8μmの場合に、銅(Cu)突起の大きさは0.17μm程度が上限である。これにより、下層配線幅から発生する銅(Cu)突起の大きさの上限値を予測することが可能である。 That is, the graph of FIG. 4B shows that there is an upper limit on the size of the copper (Cu) protrusion, and the upper limit depends on the wiring width. For example, when the width of the rectangular pattern is 10 μm, the upper limit of the size of the copper (Cu) protrusion is about 0.26 μm. Further, when the width of the rectangular pattern is 0.8 μm, the upper limit of the size of the copper (Cu) protrusion is about 0.17 μm. Thereby, it is possible to predict the upper limit value of the size of the copper (Cu) protrusion generated from the lower wiring width.
図5は、上層配線を構成する矩形パターンの幅、及び、コンタクト径を固定し、下層配線を構成する矩形パターンの幅を0.8μm、2μm、10μmとした場合において、1平方cmあたりの下層配線上の銅(Cu)突起の発生個数、すなわち、銅(Cu)突起の発生密度と配線を構成する矩形パターンの幅との関係を示したものである。ここで、縦軸は銅(Cu)突起の発生密度を表し、横軸は、配線幅を表している。また、黒四角はサンプル1の場合を示し、白四角はサンプル2の場合を示す。そして、配線を構成する矩形パターンの幅が太くなる程、銅(Cu)突起の発生密度は増加することを示している。
FIG. 5 shows the lower layer wiring per square centimeter when the width of the rectangular pattern constituting the upper layer wiring and the contact diameter are fixed and the width of the rectangular pattern constituting the lower layer wiring is 0.8 μm, 2 μm and 10 μm. It shows the relationship between the number of copper (Cu) protrusions generated above, that is, the density of copper (Cu) protrusions generated and the width of the rectangular pattern constituting the wiring. Here, the vertical axis represents the generation density of copper (Cu) protrusions, and the horizontal axis represents the wiring width. Further, the black square indicates the case of
下層配線を構成する矩形パターンの幅が、0.8μmである場合、及び、10μmである場合において、コンタクトチェーンの不良率について説明する。ここで、縦軸は不良率を、横軸は、配線の種類を示す項目である。そして、矩形パターンの幅が10μmの場合には、不良率は70%を超えるものとなり、矩形パターンの幅が0.8μmの場合に比較し、大幅に上昇している。ここで、コンタクト径は0.2μmと固定である。 The defect rate of the contact chain will be described when the width of the rectangular pattern constituting the lower layer wiring is 0.8 μm and 10 μm. Here, the vertical axis represents the defect rate, and the horizontal axis represents the type of wiring. When the width of the rectangular pattern is 10 μm , the defect rate exceeds 70%, which is significantly higher than that when the width of the rectangular pattern is 0.8 μm . Here, the contact diameter is fixed at 0.2 μm.
図3(a)〜 図3(c)、 図4(a)、 図4(b)、 図5、及び、上記の説明から、下層配線の幅が太い程、銅(Cu)突起の発生密度が増加すること、及び、銅(Cu)突起の大きさが大きくなることと、コンタクトチェーンの不良率の増加に相関があることがわかる。 From FIG. 3 (a) to FIG. 3 (c), FIG. 4 (a), FIG. 4 (b), FIG. 5, and the above description , the generation density of copper (Cu) protrusions increases as the width of the lower layer wiring increases. It can be seen that there is a correlation between the increase in the size of the copper (Cu) protrusion and the increase in the defect rate of the contact chain.
次に、図7は、不良コンタクトチェーンにおいて、不良箇所を特定し、不良箇所の断面を、実際に観察した結果の概略図を示す。図7の概略図は、半導体基板20と、下層配線用の溝が形成される絶縁層21と、下層配線22と、第1の拡散防止膜24と、第1の絶縁層25と、上層配線26と、コンタクト28と、第2の拡散防止膜29aと、第2の絶縁層29bと、銅(Cu)突起27と、コンタクト28と下層配線22の接触部にあるボイド23とを示している。そして、ボイド23は銅(Cu)突起27とコンタクト28が重なった場所に発生し、ボイド23の大きさが、コンタクト28の開口部より大きいため、下層配線22と上層配線26は接続不良となったことを示す。また、銅(Cu)突起27は、群状に発生するのではなく、孤立して発生することを示す。
Next, FIG. 7 shows a schematic view of the result of actually observing the cross section of the defective portion by identifying the defective portion in the defective contact chain. The schematic diagram of FIG. 7 shows a
上記図7に示すように、銅(Cu)突起27とコンタクト28が重なった結果、ボイド23が発生し、コンタクトチェーンの不良となる。上記の段落[0084],[0085]の説明から、コンタクト径が固定なのであるから、銅(Cu)突起27の大きさの増加、及び、銅(Cu)突起27の数の増加が、コンタクトチェーンの不良率の増加につながることが判る。
As shown in FIG. 7, copper (Cu)
なお、図3(a)〜図3(c)、図4(a)、図4(b)、図5、図6、及び、図7を用いて説明した内容は、配線用の金属として銅(Cu)以外の金属、例えば、ジルコニウム(Zr)等を用いても、また、銅(Cu)とジルコニウム(Zr)との混合金属、或いは、合金であっても同様に発生するものと考えられる。 3A to FIG. 3C, FIG. 4A, FIG. 4B, FIG. 5, FIG. 6, and FIG. 7 are the same as the wiring metal. Even if a metal other than (Cu), such as zirconium (Zr), is used, or a mixed metal or alloy of copper (Cu) and zirconium (Zr) is considered to be generated in the same manner. .
また、上記では、バリアメタル層に材料として窒化タンタル(TaN)を用いたが、タンタル(Ta)でも、上記の内容は、同様に発生するものと考えられる。 In the above description, tantalum nitride (TaN) is used as the material for the barrier metal layer. However, it is considered that the above contents are generated in the same manner even in tantalum (Ta).
さらに、下層配線用の溝を形成する絶縁層、及び、層間絶縁膜は、SiO2層から構成されていたが、SiO2層、有機ポリマーからなる半導体絶縁樹脂SiLK(ザ・ダウ・ケミカル・カンパニー製)等の有機SOG(Spin on glass)層、窒化シリコン(SiN)層、酸化フッ化シリコン(SiOF)層、酸化炭化シリコン(SiOC)層、炭化シリコン(SiC)層、無機SOG(Spin on glass)層のうちの一つ又はそれらの組み合わせからなる絶縁層であっても上記の内容は同様に発生するものと考えられる。 Furthermore, although the insulating layer and the interlayer insulating film for forming the trench for the lower layer wiring were composed of the SiO2 layer, the semiconductor insulating resin SiLK made of the SiO2 layer and the organic polymer (manufactured by The Dow Chemical Company) Organic SOG (Spin on glass) layer, silicon nitride (SiN) layer, silicon oxyfluoride (SiOF) layer, silicon oxide carbide (SiOC) layer, silicon carbide (SiC) layer, inorganic SOG (Spin on glass) layer The above contents are considered to occur in the same manner even in an insulating layer made of one or a combination thereof.
なぜなら、銅(Cu)等の金属配線材料と、下層配線用の溝を形成する絶縁膜との間の拡散防止膜形成中の熱ストレスは材料により差は有りつつも、同様に発生すると考えられ、拡散防止膜形成工程の一つである還元処理等は同様に行われるため、下層配線の表面に銅(Cu)等の金属突起が発生すると推認されるからである。 This is because the thermal stress during the formation of the diffusion barrier film between the metal wiring material such as copper (Cu) and the insulating film that forms the groove for the lower layer wiring is considered to occur in the same way, although there is a difference depending on the material. This is because it is presumed that metal protrusions such as copper (Cu) are generated on the surface of the lower layer wiring because the reduction treatment, which is one of the diffusion prevention film forming steps, is performed in the same manner.
ここで、有機SOGとは、塗布型低誘電率層間絶縁膜材料であって、有機ポリマーを主成分とするものをいい、無機SOGとは、塗布型層間絶縁膜材料であって、無機シリケートを主成分とするものをいう。 Here, the organic SOG is a coating type low dielectric constant interlayer insulating film material, which is mainly composed of an organic polymer, and the inorganic SOG is a coating type interlayer insulating film material, and an inorganic silicate is used. The main component.
次に、図8に、本実施例に係わる多層配線の平面構成図を示す。実線で示したパターンは上層配線30を、点線で示したパターンは下層配線33を示す。また、斜線で示した領域は、下層配線33上の銅(Cu)突起32を、白四角に×印をつけたものは、接続部を構成する一つのコンタクト31を示す。すなわち、幅が広い、下層配線33に対し、比較的細い上層配線30が、突起より大きな接続部を構成する一つのコンタクト31により接続している場合を示す。
Next, FIG. 8 shows a plan configuration diagram of a multilayer wiring according to the present embodiment. A pattern indicated by a solid line indicates the
ここで、接続部とは、多層配線において、下層配線33と上層配線30とが平面的に重なる場所に存在し、下層配線33と上層配線30とを電気的に接続する多層配線の部分をいい、一つ以上のコンタクトから構成されているものをいう。
Here, the connection portion refers to a portion of the multilayer wiring that exists in a place where the
次に、図9に、図8における、A−B断面の概略図を示す。図9の概略図は、半導体基板35と、下層配線用の溝が形成される絶縁層36と、下層配線37と、第1の拡散防止膜39と、第1の絶縁層40と、上層配線41と、コンタクト43と、第2の拡散防止膜44aと、第2の絶縁層44bと、銅(Cu)突起42と、コンタクト43と下層配線37の接触部にあるボイド38とを示している。そして、ボイド38が銅(Cu)突起42と接続部を構成する一つのコンタクト43が重なった場所に発生している。しかし、ボイド38の大きさ、すなわち銅(Cu)突起42の大きさが、接続部を構成するコンタクト43の開口部より小さい。従って、接続部を構成するコンタクト43は、なおボイド38以外の残余部分(突起と重ならないコンタクト部)を有し、下層配線37と上層配線41の接続が、前記の残余部分により、維持される。なお、製造工程は図2に示した断面構造と同様のものである。
Next, FIG. 9 shows a schematic diagram of an A-B cross section in FIG. The schematic diagram of FIG. 9 shows a
従って、実施例1の多層配線を有する半導体装置によれば、発明者等の調査に基づき、接続部を構成する一つのコンタクト43の開口部の径が、銅(Cu)突起42の大きさより十分大きく設定されているため、上層配線41と下層配線37の電気的接続は前記の突起以外の残余部分で十分可能である。従って、銅(Cu)突起42の発生密度があがっても、上層配線41と下層配線37の電気的接続が前記の突起以外の残余部分で確保されているため、配線接続の不良率は下がり、半導体装置の歩留りは向上することが推定される。
Therefore, according to the semiconductor device having the multilayer wiring of Example 1, the diameter of the opening of one
(突起より大きな接続部を有し、下層配線をダマシン法で形成し、上層配線をデュアルダマシン法で形成し、配線用の溝を形成する絶縁膜に有機ポリマーからなる半導体絶縁樹脂、及び、その他の材料を使用した多層配線を有する半導体装置)
実施例2は、いわゆる、ダマシン法で下層配線を形成し、いわゆるデュアルダマシン法により、上層配線を形成する点、接続部は突起より大きなコンタクトで構成されている点で、図8に示す実施例1の平面的な構成と同様な構成を有する多層配線である。しかし、断面的な構成において、上層配線用の溝を形成する絶縁膜及び下層配線用の溝を形成する絶縁膜に、有機ポリマーからなる半導体絶縁樹脂SiLK(ザ・ダウ・ケミカル・カンパニー製)を使用する点で、実施例1と異なる多層配線の構造を示すものである。
(Semiconductor insulating resin made of an organic polymer in the insulating film that has a connection part larger than the protrusion, the lower layer wiring is formed by the damascene method, the upper layer wiring is formed by the dual damascene method, and the wiring groove is formed. (Semiconductor device having multi-layer wiring using the material of
In the second embodiment, the lower layer wiring is formed by the so-called damascene method, the upper layer wiring is formed by the so-called dual damascene method, and the connection portion is configured by a contact larger than the protrusion. 1 is a multilayer wiring having a configuration similar to the planar configuration of FIG. However, in the cross-sectional configuration, a semiconductor insulating resin SiLK (manufactured by The Dow Chemical Company) made of an organic polymer is used for the insulating film that forms the groove for the upper wiring and the insulating film that forms the groove for the lower wiring. The structure of the multilayer wiring different from the first embodiment in terms of use is shown.
実施例2について、図10(a)〜図10(f)を用いて説明する。ここで、図10(a)〜図10(f)は実施例1の図9に相当する断面構造について、製造工程順に図示したものである。 A second embodiment will be described with reference to FIGS. 10 (a) to 10 (f). Here, FIG. 10A to FIG. 10F show the sectional structure corresponding to FIG. 9 of the first embodiment in the order of the manufacturing process.
まず、図10(a)に示すように、半導体基板45(半導体基板に限らず、注目している下層配線のさらに下にある、下層配線及び下層配線を覆う絶縁層を含む)上に、有機ポリマーからなる半導体絶縁樹脂SiLK(ザ・ダウ・ケミカル・カンパニー製)を回転塗布方式の成膜装置にて、成膜後、加熱処理を行ない、出来上がりで、約0.15μmの厚さになるように、第1のSiLK層46を形成する。次に、プラズマCVD装置にて、約0.1μmの厚さになるように、第1のSiO2層47を形成する。
First, as shown in FIG. 10A, an organic layer is formed on a semiconductor substrate 45 (not limited to a semiconductor substrate, including a lower layer wiring and an insulating layer that covers the lower layer wiring, which are further below the target lower layer wiring). After film formation, heat treatment is performed on the polymer semiconductor insulating resin SiLK (manufactured by The Dow Chemical Company) with a spin coating system, so that the thickness is about 0.15 μm. Then, the
次に、図 10(b)に示すように、下層配線48用の溝作成するため、レジスト塗布後、パターニングで溝パターンを形成し、イオン反応性エッチングにより、第1のSiLK層46、及び、第1のSiO層47からなる下層絶縁層を基板までエッチングする。次に、銅(Cu)等の下層配線48用の金属材料を溝に埋め込み、下層配線48を形成する。ここで、配線用の金属の埋め込みは、スパッタ法により厚さ約30nmの第1のタンタル(Ta)バリアメタル層49をスパッタリングで成膜した後、シード層として銅(Cu)を成膜し、銅を電極として、電解メッキにより溝内を銅(Cu)で埋め込み、前記下層絶縁層上に形成された不要な第1のタンタル(Ta)バリアメタル層49及び銅(Cu)等の金属材料をCMPにより除去することにより形成する。
Next, as shown in FIG. 10B, in order to create a groove for the
ここで、配線用の金属として主に銅(Cu)を用いたが、ジルコニウム(Zr)等を用いることもでき、また、銅(Cu)とジルコニウム(Zr)との混合金属、或いは、合金であってもよい。 Here, copper (Cu) was mainly used as the wiring metal, but zirconium (Zr) or the like can also be used, and a mixed metal or alloy of copper (Cu) and zirconium (Zr) There may be.
さらに、上記では、バリアメタル層に材料としてタンタル(Ta)を用いたが、窒化タンタル(TaN)でもよく、また、下層配線用の溝を形成する絶縁層は、第1のSiLK層46と第1のSiO層47とから構成されていたが、上記の絶縁層を含めた、SiO2層、SiN層、SiOF層、SiOC層、SiC層、有機SOG層、無機SOG層のうちの一つ又はその組み合わせからなる絶縁層とすることも可能である。
Further, in the above description, tantalum (Ta) is used as the material for the barrier metal layer. However, tantalum nitride (TaN) may be used, and the insulating layer for forming the trench for the lower layer wiring is the
次に、図10(c)に示すように、下層配線48と上層配線54との層間絶縁膜を形成するため、まず、配線金属の表面酸化物を還元する目的で行う、アンモニア(NH3)ガスによるプラズマ処理を行ない、減圧CVD装置にて、300℃から450℃までの成膜温度にて、第1の拡散防止膜50として、SiN層を0.05μm成膜する。次に、プラズマCVD装置にて、第1の層間SiO2層51を0.4μm成膜する。従って、層間絶縁膜は、第1の拡散防止膜50と第1の層間SiO2層51とで構成されるため、層間絶縁層の厚さは0.45μmになる。
Next, as shown in FIG. 10C, in order to form an interlayer insulating film between the
次に、上層配線54用の溝を形成する絶縁層を形成するため、有機ポリマーからなる半導体絶縁樹脂SiLKを回転塗布方式の成膜装置にて、成膜後、加熱処理を行ない、出来上がりで、約0.15μmの厚さになるように、第2のSiLK層52を形成する。次に、プラズマCVD装置にて、約0.1μmの厚さになるように、第2のSiO層53aを形成する。次にエッチングマスク用のTiN層53bを成膜する。
Next, in order to form an insulating layer for forming a groove for the
次に、図10(d)に示すように、上層配線54と下層配線48とを接続するコンタクト55を形成するため、レジスト塗布後、上層配線54用の溝パターンをパターンニングで形成し、イオン反応性エッチングで、TiN層53bを第2のSiO層53aが露出するまでエッチングし、レジストを剥離し、除去する。
Next, as shown in FIG. 10 (d), in order to form a
次に、コンタクト55用の開口パターンをパターニングで形成し、第2のSiO層53a、第2のSiLK層52をエッチングする。その後、レジストを剥離する。
Next, an opening pattern for the
次に、TiN層53bをマスクに行う第2のSiO層53aのエッチングと、第2のSiLK層52をマククに行う第1の層間SiO2層51のエッチングとを同時に行う。
Next, the etching of the
次に、第2のSiLK層52エッチングして除去する。さらに、下層配線48と接続する為、第1の拡散防止膜50をエッチングで除去する。
Next, the
その結果、上記の層間絶縁膜及び上層配線54用の溝と、コンタクト55用の絶縁膜を貫通する貫通孔は同時に形成される。
As a result, the groove for the interlayer insulating film and
次に、図10(e)に示すように、上層配線54用の金属材料を溝及びコンタクト55用の貫通孔に埋め込み、上層配線54及びコンタクト55を形成する。ここで、配線用の金属の埋め込みは、スパッタ法により厚さ約30nmの第2のタンタル(Ta)バリアメタル層56をスパッタリングで成膜した後、シード層として銅(Cu)を成膜し、銅(Cu)を電極として、電解メッキにより溝内を銅(Cu)等の配線金属で埋め込み、上層配線54用の溝を形成する絶縁層上に形成された、TiN層53b、不要な第2のタンタル(Ta)バリアメタル層56及び銅(Cu)等の配線金属をCMPにより除去することにより形成する。
Next, as shown in FIG. 10E, the
ここで、配線用の金属、及び、バリアメタル層は下層配線と同様な選択ができ、層間絶縁膜及び上層配線用の溝を形成する絶縁層は、SiO2、SiN、SiOF、SiOC、SiC、有機SOG、無機SOGうちの一つ又はその組み合わせからなる絶縁層とすることが可能な点も同様である。 Here, the wiring metal and the barrier metal layer can be selected in the same manner as the lower layer wiring, and the insulating layer forming the interlayer insulating film and the upper layer wiring groove is SiO2, SiN, SiOF, SiOC, SiC, organic The same is true in that the insulating layer can be made of one or a combination of SOG and inorganic SOG.
次に、図10(f)に示すように、上層配線54とさらに上層の配線との層間絶縁膜を形成するため、第2の拡散防止膜57としてSiN膜及び第2の層間SiO2膜58を成膜する。以下、同様な順序にて所望の段数の多層配線を得るまで、繰り返す。
Next, as shown in FIG. 10 (f), in order to form an interlayer insulating film between the
実施例2に示す、多層配線を有する半導体装置においても、実施例1と同様に、コンタクトの開口部の大きさを、実施例1で示した調査の結果に基づき、下層配線に発生する銅(Cu)原子の移動により発生した突起の大きさ以上に設定する。従って、銅(Cu)突起の発生密度があがっても、上層配線と下層配線の電気的接続が前記の突起以外の部分で確保されているため、配線接続の不良率は下がり、半導体装置の歩留りは向上することが推定される。 Also in the semiconductor device having the multilayer wiring shown in the second embodiment, as in the first embodiment, the size of the contact opening is determined based on the result of the investigation shown in the first embodiment. Cu) Set to be larger than the size of the protrusion generated by the movement of atoms. Therefore, even if the density of copper (Cu) protrusions is increased, the electrical connection between the upper layer wiring and the lower layer wiring is ensured in a portion other than the above protrusions, so that the defective rate of wiring connection is reduced and the yield of semiconductor devices is reduced. Is estimated to improve.
(突起より大きな接続部を有し、下層配線をダマシン法で形成し、上層配線をダマシン法で形成した多層配線を有する半導体装置)
実施例3は、いわゆる、ダマシン法で下層配線を形成し、さらに、いわゆるダマシン法により、上層配線を形成する点で、実施例2とは異なる多層配線であり、詳細について、以下に、図11(a)〜図11(f)を用いて説明する。
(Semiconductor device having a multi-layer wiring having a connecting portion larger than a protrusion, a lower wiring formed by a damascene method, and an upper wiring formed by a damascene method)
The third embodiment is a multi-layer wiring different from the second embodiment in that the lower layer wiring is formed by the so-called damascene method and the upper layer wiring is formed by the so-called damascene method. This will be described with reference to (a) to FIG.
まず、図11(a)に示すように、下層配線60、下層配線用の溝を形成する絶縁層、下層配線上の第1の拡散防止膜62、及び、第1の層間SiO2膜61については、第1の拡散防止膜62と第1の層間SiO2膜61が上層配線68と下層配線60との層間絶縁膜を構成する点、形成方法、形成工程、及び、構造等は実施例2とまったく同様なものである。そして、下層配線60、バリアメタル層、下層配線60用の溝を形成する絶縁層及び層間絶縁膜等に関しては、実施例2と同様な選択ができることはいうまでもない。
First, as shown in FIG. 11A, the
次に、図11(b)に示すように、上層配線68と下層配線60とを接続するコンタクト65を形成するため、レジスト63塗布後、パターンニングで開口パターンを形成し、反応性イオンエッチングで、上層配線68と下層配線60との層間絶縁膜を貫通するコンタクト65用の貫通孔を形成する。
Next, as shown in FIG. 11 (b), in order to form a
次に、図11(c)に示すように、コンタクト65用の金属材料をコンタクト65用の貫通孔に埋め込み、コンタクト65を形成する。ここで、コンタクト65用の金属材料の埋め込みは、スパッタ法により厚さ約30nmの第1のタンタル(Ta)バリアメタル層64をスパッタリングで成膜した後、シード層として銅(Cu)層を成膜し、銅(Cu)を電極として、電解メッキによりコンタクト65用の貫通孔内に銅(Cu)等の金属材料で埋め込み、上層配線68と下層配線60との層間絶縁層上に形成された不要な第1のタンタル(Ta)バリアメタル層及び銅(Cu)等の配線金属をCMPにより除去することにより形成する。なお、バリアメタル層の材料について、実施例2と同様な選択ができることはいうまでもない。そして、コンタクト65用の金属材料が拡散するのを防止するため、第2の拡散防止膜66として、SiN層を0.1μm成膜する。
Next, as shown in FIG. 11C, a metal material for the
次に、図11(d)に示すように、上層配線68用の溝を形成する絶縁層は実施例2と同様な工程により形成され、構造も同様である。なお、上層配線68用の溝を形成する絶縁層に関して、実施例2と同様な選択ができることはいうまでもない。
Next, as shown in FIG. 11D, the insulating layer for forming the groove for the
次に、上層配線68用の溝を形成するため、レジスト塗布後、パターニングで溝パターンを形成し、イオン反応性エッチングにより、SiLK層及びSiO層からなる絶縁層を第2の拡散防止膜66の表面まで、エッチングする。その後、上層配線68用の溝中の第2の拡散防止膜66を、イオン反応性エッチングにより除去する。
Next, in order to form a groove for the
次に、図11(e)に示すように、上層配線68用の金属材料を溝に埋め込み、上層配線68を形成する。ここで、配線用の金属の埋め込みは、スパッタ法により厚さ約30nmの第2のTaバリアメタル層67をスパッタリングで成膜した後、シード層として銅(Cu)を成膜し、銅(Cu)を電極として、電解メッキにより溝内を銅(Cu)等の配線金属で埋め込み、上層配線68用の溝を形成する絶縁層上に形成された不要な第2のバリアメタル層67及び銅(Cu)等の配線金属をCMPにより除去することにより形成する。
Next, as shown in FIG. 11E, a metal material for the
ここで、第2のバリアメタル層67について、下層配線と同様な選択ができるのはいうまでもない。
Here, it goes without saying that the second
次に、図11(f)に示すように、上層配線68とさらに上層の配線との層間絶縁膜を形成するため、拡散防止膜としてのSiN膜及びSiO膜を成膜する。以下、同様な順序にて所望の段数の多層配線を得るまで、繰り返す。なお、図11(f)に示す層間絶縁膜の材料についても実施例2と同様な選択ができることはいうまでもない。
Next, as shown in FIG. 11F, in order to form an interlayer insulating film between the
なお、実施例3の多層配線の平面的な構成図は、実施例1の多層配線の平面的な構成図と同一である。 The planar configuration diagram of the multilayer wiring according to the third embodiment is the same as the planar configuration diagram of the multilayer wiring according to the first embodiment.
実施例3に示す、多層配線を有する半導体装置においても、実施例1と同様に、コンタクトの開口部の大きさは、実施例1で示した調査の結果に基づき、下層配線に発生する銅(Cu)原子の移動により発生した突起の大きさ以上に設定され、銅(Cu)突起の発生密度があがっても、配線接続不良率は下がり、半導体装置の歩留りは向上することが推定される。 Also in the semiconductor device having the multilayer wiring shown in the third embodiment, as in the first embodiment, the size of the contact opening is determined based on the result of the investigation shown in the first embodiment. It is estimated that even if the copper (Cu) projection generation density is set to be larger than the size of the projection generated by the movement of Cu) atoms, the wiring connection failure rate is lowered and the yield of the semiconductor device is improved.
(突起より大きな接続部が、複数のコンタクトより形成されている多層配線を有する半導体装置)
実施例4は、いわゆる、ダマシン法、或いは、デュアルダマシン法で下層配線を形成し、さらに、いわゆるダマシン法、或いは、デュアルダマシン法により、上層配線を形成する点で、実施例1又は実施例2又は実施例3と同様である。しかし、下層配線と上層配線を接続する接続部が複数のコンタクトより形成されている点で異なる。
(A semiconductor device having a multilayer wiring in which a connection portion larger than a protrusion is formed by a plurality of contacts)
In the fourth embodiment, the lower layer wiring is formed by the so-called damascene method or the dual damascene method, and the upper layer wiring is further formed by the so-called damascene method or dual damascene method. Or it is the same as that of Example 3. However, it is different in that a connecting portion for connecting the lower layer wiring and the upper layer wiring is formed by a plurality of contacts.
実施例4を図12(a)、図12(b)により説明する。ここで、図12(a)は、比較的細い下層配線に対し上層配線が接続する場合を示し、図12(b)は、比較的太い下層配線に対して上層配線が接続する場合を示す。なお、実線で示したパターンは上層配線70を、点線で示したパターンは下層配線71を示す。また、斜線で示した領域は、下層配線上の銅(Cu)突起73を、白四角に×印をつけたパターンは、コンタクト72を示す。さらに、複数のコンタクト72により構成された白丸のパターンは、上層配線70と下層配線71とを接続する接続部74を示す。
A fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 12 (a) and 12 (b). Here, FIG. 12A shows a case where the upper layer wiring is connected to a relatively thin lower layer wiring, and FIG. 12B shows a case where the upper layer wiring is connected to a relatively thick lower layer wiring. The pattern indicated by the solid line indicates the
まず、図12(a)は、本実施例に係わる多層配線の平面構成図を示す。そして、比較的細い下層配線71に、上層配線70が接続する場合について図示する。また、下層配線71は比較的細い配線であるため、実施例1で示した調査から、下層配線71が太い場合に比較し、銅(Cu)突起73の大きさは、小さい。従って、接続部74の大きさも比較的小さく、接続部74を構成するコンタクト72の数は4個である。そして、4個のコンタクト72は四角形の頂点に配置され、銅(Cu)突起73と接続部74が重なっても、4個のコンタクトのうち少なくとも一つは銅(Cu)突起73から離間する位置となっている。
First, FIG. 12A shows a plan configuration diagram of a multilayer wiring according to the present embodiment. Then, the case where the
上記の実施例の接続部74が、複数のコンタクト72により構成されているのは、上層配線70或いは下層配線71の配線幅は小さく、また、配線間隔が狭いため、すなわち、設計ルールが縮小しているため、小さな開口部を有するコンタクト72が必要になった場合を想定しているからである。そして、「発明を実施するための最良の形態」の説明にあるように、フォトレジストによるパターニングを行う上で、大きな開口部を有するコンタクトと、小さな開口部を有するコンタクトとが混在するのは、設計ルールが微細化すると、不都合があるからである。
The
上記の接続部の構成によれば、実施例1で説明した調査から、配線幅に応じて、銅(Cu)突起73の大きさの上限は大きくなるが、コンタクト72の開口部の大きさは一定であっても、複数のコンタクト72により構成されている接続部74の大きさは、前記銅(Cu)突起73の大きさの上限より大きな領域とすることができ、上層配線70と下層配線71の電気的接続が前記の突起以外の残余部分で十分確保が可能である。
According to the configuration of the above-described connecting portion, the upper limit of the size of the copper (Cu)
次に、図12(b)は、下層配線71が比較的太い場合を図示し、下層配線71が太い場合に、接続部74の大きさ及び接続部74を構成するコンタクト72の数が5個と多くなる点を示す。実施例1において、説明したように、銅(Cu)突起の大きさが配線に応じて大きくなるため、接続部の大きさも大きくする必要があるからである。そして、5個のコンタクト72の内、4個は四角形の頂点に配置され、1個のコンタクトは四角形の中央に配置されている。従って、銅(Cu)突起73と接続部74が重なっても、5個のコンタクトのうち少なくとも一つは銅(Cu)突起73から離間する位置となっている。
Next, FIG. 12B illustrates a case where the
ところで、図12(a)及び図12(b)における平面図では、コンタクト72の配置は四角形の頂点にコンタクト72を配置するものであったが、コンタクト72の数と銅(Cu)突起73の大きさに応じていろいろな配置をとることができる。例えば、コンタクト数が5個の場合は、正五角形の頂点に配置することでも、銅(Cu)突起73と接続部74が重なった場合に、少なくとも一つのコンタクト72が銅(Cu)突起73から離間する位置となっているという要件を満たすことができる。
By the way, in the plan views in FIGS. 12A and 12B, the
実施例4に示す、前記の接続部により配線接続される多層配線を有する半導体装置においては、実施例1と同様に、複数のコンタクト72より構成される接続部74の領域を、実施例1で示した調査の結果に基づき、下層配線71に発生する銅(Cu)原子の移動により発生した突起73の大きさ以上に設定しているため、銅(Cu)突起の発生密度があがっても、配線接続の不良率は下がり、半導体装置の歩留りは向上することが推定される。
In the semiconductor device having the multi-layer wiring connected by the connection portion shown in the fourth embodiment, the region of the
ところで、図12(a)及び図12(b)においては、銅(Cu)突起73にかからない残余部分のコンタクト72の数が、3個であることを示しているが、3個にこだわる必要はない。
12 (a) and 12 (b) show that the number of
なぜなら、電気的な接続関係のみを求めるのであれば、1個でもよいからである。ただし、例えば、エレクトロマイグレーション等に起因する配線接続部の断線などによる、「所定時間使用した後の」接続不良までをも考慮するのであれば、不良原因(例えば、上層配線70から下層配線71への接続部を通じて流れる電流と、コンタクト1個あたりの、配線が断線するまでの時間を考慮した許容電流)を勘案して、残余するコンタクト72の数を決定する必要がある。
This is because only one electrical connection may be required if only the electrical connection relationship is desired. However, if the connection failure after “use for a predetermined time” due to, for example, disconnection of the wiring connection part due to electromigration or the like is also considered, the cause of the failure (for example, from the
従って、一般的には、所定時間使用した後の接続の確保を考慮して、銅(Cu)突起73と接続部74が重なった場合の、銅(Cu)突起73からの残余部分のコンタクト72の数、隣接コンタクト72間の距離、及び、コンタクト72の配置を決定する。
Therefore, in general, in consideration of securing the connection after using for a predetermined time, the remaining
ここで、エレクトロマイグレーションとは、金属配線を構成する金属原子が、電流が流れることによる電子との衝突により移動することをいう。また、エレクトロマイグレーション等としたのは、ストレスマイグレーションやその他の原因までをも含む意味である。 Here, electromigration means that metal atoms constituting the metal wiring move due to collision with electrons caused by current flow. Further, the term “electromigration” means that stress migration and other causes are included.
(突起より大きな接続部が、複数のコンタクトより形成されており、コンタクトの配置が直線状である多層配線を有する半導体装置)
実施例5は、いわゆる、ダマシン法、或いは、デュアルダマシン法で下層配線を形成し、さらに、いわゆるダマシン法、或いは、デュアルダマシン法により、上層配線を形成する点で、実施例4と同様である。従って、断面構造は、実施例4と同様なものとなる。また、接続部を構成するコンタクトの数も複数である点は同様であるが、コンタクトの配置が直線状である点で相違する。
(A semiconductor device having a multilayer wiring in which a connection portion larger than the protrusion is formed of a plurality of contacts and the contact arrangement is linear)
The fifth embodiment is the same as the fourth embodiment in that the lower layer wiring is formed by the so-called damascene method or the dual damascene method, and the upper layer wiring is formed by the so-called damascene method or the dual damascene method. . Therefore, the cross-sectional structure is the same as that of the fourth embodiment. Moreover, the point that the number of contacts constituting the connecting portion is also plural is the same, but the difference is that the arrangement of the contacts is linear.
実施例5を図13(a)〜図13(b)により説明する。ここで、図13(a)は、比較的細い下層配線に対し上層配線が接続する場合を示し、図13(b)は、比較的太い下層配線に対して上層配線が接続する場合を示す。なお、実線で示したパターンは上層配線70を、点線で示したパターンは下層配線71を示す。斜線で示した領域は、下層配線上の銅(Cu)突起73を、白四角に×印をつけたパターンは、コンタクト72を示す。さらに、複数のコンタクト72により構成された白長方形のパターンは、上層配線70と下層配線71とを接続する接続部74を示す。
A fifth embodiment will be described with reference to FIGS. 13 (a) to 13 (b). Here, FIG. 13A shows a case where the upper layer wiring is connected to a relatively thin lower layer wiring, and FIG. 13B shows a case where the upper layer wiring is connected to a relatively thick lower layer wiring. The pattern indicated by the solid line indicates the
まず、図13(a)は、本実施例に係わる多層配線の平面構成図を示す。ここで、下層配線71は比較的細い配線であるため、実施例1で示した調査から、下層配線71が太い場合に比較し、銅(Cu)突起の大きさは、小さい。従って、接続部74の大きさも比較的小さく、接続部74を構成するコンタクトの数は4個である。
First, FIG. 13A shows a plan view of a multilayer wiring according to this embodiment. Here, since the
また、コンタクト72の開口は下層配線上の銅(Cu)突起73の大きさより小さい。しかし、接続部分は、直線的に連続に配置された、N個(Nは2以上の整数)のコンタクト72から構成されており、1番目のコンタクト72の中央点からN番目のコンタクト72の中央点までの距離(以下、Nコンタクト間の距離)は、下層配線上の銅(Cu)突起の大きさより大きい。そして、接続部が、銅(Cu)突起と重なる位置に配置されたとしても、少なくとも一つのコンタクトは前記銅(Cu)突起からはずれるようにNコンタクト間の距離を、実施例1の調査結果から設定している。
The opening of the
なお、上記のN個のコンタクトを結ぶ直線の方向と上層配線又は下層配線が接続部に達するまでの方向は一致する必要はない。例えば、下層配線が幅広である場合に、細い上層配線が下層配線と重なった直後から直角に曲がって接続部を確保、すなわち、上層配線と下層配線の重なり部分は、上層配線の進入方向に対して垂直方向へ伸びていてもよい。 The direction of the straight line connecting the N contacts does not have to coincide with the direction until the upper layer wiring or the lower layer wiring reaches the connection portion. For example, when the lower layer wiring is wide, the thin upper layer wiring is bent at a right angle immediately after it overlaps the lower layer wiring, so that the connection portion is secured, that is, the overlapping portion of the upper layer wiring and the lower layer wiring is relative to the entry direction of the upper layer wiring And may extend in the vertical direction.
次に、図13(b)は、本実施例に係わる多層配線の平面構成図を示す。ここで、下層配線71が幅広であるため、接続部74は直線的に連続に配置された7個のコンタクト72からなり、下層配線71に沿って配置され、少なくとも一つのコンタクトが前記銅(Cu)突起からはずれるように、Nコンタクト間の距離を設定することを示す。
Next, FIG. 13B shows a plan view of the multilayer wiring according to the present embodiment. Here, since the
7個のコンタクト72を必要とするのは、実施例1で説明したように、下層配線が広い場合は、銅(Cu)突起の大きさが大きくなるため、Nコンタクト間の距離を大きくとる必要があるからである。
The reason why the seven
ここで、図13(b)中に示す多層配線は、下層配線71が太い点、7個のコンタクト72により接続部73が構成されている点を除き、図13(a)の多層配線の構成と同じである。
Here, the multilayer wiring shown in FIG. 13B has the configuration of the multilayer wiring of FIG. 13A except that the
実施例5に示す、前記の接続部74で配線接続をする多層配線を有する半導体装置においては、接続部74をN個の複数のコンタクト72を直線状に並べて構成することにより、実施例1で示した調査の結果から得られた下層配線に発生する銅(Cu)原子の移動により発生した突起73の大きさ以上に、接続部74の大きさを設定され、銅(Cu)突起の発生密度があがっても、配線接続の不良率は下がり、半導体装置の歩留りは向上することが推定される。また、接続部74を構成するコンタクトを直線状に並べることにより、接続部74の形状は細長いものとなるため、少ないコンタクト72の数で、ほぼ粒状の銅(Cu)突起73と接続部74が重なった場合に、接続部74側の残余部分を確保することができる。
In the semiconductor device having the multilayer wiring that is connected to the
さらに、図14(a)、図14(b)は実施例5の第1の変形例を示す。ここで、図14(a)は、比較的細い下層配線に対し上層配線が接続する場合を示す。また、図14(b)は、比較的太い下層配線に対して上層配線が接続する場合を示す。 14A and 14B show a first modification of the fifth embodiment. Here, FIG. 14A shows a case where the upper layer wiring is connected to the relatively thin lower layer wiring. FIG. 14B shows a case where the upper layer wiring is connected to the relatively thick lower layer wiring.
ここで、実線で示したパターンは上層配線70を、点線で示したパターンは下層配線71を示す。また、斜線で示した領域は、下層配線71上の銅(Cu)突起73を、白四角に×印をつけたパターンは、コンタクト72を示す。さらに、2個のコンタクト72により構成された白長方形のパターンは、上層配線70と下層配線71とを接続する接続部74を示す。
Here, the pattern indicated by the solid line indicates the
図14(a)は本実施例に係わる多層配線の平面構成図を示す。そして、下層配線71、上層配線70、接続部74から構成される多層配線において、接続部74は2個のコンタクト72から構成されており、2個のコンタクト間の距離は、実施例1の調査結果に基づき、どちらか一方のコンタクト72が銅(Cu)突起73と重なった場合に、他方のコンタクト72は銅(Cu)突起73と重ならないように、設定されている。
FIG. 14A is a plan view of a multilayer wiring according to this embodiment. In the multilayer wiring composed of the
ここで、下層配線71の幅は比較的細いため、実施例1で説明した調査の結果から銅(Cu)突起73の大きさは比較的小さいため、2個のコンタクト間の距離は比較的近い。
Here, since the width of the
次に、図14(b)には、多層配線を構成する下層配線71が比較的太い場合を示す。そして、下層配線71が幅広な場合は、接続部74を構成する2個のコンタクト72間の距離を広く設定することを示す。
Next, FIG. 14B shows a case where the
なぜなら、実施例1で説明したように、下層配線が広い場合は、銅(Cu)突起の大きさが大きくなるからである。 This is because, as described in the first embodiment, when the lower layer wiring is wide, the size of the copper (Cu) protrusion is increased.
実施例5の第1の変形例に示す、前記の接続部74を有する多層配線においては、接続部74を2個のコンタクト72を直線状に並べ、コンタクト72間の距離を設定することにより、実施例1で示した調査の結果から得られた下層配線に発生する銅(Cu)原子の移動により発生した突起73の大きさ以上に、接続部74の大きさが設定され、銅(Cu)突起の発生密度があがっても、不良率は下がることが推定される。また、接続部74を構成するコンタクトを直線状に並べることにより、接続部74の形状は細長いものとなるため、コンタクト72数が2個であっても、ほぼ粒状の銅(Cu)突起74と接続部74が重なった場合に、接続部74側の残余部分を確保することができる。
In the multilayer wiring having the connecting
加えて、図15(a)、図15(b)、及び、図15(c)は、実施例5の第2の変形例を示す。そして、実施例5の第1の変形例と比較し、上層配線のパターン形状を、接続部を構成するコンタクト間の距離をとるため、種々の形態とした場合を示しており、図15(a)は、上層配線が、下層配線上に進入した後、斜め方向に折れ曲がって、コンタクト間の距離を確保する場合を示し、図15(b)は、上層配線が、下層配線上に進入した後、直角に曲がって、コンタクト間の距離を確保する場合を示し、図15(c)は、上層配線と下層配線双方が細く、上層配線が、下層配線にそって折れ曲がってコンタクト間の距離を確保する場合を示す。 In addition, FIG. 15A, FIG. 15B, and FIG. 15C show a second modification of the fifth embodiment. Compared with the first modification of the fifth embodiment, the pattern shape of the upper layer wiring is shown in various forms in order to take the distance between the contacts constituting the connection portion. ) Shows the case where the upper layer wiring is bent obliquely after entering the lower layer wiring to secure the distance between the contacts, and FIG. 15B shows the case after the upper layer wiring enters the lower layer wiring. Fig. 15 (c) shows a case where the distance between the contacts is ensured by bending at a right angle, and both the upper layer wiring and the lower layer wiring are thin, and the upper layer wiring is bent along the lower layer wiring to ensure the distance between the contacts. Indicates when to do.
図15(a)から図15(c)までに示す、いずれの場合でも、2個のコンタクト間の距離を実施例1の調査結果に基づき、どちらか一方のコンタクトが銅(Cu)突起と重なった場合に、他方のコンタクトは突起と重ならないように、設定されている。 15A to 15C, in either case, the distance between the two contacts is based on the investigation result of Example 1, and either one of the contacts overlaps the copper (Cu) protrusion. In this case, the other contact is set so as not to overlap the protrusion.
従って、図15(a)から図15(c)までに示す、実施例5の第2の変形例である、多層配線においては、銅(Cu)突起の発生密度があがっても、不良率は下がることが推定される。また、コンタクト72の数が2個であっても、ほぼ粒状の銅(Cu)突起73と接続部74が重なった場合に、容易に接続部74の残余部分を確保できる。さらに、下層配線71及び上層配線70の接続部74の形態を自由に設定できる。
Therefore, in the multilayer wiring, which is the second modification of Example 5 shown in FIG. 15A to FIG. 15C, the defect rate is high even if the generation density of copper (Cu) protrusions is increased. It is estimated that it will go down. Even if the number of the
(実施例1から実施例5までで示した多層配線のうち少なくとも一つを、半導体装置の電源線に利用した半導体装置)
実施例6に示す多層配線構造は、いわゆる、ダマシン法、或いは、デュアルダマシン法で上層配線、及び、下層配線を形成する点で、実施例1から実施例5までに示した多層配線のうち一つと同様である。従って、断面構造も、実施例1から実施例5までに示した多層配線のうち一つと同様なものである。
(A semiconductor device in which at least one of the multilayer wirings shown in the first to fifth embodiments is used as a power supply line of the semiconductor device)
The multilayer wiring structure shown in the sixth embodiment is one of the multilayer wirings shown in the first to fifth embodiments in that upper layer wiring and lower layer wiring are formed by a so-called damascene method or dual damascene method. It is the same as one. Therefore, the cross-sectional structure is the same as one of the multilayer wirings shown in the first to fifth embodiments.
そして、本実施例6は、実施例1から実施例5までに示した多層配線のうち一つを半導体装置の電源配線を構成するために、利用した実施例である。 The sixth embodiment is an embodiment in which one of the multilayer wirings shown in the first to fifth embodiments is used to configure the power supply wiring of the semiconductor device.
図16を用いて実施例6を説明する。 Example 6 will be described with reference to FIG.
まず、図16は、半導体チップ80における電源配線の基幹部分の構成を示す、平面的な概略図である。半導体チップ80の周辺部分に、パッド81が多数配置され、そのうちのいくつかは電源パッド84である。そして、電源パッド84には、グランド線用の電源配線82又は回路駆動電圧用の電源配線83が接続されている。電源配線の基幹部分は、大電流を流す必要があるため、他の配線と比較し、幅広な配線である必要がある。また、電源配線の基幹部分は上層配線を形成し、半導体基板に形成されたトランジスタからなる半導体回路には、下層配線を使用して、電源を共有する。
First, FIG. 16 is a schematic plan view showing the configuration of the main part of the power supply wiring in the
図17は、個別の半導体回路と、幅広な配線であって、上層配線である、基幹電源配線85と、当該基幹電源配線85から個別の半導体回路へ電源を供給するため、下層配線からなる、比較的細い幅を有する電源供給線88と、接続部90と、下層配線上の銅(Cu)突起92を示す。
FIG. 17 is an individual semiconductor circuit and a wide wiring, which is an upper layer wiring, a
そして、個別の半導体回路の例として、3個のインバーターからなる、信号伝達回路を示してあり、各インバーターはPチャネルMOSトランジスタと、NチャネルMOSトランジスタとから構成されている。さらに、各MOSトランジスタは、トランジスタフィールド87とトランジタゲート86と、下層配線からなる信号出力線89と、トランジスタフィールド87と下層配線を接続するフィールドコンタクト93と、トランジスタゲート86と下層配線を接続するゲートコンタクト94とから構成されている。ここで、インバーターとは、入力信号を反転増幅して出力信号とする回路をいう。
As an example of an individual semiconductor circuit, a signal transmission circuit composed of three inverters is shown. Each inverter is composed of a P-channel MOS transistor and an N-channel MOS transistor. Further, each MOS transistor connects the
また、接続部90は、各トランジスタの電源供給線88と、基幹電源配線85の交差部にあり、複数のコンタクト91から形成されている。そして、接続部90を構成するコンタクト91の一部が銅(Cu)突起に重なった場合でも、他のコンタクト91の少なくとも一つは突起に重ならないような配置となるように、実施例1の調査結果から、設定されている。
The
すなわち、実施例1から実施例5のうちの一つの多層配線構造を、電源配線を構成する、上層配線と下層配線とを接続するため、適用している。 That is, one multilayer wiring structure of the first to fifth embodiments is applied to connect the upper layer wiring and the lower layer wiring constituting the power supply wiring.
実施例6の半導体装置によれば、実施例1から実施例5までの実施例のうちの一つの多層配線構造を、電源配線の構成に適用しているため、電源配線を構成する下層配線に銅(Cu)突起が発生しても、上層配線と下層配線の接続が不良となる確率が非常に低くなる効果がある。従って、歩留りよく、半導体装置を製造可能である。 According to the semiconductor device of the sixth embodiment, one of the multilayer wiring structures of the first to fifth embodiments is applied to the configuration of the power supply wiring. Even if the copper (Cu) protrusion is generated, there is an effect that the probability that the connection between the upper layer wiring and the lower layer wiring becomes defective becomes very low. Therefore, a semiconductor device can be manufactured with high yield.
(実施例1から実施例5までの多層配線の実施例のうち少なくとも一つを、半導体装置のクロック信号配線に利用した半導体装置)
実施例7に示す多層配線構造は、いわゆる、ダマシン法、或いは、デュアルダマシン法で上層配線及び下層配線を形成する点で、実施例1から実施例5までの実施例の一つと同様である。従って、断面構造も、実施例1から実施例5までの実施例の一つと同様なものとなる。
(Semiconductor device in which at least one of the multilayer wiring embodiments of the first to fifth embodiments is used for the clock signal wiring of the semiconductor device)
The multilayer wiring structure shown in the seventh embodiment is similar to one of the first to fifth embodiments in that the upper layer wiring and the lower layer wiring are formed by the so-called damascene method or dual damascene method. Accordingly, the cross-sectional structure is the same as that of one of the first to fifth embodiments.
そして、本実施例7では、実施例1から実施例5までに示した、多層配線のうち一つを、半導体装置のクロック信号配線を構成するために、利用した実施例である。 The seventh embodiment is an embodiment in which one of the multilayer wirings shown in the first to fifth embodiments is used to configure the clock signal wiring of the semiconductor device.
図18を用いて実施例6を説明する。 Example 6 will be described with reference to FIG.
まず、図18は、半導体チップ98と、クロック信号配線96と、クロック信号発生回路97と、パッド95とを示す、平面的な概略図である。
First, FIG. 18 is a schematic plan view showing a
そして、半導体チップ98上のトランジスタ等により構成されるクロック発生回路97が発生したクロック信号は、半導体チップ98内の回路間のデータ入出力のタイミングを調整するため、及び、半導体チップ98外部とのデータ入出力のタイミングを調整するために、半導体チップ上のほとんどの回路で使用されている。
The clock signal generated by the
また、クロック信号配線96は、上層配線と、下層配線とから、状況に応じて構成され、上層配線と下層配線の接続には、実施例1から実施例5までの多層配線の内の一つが使用されている。
The
なぜなら、クロック信号配線96は、配線レイアウトの関係上、1層の配線で構成することは非常に困難だからである。
This is because it is very difficult to configure the
実施例7の半導体装置によれば、実施例1から実施例5までの実施例のうちの一つの多層配線を、クロック信号配線96の構成に適用しているため、クロック信号配線96を構成する下層配線に銅(Cu)突起が発生しても、上層配線と下層配線の接続が不良となる確率が非常に低くなる効果がある。
According to the semiconductor device of the seventh embodiment, the
従って、歩留りよく、半導体装置を製造可能である。 Therefore, a semiconductor device can be manufactured with high yield.
以下、本明細書に記載した発明の特徴を付記する。
(付記1)
第1の絶縁層と、
下層配線と、
前記下層配線上の拡散防止膜と、
前記拡散防止膜上の第2の絶縁層と、
上層配線とを備え、
前記下層配線は前記第1の絶縁層中の溝に埋め込まれた導体から構成されており、
前記下層配線は前記拡散防止膜の形成に起因して形成される突起を有し、
前記下層配線と前記上層配線は前記突起より大きい接続部により接続されることを特徴とする半導体装置。
(付記2)
付記1に記載された半導体装置において、
前記接続部は、隣接する複数のコンタクトから構成されており、
前記コンタクトは、前記第2の絶縁層中と前記拡散防止膜中の前記下層配線に達し、前記接続部より小さく、均一な開口形状を有する貫通孔と、
前記貫通孔に埋め込まれた導体とから構成されていることを特徴とする半導体装置。
(付記3)
付記1に記載された半導体装置において、
前記接続部が前記突起上に配置されたときは、
前記突起からの、前記接続部の残余部分により、前記下層配線と前記上層配線との所定時間使用した後の接続が確保されることを特徴とする半導体装置。
(付記4)
第1の絶縁層と、
下層配線と、
前記下層配線上の拡散防止膜と、
前記拡散防止膜上の第2の絶縁層と、
上層配線とを備え、
前記下層配線に前記第1の絶縁層中の溝に埋め込まれた導体から構成されており、
前記下層配線は前記拡散防止膜の形成に起因して形成される突起を有し、
前記下層配線と前記上層配線は接続部により接続され、
前記接続部が前記突起上に配置されたときは、
前記接続部は前記突起からの残余部分を有し、
前記接続部の前記残余部分により前記下層配線と前記上層配線との接続が確保される
ことを特徴とする半導体装置。
(付記5)
第1の絶縁層と、
下層配線と
前記下層配線上の拡散防止膜と、
前記拡散防止膜上の第2の絶縁層と、
上層配線とを備え、
前記下層配線は前記第1の絶縁層中の溝に埋め込まれた導体から構成されており、
前記下層配線は前記拡散防止膜を形成する工程中に形成された突起を有し、
前記下層配線と前記上層配線とは、隣接した複数のコンタクトからなり、前記突起より大きい接続部により接続され、
前記コンタクトは前記第2の絶縁層中と前記拡散防止膜中の前記下層配線に達する貫通孔と、前記貫通孔に埋め込まれた導体とから構成されており、
前記接続部は、複数の前記コンタクト内の一つの前記コンタクトが前記突起上に形成されたときは、他の前記コンタクトの少なくとも一つは前記突起から離間する位置となる前記コンタクトの配置を有することを特徴とする半導体装置。
(付記6)
付記5の半導体装置において、
前記接続部を構成する、隣接した複数の前記コンタクトの配置は直線状の配置であることを特徴とする半導体装置。
(付記7)
付記5の半導体装置において、
前記突起から離間する位置となった前記コンタクトにより、前記下層配線と前記上層配線との所定時間使用した後の接続が確保されることを特徴とする半導体装置。
(付記8)
第1の絶縁層と、
下層配線と
前記下層配線上の拡散防止膜と、
前記拡散防止膜上の第2の絶縁層と、
上層配線とを備え、
前記下層配線は前記第1の絶縁層中の溝に埋め込まれた導体から構成されており、
前記下層配線は前記拡散防止膜を形成する工程中に形成された突起を有し、
前記下層配線と前記上層配線とは、隣接した複数のコンタクトからなり、前記突起より大きい接続部により接続され、
前記コンタクトは前記第2の絶縁層中と前記拡散防止膜中の前記下層配線に達する貫通孔と、前記貫通孔に埋め込まれた導体とから構成されており、
前記接続部を構成する、複数の前記コンタクト内の一つの前記コンタクトが前記突起上に形成されたときは、他の前記コンタクトの少なくとも一つは前記突起から離間する位置となるように、前記コンタクト間の距離を設定したことを特徴とする半導体装置。
(付記9)
第1の絶縁層と、
下層配線と
前記下層配線上の拡散防止膜と、
前記拡散防止膜上の第2の絶縁層と、
上層配線とを備え、
前記下層配線は前記第1の絶縁層中の溝に埋め込まれた導体から構成されており、
前記下層配線は前記拡散防止膜を形成する工程中に形成された突起を有し、
前記下層配線と前記上層配線とは、隣接した複数のコンタクトからなり、前記突起より大きい接続部により接続され、
前記コンタクトは前記第2の絶縁層中と前記拡散防止膜中の前記下層配線に達する貫通孔と、前記貫通孔に埋め込まれた導体とから構成されており、
前記接続部を構成する、複数の前記コンタクト内の一つの前記コンタクトが前記突起上に形成されたときは、他の前記コンタクトの少なくとも一つは前記突起から離間する位置に形成されるように、
前記接続部を構成する、隣接した前記コンタクト間の距離を、下層配線の太さに応じて設定したことを特徴とする半導体装置。
(付記10)
付記8の半導体装置において、
前記突起から離間する位置となった前記コンタクトにより、前記下層配線と前記上層配線との所定時間使用した後の接続が確保されることを特徴とする半導体装置。
(付記11)
付記1、4、5、8、及び、9に記載した半導体装置において、
前記下層配線を構成する導体は、バリヤメタル層と配線用金属から構成されている
ことを特徴とする半導体装置。
(付記12)
付記1、4、5、8、及び、9に記載した半導体装置において、
前記下層配線を構成する導体は、バリヤメタル層と配線用金属から構成されており、
前記第1の絶縁層及び前記第2の絶縁層は、少なくとも、SiN、SiOF、SiOC、SiCのうちの一つ以上から構成されていることを特徴とする半導体装置。
(付記13)
付記11、12の半導体装置において、
前記配線用金属は、銅、ジルコニウム(Zr)のうち、少なくとも一つ以上の金属から構成されており、前記バリヤメタル層はタンタル又はタンタルナイトライドのうち、少なくとも一つ以上の材料から構成されていることを特徴とする半導体装置。
(付記14)
付記1から付記11、13に記載した半導体装置において、
前記第1の絶縁層及び前記2の絶縁層は、少なくとも、SiN、SiOF、SiOC、SiCのうち、一つ以上の材料から構成されていることを特徴とする半導体装置。
(付記15)
第1の絶縁層と、前記第1の絶縁層中の溝に埋め込まれた導体から構成されている下層配線と、前記下層配線上の拡散防止膜と、前記拡散防止膜上の第2の絶縁層と、上層配線とを備える半導体装置において、
前記下層配線は前記拡散防止膜の形成に起因して形成される突起を有し、
前記下層配線と前記上層配線とは、隣接した複数のコンタクトからなる接続部により接続され、
前記コンタクトは前記第2の絶縁層中と前記拡散防止膜中の前記下層配線に達する貫通孔と、前記貫通孔に埋め込まれた導体とから構成されており、
前記接続部は、複数の前記コンタクト内の一つの前記コンタクトが、前記突起上に形成されたときは、他の前記コンタクトの少なくとも一つは前記突起から離間する位置となる前記コンタクトの配置を有することを特徴とする半導体装置。
(付記16)
付記15に記載された半導体装置において、
前記上層配線と下層配線は、電源配線を構成していることを特徴とする半導体装置。
(付記17)
付記15に記載された半導体装置において、
前記半導体装置はさらに、クロック発生回路を備え、
前記下層配線と前記上層配線は、クロック信号線を構成していることを特徴とする半導体装置。
Hereinafter, the features of the invention described in this specification will be added.
(Appendix 1)
A first insulating layer;
Lower layer wiring,
A diffusion barrier film on the lower wiring;
A second insulating layer on the diffusion barrier film;
With upper layer wiring,
The lower layer wiring is composed of a conductor embedded in a groove in the first insulating layer,
The lower layer wiring has a protrusion formed due to the formation of the diffusion prevention film,
The lower layer wiring and the upper layer wiring are connected by a connection portion larger than the protrusion.
(Appendix 2)
In the semiconductor device described in
The connecting portion is composed of a plurality of adjacent contacts,
The contact reaches the lower layer wiring in the second insulating layer and in the diffusion prevention film, and is smaller than the connection portion and has a through hole having a uniform opening shape,
A semiconductor device comprising a conductor embedded in the through hole.
(Appendix 3)
In the semiconductor device described in
When the connecting portion is disposed on the protrusion,
The remaining portion of the connecting portion from the protrusion ensures the connection between the lower layer wiring and the upper layer wiring after use for a predetermined time.
(Appendix 4)
A first insulating layer;
Lower layer wiring,
A diffusion barrier film on the lower wiring;
A second insulating layer on the diffusion barrier film;
With upper layer wiring,
It is composed of a conductor embedded in the groove in the first insulating layer in the lower layer wiring,
The lower layer wiring has a protrusion formed due to the formation of the diffusion prevention film,
The lower layer wiring and the upper layer wiring are connected by a connecting portion,
When the connecting portion is disposed on the protrusion,
The connecting portion has a remaining portion from the protrusion;
The semiconductor device is characterized in that the connection between the lower layer wiring and the upper layer wiring is ensured by the remaining portion of the connection portion.
(Appendix 5)
A first insulating layer;
A lower layer wiring and a diffusion preventing film on the lower layer wiring;
A second insulating layer on the diffusion barrier film;
With upper layer wiring,
The lower layer wiring is composed of a conductor embedded in a groove in the first insulating layer,
The lower layer wiring has a protrusion formed during the step of forming the diffusion prevention film,
The lower layer wiring and the upper layer wiring are composed of a plurality of adjacent contacts, and are connected by a connection portion larger than the protrusion,
The contact is composed of a through hole reaching the lower layer wiring in the second insulating layer and the diffusion prevention film, and a conductor embedded in the through hole,
The connecting portion has an arrangement of the contacts in which, when one of the contacts in the plurality of contacts is formed on the protrusion, at least one of the other contacts is separated from the protrusion. A semiconductor device characterized by the above.
(Appendix 6)
In the semiconductor device of appendix 5,
The semiconductor device according to
(Appendix 7)
In the semiconductor device of appendix 5,
The semiconductor device according to
(Appendix 8)
A first insulating layer;
A lower layer wiring and a diffusion preventing film on the lower layer wiring;
A second insulating layer on the diffusion barrier film;
With upper layer wiring,
The lower layer wiring is composed of a conductor embedded in a groove in the first insulating layer,
The lower layer wiring has a protrusion formed during the step of forming the diffusion prevention film,
The lower layer wiring and the upper layer wiring are composed of a plurality of adjacent contacts, and are connected by a connection portion larger than the protrusion,
The contact is composed of a through hole reaching the lower layer wiring in the second insulating layer and the diffusion prevention film, and a conductor embedded in the through hole,
When one of the plurality of contacts constituting the connecting portion is formed on the projection, the contact is arranged such that at least one of the other contacts is separated from the projection. A semiconductor device characterized by setting a distance between them.
(Appendix 9)
A first insulating layer;
A lower layer wiring and a diffusion preventing film on the lower layer wiring;
A second insulating layer on the diffusion barrier film;
With upper layer wiring,
The lower layer wiring is composed of a conductor embedded in a groove in the first insulating layer,
The lower layer wiring has a protrusion formed during the step of forming the diffusion prevention film,
The lower layer wiring and the upper layer wiring are composed of a plurality of adjacent contacts, and are connected by a connection portion larger than the protrusion,
The contact is composed of a through hole reaching the lower layer wiring in the second insulating layer and the diffusion prevention film, and a conductor embedded in the through hole,
When one of the plurality of contacts constituting the connection portion is formed on the protrusion, at least one of the other contacts is formed at a position away from the protrusion.
A semiconductor device characterized in that a distance between adjacent contacts constituting the connection portion is set according to a thickness of a lower layer wiring.
(Appendix 10)
In the semiconductor device of
The semiconductor device according to
(Appendix 11)
In the semiconductor device described in
The conductor constituting the lower layer wiring is composed of a barrier metal layer and a wiring metal.
(Appendix 12)
In the semiconductor device described in
The conductor constituting the lower layer wiring is composed of a barrier metal layer and a wiring metal,
The semiconductor device characterized in that the first insulating layer and the second insulating layer are composed of at least one of SiN, SiOF, SiOC, and SiC.
(Appendix 13)
In the semiconductor devices of
The wiring metal is made of at least one of copper and zirconium (Zr), and the barrier metal layer is made of at least one of tantalum and tantalum nitride. A semiconductor device.
(Appendix 14)
In the semiconductor devices described in
The semiconductor device according to
(Appendix 15)
A first insulating layer; a lower layer wiring composed of a conductor embedded in a groove in the first insulating layer; a diffusion prevention film on the lower layer wiring; and a second insulation on the diffusion prevention film In a semiconductor device comprising a layer and an upper layer wiring,
The lower layer wiring has a protrusion formed due to the formation of the diffusion prevention film,
The lower layer wiring and the upper layer wiring are connected by a connecting portion comprising a plurality of adjacent contacts,
The contact is composed of a through hole reaching the lower layer wiring in the second insulating layer and the diffusion prevention film, and a conductor embedded in the through hole,
The connecting portion has an arrangement of the contacts in which, when one of the contacts in the plurality of contacts is formed on the protrusion, at least one of the other contacts is located away from the protrusion. A semiconductor device.
(Appendix 16)
In the semiconductor device described in
The upper layer wiring and the lower layer wiring constitute a power supply wiring.
(Appendix 17)
In the semiconductor device described in
The semiconductor device further includes a clock generation circuit,
The lower layer wiring and the upper layer wiring constitute a clock signal line.
1 コンタクト
2 上層配線
3 下層配線
5 半導体基板
6 下層絶縁層
7 下層配線
8 バリアメタル層
9 コンタクト
10 第1の拡散防止膜
11 第1の絶縁膜
12 上層配線
13 第2の拡散防止膜
14 第2の絶縁膜
15、16、17 下層配線
18、19 コンタクト
20 半導体基板
21 絶縁層
22 下層配線
23 ボイド
24 第1の拡散防止膜
25 第1の絶縁層
26 上層配線
27 銅(Cu)突起
28 コンタクト
29a 第2の拡散防止膜
29b 第2の絶縁層
30 上層配線
31 コンタクト
32 銅(Cu)突起
33 下層配線
35 半導体基板
36 絶縁層
37 下層配線
38 ボイド
39 第1の拡散防止膜
40 第1の絶縁層
41 上層配線
42 銅(Cu)突起
43 コンタクト
44a 第2の拡散防止膜
44b 第2の絶縁層
45 半導体基板
46 第1のSiLK層
47 第1のSiO2層
48 下層配線
49 第1のタンタル(Ta)バリアメタル層
50 第1の拡散防止膜
51 第1の層間SiO2層
52 第2の拡散防止膜
53a 第2のSiO2層
53b TiN膜
54 上層配線
55 コンタクト
56 第2のタンタル(Ta)バリアメタル層
57 第2の拡散防止膜
58 第2の層間SiO2層
60 下層配線
61 第1の層間SiO2層
62 第1の拡散防止膜
63 レジスト
64 第1のタンタル(Ta)バリアメタル層
65 コンタクト
66 第2の拡散防止膜
67 第2のタンタル(Ta)バリアメタル層
68 上層配線
70 上層配線
71 下層配線
72 コンタクト
73 銅(Cu)突起
74 接続部
80 半導体チップ
81 パッド
82 グランド線用の電源配線
83 回路駆動電圧用の電源配線
84 電源パッド
85 基幹電源配線
86 トランジスタゲート
87 トランジスタフィールド
88 電源供給線
89 信号出力線
90 接続部
91 コンタクト
92 銅(Cu)突起
93 フィールドコンタクト
94 ゲートコンタクト
95 パッド
96 クロック信号配線
97 クロック信号発生回路
98 半導体チップ
101 シリコン基板
102 SiO2絶縁層
103 フォトレジスト
104 バリヤメタル
105 配線材料
106 銅(Cu)配線
107 第1の絶縁膜
108 第2の絶縁膜
109 絶縁層
115 配線用溝
116 絶縁層残しパターン
117 ダマシン幅広配線
118 ビア孔
119 金属粒界
120 下地
121 第1のエッチングストッパ層
122 第1の絶縁層
123 フォトレジスト層
124 第1バリヤメタル層
125 第1主配線層
126 第2絶縁層
127 第3エッチングストッパ層
128 第3絶縁層
129 第2のフォトレジスト層
130 第2エッチングストッパ層
135 下層配線
136 コンタクト
137 上層配線
138 矢印
1
10 First diffusion barrier film
11 First insulating film
12 Upper wiring
13 Second diffusion barrier film
14 Second insulating film
15, 16, 17 Lower layer wiring
18, 19 contacts
20 Semiconductor substrate
21 Insulating layer
22 Lower layer wiring
23 void
24 First diffusion barrier
25 First insulating layer
26 Upper layer wiring
27 Copper (Cu) protrusion
28 contacts
29a Second diffusion barrier
29b Second insulation layer
30 Upper layer wiring
31 contacts
32 Copper (Cu) protrusion
33 Lower layer wiring
35 Semiconductor substrate
36 Insulation layer
37 Lower layer wiring
38 void
39 First diffusion barrier
40 First insulation layer
41 Upper layer wiring
42 Copper (Cu) protrusion
43 Contacts
44a Second diffusion barrier film
44b Second insulating layer
45 Semiconductor substrate
46 First SiLK layer
47 First SiO2 layer
48 Lower layer wiring
49 First tantalum (Ta) barrier metal layer
50 First diffusion barrier film
51 First interlayer SiO2 layer
52 Second diffusion barrier film
53a Second SiO2 layer
53b TiN film
54 Upper wiring
55 contacts
56 Second tantalum (Ta) barrier metal layer
57 Second diffusion barrier film
58 Second interlayer SiO2 layer
60 Lower layer wiring
61 First interlayer SiO2 layer
62 First diffusion barrier film
63 resist
64 First tantalum (Ta) barrier metal layer
65 contacts
66 Second diffusion barrier film
67 Second tantalum (Ta) barrier metal layer
68 Upper wiring
70 Upper wiring
71 Lower layer wiring
72 contacts
73 Copper (Cu) protrusion
74 Connection
80 Semiconductor chip
81 pads
82 Power supply wiring for ground line
83 Power supply wiring for circuit drive voltage
84 Power pad
85 Core power wiring
86 transistor gate
87 Transistor field
88 Power supply line
89 Signal output line
90 connections
91 contacts
92 Copper (Cu) protrusion
93 Field contact
94 Gate contact
95 pads
96 Clock signal wiring
97 Clock signal generator
98 Semiconductor chip
101 Silicon substrate
102 SiO2 insulation layer
103 photoresist
104 Barrier metal
105 Wiring material
106 Copper (Cu) wiring
107 First insulating film
108 Second insulating film
109 Insulation layer
115 Wiring groove
116 Insulating layer leaving pattern
117 Damascene wide wiring
118 Via hole
119 Metal grain boundaries
120 groundwork
121 First etching stopper layer
122 First insulating layer
123 Photoresist layer
124 First barrier metal layer
125 First main wiring layer
126 Second insulation layer
127 Third etching stopper layer
128 3rd insulation layer
129 Second photoresist layer
130 Second etching stopper layer
135 Lower layer wiring
136 contacts
137 Upper layer wiring
138 arrow
Claims (9)
下層配線と、
前記下層配線上の拡散防止膜と、
前記拡散防止膜上の第2の絶縁層と、
上層配線とを備え、
前記下層配線は前記第1の絶縁層中の溝に埋め込まれた導体から構成されており、
前記下層配線は、前記第1の絶縁層の表面よりも上方に突出した、前記拡散防止膜の形成に起因して形成される突起を有し、
前記下層配線と前記上層配線は、前記突起のうちで最も大きい前記突起より大きい、前記第2の絶縁層中と前記拡散防止膜中の前記下層配線に達する貫通孔と前記貫通孔に埋め込まれた導体とからなるコンタクトにより接続されることを特徴とする半導体装置。 A first insulating layer;
Lower layer wiring,
A diffusion barrier film on the lower wiring;
A second insulating layer on the diffusion barrier film;
With upper layer wiring,
The lower layer wiring is composed of a conductor embedded in a groove in the first insulating layer,
The lower layer wiring has a protrusion formed above the surface of the first insulating layer and formed due to the formation of the diffusion prevention film;
The upper wiring and the lower wiring is embedded in the largest the projection greater than the through hole and the through-hole reaching said lower wiring of the diffusion preventing film and the second insulating layer among said protrusions A semiconductor device connected by a contact made of a conductor .
下層配線と、
前記下層配線上の拡散防止膜と、
前記拡散防止膜上の第2の絶縁層と、
上層配線とを備え、
前記下層配線は前記第1の絶縁層中の溝に埋め込まれた導体から構成されており、
前記下層配線は、前記第1の絶縁層の表面よりも上方に突出した、前記拡散防止膜の形成に起因して形成される突起を有し、
前記下層配線と前記上層配線とは、隣接した複数のコンタクトにより接続され、
前記コンタクトは前記第2の絶縁層中と前記拡散防止膜中の前記下層配線に達する貫通孔と、前記貫通孔に埋め込まれた導体とから構成されており、
複数の前記コンタクト内の少なくとも一つの前記コンタクトが前記突起上に形成され、他の前記コンタクトの少なくとも一つは前記突起から離間する位置となる前記コンタクトの配置を有することを特徴とする半導体装置。 A first insulating layer;
Lower layer wiring,
A diffusion barrier film on the lower wiring;
A second insulating layer on the diffusion barrier film;
With upper layer wiring,
The lower layer wiring is composed of a conductor embedded in a groove in the first insulating layer,
The lower layer wiring has a protrusion formed above the surface of the first insulating layer and formed due to the formation of the diffusion prevention film;
The lower layer wiring and the upper layer wiring are connected by a plurality of adjacent contacts ,
The contact is composed of a through hole reaching the lower layer wiring in the second insulating layer and the diffusion prevention film, and a conductor embedded in the through hole,
At least one of the contacts in the plurality of contacts is formed on the protrusion, and at least one of the other contacts has the contact arrangement at a position spaced from the protrusion. .
前記下層配線上の拡散防止膜と、
前記拡散防止膜上の第2の絶縁層と、
上層配線とを備え、
前記下層配線は前記第1の絶縁層中の溝に埋め込まれた導体から構成されており、
前記下層配線は、前記第1の絶縁層の表面よりも上方に突出した、前記拡散防止膜の形成に起因して形成される突起を有し、
前記下層配線と前記上層配線とは、隣接した複数のコンタクトにより接続され、
前記コンタクトは前記第2の絶縁層中と前記拡散防止膜中の前記下層配線に達する貫通孔と、前記貫通孔に埋め込まれた導体とから構成されており、
複数の前記コンタクト内の少なくとも一つの前記コンタクトが前記突起上に形成され、他の前記コンタクトの少なくとも一つは前記突起から離間する位置に形成されるように、
隣接した前記コンタクト間の距離を、下層配線の太さに応じて設定したことを特徴とする半導体装置。 A first insulating layer;
A diffusion barrier film on the lower wiring;
A second insulating layer on the diffusion barrier film;
With upper layer wiring,
The lower layer wiring is composed of a conductor embedded in a groove in the first insulating layer,
The lower layer wiring has a protrusion formed above the surface of the first insulating layer and formed due to the formation of the diffusion prevention film;
The lower layer wiring and the upper layer wiring are connected by a plurality of adjacent contacts ,
The contact is composed of a through hole reaching the lower layer wiring in the second insulating layer and the diffusion prevention film, and a conductor embedded in the through hole,
At least one of the contacts in the plurality of contacts is formed on the protrusion, and at least one of the other contacts is formed at a position spaced from the protrusion;
A semiconductor device characterized in that a distance between adjacent contacts is set according to a thickness of a lower layer wiring.
前記第1の絶縁層及び前記第2の絶縁層は、少なくとも、SiN、SiOF、SiOC、SiCのうちの一つ以上から構成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。 The conductor constituting the lower layer wiring is composed of a barrier metal layer and a wiring metal,
The said 1st insulating layer and the said 2nd insulating layer are comprised from at least 1 or more of SiN, SiOF, SiOC, SiC, The any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. A semiconductor device according to 1.
複数の前記突起のうち、前記コンタクト下に形成された前記突起は、内部に空洞が形成されたものであり、 Among the plurality of protrusions, the protrusion formed under the contact has a cavity formed therein,
複数の前記突起のうち、前記コンタクトと離間した前記突起は、前記下層配線の前記導体からなるものであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein among the plurality of protrusions, the protrusion separated from the contact is made of the conductor of the lower layer wiring.
前記第1の絶縁層に溝を形成し、前記溝を導体で埋め込んで下層配線を形成する工程と、Forming a groove in the first insulating layer, filling the groove with a conductor to form a lower layer wiring;
前記下層配線上に拡散防止膜を形成する工程と、Forming a diffusion barrier film on the lower wiring;
前記拡散防止膜上に第2の絶縁層を形成する工程と、Forming a second insulating layer on the diffusion barrier film;
前記拡散防止膜を形成する工程中に、前記第1の絶縁層の表面よりも上方に突出するように突起が形成されており、前記第2の絶縁層中と前記拡散防止膜中の前記下層配線に達する貫通孔を、前記突起のうちで最も大きい前記突起より大きい径に形成し、前記貫通孔に導体を埋め込んでコンタクトを形成する工程と、During the step of forming the diffusion preventive film, a protrusion is formed so as to protrude above the surface of the first insulating layer, and the lower layer in the second insulating layer and the diffusion preventive film Forming a through hole reaching the wiring with a diameter larger than the largest projection among the projections, and burying a conductor in the through hole to form a contact;
前記コンタクトと接続されるように、前記第2の絶縁層上に上層配線を形成する工程とForming an upper wiring on the second insulating layer so as to be connected to the contact;
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第1の絶縁層に溝を形成し、前記溝を導体で埋め込んで下層配線を形成する工程と、Forming a groove in the first insulating layer, filling the groove with a conductor to form a lower layer wiring;
前記下層配線上に拡散防止膜を形成する工程と、Forming a diffusion barrier film on the lower wiring;
前記拡散防止膜上に第2の絶縁層を形成する工程と、Forming a second insulating layer on the diffusion barrier film;
前記拡散防止膜を形成する工程中に、前記第1の絶縁層の表面よりも上方に突出するように突起が形成されており、前記第2の絶縁層中と前記拡散防止膜中の前記下層配線に達する複数の貫通孔を、その少なくとも一つの前記貫通孔が前記突起上に形成され、他の前記貫通孔の少なくとも一つは前記突起から離間する前記貫通孔の配置となるように形成し、前記貫通孔に導体を埋め込んでコンタクトを形成する工程と、During the step of forming the diffusion preventive film, a protrusion is formed so as to protrude above the surface of the first insulating layer, and the lower layer in the second insulating layer and the diffusion preventive film A plurality of through-holes reaching the wiring are formed such that at least one of the through-holes is formed on the protrusion, and at least one of the other through-holes is arranged to be spaced from the protrusion. , Forming a contact by embedding a conductor in the through hole;
複数の前記コンタクトと接続されるように、前記第2の絶縁層上に上層配線を形成する工程とForming an upper layer wiring on the second insulating layer so as to be connected to the plurality of contacts;
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第1の絶縁層及び前記第2の絶縁層は、少なくとも、SiN、SiOF、SiOC、SiCのうちの一つ以上から構成されていることを特徴とする請求項6又は7に記載の半導体装置の製造方法。The semiconductor device according to claim 6, wherein the first insulating layer and the second insulating layer are composed of at least one of SiN, SiOF, SiOC, and SiC. Manufacturing method.
複数の前記突起のうち、前記コンタクト下に形成された前記突起は、内部に空洞が形成されたものであり、 Among the plurality of protrusions, the protrusion formed under the contact has a cavity formed therein,
複数の前記突起のうち、前記コンタクトと離間した前記突起は、前記下層配線の前記導体からなるものであることを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein, of the plurality of protrusions, the protrusion separated from the contact is made of the conductor of the lower layer wiring. 10. .
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