JP2001068474A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JP2001068474A
JP2001068474A JP23718399A JP23718399A JP2001068474A JP 2001068474 A JP2001068474 A JP 2001068474A JP 23718399 A JP23718399 A JP 23718399A JP 23718399 A JP23718399 A JP 23718399A JP 2001068474 A JP2001068474 A JP 2001068474A
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JP
Japan
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insulating film
wiring
film
interlayer insulating
layer
Prior art date
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JP23718399A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyasu Kaneda
浩泰 金田
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NEC IC Microcomputer Systems Co Ltd
Original Assignee
NEC IC Microcomputer Systems Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To readily reduce increase of wiring capacitance caused by high density of a wiring layer and prevent generation of malfunction by forming a first wiring along an upper part of a surface step, and a second wiring along a lower part of a surface step adjacent mutually apart up and down in a vertical direction to a semiconductor substrate. SOLUTION: A field oxide film 2 is formed on the surface of a semiconductor substrate 1, and a diffusion layer 3 is formed in an element region. An irregular layer insulation film 4 is formed, a wiring layer 5 is formed in a recessed part thereof, a wiring layer 6 is formed in a projection part thereof, and a wiring layer 5a connected to the diffusion layer 3 is formed similarly. A layer insulation film 7 is formed all over. That is, the irregular layer insulation film 4 is formed on a field oxide film 2 and a height difference between a recessed part and a projection part of the irregular layer insulation film 4 is (t) and the wiring layer 5 is formed in a recessed part and the wiring layer 6 is formed on a projection part at the same time, and a separation distance between the wiring layer 5 and the wiring layer 6 is shown by (d).

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に関し、特に配線構造の形成方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for forming a wiring structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子の微細化に伴い、半導体装置
の構成には微細な配線層が必須になる。現在では、この
ような配線層を有する半導体装置の層間絶縁膜として
は、誘電率が比較的小さく品質の安定したシリコン酸化
膜系の絶縁膜が主流である。
2. Description of the Related Art With the miniaturization of semiconductor elements, a fine wiring layer is indispensable for the configuration of a semiconductor device. At present, as an interlayer insulating film of a semiconductor device having such a wiring layer, a silicon oxide film based insulating film having a relatively small dielectric constant and a stable quality is mainly used.

【0003】この半導体素子の微細化により、配線幅お
よび配線間隔は縮小されるが、配線抵抗の増加を避ける
ためには、ある程度の配線の断面積の確保が必要とな
る。その結果、配線層のアスペクト比(配線の高さ/配
線の幅)と共に配線間のアスペクト比(配線の高さ/配
線の配線間隔)は大きくなる。このために、配線層間の
寄生容量が大幅に増加し信号の伝達速度が低下したり、
配線層間のクロストーク(隣接する配線層間で信号ノイ
ズが発生する現象)が多発するようになる。
Although the width of the wiring and the spacing between the wirings are reduced by miniaturization of the semiconductor element, it is necessary to secure a certain cross-sectional area of the wiring in order to avoid an increase in the wiring resistance. As a result, the aspect ratio (interconnect height / interconnect interval) between the interconnects as well as the aspect ratio of the interconnect layer (interconnect height / interconnect width) increases. For this reason, the parasitic capacitance between the wiring layers greatly increases, and the signal transmission speed decreases,
Crosstalk between wiring layers (a phenomenon in which signal noise occurs between adjacent wiring layers) frequently occurs.

【0004】以下、図6に基づいて従来の配線層の形成
方法について説明する。図6は、配線層の形成された半
導体装置の断面図である。
Hereinafter, a conventional method for forming a wiring layer will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of a semiconductor device on which a wiring layer is formed.

【0005】図6に示すように、シリコンのような半導
体基板101の表面上にフィールド酸化膜102がLO
COS(Local Oxidation of Si
licon)法あるいはトレンチ素子分離法等で形成さ
れる。そして、図6では、この領域が素子分離領域とし
て示されている。また、素子領域には絶縁ゲート電界効
果トランジスタ(以下、MOSトランジスタという)を
構成することになる拡散層103が形成される。なお、
図示しないが、半導体素子であるMOSトランジスタを
構成するゲート電極等が公知の方法で形成され、全面を
被覆する第1層間絶縁膜104が形成される。ここで、
通常、第1層間絶縁膜104の表面は化学機械研磨(C
MP)法で平坦化される。
As shown in FIG. 6, a field oxide film 102 is formed on a surface of a semiconductor substrate 101 such as silicon.
COS (Local Oxidation of Si)
(silicon) method or trench element isolation method. In FIG. 6, this region is shown as an element isolation region. Further, a diffusion layer 103 that forms an insulated gate field effect transistor (hereinafter, referred to as a MOS transistor) is formed in the element region. In addition,
Although not shown, a gate electrode and the like constituting a MOS transistor as a semiconductor element are formed by a known method, and a first interlayer insulating film 104 covering the entire surface is formed. here,
Usually, the surface of the first interlayer insulating film 104 is chemically mechanically polished (C
(MP) method.

【0006】次に、第1層間絶縁膜104上に所定の配
線幅および配線間隔で配線層105が配設される。ま
た、拡散層103に接続する配線層105aも同様に形
成される。これらの配線層105,105aは、通常、
単層であるアルミ合金膜の成膜と、このアルミ合金膜の
フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術の微細
加工によるパターニングと、でもって形成される。
Next, a wiring layer 105 is provided on the first interlayer insulating film 104 with a predetermined wiring width and a predetermined wiring interval. Further, a wiring layer 105a connected to the diffusion layer 103 is similarly formed. These wiring layers 105 and 105a are usually
The aluminum alloy film is formed by forming a single-layer aluminum alloy film and patterning the aluminum alloy film by fine processing using a photolithography technique and a dry etching technique.

【0007】そして、全面に第2層間絶縁膜106がシ
リコン酸化膜の化学気相成長(CVD)法で形成され
る。このようにして、半導体装置ができあがる。あるい
は、多層配線構造の場合には、さらに層間絶縁膜を介し
て別の配線層が積層される。
Then, a second interlayer insulating film 106 is formed on the entire surface by a chemical vapor deposition (CVD) method of a silicon oxide film. Thus, a semiconductor device is completed. Alternatively, in the case of a multilayer wiring structure, another wiring layer is further laminated via an interlayer insulating film.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】以上に説明したような
従来の技術では、半導体装置の配線構造において、半導
体素子を接続することになる配線層は絶縁膜の同一平面
上に形成される。しかし、半導体素子が微細化され配線
密度が高くなると、上述したように配線間容量が増大す
る。
In the prior art as described above, in a wiring structure of a semiconductor device, a wiring layer for connecting a semiconductor element is formed on the same plane of an insulating film. However, when the semiconductor element is miniaturized and the wiring density increases, the capacitance between wirings increases as described above.

【0009】このために、半導体装置の高集積化あるい
は高密度化に伴い、配線層を伝達する信号の遅延や信号
の歪みが生じるようになる。あるいは、隣接する配線層
に雑音が伝搬するようになる。そして、半導体装置の誤
動作が発生する。
[0009] For this reason, with the increase in the degree of integration or the density of the semiconductor device, a signal transmitted through the wiring layer is delayed or a signal is distorted. Alternatively, noise propagates to an adjacent wiring layer. Then, a malfunction of the semiconductor device occurs.

【0010】本発明の目的は、配線層の高密度化に伴う
配線間容量の増大を簡便に軽減でき、誤動作の発生を防
止することができる半導体装置の製造方法を提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device which can easily reduce an increase in inter-wiring capacitance due to an increase in the density of wiring layers and can prevent occurrence of a malfunction.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】このために、本発明の半
導体装置の製造方法は、半導体基板上に層間絶縁膜を介
して複数の配線を配設する半導体装置の製造方法であっ
て、前記層間絶縁膜の所定の領域に絶縁膜凸部を形成し
前記層間絶縁膜に表面段差を設ける工程と、前記表面段
差を有する層間絶縁膜を被覆するように金属膜を堆積さ
せる工程と、前記金属膜をパターニングし前記表面段差
の上部となる前記絶縁膜凸部上に沿った第1の配線と前
記表面段差の下部に沿った第2の配線とを互いに隣接し
前記半導体基板に対し垂直方向に上下に引き離して形成
する工程とを含む。
According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device in which a plurality of wirings are provided on a semiconductor substrate via an interlayer insulating film. Forming a convex portion of an insulating film on a predetermined region of the interlayer insulating film to provide a surface step on the interlayer insulating film, depositing a metal film so as to cover the interlayer insulating film having the surface step; By patterning a film, a first wiring and a second wiring along the lower part of the surface step are formed adjacent to each other on the insulating film convex part and the upper part of the surface step so that the first wiring is adjacent to each other and is perpendicular to the semiconductor substrate. And forming the substrate vertically apart.

【0012】ここで、半導体素子を有する半導体基板上
に層間絶縁膜とシリコン層とを積層して形成し、前記シ
リコン層上に設けた酸化マスク材を用いた前記シリコン
層の選択熱酸化で前記絶縁膜凸部を形成する。そして、
前記シリコン層はN型不純物を含んでいる。また、前記
金属膜はアルミ系の金属膜あるいは高融点金属膜で構成
される。
Here, an interlayer insulating film and a silicon layer are laminated on a semiconductor substrate having a semiconductor element, and the silicon layer is selectively thermally oxidized by using an oxidation mask material provided on the silicon layer. An insulating film projection is formed. And
The silicon layer contains an N-type impurity. The metal film is formed of an aluminum-based metal film or a high-melting-point metal film.

【0013】あるいは、本発明の半導体装置の製造方法
は、半導体基板上に層間絶縁膜を介して複数の配線を配
設する半導体装置の製造方法であって、前記層間絶縁膜
の所定の領域に絶縁膜凸部を形成し前記層間絶縁膜に表
面段差を設ける工程と、前記表面段差を有する層間絶縁
膜上に配線溝用絶縁膜を形成し前記配線溝用絶縁膜に配
線溝を形成する工程と、前記配線溝に金属膜を充填し前
記表面段差の上部となる前記絶縁膜凸部上に沿った第1
の溝配線と前記表面段差の下部に沿った第2の溝配線と
を互いに隣接し前記半導体基板に対し垂直方向に上下に
引き離して形成する工程とを含む。
Alternatively, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device in which a plurality of wirings are provided on a semiconductor substrate via an interlayer insulating film, wherein a plurality of wirings are provided on a predetermined region of the interlayer insulating film. Forming a convex portion of an insulating film and providing a surface step in the interlayer insulating film; forming an insulating film for a wiring groove on the interlayer insulating film having the surface step and forming a wiring groove in the insulating film for a wiring groove A first metal film is filled in the wiring groove, and a first film is formed on the insulating film convex portion above the surface step.
Forming the groove wiring and the second groove wiring along the lower portion of the surface step adjacent to each other and vertically apart from the semiconductor substrate in the vertical direction.

【0014】ここで、前記絶縁膜凸部を有する層間絶縁
膜と前記配線溝用絶縁膜との間にエッチングストッパ層
が形成される。そして、前記金属膜は銅を含む金属で構
成される。
Here, an etching stopper layer is formed between the interlayer insulating film having the insulating film protrusions and the wiring groove insulating film. The metal film is made of a metal containing copper.

【0015】このように、本発明では、半導体基板に対
し垂直方向に高低差を有する絶縁膜でもって、互いに隣
接する配線層が上下に離間されるようになる。このため
に、隣接する配線層の実効的な離間距離が増大し、配線
層間の容量が低減するようになる。
As described above, according to the present invention, the wiring layers adjacent to each other are vertically separated by the insulating film having a height difference in the vertical direction with respect to the semiconductor substrate. For this reason, the effective separation distance between adjacent wiring layers increases, and the capacitance between the wiring layers decreases.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】次に、図1乃至図3に基づいて本
発明の第1の実施の形態を説明する。図1は、本発明の
製造方法で形成された配線構造を有する半導体装置の断
面図である。そして、図2と図3は本発明の製造工程順
の断面図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device having a wiring structure formed by the manufacturing method of the present invention. 2 and 3 are sectional views in the order of the manufacturing process of the present invention.

【0017】従来の技術で説明したのと同様にして、半
導体基板1の表面上にフィールド酸化膜2が形成され
る。そして、図1(a)では、この領域が素子分離領域
として示されている。また、素子領域にはMOSトラン
ジスタを構成することになる拡散層3が形成される。
A field oxide film 2 is formed on the surface of a semiconductor substrate 1 in the same manner as described in the prior art. In FIG. 1A, this region is shown as an element isolation region. Further, a diffusion layer 3 that forms a MOS transistor is formed in the element region.

【0018】次に、その表面に高低差のある段差を有す
る絶縁膜すなわち凹凸のある層間絶縁膜4が形成され
る。この形成方法については、後で図2と図3に基づい
て詳述される。そして、上記凹凸のある層間絶縁膜4の
表面の凹部に配線層5が形成され、上記凹凸のある層間
絶縁膜4の表面の凸部に配線層6が形成される。また、
拡散層3に接続する配線層5aも同様に形成される。
Next, an insulating film having a step having a height difference on its surface, that is, an interlayer insulating film 4 having unevenness is formed. This forming method will be described later in detail with reference to FIGS. Then, a wiring layer 5 is formed in a concave portion of the surface of the uneven interlayer insulating film 4, and a wiring layer 6 is formed in a convex portion of the surface of the uneven interlayer insulating film 4. Also,
The wiring layer 5a connected to the diffusion layer 3 is formed similarly.

【0019】そして、全面に層間絶縁膜7がシリコン酸
化膜のCVD法で形成される。このようにして、半導体
装置ができあがる。ここで、本発明の特徴について図1
(b)で説明する。
Then, an interlayer insulating film 7 is formed on the entire surface by CVD of a silicon oxide film. Thus, a semiconductor device is completed. Here, FIG.
This will be described in (b).

【0020】図1(b)に示すように、フィールド酸化
膜2上に凹凸のある層間絶縁膜4が形成される。ここ
で、凹凸のある層間絶縁膜4の凹部と凸部の高低差はt
で示されている。そして、上記凹部に配線層5が形成さ
れ、同時に、上記凸部に配線層6が形成される。この配
線層5と配線層6の離間距離はdで示される。
As shown in FIG. 1B, an interlayer insulating film 4 having irregularities is formed on the field oxide film 2. Here, the height difference between the concave and convex portions of the uneven interlayer insulating film 4 is t
Indicated by Then, the wiring layer 5 is formed in the concave portion, and at the same time, the wiring layer 6 is formed in the convex portion. The distance between the wiring layer 5 and the wiring layer 6 is indicated by d.

【0021】このようにして、本発明では、高低差を有
する絶縁膜でもって、互いに隣接する配線層が上下に離
間されるようになる。ここで、隣接する配線層の実効的
な離間距離は、ほぼ(t2 +d21/2 でもって表さ
れ、その値は増大して、配線層間の容量が低減するよう
になる。
As described above, according to the present invention, the wiring layers adjacent to each other are vertically separated by the insulating film having the difference in height. Here, the effective separation distance between adjacent wiring layers is substantially expressed by (t 2 + d 2 ) 1/2 , and the value increases, and the capacitance between the wiring layers decreases.

【0022】次に、以上のような配線構造の具体的な製
造方法を図2と図3とで説明する。図2(a)に示すよ
うに、導電型がP型のシリコン基板のような半導体基板
1の表面に選択的にフィールド酸化膜2が形成される。
ここで、このフィールド酸化膜2は、LOCOS法によ
る熱酸化でシリコン酸化膜が形成され、更にその表面が
CMP法で平坦化されて、形成されるものとする。そし
て、半導体素子であるMOSトランジスタを構成する拡
散層3がヒ素等のN型不純物のドーピングもって形成さ
れる。
Next, a specific method for manufacturing the above wiring structure will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2A, a field oxide film 2 is selectively formed on a surface of a semiconductor substrate 1 such as a P-type silicon substrate.
Here, the field oxide film 2 is formed by forming a silicon oxide film by thermal oxidation by the LOCOS method and flattening the surface by the CMP method. Then, a diffusion layer 3 constituting a MOS transistor as a semiconductor element is formed with doping with an N-type impurity such as arsenic.

【0023】次に、全面に膜厚400nmの第1層間絶
縁膜8が形成される。ここで、第1層間絶縁膜8は、C
VD法で堆積されるシリコン酸化膜で構成される。次
に、この第1層間絶縁膜8上に膜厚200nmのシリコ
ン層9が形成される。ここで、シリコン層9は多結晶シ
リコン膜あるいは無定形シリコン膜で構成される。この
ようなシリコン層9には、ヒ素あるいはリン等の不純物
が高濃度に含有されていてもよい。さらに、このシリコ
ン層9上に酸化マスク材10が形成される。このような
酸化マスク材10は、膜厚100nm程度のシリコン窒
化膜で構成されるとよい。
Next, a first interlayer insulating film 8 having a thickness of 400 nm is formed on the entire surface. Here, the first interlayer insulating film 8 is made of C
It is composed of a silicon oxide film deposited by the VD method. Next, a silicon layer 9 having a thickness of 200 nm is formed on the first interlayer insulating film 8. Here, the silicon layer 9 is formed of a polycrystalline silicon film or an amorphous silicon film. Such a silicon layer 9 may contain impurities such as arsenic or phosphorus at a high concentration. Further, an oxidation mask material 10 is formed on silicon layer 9. Such an oxidation mask material 10 is preferably made of a silicon nitride film having a thickness of about 100 nm.

【0024】次に、公知の熱酸化が施される。この熱酸
化により酸化マスク材10の開口部のシリコン層9が選
択的に熱酸化され、図2(b)に示すように、この領域
に膜厚400nm程度の酸化膜凸部11が形成される。
ここで、シリコン層9にN型不純物が高濃度に含まれる
と、上記の選択的な熱酸化速度が大きくなり、上記酸化
膜凸部11の形成に要する時間が大幅に減少する。
Next, known thermal oxidation is performed. By this thermal oxidation, the silicon layer 9 in the opening of the oxidation mask material 10 is selectively thermally oxidized, and as shown in FIG. 2B, an oxide film protrusion 11 having a thickness of about 400 nm is formed in this region. .
Here, if the N-type impurity is contained in the silicon layer 9 at a high concentration, the selective thermal oxidation rate is increased, and the time required for forming the oxide film projections 11 is greatly reduced.

【0025】次に、酸化マスク材10が除去され、露出
するシリコン層9が異方性のドライエッチングで除去さ
れる。このようにして、図2(c)に示すように、第1
層間絶縁膜上に酸化膜凸部11が形成され、この酸化膜
凸部11の端部に残存シリコン層12が形成されるよう
になる。
Next, the oxidation mask material 10 is removed, and the exposed silicon layer 9 is removed by anisotropic dry etching. In this way, as shown in FIG.
An oxide film protrusion 11 is formed on the interlayer insulating film, and a residual silicon layer 12 is formed at an end of the oxide film protrusion 11.

【0026】そして、この残存シリコン層12が熱酸化
される。この再度の熱酸化により、図3(a)に示すよ
うに、酸化膜凸部11の端部の傾斜はなだらかになり、
傾斜の緩和された酸化膜凸部11aが形成される。この
ようにして、この酸化膜凸部11aと第1層間絶縁膜8
とで、上述した凹凸のある層間絶縁膜4が形成されるこ
とになる。
Then, the remaining silicon layer 12 is thermally oxidized. By this thermal oxidation again, as shown in FIG. 3A, the inclination of the end of the oxide film convex portion 11 becomes gentle,
Oxide film protrusions 11a having a reduced inclination are formed. Thus, the oxide film protrusion 11a and the first interlayer insulating film 8 are formed.
Thus, the interlayer insulating film 4 having the above-mentioned unevenness is formed.

【0027】次に、上記の凹凸のある層間絶縁膜4の拡
散層3上に開口部が形成され、全面に膜厚500nm程
度のアルミ・銅の金属膜が形成される。ここで、上記金
属膜はスパッタ法で堆積される。
Next, an opening is formed on the diffusion layer 3 of the uneven interlayer insulating film 4, and an aluminum / copper metal film having a thickness of about 500 nm is formed on the entire surface. Here, the metal film is deposited by a sputtering method.

【0028】次に、公知のフォトリソグラフィ技術とド
ライエチング技術とで上記金属膜が微細加工される。こ
のようにして、凹凸のある層間絶縁膜4上の凹部に配線
層5が、同時に、凹凸のある層間絶縁膜4上の凸部に配
線層6が形成される。また、拡散層3上には配線層5a
が形成される。ここで、上述した酸化膜凸部11の端部
の傾斜がなだらかであると、上記の微細加工において高
低段差部での配線層のエッチング残り等の問題はなくな
る。
Next, the metal film is finely processed by a known photolithography technique and a dry etching technique. Thus, the wiring layer 5 is formed in the concave portion on the uneven interlayer insulating film 4, and the wiring layer 6 is formed in the convex portion on the uneven interlayer insulating film 4 at the same time. In addition, a wiring layer 5a is formed on the diffusion layer 3.
Is formed. Here, if the end of the oxide film protrusion 11 is gentle, the problem such as the remaining etching of the wiring layer at the high / low step portion in the above-mentioned fine processing is eliminated.

【0029】そして、全面にプラズマCVD法で膜厚6
00nm程度のシリコン酸化膜が堆積され、図1で説明
したように層間絶縁膜7が形成される。
Then, a film thickness of 6 is formed on the entire surface by a plasma CVD method.
A silicon oxide film of about 00 nm is deposited, and an interlayer insulating film 7 is formed as described with reference to FIG.

【0030】上記の残存シリコン層12を熱酸化する場
合に、一部の残存シリコン層12のみを選択して熱酸化
し、その領域の酸化膜凸部11の端部の傾斜をなだらか
にするようにしてもよい。この場合には、酸化膜凸部1
1の端部の傾斜がなだらかな部分と急峻な部分とが形成
される。このようにして、急峻な部分での配線層の密度
を増大させることができるようになる。
When the remaining silicon layer 12 is thermally oxidized, only a part of the remaining silicon layer 12 is selected and thermally oxidized so that the end of the oxide film convex portion 11 in that region is made gentle. It may be. In this case, the oxide film convex portion 1
A portion with a gentle slope and a steep portion at the end of 1 are formed. In this manner, the density of the wiring layer at the steep portion can be increased.

【0031】次に、本発明の第2の実施の形態を図4と
図5に基づいて説明する。第2の実施の形態は、本発明
の製造方法を溝配線構造に適用する場合である。ここ
で、図4は、本発明の製造方法で形成された配線構造を
有する半導体装置の断面図である。そして、図5は本発
明の製造工程順の断面図である。図4および図5におい
て、第1の実施の形態で説明したものと同じものは同一
符号で示される。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The second embodiment is a case where the manufacturing method of the present invention is applied to a trench wiring structure. Here, FIG. 4 is a cross-sectional view of a semiconductor device having a wiring structure formed by the manufacturing method of the present invention. FIG. 5 is a sectional view of the present invention in the order of the manufacturing process. 4 and 5, the same components as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.

【0032】図4(a)に示すように、第1の実施の形
態で説明したのと同様に、半導体基板1の表面上にフィ
ールド酸化膜2が形成される。そして、半導体基板1の
所定の領域にMOSトランジスタを構成することになる
拡散層3が形成される。
As shown in FIG. 4A, a field oxide film 2 is formed on the surface of a semiconductor substrate 1 in the same manner as described in the first embodiment. Then, a diffusion layer 3 constituting a MOS transistor is formed in a predetermined region of the semiconductor substrate 1.

【0033】次に、その表面に高低差のある段差を有す
る絶縁膜すなわち凹凸のある層間絶縁膜4が形成され
る。この形成方法については、先に図2と図3に基づい
て詳述されている通りである。
Next, an insulating film having a step with a height difference on its surface, that is, an interlayer insulating film 4 having irregularities is formed. This forming method is as described in detail with reference to FIGS.

【0034】次に、エッチングストッパ層13が形成さ
れる。このエッチングストッパ層13はシリコンオキシ
ナイトライド(SiON)膜で構成される。そして、拡
散層3上に開口部が形成され、この開口部にコンタクト
プラグ14が充填されて形成される。
Next, an etching stopper layer 13 is formed. This etching stopper layer 13 is composed of a silicon oxynitride (SiON) film. Then, an opening is formed on the diffusion layer 3, and the opening is filled with a contact plug 14 to be formed.

【0035】次に、溝配線用絶縁膜15に配線溝が形成
され、この配線溝に銅等の金属膜が充填される。このよ
うにして、凹凸のある層間絶縁膜4の凹部に対応する領
域に溝配線16が形成され、上記凹凸のある層間絶縁膜
4の凸部に対応する領域に溝配線17が形成される。ま
た、拡散層3にコンタクトプラグ14を通して接続する
溝配線17aも同様に形成される。そして、全面に層間
絶縁膜18がSiON膜のCVD法による成膜で形成さ
れる。
Next, a wiring groove is formed in the groove wiring insulating film 15, and the wiring groove is filled with a metal film such as copper. Thus, the groove wiring 16 is formed in the region corresponding to the concave portion of the uneven interlayer insulating film 4, and the groove wiring 17 is formed in the region corresponding to the convex portion of the uneven interlayer insulating film 4. Also, a trench wiring 17a connected to the diffusion layer 3 through the contact plug 14 is formed in the same manner. Then, an interlayer insulating film 18 is formed on the entire surface by forming a SiON film by a CVD method.

【0036】次に、第1の実施の形態と同様に、本発明
の特徴について図4(b)で説明する。
Next, as in the first embodiment, the features of the present invention will be described with reference to FIG.

【0037】図4(b)に示すように、フィールド酸化
膜2上に凹凸のある層間絶縁膜4が形成される。そし
て、上記凹部にエッチングストッパ層13を介して、溝
配線16が形成され、同時に、上記凸部に溝配線17が
形成される。
As shown in FIG. 4B, an interlayer insulating film 4 having irregularities is formed on the field oxide film 2. Then, the groove wiring 16 is formed in the concave portion via the etching stopper layer 13, and at the same time, the groove wiring 17 is formed in the convex portion.

【0038】このように、本発明では、高低差を有する
絶縁膜でもって、互いに隣接する溝配線が上下に離間さ
れるようになる。このために、隣接する溝配線の実効的
な離間距離が増大し、溝配線間の容量が低減するように
なる。
As described above, in the present invention, the trench wirings adjacent to each other are vertically separated by the insulating film having the difference in height. For this reason, the effective separation distance between the adjacent groove wirings increases, and the capacitance between the groove wirings decreases.

【0039】次に、以上のような溝配線構造の具体的な
製造方法を図5に基づいて説明する。図5(a)に示す
ように、図2で説明したのと同様にして、半導体基板1
の表面に選択的にフィールド酸化膜2が形成される。そ
して、半導体素子であるMOSトランジスタを構成する
拡散層3がヒ素等のN型不純物のドーピングもって形成
される。
Next, a specific method of manufacturing the above-described trench wiring structure will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5A, in the same manner as described with reference to FIG.
Field oxide film 2 is selectively formed on the surface of the substrate. Then, a diffusion layer 3 constituting a MOS transistor as a semiconductor element is formed with doping with an N-type impurity such as arsenic.

【0040】次に、第1の実施の形態で説明したような
方法でもって、凹凸のある層間絶縁膜4が全面を被覆す
るように形成される。そして、図5(b)に示すよう
に、膜厚100nm程度のエッチングストッパ層13が
形成される。このエッチングストッパ層13はプラズマ
CVD法で堆積されるSiON膜である。さらに、この
エッチングストッパ層13上に、膜厚600nm程度の
溝配線用絶縁膜15が形成される。この溝配線用絶縁膜
15はCVD法で堆積されるシリコン酸化膜である。
Next, the interlayer insulating film 4 having irregularities is formed so as to cover the entire surface by the method described in the first embodiment. Then, as shown in FIG. 5B, an etching stopper layer 13 having a thickness of about 100 nm is formed. This etching stopper layer 13 is a SiON film deposited by a plasma CVD method. Further, on the etching stopper layer 13, an insulating film 15 for trench wiring having a thickness of about 600 nm is formed. The insulating film 15 for trench wiring is a silicon oxide film deposited by the CVD method.

【0041】次に、図5(c)に示すように、凹凸のあ
る層間絶縁膜4およびエッチングストッパ層13の所定
の領域に、拡散層3に達する開口部19が形成される。
さらに、上記溝配線用絶縁膜15の所定の領域のドライ
エッチングで配線溝20が形成される。ここで、エッチ
ングストッパ層13は、上記凹凸のある層間絶縁膜4を
ドライエッチングから保護する役割を有する。
Next, as shown in FIG. 5C, an opening 19 reaching the diffusion layer 3 is formed in a predetermined region of the uneven interlayer insulating film 4 and the etching stopper layer 13.
Further, a wiring groove 20 is formed by dry etching of a predetermined region of the groove wiring insulating film 15. Here, the etching stopper layer 13 has a role of protecting the uneven interlayer insulating film 4 from dry etching.

【0042】そして、図5(d)に示すように、上記配
線溝を充填するようにして銅等の金属膜が形成され、溝
配線用絶縁膜15に溝配線16,17,17aが形成さ
れる。さらに、全面にプラズマCVD法で膜厚600n
m程度のSiON膜が堆積され、図4で説明したように
層間絶縁膜7が形成される。
As shown in FIG. 5D, a metal film such as copper is formed so as to fill the wiring groove, and groove wirings 16, 17, and 17a are formed in the groove wiring insulating film 15. You. Further, a film thickness of 600 n is formed on the entire surface by a plasma CVD method.
About m m of SiON film is deposited, and the interlayer insulating film 7 is formed as described with reference to FIG.

【0043】第2の実施の形態では、凹凸のある層間絶
縁膜4の高低段差が溝配線用絶縁膜15の表面にそのま
ま現れている。この他に、溝配線用絶縁膜15の表面が
CMP法等で平坦化され、凹部の層間絶縁膜4上に溝配
線16が形成されてもよい。但し、この場合には、溝配
線16は、例えば半導体装置の電源線あるいはGND線
として用いられる。このような溝配線16の膜厚は厚く
なるため、電流供給能力が増大するようになる。
In the second embodiment, the unevenness in the level of the interlayer insulating film 4 having irregularities appears on the surface of the trench wiring insulating film 15 as it is. Alternatively, the surface of the trench wiring insulating film 15 may be planarized by a CMP method or the like, and the trench wiring 16 may be formed on the interlayer insulating film 4 in the concave portion. However, in this case, the trench wiring 16 is used, for example, as a power supply line or a GND line of a semiconductor device. Since the thickness of the trench wiring 16 is increased, the current supply capability is increased.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明では、半
導体基板上に層間絶縁膜を介して複数の配線を配設する
半導体装置の製造方法において、層間絶縁膜の所定の領
域に絶縁膜凸部を形成し上記層間絶縁膜に表面段差を設
ける。そして、上記表面段差を有する層間絶縁膜を被覆
するように金属膜を堆積させ、上記金属膜をパターニン
グして、表面段差の上部となる上記絶縁膜凸部上に沿っ
た第1の配線と上記表面段差の下部に沿った第2の配線
とを互いに隣接し半導体基板に対し垂直方向に上下に引
き離して形成する。
As described above, according to the present invention, in a method of manufacturing a semiconductor device in which a plurality of wirings are provided on a semiconductor substrate via an interlayer insulating film, the insulating film is formed in a predetermined region of the interlayer insulating film. A convex portion is formed, and a surface step is provided on the interlayer insulating film. Then, a metal film is deposited so as to cover the interlayer insulating film having the surface step, the metal film is patterned, and the first wiring and the first wiring are formed on the insulating film convex portion on the surface step. The second wiring along the lower part of the surface step is formed adjacent to each other and vertically separated from the semiconductor substrate in the vertical direction.

【0045】あるいは、本発明では、上記絶縁膜凸部で
表面段差を形成した層間絶縁膜上に、第1の溝配線と第
2の溝配線とを互いに隣接し半導体基板に対し垂直方向
に上下に引き離して形成する。
Alternatively, according to the present invention, a first trench wiring and a second trench wiring are arranged adjacent to each other on the interlayer insulating film having a surface step formed by the above-mentioned insulating film projections, and are vertically arranged with respect to the semiconductor substrate. Formed apart from each other.

【0046】このために、隣接する配線の実効的な離間
距離が増大し、同一層の配線間の容量が低減するように
なる。そして、配線構造が微細になって配線間隔が狭く
なっても、配線間の寄生容量が大幅に増加し信号の伝達
速度が低下したり、配線間のクロストークが多発するこ
とは無くなる。
As a result, the effective distance between adjacent wirings increases, and the capacitance between wirings in the same layer decreases. Even if the wiring structure becomes finer and the spacing between the wirings becomes narrower, the parasitic capacitance between the wirings does not greatly increase, the signal transmission speed does not decrease, and crosstalk between the wirings does not occur frequently.

【0047】このようにして、本発明は半導体装置の微
細化あるいは多機能化に伴う微細多層配線の高性能化お
よび信頼性の向上を容易にする。
As described above, the present invention facilitates the enhancement of the performance and the reliability of the fine multilayer wiring accompanying the miniaturization or multifunctionalization of the semiconductor device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態を説明するための半
導体装置の配線部の断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a wiring portion of a semiconductor device for explaining a first embodiment of the present invention.

【図2】上記の実施の形態の製造工程順の断面図であ
る。
FIG. 2 is a sectional view of the above embodiment in the order of the manufacturing process.

【図3】上記の実施の形態の製造工程順の断面図であ
る。
FIG. 3 is a sectional view of the above embodiment in the order of the manufacturing process.

【図4】本発明の第2の実施の形態を説明するための半
導体装置の配線部の断面図である。
FIG. 4 is a sectional view of a wiring portion of a semiconductor device for explaining a second embodiment of the present invention;

【図5】本発明の第2の実施の形態を説明するための半
導体装置の製造工程順の断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.

【図6】従来の技術を説明するための半導体装置の配線
部の断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a wiring portion of a semiconductor device for explaining a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,101 半導体基板 2,102 フィールド酸化膜 3,103 拡散層 4 凹凸のある層間絶縁膜 5,5a,6,105,105a,106 配線層 7,18 層間絶縁膜 8,104 第1層間絶縁膜 9 シリコン層 10 酸化マスク材 11,11a 酸化膜凸部 12 残存シリコン層 13 エッチングストッパ層 14 コンタクトプラグ 15 溝配線用絶縁膜 16,17,17a 溝配線 19 開口部 20 配線溝 106 第2層間絶縁膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 Semiconductor substrate 2,102 Field oxide film 3,103 Diffusion layer 4 Interlayer insulating film with unevenness 5,5a, 6,105,105a, 106 Wiring layer 7,18 Interlayer insulating film 8,104 First interlayer insulating film Reference Signs List 9 silicon layer 10 oxidation mask material 11, 11a oxide film protrusion 12 residual silicon layer 13 etching stopper layer 14 contact plug 15 groove wiring insulating film 16, 17, 17a groove wiring 19 opening 20 wiring groove 106 second interlayer insulating film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M104 AA01 BB02 BB04 DD06 DD08 DD24 DD37 DD62 EE06 EE12 FF03 FF21 GG14 HH18 5F033 HH08 HH11 MM01 MM15 NN01 PP15 QQ11 QQ23 QQ37 QQ73 QQ77 RR04 RR08 SS11 SS15 SS20 SS25 SS27 TT00 TT01 XX25 XX27  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4M104 AA01 BB02 BB04 DD06 DD08 DD24 DD37 DD62 EE06 EE12 FF03 FF21 GG14 HH18 5F033 HH08 HH11 MM01 MM15 NN01 PP15 QQ11 QQ23 QQ37 QQ73 QQ77 RR04 RR08 SS11 SS25 SS11 SS25

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に層間絶縁膜を介して複数
の配線を配設する半導体装置の製造方法であって、前記
層間絶縁膜の所定の領域に絶縁膜凸部を形成し前記層間
絶縁膜に表面段差を設ける工程と、前記表面段差を有す
る層間絶縁膜を被覆するように金属膜を堆積させる工程
と、前記金属膜をパターニングし前記表面段差の上部と
なる前記絶縁膜凸部上に沿った第1の配線と前記表面段
差の下部に沿った第2の配線とを互いに隣接し前記半導
体基板に対し垂直方向に上下に引き離して形成する工程
と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: arranging a plurality of wirings on a semiconductor substrate via an interlayer insulating film, wherein an insulating film convex portion is formed in a predetermined region of the interlayer insulating film. A step of providing a surface step on the film, a step of depositing a metal film so as to cover the interlayer insulating film having the surface step, and a step of patterning the metal film to form an upper portion of the surface step on the insulating film convex portion. Forming a first wiring along the second wiring and a second wiring along the lower part of the surface step so as to be adjacent to each other and vertically separated in a vertical direction with respect to the semiconductor substrate. Manufacturing method.
【請求項2】 半導体素子を有する半導体基板上に層間
絶縁膜とシリコン層とを積層して形成し、前記シリコン
層上に設けた酸化マスク材を用いた前記シリコン層の選
択熱酸化で前記絶縁膜凸部を形成することを特徴とする
請求項1記載の半導体装置の製造方法。
2. An insulating film is formed by laminating an interlayer insulating film and a silicon layer on a semiconductor substrate having a semiconductor element, and the insulating layer is selectively thermally oxidized using an oxidation mask material provided on the silicon layer. 2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a film projection is formed.
【請求項3】 前記シリコン層がN型不純物を含んでい
ることを特徴とする請求項1または請求項2記載の半導
体装置の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the silicon layer contains an N-type impurity.
【請求項4】 前記金属膜がアルミ系の金属膜あるいは
高融点金属膜であることを特徴とする請求項1、請求項
2または請求項3記載の半導体装置の製造方法。
4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein said metal film is an aluminum-based metal film or a high melting point metal film.
【請求項5】 半導体基板上に層間絶縁膜を介して複数
の配線を配設する半導体装置の製造方法であって、前記
層間絶縁膜の所定の領域に絶縁膜凸部を形成し前記層間
絶縁膜に表面段差を設ける工程と、前記表面段差を有す
る層間絶縁膜上に配線溝用絶縁膜を形成し前記配線溝用
絶縁膜に配線溝を形成する工程と、前記配線溝に金属膜
を充填し前記表面段差の上部となる前記絶縁膜凸部上に
沿った第1の溝配線と前記表面段差の下部に沿った第2
の溝配線とを互いに隣接し前記半導体基板に対し垂直方
向に上下に引き離して形成する工程と、を含むことを特
徴とする半導体装置の製造方法。
5. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: arranging a plurality of wirings on a semiconductor substrate via an interlayer insulating film, wherein a convex portion of the insulating film is formed in a predetermined region of the interlayer insulating film. Providing a surface step on the film, forming a wiring groove insulating film on the interlayer insulating film having the surface step, forming a wiring groove in the wiring groove insulating film, and filling the wiring groove with a metal film A first trench wiring along the convex portion of the insulating film, which is located above the surface step, and a second trench wiring extending below the surface step.
Forming the trench wirings adjacent to each other and vertically apart from each other in the vertical direction with respect to the semiconductor substrate.
【請求項6】 前記絶縁膜凸部を有する層間絶縁膜と前
記配線溝用絶縁膜との間にエッチングストッパ層が形成
されることを特徴とする請求項5記載の半導体装置の製
造方法。
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein an etching stopper layer is formed between the interlayer insulating film having the insulating film protrusion and the insulating film for a wiring groove.
【請求項7】 前記金属膜が銅を含む金属で構成される
ことを特徴とする請求項5または請求項6記載の半導体
装置の製造方法。
7. The method according to claim 5, wherein the metal film is made of a metal containing copper.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101045473B1 (en) * 2002-05-09 2011-06-30 프리스케일 세미컨덕터, 인크. Multiple thickness semiconductor interconnect and method therefor

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