JP2002190523A - Semiconductor device and its fabricating method - Google Patents

Semiconductor device and its fabricating method

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JP2002190523A
JP2002190523A JP2001268280A JP2001268280A JP2002190523A JP 2002190523 A JP2002190523 A JP 2002190523A JP 2001268280 A JP2001268280 A JP 2001268280A JP 2001268280 A JP2001268280 A JP 2001268280A JP 2002190523 A JP2002190523 A JP 2002190523A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a fine pattern multilevel metallization, while making the top of an air gap lower than the upper surface of a plug and preventing formation of voids in the plug. SOLUTION: After a lower plug 105 has been embedded in a first interlayer insulation film 103 on a first conductive film 102, a resist pattern for forming a lower layer interconnection is formed on the first interlayer insulation film 103. The first conductive film 102 is then patterned, using the resist pattern and the lower plug 105 to form a lower layer interconnection 102A. Subsequently, a second interlayer insulation film 107 and a third interlayer insulation film 108 are deposited sequentially to form an air gap 109 in a space between interconnections of the lower layer interconnection 120A, followed by deposition of a fourth interlayer insulation film 110. Thereafter, an upper plug 113 for connection with the lower plug 105 is formed, at least in the fourth interlayer insulation film 110.

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、多層配線を有する
半導体装置及びその製造方法に関し、特に、配線間スペ
ースにエアギャップを有する下層配線を上層配線と接続
するためのプラグの構造及びその形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a multilayer wiring and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a structure of a plug for connecting a lower wiring having an air gap in a space between wirings to an upper wiring and a method of forming the plug. About.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化や高性能化
に伴って、半導体装置内部の配線の微細化及び多層化が
進んでいる。一方、配線の微細化及び多層化は配線間容
量を増大させ、それによって半導体素子の動作速度に悪
影響を及ぼす。このため、配線間容量を低減しつつ配線
を微細化又は多層化する方法が求められている。
2. Description of the Related Art In recent years, as semiconductor devices have become more highly integrated and higher in performance, wiring inside semiconductor devices has become finer and more multilayered. On the other hand, miniaturization and multilayering of wirings increase the capacitance between wirings, thereby adversely affecting the operation speed of the semiconductor device. Therefore, there is a demand for a method of miniaturizing or multi-layering wiring while reducing the capacitance between wirings.

【0003】配線間容量を低減するためには、層間絶縁
膜として比誘電率が小さい絶縁性材料を用いてもよい
が、配線間容量をより一層低減するためには、配線間ス
ペース(隣り合う一対の配線に挟まれた領域)にエアギ
ャップを形成してもよい。
In order to reduce the capacitance between wirings, an insulating material having a small relative dielectric constant may be used as an interlayer insulating film. However, in order to further reduce the capacitance between wirings, a space between wirings (adjacent to each other) is required. An air gap may be formed in a region between a pair of wirings).

【0004】以下、T. Uedaらの論文((1)A Novel Air
Gap Integration Scheme for Multi-level Interconnec
ts using Self-aligned Via Plugs:1998 Symposium on
VLSITechnology Digest of Technical Papers, P.46, 1
998.、(2)Integration of 3Level Air Gap Interconnec
t for Sub-quater Micron CMOS:1999 Symposium onVLSI
Technology Digest of Technical Papers, P.111, 199
9. など)に記載されている、従来の半導体装置の製造
方法、具体的には、エアギャップを有する多層配線の形
成方法について図面を参照しながら説明する。
A paper by T. Ueda et al. ((1) A Novel Air)
Gap Integration Scheme for Multi-level Interconnec
ts using Self-aligned Via Plugs: 1998 Symposium on
VLSI Technology Digest of Technical Papers, P.46, 1
998., (2) Integration of 3Level Air Gap Interconnec
t for Sub-quater Micron CMOS: 1999 Symposium onVLSI
Technology Digest of Technical Papers, P.111, 199
9.) and the like, specifically, a method of forming a multilayer wiring having an air gap will be described with reference to the drawings.

【0005】図8(a)〜(c)、図9(a)〜(c)
及び図10(a)〜(c)は、従来の半導体装置の製造
方法の各工程を示す断面図である。
FIGS. 8 (a) to 8 (c) and FIGS. 9 (a) to 9 (c)
10 (a) to 10 (c) are cross-sectional views showing respective steps of a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【0006】まず、図8(a)に示すように、シリコン
よりなる半導体基板10上に、酸化シリコンよりなる下
地絶縁膜11、アルミニウム合金よりなる膜厚600n
mの第1の導電膜12、及び酸化シリコンよりなる膜厚
1500nmの第1の層間絶縁膜13を順次堆積する。
その後、第1の層間絶縁膜13上に、プラグ形成領域に
開口部を有するマスクパターン14を形成する。
First, as shown in FIG. 8A, a base insulating film 11 made of silicon oxide and a film thickness 600 nm made of an aluminum alloy are formed on a semiconductor substrate 10 made of silicon.
m first conductive film 12 and a 1500 nm-thick first interlayer insulating film 13 made of silicon oxide are sequentially deposited.
After that, a mask pattern 14 having an opening in a plug formation region is formed on the first interlayer insulating film 13.

【0007】次に、マスクパターン14を用いて第1の
層間絶縁膜13に対してエッチングを行なって、図8
(b)に示すように、第1の導電膜12に達する口径4
00nm程度の接続孔15を形成した後、マスクパター
ン14を除去する。
Next, the first interlayer insulating film 13 is etched using the mask pattern 14 to obtain a structure shown in FIG.
As shown in (b), the aperture 4 reaching the first conductive film 12
After forming the connection hole 15 of about 00 nm, the mask pattern 14 is removed.

【0008】次に、蒸着法等を用いて、接続孔15を含
む第1の層間絶縁膜13の上に全面に亘ってタングステ
ンよりなる第2の導電膜を、接続孔15が完全に埋まる
ように堆積した後、CMP法を用いて接続孔15の外側
の第2の導電膜を研磨して除去することにより、図8
(c)に示すように、第1の導電膜12と接続するプラ
グ16を形成する。
Next, a second conductive film made of tungsten is formed over the entire surface of the first interlayer insulating film 13 including the connection hole 15 by using a vapor deposition method or the like so that the connection hole 15 is completely filled. 8 is removed by polishing the second conductive film outside the connection hole 15 using a CMP method.
As shown in (c), a plug 16 connected to the first conductive film 12 is formed.

【0009】次に、図9(a)に示すように、第1の層
間絶縁膜13に対して膜厚が300〜600nm程度に
なるようにエッチバックを行なって、プラグ16の上部
を第1の層間絶縁膜13の上面から突出させる。これに
より、後の工程で形成されるエアギャップ20(図10
(a)参照)の頂部の位置を制御することができる。
Next, as shown in FIG. 9A, the first interlayer insulating film 13 is etched back so as to have a film thickness of about 300 to 600 nm, and the upper part of the plug 16 is first etched. From the upper surface of the interlayer insulating film 13. As a result, the air gap 20 formed in a later step (FIG. 10)
(See (a)).

【0010】次に、図9(b)に示すように、第1の層
間絶縁膜13の上に、下層配線形成領域を覆うレジスト
パターン17を形成する。
Next, as shown in FIG. 9B, a resist pattern 17 is formed on the first interlayer insulating film 13 so as to cover the lower wiring formation region.

【0011】次に、図9(c)に示すように、レジスト
パターン17及びプラグ16をマスクとして第1の層間
絶縁膜13及び第1の導電膜12に対して順次エッチン
グを行なって、第1の導電膜12よりなり、プラグ16
と接続する下層配線12Aを形成する。
Next, as shown in FIG. 9C, the first interlayer insulating film 13 and the first conductive film 12 are sequentially etched by using the resist pattern 17 and the plug 16 as a mask, so that the first Plug 16
Is formed to be connected to the lower wiring 12A.

【0012】また、図9(c)に示す工程では、下層配
線12Aの形成後、レジストパターン17及びプラグ1
6をマスクとして下地絶縁膜11に対してエッチングを
行なって、下地絶縁膜11の表面部における下層配線1
2Aの配線間スペースの下側を300nm程度除去して
おく。
In the step shown in FIG. 9C, after forming the lower wiring 12A, the resist pattern 17 and the plug 1 are formed.
6 is used as a mask to etch the underlying insulating film 11 so that the lower wiring 1 on the surface of the underlying insulating film 11 is removed.
The lower side of the space between the wirings of 2A is removed by about 300 nm.

【0013】次に、レジストパターン17を除去した
後、図10(a)に示すように、半導体基板10の上に
全面に亘って、シランガス及び一酸化二窒素ガスを用い
たプラズマCVD法により、指向性が高くて被覆率が低
い酸化シリコンよりなる膜厚200〜500nm程度の
第2の層間絶縁膜18を堆積し、続いて、高密度プラズ
マCVD法により、埋め込み性能が良い酸化シリコンよ
りなる膜厚1000nm程度の第3の層間絶縁膜19を
堆積する。これにより、下層配線12Aの配線間スペー
スにエアギャップ20が形成される。
Next, after removing the resist pattern 17, as shown in FIG. 10A, the entire surface of the semiconductor substrate 10 is subjected to a plasma CVD method using a silane gas and a nitrous oxide gas by a plasma CVD method. A second interlayer insulating film 18 having a thickness of about 200 to 500 nm made of silicon oxide having a high directivity and a low coverage is deposited, and subsequently, a film made of silicon oxide having a good filling performance is formed by high-density plasma CVD. A third interlayer insulating film 19 having a thickness of about 1000 nm is deposited. Thereby, the air gap 20 is formed in the space between the lower wirings 12A.

【0014】次に、図10(b)に示すように、CMP
法を用いて、第2の層間絶縁膜18及び第3の層間絶縁
膜19に対してプラグ16が露出するまで研磨を行なう
ことにより、第2の層間絶縁膜18及び第3の層間絶縁
膜19のそれぞれの上面を、プラグ16の上面と面一に
なるように平坦化する。
Next, as shown in FIG.
The second interlayer insulating film 18 and the third interlayer insulating film 19 are polished by using a method until the plug 16 is exposed to the second interlayer insulating film 18 and the third interlayer insulating film 19. Are flattened so as to be flush with the upper surface of the plug 16.

【0015】次に、図10(c)に示すように、平坦化
された第2の層間絶縁膜18及び第3の層間絶縁膜19
の上に、プラグ16と接続するように上層配線21を形
成し、それによって2層配線構造を完成させる。
Next, as shown in FIG. 10C, the planarized second and third interlayer insulating films 18 and 19 are formed.
Is formed on the upper layer so as to be connected to the plug 16, thereby completing a two-layer wiring structure.

【0016】以上に説明したように、従来の半導体装置
の製造方法においては、下層配線12Aと上層配線21
とを電気的に接続するプラグ16を下層配線12Aより
も先に形成した後、プラグ16をマスクとして第1の導
電膜12をパターン化して下層配線12Aを形成する。
このため、プラグ16と下層配線12Aとの間の位置ず
れを防止でき、それによって多層配線の信頼性を向上さ
せることができる。
As described above, in the conventional method of manufacturing a semiconductor device, the lower wiring 12A and the upper wiring 21
Is formed prior to the lower wiring 12A, and the first conductive film 12 is patterned using the plug 16 as a mask to form the lower wiring 12A.
For this reason, it is possible to prevent the displacement between the plug 16 and the lower layer wiring 12A, thereby improving the reliability of the multilayer wiring.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体装置の製造方法においては、下層配線12Aの配
線間スペースに形成されるエアギャップ20の頂部の位
置を低くするために、図9(a)に示すように、第1の
層間絶縁膜13に対してエッチバックを行なって、プラ
グ16の上部を第1の層間絶縁膜13の上面から突出さ
せている。このため、図9(b)に示すように、レジス
トパターン17は凹凸を有する下地上に形成されること
になる。その結果、パターン露光の精度が低下してレジ
ストパターン17にパターンくずれが生じたり、或い
は、形成されたレジストパターン17が部分的に倒れた
りするので、レジストパターン17の微細化が困難にな
って下層配線12Aつまり多層配線の微細化が困難にな
る。
However, in the conventional method of manufacturing a semiconductor device, the position of the top of the air gap 20 formed in the inter-wiring space of the lower wiring 12A is reduced, as shown in FIG. As shown in (1), the first interlayer insulating film 13 is etched back so that the upper portion of the plug 16 protrudes from the upper surface of the first interlayer insulating film 13. Therefore, as shown in FIG. 9B, the resist pattern 17 is formed on a base having irregularities. As a result, the precision of the pattern exposure is reduced and the resist pattern 17 is deformed, or the formed resist pattern 17 is partially collapsed. It becomes difficult to miniaturize the wiring 12A, that is, the multilayer wiring.

【0018】一方、プラグ16の上部を第1の層間絶縁
膜13の上面から突出させなかった場合、エアギャップ
20の頂部がプラグ16の上面と同程度の高さまで達し
てしまう可能性がある。その場合、第2の層間絶縁膜1
8及び第3の層間絶縁膜19に対する研磨工程(図10
(b)参照)で、平坦化された第2の層間絶縁膜18又
は第3の層間絶縁膜19の上面においてエアギャップ2
0に開口部が形成され、該開口部に上層配線21となる
導電膜が入り込む。その結果、上層配線21に段切れ等
の形成不良が生じて、多層配線の信頼性が低下してしま
う。
On the other hand, if the upper part of the plug 16 is not protruded from the upper surface of the first interlayer insulating film 13, the top of the air gap 20 may reach the same height as the upper surface of the plug 16. In that case, the second interlayer insulating film 1
10 and the third interlayer insulating film 19 (FIG. 10)
(Refer to (b)), the air gap 2 is formed on the upper surface of the planarized second interlayer insulating film 18 or third interlayer insulating film 19.
0, an opening is formed, and a conductive film serving as the upper wiring 21 enters the opening. As a result, formation failure such as disconnection of the upper layer wiring 21 occurs, and the reliability of the multilayer wiring is reduced.

【0019】ところで、半導体装置の微細化に伴って、
下層配線と上層配線とを接続するプラグ同士が接近して
配置される場合が増えてきている。
By the way, with the miniaturization of semiconductor devices,
In many cases, plugs that connect a lower wiring and an upper wiring are arranged close to each other.

【0020】図11は、従来の半導体装置の製造方法を
用いて、下層配線と上層配線とを接続する一対のプラグ
を形成した場合に生じる問題点を説明する図である。
FIG. 11 is a view for explaining a problem that arises when a pair of plugs for connecting a lower wiring and an upper wiring are formed by using a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【0021】図11が、従来の半導体装置の製造方法の
一工程を示す図10(b)と異なっている点は、下層配
線12Aと上層配線21(図10(c)参照)とを接続
し、プラグ16と隣り合う隣接プラグ22が形成されて
いること、及び、プラグ16と隣接プラグ22との間の
スペース(以下、プラグ間スペースと称する)にもエア
ギャップ20が形成されていることである。このとき、
プラグ16と隣接プラグ22との間隔が狭くなるにつれ
て、プラグ間スペースのアスペクト比が高くなるので、
プラグ間スペースに第2の層間絶縁膜18又は第3の層
間絶縁膜19を埋め込むことが困難になって、プラグ間
スペースに形成されるエアギャップ20の頂部の位置が
高くなってしまう。このため、図11に示すように、第
2の層間絶縁膜18及び第3の層間絶縁膜19に対する
研磨工程で、平坦化された第2の層間絶縁膜18又は第
3の層間絶縁膜19の上面においてエアギャップ20に
開口部20aが形成され、該開口部20aに上層配線2
1となる導電膜が入り込む可能性が生じてくる。その場
合、上層配線21(図10(b)参照)に段切れ等の形
成不良が生じたり、下層配線12A同士がショートした
り、又はプラグ16と隣接プラグ22とがショートした
りするので、多層配線の信頼性が低下してしまう。
FIG. 11 is different from FIG. 10B showing one step of a conventional method of manufacturing a semiconductor device, in that the lower wiring 12A and the upper wiring 21 (see FIG. 10C) are connected. , The adjacent plug 22 adjacent to the plug 16 is formed, and the air gap 20 is also formed in a space between the plug 16 and the adjacent plug 22 (hereinafter, referred to as an inter-plug space). is there. At this time,
As the distance between the plug 16 and the adjacent plug 22 becomes smaller, the aspect ratio of the space between the plugs becomes higher.
It becomes difficult to embed the second interlayer insulating film 18 or the third interlayer insulating film 19 in the space between the plugs, and the position of the top of the air gap 20 formed in the space between the plugs becomes high. For this reason, as shown in FIG. 11, in the polishing step for the second interlayer insulating film 18 and the third interlayer insulating film 19, the planarized second interlayer insulating film 18 or the third interlayer insulating film 19 is formed. An opening 20a is formed in the air gap 20 on the upper surface, and the upper wiring 2 is formed in the opening 20a.
There is a possibility that the conductive film that becomes 1 may enter. In this case, the upper layer wiring 21 (see FIG. 10B) may have a formation defect such as a step break, the lower layer wirings 12A may be short-circuited, or the plug 16 and the adjacent plug 22 may be short-circuited. The reliability of the wiring is reduced.

【0022】また、従来の半導体装置の製造方法におい
ては、プラグ16をマスクとして第1の導電膜12等に
対してエッチングを行なったり(図9(c)参照)、或
いは、プラグ16が露出するまで第2の層間絶縁膜18
又は第3の層間絶縁膜19に対して研磨を行なう(図1
0(b)参照)ので、プラグ16の高さが製造工程中に
低くなっていく。このため、プラグ16の最終的な高さ
が所定値と等しくなるようにするためには、第1の層間
絶縁膜13に設けられた接続孔15にプラグ16を形成
した時点(図8(c)参照)でのプラグ16の高さにマ
ージンを持たせておく必要がある。すなわち、第1の層
間絶縁膜13に高アスペクト比の接続孔15を形成し
て、該接続孔15にプラグ16となる導電膜(以下、プ
ラグ形成用導電膜と称する)を埋め込む必要がある。
In the conventional method of manufacturing a semiconductor device, the first conductive film 12 and the like are etched using the plug 16 as a mask (see FIG. 9C), or the plug 16 is exposed. Up to the second interlayer insulating film 18
Alternatively, polishing is performed on the third interlayer insulating film 19 (FIG. 1).
0 (b)), the height of the plug 16 decreases during the manufacturing process. Therefore, in order to make the final height of the plug 16 equal to the predetermined value, the plug 16 is formed in the connection hole 15 provided in the first interlayer insulating film 13 (see FIG. 8C It is necessary to give a margin to the height of the plug 16 in (1)). That is, it is necessary to form a connection hole 15 having a high aspect ratio in the first interlayer insulating film 13 and embed a conductive film to be a plug 16 (hereinafter referred to as a plug-forming conductive film) in the connection hole 15.

【0023】ところが、接続孔15のアスペクト比が高
くなるに伴って、接続孔15にプラグ形成用導電膜を埋
め込むことが困難になる結果、図12(図8(c)と対
応)に示すように、接続孔15に形成されたプラグ16
の内部にボイド16aが残って、プラグ16の電気抵抗
が増大してしまうというプラグ形成不良が生じる可能性
がある。このプラグ形成不良は、多層配線の微細化に伴
うプラグ径の縮小によって発生しやすくなる傾向があ
る。
However, as the aspect ratio of the connection hole 15 increases, it becomes more difficult to embed the plug-forming conductive film in the connection hole 15, and as a result, as shown in FIG. 12 (corresponding to FIG. 8C). The plug 16 formed in the connection hole 15
There is a possibility that a void 16a remains inside the plug 16 and a plug formation defect such that the electrical resistance of the plug 16 increases. This plug formation defect tends to occur easily due to a decrease in plug diameter due to miniaturization of multilayer wiring.

【0024】さらに、第1の層間絶縁膜13に対するエ
ッチバック工程(図9(a)参照)、第1の導電膜12
等に対するエッチング工程(図9(c)参照)、第3の
層間絶縁膜19等に対する研磨工程(図10(b)参
照)等によって、プラグ16の上部はエッチングされた
り研磨されたりする。このため、図13(図10(b)
と対応)に示すように、プラグ16内部のボイド16a
に開口部が形成される可能性がある。ボイド16aに開
口部が形成された場合、該開口部に上層配線21となる
導電膜が入り込んで上層配線21に段切れ等の形成不良
が発生するという問題が生じる。或いは、第3の層間絶
縁膜19等に対する研磨工程で用いられる研磨用砥粒
が、ボイド16aつまりプラグ16の内部に流入して残
留し、それによってプラグ16のエレクトロマイグレー
ション耐性等が劣化するという問題、つまり多層配線の
信頼性が低下するという問題が生じる。
Further, an etch-back process for the first interlayer insulating film 13 (see FIG. 9A), the first conductive film 12
The upper portion of the plug 16 is etched or polished by an etching process (see FIG. 9C) for the same or the like and a polishing process (see FIG. 10B) for the third interlayer insulating film 19 and the like. Therefore, FIG. 13 (FIG. 10B)
As shown in FIG.
There is a possibility that an opening may be formed in the hole. When an opening is formed in the void 16a, a problem arises in that a conductive film serving as the upper wiring 21 enters the opening and a formation defect such as a step break occurs in the upper wiring 21. Alternatively, there is a problem that abrasive grains used in a polishing step for the third interlayer insulating film 19 and the like flow into the voids 16a, that is, the plugs 16 and remain therein, thereby deteriorating electromigration resistance of the plugs 16 and the like. In other words, there arises a problem that the reliability of the multilayer wiring is reduced.

【0025】前記に鑑み、本発明は、エアギャップの頂
部をプラグの上面よりも低くしつつ、多層配線を微細化
できるようにすると共に、プラグ内部にボイドが形成さ
れることを防止できるようにすることを目的とする。
In view of the above, the present invention is intended to reduce the top of the air gap below the upper surface of the plug, to make the multilayer wiring finer, and to prevent the formation of voids inside the plug. The purpose is to do.

【0026】[0026]

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
の製造方法は、半導体基板の上に第1の導電膜を堆積す
る工程と、第1の導電膜の上に下部層間絶縁膜を形成し
た後、該下部層間絶縁膜に対して選択的にエッチングを
行なって、第1の導電膜に達する第1の開口部を形成す
る工程と、第1の開口部に第2の導電膜を埋め込むこと
により、第1の導電膜と接続する下部プラグを形成する
工程と、下部層間絶縁膜の上にマスクパターンを形成し
た後、マスクパターン及び下部プラグをマスクとして下
部層間絶縁膜及び第1の導電膜に対して順次エッチング
を行なって、第1の導電膜よりなり、下部プラグと接続
する下層配線を形成する工程と、半導体基板の上に上部
層間絶縁膜を、下層配線の配線間スペースにエアギャッ
プが形成されるように形成する工程と、上部層間絶縁膜
に対して選択的にエッチングを行なって、下部プラグに
達する第2の開口部を形成する工程と、第2の開口部に
第3の導電膜を埋め込むことにより、下部プラグと接続
する上部プラグを形成する工程と、上部層間絶縁膜の上
に上部プラグと接続するように上層配線を形成する工程
とを備えている。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises the steps of: depositing a first conductive film on a semiconductor substrate; and forming a lower interlayer insulating film on the first conductive film. After that, a step of forming a first opening reaching the first conductive film by selectively etching the lower interlayer insulating film, and embedding a second conductive film in the first opening. Accordingly, a step of forming a lower plug connected to the first conductive film, and forming a mask pattern on the lower interlayer insulating film, and then using the mask pattern and the lower plug as a mask, form the lower interlayer insulating film and the first conductive film. A step of sequentially etching the film to form a lower wiring formed of the first conductive film and connected to the lower plug; and forming an upper interlayer insulating film on the semiconductor substrate and forming air in a space between the lower wirings. A gap is formed Forming a second opening that reaches the lower plug by selectively etching the upper interlayer insulating film; and embedding a third conductive film in the second opening. Forming an upper plug connected to the lower plug, and forming an upper wiring on the upper interlayer insulating film so as to be connected to the upper plug.

【0027】本発明の半導体装置の製造方法によると、
半導体基板上の第1の導電膜上に形成された下部層間絶
縁膜に下部プラグを埋め込んだ後、下部層間絶縁膜上に
形成されたマスクパターンと下部プラグとを用いて第1
の導電膜をパターン化して下層配線を形成する。その
後、下層配線の配線間スペースにエアギャップが形成さ
れるように上部層間絶縁膜を形成した後、上部層間絶縁
膜に下部プラグと接続する上部プラグを形成する。この
ため、エアギャップの頂部を上部層間絶縁膜の上面つま
り上部プラグの上面よりも低くすることができるので、
エアギャップの頂部の位置を制御するために、下部プラ
グが埋め込まれた下部層間絶縁膜に対してエッチバック
を行なって下部プラグを突出させる必要がない。従っ
て、凹凸のない下部層間絶縁膜上に下層配線形成用のマ
スクパターンを形成できるため、該マスクパターンを微
細化でき、それによって下層配線つまり多層配線を微細
化することができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention,
After embedding a lower plug in a lower interlayer insulating film formed on a first conductive film on a semiconductor substrate, a first plug is formed using a mask pattern and a lower plug formed on the lower interlayer insulating film.
Is patterned to form a lower wiring. Thereafter, an upper interlayer insulating film is formed so as to form an air gap in a space between the lower wires, and then an upper plug connected to the lower plug is formed in the upper interlayer insulating film. Therefore, the top of the air gap can be lower than the upper surface of the upper interlayer insulating film, that is, the upper surface of the upper plug.
In order to control the position of the top of the air gap, it is not necessary to etch back the lower interlayer insulating film in which the lower plug is embedded so that the lower plug protrudes. Therefore, a mask pattern for forming the lower wiring can be formed on the lower interlayer insulating film having no unevenness, so that the mask pattern can be miniaturized, whereby the lower wiring, that is, the multilayer wiring can be miniaturized.

【0028】また、本発明の半導体装置の製造方法によ
ると、下層配線と上層配線とを接続するプラグ同士を接
近して配置する場合にも、各プラグを構成する上部プラ
グが上部層間絶縁膜に埋め込まれるため、各プラグを構
成する上部プラグ同士の間の領域にまでエアギャップが
形成されることがない。従って、エアギャップの頂部を
各上部プラグの上面よりも低くすることができるため、
上部層間絶縁膜の上面においてエアギャップに開口部が
形成されることがないので、上層配線の形成不良等を防
止することができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, even when the plugs for connecting the lower wiring and the upper wiring are arranged close to each other, the upper plug constituting each plug is formed on the upper interlayer insulating film. Since the plugs are embedded, an air gap is not formed even in a region between upper plugs constituting each plug. Therefore, since the top of the air gap can be lower than the upper surface of each upper plug,
Since an opening is not formed in the air gap on the upper surface of the upper interlayer insulating film, it is possible to prevent defective formation of the upper layer wiring and the like.

【0029】さらに、本発明の半導体装置の製造方法に
よると、下層配線と上層配線とを接続するプラグを、下
部プラグと上部プラグとに分けて、それぞれ異なる開口
部つまり接続孔に導電膜を埋め込むことにより形成す
る。このため、各接続孔のアスペクト比を低くすること
ができるので、各接続孔に導電膜を十分に埋め込むこと
ができ、それによって下部プラグ及び上部プラグのそれ
ぞれの内部にボイドが形成されることを防止できる。従
って、下部プラグ及び上部プラグにより構成されるプラ
グにおける電気抵抗の増大を防止しつつ、十分な高さを
有するプラグを容易に実現することができる。また、製
造工程の途中で、プラグの表面部がエッチングされたり
研磨されたりした場合にも、プラグ内部のボイドに開口
部が形成されることがないので、上層配線に段切れ等の
形成不良が生じたり、又はプラグ内部に研磨用砥粒が入
り込んでプラグのエレクトロマイグレーション耐性が劣
化したりすることを防止できる。
Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the plug for connecting the lower wiring and the upper wiring is divided into the lower plug and the upper plug, and the conductive film is embedded in different openings, ie, the connection holes. It forms by doing. For this reason, since the aspect ratio of each connection hole can be reduced, a conductive film can be sufficiently buried in each connection hole, thereby preventing voids from being formed inside each of the lower plug and the upper plug. Can be prevented. Therefore, it is possible to easily realize a plug having a sufficient height while preventing an increase in electric resistance of the plug constituted by the lower plug and the upper plug. Also, even if the surface of the plug is etched or polished during the manufacturing process, an opening is not formed in the void inside the plug, so that formation defects such as disconnection in the upper layer wiring are prevented. It is possible to prevent the generation of polishing plugs or the intrusion of polishing abrasive grains into the plug to degrade the electromigration resistance of the plug.

【0030】本発明の半導体装置の製造方法において、
下部プラグを形成する工程は、下部層間絶縁膜の上面を
下部プラグの上面と面一になるように平坦化する工程を
含むことが好ましい。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention,
The step of forming the lower plug preferably includes a step of flattening the upper surface of the lower interlayer insulating film so as to be flush with the upper surface of the lower plug.

【0031】このようにすると、下層配線形成用のマス
クパターンの下地となる下部層間絶縁膜がより平坦化さ
れるので、該マスクパターンをより微細化でき、それに
よって下層配線つまり多層配線をより微細化することが
できる。
By doing so, the lower interlayer insulating film, which is the base of the mask pattern for forming the lower wiring, is further flattened, so that the mask pattern can be made finer. Can be

【0032】本発明の半導体装置の製造方法において、
下部プラグの上面の面積は、上部プラグの下面の面積よ
りも大きいことが好ましい。
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention,
The area of the upper surface of the lower plug is preferably larger than the area of the lower surface of the upper plug.

【0033】このようにすると、第2の開口部つまり上
部プラグ用の接続孔を形成するためのマスクパターンの
形成時に位置合わせずれが発生した場合にも、下部プラ
グと上部プラグとの間の接続面積が十分に確保されるの
で、プラグ全体としての電気抵抗が増大することがな
い。また、前記のマスクパターンの形成時に位置合わせ
ずれが発生した場合において、該マスクパターンを用い
てオーバーエッチングを行なったとしても、下部プラグ
の上面がエッチングストッパーとして作用するので、上
部プラグ用の接続孔がエアギャップに達することを防止
できる。
In this way, even when misalignment occurs during the formation of the mask pattern for forming the second opening, that is, the connection hole for the upper plug, the connection between the lower plug and the upper plug can be made. Since the area is sufficiently secured, the electric resistance of the plug as a whole does not increase. Also, in the case where misalignment occurs during the formation of the mask pattern, even if over-etching is performed using the mask pattern, the upper surface of the lower plug acts as an etching stopper. Can be prevented from reaching the air gap.

【0034】本発明の半導体装置の製造方法において、
上部層間絶縁膜は、エアギャップが形成されるように堆
積された第1の絶縁膜と、該第1の絶縁膜の上に堆積さ
れた第2の絶縁膜とを有していることが好ましい。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention,
The upper interlayer insulating film preferably has a first insulating film deposited so as to form an air gap, and a second insulating film deposited on the first insulating film. .

【0035】このようにすると、第1の絶縁膜として指
向性が高く且つ被覆率が低い絶縁膜を用いると共に第2
の絶縁膜として埋め込み性能のよい絶縁膜を用いること
によって、幅が狭い配線間スペースにおいてはエアギャ
ップを大きくして配線間容量を低減できる。また、幅が
広い配線間スペースに頂部位置の高いエアギャップが形
成されることがないので、後の層間絶縁膜に対する研磨
工程等でエアギャップに開口部が形成される事態を回避
でき、それにより多層配線の信頼性の低下を防止でき
る。
Thus, an insulating film having high directivity and a low coverage is used as the first insulating film, and the second insulating film is used.
By using an insulating film having good burying performance as the insulating film, an air gap can be increased in a space between wirings having a small width to reduce the capacitance between wirings. Further, since a high air gap at the top portion is not formed in the space between the wide wirings, it is possible to avoid a situation in which an opening is formed in the air gap in a polishing process or the like for a later interlayer insulating film. It is possible to prevent a decrease in the reliability of the multilayer wiring.

【0036】具体的には、第1の絶縁膜を例えばプラズ
マCVD法により形成すると共に第2の絶縁膜を例えば
高密度プラズマCVD法により形成することが好まし
い。
More specifically, it is preferable that the first insulating film is formed by, for example, a plasma CVD method and the second insulating film is formed by, for example, a high-density plasma CVD method.

【0037】また、上部層間絶縁膜が、第2の絶縁膜の
上に堆積されており且つ表面が平坦化されている第3の
絶縁膜をさらに有していると、上層配線の形成を容易に
行なえる。このとき、上部プラグの大部分が第3の絶縁
膜によって覆われていてもよい。
Further, when the upper interlayer insulating film further has a third insulating film deposited on the second insulating film and having a flattened surface, the formation of the upper wiring can be facilitated. Can be done. At this time, most of the upper plug may be covered with the third insulating film.

【0038】さらに、第2の絶縁膜の形成後に、第2の
絶縁膜に対して下部プラグ又は第1の絶縁膜が露出する
まで研磨を行なうことによって第2の絶縁膜の表面を平
坦化しておくと、後の絶縁膜又は導電膜の堆積工程を容
易に行なえる。
Further, after the formation of the second insulating film, the surface of the second insulating film is planarized by polishing the second insulating film until the lower plug or the first insulating film is exposed. By doing so, the subsequent step of depositing the insulating film or the conductive film can be easily performed.

【0039】本発明に係る半導体装置は、半導体基板上
に形成され、配線間スペースにエアギャップを有する下
層配線と、下層配線の上に層間絶縁膜を介して形成され
た上層配線と、下層配線と上層配線とを接続するプラグ
とを備え、プラグは、下層配線の上に形成された下部プ
ラグと、下部プラグの上に上層配線と接続するように形
成された上部プラグとを有する。
A semiconductor device according to the present invention includes a lower wiring formed on a semiconductor substrate and having an air gap in a space between wirings; an upper wiring formed on the lower wiring via an interlayer insulating film; And a plug for connecting to the upper wiring. The plug has a lower plug formed on the lower wiring, and an upper plug formed on the lower plug so as to be connected to the upper wiring.

【0040】本発明の半導体装置によると、本発明の半
導体装置の製造方法により形成されるので、下層配線の
配線間スペースに形成されるエアギャップの頂部を上部
プラグの上面よりも低くしつつ、多層配線を微細化でき
ると共に、下部プラグ及び上部プラグのそれぞれの内部
にボイドが形成されることを防止できる。
According to the semiconductor device of the present invention, since the semiconductor device is formed by the method of manufacturing the semiconductor device of the present invention, the top of the air gap formed in the space between the lower wirings is made lower than the upper surface of the upper plug. The multilayer wiring can be miniaturized, and the formation of voids inside each of the lower plug and the upper plug can be prevented.

【0041】本発明の半導体装置において、下部プラグ
の上面の面積は、上部プラグの下面の面積よりも大きい
ことが好ましい。
In the semiconductor device of the present invention, the area of the upper surface of the lower plug is preferably larger than the area of the lower surface of the upper plug.

【0042】このようにすると、上部プラグ用の接続孔
を形成するためのマスクパターンの形成時に位置合わせ
ずれが発生した場合にも、下部プラグと上部プラグとの
間の接続面積が十分に確保されるので、プラグ全体とし
ての電気抵抗が増大することがない。また、前記のマス
クパターンの形成時に位置合わせずれが発生した場合に
おいて、該マスクパターンを用いてオーバーエッチング
を行なったとしても、下部プラグの上面がエッチングス
トッパーとして作用するので、上部プラグ用の接続孔が
エアギャップに達することを防止できる。
In this way, even when misalignment occurs during the formation of the mask pattern for forming the connection hole for the upper plug, a sufficient connection area between the lower plug and the upper plug is ensured. Therefore, the electric resistance of the plug as a whole does not increase. Also, in the case where misalignment occurs during the formation of the mask pattern, even if over-etching is performed using the mask pattern, the upper surface of the lower plug acts as an etching stopper. Can be prevented from reaching the air gap.

【0043】本発明の半導体装置において、下層配線と
上層配線とを接続し、プラグと隣り合う隣接プラグをさ
らに備え、隣接プラグは、下層配線の上に下部プラグと
隣り合うように形成された隣接下部プラグと、隣接下部
プラグの上に上部プラグと隣り合うように形成された隣
接上部プラグとを有することが好ましい。
In the semiconductor device according to the present invention, the lower wiring and the upper wiring are connected to each other, further comprising an adjacent plug adjacent to the plug, wherein the adjacent plug is formed on the lower wiring so as to be adjacent to the lower plug. It is preferable to have a lower plug and an adjacent upper plug formed on the adjacent lower plug so as to be adjacent to the upper plug.

【0044】このようにすると、下部プラグ及び上部プ
ラグよりなるプラグと、隣接下部プラグ及び隣接上部プ
ラグよりなる隣接プラグとが接近して配置されていて
も、上部プラグと隣接上部プラグとの間の領域にまでエ
アギャップが形成されることがないので、エアギャップ
の頂部を上部プラグ又は隣接上部プラグの上面よりも低
くすることができる。
With this arrangement, even if the plug composed of the lower plug and the upper plug and the adjacent plug composed of the adjacent lower plug and the adjacent upper plug are arranged close to each other, the gap between the upper plug and the adjacent upper plug is reduced. Since the air gap is not formed in the region, the top of the air gap can be lower than the upper surface of the upper plug or the adjacent upper plug.

【0045】本発明の半導体装置において、層間絶縁膜
は、下層配線の上面を覆うように堆積された下部層間絶
縁膜と、該下部層間絶縁膜の上に堆積された上部層間絶
縁膜とからなり、上部層間絶縁膜は、エアギャップが形
成されるように堆積された第1の絶縁膜と、該第1の絶
縁膜の上に堆積された第2の絶縁膜とを有していること
が好ましい。
In the semiconductor device of the present invention, the interlayer insulating film comprises a lower interlayer insulating film deposited so as to cover the upper surface of the lower wiring, and an upper interlayer insulating film deposited on the lower interlayer insulating film. The upper interlayer insulating film may include a first insulating film deposited so as to form an air gap, and a second insulating film deposited on the first insulating film. preferable.

【0046】このようにすると、第1の絶縁膜として指
向性が高く且つ被覆率が低い絶縁膜を用いると共に第2
の絶縁膜として埋め込み性能のよい絶縁膜を用いること
によって、幅が狭い配線間スペースにおいてはエアギャ
ップを大きくして配線間容量を低減できる。また、幅が
広い配線間スペースに頂部位置の高いエアギャップが形
成されることがないので、後の層間絶縁膜に対する研磨
工程等でエアギャップに開口部が形成される事態を回避
でき、それにより多層配線の信頼性の低下を防止でき
る。
Thus, an insulating film having high directivity and a low coverage is used as the first insulating film, and the second insulating film is used.
By using an insulating film having good burying performance as the insulating film, an air gap can be increased in a space between wirings having a small width to reduce the capacitance between wirings. Further, since a high air gap at the top portion is not formed in the space between the wide wirings, it is possible to avoid a situation in which an opening is formed in the air gap in a polishing process or the like for a later interlayer insulating film. It is possible to prevent a decrease in the reliability of the multilayer wiring.

【0047】また、上部層間絶縁膜が、第2の絶縁膜の
上に堆積されており且つ表面が平坦化されている第3の
絶縁膜をさらに有していると、上層配線の形成を容易に
行なえる。このとき、上部プラグの大部分が第3の絶縁
膜によって覆われていてもよい。
Further, when the upper interlayer insulating film further has a third insulating film deposited on the second insulating film and having a flattened surface, it is easy to form the upper layer wiring. Can be done. At this time, most of the upper plug may be covered with the third insulating film.

【0048】[0048]

【発明の実施の形態】(第1の実施形態)以下、本発明
の第1の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法に
ついて、図面を参照しながら説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First Embodiment A semiconductor device according to a first embodiment of the present invention and a method for manufacturing the same will be described below with reference to the drawings.

【0049】図1(a)〜(d)、図2(a)〜(c)
及び図3(a)〜(c)は、第1の実施形態に係る半導
体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
FIGS. 1 (a) to 1 (d) and FIGS. 2 (a) to 2 (c)
FIGS. 3A to 3C are cross-sectional views illustrating each step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment.

【0050】まず、図1(a)に示すように、例えばシ
リコンよりなる半導体基板100上に、例えば酸化シリ
コンよりなる下地絶縁膜101、及び例えばアルミニウ
ム合金よりなる膜厚600nm程度の第1の導電膜10
2を順次堆積する。その後、第1の導電膜102の上
に、例えば酸化シリコンよりなる膜厚300〜600n
m程度の第1の層間絶縁膜103(「特許請求の範囲」
の「下部層間絶縁膜」)を堆積した後、第1の層間絶縁
膜103上に、下部プラグ形成領域に開口部を有するマ
スクパターン(図示省略)を形成し、その後、該マスク
パターンを用いて第1の層間絶縁膜103に対してエッ
チングを行なって、第1の導電膜102に達する口径4
00nm程度の第1の接続孔104を形成する。
First, as shown in FIG. 1A, a base insulating film 101 made of, for example, silicon oxide and a first conductive film made of, for example, an aluminum alloy having a thickness of about 600 nm are formed on a semiconductor substrate 100 made of, for example, silicon. Membrane 10
2 are sequentially deposited. After that, a film thickness of 300 to 600 n made of, for example, silicon oxide is formed on the first conductive film 102.
m of the first interlayer insulating film 103 ("Claims"
After that, a mask pattern (not shown) having an opening in a lower plug formation region is formed on the first interlayer insulating film 103, and then the mask pattern is used. Etching is performed on the first interlayer insulating film 103, and the aperture 4 reaching the first conductive film 102 is obtained.
A first connection hole 104 of about 00 nm is formed.

【0051】次に、例えば蒸着法等を用いて、第1の接
続孔104を含む第1の層間絶縁膜103の上に全面に
亘って例えばタングステンよりなる第2の導電膜を、第
1の接続孔104が完全に埋まるように堆積した後、C
MP法を用いて第1の接続孔104の外側の第2の導電
膜を研磨して除去することにより、図1(b)に示すよ
うに、第1の導電膜102と接続する下部プラグ105
を形成する。このとき、第1の接続孔104のアスペク
ト比(例えば1〜1.5程度)は比較的小さいため、第
1の接続孔104を第2の導電膜によって完全に埋め込
むことができるので、下部プラグ105の内部にボイド
が形成されることはない。また、このとき、第1の層間
絶縁膜103の上面を、下部プラグ105の上面と面一
になるように平坦化しておく。
Next, a second conductive film made of, for example, tungsten is formed on the entire surface of the first interlayer insulating film 103 including the first connection hole 104 by, for example, an evaporation method. After the connection hole 104 is deposited so as to be completely filled, C
By polishing and removing the second conductive film outside the first connection hole 104 using the MP method, as shown in FIG. 1B, the lower plug 105 connected to the first conductive film 102 is removed.
To form At this time, since the aspect ratio (for example, about 1 to 1.5) of the first connection hole 104 is relatively small, the first connection hole 104 can be completely buried with the second conductive film. No void is formed inside 105. At this time, the upper surface of the first interlayer insulating film 103 is flattened so as to be flush with the upper surface of the lower plug 105.

【0052】次に、図1(c)に示すように、第1の層
間絶縁膜103の上に、下層配線形成領域を覆うレジス
トパターン106を形成する。このとき、レジストパタ
ーン106は凹凸のない下地(第1の層間絶縁膜10
3)上に形成されるので、レジストパターン106を微
細化することができる。
Next, as shown in FIG. 1C, a resist pattern 106 covering the lower wiring formation region is formed on the first interlayer insulating film 103. At this time, the resist pattern 106 is formed on a base having no unevenness (the first interlayer insulating film 10).
3) Since the resist pattern 106 is formed thereon, the resist pattern 106 can be miniaturized.

【0053】次に、図1(d)に示すように、レジスト
パターン106及び下部プラグ105をマスクとして第
1の層間絶縁膜103及び第1の導電膜102に対して
順次エッチングを行なって、第1の導電膜102よりな
り、下部プラグ105と接続する下層配線102Aを形
成する。
Next, as shown in FIG. 1D, the first interlayer insulating film 103 and the first conductive film 102 are sequentially etched using the resist pattern 106 and the lower plug 105 as a mask. One lower conductive layer 102A made of one conductive film 102 and connected to the lower plug 105 is formed.

【0054】また、図1(d)に示す工程では、下層配
線102Aの形成後、レジストパターン106及び下部
プラグ105をマスクとして下地絶縁膜101に対して
エッチングを行なって、下地絶縁膜101の表面部にお
ける下層配線102Aの配線間スペースの下側を例えば
300nm程度除去しておく。これにより、後の工程で
形成されるエアギャップ109(図2(a)参照)がよ
り下方の位置まで形成され、それによってエアギャップ
109を下層配線102Aの側面全体と対向するように
形成できるので、下層配線102Aの配線間容量がより
一層低減する。
In the step shown in FIG. 1D, after forming the lower wiring 102A, the underlying insulating film 101 is etched using the resist pattern 106 and the lower plug 105 as a mask, and the surface of the underlying insulating film 101 is formed. For example, the lower side of the inter-wiring space of the lower wiring 102A in the portion is removed by about 300 nm. Thus, an air gap 109 (see FIG. 2A) formed in a later step is formed to a lower position, whereby the air gap 109 can be formed so as to face the entire side surface of the lower wiring 102A. In addition, the inter-wiring capacitance of the lower wiring 102A is further reduced.

【0055】次に、レジストパターン106を除去した
後、図2(a)に示すように、半導体基板100の上に
全面に亘って、例えばシランガス及び一酸化二窒素ガス
を用いたプラズマCVD法により、例えば酸化シリコン
よりなる膜厚200〜500nm程度の第2の層間絶縁
膜107(「特許請求の範囲」の「上部層間絶縁膜」の
うちの「第1の絶縁膜」)を堆積する。続いて、第2の
層間絶縁膜107の形成に用いたプラズマCVD法と比
べてより高密度のプラズマを利用したプラズマCVD
法、例えば高密度プラズマCVD法により、例えば酸化
シリコンよりなる膜厚1000nm程度の第3の層間絶
縁膜108(「特許請求の範囲」の「上部層間絶縁膜」
のうちの「第2の絶縁膜」)を堆積する。これにより、
下層配線102Aの配線間スペースにエアギャップ10
9が形成される。
Next, after the resist pattern 106 is removed, as shown in FIG. 2A, over the entire surface of the semiconductor substrate 100, for example, by a plasma CVD method using a silane gas and a nitrous oxide gas. For example, a second interlayer insulating film 107 made of, for example, silicon oxide and having a film thickness of about 200 to 500 nm (the “first insulating film” of the “upper interlayer insulating film” in the claims) is deposited. Subsequently, plasma CVD using higher-density plasma than the plasma CVD method used to form the second interlayer insulating film 107
The third interlayer insulating film 108 made of, for example, silicon oxide and having a thickness of about 1000 nm (“upper interlayer insulating film” in the claims)
Of the "second insulating film"). This allows
An air gap 10 is provided in the space between the lower wirings 102A.
9 is formed.

【0056】ここで、第2の層間絶縁膜107は指向性
が高くて被覆率が低い一方、第3の層間絶縁膜108は
埋め込み性能が良いので、図2(a)に示すように、下
層配線102Aの配線間スペースのうち幅が狭い配線間
スペースに形成されるエアギャップ109を大きくして
配線間容量を低減できる。また、下層配線102Aの配
線間スペースのうち幅が広い配線間スペースにおいて、
頂部位置の高いエアギャップ109が形成されることが
ないので、後の層間絶縁膜に対する研磨工程(図2
(b)参照)等でエアギャップ109に開口部が形成さ
れる事態を回避でき、それにより多層配線の信頼性の低
下を防止できる。
Here, the second interlayer insulating film 107 has a high directivity and a low coverage, while the third interlayer insulating film 108 has a good burying performance. Therefore, as shown in FIG. The inter-wiring capacitance can be reduced by increasing the air gap 109 formed in the narrow inter-wiring space of the interwiring space of the wiring 102A. Further, in the space between the wide wirings in the space between the wirings of the lower wiring 102A,
Since a high air gap 109 at the top is not formed, a polishing step for the interlayer insulating film to be performed later (FIG.
(Refer to (b)) and the like, the situation where an opening is formed in the air gap 109 can be avoided, thereby preventing a decrease in the reliability of the multilayer wiring.

【0057】次に、図2(b)に示すように、CMP法
を用いて、第2の層間絶縁膜107及び第3の層間絶縁
膜108に対して研磨を行なうことにより、第2の層間
絶縁膜107及び第3の層間絶縁膜108のそれぞれの
上面を平坦化する。このとき、第3の層間絶縁膜108
に対して第2の層間絶縁膜107が露出するまで研磨を
行なうことにより、第3の層間絶縁膜108の上面を第
2の層間絶縁膜107の上面と面一になるように平坦化
してもよい。また、第2の層間絶縁膜107及び第3の
層間絶縁膜108に対して下部プラグ105が露出する
まで研磨を行なうことにより、第2の層間絶縁膜107
及び第3の層間絶縁膜108のそれぞれの上面を、下部
プラグ105の上面と面一になるように平坦化してもよ
い。
Next, as shown in FIG. 2B, the second interlayer insulating film 107 and the third interlayer insulating film 108 are polished by using the CMP method so that the second interlayer insulating film 107 is polished. The upper surfaces of the insulating film 107 and the third interlayer insulating film 108 are flattened. At this time, the third interlayer insulating film 108
Is performed until the second interlayer insulating film 107 is exposed, so that the upper surface of the third interlayer insulating film 108 is flattened so as to be flush with the upper surface of the second interlayer insulating film 107. Good. Further, the second interlayer insulating film 107 and the third interlayer insulating film 108 are polished until the lower plug 105 is exposed, so that the second interlayer insulating film 107 is polished.
The upper surface of each of the third interlayer insulating film 108 and the upper surface of the lower plug 105 may be flattened.

【0058】次に、図2(c)に示すように、平坦化さ
れた第2の層間絶縁膜107及び第3の層間絶縁膜10
8の上に全面に亘って、例えば酸化シリコンよりなる膜
厚400〜800nm程度の第4の層間絶縁膜110
(「特許請求の範囲」の「上部層間絶縁膜」のうちの
「第3の絶縁膜」)を堆積する。その後、第4の層間絶
縁膜110の表面を平坦化した後、平坦化された第4の
層間絶縁膜110の上に、上部プラグ形成領域に開口部
を有するマスクパターン111を形成する。
Next, as shown in FIG. 2C, the planarized second interlayer insulating film 107 and third interlayer insulating film 10
A fourth interlayer insulating film 110 made of, for example, silicon oxide and having a thickness of about 400 to 800 nm
(“Third insulating film” of “upper interlayer insulating film” in the claims) is deposited. After planarizing the surface of the fourth interlayer insulating film 110, a mask pattern 111 having an opening in an upper plug formation region is formed on the flattened fourth interlayer insulating film 110.

【0059】次に、マスクパターン111を用いて少な
くとも第4の層間絶縁膜110に対してエッチングを行
なって、図3(a)に示すように、下部プラグ105に
達する口径400nm程度の第2の接続孔112を形成
する。
Next, at least the fourth interlayer insulating film 110 is etched using the mask pattern 111, and as shown in FIG. A connection hole 112 is formed.

【0060】次に、例えば蒸着法等を用いて、第2の接
続孔112を含む第4の層間絶縁膜110の上に全面に
亘って例えばタングステンよりなる第3の導電膜を、第
2の接続孔112が完全に埋まるように堆積した後、C
MP法を用いて第2の接続孔112の外側の第3の導電
膜を研磨して除去することにより、図3(b)に示すよ
うに、下部プラグ105と接続する上部プラグ113を
形成する。このとき、第2の接続孔112のアスペクト
比(例えば1〜2程度)は比較的小さいため、第2の接
続孔112を第2の導電膜によって完全に埋め込むこと
ができるので、上部プラグ113の内部にボイドが形成
されることはない。また、このとき、下部プラグ105
と上部プラグ113とは直接接続されることによって、
互いに電気的に接続される。
Next, a third conductive film made of, for example, tungsten is formed on the entire surface of the fourth interlayer insulating film 110 including the second connection hole 112 by, for example, an evaporation method. After the contact hole 112 is deposited so as to be completely filled, C
By polishing and removing the third conductive film outside the second connection hole 112 using the MP method, an upper plug 113 connected to the lower plug 105 is formed as shown in FIG. . At this time, since the aspect ratio (for example, about 1 to 2) of the second connection hole 112 is relatively small, the second connection hole 112 can be completely buried with the second conductive film. No voids are formed inside. At this time, the lower plug 105
And the upper plug 113 are directly connected,
They are electrically connected to each other.

【0061】次に、図3(c)に示すように、第4の層
間絶縁膜110の上に、上部プラグ113と接続するよ
うに上層配線114を形成し、それによって2層配線構
造を完成させる。
Next, as shown in FIG. 3C, an upper wiring 114 is formed on the fourth interlayer insulating film 110 so as to be connected to the upper plug 113, thereby completing a two-layer wiring structure. Let it.

【0062】以上に説明したように、第1の実施形態に
よると、半導体基板100上の第1の導電膜102上に
形成された第1の層間絶縁膜103に下部プラグ105
を埋め込んだ後、第1の層間絶縁膜103上に形成され
たレジストパターン106と下部プラグ105とを用い
て第1の導電膜102をパターン化して下層配線102
Aを形成する。その後、下層配線102Aの配線間スペ
ースにエアギャップ109が形成されるように、第2の
層間絶縁膜107及び第3の層間絶縁膜108を順次堆
積した後、さらに第4の層間絶縁膜110を堆積し、そ
の後、少なくとも第4の層間絶縁膜110に下部プラグ
105と接続する上部プラグ113を形成する。このた
め、エアギャップ109の頂部を第4の層間絶縁膜11
0の上面つまり上部プラグ113の上面よりも低くする
ことができるので、エアギャップ109の頂部の位置を
制御するために、下部プラグ105が埋め込まれた第1
の層間絶縁膜103に対してエッチバックを行なって下
部プラグ105を突出させる必要がない。従って、凹凸
のない第1の層間絶縁膜103上に下層配線形成用のレ
ジストパターン106を形成できるため(図1(c)参
照)、レジストパターン106を微細化でき、それによ
って下層配線102Aつまり多層配線を微細化すること
ができる。
As described above, according to the first embodiment, the lower plug 105 is formed on the first interlayer insulating film 103 formed on the first conductive film 102 on the semiconductor substrate 100.
, The first conductive film 102 is patterned using a resist pattern 106 formed on the first interlayer insulating film 103 and the lower plug 105 to form the lower wiring 102.
Form A. After that, a second interlayer insulating film 107 and a third interlayer insulating film 108 are sequentially deposited so that an air gap 109 is formed in a space between the lower wires 102A, and then a fourth interlayer insulating film 110 is formed. After that, an upper plug 113 connected to the lower plug 105 is formed on at least the fourth interlayer insulating film 110. Therefore, the top of the air gap 109 is connected to the fourth interlayer insulating film 11.
0, that is, lower than the upper surface of the upper plug 113. Therefore, in order to control the position of the top of the air gap 109, the first plug embedded with the lower plug 105 is formed.
It is not necessary to etch back the interlayer insulating film 103 to make the lower plug 105 protrude. Accordingly, since the resist pattern 106 for forming the lower wiring can be formed on the first interlayer insulating film 103 having no unevenness (see FIG. 1C), the resist pattern 106 can be miniaturized, thereby forming the lower wiring 102A, that is, the multilayer. Wiring can be miniaturized.

【0063】また、第1の実施形態によると、下層配線
102Aと上層配線114とを接続するプラグを、下部
プラグ105と上部プラグ113とに分けて、それぞれ
異なる接続孔、具体的には、第1の接続孔104及び第
2の接続孔112に導電膜を埋め込むことにより形成す
る。このため、各接続孔のアスペクト比を低くすること
ができるので、各接続孔に導電膜を十分に埋め込むこと
ができ、それによって下部プラグ105及び上部プラグ
113のそれぞれの内部にボイドが形成されることを防
止できる。従って、下部プラグ105及び上部プラグ1
13により構成されるプラグにおける電気抵抗の増大を
防止しつつ、十分な高さを有するプラグを容易に実現す
ることができる。また、製造工程の途中で、プラグの表
面部がエッチングされたり研磨されたりした場合にも、
プラグ内部のボイドに開口部が形成されることがないの
で、上層配線114に段切れ等の形成不良が生じたり、
又はプラグ内部に研磨用砥粒が入り込んでプラグのエレ
クトロマイグレーション耐性が劣化したりすることを防
止できる。
According to the first embodiment, the plug for connecting the lower wiring 102A and the upper wiring 114 is divided into the lower plug 105 and the upper plug 113, and different connection holes, specifically, It is formed by embedding a conductive film in the first connection hole 104 and the second connection hole 112. For this reason, the aspect ratio of each connection hole can be reduced, so that the conductive film can be sufficiently buried in each connection hole, thereby forming voids inside each of the lower plug 105 and the upper plug 113. Can be prevented. Therefore, the lower plug 105 and the upper plug 1
A plug having a sufficient height can be easily realized while preventing an increase in electric resistance of the plug constituted by the plug 13. Also, if the plug surface is etched or polished during the manufacturing process,
Since an opening is not formed in a void inside the plug, a formation defect such as disconnection of the upper wiring 114 occurs,
Alternatively, it is possible to prevent the abrasive grains from entering the plug from deteriorating the electromigration resistance of the plug.

【0064】また、第1の実施形態によると、第1の層
間絶縁膜103に形成された第1の接続孔104に下部
プラグ105を埋め込むときに、第1の層間絶縁膜10
3の上面を、下部プラグ105の上面と面一になるよう
に平坦化するため、下層配線形成用のレジストパターン
106の下地となる第1の層間絶縁膜103がより平坦
化されるので、該レジストパターン106をより微細化
でき、それによって下層配線102Aつまり多層配線を
より微細化することができる。
According to the first embodiment, when the lower plug 105 is embedded in the first connection hole 104 formed in the first interlayer insulating film 103, the first interlayer insulating film 10
3 is flattened so as to be flush with the upper surface of the lower plug 105, so that the first interlayer insulating film 103 serving as a base of the resist pattern 106 for forming the lower wiring is further flattened. The resist pattern 106 can be made finer, whereby the lower wiring 102A, that is, the multilayer wiring, can be made finer.

【0065】尚、第1の実施形態において、下層配線1
02A及び上層配線114よりなる2層配線構造を前提
としたが、これに限られず、3層以上の配線構造におい
ても、上下に隣り合う配線同士を接続するプラグを下部
と上部とに分けて、それぞれ異なる接続孔に導電膜を埋
め込むことにより形成する工程を繰り返せば、第1の実
施形態と同様の効果が得られる。
In the first embodiment, the lower wiring 1
Although a two-layer wiring structure composed of the upper wirings 02A and the upper wiring 114 is assumed, the present invention is not limited to this, and even in a wiring structure of three or more layers, plugs connecting vertically adjacent wirings are divided into a lower part and an upper part. The same effect as in the first embodiment can be obtained by repeating the process of forming the conductive film by burying the conductive film in different connection holes.

【0066】また、第1の実施形態において、下層配線
102Aと上層配線114とを接続するプラグを、下部
プラグ105及び上部プラグ113の2段に分けて、そ
れぞれ異なる接続孔に導電膜を埋め込むことにより形成
したが、これに限られず、上下に隣り合う配線同士を接
続するプラグを3段以上に分けて、それぞれ異なる接続
孔に導電膜を埋め込むことにより形成しても、第1の実
施形態と同様の効果が得られる。
In the first embodiment, the plug for connecting the lower wiring 102A and the upper wiring 114 is divided into two stages of the lower plug 105 and the upper plug 113, and the conductive films are embedded in different connection holes. However, the present invention is not limited to this. Even if the plug for connecting the vertically adjacent wirings is divided into three or more stages and the conductive films are buried in different connection holes, the first embodiment is different from the first embodiment. Similar effects can be obtained.

【0067】また、第1の実施形態において、第1の層
間絶縁膜103、第1の導電膜102及び下地絶縁膜1
01に対して順次エッチングを行なうとき(図1(d)
参照)に、第1の導電膜102又は下地絶縁膜101に
対するエッチング工程でもレジストパターン106をマ
スクとして用いたが、これに代えて、第1の導電膜10
2又は下地絶縁膜101に対するエッチング工程では、
パターン化された第1の層間絶縁膜103をマスクとし
て用いてもよい。この場合、図1(a)に示す工程で第
1の層間絶縁膜103を厚めに堆積しておくことが好ま
しい。
In the first embodiment, the first interlayer insulating film 103, the first conductive film 102, and the underlying insulating film 1
01 (FIG. 1D)
In the etching process for the first conductive film 102 or the base insulating film 101, the resist pattern 106 was used as a mask, but the first conductive film 10
2 or in the etching process for the base insulating film 101,
The patterned first interlayer insulating film 103 may be used as a mask. In this case, it is preferable that the first interlayer insulating film 103 is deposited thicker in the step shown in FIG.

【0068】また、第1の実施形態において、下層配線
102Aを形成してから上層配線114を形成するまで
に、第2の層間絶縁膜107、第3の層間絶縁膜108
及び第4の層間絶縁膜110を形成したが、下層配線1
02Aを形成してから上層配線114を形成するまでに
形成される層間絶縁膜(上部層間絶縁膜)の数、種類又
は堆積方法等は特に限定されるものではない。
In the first embodiment, the second interlayer insulating film 107 and the third interlayer insulating film 108 are formed after the lower wiring 102A is formed and before the upper wiring 114 is formed.
And the fourth interlayer insulating film 110 is formed.
The number, type, deposition method, and the like of the interlayer insulating film (upper interlayer insulating film) formed after the formation of 02A and before the formation of the upper wiring 114 are not particularly limited.

【0069】(第1の実施形態の変形例)以下、第1の
実施形態の変形例に係る半導体装置及びその製造方法に
ついて図面を参照しながら説明する。
(Modification of First Embodiment) Hereinafter, a semiconductor device according to a modification of the first embodiment and a method of manufacturing the same will be described with reference to the drawings.

【0070】図4は、第1の実施形態の変形例に係る半
導体装置の製造方法における一工程の断面図を示してい
る。尚、図4は、第1の実施形態に係る半導体装置の製
造方法の一工程を示す図3(b)と対応している。
FIG. 4 is a sectional view showing one step in a method for manufacturing a semiconductor device according to a modification of the first embodiment. FIG. 4 corresponds to FIG. 3B showing one step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment.

【0071】第1の実施形態の変形例が第1の実施形態
と異なっている点は、図4に示すように、下層配線10
2Aの上に下部プラグ105と隣り合うように隣接下部
プラグ115が形成されていること、及び、隣接下部プ
ラグ115の上に上部プラグ113と隣り合うように隣
接上部プラグ116が形成されていることである。この
とき、隣接下部プラグ115は下部プラグ105と同様
の形成方法(図1(a)、(b)参照)により形成さ
れ、また、隣接上部プラグ116は上部プラグ113と
同様の形成方法(図2(c)及び図3(a)、(b)参
照)により形成される。
The modification of the first embodiment differs from the first embodiment in that, as shown in FIG.
An adjacent lower plug 115 is formed on 2A so as to be adjacent to the lower plug 105, and an adjacent upper plug 116 is formed on the adjacent lower plug 115 so as to be adjacent to the upper plug 113. It is. At this time, the adjacent lower plug 115 is formed by the same forming method as the lower plug 105 (see FIGS. 1A and 1B), and the adjacent upper plug 116 is formed by the same forming method as the upper plug 113 (FIG. 2). (C) and FIGS. 3 (a) and 3 (b)).

【0072】第1の実施形態の変形例によると、第1の
実施形態の効果に加えて、次のような効果が得られる。
According to the modification of the first embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects of the first embodiment.

【0073】すなわち、下部プラグ105及び上部プラ
グ113よりなる一のプラグと、隣接下部プラグ115
及び隣接上部プラグ116よりなる他のプラグとが接近
して配置されていても、上部プラグ113及び隣接上部
プラグ116がそれぞれ少なくとも第4の層間絶縁膜1
10に埋め込まれるため、上部プラグ113と隣接上部
プラグ116との間の領域にまでエアギャップ109が
形成されることがない。従って、エアギャップ109の
頂部を上部プラグ113又は隣接上部プラグ116の上
面よりも低くすることができるため、第4の層間絶縁膜
110の上面においてエアギャップ109に開口部が形
成されることがないので、上層配線114の形成不良等
を防止することができる。
That is, one plug composed of the lower plug 105 and the upper plug 113 and the adjacent lower plug 115
And the upper plug 113 and the adjacent upper plug 116 are at least the fourth interlayer insulating film 1 even if the other upper plug 116 and the other upper plug 116 are arranged close to each other.
10, the air gap 109 is not formed even in the region between the upper plug 113 and the adjacent upper plug 116. Therefore, since the top of the air gap 109 can be made lower than the upper surface of the upper plug 113 or the adjacent upper plug 116, an opening is not formed in the air gap 109 on the upper surface of the fourth interlayer insulating film 110. Therefore, it is possible to prevent defective formation of the upper wiring 114 and the like.

【0074】(第2の実施形態)以下、本発明の第2の
実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、
図面を参照しながら説明する。
(Second Embodiment) Hereinafter, a semiconductor device and a method of manufacturing the same according to a second embodiment of the present invention will be described.
This will be described with reference to the drawings.

【0075】図5(a)〜(d)、図6(a)〜(c)
及び図7(a)〜(c)は、第2の実施形態に係る半導
体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
FIGS. 5A to 5D and FIGS. 6A to 6C.
FIGS. 7A to 7C are cross-sectional views illustrating each step of the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment.

【0076】まず、図5(a)に示すように、例えばシ
リコンよりなる半導体基板200上に、例えば酸化シリ
コンよりなる下地絶縁膜201、及び例えばアルミニウ
ム合金よりなる膜厚600nm程度の第1の導電膜20
2を順次堆積する。その後、第1の導電膜202の上
に、例えば酸化シリコンよりなる膜厚300〜600n
m程度の第1の層間絶縁膜203(「特許請求の範囲」
の「下部層間絶縁膜」)を堆積した後、第1の層間絶縁
膜203上に、下部プラグ形成領域に開口部を有するマ
スクパターン(図示省略)を形成し、その後、該マスク
パターンを用いて第1の層間絶縁膜203に対してエッ
チングを行なって、第1の導電膜202に達する口径5
00nm程度の第1の接続孔204を形成する。
First, as shown in FIG. 5A, a base insulating film 201 made of, for example, silicon oxide and a first conductive film made of, for example, an aluminum alloy and having a thickness of about 600 nm are formed on a semiconductor substrate 200 made of, for example, silicon. Membrane 20
2 are sequentially deposited. Thereafter, a film thickness of 300 to 600 n made of, for example, silicon oxide is formed on the first conductive film 202.
m of the first interlayer insulating film 203 ("Claims"
Is deposited, a mask pattern (not shown) having an opening in a lower plug formation region is formed on the first interlayer insulating film 203, and then the mask pattern is used. Etching is performed on the first interlayer insulating film 203 so that the aperture 5 reaching the first conductive film 202 is removed.
A first connection hole 204 of about 00 nm is formed.

【0077】次に、例えば蒸着法等を用いて、第1の接
続孔204を含む第1の層間絶縁膜203の上に全面に
亘って例えばタングステンよりなる第2の導電膜を、第
1の接続孔204が完全に埋まるように堆積した後、C
MP法を用いて第1の接続孔204の外側の第2の導電
膜を研磨して除去することにより、図5(b)に示すよ
うに、第1の導電膜202と接続する下部プラグ205
を形成する。このとき、第1の接続孔204のアスペク
ト比(0.6〜1.2程度)は比較的小さいため、第1
の接続孔204を第2の導電膜によって完全に埋め込む
ことができるので、下部プラグ205の内部にボイドが
形成されることはない。また、このとき、下部プラグ2
05の上面の面積を、後の工程で形成される上部プラグ
213(図7(b)参照)の下面の面積よりも大きくし
ておく。さらに、このとき、第1の層間絶縁膜203の
上面を、下部プラグ205の上面と面一になるように平
坦化しておく。
Next, a second conductive film made of, for example, tungsten is formed on the entire surface of the first interlayer insulating film 203 including the first connection hole 204 by using, for example, an evaporation method. After the connection hole 204 is deposited so as to be completely filled, C
By polishing and removing the second conductive film outside the first connection hole 204 using the MP method, as shown in FIG. 5B, the lower plug 205 connected to the first conductive film 202 is removed.
To form At this time, the aspect ratio (about 0.6 to 1.2) of the first connection hole 204 is relatively small.
The connection hole 204 can be completely filled with the second conductive film, so that no void is formed inside the lower plug 205. Also, at this time, the lower plug 2
The area of the upper surface of 05 is made larger than the area of the lower surface of the upper plug 213 (see FIG. 7B) formed in a later step. Further, at this time, the upper surface of the first interlayer insulating film 203 is flattened so as to be flush with the upper surface of the lower plug 205.

【0078】次に、図5(c)に示すように、第1の層
間絶縁膜203の上に、下層配線形成領域を覆うレジス
トパターン206を形成する。このとき、レジストパタ
ーン206は凹凸のない下地(第1の層間絶縁膜20
3)上に形成されるので、レジストパターン206を微
細化することができる。
Next, as shown in FIG. 5C, a resist pattern 206 is formed on the first interlayer insulating film 203 so as to cover the lower wiring formation region. At this time, the resist pattern 206 is formed on a base having no unevenness (the first interlayer insulating film 20).
3) Since the resist pattern 206 is formed thereon, the resist pattern 206 can be miniaturized.

【0079】次に、図5(d)に示すように、レジスト
パターン206及び下部プラグ205をマスクとして第
1の層間絶縁膜203及び第1の導電膜202に対して
順次エッチングを行なって、第1の導電膜202よりな
り、下部プラグ205と接続する下層配線202Aを形
成する。
Next, as shown in FIG. 5D, the first interlayer insulating film 203 and the first conductive film 202 are sequentially etched using the resist pattern 206 and the lower plug 205 as a mask. One lower conductive layer 202A made of one conductive film 202 and connected to the lower plug 205 is formed.

【0080】また、図5(d)に示す工程では、下層配
線202Aの形成後、レジストパターン206及びプラ
グ下部205をマスクとして下地絶縁膜201に対して
エッチングを行なって、下地絶縁膜201の表面部にお
ける下層配線202Aの配線間スペースの下側を例えば
300nm程度除去しておく。これにより、後の工程で
形成されるエアギャップ209(図6(a)参照)がよ
り下方の位置まで形成され、それによってエアギャップ
209を下層配線202Aの側面全体と対向するように
形成できるので、下層配線202Aの配線間容量がより
一層低減する。
In the step shown in FIG. 5D, after the lower wiring 202A is formed, the underlying insulating film 201 is etched by using the resist pattern 206 and the plug lower portion 205 as a mask, and the surface of the underlying insulating film 201 is formed. For example, the lower side of the space between the wirings of the lower wiring 202A in the portion is removed by, for example, about 300 nm. Thus, an air gap 209 (see FIG. 6A) formed in a later step is formed to a lower position, whereby the air gap 209 can be formed so as to face the entire side surface of the lower wiring 202A. In addition, the inter-wiring capacitance of the lower wiring 202A is further reduced.

【0081】次に、レジストパターン206を除去した
後、図6(a)に示すように、半導体基板200の上に
全面に亘って、例えばシランガス及び一酸化二窒素ガス
を用いたプラズマCVD法により、例えば酸化シリコン
よりなる膜厚200〜500nm程度の第2の層間絶縁
膜207(「特許請求の範囲」の「上部層間絶縁膜」の
うちの「第1の絶縁膜」)を堆積する。続いて、第2の
層間絶縁膜207の形成に用いたプラズマCVD法と比
べてより高密度のプラズマを利用したプラズマCVD
法、例えば高密度プラズマCVD法により、例えば酸化
シリコンよりなる膜厚1000nm程度の第3の層間絶
縁膜208(「特許請求の範囲」の「上部層間絶縁膜」
のうちの「第2の絶縁膜」)を堆積する。これにより、
下層配線202Aの配線間スペースにエアギャップ20
9が形成される。
Next, after the resist pattern 206 is removed, as shown in FIG. 6A, over the entire surface of the semiconductor substrate 200, for example, by a plasma CVD method using a silane gas and a nitrous oxide gas. For example, a second interlayer insulating film 207 made of, for example, silicon oxide and having a film thickness of about 200 to 500 nm (the “first insulating film” of the “upper interlayer insulating film” in the claims) is deposited. Subsequently, plasma CVD using a higher-density plasma than the plasma CVD method used to form the second interlayer insulating film 207
A third interlayer insulating film 208 (for example, “upper interlayer insulating film” in the claims) having a thickness of about 1000 nm made of, for example, silicon oxide by a high-density plasma CVD method.
Of the "second insulating film"). This allows
The air gap 20 is provided in the space between the lower wirings 202A.
9 is formed.

【0082】ここで、第2の層間絶縁膜207は指向性
が高くて被覆率が低い一方、第3の層間絶縁膜208は
埋め込み性能が良いので、図6(a)に示すように、下
層配線202Aの配線間スペースのうち幅が狭い配線間
スペースに形成されるエアギャップ209を大きくして
配線間容量を低減できる。また、下層配線202Aの配
線間スペースのうち幅が広い配線間スペースにおいて、
頂部位置の高いエアギャップ209が形成されることが
ないので、後の層間絶縁膜に対する研磨工程(図6
(b)参照)等でエアギャップ209に開口部が形成さ
れる事態を回避でき、それにより多層配線の信頼性の低
下を防止できる。
Here, the second interlayer insulating film 207 has a high directivity and a low coverage, while the third interlayer insulating film 208 has a good burying performance. Therefore, as shown in FIG. The inter-wiring capacitance can be reduced by increasing the air gap 209 formed in the narrow inter-wiring space of the interwiring space of the wiring 202A. Further, in the space between the wide wirings of the space between the lower wirings 202A,
Since an air gap 209 having a high top position is not formed, a polishing step for the interlayer insulating film (FIG. 6)
(Refer to (b)) and the like, it is possible to avoid a situation in which an opening is formed in the air gap 209, thereby preventing a decrease in the reliability of the multilayer wiring.

【0083】次に、図6(b)に示すように、CMP法
を用いて、第2の層間絶縁膜207及び第3の層間絶縁
膜208に対して研磨を行なうことにより、第2の層間
絶縁膜207及び第3の層間絶縁膜208のそれぞれの
上面を平坦化する。このとき、第3の層間絶縁膜208
に対して第2の層間絶縁膜207が露出するまで研磨を
行なうことにより、第3の層間絶縁膜208の上面を第
2の層間絶縁膜207の上面と面一になるように平坦化
してもよい。また、第2の層間絶縁膜207及び第3の
層間絶縁膜208に対して下部プラグ205が露出する
まで研磨を行なうことにより、第2の層間絶縁膜207
及び第3の層間絶縁膜208のそれぞれの上面を、下部
プラグ205の上面と面一になるように平坦化してもよ
い。
Next, as shown in FIG. 6B, the second interlayer insulating film 207 and the third interlayer insulating film 208 are polished by using the CMP method so that the second interlayer insulating film 208 is polished. The upper surfaces of the insulating film 207 and the third interlayer insulating film 208 are flattened. At this time, the third interlayer insulating film 208
Is performed until the second interlayer insulating film 207 is exposed, so that the upper surface of the third interlayer insulating film 208 is flattened so as to be flush with the upper surface of the second interlayer insulating film 207. Good. Further, the second interlayer insulating film 207 and the third interlayer insulating film 208 are polished until the lower plug 205 is exposed, whereby the second interlayer insulating film 207 is formed.
The upper surface of each of the third interlayer insulating film 208 and the upper surface of the lower plug 205 may be planarized.

【0084】次に、図6(c)に示すように、平坦化さ
れた第2の層間絶縁膜207及び第3の層間絶縁膜20
8の上に全面に亘って、例えば酸化シリコンよりなる膜
厚400〜800nm程度の第4の層間絶縁膜210
(「特許請求の範囲」の「上部層間絶縁膜」のうちの
「第3の絶縁膜」)を堆積する。その後、第4の層間絶
縁膜210の表面を平坦化した後、平坦化された第4の
層間絶縁膜210の上に、上部プラグ形成領域に開口部
を有するマスクパターン211を形成する。
Next, as shown in FIG. 6C, the planarized second interlayer insulating film 207 and third interlayer insulating film 20 are planarized.
And a fourth interlayer insulating film 210 made of, for example, silicon oxide and having a thickness of about 400 to 800 nm.
(“Third insulating film” of “upper interlayer insulating film” in the claims) is deposited. Then, after the surface of the fourth interlayer insulating film 210 is planarized, a mask pattern 211 having an opening in an upper plug formation region is formed on the planarized fourth interlayer insulating film 210.

【0085】次に、マスクパターン211を用いて少な
くとも第4の層間絶縁膜210に対してエッチングを行
なって、図7(a)に示すように、下部プラグ205に
達する口径350nm程度の第2の接続孔212を形成
する。
Next, etching is performed on at least the fourth interlayer insulating film 210 using the mask pattern 211, and as shown in FIG. A connection hole 212 is formed.

【0086】次に、例えば蒸着法等を用いて、第2の接
続孔212を含む第4の層間絶縁膜210の上に全面に
亘って例えばタングステンよりなる第3の導電膜を、第
2の接続孔212が完全に埋まるように堆積した後、C
MP法を用いて第2の接続孔212の外側の第3の導電
膜を研磨して除去することにより、図7(b)に示すよ
うに、下部プラグ205と接続する上部プラグ213を
形成する。このとき、第2の接続孔212のアスペクト
比(1.0〜2.5程度)は比較的小さいため、第2の
接続孔212を第2の導電膜によって完全に埋め込むこ
とができるので、上部プラグ213の内部にボイドが形
成されることはない。また、このとき、下部プラグ20
5と上部プラグ213とは直接接続されることによっ
て、互いに電気的に接続される。さらに、このとき、上
部プラグ213の下面の面積は、下部プラグ205の上
面の面積よりも小さい。
Next, a third conductive film made of, for example, tungsten is formed on the entire surface of the fourth interlayer insulating film 210 including the second connection hole 212 by using, for example, an evaporation method. After the contact hole 212 is deposited so as to be completely filled, C
By polishing and removing the third conductive film outside the second connection hole 212 using the MP method, an upper plug 213 connected to the lower plug 205 is formed as shown in FIG. 7B. . At this time, since the aspect ratio (about 1.0 to 2.5) of the second connection hole 212 is relatively small, the second connection hole 212 can be completely buried with the second conductive film. No void is formed inside the plug 213. At this time, the lower plug 20
5 and the upper plug 213 are electrically connected to each other by being directly connected. Further, at this time, the area of the lower surface of the upper plug 213 is smaller than the area of the upper surface of the lower plug 205.

【0087】次に、図7(c)に示すように、第4の層
間絶縁膜210の上に、上部プラグ213と接続するよ
うに上層配線214を形成し、それによって2層配線構
造を完成させる。
Next, as shown in FIG. 7C, an upper wiring 214 is formed on the fourth interlayer insulating film 210 so as to be connected to the upper plug 213, thereby completing a two-layer wiring structure. Let it.

【0088】以上に説明したように、第2の実施形態に
よると、半導体基板200上の第1の導電膜202上に
形成された第1の層間絶縁膜203に下部プラグ205
を埋め込んだ後、第1の層間絶縁膜203上に形成され
たレジストパターン206と下部プラグ205を用いて
第1の導電膜202をパターン化して下層配線202A
を形成する。その後、下層配線202Aの配線間スペー
スにエアギャップ209が形成されるように、第2の層
間絶縁膜207及び第3の層間絶縁膜208を順次堆積
した後、さらに第4の層間絶縁膜210を堆積し、その
後、少なくとも第4の層間絶縁膜210に下部プラグ2
05と接続する上部プラグ213を形成する。このた
め、エアギャップ209の頂部を第4の層間絶縁膜21
0の上面つまり上部プラグ213の上面よりも低くする
ことができるので、エアギャップ209の頂部の位置を
制御するために、下部プラグ205が埋め込まれた第1
の層間絶縁膜203に対してエッチバックを行なって下
部プラグ205を突出させる必要がない。従って、凹凸
のない第1の層間絶縁膜203上に下層配線形成用のレ
ジストパターン206を形成できるため(図5(c)参
照)、レジストパターン206を微細化でき、それによ
って下層配線202Aつまり多層配線を微細化すること
ができる。
As described above, according to the second embodiment, the lower plug 205 is formed on the first interlayer insulating film 203 formed on the first conductive film 202 on the semiconductor substrate 200.
After that, the first conductive film 202 is patterned using the resist pattern 206 formed on the first interlayer insulating film 203 and the lower plug 205 to form the lower wiring 202A.
To form After that, a second interlayer insulating film 207 and a third interlayer insulating film 208 are sequentially deposited so that an air gap 209 is formed in a space between the lower wires 202A, and then a fourth interlayer insulating film 210 is formed. Then, the lower plug 2 is formed on at least the fourth interlayer insulating film 210.
The upper plug 213 connecting to the upper plug 05 is formed. Therefore, the top of the air gap 209 is connected to the fourth interlayer insulating film 21.
0, that is, lower than the upper surface of the upper plug 213, so that the first plug embedded with the lower plug 205 can be used to control the position of the top of the air gap 209.
It is not necessary to etch back the interlayer insulating film 203 to project the lower plug 205. Accordingly, since the resist pattern 206 for forming the lower wiring can be formed on the first interlayer insulating film 203 having no unevenness (see FIG. 5C), the resist pattern 206 can be miniaturized, thereby forming the lower wiring 202A, that is, the multilayer. Wiring can be miniaturized.

【0089】また、第2の実施形態によると、下層配線
202Aと上層配線214とを接続するプラグを、下部
プラグ205と上部プラグ213とに分けて、それぞれ
異なる接続孔、具体的には、第1の接続孔204及び第
2の接続孔212に導電膜を埋め込むことにより形成す
る。このため、各接続孔のアスペクト比を低くすること
ができるので、各接続孔に導電膜を十分に埋め込むこと
ができ、それによって下部プラグ205及び上部プラグ
213のそれぞれの内部にボイドが形成されることを防
止できる。従って、下部プラグ205及び上部プラグ2
13により構成されるプラグにおける電気抵抗の増大を
防止しつつ、十分な高さを有するプラグを容易に実現す
ることができる。また、製造工程の途中で、プラグの表
面部がエッチングされたり研磨されたりした場合にも、
プラグ内部のボイドに開口部が形成されることがないの
で、上層配線214に段切れ等の形成不良が生じたり、
又はプラグ内部に研磨用砥粒が入り込んでプラグのエレ
クトロマイグレーション耐性が劣化したりすることを防
止できる。
Further, according to the second embodiment, the plug for connecting the lower wiring 202A and the upper wiring 214 is divided into the lower plug 205 and the upper plug 213, and different connection holes, specifically, It is formed by embedding a conductive film in the first connection hole 204 and the second connection hole 212. Therefore, the aspect ratio of each connection hole can be reduced, so that the conductive film can be sufficiently buried in each connection hole, thereby forming a void inside each of the lower plug 205 and the upper plug 213. Can be prevented. Therefore, the lower plug 205 and the upper plug 2
A plug having a sufficient height can be easily realized while preventing an increase in electric resistance of the plug constituted by the plug 13. Also, if the plug surface is etched or polished during the manufacturing process,
Since an opening is not formed in a void inside the plug, a formation defect such as disconnection of the upper wiring 214 occurs,
Alternatively, it is possible to prevent the abrasive grains from entering the plug from deteriorating the electromigration resistance of the plug.

【0090】また、第2の実施形態によると、第1の層
間絶縁膜203に形成された第1の接続孔204に下部
プラグ205を埋め込むときに、第1の層間絶縁膜20
3の上面を、下部プラグ205の上面と面一になるよう
に平坦化するため、下層配線形成用のレジストパターン
206の下地となる第1の層間絶縁膜203がより平坦
化されるので、該レジストパターン206をより微細化
でき、それによって下層配線202Aつまり多層配線を
より微細化することができる。
According to the second embodiment, when the lower plug 205 is buried in the first connection hole 204 formed in the first interlayer insulating film 203, the first interlayer insulating film 20 is formed.
3 is flattened so as to be flush with the upper surface of the lower plug 205, so that the first interlayer insulating film 203 serving as a base for the resist pattern 206 for forming the lower wiring is further flattened. The resist pattern 206 can be made finer, whereby the lower wiring 202A, that is, the multilayer wiring, can be made finer.

【0091】また、第2の実施形態によると、下部プラ
グ205の上面の面積を上部プラグ213の下面の面積
よりも大きくしているため、上部プラグ213用の第2
の接続孔212を形成するためのマスクパターン211
の形成時に位置合わせずれが発生した場合にも、下部プ
ラグ205と上部プラグ213との間の接続面積が十分
に確保されるので、プラグ全体としての電気抵抗が増大
することがない。また、マスクパターン211の形成時
に位置合わせずれが発生した場合において、マスクパタ
ーン211を用いてオーバーエッチングを行なったとし
ても、下部プラグ205の上面がエッチングストッパー
として作用するので、第2の接続孔212がエアギャッ
プ209に達することを防止できる。
According to the second embodiment, the area of the upper surface of the lower plug 205 is made larger than the area of the lower surface of the upper plug 213.
Pattern 211 for forming connection hole 212 of
Even if misalignment occurs during the formation of the plug, the connection area between the lower plug 205 and the upper plug 213 is sufficiently ensured, so that the electrical resistance of the entire plug does not increase. Further, when misalignment occurs during the formation of the mask pattern 211, even if over-etching is performed using the mask pattern 211, the upper surface of the lower plug 205 acts as an etching stopper. Can be prevented from reaching the air gap 209.

【0092】尚、第2の実施形態において、下層配線2
02A及び上層配線214よりなる2層配線構造を前提
としたが、これに限られず、3層以上の配線構造におい
ても、上下に隣り合う配線同士を接続するプラグを下部
と上部とに分けて、それぞれ異なる接続孔に導電膜を埋
め込むことにより形成する工程を繰り返せば、第2の実
施形態と同様の効果が得られる。
In the second embodiment, the lower wiring 2
Although a two-layer wiring structure composed of the second wiring layer 02A and the upper wiring layer 214 is premised, the present invention is not limited to this. Even in a wiring structure of three or more layers, plugs connecting vertically adjacent wiring are divided into a lower part and an upper part. The same effect as in the second embodiment can be obtained by repeating the step of forming the conductive film in different connection holes.

【0093】また、第2の実施形態において、下層配線
202Aと上層配線214とを接続するプラグを、下部
プラグ205及び上部プラグ213の2段に分けて、そ
れぞれ異なる接続孔に導電膜を埋め込むことにより形成
したが、これに限られず、上下に隣り合う配線同士を接
続するプラグを3段以上に分けて、それぞれ異なる接続
孔に導電膜を埋め込むことにより形成しても、第2の実
施形態と同様の効果が得られる。
Further, in the second embodiment, the plug for connecting the lower wiring 202A and the upper wiring 214 is divided into two stages of a lower plug 205 and an upper plug 213, and the conductive films are embedded in different connection holes. However, the present invention is not limited to this. Even if the plug is formed by dividing the plug connecting the vertically adjacent wirings into three or more stages and embedding a conductive film in different connection holes, the second embodiment is different from the second embodiment. Similar effects can be obtained.

【0094】また、第2の実施形態において、第1の層
間絶縁膜203、第1の導電膜202及び下地絶縁膜2
01に対して順次エッチングを行なうとき(図5(d)
参照)に、第1の導電膜202又は下地絶縁膜201に
対するエッチング工程でもレジストパターン206をマ
スクとして用いたが、これに代えて、第1の導電膜20
2又は下地絶縁膜201に対するエッチング工程では、
パターン化された第1の層間絶縁膜203をマスクとし
て用いてもよい。この場合、図5(a)に示す工程で第
1の層間絶縁膜203を厚めに堆積しておくことが好ま
しい。
In the second embodiment, the first interlayer insulating film 203, the first conductive film 202, and the base insulating film 2
01 (FIG. 5D)
In the etching process for the first conductive film 202 or the base insulating film 201, the resist pattern 206 was used as a mask.
2 or in the etching process for the base insulating film 201,
The patterned first interlayer insulating film 203 may be used as a mask. In this case, it is preferable to deposit the first interlayer insulating film 203 thicker in the step shown in FIG.

【0095】また、第2の実施形態において、下層配線
202Aを形成してから上層配線214を形成するまで
に、第2の層間絶縁膜207、第3の層間絶縁膜208
及び第4の層間絶縁膜210を形成したが、下層配線2
02Aを形成してから上層配線214を形成するまでに
形成される層間絶縁膜(上部層間絶縁膜)の数、種類又
は堆積方法等は特に限定されるものではない。
In the second embodiment, the second interlayer insulating film 207 and the third interlayer insulating film 208 are formed after the lower wiring 202A is formed and before the upper wiring 214 is formed.
And the fourth interlayer insulating film 210 is formed.
The number, type, deposition method, and the like of the interlayer insulating film (upper interlayer insulating film) formed after the formation of 02A and before the formation of the upper wiring 214 are not particularly limited.

【0096】また、第2の実施形態において、下部プラ
グ205の上面の面積を上部プラグ213の下面の面積
よりも大きくしたが、これに代えて、上部プラグ213
の下面の面積を下部プラグ205の上面の面積よりも大
きくしてもよい。この場合、マスクパターン211の形
成時に位置合わせずれが発生しても、下部プラグ205
と上部プラグ213との間の接続面積が十分に確保され
るので、プラグ全体としての電気抵抗が増大することが
ない。
In the second embodiment, the area of the upper surface of the lower plug 205 is made larger than the area of the lower surface of the upper plug 213.
May be larger than the area of the upper surface of the lower plug 205. In this case, even if misalignment occurs during the formation of the mask pattern 211, the lower plug 205
Since the connection area between the plug and the upper plug 213 is sufficiently ensured, the electric resistance of the entire plug does not increase.

【0097】また、第2の実施形態において、下部プラ
グ205と同様の形成方法(図5(a)、(b)参照)
を用いて、下層配線202Aの上に下部プラグ205と
隣り合うように隣接下部プラグを形成すると共に、上部
プラグ213と同様の形成方法(図6(c)及び図7
(a)、(b)参照)を用いて、隣接下部プラグの上に
上部プラグ213と隣り合うように隣接上部プラグを形
成してもよい。このようにすると、下部プラグ205及
び上部プラグ213よりなる一のプラグと、隣接下部プ
ラグ及び隣接上部プラグよりなる他のプラグとが接近し
て配置されていても、上部プラグ213及び隣接上部プ
ラグがそれぞれ少なくとも第4の層間絶縁膜210に埋
め込まれるため、上部プラグ213と隣接上部プラグと
の間の領域にまでエアギャップ209が形成されること
がない。従って、エアギャップ209の頂部を上部プラ
グ213又は隣接上部プラグの上面よりも低くすること
ができるため、第4の層間絶縁膜210の上面において
エアギャップ209に開口部が形成されることがないの
で、上層配線214の形成不良等を防止することができ
る。また、隣接下部プラグ及び隣接上部プラグを形成す
る場合、隣接下部プラグの上面の面積を隣接上部プラグ
の下面の面積よりも大きくするか、又は、隣接上部プラ
グの下面の面積を隣接下部プラグの上面の面積よりも大
きくすることが好ましい。
Further, in the second embodiment, the same forming method as that of the lower plug 205 (see FIGS. 5A and 5B).
7A, an adjacent lower plug is formed on the lower wiring 202A so as to be adjacent to the lower plug 205, and the same forming method as that for the upper plug 213 (FIG. 6C and FIG.
(See (a) and (b)), the adjacent upper plug may be formed on the adjacent lower plug so as to be adjacent to the upper plug 213. In this way, even if one plug composed of the lower plug 205 and the upper plug 213 and another plug composed of the adjacent lower plug and the adjacent upper plug are arranged close to each other, the upper plug 213 and the adjacent upper plug can be connected. Since each is buried at least in the fourth interlayer insulating film 210, the air gap 209 is not formed even in the region between the upper plug 213 and the adjacent upper plug. Therefore, since the top of the air gap 209 can be lower than the upper surface of the upper plug 213 or the adjacent upper plug, an opening is not formed in the air gap 209 on the upper surface of the fourth interlayer insulating film 210. In addition, defective formation of the upper wiring 214 can be prevented. When forming the adjacent lower plug and the adjacent upper plug, the area of the upper surface of the adjacent lower plug is made larger than the area of the lower surface of the adjacent upper plug, or the area of the lower surface of the adjacent upper plug is changed to the upper surface of the adjacent lower plug. It is preferable that the area be larger than the area.

【0098】[0098]

【発明の効果】本発明によると、エアギャップの頂部を
上部プラグの上面よりも低くすることができるので、エ
アギャップの頂部の位置を制御するために、下部プラグ
が埋め込まれた下部層間絶縁膜に対してエッチバックを
行なって下部プラグを突出させる必要がない。従って、
凹凸のない下部層間絶縁膜上に下層配線形成用のマスク
パターンを形成できるため、該マスクパターンを微細化
でき、それによって多層配線を微細化することができ
る。
According to the present invention, the top of the air gap can be made lower than the upper surface of the upper plug. Therefore, in order to control the position of the top of the air gap, the lower interlayer insulating film in which the lower plug is embedded is provided. It is not necessary to perform etch-back on and to project the lower plug. Therefore,
Since a mask pattern for forming the lower wiring can be formed on the lower interlayer insulating film having no unevenness, the mask pattern can be miniaturized, and thereby the multi-layer wiring can be miniaturized.

【0099】また、本発明によると、下層配線と上層配
線とを接続するプラグ同士を接近して配置する場合に
も、エアギャップの頂部を、各プラグを構成する上部プ
ラグの上面よりも低くすることができる。このため、上
部層間絶縁膜の上面においてエアギャップに開口部が形
成されることがないので、上層配線の形成不良等を防止
することができる。
According to the present invention, even when the plugs connecting the lower layer wiring and the upper layer wiring are arranged close to each other, the top of the air gap is made lower than the upper surface of the upper plug constituting each plug. be able to. For this reason, since no opening is formed in the air gap on the upper surface of the upper interlayer insulating film, it is possible to prevent defective formation of the upper wiring and the like.

【0100】さらに、本発明によると、下部プラグ及び
上部プラグのそれぞれの内部にボイドが形成されること
を防止できるので、下部プラグ及び上部プラグにより構
成されるプラグにおける電気抵抗の増大を防止すること
ができると共に、研磨等によりプラグ内部のボイドに開
口部が形成されることがないので、上層配線の形成不良
又はプラグのエレクトロマイグレーション耐性の劣化等
を防止することができる。
Further, according to the present invention, it is possible to prevent voids from being formed inside each of the lower plug and the upper plug, thereby preventing an increase in electric resistance of the plug constituted by the lower plug and the upper plug. In addition, since openings are not formed in the voids inside the plug due to polishing or the like, it is possible to prevent poor formation of the upper wiring or deterioration of the electromigration resistance of the plug.

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

【図1】(a)〜(d)は本発明の第1の実施形態に係
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
FIGS. 1A to 1D are cross-sectional views showing each step of a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(a)〜(c)は本発明の第1の実施形態に係
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
FIGS. 2A to 2C are cross-sectional views illustrating respective steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】(a)〜(c)は本発明の第1の実施形態に係
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
FIGS. 3A to 3C are cross-sectional views illustrating respective steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施形態の変形例に係る半導体
装置の製造方法の一工程を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing one step of a method for manufacturing a semiconductor device according to a modification of the first embodiment of the present invention.

【図5】(a)〜(d)は本発明の第2の実施形態に係
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
FIGS. 5A to 5D are cross-sectional views illustrating steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図6】(a)〜(c)は本発明の第2の実施形態に係
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
FIGS. 6A to 6C are cross-sectional views illustrating steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図7】(a)〜(c)は本発明の第2の実施形態に係
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
FIGS. 7A to 7C are cross-sectional views illustrating steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図8】(a)〜(c)は従来の半導体装置の製造方法
の各工程を示す断面図である。
FIGS. 8A to 8C are cross-sectional views showing steps of a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【図9】(a)〜(c)は従来の半導体装置の製造方法
の各工程を示す断面図である。
FIGS. 9A to 9C are cross-sectional views showing steps of a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【図10】(a)〜(c)は従来の半導体装置の製造方
法の各工程を示す断面図である。
FIGS. 10A to 10C are cross-sectional views illustrating respective steps of a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【図11】従来の半導体装置の製造方法を用いて、下層
配線と上層配線とを接続する一対のプラグを形成した場
合に生じる問題点を説明する図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating a problem that occurs when a pair of plugs that connect a lower wiring and an upper wiring are formed by using a conventional method of manufacturing a semiconductor device.

【図12】従来の半導体装置の製造方法を用いた場合に
生じる問題点を説明する図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a problem that occurs when a conventional method of manufacturing a semiconductor device is used.

【図13】従来の半導体装置の製造方法を用いた場合に
生じる問題点を説明する図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating a problem that occurs when a conventional method of manufacturing a semiconductor device is used.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100、200 半導体基板 101、201 下地絶縁膜 102、202 第1の導電膜 102A、202A 下層配線 103、203 第1の層間絶縁膜 104、204 第1の接続孔 105、205 下部プラグ 106、206 レジストパターン 107、207 第2の層間絶縁膜 108、208 第3の層間絶縁膜 109、209 エアギャップ 110、210 第4の層間絶縁膜 111、211 マスクパターン 112、212 第2の接続孔 113、213 上部プラグ 114、214 上層配線 115 隣接下部プラグ 116 隣接上部プラグ Reference Signs List 100, 200 Semiconductor substrate 101, 201 Base insulating film 102, 202 First conductive film 102A, 202A Lower wiring 103, 203 First interlayer insulating film 104, 204 First connection hole 105, 205 Lower plug 106, 206 Resist Pattern 107, 207 Second interlayer insulating film 108, 208 Third interlayer insulating film 109, 209 Air gap 110, 210 Fourth interlayer insulating film 111, 211 Mask pattern 112, 212 Second connection hole 113, 213 Top Plug 114, 214 Upper layer wiring 115 Adjacent lower plug 116 Adjacent upper plug

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F033 HH09 JJ19 KK09 NN03 PP19 QQ08 QQ09 QQ24 QQ37 QQ48 RR04 RR29 SS02 SS15 XX00 XX01 XX03 XX04 XX15 XX25 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5F033 HH09 JJ19 KK09 NN03 PP19 QQ08 QQ09 QQ24 QQ37 QQ48 RR04 RR29 SS02 SS15 XX00 XX01 XX03 XX04 XX15 XX25

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板の上に第1の導電膜を堆積す
る工程と、 前記第1の導電膜の上に下部層間絶縁膜を形成した後、
該下部層間絶縁膜に対して選択的にエッチングを行なっ
て、前記第1の導電膜に達する第1の開口部を形成する
工程と、 前記第1の開口部に第2の導電膜を埋め込むことによ
り、前記第1の導電膜と接続する下部プラグを形成する
工程と、 前記下部層間絶縁膜の上にマスクパターンを形成した
後、前記マスクパターン及び前記下部プラグをマスクと
して前記下部層間絶縁膜及び前記第1の導電膜に対して
順次エッチングを行なって、前記第1の導電膜よりな
り、前記下部プラグと接続する下層配線を形成する工程
と、 前記半導体基板の上に上部層間絶縁膜を、前記下層配線
の配線間スペースにエアギャップが形成されるように形
成する工程と、 前記上部層間絶縁膜に対して選択的にエッチングを行な
って、前記下部プラグに達する第2の開口部を形成する
工程と、 前記第2の開口部に第3の導電膜を埋め込むことによ
り、前記下部プラグと接続する上部プラグを形成する工
程と、 前記上部層間絶縁膜の上に前記上部プラグと接続するよ
うに上層配線を形成する工程とを備えていることを特徴
とする半導体装置の製造方法。
A step of depositing a first conductive film on the semiconductor substrate; and forming a lower interlayer insulating film on the first conductive film.
Selectively etching the lower interlayer insulating film to form a first opening reaching the first conductive film, and embedding a second conductive film in the first opening. Forming a lower plug connected to the first conductive film, and after forming a mask pattern on the lower interlayer insulating film, using the mask pattern and the lower plug as a mask to form the lower interlayer insulating film and A step of sequentially performing etching on the first conductive film to form a lower wiring formed of the first conductive film and connected to the lower plug; and forming an upper interlayer insulating film on the semiconductor substrate, Forming an air gap in a space between the lower interconnects; and selectively etching the upper interlayer insulating film to form a second opening reaching the lower plug. Forming an opening; forming an upper plug connected to the lower plug by embedding a third conductive film in the second opening; and forming the upper plug on the upper interlayer insulating film Forming an upper wiring so as to be connected to the semiconductor device.
【請求項2】 前記下部プラグを形成する工程は、前記
下部層間絶縁膜の上面を前記下部プラグの上面と面一に
なるように平坦化する工程を含むことを特徴とする請求
項1に記載の半導体装置の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein forming the lower plug includes flattening an upper surface of the lower interlayer insulating film so as to be flush with an upper surface of the lower plug. Of manufacturing a semiconductor device.
【請求項3】 前記下部プラグの上面の面積は、前記上
部プラグの下面の面積よりも大きいことを特徴とする請
求項1に記載の半導体装置の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein an area of an upper surface of the lower plug is larger than an area of a lower surface of the upper plug.
【請求項4】 前記上部層間絶縁膜は、前記エアギャッ
プが形成されるように堆積された第1の絶縁膜と、該第
1の絶縁膜の上に堆積された第2の絶縁膜とを有してい
ることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造
方法。
4. An upper interlayer insulating film comprising: a first insulating film deposited so as to form the air gap; and a second insulating film deposited on the first insulating film. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising:
【請求項5】 前記第1の絶縁膜はプラズマCVD法に
より形成されており、 前記第2の絶縁膜は、前記プラズマCVD法と比べて高
密度のプラズマを用いた高密度プラズマCVD法により
形成されていることを特徴とする請求項4に記載の半導
体装置の製造方法。
5. The first insulating film is formed by a plasma CVD method, and the second insulating film is formed by a high-density plasma CVD method using a higher-density plasma than the plasma CVD method. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein:
【請求項6】 前記上部層間絶縁膜は、前記第2の絶縁
膜の上に堆積されており且つ表面が平坦化されている第
3の絶縁膜をさらに有していることを特徴とする請求項
4に記載の半導体装置の製造方法。
6. The upper interlayer insulating film further comprises a third insulating film deposited on the second insulating film and having a planarized surface. Item 5. The method for manufacturing a semiconductor device according to Item 4.
【請求項7】 前記上部プラグは、その大部分が前記第
3の絶縁膜によって覆われていることを特徴とする請求
項6に記載の半導体装置の製造方法。
7. The method according to claim 6, wherein most of the upper plug is covered with the third insulating film.
【請求項8】 前記第2の絶縁膜は、その形成後に前記
下部プラグ又は前記第1の絶縁膜が露出するまで研磨さ
れることによってその表面が平坦化されていることを特
徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
8. The surface of the second insulating film is planarized by polishing until the lower plug or the first insulating film is exposed after the second insulating film is formed. 5. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 4.
【請求項9】 半導体基板上に形成され、配線間スペー
スにエアギャップを有する下層配線と、 前記下層配線の上に層間絶縁膜を介して形成された上層
配線と、 前記下層配線と前記上層配線とを接続するプラグとを備
え、 前記プラグは、前記下層配線の上に形成された下部プラ
グと、前記下部プラグの上に前記上層配線と接続するよ
うに形成された上部プラグとを有することを特徴とする
半導体装置。
9. A lower wiring formed on a semiconductor substrate and having an air gap in a space between wirings; an upper wiring formed on the lower wiring via an interlayer insulating film; a lower wiring and the upper wiring; A plug for connecting the lower layer wiring, and an upper plug formed on the lower plug to connect to the upper layer wiring. Characteristic semiconductor device.
【請求項10】 前記下部プラグの上面の面積は、前記
上部プラグの下面の面積よりも大きいことを特徴とする
請求項9に記載の半導体装置。
10. The semiconductor device according to claim 9, wherein an area of an upper surface of said lower plug is larger than an area of a lower surface of said upper plug.
【請求項11】 前記下層配線と前記上層配線とを接続
し、前記プラグと隣り合う隣接プラグをさらに備え、 前記隣接プラグは、前記下層配線の上に前記下部プラグ
と隣り合うように形成された隣接下部プラグと、前記隣
接下部プラグの上に前記上部プラグと隣り合うように形
成された隣接上部プラグとを有することを特徴とする請
求項9に記載の半導体装置。
11. The semiconductor device further comprises: an adjacent plug connecting the lower wiring and the upper wiring, adjacent to the plug, wherein the adjacent plug is formed on the lower wiring so as to be adjacent to the lower plug. The semiconductor device according to claim 9, further comprising: an adjacent lower plug; and an adjacent upper plug formed on the adjacent lower plug so as to be adjacent to the upper plug.
【請求項12】 前記層間絶縁膜は、前記下層配線の上
面を覆うように堆積された下部層間絶縁膜と、該下部層
間絶縁膜の上に堆積された上部層間絶縁膜とからなり、 前記上部層間絶縁膜は、前記エアギャップが形成される
ように堆積された第1の絶縁膜と、該第1の絶縁膜の上
に堆積された第2の絶縁膜とを有していることを特徴と
する請求項9に記載の半導体装置。
12. The interlayer insulating film includes a lower interlayer insulating film deposited so as to cover an upper surface of the lower wiring, and an upper interlayer insulating film deposited on the lower interlayer insulating film. The interlayer insulating film has a first insulating film deposited so as to form the air gap, and a second insulating film deposited on the first insulating film. The semiconductor device according to claim 9, wherein
【請求項13】 前記上部層間絶縁膜は、前記第2の絶
縁膜の上に堆積されており且つ表面が平坦化されている
第3の絶縁膜をさらに有していることを特徴とする請求
項12に記載の半導体装置。
13. The semiconductor device according to claim 13, wherein the upper interlayer insulating film further includes a third insulating film deposited on the second insulating film and having a planarized surface. Item 13. The semiconductor device according to item 12.
【請求項14】 前記上部プラグは、その大部分が前記
第3の絶縁膜によって覆われていることを特徴とする請
求項13に記載の半導体装置。
14. The semiconductor device according to claim 13, wherein most of said upper plug is covered by said third insulating film.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007141985A (en) * 2005-11-16 2007-06-07 Hitachi Ltd Manufacturing method of semiconductor integrated circuit

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