JP2002305197A - Semiconductor device and manufacturing method therefor - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method therefor

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JP2002305197A JP2001106765A JP2001106765A JP2002305197A JP 2002305197 A JP2002305197 A JP 2002305197A JP 2001106765 A JP2001106765 A JP 2001106765A JP 2001106765 A JP2001106765 A JP 2001106765A JP 2002305197 A JP2002305197 A JP 2002305197A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To flatten an insulating film, on which a plurality of wirings or plugs are formed at high density by restraining erosion in a CMP method. SOLUTION: A recessed part 3 is formed in a first insulation film 2 formed on a substrate 1. A second insulation film 4 whose polishing speed in a CMP method is lower than that of the first insulation film 2 is formed in the recessed part 3. After trenches 5a, 5b, 5c, 5d are formed by etching the first insulation film 2 and the second insulation film 4 as far as a specified depth, a barrier film 6 and a metal film 7 are formed over the whole surface. The metal film 7 and the barrier film 6 are polished by using a CMP method, and wirings 8a, 8b, 8c, 8d constituted of barrier films 6a, 6b, 6c, 6d and metal films 7a, 7b, 7c, 7d are formed in the trenches 5a, 5b, 5c, 5d, respectively. Parts of the first insulation film 2 and the second insulation film 4 are polished, and surface is planarized.

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、半導体装置及びそ
の製造方法に係り、特に絶縁膜に形成した溝又は接続孔
に化学機械研磨(CMP)法によって金属膜が埋め込ま
れた配線またはプラグを有する半導体装置及びその製造
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device having a wiring or a plug in which a metal film is embedded in a groove or a connection hole formed in an insulating film by a chemical mechanical polishing (CMP) method. The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、配線やプラグなどを形成する方法
として、CMP法を用いて絶縁膜に設けられた溝や接続
孔などの凹部内に金属膜を埋め込んで形成する方法があ
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method for forming a wiring or a plug, there is a method in which a metal film is buried in a concave portion such as a groove or a connection hole provided in an insulating film by using a CMP method.

【0003】以下、従来の半導体装置の製造方法につい
て説明する。図5(a)〜図5(c)は、CMP法を用
いて配線を形成する従来の半導体装置の製造工程を示す
断面図である。
Hereinafter, a conventional method for manufacturing a semiconductor device will be described. FIGS. 5A to 5C are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a conventional semiconductor device in which a wiring is formed by using a CMP method.

【0004】まず、図5(a)に示す工程で、基板51
上に膜厚1000nmの酸化膜からなる絶縁膜52を形
成する。その後、フォトリソグラフィー技術及びドライ
エッチング技術を用いて、絶縁膜52における埋め込み
配線形成領域に深さ600nmの溝53を形成する。こ
のとき、溝53aは孤立して形成されているのに対し
て、溝53b、53c、53dは密集して形成されてい
る。
First, in a step shown in FIG.
An insulating film 52 made of an oxide film having a thickness of 1000 nm is formed thereon. Thereafter, a groove 53 having a depth of 600 nm is formed in the buried wiring formation region in the insulating film 52 by using a photolithography technique and a dry etching technique. At this time, the grooves 53a are formed in isolation, whereas the grooves 53b, 53c, 53d are formed densely.

【0005】次に、図5(b)に示す工程で、溝53を
含む絶縁膜52上の全面に厚み30nmのTa及びTa
Nからなるバリア膜54を形成した後、銅または銅合金
を主成分とする銅膜からなる金属膜55を900nm程
度の厚みで堆積する。
Next, in the step shown in FIG. 5B, a 30 nm thick Ta and Ta film are formed on the entire surface of the insulating film 52 including the groove 53.
After forming the barrier film 54 made of N, a metal film 55 made of a copper film containing copper or a copper alloy as a main component is deposited with a thickness of about 900 nm.

【0006】次に、図5(c)に示す工程で、絶縁膜5
2上の金属膜55及びバリア膜54をCMP法を用いて
研磨除去する。これによって、溝53a内にはバリア膜
54aと金属膜55aからなる配線56a、溝53b内
にはバリア膜54bと金属膜55bからなる配線56
b、溝53c内にはバリア膜54cと金属膜55cから
なる配線56c、溝53d内にはバリア膜54dと金属
膜55dからなる配線56dがそれぞれ形成される。
Next, in the step shown in FIG.
The metal film 55 and the barrier film 54 on 2 are polished and removed by using the CMP method. Thus, the wiring 56a formed of the barrier film 54a and the metal film 55a is formed in the groove 53a, and the wiring 56 formed of the barrier film 54b and the metal film 55b is formed in the groove 53b.
b, a wiring 56c composed of a barrier film 54c and a metal film 55c is formed in the groove 53c, and a wiring 56d composed of the barrier film 54d and the metal film 55d is formed in the groove 53d.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の半導体
装置の製造方法では、図5(c)に示すように、配線5
6aのように単独配線だけが形成されている、あるい
は、配線が形成されていない低密度配線領域57に比べ
て、配線56b、56c、56dのように複数の配線が
密集して形成されている高密度配線領域58にへこみが
生じる、いわゆるエロージョンによって凹部59が形成
され平坦化できないという問題がある。
In the above-described conventional method for manufacturing a semiconductor device, as shown in FIG.
Only a single wiring is formed as in 6a, or a plurality of wirings are formed densely as in the wirings 56b, 56c and 56d as compared with the low-density wiring region 57 in which no wiring is formed. The high-density wiring region 58 has a problem that a recess 59 is formed by so-called erosion due to erosion, and it cannot be flattened.

【0008】これは、CMP法によって研磨する際に、
金属膜55に対する研磨速度が、バリア膜54や絶縁膜
52に対する研磨速度よりも大きいため、低密度配線領
域57と高密度配線領域58とでは、その絶縁膜52表
面に加わる研磨圧力が異なり、高密度配線領域58の方
が圧力が高くなる。このため、高密度配線領域58で過
剰にCMPが進行し、高密度配線領域58の絶縁膜52
は、低密度配線領域57の絶縁膜52よりも多く研磨さ
れるため、凹部59が形成されてしまうという問題が生
じる。
This is because when polishing by the CMP method,
Since the polishing rate for the metal film 55 is higher than the polishing rate for the barrier film 54 and the insulating film 52, the polishing pressure applied to the surface of the insulating film 52 differs between the low-density wiring region 57 and the high-density wiring region 58. The pressure is higher in the density wiring region 58. For this reason, excessive CMP progresses in the high-density wiring region 58 and the insulating film 52 in the high-density wiring region 58
Is polished more than the insulating film 52 in the low-density wiring region 57, so that there is a problem that a concave portion 59 is formed.

【0009】本発明の目的は、CMP法におけるエロー
ジョンを抑制し、複数の配線あるいはプラグが密集して
形成されている絶縁膜の表面が平坦化されている半導体
装置及びそ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 semiconductor device in which erosion in a CMP method is suppressed, and a surface of an insulating film in which a plurality of wirings or plugs are densely formed is planarized, and a method of manufacturing the same. It is in.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の半導体装
置は、基板上に形成された第1の絶縁膜と、第1の絶縁
膜を所定の深さまで除去して形成された凹部と、凹部内
に埋め込まれた第2の絶縁膜と、少なくとも第2の絶縁
膜をエッチングして形成された複数の溝または接続孔
と、複数の溝または接続孔に埋め込まれた少なくとも金
属膜からなる複数の配線またはプラグとを備え、第2の
絶縁膜は、第1の絶縁膜に比べてCMP法による研磨速
度が遅く、CMP法によって第1の絶縁膜の表面と複数
の配線またはプラグが形成された第2の絶縁膜の表面と
が平坦化されている。
According to a first semiconductor device of the present invention, there is provided a first insulating film formed on a substrate, and a concave portion formed by removing the first insulating film to a predetermined depth. A second insulating film embedded in the recess, a plurality of grooves or connection holes formed by etching at least the second insulating film, and at least a metal film embedded in the plurality of grooves or connection holes. A plurality of wirings or plugs, the second insulating film has a lower polishing rate by the CMP method than the first insulating film, and the surface of the first insulating film and the plurality of wirings or plugs are formed by the CMP method; The surface of the formed second insulating film is flattened.

【0011】上記第1の半導体装置において、複数の溝
または接続孔は、第2の絶縁膜を貫通し、下地の第1の
絶縁膜を所定の深さまでエッチングして設けられてい
る。
In the first semiconductor device, the plurality of grooves or connection holes penetrate the second insulating film and are provided by etching the underlying first insulating film to a predetermined depth.

【0012】また、上記第1の半導体装置において、金
属膜が、銅または銅合金を主成分とする銅膜、あるい
は、タングステンまたはタングステン合金を主成分とす
るタングステン膜からなる。
Further, in the first semiconductor device, the metal film is made of a copper film mainly containing copper or a copper alloy, or a tungsten film mainly containing tungsten or a tungsten alloy.

【0013】この第1の実施形態の半導体装置によれ
ば、複数の配線またはプラグが密集して形成される領域
には、第1の絶縁膜に比べて研磨速度の遅い第2の絶縁
膜が形成されているため、CMP法によるエロージョン
が抑制され、配線またはプラグの密集度合いに依存しな
い平坦な表面を有する構造を得ることができる。従っ
て、配線またはプラグのエロージョンによる膜厚減少や
段差に起因した信頼性や歩留まりの低下を防止すること
ができ、半導体装置の信頼性や歩留まりの向上を図るこ
とができる。
According to the semiconductor device of the first embodiment, in the region where a plurality of wirings or plugs are densely formed, the second insulating film whose polishing rate is lower than that of the first insulating film is formed. Since it is formed, erosion due to the CMP method is suppressed, and a structure having a flat surface independent of the density of wirings or plugs can be obtained. Accordingly, it is possible to prevent a decrease in reliability and yield due to a reduction in film thickness or a step due to erosion of the wiring or plug, and to improve the reliability and yield of the semiconductor device.

【0014】本発明の第2の半導体装置は、基板上に形
成された第1の絶縁膜と、第1の絶縁膜上の一部領域に
形成された第2の絶縁膜と、第1の絶縁膜上の他部領域
に第2の絶縁膜に接して形成された第3の絶縁膜と、少
なくとも第2の絶縁膜をエッチングして形成された複数
の溝または接続孔と、複数の溝または接続孔に埋め込ま
れた少なくとも金属膜からなる複数の配線またはプラグ
とを備え、第2の絶縁膜は、第3の絶縁膜に比べてCM
P法による研磨速度が遅く、CMP法によって第3の絶
縁膜の表面と複数の配線またはプラグが形成された第2
の絶縁膜の表面とが平坦化されている。
According to a second semiconductor device of the present invention, a first insulating film formed on a substrate, a second insulating film formed in a partial region on the first insulating film, A third insulating film formed in contact with the second insulating film in another region on the insulating film, a plurality of grooves or connection holes formed by etching at least the second insulating film, and a plurality of grooves Or a plurality of wirings or plugs made of at least a metal film embedded in the connection hole, and the second insulating film has a higher CM than the third insulating film.
The polishing rate by the P method is low, and the surface of the third insulating film and the second wiring having a plurality of wirings or plugs formed by the CMP method are formed.
Of the insulating film is flattened.

【0015】また、上記第2の半導体装置において、複
数の溝または接続孔は、第2の絶縁膜を貫通し、下地の
第1の絶縁膜を所定の深さまでエッチングして設けられ
ている。
In the second semiconductor device, the plurality of grooves or connection holes penetrate the second insulating film and are provided by etching the underlying first insulating film to a predetermined depth.

【0016】また、上記第2の半導体装置において、金
属膜が、銅または銅合金を主成分とする銅膜、あるい
は、タングステンまたはタングステン合金を主成分とす
るタングステン膜からなる。
In the second semiconductor device, the metal film is made of a copper film mainly containing copper or a copper alloy, or a tungsten film mainly containing tungsten or a tungsten alloy.

【0017】この第2の実施形態の半導体装置によれ
ば、複数の配線またはプラグが密集して形成される領域
には、第3の絶縁膜に比べて研磨速度の遅い第2の絶縁
膜が形成されているため、CMP法によるエロージョン
が抑制され、配線またはプラグの密集度合いに依存しな
い平坦な表面を有する構造を得ることができる。従っ
て、配線またはプラグのエロージョンによる膜厚減少や
段差に起因した信頼性や歩留まりの低下を防止すること
ができ、半導体装置の信頼性や歩留まりの向上を図るこ
とができる。
According to the semiconductor device of the second embodiment, in the region where a plurality of wirings or plugs are densely formed, the second insulating film whose polishing rate is lower than that of the third insulating film is formed. Since it is formed, erosion due to the CMP method is suppressed, and a structure having a flat surface independent of the density of wirings or plugs can be obtained. Accordingly, it is possible to prevent a decrease in reliability and yield due to a reduction in film thickness or a step due to erosion of the wiring or plug, and to improve the reliability and yield of the semiconductor device.

【0018】本発明の第1の半導体装置の製造方法は、
基板上に第1の絶縁膜を形成する工程(a)と、第1の
絶縁膜を所定の深さまで除去して凹部を形成する工程
(b)と、凹部を含む第1の絶縁膜上の全面に、第1の
絶縁膜よりもCMP法における研磨速度の遅い第2の絶
縁膜を形成する工程(c)と、第1の絶縁膜上の第2の
絶縁膜をCMP法によって研磨除去して、凹部内のみに
第2の絶縁膜を残存させる工程(d)と、工程(d)の
後に、少なくとも第2の絶縁膜をエッチングして複数の
溝または接続孔を形成する工程(e)と、工程(e)の
後に、基板上の全面に、少なくとも金属膜を形成する工
程(f)と、金属膜をCMP法によって研磨し、複数の
溝または接続孔に金属膜を選択的に埋め込み、複数の配
線またはプラグを形成する工程(g)と、工程(g)の
後に、基板上の全面をCMP法によって研磨して、少な
くとも第1及び第2の絶縁膜の一部を除去する工程
(h)とを備えている。
According to the first method of manufacturing a semiconductor device of the present invention,
(A) forming a first insulating film on a substrate, (b) removing the first insulating film to a predetermined depth to form a concave portion, and (b) forming a concave portion on the first insulating film including the concave portion. (C) forming a second insulating film having a lower polishing rate in the CMP method than the first insulating film over the entire surface, and polishing and removing the second insulating film on the first insulating film by the CMP method; (D) leaving the second insulating film only in the recess, and (e) forming a plurality of grooves or connection holes by etching at least the second insulating film after the step (d). And (f) forming at least a metal film on the entire surface of the substrate after the step (e). Polishing the metal film by a CMP method to selectively bury the metal film in a plurality of grooves or connection holes. Forming a plurality of wirings or plugs, and after the step (g), the entire surface on the substrate is formed. Polished by CMP, and a step (h) removing a portion of the at least first and second insulating films.

【0019】上記第1の半導体装置の製造方法におい
て、工程(h)では、第2の絶縁膜を全て除去しても良
い。
In the first method for manufacturing a semiconductor device, in the step (h), the second insulating film may be entirely removed.

【0020】また、上記第1の半導体装置の製造方法に
おいて、工程(e)における複数の溝または接続孔は、
第2の絶縁膜を貫通し、下地の第1の絶縁膜を所定の深
さまでエッチングして形成されている。
In the first method for manufacturing a semiconductor device, the plurality of grooves or connection holes in the step (e) may be
It is formed by etching the underlying first insulating film to a predetermined depth, penetrating the second insulating film.

【0021】また、上記第1の半導体装置の製造方法に
おいて、金属膜として、銅または銅合金を主成分とする
銅膜、あるいは、タングステンまたはタングステン合金
を主成分とするタングステン膜からなる。
In the first method of manufacturing a semiconductor device, the metal film may be a copper film containing copper or a copper alloy as a main component, or a tungsten film containing tungsten or a tungsten alloy as a main component.

【0022】この第1の実施形態の半導体装置の製造方
法によれば、複数の配線が密集して形成される領域に
は、研磨速度の遅い第2の絶縁膜が形成されているた
め、CMP法により金属膜及びバリア膜を研磨除去した
際に、エロージョンによって生じる第2の絶縁膜の凹み
の深さを低減することができる。さらに、露出した第1
の絶縁膜及び第2の絶縁膜をCMP法により所定の厚み
分だけ全面研磨することによって、第1の絶縁膜に比べ
て第2の絶縁膜の方が研磨速度が遅いため、エロージョ
ンによって生じた第2の絶縁膜の凹みを無くし、第1の
絶縁膜の表面と第2の絶縁膜の表面とを平坦化すること
ができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the first embodiment, the second insulating film having a low polishing rate is formed in a region where a plurality of wirings are densely formed. When the metal film and the barrier film are polished and removed by the method, the depth of the depression of the second insulating film caused by erosion can be reduced. In addition, the first exposed
By polishing the entire surface of the insulating film and the second insulating film by a predetermined thickness by a CMP method, the polishing rate of the second insulating film is lower than that of the first insulating film. The depression of the second insulating film can be eliminated, and the surface of the first insulating film and the surface of the second insulating film can be planarized.

【0023】本発明の第2の半導体装置の製造方法は、
基板上に第1の絶縁膜を形成する工程(a)と、第1の
絶縁膜上の一部領域に第2の絶縁膜を形成する工程
(b)と、第1の絶縁膜上の他部領域に、第2の絶縁膜
よりもCMP法における研磨速度の速い第3の絶縁膜を
形成する工程(c)と、工程(b)及び(c)の後に、
少なくとも第2の絶縁膜をエッチングして複数の溝また
は接続孔を形成する工程(d)と、工程(d)の後に、
基板上の全面に、少なくとも金属膜を形成する工程
(e)と、金属膜をCMP法によって研磨し、複数の溝
または接続孔に金属膜を選択的に埋め込み、複数の配線
またはプラグを形成する工程(f)と、工程(f)の後
に、基板上の全面をCMP法によって研磨して、少なく
とも第2及び第3の絶縁膜の一部を除去する工程(g)
とを備えている。
According to a second method of manufacturing a semiconductor device of the present invention,
(A) forming a first insulating film on a substrate, (b) forming a second insulating film in a partial region on the first insulating film, and (b) forming a second insulating film on the first insulating film. (C) forming a third insulating film having a higher polishing rate in the CMP method than the second insulating film in the partial region; and (b) and (c),
(D) forming at least a second insulating film to form a plurality of grooves or connection holes by etching, and after the step (d),
Step (e) of forming at least a metal film on the entire surface of the substrate, polishing the metal film by a CMP method, and selectively embedding the metal film in a plurality of grooves or connection holes to form a plurality of wirings or plugs. Step (f) and, after step (f), polishing the entire surface of the substrate by a CMP method to remove at least a part of the second and third insulating films (g).
And

【0024】上記第2の半導体装置の製造方法におい
て、工程(g)では、第2の絶縁膜を全て除去しても良
い。
In the second method of manufacturing a semiconductor device, in the step (g), the second insulating film may be entirely removed.

【0025】また、上記第2の半導体装置の製造方法に
おいて、工程(d)における複数の溝または接続孔は、
第2の絶縁膜を貫通し、下地の第1の絶縁膜を所定の深
さまでエッチングして形成されている。
In the second method of manufacturing a semiconductor device, the plurality of grooves or connection holes in the step (d) may be:
It is formed by etching the underlying first insulating film to a predetermined depth, penetrating the second insulating film.

【0026】また、上記第2の半導体装置の製造方法に
おいて、金属膜として、銅または銅合金を主成分とする
銅膜、あるいは、タングステンまたはタングステン合金
を主成分とするタングステン膜からなる。
In the second method of manufacturing a semiconductor device, the metal film is made of a copper film mainly containing copper or a copper alloy, or a tungsten film mainly containing tungsten or a tungsten alloy.

【0027】この第2の実施形態の半導体装置の製造方
法によれば、複数の配線が密集して形成される領域に
は、研磨速度の遅い第2の絶縁膜が形成されているた
め、CMP法により金属膜及びバリア膜を研磨除去した
際に、エロージョンによって生じる第2の絶縁膜の凹み
の深さを低減することができる。さらに、露出した第3
の絶縁膜及び第2の絶縁膜をCMP法により所定の厚み
分だけ全面研磨することによって、第3の絶縁膜に比べ
て第2の絶縁膜の方が研磨速度が遅いため、エロージョ
ンによって生じた第2の絶縁膜の凹みを無くし、第3の
絶縁膜の表面と第2の絶縁膜の表面とを平坦化すること
ができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the second embodiment, the second insulating film having a low polishing rate is formed in a region where a plurality of wirings are densely formed. When the metal film and the barrier film are polished and removed by the method, the depth of the depression of the second insulating film caused by erosion can be reduced. In addition, the third exposed
By polishing the entire surface of the insulating film and the second insulating film by a predetermined thickness by a CMP method, the polishing rate of the second insulating film is lower than that of the third insulating film. The depression of the second insulating film can be eliminated, and the surface of the third insulating film and the surface of the second insulating film can be planarized.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】(第1の実施形態)本発明の第1
の実施形態に係る半導体装置およびその製造方法につい
て説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係るC
MP法によって形成された複数の配線を有する半導体装
置の断面図である。
(First Embodiment) A first embodiment of the present invention.
A semiconductor device according to the embodiment and a method for manufacturing the same will be described. FIG. 1 is a diagram showing a C according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a semiconductor device having a plurality of wirings formed by an MP method.

【0029】図1に示すように、第1の実施形態に係る
半導体装置は、半導体基板からなる基板1と、基板1上
に形成されたシリコン酸化膜からなる第1の絶縁膜2
と、第1の絶縁膜2を所定の深さまで除去して形成され
た凹部3と、表面が第1の絶縁膜2の表面と平坦になる
ように凹部3内に形成されたシリコン窒化膜からなる第
2の絶縁膜4と、第1の絶縁膜2を所定の深さまでエッ
チングして形成された溝5aと、第2の絶縁膜4を貫通
し第1の絶縁膜2を所定の深さまでエッチングして形成
された複数の溝5b、5c、5dと、溝5a内に埋め込
まれたバリア膜6aと金属膜7aからなる配線8a、複
数の溝5b、5c、5d内にそれぞれ埋め込まれたバリ
ア膜6b、6c、6dと金属膜7b、7c、7dからな
る配線8b、8c、8dとを備えている。本実施の形態
において、バリア膜6a、6b、6c、6dはTa/T
aNの積層膜からなり、金属膜7a、7b、7c、7d
は銅または銅合金を主成分とする銅膜からなる。
As shown in FIG. 1, a semiconductor device according to the first embodiment includes a substrate 1 made of a semiconductor substrate and a first insulating film 2 made of a silicon oxide film formed on the substrate 1.
And a concave portion 3 formed by removing the first insulating film 2 to a predetermined depth, and a silicon nitride film formed in the concave portion 3 so that the surface is flat with the surface of the first insulating film 2. A second insulating film 4, a groove 5a formed by etching the first insulating film 2 to a predetermined depth, and a first insulating film 2 penetrating through the second insulating film 4 to a predetermined depth. A plurality of trenches 5b, 5c, 5d formed by etching, a wiring 8a composed of a barrier film 6a and a metal film 7a embedded in the trench 5a, a barrier embedded in the plurality of trenches 5b, 5c, 5d, respectively. It has wirings 8b, 8c, 8d composed of films 6b, 6c, 6d and metal films 7b, 7c, 7d. In the present embodiment, the barrier films 6a, 6b, 6c, 6d are made of Ta / T
aN laminated film, metal films 7a, 7b, 7c, 7d
Is made of a copper film containing copper or a copper alloy as a main component.

【0030】そして、シリコン窒化膜からなる第2の絶
縁膜4は、シリコン酸化膜からなる第1の絶縁膜2に比
べてCMP法による研磨速度が遅く、CMP法によって
第1の絶縁膜2の表面と複数の配線8b、8c、8dが
形成された第2の絶縁膜4の表面が平坦化されている。
The polishing rate of the second insulating film 4 made of a silicon nitride film is lower than that of the first insulating film 2 made of a silicon oxide film by the CMP method. The surface of the second insulating film 4 on which the surface and the plurality of wirings 8b, 8c, 8d are formed is flattened.

【0031】図2(a)〜図2(e)は、本発明の第1
の実施形態に係るCMP法を用いて形成された複数の配
線を有する半導体装置の製造工程を示す断面図である。
FIGS. 2A to 2E show the first embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device having a plurality of wirings formed by using the CMP method according to the embodiment.

【0032】まず、図2(a)に示す工程で、半導体基
板からなる基板1上に膜厚1000nmのシリコン酸化
膜からなる第1の絶縁膜2を形成する。その後、フォト
リソグラフィー技術及びドライエッチング技術を用い
て、複数の配線を密集して形成する高密度配線領域10
の第1の絶縁膜2を所定の深さまでエッチングして、例
えば深さ200nm程度の凹部3を形成する。このと
き、凹部3は、密集して形成される複数の配線を包含で
きるように形成する。なお、凹部3領域以外の低密度配
線領域11には、配線を形成しないか、あるいは、配線
を形成しても単独で形成し複数の配線を密集させないこ
とが望ましい。
First, in the step shown in FIG. 2A, a first insulating film 2 made of a silicon oxide film having a thickness of 1000 nm is formed on a substrate 1 made of a semiconductor substrate. Thereafter, a high-density wiring region 10 in which a plurality of wirings are densely formed using photolithography technology and dry etching technology.
The first insulating film 2 is etched to a predetermined depth to form a concave portion 3 having a depth of, for example, about 200 nm. At this time, the recess 3 is formed so as to include a plurality of wirings formed densely. It is desirable that no wiring is formed in the low-density wiring region 11 other than the concave portion 3 region, or that even if the wiring is formed, it is formed independently and the plurality of wirings are not densely packed.

【0033】次に、図2(b)に示す工程で、凹部3を
含む第1の絶縁膜2上の全面に、第1の絶縁膜2よりも
CMP法における研磨速度の遅いシリコン窒化膜からな
る第2の絶縁膜を膜厚400nm程度で形成する。その
後、CMP法によって第1の絶縁膜2上の第2の絶縁膜
を研磨除去して、凹部3内に厚さ200nm程度の第2
の絶縁膜4を埋め込み形成する。このとき、第1の絶縁
膜2の表面と第2の絶縁膜4の表面とが平坦になるよう
に形成する。
Next, in the step shown in FIG. 2B, a silicon nitride film having a lower polishing rate than the first insulating film 2 by the CMP method is formed on the entire surface of the first insulating film 2 including the concave portion 3. A second insulating film having a thickness of about 400 nm is formed. After that, the second insulating film on the first insulating film 2 is polished and removed by the CMP method, and the second insulating film having a thickness of about 200 nm is formed in the concave portion 3.
Is buried. At this time, the surface of the first insulating film 2 and the surface of the second insulating film 4 are formed to be flat.

【0034】次に、図2(c)に示す工程で、第1の絶
縁膜2及び第2の絶縁膜4をエッチングして所定の深さ
例えば深さ600nm程度の溝5を形成する。このと
き、密集していない単独の配線を形成するための溝5a
は、低密度配線領域11の第1の絶縁膜2を600nm
程度エッチングして形成する。また、密集した複数の配
線を形成するための溝5b、5c、5dは、高密度配線
領域10の第2の絶縁膜4を貫通し、下地の第1の絶縁
膜2を400nm程度エッチングして形成する。
Next, in the step shown in FIG. 2C, the first insulating film 2 and the second insulating film 4 are etched to form a groove 5 having a predetermined depth, for example, a depth of about 600 nm. At this time, the groove 5a for forming a single wiring that is not dense
Sets the first insulating film 2 in the low-density wiring region 11 to 600 nm.
It is formed by etching to a certain degree. The grooves 5b, 5c, and 5d for forming a plurality of dense wirings penetrate the second insulating film 4 in the high-density wiring region 10, and etch the underlying first insulating film 2 by about 400 nm. Form.

【0035】次に、図2(d)に示す工程で、溝5を含
む第1の絶縁膜2及び第2の絶縁膜4上の全面に厚み3
0nmのTa及びTaNからなるバリア膜6を形成した
後、バリア膜6上に銅または銅合金を主成分とする銅膜
からなる金属膜7を900nm程度の厚みで堆積する。
Next, in the step shown in FIG. 2D, the entire surface of the first insulating film 2 and the second
After forming the barrier film 6 made of Ta and TaN with a thickness of 0 nm, a metal film 7 made of a copper film containing copper or a copper alloy as a main component is deposited on the barrier film 6 to a thickness of about 900 nm.

【0036】次に、図2(e)に示す工程で、CMP法
によって第1の絶縁膜2及び第2の絶縁膜4上の金属膜
7及びバリア膜6を研磨除去する。さらに、CMP法に
より露出した第1の絶縁膜2及び第2の絶縁膜4を所定
の厚み分、例えば第2の絶縁膜4の厚みで50nm程度
だけ全面研磨して、第1の絶縁膜2の表面と第2の絶縁
膜4の表面を平坦化する。これによって、溝5a内には
バリア膜6aと金属膜7aからなる配線8a、溝5b内
にはバリア膜6bと金属膜7bからなる配線8b、溝5
c内にはバリア膜6cと金属膜7cからなる配線8c、
溝5d内にはバリア膜6dと金属膜7dからなる配線8
dがそれぞれ形成される。
Next, in the step shown in FIG. 2E, the metal film 7 and the barrier film 6 on the first insulating film 2 and the second insulating film 4 are polished and removed by the CMP method. Further, the first insulating film 2 and the second insulating film 4 exposed by the CMP method are entirely polished by a predetermined thickness, for example, about 50 nm with a thickness of the second insulating film 4, so that the first insulating film 2 is formed. And the surface of the second insulating film 4 are flattened. Thus, the wiring 8a formed of the barrier film 6a and the metal film 7a in the groove 5a, the wiring 8b formed of the barrier film 6b and the metal film 7b in the groove 5b, and the groove 5
c, a wiring 8c composed of a barrier film 6c and a metal film 7c;
A wiring 8 composed of a barrier film 6d and a metal film 7d is provided in the groove 5d.
d are respectively formed.

【0037】なお、上記第1の実施形態では、第1の絶
縁膜2としてシリコン酸化膜を用い、第2の絶縁膜4と
してシリコン窒化膜を用いて説明したが、第1の絶縁膜
2に対して第2の絶縁膜の研磨速度が遅ければ良い。例
えば、第1の絶縁膜2がBPSG膜の場合、第2の絶縁
膜としてBPSG膜よりも研磨速度の遅いNSG膜、ま
たは、シリコン窒化膜を用いれば良い。
In the first embodiment, a silicon oxide film is used as the first insulating film 2 and a silicon nitride film is used as the second insulating film 4. On the other hand, it is sufficient that the polishing rate of the second insulating film is low. For example, when the first insulating film 2 is a BPSG film, an NSG film or a silicon nitride film having a lower polishing rate than the BPSG film may be used as the second insulating film.

【0038】また、溝5の深さに比べ凹部3の深さを浅
く形成したが、凹部3の深さを溝5の深さよりも深く形
成してもよい。これによって、凹部3内には、溝5の深
さよりも膜厚の厚い第2の絶縁膜4が形成されるため、
配線8b、8c、8dの側面及び底面を第2の絶縁膜4
で取り囲むことができる。
Although the depth of the concave portion 3 is formed shallower than the depth of the groove 5, the depth of the concave portion 3 may be formed to be deeper than the depth of the groove 5. As a result, the second insulating film 4 having a thickness larger than the depth of the groove 5 is formed in the concave portion 3,
The side surfaces and the bottom surfaces of the wirings 8b, 8c, 8d are
Can be surrounded by

【0039】また、図2(e)に示す工程では、第2の
絶縁膜4のうち一部厚み分だけ研磨除去したが、第2の
絶縁膜4の全厚み分を除去してもよい。この場合の第2
の絶縁膜4の膜厚としては、CMP法によって金属膜7
及びバリア膜6を研磨除去した際に第2の絶縁膜に生じ
た凹みを、その後の全面研磨によって平坦化できる程度
の膜厚があればよく、例えば凹部3の深さを50nmに
して厚み50nmの第2の絶縁膜4を形成しておけばよ
い。
In the step shown in FIG. 2E, a part of the second insulating film 4 is polished and removed. However, the entire thickness of the second insulating film 4 may be removed. The second in this case
The thickness of the insulating film 4 is determined by the CMP method.
Further, it is sufficient that the recess formed in the second insulating film when the barrier film 6 is polished and removed has a film thickness that can be flattened by subsequent overall polishing. The second insulating film 4 may be formed beforehand.

【0040】この第1の実施形態の半導体装置及びその
製造方法によれば、複数の配線8b、8c、8dが密集
して形成される高密度配線領域10には、研磨速度の遅
い第2の絶縁膜4が形成されている。そのため、CMP
法により金属膜7及びバリア膜6を研磨除去した際に、
エロージョンによって生じる第2の絶縁膜4の凹みの深
さが低減される。さらに、露出した第1の絶縁膜2及び
第2の絶縁膜4をCMP法により全面研磨することによ
って、第1の絶縁膜2に比べて第2の絶縁膜4の方が研
磨速度が遅いため、エロージョンによって生じた第2の
絶縁膜4の凹みが解消され、第1の絶縁膜2の表面と第
2の絶縁膜4の表面とを平坦化することができる。
According to the semiconductor device of the first embodiment and the method of manufacturing the same, the high-density wiring region 10 in which the plurality of wirings 8b, 8c and 8d are formed densely has the second polishing rate of low An insulating film 4 is formed. Therefore, CMP
When the metal film 7 and the barrier film 6 are polished and removed by the method,
The depth of the depression of the second insulating film 4 caused by the erosion is reduced. Furthermore, since the exposed first insulating film 2 and the second insulating film 4 are entirely polished by the CMP method, the polishing rate of the second insulating film 4 is lower than that of the first insulating film 2. In addition, the depression of the second insulating film 4 caused by the erosion is eliminated, and the surface of the first insulating film 2 and the surface of the second insulating film 4 can be flattened.

【0041】(第2の実施形態)本発明の第2の実施形
態に係る半導体装置およびその製造方法について説明す
る。図3は、本発明の第2の実施形態に係るCMP法に
よって形成された複数の配線を有する半導体装置の断面
図である。
(Second Embodiment) A semiconductor device according to a second embodiment of the present invention and a method for manufacturing the same will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view of a semiconductor device having a plurality of wirings formed by the CMP method according to the second embodiment of the present invention.

【0042】図3に示すように、第2の実施形態に係る
半導体装置は、半導体基板からなる基板1と、基板1上
に形成されたシリコン酸化膜からなる第1の絶縁膜2
と、第1の絶縁膜上の一部領域上に形成されたシリコン
窒化膜からなる第2の絶縁膜4と、第1の絶縁膜上の他
部領域上に第2の絶縁膜4に接して形成されたシリコン
酸化膜からなる第3の絶縁膜9と、第3の絶縁膜9を貫
通し第1の絶縁膜2を所定の深さまでエッチングして形
成された溝5aと、第2の絶縁膜4を貫通し第1の絶縁
膜2を所定の深さまでエッチングして形成された複数の
溝5b、5c、5dと、溝5a内に埋め込まれたバリア
膜6aと金属膜7aからなる配線8aと、複数の溝5
b、5c、5d内にそれぞれ埋め込まれたバリア膜6
b、6c、6dと金属膜7b、7c、7dからなる配線
8b、8c、8dとを備えている。本実施の形態におい
て、バリア膜6a、6b、6c、6dはTa/TaNの
積層膜からなり、金属膜7a、7b、7c、7dは銅ま
たは銅合金を主成分とする銅膜からなる。
As shown in FIG. 3, a semiconductor device according to the second embodiment includes a substrate 1 made of a semiconductor substrate and a first insulating film 2 made of a silicon oxide film formed on the substrate 1.
And a second insulating film 4 made of a silicon nitride film formed on a partial region on the first insulating film, and a second insulating film 4 on another region on the first insulating film. A third insulating film 9 made of a silicon oxide film formed by etching, a groove 5a penetrating the third insulating film 9 and etching the first insulating film 2 to a predetermined depth, and a second A plurality of trenches 5b, 5c, and 5d formed by penetrating the insulating film 4 and etching the first insulating film 2 to a predetermined depth, and a wiring including a barrier film 6a and a metal film 7a embedded in the trench 5a. 8a and a plurality of grooves 5
barrier film 6 embedded in each of b, 5c and 5d
b, 6c, 6d and wirings 8b, 8c, 8d composed of metal films 7b, 7c, 7d. In the present embodiment, the barrier films 6a, 6b, 6c, and 6d are made of a laminated film of Ta / TaN, and the metal films 7a, 7b, 7c, and 7d are made of a copper film containing copper or a copper alloy as a main component.

【0043】そして、シリコン窒化膜からなる第2の絶
縁膜4は、シリコン酸化膜からなる第3の絶縁膜9に比
べてCMP法による研磨速度が遅く、CMP法によって
第3の絶縁膜9の表面と複数の配線8b、8c、8dが
形成された第2の絶縁膜4の表面が平坦化されている。
The polishing rate of the second insulating film 4 made of a silicon nitride film is lower than that of the third insulating film 9 made of a silicon oxide film by the CMP method. The surface of the second insulating film 4 on which the surface and the plurality of wirings 8b, 8c, 8d are formed is flattened.

【0044】図4(a)〜図4(e)は、本発明の第2
の実施形態に係るCMP法を用いて形成された複数の配
線を有する半導体装置の製造工程を示す断面図である。
FIGS. 4A to 4E show the second embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device having a plurality of wirings formed by using the CMP method according to the embodiment.

【0045】まず、図4(a)に示す工程で、半導体基
板からなる基板1上に膜厚800nmのシリコン酸化膜
からなる第1の絶縁膜2を形成する。その後、第1の絶
縁膜2上に膜厚200nmのシリコン窒化膜からなる第
2の絶縁膜を形成した後、フォトリソグラフィー技術及
びドライエッチング技術を用いてパターニングを行い、
複数の配線を密集して形成する高密度配線領域10に第
2の絶縁膜4を形成する。このとき、第2の絶縁膜4
は、密集して形成される複数の配線を包含できるように
形成することが望ましい。
First, in a step shown in FIG. 4A, a first insulating film 2 made of a silicon oxide film having a thickness of 800 nm is formed on a substrate 1 made of a semiconductor substrate. After that, a second insulating film made of a silicon nitride film having a thickness of 200 nm is formed on the first insulating film 2 and then patterned by using a photolithography technique and a dry etching technique.
The second insulating film 4 is formed in the high-density wiring region 10 where a plurality of wirings are densely formed. At this time, the second insulating film 4
Is desirably formed so as to include a plurality of wirings formed densely.

【0046】次に、図4(b)に示す工程で、第2の絶
縁膜4を含む第1の絶縁膜2上の全面に、第2の絶縁膜
4よりもCMP法における研磨速度の速いシリコン酸化
膜からなる第3の絶縁膜を膜厚500nm程度で形成す
る。その後、CMP法によって第2の絶縁膜4上の第3
の絶縁膜を研磨除去して、第2の絶縁膜4が形成されて
いない第1の絶縁膜2上の全面に第2の絶縁膜4に接す
る厚さ200nm程度の第3の絶縁膜9を形成する。こ
のとき、第2の絶縁膜4の表面と第3の絶縁膜9の表面
とが平坦になるように形成する。なお、第2の絶縁膜4
が形成された領域以外の低密度配線領域11には、配線
を形成しないか、あるいは、配線を形成しても単独で形
成し複数の配線を密集させないことが望ましい。
Next, in the step shown in FIG. 4B, the polishing rate in the CMP method is higher than that of the second insulating film 4 over the entire surface of the first insulating film 2 including the second insulating film 4. A third insulating film made of a silicon oxide film is formed with a thickness of about 500 nm. After that, the third insulating film 4
Is removed by polishing, and a third insulating film 9 having a thickness of about 200 nm in contact with the second insulating film 4 is formed on the entire surface of the first insulating film 2 on which the second insulating film 4 is not formed. Form. At this time, the surface of the second insulating film 4 and the surface of the third insulating film 9 are formed to be flat. The second insulating film 4
It is desirable that no wiring is formed in the low-density wiring area 11 other than the area where the wiring is formed, or that even if the wiring is formed, it is formed independently and the plurality of wirings are not densely packed.

【0047】次に、図4(c)に示す工程で、第1の絶
縁膜2、第2の絶縁膜4及び第3の絶縁膜9をエッチン
グして所定の深さ例えば深さ600nm程度の溝5を形
成する。このとき、密集していない単独の配線を形成す
るための溝5aは、低密度配線領域11の第3の絶縁膜
9を貫通し、下地の第1の絶縁膜2を400nm程度エ
ッチングして形成する。また、密集した複数の配線を形
成するための溝5b、5c、5dは、高密度配線領域1
0の第2の絶縁膜4を貫通し、下地の第1の絶縁膜2を
400nm程度エッチングして形成する。
Next, in the step shown in FIG. 4C, the first insulating film 2, the second insulating film 4 and the third insulating film 9 are etched to have a predetermined depth, for example, a depth of about 600 nm. A groove 5 is formed. At this time, the groove 5a for forming a single wiring that is not densely formed penetrates through the third insulating film 9 in the low-density wiring region 11, and is formed by etching the underlying first insulating film 2 by about 400 nm. I do. The grooves 5b, 5c, and 5d for forming a plurality of dense wirings are formed in the high-density wiring region 1
The second insulating film 4 is formed by etching the underlying first insulating film 2 by about 400 nm.

【0048】次に、図4(d)に示す工程で、溝5を含
む第2の絶縁膜4及び第3の絶縁膜9上の全面に厚み3
0nmのTa及びTaNからなるバリア膜6を形成した
後、バリア膜6上に銅または銅合金を主成分とする銅膜
からなる金属膜7を900nm程度の厚みで堆積する。
Next, in the step shown in FIG. 4D, the entire surface of the second insulating film 4 and the third
After forming the barrier film 6 made of Ta and TaN with a thickness of 0 nm, a metal film 7 made of a copper film containing copper or a copper alloy as a main component is deposited on the barrier film 6 to a thickness of about 900 nm.

【0049】次に、図4(e)に示す工程で、CMP法
によって第2の絶縁膜4及び第3の絶縁膜9上の金属膜
7及びバリア膜6を研磨除去する。さらに、CMP法に
より露出した第2の絶縁膜4及び第3の絶縁膜9を所定
の厚み分、例えば第2の絶縁膜4の厚みで50nm程度
だけ全面研磨して、第2の絶縁膜4の表面と第3の絶縁
膜9の表面を平坦化する。これによって、溝5a内には
バリア膜6aと金属膜7aからなる配線8a、溝5b内
にはバリア膜6bと金属膜7bからなる配線8b、溝5
c内にはバリア膜6cと金属膜7cからなる配線8c、
溝5d内にはバリア膜6dと金属膜7dからなる配線8
dがそれぞれ形成される。
Next, in the step shown in FIG. 4E, the metal film 7 and the barrier film 6 on the second insulating film 4 and the third insulating film 9 are polished and removed by the CMP method. Further, the second insulating film 4 and the third insulating film 9 exposed by the CMP method are entirely polished by a predetermined thickness, for example, about 50 nm in thickness of the second insulating film 4, and the second insulating film 4 is polished. And the surface of the third insulating film 9 are flattened. Thus, the wiring 8a formed of the barrier film 6a and the metal film 7a in the groove 5a, the wiring 8b formed of the barrier film 6b and the metal film 7b in the groove 5b, and the groove 5
c, a wiring 8c composed of a barrier film 6c and a metal film 7c;
A wiring 8 composed of a barrier film 6d and a metal film 7d is provided in the groove 5d.
d are respectively formed.

【0050】なお、上記第2の実施形態では、第3の絶
縁膜9としてシリコン酸化膜を用い、第2の絶縁膜4と
してシリコン窒化膜を用いて説明したが、第3の絶縁膜
9に対して第2の絶縁膜の研磨速度が遅ければ良い。例
えば、第3の絶縁膜9がBPSG膜の場合、第2の絶縁
膜としてBPSG膜よりも研磨速度の遅いNSG膜、ま
たは、シリコン窒化膜を用いれば良い。
In the second embodiment, the silicon oxide film is used as the third insulating film 9 and the silicon nitride film is used as the second insulating film 4. On the other hand, it is sufficient that the polishing rate of the second insulating film is low. For example, when the third insulating film 9 is a BPSG film, an NSG film or a silicon nitride film having a lower polishing rate than the BPSG film may be used as the second insulating film.

【0051】また、図4(e)に示す工程では、第2の
絶縁膜4のうち一部厚み分だけ研磨除去したが、第2の
絶縁膜4の全厚み分を除去し、第2の絶縁膜4及び第3
の絶縁膜9を完全に除去してもよい。この場合の第2の
絶縁膜4の膜厚としては、CMP法によって金属膜7及
びバリア膜6を研磨除去した際に第2の絶縁膜に生じた
凹みを、その後の全面研磨によって平坦化できる程度の
膜厚があればよく、例えば厚み50nmの第2の絶縁膜
4を形成しておけばよい。
In the step shown in FIG. 4E, the second insulating film 4 is polished and removed by a part of the thickness. However, the entire thickness of the second insulating film 4 is removed and the second insulating film 4 is removed. Insulating film 4 and third
May be completely removed. In this case, the thickness of the second insulating film 4 can be reduced by polishing the metal film 7 and the barrier film 6 by the CMP method and flattening the recess formed in the second insulating film by subsequent overall polishing. It is sufficient that the second insulating film 4 has a thickness of about 50 nm, for example.

【0052】この第2の実施形態の半導体装置及びその
製造方法によれば、複数の配線8b、8c、8dが密集
して形成される高密度配線領域10には、研磨速度の遅
い第2の絶縁膜4が形成されている。そのため、CMP
法により金属膜7及びバリア膜6を研磨除去した際に、
エロージョンによって生じる第2の絶縁膜4の凹みの深
さが低減される。さらに、露出した第2の絶縁膜4及び
第3の絶縁膜9をCMP法により全面研磨することによ
って、第3の絶縁膜9に比べて第2の絶縁膜4の方が研
磨速度が遅いため、エロージョンによって生じた第2の
絶縁膜4の凹みが解消され、第3の絶縁膜9の表面と第
2の絶縁膜4の表面とを平坦化することができる。
According to the semiconductor device of the second embodiment and the method of manufacturing the same, the high-density wiring region 10 in which the plurality of wirings 8b, 8c and 8d are formed densely has the second polishing rate slower. An insulating film 4 is formed. Therefore, CMP
When the metal film 7 and the barrier film 6 are polished and removed by the method,
The depth of the depression of the second insulating film 4 caused by the erosion is reduced. Further, the entire surface of the exposed second insulating film 4 and the third insulating film 9 is polished by the CMP method, so that the polishing rate of the second insulating film 4 is lower than that of the third insulating film 9. In addition, the dent of the second insulating film 4 caused by the erosion is eliminated, and the surface of the third insulating film 9 and the surface of the second insulating film 4 can be flattened.

【0053】なお、上記第1及び第2の実施形態では、
密集した複数の配線を有する半導体装置及びその製造方
法について説明したが、密集した複数のプラグを有する
半導体装置及びその製造方法にも適用することができ
る。この場合、溝5の変わりに下層の配線に到達する接
続孔を形成すればよい。
In the first and second embodiments,
Although the semiconductor device having a plurality of densely arranged wirings and the method of manufacturing the same have been described, the present invention can also be applied to a semiconductor device having a plurality of densely arranged plugs and a method of manufacturing the same. In this case, a connection hole reaching the lower wiring may be formed instead of the groove 5.

【0054】また、上記第1及び第2の実施形態では、
金属膜7として銅膜を用いて説明したが、タングステン
またはタングステン合金を主成分とするタングステン
膜、あるいは、アルミニウムまたはアルミニウム合金を
主成分とするアルミニウム膜などの金属材料を用いて良
い。また、バリア膜6としてTa/TaNの積層膜を用
いて説明したが、金属膜7に対してバリア性があればよ
く、例えばTaN単層、TiN単層、Ti/TiNの積
層膜であってもよい。
In the first and second embodiments,
Although the description has been made using the copper film as the metal film 7, a metal material such as a tungsten film mainly containing tungsten or a tungsten alloy, or an aluminum film mainly containing aluminum or an aluminum alloy may be used. In addition, although the description has been given using the Ta / TaN laminated film as the barrier film 6, it is sufficient that the metal film 7 has a barrier property. Is also good.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明の半導体
装置及びその製造方法によれば、複数の配線またはプラ
グが密集して形成される高密度配線領域には、配線が密
集して形成されない低密度配線領域に比べて研磨速度の
遅い絶縁膜を形成する。これによって、CMP法におけ
るエロージョンを抑制することができ、複数の配線ある
いはプラグが密集して形成されている絶縁膜の表面が平
坦化されている半導体装置を形成することができる。
As described above, according to the semiconductor device and the method of manufacturing the same of the present invention, in the high-density wiring region where a plurality of wirings or plugs are densely formed, the wirings are densely formed. An insulating film having a lower polishing rate than a low-density wiring region not formed is formed. Thus, erosion in the CMP method can be suppressed, and a semiconductor device in which a surface of an insulating film in which a plurality of wirings or plugs are densely formed is planarized can be formed.

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

【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の断
面図
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention;

【図2】(a)〜(e)は、本発明の第1の実施形態に
係る半導体装置の製造工程を示す断面図
FIGS. 2A to 2E are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;

【図3】本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の断
面図
FIG. 3 is a sectional view of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention;

【図4】(a)〜(e)は、本発明の第2の実施形態に
係る半導体装置の製造工程を示す断面図
FIGS. 4A to 4E are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図5】(a)〜(c)は、従来の半導体装置の製造工
程を示す断面図
FIGS. 5A to 5C are cross-sectional views showing a process for manufacturing a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 第1の絶縁膜 3 凹部 4 第2の絶縁膜 5、5a、5b、5c、5d 溝 6、6a、6b、6c、6d バリア膜 7、7a、7b、7c、7d 金属膜 8a、8b、8c、8d 配線 9 第3の絶縁膜 10 高密度配線領域 11 低密度配線領域 Reference Signs List 1 substrate 2 first insulating film 3 concave portion 4 second insulating film 5, 5a, 5b, 5c, 5d groove 6, 6a, 6b, 6c, 6d barrier film 7, 7a, 7b, 7c, 7d metal film 8a, 8b, 8c, 8d Wiring 9 Third insulating film 10 High density wiring area 11 Low density wiring area

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F033 HH08 HH09 HH11 HH12 HH18 HH19 HH21 HH32 HH33 MM12 MM13 QQ09 QQ10 QQ48 QQ49 RR04 RR06 XX01  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5F033 HH08 HH09 HH11 HH12 HH18 HH19 HH21 HH32 HH33 MM12 MM13 QQ09 QQ10 QQ48 QQ49 RR04 RR06 XX01

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に形成された第1の絶縁膜と、 前記第1の絶縁膜を所定の深さまで除去して形成された
凹部と、 前記凹部内に埋め込まれた第2の絶縁膜と、 少なくとも前記第2の絶縁膜をエッチングして形成され
た複数の溝または接続孔と、 前記複数の溝または接続孔に埋め込まれた少なくとも金
属膜からなる複数の配線またはプラグとを備え、 前記第2の絶縁膜は、前記第1の絶縁膜に比べてCMP
法による研磨速度が遅く、CMP法によって前記第1の
絶縁膜の表面と前記複数の配線またはプラグが形成され
た前記第2の絶縁膜の表面とが平坦化されていることを
特徴とする半導体装置。
A first insulating film formed on a substrate; a concave portion formed by removing the first insulating film to a predetermined depth; and a second insulating film embedded in the concave portion. And at least a plurality of grooves or connection holes formed by etching the second insulating film; and a plurality of wirings or plugs made of at least a metal film embedded in the plurality of grooves or connection holes, The second insulating film has a higher CMP than the first insulating film.
A semiconductor, wherein a polishing rate by a polishing method is low, and a surface of the first insulating film and a surface of the second insulating film on which the plurality of wirings or plugs are formed are planarized by a CMP method. apparatus.
【請求項2】 請求項1記載の半導体装置において、 前記複数の溝または接続孔は、前記第2の絶縁膜を貫通
し、下地の前記第1の絶縁膜を所定の深さまでエッチン
グして設けられていることを特徴とする半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the plurality of grooves or connection holes penetrate the second insulating film and are provided by etching the underlying first insulating film to a predetermined depth. A semiconductor device characterized in that:
【請求項3】 請求項1または2記載の半導体装置にお
いて、 前記金属膜が、銅または銅合金を主成分とする銅膜、あ
るいは、タングステンまたはタングステン合金を主成分
とするタングステン膜からなることを特徴とする半導体
装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the metal film is made of a copper film mainly containing copper or a copper alloy, or a tungsten film mainly containing tungsten or a tungsten alloy. Characteristic semiconductor device.
【請求項4】 基板上に形成された第1の絶縁膜と、 前記第1の絶縁膜上の一部領域に形成された第2の絶縁
膜と、 前記第1の絶縁膜上の他部領域に前記第2の絶縁膜に接
して形成された第3の絶縁膜と、 少なくとも前記第2の絶縁膜をエッチングして形成され
た複数の溝または接続孔と、 前記複数の溝または接続孔に埋め込まれた少なくとも金
属膜からなる複数の配線またはプラグとを備え、 前記第2の絶縁膜は、前記第3の絶縁膜に比べてCMP
法による研磨速度が遅く、CMP法によって前記第3の
絶縁膜の表面と前記複数の配線またはプラグが形成され
た前記第2の絶縁膜の表面とが平坦化されていることを
特徴とする半導体装置。
4. A first insulating film formed on a substrate, a second insulating film formed in a partial region on the first insulating film, and another part on the first insulating film. A third insulating film formed in a region in contact with the second insulating film; a plurality of grooves or connection holes formed by etching at least the second insulating film; and the plurality of grooves or connection holes And a plurality of wirings or plugs made of at least a metal film embedded in the second insulating film, wherein the second insulating film has a higher CMP than the third insulating film.
A semiconductor, characterized in that the polishing rate by the method is low, and the surface of the third insulating film and the surface of the second insulating film on which the plurality of wirings or plugs are formed are planarized by a CMP method. apparatus.
【請求項5】 請求項4記載の半導体装置において、 前記複数の溝または接続孔は、前記第2の絶縁膜を貫通
し、下地の前記第1の絶縁膜を所定の深さまでエッチン
グして設けられていることを特徴とする半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 4, wherein the plurality of grooves or connection holes penetrate the second insulating film and are provided by etching the underlying first insulating film to a predetermined depth. A semiconductor device characterized in that:
【請求項6】 請求項4または5記載の半導体装置にお
いて、 前記金属膜が、銅または銅合金を主成分とする銅膜、あ
るいは、タングステンまたはタングステン合金を主成分
とするタングステン膜からなることを特徴とする半導体
装置。
6. The semiconductor device according to claim 4, wherein the metal film is made of a copper film mainly containing copper or a copper alloy, or a tungsten film mainly containing tungsten or a tungsten alloy. Characteristic semiconductor device.
【請求項7】 基板上に第1の絶縁膜を形成する工程
(a)と、 前記第1の絶縁膜を所定の深さまで除去して凹部を形成
する工程(b)と、 前記凹部を含む前記第1の絶縁膜上の全面に、前記第1
の絶縁膜よりもCMP法における研磨速度の遅い第2の
絶縁膜を形成する工程(c)と、 前記第1の絶縁膜上の前記第2の絶縁膜をCMP法によ
って研磨除去して、前記凹部内のみに前記第2の絶縁膜
を残存させる工程(d)と、 前記工程(d)の後に、少なくとも前記第2の絶縁膜を
エッチングして複数の溝または接続孔を形成する工程
(e)と、 前記工程(e)の後に、前記基板上の全面に、少なくと
も金属膜を形成する工程(f)と、 前記金属膜をCMP法によって研磨し、前記複数の溝ま
たは接続孔に前記金属膜を選択的に埋め込み、複数の配
線またはプラグを形成する工程(g)と、 前記工程(g)の後に、前記基板上の全面をCMP法に
よって研磨して、少なくとも前記第1及び第2の絶縁膜
の一部を除去する工程(h)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。
7. A step (a) of forming a first insulating film on a substrate, a step (b) of forming a concave by removing the first insulating film to a predetermined depth, and including the concave The first insulating film is formed on the entire surface of the first insulating film.
(C) forming a second insulating film having a lower polishing rate in the CMP method than the insulating film of (c), and polishing and removing the second insulating film on the first insulating film by a CMP method; (D) leaving the second insulating film only in the recess; and (e) etching at least the second insulating film to form a plurality of grooves or connection holes after the step (d). And (f) forming at least a metal film on the entire surface of the substrate after the step (e). Polishing the metal film by a CMP method to fill the plurality of grooves or connection holes with the metal. (G) selectively embedding a film to form a plurality of wirings or plugs; and, after the step (g), polishing the entire surface of the substrate by a CMP method to form at least the first and second layers. (H) removing a part of the insulating film; Method of manufacturing a semiconductor device characterized in that it comprises.
【請求項8】 請求項7記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 前記工程(h)では、前記第2の絶縁膜を全て除去する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein in the step (h), the second insulating film is entirely removed.
【請求項9】 請求項7または8記載の半導体装置の製
造方法において、 前記工程(e)において、前記複数の溝または接続孔
は、前記第2の絶縁膜を貫通し、下地の前記第1の絶縁
膜を所定の深さまでエッチングして形成することを特徴
とする半導体装置の製造方法。
9. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein, in the step (e), the plurality of grooves or connection holes penetrate the second insulating film, and the first underlayer is formed. And etching the insulating film to a predetermined depth.
【請求項10】 請求項7〜9のうちいずれか1つに記
載の半導体装置の製造方法において、 前記金属膜が、銅または銅合金を主成分とする銅膜、あ
るいは、タングステンまたはタングステン合金を主成分
とするタングステン膜からなることを特徴とする半導体
装置の製造方法。
10. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the metal film is a copper film containing copper or a copper alloy as a main component, or tungsten or a tungsten alloy. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a tungsten film as a main component.
【請求項11】 基板上に第1の絶縁膜を形成する工程
(a)と、 前記第1の絶縁膜上の一部領域に第2の絶縁膜を形成す
る工程(b)と、 前記第1の絶縁膜上の他部領域に、前記第2の絶縁膜よ
りもCMP法における研磨速度の速い第3の絶縁膜を形
成する工程(c)と、 前記工程(b)及び(c)の後に、少なくとも前記第2
の絶縁膜をエッチングして複数の溝または接続孔を形成
する工程(d)と、 前記工程(d)の後に、前記基板上の全面に、少なくと
も金属膜を形成する工程(e)と、 前記金属膜をCMP法によって研磨し、前記複数の溝ま
たは接続孔に前記金属膜を選択的に埋め込み、複数の配
線またはプラグを形成する工程(f)と、 前記工程(f)の後に、前記基板上の全面をCMP法に
よって研磨して、少なくとも前記第2及び第3の絶縁膜
の一部を除去する工程(g)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。
11. A step (a) of forming a first insulating film on a substrate; a step (b) of forming a second insulating film in a partial region on the first insulating film; A step (c) of forming a third insulating film having a higher polishing rate in the CMP method than the second insulating film in the other region on the first insulating film, and the steps (b) and (c) Later, at least the second
(D) forming a plurality of grooves or connection holes by etching the insulating film, and (e) forming at least a metal film on the entire surface of the substrate after the step (d); (F) polishing the metal film by a CMP method, selectively embedding the metal film in the plurality of grooves or connection holes, and forming a plurality of wirings or plugs; and Polishing the entire upper surface by a CMP method to remove at least a part of the second and third insulating films (g).
【請求項12】 請求項11記載の半導体装置の製造方
法において、 前記工程(g)では、前記第2の絶縁膜を全て除去する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein in said step (g), said second insulating film is entirely removed.
【請求項13】 請求項11または12記載の半導体装
置の製造方法において、 前記工程(d)において、前記複数の溝または接続孔
は、前記第2の絶縁膜を貫通し、下地の前記第1の絶縁
膜を所定の深さまでエッチングして形成することを特徴
とする半導体装置の製造方法。
13. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein, in the step (d), the plurality of grooves or connection holes penetrate the second insulating film, and the first underlayer is formed. And etching the insulating film to a predetermined depth.
【請求項14】 請求項11〜13のうちいずれか1つ
に記載の半導体装置の製造方法において、 前記金属膜が、銅または銅合金を主成分とする銅膜、あ
るいは、タングステンまたはタングステン合金を主成分
とするタングステン膜からなることを特徴とする半導体
装置の製造方法。
14. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the metal film is a copper film containing copper or a copper alloy as a main component, or tungsten or a tungsten alloy. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a tungsten film as a main component.
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