JP2004022694A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体装置の製造方法に係る発明であって、特に、異なる配線厚の上層配線と、下層配線と、当該上層配線と当該下層配線とを電気的に接続するビアプラグとを有する半導体装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置の動作速度は、配線抵抗と配線容量に依存しており、配線抵抗、配線容量の値が低ければ低いほど、半導体装置の動作速度は早くなる。つまり、配線抵抗を低減するためには、配線膜厚および配線幅を大きくする必要があり、一方、配線容量を低減するためには、配線膜厚を薄くし、隣接する配線間隔を広げる必要がある。
【0003】
しかし、多層配線構造の半導体装置において、当該半導体装置の近年の微細化に伴い、配線抵抗と配線容量とが増加の一途を辿っており、半導体装置の製造に際し、半導体装置の微細化と信号速度の高速化の相反する要請に応える必要がある。
【0004】
そこで、第一の従来技術として、半導体装置の微細化と動作速度の高速化とを両立させるため、図9に示す断面構造の半導体装置が提案されていた。
【0005】
図9の多層配線半導体装置において、微細なローカル配線101とワイドピッチのグローバル配線102とが別個独立な層に、それぞれ設けられている。
【0006】
短距離配線に用いられるローカル配線101では、配線容量が半導体装置の動作速度に強く依存するため、配線容量が低くなるように配線膜厚を薄くしている。
【0007】
これに対して、長距離配線に用いられるグローバル配線102では、半導体装置の動作速度が配線抵抗に強く依存しているため、配線抵抗が低くなるように配線膜厚を厚くしており、また、配線幅を大きくとっている。
【0008】
また、ローカル配線101(またはグローバル配線102)に属するそれぞれの配線においても、半導体装置の性能をより向上させるために、配線幅、配線間隔等を調整して、配線抵抗や配線容量を最適化することが行われている。例えば、同じグローバル配線102に属する配線同士においても、より配線抵抗を低くしたい配線に対しては、他の配線よりも配線幅を大きく形成されている。
【0009】
これに対して、特開平9−321046号公報に開示されている第二の従来技術では、同一配線層に配線膜厚の異なる上層配線が形成されている。
【0010】
図10に示した第二の従来技術では、シリコン基板111上に第一のシリコン酸化膜112を形成した後、下層配線113を形成し、第一のシリコン酸化膜112と下層配線113とを覆うように、層間絶縁膜である第二のシリコン酸化膜114が形成されている。
【0011】
次に、一回目のフォトリソグラフィ工程により、第二のシリコン酸化膜114に第一の上層配線115となる第一の溝状開口部を形成する。その後、二回目のフォトリソグラフィ工程により、第二のシリコン酸化膜114に第一の上層配線115とは配線膜厚の異なる第二の上層配線116となる第二の溝状開口部と、第一の上層配線115と下層配線113とを電気的に接続するビアプラグ117となる孔状開口部とを同時に形成する。
【0012】
なお、上記二回目のフォトリソグラフィ工程のとき、一回目のフォトリソグラフィ工程で形成された第一の溝状開口部に引き続き、第二の溝状開口部を形成することにより、第三の上層配線118となる溝状開口部も形成されている。
【0013】
最後に、前記各溝状開口部と孔状開口部とを充填するように、第二のシリコン酸化膜114の表面上にアルミニウム等の金属を形成し、第二のシリコン酸化膜114の表面位置まで当該金属を研磨することにより、図10に示す断面構造の半導体装置が得られる。
【0014】
上記第二の従来技術では、同一配線層に2以上の異なる配線膜厚の配線を形成しているため、半導体装置の設計に際して、第一の従来技術よりも配線抵抗と配線容量を考慮した自由度の高い設計が可能となる。したがって、回路設計が簡易化され、さらに半導体装置の回路動作速度および集積度を向上させることが可能であった。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記第二の従来技術の製造方法では、配線膜厚の異なる上層配線と、当該配線膜厚の異なる上層配線のうち1の膜厚の上層配線と下層配線とを接続するビアプラグとの形成方法が記載されているだけで、配線膜厚の異なる各々の上層配線と下層配線とを電気的に接続するビアプラグを効率的に形成することは出来ない。
【0016】
つまり、上記に示した2回のエッチング工程だけからなる製造方法では、2種類の異なる配線膜厚の一方の上層配線115と下層配線113とを電気的に接続するビアプラグ117を形成することは可能であるが、他方の上層配線116と図示していない下層配線とを電気的に接続するビアプラグを形成することは不可能である。
【0017】
また、フォトリソグラフィ工程を増加することにより、他方の上層配線116と図示していない下層配線とを電気的に接続するビアプラグを形成することもできるが、効率的でない。
【0018】
実際の半導体装置においては、異なる配線膜厚から成る上層配線を形成するだけでなく、上層配線の配線膜厚の厚薄にかかわらず、各配線膜厚の異なる上層配線と下層配線とをビアプラグにて接続することが重要であり、実用性がはるかに高い。
【0019】
そこで、この発明は、半導体装置の設計に際して、当該半導体装置の動作速度に依存する配線抵抗と配線容量とを考慮したより自由度の高い設計を可能にし、かつ、実用性のある半導体装置を提供すべく、上層配線の配線膜厚の厚薄によらず、異なる膜厚の上層配線と、下層配線と、当該上層配線と当該下層配線とを電気的に接続するビアプラグとを、より効率的に形成することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項1に記載の半導体装置の製造方法は、2以上の異なる配線膜厚を有する上層配線と当該上層配線と下層配線とを電気的に接続する2以上のビアプラグを有しており、膜厚の薄い方の前記上層配線が密に形成されている第一の領域と、膜厚の厚い方の前記上層配線が前記第一の領域の前記上層配線よりも疎に形成されている第二の領域とを有している半導体装置において、(a)半導体基板を用意する工程と、(b)所定の形状の前記下層配線を有する第一の層間絶縁膜を、前記半導体基板上に形成する工程と、(c)前記第一の層間絶縁膜を覆うように、第二の層間絶縁膜を形成する工程と、(d)前記第二の層間絶縁膜の上面を貫通し、当該第二の層間絶縁膜の途中の深さまでの、前記第二の領域に存在する第一の溝状開口部および前記第一の領域に存在する第一の孔状開口部を、同時に形成する工程と、(e)前記工程(d)の後、前記第一の溝状開口部に重なる第二の孔状開口部および前記第一の孔状開口部に重なる第二の溝状開口部を、同時に形成する工程と、(f)前記第一および第二の溝状開口部、並びに、前記第一および第二の孔状開口部に導電体を充填することにより、前記上層配線および当該上層配線と前記下層配線とを電気的に接続する前記ビアプラグを形成する工程とを、備えている。
【0021】
また、請求項2に記載の半導体装置の製造方法では、前記工程(d)は、(d−1)所定の形状の溝状開口部と孔状開口部とがパターンニングされた第一のマスクを、前記第二の層間絶縁膜の表面上に形成する工程と、(d−2)前記第一のマスクをマスクとして所定の深さまで、前記第二の層間絶縁膜をハーフエッチングする工程とを備え、前記工程(e)は、(e−1)前記第一の溝状開口部の一部を被覆することにより形成される所定の形状の孔状開口部と、前記第一の孔状開口部と重なる部分を有して形成されており、前記第一の溝状開口部よりも幅が狭い溝状開口部とがパターニングされた第二のマスクを、前記第二の層間絶縁膜の表面上に形成する工程と、(e−2)前記第二のマスクをマスクとして前記第一および第二の孔状開口部が前記下層配線に到達するまで、前記第二の層間絶縁膜をエッチングする工程とを備えていてもよい。
【0022】
また、請求項3に記載の半導体装置の製造方法では、前記工程(e−1)において、前記第二のマスクは、前記第一の孔状開口部とは重ならない溝状開口部をさらにパターンニングされていてもよい。
【0023】
また、請求項4に記載の半導体装置の製造方法では、前記第一の溝状開口部は複数形成されており、前記工程(e−1)において、第二のマスクは、前記複数の第一の溝状開口部の一部の溝状開口部を完全に被覆するものであってもよい。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。図1は、本発明の一例の半導体装置の一部を示す断面図である。
【0025】
図1において、膜厚が例えば約1μmの第一の層間絶縁膜(シリコン酸化膜等)2が半導体基板1上に形成されており、当該第一の層間絶縁膜2の最表面から内部にかけて、銅等の導電体で形成された膜厚約400nmの下層配線3が所定の形状・本数で配設されている。
【0026】
また、下層配線3が銅である場合には、銅の酸化防止やエッチングストッパ等の目的ために、第一の層間絶縁膜2と下層配線3の全面を覆うように、例えばシリコン窒化膜10を約50nmの膜厚で形成する必要がある。これに対して、下層配線3が、例えばアルミニウムである場合には、前記シリコン窒化膜10を省略することも可能である。
【0027】
また、前記シリコン窒化膜10上には、第二の層間絶縁膜(シリコン酸化膜等)4が形成されており、当該第二の層間絶縁膜4の最表面から内部にかけて、第一の上層配線(銅等で形成された配線)5と、当該第一の上層配線と膜厚の異なる第二の上層配線6(銅等で形成された配線)とが所定の形状で、それぞれ複数配設されている。
【0028】
ここで、第二の層間絶縁膜4の膜厚は約1μmであり、第一の上層配線5の膜厚は約700nmであり、第二の上層配線6の膜厚は約400nmである。また、図1に示すように、第一の上層配線5と第二の上層配線6とは配線膜厚だけでなく、配線幅が異なるように形成してもかまわない。
【0029】
さらに、第二の層間絶縁膜4中には、第二の上層配線6と下層配線3とを電気的に接続する第一のビアプラグ7と、第一の上層配線5と下層配線3とを電気的に接続する第二のビアプラグ8とが形成されている。ここで、第一のビアプラグ7や第二のビアプラグ8は、孔状開口部に、例えば銅等の導電体を充填することにより形成される。
【0030】
上記に示した半導体装置では、異なる配線膜厚、配線幅の上層配線5,6が形成されているので、回路の設計に際して、配線抵抗と配線容量とを考慮した自由度の高い設計が可能となる。
【0031】
また、上記半導体装置は、配線膜厚の異なる上層配線5,6のそれぞれと下層配線3とを電気的に接続するビアプラグ7,8が形成されているので、より実用的な半導体装置となっている。
【0032】
例えば図1において、設計上、配線ピッチを詰めて集積度を上げたい部分には、第二の上層配線6および第一のビアプラグ7とを設計し、これに対して、配線抵抗を下げたい部分には、第一の上層配線5と第二のビアプラグ8とを設計する。
【0033】
次に、図1に示す半導体装置の製造方法を、半導体装置断面を表す図2〜8の製造工程図に従って説明する。
【0034】
まず、図2に示すように半導体基板1上に、例えばCVD(ChemicalVapor Deposition:化学気相成長)法等により、膜厚約1μmの第一の層間絶縁膜(シリコン酸化膜等)2が形成され、当該層間絶縁膜2中に、層間絶縁膜2の表面から所定の深さにいたる配線膜厚(例えば、約400nm)の下層配線3を所定の形状・本数で形成する。
【0035】
ここで、下層配線3は、例えば一連のフォトリソグラフィ工程により、第一の層間絶縁膜2中に所定の形状の溝開口部を形成し、当該溝開口部に導電体として銅等を埋め込み、その後、CMP(Chemical and Mechanical Polishing)等の平坦化技術により、当該導電体表面が第一の層間絶縁膜2の表面と面一となるように導電体を研磨することにより、形成される。
【0036】
続いて、図3に示すように、例えば下層配線3が銅である場合には、銅の酸化防止等の目的のために、第一の層間絶縁膜2および下層配線3の上面を覆うように、例えばシリコン窒化膜10等を約50nmの膜厚で形成した後、当該シリコン窒化膜10上に、例えばCVD法等により、第二の層間絶縁膜(シリコン酸化膜等)4を約1μm程度の厚さで形成する。
【0037】
ここで、下層配線3がアルミニウムである場合には、当該シリコン窒化膜10は形成しなくてもよい。
【0038】
次に、図4に示すように、所定のパターンを有するレジスト(第一のマスク)11を第二の層間絶縁膜4の上面に形成する。
【0039】
ここで、レジスト11には、図1の第一の上層配線5を形成するための溝状開口部5aと、第一のビアプラグ7を形成するための孔状開口部7aの二種類のパターニングがされている。
【0040】
上記のレジスト11を形成後、当該レジスト11をマスクとして一回目のエッチング処理を施し、当該エッチング処理後、レジスト11を除去する。当該工程を経た状態を図5に示す。ここで、図4から図5に示す工程を一回目のフォトリソグラフィ工程と称する。
【0041】
また、一回目のフォトリソグラフィ工程でのエッチング処理はハーフエッチング処理であり、第一の上層配線5が所望の配線膜厚となるように、第二の層間絶縁膜4の内部でエッチングを止める。このエッチング止めは、所望の深さ(この場合では、第一の上層配線5の配線膜厚で約700nm)までエッチングされる時間をエッチングレートから算出し、当該時間経過後、エッチングを止めることにより行われる。
【0042】
上記一回目のフォトリソグラフィ工程により、膜厚が約1μmの第二の層間絶縁膜4には、約700nmの第一の溝状開口部5bと、同程度の深さの第一の孔状開口部7bとが形成される。
【0043】
次に、図6に示すように、所定のパターンを有するレジスト(第二のマスク)12を第二の層間絶縁膜4の上面に形成する。
【0044】
レジスト12には、第二の上層配線6を形成するための溝状開口部6aと、第二のビアプラグ8を形成するための孔状開口部8aの二種類のパターニングがされている。
【0045】
このとき、第一の溝状開口部5bの一方には、レジスト12が完全に充填されており、第一の溝状開口部5bの他方には、一部レジスト12が充填されている。
【0046】
また、溝状開口部6aの一部は、第一の孔状開口部7bと重なるようにレジスト12にパターニングされており、他の溝状開口部6aは、第一の孔状開口部7bとは重ならないようにレジスト12にパターニングされている。
【0047】
上記のレジスト12を形成後、当該レジスト12をマスクとして二回目のエッチング処理を施し、その後、レジスト12を除去する。当該工程を経た状態を図7に示す。ここで、図6から図7に示す工程を二回目のフォトリソグラフィ工程と称する。
【0048】
上記二回目のフォトリソグラフィ工程のエッチング処理では、第二の上層配線6が所望の配線膜厚となる必要があり、かつ、第一のビアプラグ7および第二のビアプラグ8がそれぞれ下層配線3と接続されるように、一回目のフォトリソグラフィ工程で形成された第一の溝状開口部5bのアンダーエッチ部分と第一の孔状開口部7bのアンダーエッチ部分がエッチングされ、下層配線3に到達する必要がある。
【0049】
例えば、第二の上層配線6の配線膜厚を400nmで設計すると、400nmまでエッチングされる時間をエッチングレートから算出し、当該時間エッチングした後、二回目のエッチングを止める。そうすると、一回目のエッチング工程でのアンダーエッチ部分300nmはエッチングされ、第一の孔状開口部7bおよび第二の孔状開口部8bは下層配線3に到達する(図7)。
【0050】
次に、第二の層間絶縁膜4に形成された各開口部を充填するように銅等の導電体13を埋め込む。
【0051】
導電体13の埋め込む方法として、例えばスパッタ法により、図示しないメタルバリア層およびシード層の成膜を行い、その後メッキ法により、銅等の導電体13を当該各開口部に充填する。このとき、各開口部に導電体13が埋め込まれると同時に、第二の層間絶縁膜4の表面上にも導電体13が成膜される。当該工程を経た状態を図8に示す。
【0052】
最後に、例えばCMP法により、第二の層間絶縁膜4の上面と導電体13の上面とが面一になるまで導電体13を研磨し、第二の層間絶縁膜4に形成された各開口部にのみ導電体13を残す(図1)。
【0053】
上記一連の工程により、つまり、一回目のフォトリソグラフィ工程(レジスト11を用いるハーフエッチング処理工程)により、第一の溝状開口部5bと第一の孔状開口部7bとを同時に形成し、二回目のフォトリソグラフィ工程(レジスト12を用いるエッチング処理工程)により、前記第一の孔状開口部7bに重なるように形成される第二の溝状開口部6bと、前記第一の溝状開口部5b内に形成される第二の孔状開口部8bとを同時に形成することにより、図1に示したように、異なる配線膜厚の上層配線5,6と下層配線3を有する半導体装置において、配線膜厚の厚薄に依らず、上層配線5,6と下層配線3とを電気的に接続するビアプラグ7,8を備える半導体装置を効率的に製造することができる。
【0054】
例えば、配線ピッチを詰めて集積度を上げたい部分(配線膜厚が薄く、ビアプラグに対するカバーマージンを小さく設計する必要がある部分)には、第一の孔状開口部7b形成後に第二の溝状開口部6bを重ねて形成することにより、第二の上層配線6と第一のビアプラグ7とを形成することができ、また、配線抵抗を下げたい部分(配線膜厚や配線幅が大きく、ビアプラグに対するカバーマージンを大きく設計する必要のある部分)には、第一の溝状開口部5b形成後に第二の孔状開口部8bを重ねて形成することにより、第一の上層配線5と第二のビアプラグ8とを形成することができる。
【0055】
また、図1に示す構造の半導体装置を製造するに際し、第二の従来技術に記載の方法を適用した場合、つまり配線ピッチの詰まっている部分において、溝状開口部を形成した後に孔状開口部を形成する方法を適用した場合には、先に形成された溝状開口部の段差内に、孔状開口部形成のためのレジストをパターニングするため、レジスト膜厚は深くなり、つまりアスペクト比が高くなるので、焦点深度が小さくなり、集積度の高い箇所に対してレジストのファインパターンを形成することは困難であるという問題があった。
【0056】
しかし、配線ピッチの詰まっている部分において、本発明の上記に示した製造方法(手順)、つまり孔状開口部を形成後、溝状開口部を形成する手順を採用することにより、上記問題は解決される。
【0057】
また、上記の上層配線として配線幅の異なる配線を採用してもかまわず、これにより、例えば配線抵抗を下げたい上層配線の配線幅を大きく形成することが可能となる。従って、配線膜厚と配線幅とを自由に設計することができ、設計の自由度がさらに増える。ただし、配線形成にCMP法を用いる場合、配線ディッシング現象のため、配線幅を太くすること(配線抵抗を低くすること)に制限があるが、本発明の手法では、配線膜厚を厚膜化することにより、配線の低抵抗化が図れるため、従来よりも設計の自由度が増す。
【0058】
なお、本発明の製造方法(手順)を適用するのであれば、上記に示した各部材の寸法や材料はこれに限る必要はない。
【0059】
また、本発明の説明では、二層分の配線層について説明したが、これに限るものでなく、多層配線構造にも適用できることは言うまでもない。
【0060】
【発明の効果】
本発明の請求項1に記載の半導体装置の製造方法は、2以上の異なる配線膜厚を有する上層配線と当該上層配線と下層配線とを電気的に接続する2以上のビアプラグを有しており、膜厚の薄い方の前記上層配線が密に形成されている第一の領域と、膜厚の厚い方の前記上層配線が前記第一の領域の前記上層配線よりも疎に形成されている第二の領域とを有している半導体装置において、(a)半導体基板を用意する工程と、(b)所定の形状の前記下層配線を有する第一の層間絶縁膜を、前記半導体基板上に形成する工程と、(c)前記第一の層間絶縁膜を覆うように、第二の層間絶縁膜を形成する工程と、(d)前記第二の層間絶縁膜の上面を貫通し、当該第二の層間絶縁膜の途中の深さまでの、前記第二の領域に存在する第一の溝状開口部および前記第一の領域に存在する第一の孔状開口部を、同時に形成する工程と、(e)前記工程(d)の後、前記第一の溝状開口部に重なる第二の孔状開口部および前記第一の孔状開口部に重なる第二の溝状開口部を、同時に形成する工程と、(f)前記第一および第二の溝状開口部、並びに、前記第一および第二の孔状開口部に導電体を充填することにより、前記上層配線および当該上層配線と前記下層配線とを電気的に接続する前記ビアプラグを形成する工程とを、備えているので、半導体装置の設計に際して、当該半導体装置の動作速度に依存する配線抵抗と配線容量とを考慮したより自由度の高い設計を可能となり、上層配線の配線膜厚の厚薄によらず、異なる膜厚の上層配線と下層配線とを電気的に接続するビアプラグを、より効率的に形成することができる。
【0061】
本発明の請求項2に記載の半導体装置の製造方法は、前記工程(d)は、(d−1)所定の形状の溝状開口部と孔状開口部とがパターンニングされた第一のマスクを、前記第二の層間絶縁膜の表面上に形成する工程と、(d−2)前記第一のマスクをマスクとして所定の深さまで、前記第二の層間絶縁膜をハーフエッチングする工程とを備え、前記工程(e)は、(e−1)前記第一の溝状開口部の一部を被覆することにより形成される所定の形状の孔状開口部と、前記第一の孔状開口部と重なる部分を有して形成されており、前記第一の溝状開口部よりも幅が狭い溝状開口部とがパターニングされた第二のマスクを、前記第二の層間絶縁膜の表面上に形成する工程と、(e−2)前記第二のマスクをマスクとして前記第一および第二の孔状開口部が前記下層配線に到達するまで、前記第二の層間絶縁膜をエッチングする工程とを備えているので、上記2回のフォトリソグラフィ工程により、膜厚の異なる上層配線と、下層配線と、当該上層配線と当該下層配線とを電気的に接続するビアプラグとを容易に、かつ、精度良く形成することができる。
【0062】
本発明の請求項3に記載の半導体装置の製造方法は、前記工程(e−1)において、前記第二のマスクは、前記第一の孔状開口部とは重ならない溝状開口部をさらにパターンニングされているので、下層配線と電気的に接続しない上層配線となる第二の溝状開口部も二回目のフォトリソグラフィ工程で形成でき、さらに自由度の高い半導体装置の形成が可能となる。
【0063】
本発明の請求項4に記載の半導体装置の製造方法は、前記第一の溝状開口部は複数形成されており、前記工程(e−1)において、第二のマスクは、前記複数の第一の溝状開口部の一部の溝状開口部を完全に被覆するものであるので、一回目のフォトリソグラフィ工程で形成された第一の溝状開口部のうち、下層配線と電気的に接続しない上層配線となる第一の溝状開口部も形成でき、さらに自由度の高い半導体装置の形成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図2】本発明の半導体装置の製造工程を示す第一の図である。
【図3】本発明の半導体装置の製造工程を示す第二の図である。
【図4】本発明の半導体装置の製造工程を示す第三の図である。
【図5】本発明の半導体装置の製造工程を示す第四の図である。
【図6】本発明の半導体装置の製造工程を示す第五の図である。
【図7】本発明の半導体装置の製造工程を示す第六の図である。
【図8】本発明の半導体装置の製造工程を示す第七の図である。
【図9】第一の従来技術の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図10】第二の従来技術の半導体装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板、2 第一の層間絶縁膜、3 下層配線、4 第二の層間絶縁膜、5 第一の上層配線、5b 第一の溝状開口部、6 第二の上層配線、6b第二の溝状開口部、7 第一のビアプラグ、7b 第一の孔状開口部、8 第二のビアプラグ、8b 第二の孔状開口部、10 シリコン窒化膜、11,12
レジスト、13 導電体(銅等)。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and particularly relates to a semiconductor device having an upper wiring, a lower wiring, and a via plug for electrically connecting the upper wiring and the lower wiring, with different wiring thicknesses. And a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
The operation speed of the semiconductor device depends on the wiring resistance and the wiring capacitance. The lower the values of the wiring resistance and the wiring capacitance, the faster the operation speed of the semiconductor device. That is, in order to reduce the wiring resistance, it is necessary to increase the wiring film thickness and the wiring width. On the other hand, in order to reduce the wiring capacitance, it is necessary to reduce the wiring film thickness and increase the distance between adjacent wirings. is there.
[0003]
However, in a semiconductor device having a multilayer wiring structure, with the recent miniaturization of the semiconductor device, the wiring resistance and the wiring capacitance are increasing steadily. Need to meet the conflicting demands for faster speeds.
[0004]
Therefore, as a first related art, a semiconductor device having a cross-sectional structure shown in FIG. 9 has been proposed in order to achieve both miniaturization of the semiconductor device and high operating speed.
[0005]
In the multilayer wiring semiconductor device of FIG. 9, a fine
[0006]
In the
[0007]
On the other hand, in the
[0008]
Also, in each wiring belonging to the local wiring 101 (or the global wiring 102), in order to further improve the performance of the semiconductor device, the wiring width, the wiring interval, and the like are adjusted to optimize the wiring resistance and the wiring capacitance. That is being done. For example, even for wirings belonging to the same
[0009]
On the other hand, in the second prior art disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-321046, upper wirings having different wiring film thicknesses are formed in the same wiring layer.
[0010]
In the second conventional technique shown in FIG. 10, after forming a first
[0011]
Next, a first groove-shaped opening to be the first
[0012]
Note that, at the time of the second photolithography step, by forming a second groove-shaped opening subsequent to the first groove-shaped opening formed in the first photolithography step, the third upper layer wiring is formed. A groove-
[0013]
Finally, a metal such as aluminum is formed on the surface of the second
[0014]
In the second prior art, since two or more wirings having different wiring thicknesses are formed in the same wiring layer, the semiconductor device is designed more freely in consideration of the wiring resistance and the wiring capacitance than in the first conventional technology. A high degree of design becomes possible. Therefore, the circuit design was simplified, and the circuit operation speed and the degree of integration of the semiconductor device could be improved.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the manufacturing method of the second prior art, the upper wiring having a different wiring thickness and the via plug connecting the upper wiring and the lower wiring of one of the upper wirings having the different wiring thickness are formed. Only the method is described, but it is not possible to efficiently form a via plug for electrically connecting the upper layer wiring and the lower layer wiring having different wiring film thicknesses.
[0016]
That is, in the manufacturing method including only the two etching steps described above, it is possible to form the
[0017]
Further, by increasing the number of photolithography steps, a via plug for electrically connecting the other
[0018]
In an actual semiconductor device, not only are upper wirings having different wiring thicknesses formed, but also upper wirings and lower wirings having different wiring thicknesses are connected by via plugs regardless of the wiring thickness of the upper wirings. It is important to connect and the utility is much higher.
[0019]
Therefore, the present invention provides a semiconductor device which has a higher degree of freedom in design of a semiconductor device in consideration of a wiring resistance and a wiring capacitance depending on the operation speed of the semiconductor device, and has practicality. Therefore, regardless of the thickness of the wiring of the upper wiring, the upper wiring, the lower wiring, and the via plug that electrically connects the upper wiring and the lower wiring are formed more efficiently regardless of the thickness of the wiring of the upper wiring. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can perform the above-described steps.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to
[0021]
In the method of manufacturing a semiconductor device according to
[0022]
In the method of manufacturing a semiconductor device according to
[0023]
In the method of manufacturing a semiconductor device according to
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing the embodiments. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a part of a semiconductor device according to an example of the present invention.
[0025]
In FIG. 1, a first interlayer insulating film (silicon oxide film or the like) 2 having a thickness of, for example, about 1 μm is formed on a
[0026]
When the
[0027]
On the
[0028]
Here, the thickness of the second
[0029]
Further, in the second
[0030]
In the semiconductor device described above, since the
[0031]
In addition, the above-described semiconductor device is a more practical semiconductor device because the via plugs 7 and 8 for electrically connecting the
[0032]
For example, in FIG. 1, the second
[0033]
Next, a method of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.
[0034]
First, as shown in FIG. 2, a first interlayer insulating film (silicon oxide film or the like) 2 having a thickness of about 1 μm is formed on a
[0035]
Here, the
[0036]
Subsequently, as shown in FIG. 3, for example, when the
[0037]
Here, when the
[0038]
Next, as shown in FIG. 4, a resist (first mask) 11 having a predetermined pattern is formed on the upper surface of the second
[0039]
Here, the resist 11 has two types of patterning: a groove-like opening 5a for forming the first
[0040]
After the resist 11 is formed, a first etching process is performed using the resist 11 as a mask. After the etching process, the resist 11 is removed. FIG. 5 shows the state after the step. Here, the process shown in FIGS. 4 and 5 is referred to as a first photolithography process.
[0041]
The etching process in the first photolithography process is a half-etching process, and the etching is stopped inside the second
[0042]
By the first photolithography process, the first groove-
[0043]
Next, as shown in FIG. 6, a resist (second mask) 12 having a predetermined pattern is formed on the upper surface of the second
[0044]
The resist 12 has two types of patterning, a groove-like opening 6 a for forming the second
[0045]
At this time, one of the first groove-shaped
[0046]
Further, a part of the groove-shaped opening 6a is patterned on the resist 12 so as to overlap with the first hole-shaped
[0047]
After the formation of the resist 12, a second etching process is performed using the resist 12 as a mask, and then the resist 12 is removed. FIG. 7 shows the state after this step. Here, the steps shown in FIGS. 6 and 7 are referred to as a second photolithography step.
[0048]
In the etching process of the second photolithography step, the second
[0049]
For example, if the wiring thickness of the second
[0050]
Next, a
[0051]
As a method of embedding the
[0052]
Finally, the
[0053]
The first groove-shaped
[0054]
For example, in a portion where the wiring pitch is to be reduced to increase the degree of integration (a portion in which the wiring film thickness is thin and the cover margin for the via plug needs to be designed to be small), a second groove is formed after the first hole-shaped
[0055]
Further, in manufacturing the semiconductor device having the structure shown in FIG. 1, when the method described in the second prior art is applied, that is, in a portion where the wiring pitch is narrowed, a groove-shaped opening is formed and then a hole-shaped opening is formed. When the method of forming the portion is applied, the resist for forming the hole-shaped opening is patterned in the step of the groove-shaped opening formed earlier, so that the resist film thickness becomes deep, that is, the aspect ratio is increased. Therefore, there is a problem that it is difficult to form a fine pattern of a resist on a portion with a high degree of integration because the depth of focus is small.
[0056]
However, by adopting the above-described manufacturing method (procedure) of the present invention, that is, a procedure of forming a hole-shaped opening and then forming a groove-shaped opening in a portion where the wiring pitch is narrowed, the above problem is solved. Will be resolved.
[0057]
In addition, wirings having different wiring widths may be adopted as the upper wirings, whereby, for example, it is possible to increase the wiring width of the upper wirings whose wiring resistance is desired to be reduced. Therefore, the wiring film thickness and the wiring width can be freely designed, and the degree of freedom in design is further increased. However, when the CMP method is used for forming the wiring, there is a limitation in increasing the wiring width (lowering the wiring resistance) due to the wiring dishing phenomenon. However, in the method of the present invention, the wiring thickness is increased. By doing so, the resistance of the wiring can be reduced, so that the degree of freedom of design is increased as compared with the related art.
[0058]
In addition, if the manufacturing method (procedure) of the present invention is applied, the dimensions and materials of each member described above need not be limited to these.
[0059]
In the description of the present invention, two wiring layers have been described. However, the present invention is not limited to this, and it is needless to say that the present invention can be applied to a multilayer wiring structure.
[0060]
【The invention's effect】
A method for manufacturing a semiconductor device according to
[0061]
In the method for manufacturing a semiconductor device according to
[0062]
In the method of manufacturing a semiconductor device according to
[0063]
In a method of manufacturing a semiconductor device according to a fourth aspect of the present invention, a plurality of the first groove-shaped openings are formed, and in the step (e-1), the second mask includes the plurality of the first grooves. Since it completely covers a part of the one grooved opening, the first grooved opening formed in the first photolithography step is electrically connected to the lower wiring. A first groove-shaped opening serving as an upper wiring that is not connected can also be formed, and a semiconductor device having a higher degree of freedom can be formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor device of the present invention.
FIG. 2 is a first diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device of the present invention.
FIG. 3 is a second diagram showing the manufacturing process of the semiconductor device of the present invention.
FIG. 4 is a third diagram showing the manufacturing process of the semiconductor device of the present invention.
FIG. 5 is a fourth diagram showing the manufacturing process of the semiconductor device of the present invention.
FIG. 6 is a fifth diagram showing the manufacturing process of the semiconductor device of the present invention.
FIG. 7 is a sixth diagram showing the manufacturing process of the semiconductor device of the present invention.
FIG. 8 is a seventh diagram illustrating the manufacturing process of the semiconductor device according to the present invention;
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor device according to a first related art.
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor device according to a second conventional technique.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS
Resist, 13 conductor (copper, etc.).
Claims (4)
(a)半導体基板を用意する工程と、
(b)所定の形状の前記下層配線を有する第一の層間絶縁膜を、前記半導体基板上に形成する工程と、
(c)前記第一の層間絶縁膜を覆うように、第二の層間絶縁膜を形成する工程と、
(d)前記第二の層間絶縁膜の上面を貫通し、当該第二の層間絶縁膜の途中の深さまでの、前記第二の領域に存在する第一の溝状開口部および前記第一の領域に存在する第一の孔状開口部を、同時に形成する工程と、
(e)前記工程(d)の後、前記第一の溝状開口部に重なる第二の孔状開口部および前記第一の孔状開口部に重なる第二の溝状開口部を、同時に形成する工程と、
(f)前記第一および第二の溝状開口部、並びに、前記第一および第二の孔状開口部に導電体を充填することにより、前記上層配線および当該上層配線と前記下層配線とを電気的に接続する前記ビアプラグを形成する工程とを、
備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。An upper wiring having two or more different wiring thicknesses and two or more via plugs for electrically connecting the upper wiring and the lower wiring are provided, and the upper wiring having a smaller thickness is densely formed. A first region and a second region in which the thicker upper wiring is formed more sparsely than the upper wiring in the first region.
(A) preparing a semiconductor substrate;
(B) forming, on the semiconductor substrate, a first interlayer insulating film having the lower wiring having a predetermined shape;
(C) forming a second interlayer insulating film so as to cover the first interlayer insulating film;
(D) a first groove-shaped opening existing in the second region and penetrating an upper surface of the second interlayer insulating film and extending to a certain depth in the second interlayer insulating film; A step of simultaneously forming a first hole-shaped opening present in the region,
(E) After the step (d), simultaneously forming a second hole-like opening overlapping the first groove-like opening and a second groove-like opening overlapping the first hole-like opening. The process of
(F) By filling the first and second groove-shaped openings and the first and second hole-shaped openings with a conductor, the upper wiring and the upper wiring and the lower wiring are separated from each other. Forming the via plug to be electrically connected,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
(d−1)所定の形状の溝状開口部と孔状開口部とがパターンニングされた第一のマスクを、前記第二の層間絶縁膜の表面上に形成する工程と、
(d−2)前記第一のマスクをマスクとして所定の深さまで、前記第二の層間絶縁膜をハーフエッチングする工程とを、備え、
前記工程(e)は、
(e−1)前記第一の溝状開口部の一部を被覆することにより形成される所定の形状の孔状開口部と、前記第一の孔状開口部と重なる部分を有して形成されており、前記第一の溝状開口部よりも幅が狭い溝状開口部とがパターニングされた第二のマスクを、前記第二の層間絶縁膜の表面上に形成する工程と、
(e−2)前記第二のマスクをマスクとして前記第一および第二の孔状開口部が前記下層配線に到達するまで、前記第二の層間絶縁膜をエッチングする工程とを、備えている、
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。The step (d) includes:
(D-1) forming a first mask on which a groove-shaped opening and a hole-shaped opening having a predetermined shape are patterned on the surface of the second interlayer insulating film;
(D-2) half-etching the second interlayer insulating film to a predetermined depth using the first mask as a mask,
The step (e) includes:
(E-1) A hole having a predetermined shape formed by covering a part of the first groove-shaped opening, and a portion overlapping with the first hole-shaped opening. Forming a second mask on the surface of the second interlayer insulating film, a second mask patterned with a groove-like opening narrower than the first groove-like opening,
(E-2) etching the second interlayer insulating film using the second mask as a mask until the first and second hole-shaped openings reach the lower wiring. ,
2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
前記工程(e−1)において、第二のマスクは、前記複数の第一の溝状開口部の一部の溝状開口部を完全に被覆する、
ことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の半導体装置の製造方法。A plurality of the first groove-shaped openings are formed,
In the step (e-1), the second mask completely covers a part of the plurality of first groove-shaped openings.
4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein:
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JP2007294514A (en) * | 2006-04-21 | 2007-11-08 | Renesas Technology Corp | Semiconductor device |
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- 2002-06-14 JP JP2002173677A patent/JP2004022694A/en active Pending
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