JP2004253555A - Semiconductor device and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、埋め込み配線構造を有する半導体装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、絶縁膜にコンタクトホール及び配線溝を形成した後、コンタクトホール及び配線溝に金属膜を埋め込んでコンタクト及び金属配線を同時に形成する、いわゆるデュアルダマシン法を用いた配線の構造およびその製造方法の開発がなされている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
図5(a)〜図5(d)は、デュアルダマシン法を利用した従来の半導体装置の製造工程(特に配線層)を示す断面図である。
【0004】
まず、図5(a)に示す工程で、基板,トランジスタ等の素子,メモリセルなどを有する下地部501上に、下層用絶縁膜502を堆積した後、下層用絶縁膜502に下層配線溝503を形成する。次に、下層配線溝503内及び下層用絶縁膜502上に下層用バリア膜504及び下層用金属膜505を順次堆積する。例えば、下層用バリア膜504としてTiN膜を、下層用金属膜505として銅膜をそれぞれ堆積する。その後、化学機械研磨(CMP)法により、下層用金属膜505及び下層用バリア膜504のうち不要な部分を研磨除去して、下層配線溝503内に下層用バリア膜504及び下層用金属膜505の各一部からなる下層配線506を形成する。
【0005】
次に、図5(b)に示す工程で、下層用絶縁膜502及び下層配線506上に、下層配線506を保護するための保護絶縁膜507を堆積した後、保護絶縁膜507上に上層用絶縁膜508を堆積する。例えば、保護絶縁膜507としてシリコン窒化膜を、上層用絶縁膜508としてシリコン酸化膜をそれぞれ堆積する。その後、上層用絶縁膜508上にコンタクト形成用の開口部510を有するレジスト膜509を形成した後、レジスト膜509をマスクにして、上層用絶縁膜508に対してエッチングを行なって、保護絶縁膜507に到達するコンタクトホール511を形成する。
【0006】
次に、図5(c)に示す工程で、レジスト膜509を除去してから、上層用絶縁膜508上に、上層配線溝形成用の開口部を有する新たなレジスト膜512を形成する。その後、レジスト膜512をマスクとして、上層用絶縁膜508に対してエッチングを行なって、上層用絶縁膜508に深さ400nm程の上層配線溝513を形成する。
【0007】
次に、図5(d)に示す工程で、レジスト膜512を除去した後、基板の全面上でエッチバックを行なう。このとき、上層用絶縁膜508をハードマスクとしてコンタクトホール511内に露出している保護絶縁膜507のエッチングを行ない、コンタクトホール511を下層配線506まで貫通させる。その後、コンタクトホール511,上層配線溝513内を埋めて上層用絶縁膜508の上に延びる上層用バリア膜514及び上層用金属膜515を順次堆積する。例えば、上層用バリア膜514としてTiN膜を、上層用金属膜515として銅膜をそれぞれ堆積する。その後、CMP法により、上層用金属膜515及び上層用バリア膜514のうち上層用絶縁膜508上の不要な部分を研磨除去して、コンタクトホール511及び上層配線溝513内に上層用バリア膜514及び上層用金属膜515の一部を残して上層配線516,517を形成する。以上の工程の結果、形成された上層配線516,517は、実際に配線として機能する上層配線部516a,517aと、上層配線部516a,517aと下層配線506とを電気的に接続するためのコンタクト部516b,516bとをそれぞれ有している。
【0008】
以上の工程は、デュアルダマシン法による配線の形成方法であるが、ダマシン法にはシングルダマシン法と呼ばれる方法もあり、シングルダマシン法では、コンタクトホールへの金属膜の堆積及びCMPと、配線溝への金属膜の堆積及びCMPとが個別に行なわれる。
【0009】
以上のダマシン法を利用すると、エッチングによるパターニングの困難な銅膜を使用した配線を容易に形成することができ、銅膜の有する低抵抗性,耐マイグレーション性,高強度といった優れた特徴を活かすことが可能となる。
【0010】
【特許文献1】
特開平11−307636号公報(要約)
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来の配線構造を有する半導体装置において、以下のような不具合があった。
【0012】
ダマシン法を用いた配線構造の製造工程においては、1つの配線層においては、一定深さのコンタクトホールや配線溝が前提となっているので、1つの配線層における各配線部(図5(d)に示す例では、上層配線部516a,517a)の厚みや、コンタクト部(図5(d)に示す例では、コンタクト部516b,517b)の縦方向長さなどの寸法は同一に形成される。このように、同一の配線層に同一の厚みで複数の配線を形成した場合、配線抵抗の低減と配線間容量の低減とを同時に実現することが困難である。すなわち、複数の配線の中には、配線抵抗の低減を重視する配線や配線間容量を重視する配線があるにも拘わらず、いずれの配線も同一の厚みで形成されるため、配線間容量の増大を抑制しつつ配線抵抗を低減することが困難である。
【0013】
この問題を解決する1つの方法としては、配線の厚みが異なる2つの配線を設け、配線抵抗の低減を重視する配線は膜厚が大きい導体膜からなる配線層に配置し、配線間容量を重視する配線は、膜厚が小さい導体膜からなる配線層に配置する方法がある。しかしながら、この場合、必要とする配線の厚みの種類に応じた数の配線層を設ける必要があるため、配線層数が増加すると共に製造工程が増大するおそれがある。
【0014】
本発明の目的は、ダマシン法を用いた半導体装置の配線構造として、配線の種類などに応じて共通の配線層内に異なる膜厚を有する複数の配線を設けることにより、工程の簡素化と配線層数の低減とを図ることにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、基板と素子とを有する下地部と、上記下地部の上方に設けられた絶縁膜と、上記絶縁膜に形成された第1の溝内に埋め込まれた導体材料からなる配線と、上記絶縁膜に形成された第2の溝内に埋め込まれ、上記配線とは共通の膜から形成され、かつ、上記配線とは異なる厚みを有する部材とを備えている。
【0016】
これにより、従来別の配線層に配置されていた厚さの異なる配線と配線などの部材とを、同じ配線層に配置することができるので、製造工程の簡素化と配線層数の低減とを図ることができる。
【0017】
複数の回路ブロックと、各回路ブロック同士を接続するチャネル配線部とを有している場合には、上記複数の回路ブロックのうちの1つは、上記配線として信号配線を有する演算回路部であり、上記チャネル配線部は、上記部材として上記信号配線よりも膜厚の大きいチャネル配線を有することにより、発熱の回避などのために必要な厚膜のチャネル配線層を設けても、製造工程の簡素化と配線層数の低減とを図ることができる。
【0018】
上記チャネル配線は、上記絶縁膜を貫通していることが好ましく、上記絶縁膜として、複数の層間絶縁膜が設けられており、上記チャネル配線が、上記複数の層間絶縁膜を貫通していることにより、電源配線や接地配線に適した配線構造が得られる。
【0019】
演算回路部とI/O部とを有している場合には、上記配線は上記演算回路部に配置され、上記部材は上記I/O部に配置された配線であり、上記I/O部の配線は、上記演算回路部の配線よりも膜厚が大きいことにより、発熱の回避などのために必要な厚膜のI/O部の配線を設けても、製造工程の簡素化と配線層数の低減とを図ることができる。
【0020】
上記I/O部の配線は、上記絶縁膜を貫通していることが好ましく、上記絶縁膜として、複数の層間絶縁膜が設けられており、上記I/O部の配線が、上記複数の層間絶縁膜を貫通していることにより、電源配線や接地配線に適した配線構造が得られる。
【0021】
演算回路部とメモリ部とを有している場合には、上記配線は、上記演算回路部に配置され、上記部材は上記メモリ部に配置された信号配線であり、上記メモリ部の信号配線は上記演算回路部の上記配線よりも膜厚が小さいことが好ましい。
【0022】
演算回路部と、外部への信号接続のためのパッド領域とを有している場合には、上記配線は上記演算回路部に配置され、上記部材は、上記パッド領域に配置されたパッド配線であり、上記パッド配線が上記演算回路部の配線よりも膜厚が大きいことが好ましい。
【0023】
演算回路部と、半導体装置の周囲を囲むシールリング部とを有している場合には、上記配線は、上記演算回路部に配置され、上記部材は、上記シールリング部に配置され、上記絶縁膜を貫通するシールリングであることも可能であり、その場合に、上記絶縁膜として、複数の層間絶縁膜が設けられており、上記シールリング部のシールリングは、上記複数の層間絶縁膜を貫通していることが好ましい。
【0024】
演算回路部と、ヒューズを有するメモリ部とを備えている場合には、上記配線は、上記演算回路部に配置され、上記部材は上記ヒューズであり、上記ヒューズは上記演算回路部の配線よりも膜厚が小さいことが好ましい。
【0025】
上記絶縁膜として、下地保護用膜と、下地保護用膜の上に設けられた層間絶縁膜とを有することがより好ましい。
【0026】
本発明の第1の半導体装置の製造方法は、素子が形成された下地部の上方に絶縁膜を形成する工程(a)と、上記絶縁膜を貫通する複数のコンタクトホールを形成する工程(b)と、上記絶縁膜に、上記各コンタクトホールにつながり、少なくとも2種類の深さを有する複数の配線溝を形成する工程(c)と、コンタクトホール及び配線溝内を埋めて上記絶縁膜の上に延びる導体膜を形成する工程(d)と、上記導体膜のうち上記絶縁膜の上方に位置する部分を除去して、上記各配線溝内に上記導体膜を埋め込んでなる複数の配線を形成する工程(e)とを含んでいる。
【0027】
この方法により、工程の簡素化を図りつつ、厚さの異なる複数の配線を1つの配線層に配置させた半導体装置を実現することができる。
【0028】
上記工程(c)は、上記絶縁膜の上方に、上記複数のコンタクトホールのうちの一部であって少なくとも1つのコンタクトホールの上方に位置する部分に開口を有する第1のレジスト膜を形成する副工程(c1)と、上記第1のレジスト膜をマスクにして、上記絶縁膜をエッチングすることにより、上記複数の配線溝のうちの一部の配線溝を形成する副工程(c2)と、上記レジスト膜を除去した後、上記絶縁膜の上方に、上記複数のコンタクトホールのうちの一部であって上記少なくとも1つのコンタクトホールを除くコンタクトホールの上方に位置する部分に開口を有する第2のレジスト膜を形成する副工程(c3)と、上記第2のレジスト膜をマスクにして、上記絶縁膜をエッチングすることにより、上記複数の配線溝のうちの一部の配線溝を形成する副工程(c4)とを少なくとも含んでいればよい。
【0029】
上記工程(c)においては、面積の小さい配線溝から順に形成することが好ましく、また、深さの小さい配線溝から順に形成することが好ましい。深い溝、あるいは、大面積の溝を先に形成すると、その後に浅い溝や小面積の溝を形成する際に、レジストを均一性よく形成することが困難になる。そこで、浅い溝や小面積の溝を先に形成することにより、その後のレジストの塗布性を向上させることができる。
【0030】
本発明の第2の半導体装置の製造方法は、素子が形成された下地部の上方に絶縁膜を形成する工程(a)と、上記絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程(b)と、上記絶縁膜に、上記各コンタクトホールにつながる配線溝と、上記絶縁膜を貫通する貫通溝とを形成する工程(c)と、上記各コンタクトホール,配線溝及び貫通溝内を埋めて上記絶縁膜の上に延びる導体膜を形成する工程(d)と、上記導体膜のうち上記絶縁膜の上方に位置する部分を除去して、上記各配線溝及び貫通溝内に上記導体膜を埋め込む工程(e)とを含んでいる。
【0031】
この方法により、特に大きな膜厚が要求される配線やシールリングなどの部材を簡素な工程によって形成することができる。
【0032】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)
図1(a)〜図1(e)は、第1の実施形態の半導体装置の製造工程(特に配線層の製造工程)を示す断面図である。
【0033】
まず、図1(a)に示す工程で、基板,トランジスタ等の素子,メモリセルなどを有する下地部101上に厚さ400nmの下層用絶縁膜102を堆積した後、下層用絶縁膜102に深さ400nmの下層配線溝103を形成する。下地部101には、半導体基板やトランジスタなどに加えて、層間絶縁膜や配線層が設けられていてもよいものとする。次に、下層配線溝103内及び下層用絶縁膜102上に下層用バリア膜104及び下層用金属膜105を順次形成する。例えば、下層用バリア膜104として厚さ30nmのTiN膜を、下層用金属膜105として厚さ700nmの銅膜をそれぞれ堆積する。その後、化学機械研磨(CMP)法により、下層用金属膜105及び下層用バリア膜104のうち下層用絶縁膜102上の不要な部分を研磨除去して、下層配線溝103内に下層用バリア膜104の一部及び下層用金属膜105の一部からなる下層配線106を形成する。なお、下層配線溝103の下方にコンタクトホールが形成されていてもよく、その場合には、下層配線106は配線部とコンタクト部とによって構成されていることになる。
【0034】
次に、図1(b)に示す工程で、下層用絶縁膜102及び下層配線106上に、下層配線106を保護するための保護絶縁膜107を堆積した後、保護絶縁膜107上に上層用絶縁膜108を堆積する。例えば、保護絶縁膜として厚さ100nmのシリコン窒化膜を、上層用絶縁膜として厚さ700nmのシリコン酸化膜をそれぞれ堆積する。その後、上層用絶縁膜108上にコンタクト形成用の開口部151,152を有するレジスト膜150(第1のレジスト膜)を形成した後、レジスト膜150をマスクにして、上層用絶縁膜108に対してエッチングを行なって、保護絶縁膜107に到達するコンタクトホール111,112を形成する。
【0035】
次に、図1(c)に示す工程で、レジスト膜150を除去してから、一方のコンタクトホール111内及び上層用絶縁膜108上に、第1の上層配線溝形成用の開口部154を有する新たなレジスト膜153(第2のレジスト膜)を形成する。その後、レジスト膜153をマスクとして、上層用絶縁膜108に対してエッチングを行なって、上層用絶縁膜108に深さ100nm程度の第1の上層配線溝113を形成する。
【0036】
次に、図1(d)に示す工程で、レジスト膜153を除去した後、他方のコンタクトホール112内及び上層用絶縁膜108上に、第2の上層配線溝形成用の開口部156を有するレジスト膜155を形成する。その後、レジスト膜155をマスクとして、上層用絶縁膜108に対してエッチングを行なって、上層用絶縁膜108に深さ400nm程度の第2の上層配線溝114を形成する。
【0037】
本実施形態においては、2種類の深さを有する複数の配線溝を形成する場合について説明したが、3種類以上ある場合には、レジスト膜の形成と配線溝の形成とを種類の数だけ繰り返して行なえばよい。
【0038】
次に、図1(e)に示す工程で、レジスト膜155を除去した後、基板の全面上でエッチバックを行なう。このとき、上層用絶縁膜108をハードマスクとして、保護絶縁膜107のうちコンタクトホール111,112内に露出している部分のエッチングを行ない、コンタクトホール111,112を下層配線106まで貫通させる。その後、コンタクトホール111,112,第1,第2の上層配線溝113,114内を埋めて上層用絶縁膜108の上に延びる上層用バリア膜116及び上層用金属膜117を順次堆積する。例えば、上層用バリア膜116として厚さ30nmのTiN膜を、上層用金属膜117として厚さ700nmの銅膜をそれぞれ堆積する。その後、CMP法による平坦化処理により、上層用金属膜117及び上層用バリア膜116のうち上層用絶縁膜108上の不要な部分を除去して、コンタクトホール111,112及び第1,第2上層配線溝113,114内に、上層用バリア膜116及び上層用金属膜117を一体的に埋め込んで、第1,第2の上層配線118,119をそれぞれ形成する。
【0039】
なお、上層用金属膜117及び上層用バリア膜116のうち上層用絶縁膜108上の不要な部分を除去するためには、CMP以外のエッチバック法を用いることができる。
【0040】
以上の工程の結果、第1の上層配線118は、実際に配線として機能する配線部118aと、配線部118aと下層配線106とを電気的に接続するためのコンタクト部118bとを有している。第2の上層配線119は、実際に配線として機能する配線部119aと、配線部119aと下層配線106とを電気的に接続するためのコンタクト部119bとを有している。
【0041】
そして、第1の上層配線118の配線部118aの厚さは約100nmであり、第2の上層配線119の配線部119aの厚さは約400nmである。
【0042】
このように、第1,第2の上層配線118,119の各配線部118a,119aは、共通の配線層に属するにも拘わらず厚さが互いに異なっている。そして、厚さが相異なる配線部118a,119aを共通の配線層(本実施形態では、上層配線層)に設けることにより、配線の厚さが異なる配線層を個別に形成するのに比べて、ダマシン工程の簡素化と配線層数の低減とを図りつつ、1つの配線層に配置される各配線の種類に応じて必要な厚さをそれぞれ確保することができる。
【0043】
(第2の実施形態)
図2(a)〜図2(d)は、第2の実施形態の半導体装置の製造工程(特に配線層の製造工程)を示す断面図である。
【0044】
まず、図2(a)に示す工程で、基板,トランジスタ等の素子,メモリセルなどを有する下地部201上に厚さ400nmの下層用絶縁膜202を堆積した後、下層用絶縁膜202に深さ400nmの下層配線溝203を形成する。下地部201には、半導体基板やトランジスタなどに加えて、層間絶縁膜や配線層が設けられていてもよいものとする。次に、下層配線溝203内及び下層用絶縁膜202上に下層用バリア膜204及び下層用金属膜205を順次形成する。例えば、下層用バリア膜204として厚さ30nmのTiN膜を、下層用金属膜205として厚さ700nmの銅膜をそれぞれ堆積する。その後、化学機械研磨(CMP)法により、下層用金属膜205及び下層用バリア膜204のうち下層用絶縁膜202上の不要な部分を研磨除去して、下層配線溝203内に下層用バリア膜204の一部及び下層用金属膜205の一部からなる下層配線206を形成する。なお、下層配線溝203の下方にコンタクトホールが形成されていてもよく、その場合には、下層配線206は配線部とコンタクト部とによって構成されていることになる。
【0045】
次に、図2(b)に示す工程で、下層用絶縁膜202及び下層配線206上に、下層配線206を保護するための保護絶縁膜207を堆積した後、保護絶縁膜207上に上層用絶縁膜208を堆積する。例えば、保護絶縁膜として厚さ100nmのシリコン窒化膜を、上層用絶縁膜として厚さ700nmのシリコン酸化膜をそれぞれ堆積する。その後、上層用絶縁膜208上にコンタクト形成用の開口部251と、第2の上層配線溝形成用の開口部252とを有するレジスト膜250を形成した後、レジスト膜250をマスクにして、上層用絶縁膜208に対してエッチングを行なって、保護絶縁膜207に到達するコンタクトホール211と、深さ700nm程度の第2の上層配線溝212とを形成する。
【0046】
次に、図2(c)に示す工程で、レジスト膜250を除去してから、コンタクトホール211内及び上層用絶縁膜208上に、第1の上層配線溝形成用の開口部254を有する新たなレジスト膜253を形成する。その後、レジスト膜253をマスクとして、上層用絶縁膜208に対してエッチングを行なって、上層用絶縁膜208に深さ400nm程度の第1の上層配線溝213を形成する。
【0047】
次に、図2(d)に示す工程で、レジスト膜253を除去した後、基板の全面上でエッチバックを行なう。このとき、上層用絶縁膜208をハードマスクとして、保護絶縁膜207のうちコンタクトホール211,第2の上層配線溝212内に露出している部分のエッチングを行ない、コンタクトホール211,第2の上層配線溝212を下層配線206まで貫通させる。その後、コンタクトホール211,第2の上層配線溝212,第1の上層配線溝213内及び上層用絶縁膜208の上に上層用バリア膜216及び上層用金属膜217を順次形成する。例えば、上層用バリア膜216として厚さ30nmのTiN膜を、上層用金属膜217として厚さ700nmの銅膜をそれぞれ形成する。その後、CMP法により、上層用金属膜及び上層用バリア膜のうち上層用絶縁膜208上の不要な部分を除去して、コンタクトホール211及び第1,第2の上層配線溝213,212内に上層用バリア膜216及び上層用金属膜217とを一体的に埋め込んで、第1,第2の上層配線218,219をそれぞれ形成する。
【0048】
なお、上層用金属膜217及び上層用バリア膜216のうち上層用絶縁膜208上の不要な部分を除去するためには、CMP以外のエッチバック法を用いることができる。
【0049】
以上の工程の結果、第1の上層配線218は、実際に配線として機能する上層配線部218aと、上層配線部218aと下層配線206とを電気的に接続するためのコンタクト部218b(プラグ)とを有している。一方、第2の上層配線219は、プラグとなる部分がなく、その全体が極めて膜厚の大きい配線部として機能することになる。
【0050】
このように、第1の上層配線218の配線部218aと、第2の上層配線219とは、共通の配線層に属するにも拘わらず厚さが互いに異なっている。そして、互いに厚さが相異なる配線部218aと第2の上層配線219とを共通の配線層(本実施形態では、上層配線層)に設けることにより、配線の厚さが異なる配線層を個別に形成するのに比べて、工程の簡素化と配線層数の低減とを図りつつ、1つの配線層に配置される各配線の種類に応じて必要な厚さをそれぞれ確保することができる。
【0051】
特に、第1の上層配線層218を形成する工程は、基本的にはデュアルダマシン工程であるが、第2の上層配線層219を形成する工程は、シングルダマシン工程の一部として捉えることも可能である。
【0052】
本実施形態における層間絶縁膜及び保護絶縁膜を貫通する第2の配線層219は、電源配線(接地配線を含む),チャネル配線などの大電流が流れる配線や、シーリングなどに用いることができる。
【0053】
(第3の実施形態)
図3(a),(b)は、それぞれ順に、第3の実施形態に係る半導体装置及びその中のヒューズ回路の位置図を拡大して示す平面図である。本実施形態においては、第1及び第2の実施形態の製造方法を利用して形成される半導体装置の配線構造の例について説明する。
【0054】
図3(a)に示すように、本実施形態の半導体装置である半導体チップ300には、回路ブロックとして、各種演算や制御を行なう一般回路部350(演算回路部)と、メモリ部としてのSRAM351,ROM352及びDRAM353と、チップの外周付近に設けられたI/O部355とが設けられている。そして、各回路ブロック350,351,352,353,355同士を接続するチャネル配線部354とが備えられている。また、半導体チップ300の最外周部には、半導体チップ300内のトランジスタ等への水分や湿気などの侵入を防ぐためのシールリング部356が設けられており、半導体チップ300の最上面の上には、外部との信号接続のためのパッド領域357が設けられている。
【0055】
さらに、SRAM351,DRAM353には、それぞれ不良メモリを救済するための冗長回路(図示せず)が設けられていて、信号線の接続をメモリセルと冗長回路の冗長メモリとに切り換えるためのヒューズ回路351a,353aが設けられている。このヒューズ回路351a,353aは、図3(b)に示すように、最上の配線層に設けられたヒューズ360を備えている。
【0056】
図4(a),(b)は、それぞれ順に、図3(a)に示すIVa−IVa 線,IVb−IVb 線における構造の一部を抜き出して示す部分断面図である。
【0057】
図4(a),(b)に示すように、基板,トランジスタ等の素子,メモリセルなどを有する下地部301の上には、厚さ400nmのシリコン酸化膜からなる第1層間絶縁膜302と、厚さ100nmのシリコン窒化膜からなる第1保護絶縁膜303と、厚さ700nmのシリコン酸化膜からなる第2層間絶縁膜304と、厚さ100nmのシリコン窒化膜からなる第2保護絶縁膜305と、厚さ700nmのシリコン酸化膜からなる第3層間絶縁膜306と、厚さ200nmのシリコン窒化膜からなるパッシベーション膜307とが設けられている。
【0058】
そして、第1層間絶縁膜302に、TiN膜からなる第1バリア膜311及び第1金属膜312を埋め込んでなる第1配線層310が形成され、第2層間絶縁膜302、又は第2層間絶縁膜302及び第1保護絶縁膜303に、TiN膜からなる第2バリア膜321及び第2金属膜322を埋め込んでなる第2配線層320が形成され、第3層間絶縁膜306、又は第3層間絶縁膜306及び第2保護絶縁膜305に、TiN膜からなる第3バリア膜331及び第3金属膜332を埋め込んでなる第3配線層330が形成されている。
【0059】
ここで、図4(a)に示すように、一般回路部350には、第1配線層310の一部として、第1層間絶縁膜302を貫通する配線溝に第1バリア膜311及び第1金属膜312の各一部を埋め込んでなる厚さt0(本実施形態では400nm)の配線313が設けられている。また、第2配線層320の一部として、配線323,324が設けられている。配線323は、第2層間絶縁膜304に形成された配線溝に第2バリア膜321及び第2金属膜322の各一部を埋め込んで形成され、厚さt1(本実施形態では400nm)の配線部323a(信号配線として機能する)と、図示しない断面に形成されたコンタクト部とを有している。配線324は、第2層間絶縁膜304に形成された配線溝に第2バリア膜321及び第2金属膜322の各一部を埋め込んでなる厚さt1の配線部324a(信号配線として機能する)と、第2層間絶縁膜304及び第1保護絶縁膜303を貫通するコンタクトホールに第2バリア膜321及び第2金属膜322の各一部を埋め込んでなるコンタクト部324bとを有している。さらに、第3配線層330の一部として配線333が設けられている。配線333は、第3層間絶縁膜306に形成された配線溝に第3バリア膜331及び第3金属膜332の各一部を埋め込んでなる厚さt2(本実施形態では400nm)の配線部333a(信号配線として機能)と、第3層間絶縁膜306及び第2保護絶縁膜305を貫通するコンタクトホールに第3バリア膜331及び第3金属膜332の各一部を埋め込んでなるコンタクト部333bとを有している。
【0060】
チャネル配線部354及びI/O部355には、第1配線層310の一部として、第1層間絶縁膜302を貫通する配線溝に第1バリア膜311及び第1金属膜312の各一部を埋め込んでなる配線314が設けられている。また、第2配線層320の一部として、第2層間絶縁膜304及び第1保護絶縁膜303を貫通する配線溝に第2バリア膜321及び第2金属膜322の各一部を埋め込んでなる厚さt3(本実施形態では800nm)の配線329Aが設けられている。さらに、第3配線層330の一部として、各々厚さt4(本実施形態では800nm)の配線339A,339Bが設けられている。配線339A,339Bは、いずれも、第3層間絶縁膜306及び第2保護絶縁膜305を貫通する配線溝に第3バリア膜331及び第3金属膜332の各一部を埋め込んで形成されている。
【0061】
本実施形態においては、配線339Aは論理信号を伝達するための信号配線として用いられ、配線314,329A,339Bの全体が一体的に接地配線又は電源配線として用いられる。
【0062】
パッド領域357には、第3配線層330の一部として、第3層間絶縁膜306及び第2保護絶縁膜305を貫通する配線溝に第3バリア膜331及び第3金属膜332の各一部を埋め込んでなる厚さt4の配線339Cが配置されている。図4(a)に示す断面においては示されていないが、配線339Cは、第1,第2配線層310,320の各配線に接続されて、下地部301上の素子やメモリセルに接続されている。また、配線339Cのパッド部361の上には、パッシベーション膜307の開口部が形成されていて、開口部内及びパッシベーション膜307の上には、パッド電極343が設けられている。パッド電極343は、厚さ100nmのTiN膜からなる第4バリア膜341と厚さ800nmのアルミニウム膜又はアルミニウム合金膜からなる第4金属膜342との各一部によって構成されている。そして、パッド領域357のパッド電極343には、半導体装置の実装工程の際に、ボンディングワイヤやバンプなどの接続部材が接続されることになる。
【0063】
シールリング部356には、第1配線層310の一部として、第1層間絶縁膜302を貫通する配線溝に第1バリア膜311及び第1金属膜312の各一部を埋め込んでなる第1シールリング315が設けられている。また、第2配線層320の一部として、第2層間絶縁膜304及び第1保護絶縁膜303を貫通する配線溝に第2バリア膜321及び第2金属膜322の各一部を埋め込んでなる厚さt3(本実施形態では800nm)の第2シールリング329Bが設けられている。さらに、第3配線層330の一部として、第3層間絶縁膜306及び第2保護絶縁膜305を貫通する配線溝に第3バリア膜331及び第3金属膜332の各一部を埋め込んでなる,厚さt4(本実施形態では800nm)の第3シールリング339Dが設けられている。
【0064】
また、図4(b)に示すように、SRAM351(又はROM352,DRAM353)には、第1配線層310の一部として、第1層間絶縁膜302に形成された配線溝に第1バリア膜311及び第1金属膜312の各一部を埋め込んでなる厚さt5(本実施形態では400nm)の配線316(信号配線として機能する)が設けられている。また、第2配線層320の一部として、配線325,326が設けられている。配線325は、第2層間絶縁膜304に形成された配線溝に第2バリア膜321及び第2金属膜322の各一部を埋め込んで形成され、厚さt6(本実施形態では100nm)の配線部325a(信号配線として機能する)と、図示しない断面に形成されたコンタクト部とを有している。配線326は、第2層間絶縁膜304に形成された配線溝に第2バリア膜321及び第2金属膜322の各一部を埋め込んでなる厚さt6の配線部326a(信号配線として機能する)と、第2層間絶縁膜304及び第1保護絶縁膜303を貫通するコンタクトホールに第2バリア膜321及び第2金属膜322の各一部を埋め込んでなるコンタクト部326bとを有している。さらに、第3配線層330の一部として配線334が設けられている。配線334は、第3層間絶縁膜306に形成された配線溝に第3バリア膜331及び第3金属膜332の各一部を埋め込んでなる厚さt7(本実施形態では100nm)の配線部334a(信号配線として機能する)と、第3層間絶縁膜306及び第2保護絶縁膜305を貫通するコンタクトホールに第3バリア膜331及び第3金属膜332の各一部を埋め込んでなるコンタクト部334bとを有している。
【0065】
ヒューズ回路351a(及び352a)には、第1配線層310の一部として、第1層間絶縁膜302を貫通する配線溝に第1バリア膜311及び第1金属膜312の各一部を埋め込んでなる厚さt0の2つの配線317が設けられている。また、第2配線層320の一部として、2つの配線327が設けられている。配線327は、第2層間絶縁膜304に形成された配線溝に第2バリア膜321及び第2金属膜322の各一部を埋め込んでなる厚さt8(本実施形態では400nm)の配線部327b(信号配線として機能する)と、第2層間絶縁膜304及び第1保護絶縁膜303を貫通するコンタクトホールに第2バリア膜321及び第2金属膜322の各一部を埋め込んでなるコンタクト部327bとを有している。さらに、第3配線層330の一部としてヒューズ配線335が設けられている。ヒューズ配線335は、第3層間絶縁膜306に形成された配線溝に第3バリア膜331及び第3金属膜332の各一部を埋め込んでなる厚さt9(本実施形態では100nm)のヒューズ部335aと、第3層間絶縁膜306及び第2保護絶縁膜305を貫通するコンタクトホールに第3バリア膜331及び第3金属膜332の各一部を埋め込んでなるコンタクト部335bとを有している。そして、ヒューズ部335aの中央部がヒューズ360として機能することになる。
【0066】
以上のような本実施形態の半導体装置の構造は、第1,第2の実施形態の製造工程を利用することにより、容易に実現することができる。一般回路部350の配線313,323,333と、メモリ部(SRAM351,ROM352,DRAM353)の配線316,325,326,334,317,327,335やヒューズ回路351a,353aの配線327及びヒューズ配線335は、第1の実施形態の製造工程を利用することにより、容易にかつ配線層を増やすことなく実現することができる。つまり、層間絶縁膜に互いに深さの異なる第1,第2配線溝を設け、各配線溝に導体膜(上記各実施形態では,TiN膜及び銅膜)を埋め込むことにより、厚さが相異なる配線を共通の配線層に形成することができる。
【0067】
また、一般回路部350の配線313,323,333と、チャネル配線部354,I/O回路部355,パッド領域357の配線314,329A,339A,339B,339Cやシールリング部356の各シールリング315,329B,339Dとは、第2の実施形態の製造工程を利用することにより、容易にかつ配線層を増やすことなく実現することができる。つまり、層間絶縁膜(又は層間絶縁膜及び保護絶縁膜)に底付きの配線溝を形成する一方、層間絶縁膜及び保護絶縁膜を貫通する貫通溝を形成しておいて、配線溝及び貫通溝に導体膜(上記各実施形態では,TiN膜及び銅膜)を埋め込むことにより、厚さが相異なる配線を共通の配線層に形成することができる。
【0068】
本実施形態の半導体装置によると、各回路ブロックの配線構造により、以下のような効果を発揮することができる。
【0069】
本実施形態において、回路ブロック同士を接続するチャネル配線部354において、第2配線層320,第3配線層330には、全体がチャネル配線として機能する配線329A,339A,339Bが設けられている。そして、配線329Aの厚さt3は、第2層間絶縁膜304と第1保護絶縁膜303との合計厚さに等しく、一般回路部350の配線323,324の配線部323a,324aの厚さt1よりも大幅に大きい。したがって、回路ブロック同士を接続するチャネル配線における発熱などの不具合を回避することができる。同様に、配線339A,339Bの厚さt4は、第3層間絶縁膜306と第2保護絶縁膜305との合計厚さに等しく、一般回路部350の配線部333aの厚さt2よりも大幅に大きいので、回路ブロック同士を接続するチャネル配線における発熱などの不具合を回避することができる。従来の技術では、このような一般回路部の信号配線よりも厚さの大きい配線は、一般回路部の信号配線とは別の配線層に設ける必要があったが、本実施形態の半導体装置の構造により、ダマシン法を利用しつつ一般回路の信号配線と共通の配線層にチャネル配線を配置することができ、工程の簡素化と配線層数の低減とを図ることができる。
【0070】
本実施形態のチャネル配線部354やI/O部355の配線329A,339A,339Bのごとく、層間絶縁膜と保護絶縁膜とを貫通する配線構造は、基本的にはデュアルダマシン工程を利用しながら、これらの部分では、実質的にはシングルダマシン工程を利用して実現することができる。
【0071】
同様に、I/O部355においても、配線329A,339A,339Bの各厚さが、一般回路部350の配線323,324,333の配線部323a,324a,333の各厚さよりもそれぞれ大きいことから、回路ブロック同士を接続するI/O部における発熱などの不具合を回避することができる。そして、本実施形態の半導体装置の構造により、ダマシン法を利用しつつ薄膜の配線と共通の配線層にI/O部の厚膜の配線を配置することができる。
【0072】
特に、チャネル配線部354やI/O部355において、本実施形態の図2(a)に示すように、第1層間絶縁膜302から第3層間絶縁膜304までを貫通するように、3つの配線314,329A,339Bが重なって設けられていることにより、大集積化された回路ブロック間における発熱などの不具合を回避することが容易となり、著効を発揮することができる。
【0073】
なお、チャネル配線部354やI/O部355の配線329A,339A,339Bの配線として機能する部分は必ずしも層間絶縁膜及び保護絶縁膜を貫通している必要はなく、配線として機能する部分(一般回路部350の配線部323a,333aに相当する部分)とコンタクト部として機能する部分(一般回路部350のコンタクト部323b,333bに相当する部分)とを有していてもよい。例えば、チャネル配線部354やI/O部355の配線329A,339A,339Bの配線として機能する部分が層間絶縁膜のみを貫通していて、保護絶縁膜を貫通するコンタクト部が別途設けられていてもよい。ただし、本実施形態のチャネル配線部354やI/O部355の配線329A,339A,339Bのごとく、層間絶縁膜と保護絶縁膜とを貫通する配線構造により、特に、接地配線や電源配線のような大電流が流れる配線を、ダマシン工程を利用して一般回路などの各配線と同時に形成していくことができるという利点がある。
【0074】
また、パッド領域357においては、パッド配線339Cを一般回路部350の配線333と共通の配線層330に設けることができる。パッド配線339Cのパッド部361は、外部との信号接続のための実装工程を行なう際に大圧力が加わる部分であること、多数の素子からの信号が集中して流れる部分であることなどを考慮すると、一般回路部350の配線333よりも厚いことが要求されるので、従来の半導体装置の構造では、一般回路部の配線とは別にパッド配線専用の配線層を設けている。それに対し、本実施形態では、パッド配線339Cを一般回路部350の通常の信号線である配線333と同じ配線層330に設けることができるので、工程の簡素化と配線層数の低減とを図ることができる。
【0075】
シールリング部356においては、半導体装置内への水分,湿気,不純物などの侵入を防ぐために、半導体装置の周囲を囲み、かつ、下地部301から最上のパッシベーション膜307に到達するシールリング315,329B,339Dを、一般回路部350の各配線層の配線と同時に形成することができる。よって、工程の簡素化を図りうる構造となっている。
【0076】
メモリ部(SRAM351,ROM352及びDRAM353)においては、高集積化されたメモリセル間を接続するビット線などの配線は、配線間容量を低減するなどの目的で、できるだけ薄膜にすることが要求される。そのために、本実施形態の半導体装置のメモリ部に配置される配線316,325,326,334の厚さt5,t6,t7は、いずれも一般回路部350における同じ配線層内の配線313,324,333の厚さt0,t1,t2よりもそれぞれ薄く形成されている。そして、このような厚さの相異なる配線を共通の配線層に配置することにより、配線層数の低減と工程の簡素化とを図ることができる。
【0077】
ヒューズ回路351a,353aにおいては、レーザ光を利用したヒューズの切断を円滑に行なうために、ヒューズ配線335の配線部335aは一般回路の信号配線よりも薄いことが要求される。本実施形態の半導体装置の構造によると、一般回路部350の配線333と共通の配線層330に、膜厚t9が薄いヒューズ部335aを有するヒューズ配線335を設けることができる。特に、ヒューズ配線335の材質は、一般回路部350の配線333と同じである(本実施形態では、TiN膜及び銅膜)ので、ダマシン法によって両者を同時に形成することができ、工程の簡素化と配線層数の低減とを図ることができる。
【0078】
なお、上記各実施形態においては、3つの配線層を有する半導体装置について説明したが、本発明の半導体装置は係る実施形態に限定されるものではなく、4層以上の配線層を有するものであっても、そのうちの少なくとも1つの配線層に厚さが相異なる複数の配線をダマシン法によって形成することにより、同じ効果を発揮することができる。
【0079】
上記各実施形態においては、デュアルダマシン法を用いて配線構造を形成することについて説明したが、本発明の配線構造は、シングルダマシン法を用いても実現することができる。その場合、例えば、第1の絶縁膜を貫通するプラグ部分を形成する際に、一部の領域においてはプラグに代えて下層配線を形成しておいて、その上方に、プラグにつながる上層配線と、下層配線につながる上層配線を形成すればよい。
【0080】
【発明の効果】
本発明の半導体装置又は半導体装置の製造方法によると、厚さの異なる配線を共通の配線層に形成することにより、工程の簡素化と配線層数の低減とを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(e)は、第1の実施形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図2】(a)〜(d)は、第2の実施形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図3】(a),(b)は、それぞれ順に、第3の実施形態に係る半導体装置及びその中のヒューズ回路の位置図を拡大して示す平面図である。
【図4】(a),(b)は、それぞれ順に、図3(a)に示すIVa−IVa 線,IVb−IVb 線における構造の一部を抜き出して示す部分断面図である。
【図5】(a)〜(d)は、デュアルダマシン法を利用した従来の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
101 下地部
102 下層用絶縁膜
103 下層配線溝
104 下層用バリア膜
105 下層用金属膜
106 下層配線
107 保護絶縁膜
108 上層用絶縁膜
111,112 コンタクトホール
113 第1の上層配線溝
114 第2の上層配線溝
115 上層配線溝
116 上層用バリア膜
117 上層用金属膜
118 第1の上層配線
118a 配線部
118b コンタクト部
119 第2の上層配線
119a 配線部
119b コンタクト部
150 レジスト膜
151,152 開口部
153 レジスト膜
154 開口部
155 レジスト膜
156 開口部
201 下地部
202 下層用絶縁膜
203 下層配線溝
204 下層用バリア膜
205 下層用金属膜
206 下層配線
207 保護絶縁膜
208 上層用絶縁膜
211 コンタクトホール
212 第2の上層配線溝
213 第1の上層配線溝
216 上層用バリア膜
217 上層用金属膜
218 第1の上層配線
218a 配線部
218b コンタクト部
219 第2の上層配線
250 レジスト膜
251,252 開口部
253 レジスト膜
254 開口部
255 レジスト膜
256 開口部
301 下地部
302 第1層間絶縁膜
303 第1保護絶縁膜
304 第2層間絶縁膜
305 第2保護絶縁膜
306 第3層間絶縁膜
307 パッシベーション膜
310 第1配線層
311 第1バリア膜
312 第2金属膜
313,314,316,317 配線
315 第1シールリング
320 第2配線層
321 第2バリア膜
322 第2金属膜
323 配線
323a 配線部
324 配線
324a 配線部
324b コンタクト部
325 配線
325a 配線部
326 配線
326a 配線部
326b コンタクト部
327 配線
327a 配線部
327b コンタクト部
329A 配線
329B 第2シールリング
330 第3配線層
331 第3バリア膜
332 第3金属膜
333 配線
333a 配線部
333b コンタクト部
334 配線
334a 配線部
334b コンタクト部
335 ヒューズ配線
335a 配線部
335b コンタクト部
339A〜339C 配線
339D 第3シールリング
341 第4バリア膜
342 第4金属膜
343 パッド電極
350 一般回路部(演算回路部)
351 SRAM
351a ヒューズ回路
352 ROM
353 DRAM
353a ヒューズ回路
354 チャネル配線部
355 I/O部
356 シールリング部
357 パッド領域
360 ヒューズ
361 パッド部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device having an embedded wiring structure and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, after a contact hole and a wiring groove are formed in an insulating film, a metal film is buried in the contact hole and the wiring groove to form a contact and a metal wiring at the same time. It is being developed (for example, see Patent Document 1).
[0003]
FIGS. 5A to 5D are cross-sectional views showing a manufacturing process (particularly, a wiring layer) of a conventional semiconductor device using a dual damascene method.
[0004]
First, in a step shown in FIG. 5A, a lower
[0005]
Next, in a step shown in FIG. 5B, a protective
[0006]
Next, in a step shown in FIG. 5C, after removing the
[0007]
Next, in the step shown in FIG. 5D, after the
[0008]
The above process is a method of forming a wiring by a dual damascene method. In the damascene method, there is also a method called a single damascene method. In the single damascene method, a metal film is deposited and CMP on a contact hole, and a wiring groove is formed. Of the metal film and the CMP are separately performed.
[0009]
By using the above damascene method, it is possible to easily form a wiring using a copper film that is difficult to pattern by etching, and to take advantage of the excellent characteristics of the copper film such as low resistance, migration resistance, and high strength. Becomes possible.
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-11-307636 (abstract)
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, the semiconductor device having the conventional wiring structure as described above has the following disadvantages.
[0012]
In the manufacturing process of the wiring structure using the damascene method, it is premised that a contact hole or a wiring groove having a certain depth is assumed in one wiring layer. In the example shown in FIG. 5), the dimensions such as the thickness of the
[0013]
One way to solve this problem is to provide two wirings having different wiring thicknesses, place the wiring for which reduction of wiring resistance is important in a wiring layer made of a conductor film having a large film thickness, and attach importance to the capacitance between wirings. There is a method of arranging the wiring to be formed in a wiring layer made of a conductor film having a small thickness. However, in this case, since it is necessary to provide a number of wiring layers according to the type of the required wiring thickness, the number of wiring layers may increase and the number of manufacturing steps may increase.
[0014]
It is an object of the present invention to simplify the process and provide a plurality of wirings having different thicknesses in a common wiring layer according to the type of wiring as a wiring structure of a semiconductor device using a damascene method. The object is to reduce the number of layers.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The semiconductor device of the present invention comprises a base having a substrate and an element, an insulating film provided above the base, and a conductive material embedded in a first groove formed in the insulating film. A wiring, and a member embedded in the second groove formed in the insulating film, formed of a common film with the wiring, and having a thickness different from that of the wiring.
[0016]
As a result, the wires having different thicknesses and members such as wires, which have been conventionally arranged in different wiring layers, can be arranged in the same wiring layer, thereby simplifying the manufacturing process and reducing the number of wiring layers. Can be planned.
[0017]
When a plurality of circuit blocks and a channel wiring unit for connecting the circuit blocks are provided, one of the plurality of circuit blocks is an arithmetic circuit unit having a signal wiring as the wiring. Since the channel wiring section has a channel wiring having a thickness larger than that of the signal wiring as the member, the manufacturing process can be simplified even if a thick channel wiring layer necessary for avoiding heat generation is provided. And the number of wiring layers can be reduced.
[0018]
The channel wiring preferably penetrates the insulating film, a plurality of interlayer insulating films are provided as the insulating film, and the channel wiring penetrates the plurality of interlayer insulating films. Thereby, a wiring structure suitable for the power supply wiring and the ground wiring can be obtained.
[0019]
In the case of having an arithmetic circuit section and an I / O section, the wiring is arranged in the arithmetic circuit section, the member is a wiring arranged in the I / O section, and the I / O section Is thicker than the wiring of the arithmetic circuit section, so that even if the wiring of the thick I / O section necessary for avoiding heat generation is provided, the manufacturing process can be simplified and the wiring layer can be simplified. The number can be reduced.
[0020]
It is preferable that the wiring of the I / O part penetrates the insulating film, and a plurality of interlayer insulating films are provided as the insulating film. By penetrating the insulating film, a wiring structure suitable for power supply wiring and ground wiring can be obtained.
[0021]
In the case of having an arithmetic circuit section and a memory section, the wiring is arranged in the arithmetic circuit section, the member is a signal wiring arranged in the memory section, and the signal wiring of the memory section is It is preferable that the film thickness of the arithmetic circuit portion is smaller than that of the wiring.
[0022]
When the arithmetic circuit section and the pad area for signal connection to the outside are provided, the wiring is arranged in the arithmetic circuit section, and the member is a pad wiring arranged in the pad area. It is preferable that the pad wiring has a larger film thickness than the wiring of the arithmetic circuit section.
[0023]
In the case where there is an arithmetic circuit portion and a seal ring portion surrounding the periphery of the semiconductor device, the wiring is arranged in the arithmetic circuit portion, the member is arranged in the seal ring portion, It is also possible to be a seal ring penetrating the film, in which case, as the insulating film, a plurality of interlayer insulating films are provided, the seal ring of the seal ring portion, the plurality of interlayer insulating films It is preferably penetrating.
[0024]
When an arithmetic circuit unit and a memory unit having a fuse are provided, the wiring is disposed in the arithmetic circuit unit, the member is the fuse, and the fuse is more than the wiring of the arithmetic circuit unit. Preferably, the film thickness is small.
[0025]
More preferably, the insulating film includes a base protection film and an interlayer insulating film provided on the base protection film.
[0026]
According to the first method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a step (a) of forming an insulating film above a base portion on which elements are formed and a step (b) of forming a plurality of contact holes penetrating the insulating film And c) forming a plurality of wiring grooves having at least two types of depths in the insulating film, the connecting grooves being connected to the contact holes, and filling the contact holes and the wiring grooves to form a plurality of wiring grooves on the insulating film. (D) forming a conductive film extending to the side, and removing a portion of the conductive film located above the insulating film to form a plurality of wirings in which the conductive film is embedded in each of the wiring grooves. (E).
[0027]
With this method, it is possible to realize a semiconductor device in which a plurality of wirings having different thicknesses are arranged in one wiring layer while simplifying the process.
[0028]
In the step (c), a first resist film having an opening in a part of the plurality of contact holes and located above at least one contact hole is formed above the insulating film. A sub-step (c1), and a sub-step (c2) of forming a part of the plurality of wiring grooves by etching the insulating film using the first resist film as a mask; After removing the resist film, a second opening having a portion above the insulating film in a portion of the plurality of contact holes and located above the contact hole excluding the at least one contact hole. And (c3) forming the resist film by etching the insulating film using the second resist film as a mask to form a part of the plurality of wiring grooves. Groove line only needs to include at least a sub-step of forming a (c4).
[0029]
In the above step (c), it is preferable to form the wiring grooves in order from the one having the smaller area, and it is preferable to form the wiring grooves in order from the one having the smaller depth. If a deep groove or a large area groove is formed first, it becomes difficult to form a resist with good uniformity when subsequently forming a shallow groove or a small area groove. Therefore, by forming a shallow groove or a groove having a small area first, the applicability of the resist thereafter can be improved.
[0030]
According to a second method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, there are provided a step (a) of forming an insulating film above a base portion on which an element is formed, a step (b) of forming a contact hole in the insulating film, (C) forming a wiring groove connected to each of the contact holes and a through groove penetrating the insulating film in the insulating film; and filling the contact hole, the wiring groove and the through groove with the insulating film. A step (d) of forming a conductive film extending upward, and a step (e) of removing the portion of the conductive film located above the insulating film and embedding the conductive film in each of the wiring grooves and the through grooves. ).
[0031]
According to this method, a member such as a wiring or a seal ring that requires a particularly large film thickness can be formed by a simple process.
[0032]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1st Embodiment)
1A to 1E are cross-sectional views illustrating a manufacturing process (particularly, a wiring layer manufacturing process) of the semiconductor device of the first embodiment.
[0033]
First, in a step shown in FIG. 1A, a lower insulating
[0034]
Next, in a step shown in FIG. 1B, after a protective
[0035]
Next, in the step shown in FIG. 1C, after the resist
[0036]
Next, in the step shown in FIG. 1D, after the resist
[0037]
In this embodiment, the case where a plurality of wiring grooves having two types of depths are formed has been described. However, when there are three or more types, the formation of the resist film and the formation of the wiring grooves are repeated by the number of types. Just do it.
[0038]
Next, in the step shown in FIG. 1E, after removing the resist
[0039]
In order to remove unnecessary portions of the
[0040]
As a result of the above steps, the first
[0041]
The thickness of the wiring portion 118a of the first
[0042]
As described above, the thicknesses of the
[0043]
(Second embodiment)
FIGS. 2A to 2D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process (particularly, a wiring layer manufacturing process) of the semiconductor device of the second embodiment.
[0044]
First, in a step shown in FIG. 2A, a lower insulating
[0045]
Next, in a step shown in FIG. 2B, after a protective
[0046]
Next, in the step shown in FIG. 2C, after the resist
[0047]
Next, in the step shown in FIG. 2D, after the resist
[0048]
Note that an etch-back method other than CMP can be used to remove an unnecessary portion of the upper-
[0049]
As a result of the above steps, the first
[0050]
As described above, the thickness of the
[0051]
In particular, the process of forming the first
[0052]
The
[0053]
(Third embodiment)
FIGS. 3A and 3B are enlarged plan views sequentially showing the position of the semiconductor device and the fuse circuit therein according to the third embodiment. In the present embodiment, an example of a wiring structure of a semiconductor device formed using the manufacturing methods of the first and second embodiments will be described.
[0054]
As shown in FIG. 3A, a
[0055]
Further, the
[0056]
4A and 4B are partial cross-sectional views showing a part of the structure taken along line IVa-IVa and line IVb-IVb shown in FIG. 3A, respectively.
[0057]
As shown in FIGS. 4A and 4B, a first
[0058]
Then, a
[0059]
Here, as shown in FIG. 4A, in the
[0060]
In the
[0061]
In the present embodiment, the
[0062]
In the
[0063]
In the
[0064]
Further, as shown in FIG. 4B, in the SRAM 351 (or the
[0065]
In the
[0066]
The structure of the semiconductor device of the present embodiment as described above can be easily realized by using the manufacturing steps of the first and second embodiments.
[0067]
Also, the
[0068]
According to the semiconductor device of the present embodiment, the following effects can be exhibited by the wiring structure of each circuit block.
[0069]
In the present embodiment, in the
[0070]
Like the
[0071]
Similarly, in the I /
[0072]
In particular, as shown in FIG. 2A of the present embodiment, three
[0073]
Note that the portion of the
[0074]
In the
[0075]
In the
[0076]
In the memory portion (
[0077]
In the
[0078]
In each of the above embodiments, the semiconductor device having three wiring layers has been described. However, the semiconductor device of the present invention is not limited to such an embodiment, but has four or more wiring layers. However, the same effect can be exerted by forming a plurality of wirings having different thicknesses in at least one of the wiring layers by the damascene method.
[0079]
In each of the above embodiments, the formation of the wiring structure using the dual damascene method has been described. However, the wiring structure of the present invention can also be realized by using the single damascene method. In that case, for example, when forming a plug portion penetrating the first insulating film, a lower layer wiring is formed instead of the plug in a part of the region, and an upper layer wiring connected to the plug is formed above the lower wiring. In this case, an upper layer wiring connected to the lower layer wiring may be formed.
[0080]
【The invention's effect】
According to the semiconductor device or the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, by forming wirings having different thicknesses on a common wiring layer, the process can be simplified and the number of wiring layers can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1E are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of a semiconductor device according to a first embodiment.
FIGS. 2A to 2D are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of a semiconductor device according to a second embodiment.
FIGS. 3A and 3B are plan views showing, in an enlarged scale, a position diagram of a semiconductor device according to a third embodiment and a fuse circuit therein, respectively.
FIGS. 4A and 4B are partial cross-sectional views showing a part of the structure taken along line IVa-IVa and line IVb-IVb shown in FIG. 3A, respectively.
FIGS. 5A to 5D are cross-sectional views showing a conventional semiconductor device manufacturing process using a dual damascene method.
[Explanation of symbols]
101 Base
102 Insulating film for lower layer
103 Lower wiring groove
104 Barrier film for lower layer
105 Metal film for lower layer
106 Lower layer wiring
107 protective insulating film
108 Insulating film for upper layer
111, 112 Contact hole
113 First upper wiring groove
114 Second upper wiring groove
115 Upper layer wiring groove
116 Upper barrier film
117 Upper layer metal film
118 First Upper Layer Wiring
118a Wiring section
118b Contact part
119 Second Upper Layer Wiring
119a Wiring section
119b Contact part
150 resist film
151, 152 opening
153 resist film
154 opening
155 resist film
156 opening
201 Base
202 Insulating film for lower layer
203 Lower wiring groove
204 Lower layer barrier film
205 Metal film for lower layer
206 Lower layer wiring
207 protective insulating film
208 Insulating film for upper layer
211 Contact hole
212 second upper wiring groove
213 First Upper Layer Wiring Groove
216 Upper layer barrier film
217 Metal film for upper layer
218 First Upper Layer Wiring
218a Wiring section
218b Contact part
219 Second Upper Layer Wiring
250 resist film
251, 252 opening
253 resist film
254 opening
255 resist film
256 opening
301 Base
302 First interlayer insulating film
303 first protective insulating film
304 second interlayer insulating film
305 Second protective insulating film
306 Third interlayer insulating film
307 Passivation film
310 first wiring layer
311 First barrier film
312 Second metal film
313,314,316,317 Wiring
315 First seal ring
320 second wiring layer
321 Second barrier film
322 second metal film
323 wiring
323a Wiring section
324 wiring
324a Wiring section
324b contact part
325 wiring
325a Wiring section
326 wiring
326a Wiring section
326b contact part
327 Wiring
327a Wiring section
327b Contact part
329A Wiring
329B Second seal ring
330 Third Wiring Layer
331 Third barrier film
332 third metal film
333 wiring
333a Wiring section
333b Contact part
334 wiring
334a Wiring section
334b Contact part
335 fuse wiring
335a Wiring section
335b Contact part
339A-339C Wiring
339D Third seal ring
341 4th barrier film
342 4th metal film
343 pad electrode
350 General circuit section (arithmetic circuit section)
351 SRAM
351a fuse circuit
352 ROM
353 DRAM
353a fuse circuit
354 channel wiring section
355 I / O section
356 Seal ring part
357 pad area
360 fuse
361 pad part
Claims (18)
上記下地部の上方に設けられた絶縁膜と、
上記絶縁膜に形成された第1の溝内に埋め込まれた導体材料からなる配線と、
上記絶縁膜に形成された第2の溝内に埋め込まれ、上記配線とは共通の膜から形成され、かつ、上記配線とは異なる厚みを有する部材と
を備えている半導体装置。A base portion having a substrate and an element,
An insulating film provided above the base portion;
A wiring made of a conductive material embedded in the first groove formed in the insulating film;
A semiconductor device buried in a second groove formed in the insulating film, formed of a common film with the wiring, and having a thickness different from that of the wiring.
複数の回路ブロックと、各回路ブロック同士を接続するチャネル配線部とを有し、
上記複数の回路ブロックのうちの1つは、上記配線として信号配線を有する演算回路部であり、
上記チャネル配線部は、上記部材として上記信号配線よりも膜厚の大きいチャネル配線を有することを特徴とする半導体装置。The semiconductor device according to claim 1,
A plurality of circuit blocks, and a channel wiring unit connecting the circuit blocks to each other,
One of the plurality of circuit blocks is an arithmetic circuit unit having a signal wiring as the wiring,
The semiconductor device, wherein the channel wiring portion has a channel wiring having a thickness larger than that of the signal wiring as the member.
上記チャネル配線は、上記絶縁膜を貫通していることを特徴とする半導体装置。The semiconductor device according to claim 2,
The semiconductor device, wherein the channel wiring penetrates the insulating film.
上記絶縁膜として、複数の層間絶縁膜が設けられており、
上記チャネル配線は、上記複数の層間絶縁膜を貫通していることを特徴とする半導体装置。The semiconductor device according to claim 2,
A plurality of interlayer insulating films are provided as the insulating film,
The semiconductor device, wherein the channel wiring penetrates the plurality of interlayer insulating films.
演算回路部とI/O部とを有し、
上記配線は、上記演算回路部に配置され、
上記部材は、上記I/O部に配置された配線であり、
上記I/O部の配線は、上記演算回路部の配線よりも膜厚が大きいことを特徴とする半導体装置。The semiconductor device according to claim 1,
An arithmetic circuit unit and an I / O unit;
The wiring is arranged in the arithmetic circuit section,
The member is a wiring arranged in the I / O unit,
A semiconductor device, wherein the wiring of the I / O section has a larger film thickness than the wiring of the arithmetic circuit section.
上記I/O部の配線は、上記絶縁膜を貫通していることを特徴とする半導体装置。The semiconductor device according to claim 5,
A semiconductor device, wherein the wiring of the I / O part penetrates the insulating film.
上記絶縁膜として、複数の層間絶縁膜が設けられており、
上記I/O部の配線は、上記複数の層間絶縁膜を貫通していることを特徴とする半導体装置。The semiconductor device according to claim 5,
A plurality of interlayer insulating films are provided as the insulating film,
A semiconductor device, wherein the wiring of the I / O part penetrates the plurality of interlayer insulating films.
演算回路部とメモリ部とを有し、
上記配線は、上記演算回路部に配置され、
上記部材は、上記メモリ部に配置された信号配線であり、
上記メモリ部の信号配線は、上記演算回路部の上記配線よりも膜厚が小さいことを特徴とする半導体装置。The semiconductor device according to claim 1,
An arithmetic circuit unit and a memory unit,
The wiring is arranged in the arithmetic circuit section,
The member is a signal wiring arranged in the memory unit,
A semiconductor device, wherein the signal wiring of the memory unit has a smaller thickness than the wiring of the arithmetic circuit unit.
演算回路部と、外部への信号接続のためのパッド領域とを有し、
上記配線は、上記演算回路部に配置され、
上記部材は、上記パッド領域に配置されたパッド配線であり、
上記パッド配線は、上記演算回路部の配線よりも膜厚が大きいことを特徴とする半導体装置。The semiconductor device according to claim 1,
An arithmetic circuit section and a pad area for signal connection to the outside,
The wiring is arranged in the arithmetic circuit section,
The member is a pad wiring arranged in the pad region,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the pad wiring has a larger thickness than a wiring of the arithmetic circuit unit.
演算回路部と、半導体装置の周囲を囲むシールリング部とを有し、
上記配線は、上記演算回路部に配置され、
上記部材は、上記シールリング部に配置され、上記絶縁膜を貫通するシールリングであることを特徴とする半導体装置。The semiconductor device according to claim 1,
An arithmetic circuit unit, and a seal ring unit surrounding the periphery of the semiconductor device;
The wiring is arranged in the arithmetic circuit section,
The semiconductor device, wherein the member is a seal ring disposed on the seal ring portion and penetrating the insulating film.
上記絶縁膜として、複数の層間絶縁膜が設けられており、
上記シールリング部のシールリングは、上記複数の層間絶縁膜を貫通していることを特徴とする半導体装置。The semiconductor device according to claim 10,
A plurality of interlayer insulating films are provided as the insulating film,
A semiconductor device, wherein a seal ring of the seal ring portion penetrates the plurality of interlayer insulating films.
演算回路部と、ヒューズを有するメモリ部とを備え、
上記配線は、上記演算回路部に配置され、
上記部材は、上記ヒューズであり、
上記ヒューズは、上記演算回路部の配線よりも膜厚が小さいことを特徴とする半導体装置。The semiconductor device according to claim 1,
An arithmetic circuit unit and a memory unit having a fuse,
The wiring is arranged in the arithmetic circuit section,
The member is the fuse,
The semiconductor device, wherein the fuse has a smaller thickness than a wiring of the arithmetic circuit unit.
上記絶縁膜として、下地保護用膜と、下地保護用膜の上に設けられた層間絶縁膜とを有することを特徴とする半導体装置。The semiconductor device according to any one of claims 1 to 12,
A semiconductor device comprising: a base protection film; and an interlayer insulating film provided on the base protection film, as the insulating film.
上記絶縁膜を貫通する複数のコンタクトホールを形成する工程(b)と、
上記絶縁膜に、上記各コンタクトホールにつながり、少なくとも2種類の深さを有する複数の配線溝を形成する工程(c)と、
上記各コンタクトホール及び配線溝内を埋めて上記絶縁膜の上に延びる導体膜を形成する工程(d)と、
上記導体膜のうち上記絶縁膜の上方に位置する部分を除去して、上記各配線溝内に上記導体膜を埋め込んでなる複数の配線を形成する工程(e)と
を含む半導体装置の製造方法。(A) forming an insulating film above a base portion on which the element is formed;
(B) forming a plurality of contact holes penetrating the insulating film;
(C) forming, in the insulating film, a plurality of wiring grooves connected to the contact holes and having at least two types of depths;
(D) forming a conductor film extending over the insulating film by filling the contact holes and the wiring trenches;
Removing a portion of the conductive film located above the insulating film and forming a plurality of wirings in which the conductive film is buried in each of the wiring grooves (e). .
上記工程(c)は、上記絶縁膜の上方に、上記複数のコンタクトホールのうちの一部であって少なくとも1つのコンタクトホールの上方に位置する部分に開口を有する第1のレジスト膜を形成する副工程(c1)と、
上記第1のレジスト膜をマスクにして、上記絶縁膜をエッチングすることにより、上記複数の配線溝のうちの一部の配線溝を形成する副工程(c2)と、
上記レジスト膜を除去した後、上記絶縁膜の上方に、上記複数のコンタクトホールのうちの一部であって上記少なくとも1つのコンタクトホールを除くコンタクトホールの上方に位置する部分に開口を有する第2のレジスト膜を形成する副工程(c3)と、
上記第2のレジスト膜をマスクにして、上記絶縁膜をエッチングすることにより、上記複数の配線溝のうちの一部の配線溝を形成する副工程(c4)と
を少なくとも含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 14,
In the step (c), a first resist film having an opening in a part of the plurality of contact holes and located above at least one contact hole is formed above the insulating film. Sub-step (c1);
A sub-step (c2) of forming a part of the plurality of wiring grooves by etching the insulating film using the first resist film as a mask;
After removing the resist film, a second opening having a portion above the insulating film in a portion of the plurality of contact holes and located above the contact hole excluding the at least one contact hole. A sub-step (c3) of forming a resist film of
A sub-step (c4) of forming a part of the plurality of wiring grooves by etching the insulating film using the second resist film as a mask. A method for manufacturing a semiconductor device.
上記工程(c)においては、面積の小さい配線溝から順に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 14,
In the above step (c), a method for manufacturing a semiconductor device, wherein the wiring grooves are formed in ascending order of area.
上記工程(c)においては、深さの小さい配線溝から順に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 14,
In the above step (c), a method for manufacturing a semiconductor device, wherein the wiring grooves are formed in order from the one having the smallest depth.
上記絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程(b)と、
上記絶縁膜に、上記各コンタクトホールにつながる配線溝と、上記絶縁膜を貫通する貫通溝とを形成する工程(c)と、
上記各コンタクトホール,配線溝及び貫通溝内を埋めて上記絶縁膜の上に延びる導体膜を形成する工程(d)と、
上記導体膜のうち上記絶縁膜の上方に位置する部分を除去して、上記各配線溝及び貫通溝内に上記導体膜を埋め込む工程(e)と
を含む半導体装置の製造方法。(A) forming an insulating film above a base portion on which the element is formed;
(B) forming a contact hole in the insulating film;
Forming (c) a wiring groove connected to each of the contact holes and a through groove penetrating the insulating film in the insulating film;
(D) forming a conductive film extending over the insulating film by filling the contact holes, the wiring grooves and the through grooves;
Removing the portion of the conductor film located above the insulating film, and embedding the conductor film in each of the wiring grooves and through-grooves (e).
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