JP2005079200A - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、絶縁膜に複数の凹状パターンが形成された半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device in which a plurality of concave patterns are formed in an insulating film and a manufacturing method thereof.
近年、半導体装置の高速動作および製造コストの抑制といった課題に対するひとつの解として、多層配線の微細化が進んでいる。同時に、配線の電気抵抗および配線間の電気容量の増大に伴う、配線遅延(RC遅延)の問題が表面化し、半導体装置の動作速度を律速するようになった。そこで、配線の電気抵抗を低減するために配線材料銅(Cu)を用いたり、配線間の電気容量を低減するため、絶縁膜に従来のSiO2よりも比誘電率の低い低誘電率材料を用いたりするといった対策が広く知られるようになってきた。 In recent years, miniaturization of multilayer wiring has been advanced as one solution to the problems of high-speed operation of semiconductor devices and reduction of manufacturing costs. At the same time, the problem of interconnect delay (RC delay) accompanying the increase in electrical resistance of interconnects and electrical capacitance between interconnects has surfaced, and the operation speed of semiconductor devices has been limited. Therefore, in order to reduce the electrical resistance of the wiring, the wiring material copper (Cu) is used, or in order to reduce the capacitance between the wirings, a low dielectric constant material having a lower relative dielectric constant than that of the conventional SiO 2 is used for the insulating film. Measures such as use have become widely known.
このような低誘電率材料としては、SiOCやMSQ(メチルシスセスキオキサン、Methyl Silsesquioxane)等が検討されている。これらの材料は、従来のSiO2の技術を転用することができると期待され、取り扱いやすい材料として開発が進められている。 As such a low dielectric constant material, SiOC, MSQ (Methyl Silsesquioxane), etc. are examined. These materials are expected to be diverted from conventional SiO 2 technology, and are being developed as easy-to-handle materials.
しかし、SiO2膜にスルーホールを形成する際に、エッチングガスとして従来用いていたフルオロカーボン系のガスを用いてSiOC膜にスルーホールを形成しようとすると、膜の特性の違いにより、SiO2膜では生じていなかった問題が生じることがある。 However, when a through hole is formed in the SiO 2 film, if an attempt is made to form a through hole in the SiOC film using a fluorocarbon-based gas that has been conventionally used as an etching gas, the SiO 2 film has a difference in characteristics of the film. Problems that did not occur may occur.
たとえば、特許文献1には、フルオロカーボン系のガスを用いてSiOC膜のエッチングを行うと、エッチングの途中でエッチングの進行が止まってしまうという現象が記載されている。また、このような現象を防ぐために酸素の含有量を高くすると、レジスト膜とSiOC膜のエッチング速度の比が低下してしまうという問題があり、これらの問題を解決するために、エッチングガスにCOを添加する技術が記載されている。
本出願の発明者は、SiOC膜にエッチングによりスルーホールを形成する際、スルーホールの配置状態によって、エッチングレートにばらつきが生じ、複数のスルーホールの深さ方向の形状にばらつきが生じるという現象を見出した。 The inventor of the present application, when forming a through hole in the SiOC film by etching, varies the etching rate depending on the arrangement state of the through hole, and the phenomenon that the shape in the depth direction of the plurality of through holes varies. I found it.
図8は、この現象を模式的に示す図である。
図8(a)に示すように、層間絶縁膜10にはマトリクス状に配置された複数のスルーホール群12と、周囲に他のスルーホールが形成されていない孤立スルーホール14とが形成されている。このようなパターンのスルーホールをフルオロカーボン系のガスを用いたエッチングにより形成すると、図8(b)に示すようなスルーホールが形成される。図8(b)は、図8(a)のC−C’断面図である。図8(b)に示すように、スルーホール群12の中央部に形成されたスルーホールaやスルーホールbに比べて、スルーホール群12の外周部に形成されたスルーホールcやスルーホールdは、エッチングレートが低下してしまう。また、孤立スルーホール14(スルーホールf)のエッチングレートは、スルーホール群12に含まれるスルーホールに比べてさらにエッチングレートが低下する。また、エッチングガスの種類によっては、マトリクス状に配置された複数のスルーホールの外周部に形成されたスルーホールのエッチングレートが中央部に形成されたスルーホールのエッチングレートより高くなるという現象も生じる。このように、SiOC膜にエッチングによりスルーホールを形成する場合、ブロック状に配置された複数のスルーホールの外周部においては、中央部に形成されたスルーホールのエッチングレートと比べてばらついてしまうという現象が生じる。
FIG. 8 is a diagram schematically showing this phenomenon.
As shown in FIG. 8A, the
図9は、フルオロカーボン系エッチングガスとしてAr/CF4/CH2F2/N2の混合ガスを用いたときの各スルーホールのエッチングレート比を示す図である。スルーホール群12の中心に形成されたスルーホールaのエッチングレートを1とすると、スルーホール群12の最外辺に位置するスルーホールdのエッチングレートは約0.7、最外角に位置するスルーホールgのエッチングレートは約0.6、孤立したスルーホールfのエッチングレートは約0.3である。なお、図8において、スルーホールaは、スルーホールbに隣接して形成された図としているが、スルーホールaとスルーホールbとの間には複数(たとえば10個程度)のスルーホールが形成されており、図9におけるスルーホールaのエッチングレートは、スルーホールaが縦方向横方向ともに10個以上のスルーホールで囲まれた場合の値である。以下の図10においても同様である。
FIG. 9 is a diagram showing the etching rate ratio of each through hole when a mixed gas of Ar / CF 4 / CH 2 F 2 / N 2 is used as the fluorocarbon-based etching gas. If the etching rate of the through hole a formed at the center of the
図10は、層間絶縁膜の種類とエッチングガスを異ならせた場合のエッチングレートを示す図である。
ここでは、
(1)層間絶縁膜としてSiO2、エッチングガスとしてガスAを用いた場合、
(2)層間絶縁膜としてSiOC、エッチングガスとしてガスAを用いた場合、
(3)層間絶縁膜としてSiOC、エッチングガスとしてガスBを用いた場合、のエッチングレートを示す。
FIG. 10 is a diagram showing the etching rate when the type of interlayer insulating film and the etching gas are different.
here,
(1) When SiO 2 is used as an interlayer insulating film and gas A is used as an etching gas,
(2) When SiOC is used as an interlayer insulating film and gas A is used as an etching gas,
(3) The etching rate when SiOC is used as the interlayer insulating film and gas B is used as the etching gas.
エッチングガスの条件は以下の通りである。
ガスA:流量Ar/CF4/CH2F2/N2=500/30/10/90sccm、圧力50mTorr、RFパワー1300W;
ガスB:流量Ar/C4F8/N2=500/8/50sccm、圧力50mTorr、RFパワー1300W。
The conditions for the etching gas are as follows.
Gas A: Flow rate Ar / CF 4 / CH 2 F 2 / N 2 = 500/30/10/90 sccm, pressure 50 mTorr, RF power 1300 W;
Gas B: Flow rate Ar / C 4 F 8 / N 2 = 500/8/50 sccm, pressure 50 mTorr, RF power 1300 W.
ここで、スルーホールのホール径は0.2μmとした。層間絶縁膜としてSiO2を用いた場合、スルーホールの配置状態によるエッチングレートの差異はほとんど生じなかった。一方、層間絶縁膜としてSiOCを用いた場合、エッチングガスの種類に関わらず、スルーホールの配置位置によるエッチングレートの差異が生じることが判明した。以上の結果から、スルーホールの配置状態に応じてエッチングレートに差異が生じるのは、エッチング時のレジストの種類やエッチングガスの種類によるものではなく、層間絶縁膜の種類によるものと考えられる。 Here, the hole diameter of the through hole was 0.2 μm. When SiO 2 was used as the interlayer insulating film, there was almost no difference in the etching rate depending on the through hole arrangement. On the other hand, when SiOC is used as the interlayer insulating film, it has been found that the etching rate varies depending on the arrangement position of the through holes regardless of the type of etching gas. From the above results, it is considered that the difference in the etching rate depending on the arrangement state of the through holes is not due to the type of resist at the time of etching or the type of etching gas but to the type of interlayer insulating film.
本発明は上記事情を踏まえてなされたものであり、本発明の目的は、半導体装置において、凹状パターンの深さ方向の形状ばらつきを低減することができる技術を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a technique capable of reducing the shape variation in the depth direction of the concave pattern in the semiconductor device.
本発明に係る半導体装置は、絶縁膜と、絶縁膜に形成された複数の凹状パターンと、絶縁膜に形成され、複数の凹状パターンの周囲に配された複数のダミーの凹状パターンと、を含むことを特徴とする。 A semiconductor device according to the present invention includes an insulating film, a plurality of concave patterns formed in the insulating film, and a plurality of dummy concave patterns formed in the insulating film and arranged around the plurality of concave patterns. It is characterized by that.
ここで、凹状パターンは、スルーホールまたは配線溝とすることができる。複数の凹状パターンが互いに隣接した凹状パターン群として設けられている場合、周囲とは、複数の凹状パターン群の外周とすることができる。また、複数の凹状パターンに、他の凹状パターンに囲まれていない孤立した凹状パターンが含まれる場合、周囲とは、孤立した凹状パターンの周囲とすることができる。さらに、ダミーの凹状パターンは、すべての凹状パターンを取り囲むように形成することもできる。ここで、周囲とは、四方とすることができる。各凹状パターンが、その凹状パターンを中心として平面を略4等分割したときに、全分割平面に、その凹状パターンから所定の距離内に他の凹状パターンが存在するようにダミーの凹状パターンを形成することができる。 Here, the concave pattern can be a through hole or a wiring groove. When a plurality of concave patterns are provided as adjacent concave pattern groups, the periphery can be the outer periphery of the plurality of concave pattern groups. In addition, when the plurality of concave patterns include an isolated concave pattern not surrounded by other concave patterns, the periphery can be the periphery of the isolated concave pattern. Furthermore, the dummy concave pattern can be formed so as to surround all the concave patterns. Here, the surroundings can be four directions. When each concave pattern is divided into approximately four equal parts with the concave pattern as the center, dummy concave patterns are formed so that other concave patterns exist within a predetermined distance from the concave pattern on all divided planes. can do.
絶縁膜は少なくともSi、O、およびCを含む構成とすることができる。絶縁膜はHを含んでもよい。絶縁膜は、たとえば、SiOC、SiOCN、またはMSQとすることができる。SiOCまたはSiOCNは、CVD法またはスピンコート法で堆積することができる。また、MSQは、スピンコート法で堆積することができる。これらの凹状パターンを形成するエッチングガスとしては、フルオロカーボン系のガスを用いることができる。 The insulating film can include at least Si, O, and C. The insulating film may contain H. The insulating film can be, for example, SiOC, SiOCN, or MSQ. SiOC or SiOCN can be deposited by CVD or spin coating. MSQ can be deposited by spin coating. As an etching gas for forming these concave patterns, a fluorocarbon-based gas can be used.
このようにすれば、各凹状パターンが他の凹状パターンまたはダミーの凹状パターンに囲まれた構成とすることができるので、凹状パターンにおけるエッチングレートのばらつきを低減することができる。このような構成とすることにより、本来複数の凹状パターンの外周部に配置された凹状パターン、または孤立した凹状パターンに生じていたエッチングレートの低下現象または増加現象をダミーの凹状パターンに転嫁することができるので、複数の凹状パターンのエッチングレートのばらつきを低減することができる。 In this way, each concave pattern can be configured to be surrounded by other concave patterns or dummy concave patterns, so that variation in etching rate in the concave pattern can be reduced. By adopting such a configuration, the phenomenon of decreasing or increasing the etching rate originally generated in the concave pattern arranged on the outer periphery of the plurality of concave patterns or the isolated concave pattern is transferred to the dummy concave pattern. Therefore, variation in the etching rate of the plurality of concave patterns can be reduced.
本発明に係る半導体装置において、複数の凹状パターンはブロック状に形成されてよく、ダミーの凹状パターンは、複数の凹状パターンの最外領域に沿って形成することができる。ここで、ブロック状とは、マトリクス状すなわち縦方向および横方向に配列された行列状、縦方向または横方向のいずれかに配列された列状、ランダムに配置された複数の凹状パターン、疎密が異なる複数の凹状パターン、櫛形に配置された複数の凹状パターン等を含むものとする。 In the semiconductor device according to the present invention, the plurality of concave patterns may be formed in a block shape, and the dummy concave pattern can be formed along the outermost region of the plurality of concave patterns. Here, the block shape means a matrix shape, that is, a matrix shape arranged in the vertical and horizontal directions, a column shape arranged in either the vertical direction or the horizontal direction, a plurality of randomly arranged concave patterns, and a sparse / dense pattern. It includes a plurality of different concave patterns, a plurality of concave patterns arranged in a comb shape, and the like.
半導体装置の電気的動作に寄与する複数のスルーホールが設けられた領域をブロックとして、ダミーの凹状パターンをその周囲に配置することができる。さらに、複数の凹状パターンの近傍に、上下の配線層と電気的に接続する短絡領域が設けられている場合、複数の凹状パターンと短絡領域との周囲にダミーの凹状パターンを設けた構成とすることもできる。 A dummy concave pattern can be disposed around a region where a plurality of through holes contributing to the electrical operation of the semiconductor device are provided as a block. Further, when a short-circuit region that is electrically connected to the upper and lower wiring layers is provided in the vicinity of the plurality of concave patterns, a dummy concave pattern is provided around the plurality of concave patterns and the short-circuit region. You can also.
このような構成とすることにより、本来、マトリクス状に形成された凹状パターンの外周部に配置された凹状パターン、または孤立した凹状パターンに生じていたエッチングレートの低下現象または増加現象をダミーの凹状パターンに転嫁することができるので、複数の凹状パターンのエッチングレートのばらつきを低減することができる。 By adopting such a configuration, the concave pattern placed on the outer periphery of the concave pattern formed in a matrix form or the phenomenon of decreasing or increasing the etching rate that has occurred in the isolated concave pattern is eliminated by the dummy concave shape. Since the pattern can be passed on, variations in the etching rate of the plurality of concave patterns can be reduced.
本発明の半導体装置において、ダミーの凹状パターンは、複数の凹状パターンの深さよりも浅く形成することができる。このようにすれば、複数の凹状パターンに導電性材料を埋め込む際に、ダミーの凹状パターン内にも導電性材料が埋め込まれても、ダミーの凹状パターン内の導電性材料が下層配線と電気的に接続しないので、場所の制限を受けることなくダミーの凹状パターンを形成することができる。なお、エッチングガスの種類によって、複数の凹状パターンの外周部に設けられた凹状パターンのエッチングレートが増加する場合は、ダミーの凹状パターンを複数の凹状パターンの深さよりも深く形成することができる。 In the semiconductor device of the present invention, the dummy concave pattern can be formed shallower than the depth of the plurality of concave patterns. In this way, when the conductive material is embedded in the plurality of concave patterns, even if the conductive material is embedded in the dummy concave pattern, the conductive material in the dummy concave pattern is electrically connected to the lower layer wiring. Therefore, it is possible to form a dummy concave pattern without being limited in place. When the etching rate of the concave pattern provided on the outer periphery of the plurality of concave patterns increases depending on the type of etching gas, the dummy concave pattern can be formed deeper than the depth of the plurality of concave patterns.
本発明の半導体装置において、ダミーの凹状パターンのアスペクト比は、複数の凹状パターンのアスペクト比よりも低く形成することができる。このようにすれば、複数の凹状パターンに導電性材料を埋め込む際に、ダミーの凹状パターン内にも導電性材料が埋め込まれても、ダミーの凹状パターン内の導電性材料が下層配線と電気的に接続しないので、場所の制限を受けることなくダミーの凹状パターンを形成することができる。なお、エッチングガスの種類によって、複数の凹状パターンの外周部に設けられた凹状パターンのエッチングレートが増加する場合は、ダミーの凹状パターンのアスペクト比を複数の凹状パターンのアスペクト比よりも高く形成することができる。 In the semiconductor device of the present invention, the aspect ratio of the dummy concave pattern can be formed lower than the aspect ratio of the plurality of concave patterns. In this way, when the conductive material is embedded in the plurality of concave patterns, even if the conductive material is embedded in the dummy concave pattern, the conductive material in the dummy concave pattern is electrically connected to the lower layer wiring. Therefore, it is possible to form a dummy concave pattern without being limited in place. When the etching rate of the concave pattern provided on the outer periphery of the plurality of concave patterns increases depending on the type of etching gas, the aspect ratio of the dummy concave pattern is formed higher than the aspect ratio of the plurality of concave patterns. be able to.
本発明の半導体装置において、ダミーの凹状パターンの開口幅は、複数の凹状パターンの開口幅と略等しく形成することができる。このようにすれば、ダミーの凹状パターンを複数の凹状パターンと同じパターン径で形成することができるので、デザイン設計を容易に行うことができる。 In the semiconductor device of the present invention, the opening width of the dummy concave pattern can be formed substantially equal to the opening width of the plurality of concave patterns. In this way, since the dummy concave pattern can be formed with the same pattern diameter as the plurality of concave patterns, design design can be easily performed.
本発明の半導体装置において、ダミーの凹状パターンの開口幅は、複数の凹状パターンの開口幅よりも広く形成することができる。このようにすれば、ダミーの凹状パターンの数を少なくしても複数の凹状パターンのエッチングレートのばらつきを抑えることができる。 In the semiconductor device of the present invention, the opening width of the dummy concave pattern can be formed wider than the opening width of the plurality of concave patterns. In this way, even if the number of dummy concave patterns is reduced, variations in the etching rate of the plurality of concave patterns can be suppressed.
本発明の半導体装置において、ダミーの凹状パターンの開口幅は、複数の凹状パターンの開口幅よりも狭く形成することができる。このようにすれば、ダミーのスルーホールにおけるエッチングレートを低くすることができる。これにより、複数の凹状パターンに導電性材料を埋め込む際に、ダミーの凹状パターン内にも導電性材料が埋め込まれても、ダミーの凹状パターン内の導電性材料が下層配線と電気的に接続しないので、場所の制限を受けることなくダミーの凹状パターンを形成することができる。 In the semiconductor device of the present invention, the opening width of the dummy concave pattern can be formed narrower than the opening widths of the plurality of concave patterns. In this way, the etching rate in the dummy through hole can be lowered. Accordingly, when the conductive material is embedded in the plurality of concave patterns, the conductive material in the dummy concave pattern is not electrically connected to the lower layer wiring even if the conductive material is embedded in the dummy concave pattern. Therefore, it is possible to form a dummy concave pattern without being restricted in place.
本発明の半導体装置は、絶縁膜と、絶縁膜に形成された複数の凹状パターンと、を含み、複数の凹状パターンのうち、他の凹状パターンに囲まれていない凹状パターンの開口幅が、他の凹状パターンに囲まれた凹状パターンの開口幅と異なるように形成されたことを特徴とする。 The semiconductor device of the present invention includes an insulating film and a plurality of concave patterns formed in the insulating film, and among the plurality of concave patterns, the opening width of the concave pattern that is not surrounded by the other concave patterns is different. The opening width of the concave pattern surrounded by the concave pattern is different from that of the concave pattern.
絶縁膜は少なくともSi、O、およびCを含む構成とすることができる。絶縁膜はHを含んでもよい。絶縁膜は、たとえば、SiOC、SiOCN、またはMSQとすることができる。SiOCまたはSiOCNは、CVD法またはスピンコート法で堆積することができる。また、MSQは、スピンコート法で堆積することができる。これらの凹状パターンを形成するエッチングガスとしては、フルオロカーボン系のガスを用いることができる。 The insulating film can include at least Si, O, and C. The insulating film may contain H. The insulating film can be, for example, SiOC, SiOCN, or MSQ. SiOC or SiOCN can be deposited by CVD or spin coating. MSQ can be deposited by spin coating. As an etching gas for forming these concave patterns, a fluorocarbon-based gas can be used.
他の凹状パターンに囲まれていない凹状パターンの開口幅と他の凹状パターンに囲まれた凹状パターンの開口幅との大小関係は、エッチングガスの種類に応じて適宜設定される。他の凹状パターンに囲まれていない凹状パターンのエッチングレートが他の凹状パターンに囲まれた凹状パターンよりも低くなってしまうような場合は、他の凹状パターンに囲まれていない凹状パターンの開口幅を他の凹状パターンに囲まれた凹状パターンの開口幅よりも広くすることができる。これにより、マイクロローディング効果により、他の凹状パターンに囲まれていない凹状パターンのエッチングレートを高くすることができる。したがって、上述したような複数の凹状パターンの外周部や孤立した凹状パターンにおけるエッチングレートの低下という現象を打ち消すことができ、複数の凹状パターンにおけるエッチングレートのばらつきを低減することができる。 The magnitude relationship between the opening width of the concave pattern not surrounded by other concave patterns and the opening width of the concave pattern surrounded by the other concave patterns is appropriately set according to the type of etching gas. If the etching rate of a concave pattern not surrounded by another concave pattern is lower than that of a concave pattern surrounded by another concave pattern, the opening width of the concave pattern not surrounded by the other concave pattern Can be made wider than the opening width of the concave pattern surrounded by other concave patterns. Thereby, the etching rate of the concave pattern not surrounded by other concave patterns can be increased by the microloading effect. Therefore, the phenomenon of decreasing the etching rate in the outer peripheral portion of the plurality of concave patterns and the isolated concave pattern as described above can be canceled, and variations in the etching rate in the plurality of concave patterns can be reduced.
一方、他の凹状パターンに囲まれていない凹状パターンのエッチングレートが他の凹状パターンに囲まれた凹状パターンよりも高くなってしまうような場合は、他の凹状パターンに囲まれていない凹状パターンの開口幅を他の凹状パターンに囲まれた凹状パターンの開口幅よりも狭くすることができる。これにより、他の凹状パターンに囲まれていない凹状パターンのエッチングレートを低くすることができる。したがって、上述したような複数の凹状パターンの外周部や孤立した凹状パターンにおけるエッチングレートの増加という現象を打ち消すことができ、複数の凹状パターンにおけるエッチングレートのばらつきを低減することができる。 On the other hand, when the etching rate of the concave pattern not surrounded by other concave patterns is higher than the concave pattern surrounded by other concave patterns, the concave pattern not surrounded by other concave patterns The opening width can be made narrower than the opening width of the concave pattern surrounded by other concave patterns. Thereby, the etching rate of the concave pattern not surrounded by other concave patterns can be lowered. Therefore, the phenomenon of the increase in the etching rate in the outer peripheral portion of the plurality of concave patterns and the isolated concave pattern as described above can be canceled, and the variation in the etching rate in the plurality of concave patterns can be reduced.
本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に複数の凹状パターンおよび複数のダミーの凹状パターンを形成する工程と、を含み、前記凹状パターンを形成する工程において、前記複数のダミーの凹状パターンは、前記複数の凹状パターンの周囲に配されることを特徴とする。 The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming an insulating film, and a step of forming a plurality of concave patterns and a plurality of dummy concave patterns on the insulating film, wherein the concave pattern is formed. The plurality of dummy concave patterns are arranged around the plurality of concave patterns.
本発明の半導体装置の製造方法において、凹状パターンを形成する工程において、複数の凹状パターンをブロック状に形成してよく、複数の凹状パターンの最外領域に沿って複数のダミーの凹状パターンを形成することができる。 In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, in the step of forming the concave pattern, the plurality of concave patterns may be formed in a block shape, and a plurality of dummy concave patterns are formed along the outermost region of the plurality of concave patterns. can do.
本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜に複数の凹状パターンを形成する工程と、を含み、複数の凹状パターンを形成する工程において、複数の凹状パターンのうち他の凹状パターンに囲まれていない凹状パターンの開口幅を、他の凹状パターンに囲まれた凹状パターンの開口幅と異なるように形成することを特徴とする。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming an insulating film and a step of forming a plurality of concave patterns on the insulating film, wherein the step of forming the plurality of concave patterns includes: The opening width of the concave pattern not surrounded by the other concave patterns is formed to be different from the opening width of the concave pattern surrounded by the other concave patterns.
以上、本発明の構成について説明したが、これらの構成を任意に組み合わせたものも本発明の態様として有効である。また、本発明の表現を他のカテゴリーに変換したものもまた本発明の態様として有効である。 As mentioned above, although the structure of this invention was demonstrated, what combined these structures arbitrarily is effective as an aspect of this invention. Moreover, what converted the expression of this invention into the other category is also effective as an aspect of this invention.
本発明によれば、半導体装置において、凹状パターンの深さ方向の形状ばらつきを低減することができる。 According to the present invention, in the semiconductor device, the shape variation in the depth direction of the concave pattern can be reduced.
次に本発明の好ましい実施の形態について図面を参照して説明する。
以下の実施の形態においては、層間絶縁膜の材料としてCVD法により形成したSiOC膜またはSiOCN膜、またはスピンコート法により形成したMSQ膜を用いた例を説明する。なお、SiOC膜は、SiOCH膜と表記されることもあり、構成元素としては、通常、Si、O、CおよびHを含む。なお、層間絶縁膜は、SiOC膜やMSQ膜に加えて、SiO2膜、SiN膜、SiON膜等を含む積層構造とすることができる。
Next, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the following embodiments, an example will be described in which an SiOC film or SiOCN film formed by a CVD method or an MSQ film formed by a spin coating method is used as a material for an interlayer insulating film. Note that the SiOC film is sometimes referred to as a SiOCH film, and usually contains Si, O, C, and H as constituent elements. Note that the interlayer insulating film can have a laminated structure including a SiO 2 film, a SiN film, a SiON film, and the like in addition to the SiOC film and the MSQ film.
(第一の実施の形態)
図1は、本発明の第一の実施の形態における半導体装置の構成を示す図である。
ここでは、層間絶縁膜110のみを図示しているが、半導体装置は、シリコン等の基板を含み、その上に拡散防止膜、エッチングストッパ膜、反射防止膜、下層配線層等が適宜形成された構成を有する。また、層間絶縁膜110の上層には上層配線層等が形成される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
Although only the
層間絶縁膜110には、複数のスルーホール102がマトリクス状に配されたスルーホール群112と、一つのスルーホール102が孤立して配された孤立スルーホール114とが形成されている。また、スルーホール群112の周囲には、複数のダミースルーホール104が形成されている。孤立スルーホール114の周囲にも複数のダミースルーホール104が形成されている。ここで、スルーホール102は、上層配線および下層配線と電気的に接続され、半導体装置の電気的動作に寄与するスルーホールである。一方、ダミースルーホール104は、半導体装置の電気的動作に寄与しないスルーホールである。ダミースルーホール104は、上層配線または下層配線のいずれか一方と接続されていてもよいが、上層配線と下層配線を電気的に接続しないように構成される。
In the
本実施の形態において、ダミースルーホール104は、すべてのスルーホール102が縦方向、横方向、および斜め方向において、少なくとも2つのスルーホール(スルーホール102またはダミースルーホール104)により囲まれるように配置される。ダミースルーホール104の配置パターンは、層間絶縁膜110の材料や層間絶縁膜110にスルーホール102を形成する際に用いるエッチングガスの種類、およびスルーホール102の開口幅およびスルーホール102間の間隔等に応じて適宜設定することができる。
In the present embodiment, the dummy through
図1(b)は、図1(a)のA−A’断面図である。図1(b)に示すように、スルーホール102の周囲にダミースルーホール104を形成することにより、本来スルーホール群112の外周部に配置されたスルーホール102に生じていたエッチングレートの低下現象や増加現象がダミースルーホール104に転嫁される。これにより、エッチングレートの差異により生じていたスルーホール102の深さの差異が低減され、下層配線および上層配線と電気的に接続されるスルーホール102の形状を安定的に等しく形成することができる。
FIG.1 (b) is A-A 'sectional drawing of Fig.1 (a). As shown in FIG. 1B, by forming a dummy through
また、外周部に形成されたスルーホールのエッチングレートが低下するようなエッチングガスを用いた場合、ダミースルーホール104におけるエッチングレートはスルーホール102のエッチングレートより低くなるので、スルーホール102の深さが下層配線層に到達した段階では、ダミースルーホール104が下層配線層に到達していない。そのため、スルーホール102の深さが下層配線層に到達した段階でエッチングを終了することにより、ダミースルーホール104が下層配線層に開通しない状態とすることができる。これにより、スルーホール102およびダミースルーホール104形成後に、スルーホール102内に導電性材料を埋め込み、下層配線とスルーホール102内に埋め込まれた導電性材料を電気的に接続する際にダミースルーホール104に導電性材料が埋め込まれても、ダミースルーホール104が下層配線と電気的に接続されないようにすることができる。
In addition, when an etching gas that lowers the etching rate of the through hole formed in the outer peripheral portion is used, the etching rate in the dummy through
図2は、ダミースルーホール104の配置パターンの他の例を示す上面図である。
以下、外周部に形成されたスルーホールのエッチングレートが低下するような場合について説明するが、外周部に形成されたスルーホールのエッチングレートが増加するような場合も、同様な配置パターンとすることができる。
図2(a)に示すように、ダミースルーホール104の開口幅は、スルーホール102の開口幅と略等しく形成することができる。このようにすれば、ダミースルーホール104をスルーホール102と同じパターン径で形成することができるので、デザイン設計を容易に行うことができる。また、複数のスルーホールの外周部に形成されたスルーホールにおけるエッチングレートが中心部に形成されたスルーホールにおけるエッチングレートより低くなる場合、スルーホール102が下層配線層に達した段階でエッチングを終了することにより、ダミースルーホール104が下層配線層に開通しない状態とすることができる。これにより、スルーホール102およびダミースルーホール104形成後に、スルーホール102内に導電性材料を埋め込む際にダミースルーホール104内にも導電性材料が埋め込まれても、ダミースルーホール104が下層配線と電気的に接続されないようにすることができる。そのため、場所の制限を受けることなくダミースルーホール104を形成することができる。
FIG. 2 is a top view showing another example of the arrangement pattern of the dummy through
Hereinafter, the case where the etching rate of the through hole formed in the outer peripheral portion is reduced will be described, but the same arrangement pattern is also used when the etching rate of the through hole formed in the outer peripheral portion is increased. Can do.
As shown in FIG. 2A, the opening width of the dummy through
また、図2(b)に示すように、ダミースルーホール104の開口幅は、スルーホール102の開口幅よりも広くなるように形成することもできる。このようにダミースルーホール104の開口幅を大きくすることにより、ダミースルーホール104の数を少なくしてもダミースルーホール104の近傍に形成されたスルーホール102のエッチングレートの低下を抑えることができる。この場合、ダミースルーホール104は、層間絶縁膜110の下層および上層に配線等が形成されない領域に設けられる。
Further, as shown in FIG. 2B, the opening width of the dummy through
一方、図2(c)に示すように、ダミースルーホール104の開口幅は、スルーホール102の開口幅よりも狭くなるように形成することもできる。一般的に、スルーホールのエッチングレートは、スルーホールのアスペクト比が高くなるにつれて低くなる傾向がある。そのため、ダミースルーホール104の開口幅をスルーホール102の開口幅より狭くすることにより、ダミースルーホール104のエッチングレートをスルーホール102のエッチングレートよりも低くすることができる。これにより、下層配線の上部にダミースルーホール104を形成した場合でも、ダミースルーホール104に埋め込まれた導電性材料と下層配線とが電気的に接続されないようにすることができる。この場合、場所の制限を受けることなくダミースルーホール104を形成することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 2C, the opening width of the dummy through
また、図2(d)に示すように、スルーホール102の周囲にダミースルーホール104を2層設けることもできる。この場合、たとえば内側の層のダミースルーホール104の開口幅を小さくし、外側の層のダミースルーホール104の開口幅を内側の層のダミースルーホール104の開口幅より大きくすることができる。外側に設けられたダミースルーホール104はエッチングレートがより低下するため、開口幅を大きくしていても下層配線に到達しないようにすることができる。
In addition, as shown in FIG. 2D, two layers of dummy through
なお、以上の例ではスルーホール群112のみを示したが、孤立スルーホール114の周囲に形成されるダミースルーホール104についても同様とすることができる。
In the above example, only the through
また、外周部に形成されたスルーホールのエッチングレートが増加するような場合も、周囲にダミースルーホール104を設けることにより、エッチングレートのばらつきをダミースルーホール104に転嫁することができるので、半導体装置の電気的動作に寄与するスルーホール102におけるエッチングレートのばらつきを低減することができる。
Further, even when the etching rate of the through hole formed in the outer peripheral portion increases, by providing the dummy through
さらに、図3に示すように、ダミースルーホール104は、スルーホール群112に含まれるスルーホール102から所定の距離内に配置されていれば、スルーホール群112における配置間隔よりも広い間隔で配置することもできる。このようにしても、スルーホール群112の外周部に配置されたスルーホール102におけるエッチングレートの低下または増加を抑えることができる。これにより、スルーホール102の深さ方向における形状のばらつきを低減することができる。
Further, as shown in FIG. 3, the dummy through
図4に示すように、ダミースルーホール104は、すべてのスルーホール102、およびスルーホール102の近傍に、上下の配線層と電気的に接続する短絡領域が設けられている場合、これらの周囲を囲むように配置することができる。ここで、図中斜線で示した領域は下層配線および上層配線の両方が設けられた領域である。このように、下層配線および上層配線の両方が形成されている短絡領域がある場合、ダミースルーホール104は、この短絡領域を迂回して設けられる。
As shown in FIG. 4, when the dummy through
(第二の実施の形態)
図5は、本発明の第二の実施の形態における半導体装置の構成を示す図である。
本実施の形態において、ダミースルーホールを設けるのではなく、スルーホール群112に含まれるスルーホール102のうち、外周部に設けられたスルーホール102ほど開口幅が広くなるように形成する。
(Second embodiment)
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
In the present embodiment, dummy through holes are not provided, but the through
たとえば、スルーホール群112の最外領域に配置されたスルーホール102cの開口幅は、その内側に配置されたスルーホール102bの開口幅よりも広くなるように形成される。また、スルーホール102bの開口幅は、中心部に配置されたスルーホール102aの開口幅よりも広くなるように形成される。さらに、孤立スルーホール114の開口幅は、スルーホール群112の最外領域に配置されたスルーホール102cの開口幅よりも広く形成される。
For example, the opening width of the through
このようにすれば、マイクロローディング効果により、孤立スルーホール114やスルーホール群112の外周部に配置されたスルーホール102bやスルーホール102cのエッチングレートをスルーホール群112の中心部に配置されたスルーホール102aのエッチングレートよりも高くすることができる。これにより、スルーホール群112の外周部に形成されたスルーホール102bやスルーホール102c、および孤立スルーホール114によるエッチングレートの低下という現象を打ち消すことができ、スルーホール群112に含まれるすべてのスルーホール102a、102b、および102c、並びに孤立スルーホール114のエッチングレートのばらつきを低減することができる。これにより、複数のスルーホール102の深さ方向における形状のばらつきを低減することができる。
In this case, the etching rate of the through hole 102b and the through
また、外周部に形成されたスルーホールのエッチングレートが増加するような場合は、外周部に設けられたスルーホール102ほど開口幅が狭くなるように形成することができる。外周部のスルーホール102の開口幅を狭くすることにより、外周部のスルーホール102のエッチングレートの増加を低減することができる。これにより複数のスルーホール102のエッチングレートのばらつきを低減することができる。
Further, when the etching rate of the through hole formed in the outer peripheral portion increases, the opening width can be formed so that the through
図6は、複数のスルーホール102を含むスルーホール群の周囲にダミースルーホール104を形成したパターンを示す図である。
シリコン基板上にCVD法によりSiOCからなる層間絶縁膜110を形成し、エッチングガスとして以下のガスを用いて図6に示すようなパターンのスルーホール102およびダミースルーホール104(いずれもホール径0.2μm、間隔1μm)を形成した。
エッチングガス:流量Ar/CF4/CH2F2/N2=500/30/10/90sccm、圧力50mTorr、RFパワー1300W
FIG. 6 is a diagram showing a pattern in which dummy through
An interlayer insulating
Etching gas: flow rate Ar / CF 4 / CH 2 F 2 / N 2 = 500/30/10/90 sccm, pressure 50 mTorr, RF power 1300 W
図7は、その結果を示す図である。ダミースルーホール104を形成しなかった場合、マトリクス状に形成されたスルーホール群の外周部に配置されたスルーホールcやスルーホールd、列状に形成されたスルーホールeにおけるエッチングレートが低下した。一方、これらのスルーホールの周囲にダミースルーホール104を形成することにより、スルーホールc、スルーホールd、およびスルーホールeにおけるエッチングレートの低下を抑えることができ、すべてのスルーホール102のエッチングレートを略均等にすることができた。これにより、複数のスルーホールa、スルーホールb、スルーホールc、スルーホールd、およびスルーホールeの深さ方向における形状ばらつきを低減し、略等しくすることができた。
FIG. 7 is a diagram showing the results. When the dummy through
なお、ここでは図示していないが、孤立スルーホールについても、周囲にダミースルーホール104を形成することにより、エッチングレートの低下を抑えることができ、スルーホール群の中心部に配置されたスルーホールaやスルーホールbにおけるエッチングレートと同等にすることができ、深さ方向における形状ばらつきを低減することができた。
Although not shown here, by forming dummy through
以上のように、スルーホール102の周囲にダミースルーホール104を形成することにより、スルーホール102のエッチングレートのばらつきを低減することができたメカニズムは明らかではないが、以下のように推察することができる。
As described above, the mechanism by which the variation in the etching rate of the through-
文献(応用物理、第70巻、第4号、387頁〜397頁、2001)には、フルオロカーボンプラズマを用いたSiO2膜のエッチングでは、エッチング表面にポリマー層が形成され、この厚さは、主に入射するエッチング活性種CFxの量と膜中の酸素(O)の量によって決定されることが記載されている。この結果を考慮すると、SiOC膜の場合、酸素の構成比が低いこと、および膜中に炭素(C)が存在することから、SiO2膜に比べてポリマー層がより厚く形成されてしまうことが推察される。 In the literature (Applied Physics, Vol. 70, No. 4, pp. 387 to 397, 2001), in etching of SiO 2 film using fluorocarbon plasma, a polymer layer is formed on the etching surface, and this thickness is It is described that it is determined mainly by the amount of incident etching active species CF x and the amount of oxygen (O) in the film. Considering this result, in the case of the SiOC film, the composition ratio of oxygen is low, and carbon (C) is present in the film, so that the polymer layer may be formed thicker than the SiO 2 film. Inferred.
プラズマから入射するエッチング活性種CFxの量には、パターンによる依存性はない。一方、絶縁膜がエッチングされる際には、ポリマーを除去する作用を有するエッチングガス反応生成物が生じる。ここで、エッチングガス反応生成物とは、SiとFの化合物、CとFの化合物、Oの化合物である。このエッチングガス反応生成物は被エッチング領域から放出され、パターン直上に滞留する。そのため、エッチングガス反応生成物の濃度は、パターン群中央では濃く、パターン外周や孤立パターンでは低くなることが推測される。その結果、パターン群中央に比べて、パターン群外周と孤立パターンのポリマー層は厚く形成されてしまう。エッチングガス反応生成物の効果がおよぶ範囲は、被エッチング領域から数100μm程度内となると考えられる。そのため、スルーホール102の周囲にダミースルーホール104を形成することにより、外周部に設けられたスルーホール102におよぶエッチングガス反応生成物の量を増加させることができ、中心部に設けられたスルーホール102におけるエッチングレートとのばらつきを低減することができたと考えられる。
The amount of the etching active species CF x incident from the plasma does not depend on the pattern. On the other hand, when the insulating film is etched, an etching gas reaction product having an action of removing the polymer is generated. Here, the etching gas reaction product is a compound of Si and F, a compound of C and F, and a compound of O. This etching gas reaction product is released from the region to be etched and stays immediately above the pattern. Therefore, it is estimated that the concentration of the etching gas reaction product is high at the center of the pattern group and low at the outer periphery of the pattern or the isolated pattern. As a result, the outer periphery of the pattern group and the polymer layer of the isolated pattern are formed thicker than the pattern group center. It is considered that the range in which the effect of the etching gas reaction product is within about several hundred μm from the etched region. Therefore, by forming the dummy through
以上、本発明を実施の形態および実施例に基づいて説明した。この実施の形態および実施例はあくまで例示であり、種々の変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 The present invention has been described based on the embodiments and examples. It is to be understood by those skilled in the art that the embodiments and examples are merely examples, and various modifications are possible and that such modifications are within the scope of the present invention.
第一の実施の形態では、複数のスルーホール102がマトリクス状に形成された例を示したが、スルーホール102は、図11〜図13に示したような配置とすることもできる。この場合、ダミースルーホール104は、図11〜図13および図15に示した構成とすることができる。以下、各図を説明する。
In the first embodiment, an example in which a plurality of through
複数のスルーホール102は、図11に示すように、ランダムに配置された領域、広間隔で配置された領域、および凹凸状に配置された領域を含むことができる。この場合、これらの領域の周囲にダミースルーホール104を配置することができる。
As shown in FIG. 11, the plurality of through
また、スルーホール102は、図12(a)に示すように、正方形以外の配置とすることができる。この場合も、複数のスルーホール102の周囲にダミースルーホール104を配置することができる。さらに、図12(b)に示すように、スルーホール102間隔を場所によって異ならせた配置とすることもできる。
Further, as shown in FIG. 12A, the through
また、図13に示すように、複数のスルーホール102は、櫛形に配置することもできる。このようにスルーホール102を櫛形に配置した場合、スルーホール102の櫛歯部分の間隔が広い場合は、図15に示すように、櫛歯の間にダミースルーホール104を設けた構成とすることもできる。これにより、スルーホール群112の周囲にダミースルーホール104を設けた構成とすることができる。
Further, as shown in FIG. 13, the plurality of through
図14は、複数のスルーホール群112が形成された回路全体の構成の一部を模式的に示す図である。このように、ダミースルーホール104は、スルーホール102がスルーホール群112の外周部に沿って形成される。これにより、複数のスルーホールの外周部においてエッチングレートのばらつきが生じても、そのようなばらつきはダミースルーホール104に生じるので、半導体装置の電気的動作に寄与する複数のスルーホールにおけるエッチングレートのばらつきを低減することができる。
FIG. 14 is a diagram schematically illustrating a part of the configuration of the entire circuit in which a plurality of through-
以上の実施の形態においては、スルーホールを例として説明したが、配線溝についても、同様とすることができる。外周部や孤立して設けられた配線溝の周囲にダミーの配線溝やスルーホールを形成することにより、複数の配線溝の配置状態によるエッチングレートのばらつきを低減することができる。また、複数のスルーホールの周囲にダミーの配線溝を形成する構成とすることもできる。 In the above embodiment, the through hole has been described as an example, but the same can be applied to the wiring groove. By forming dummy wiring grooves and through holes around the outer peripheral portion and the isolated wiring grooves, variation in etching rate due to the arrangement state of the plurality of wiring grooves can be reduced. In addition, a dummy wiring groove may be formed around the plurality of through holes.
102 スルーホール、 104 ダミースルーホール、 110 層間絶縁膜、 112 スルーホール群、 114 孤立スルーホール。 102 through-holes, 104 dummy through-holes, 110 interlayer insulating film, 112 through-hole group, 114 isolated through-holes.
Claims (8)
前記絶縁膜に形成された複数の凹状パターンと、
前記絶縁膜に形成され、前記複数の凹状パターンの周囲に配された複数のダミーの凹状パターンと、
を含むことを特徴とする半導体装置。 An insulating film;
A plurality of concave patterns formed in the insulating film;
A plurality of dummy concave patterns formed on the insulating film and disposed around the plurality of concave patterns;
A semiconductor device comprising:
前記ダミーの凹状パターンは、前記複数の凹状パターンの最外領域に沿って形成されたことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The plurality of concave patterns are formed in a block shape,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the dummy concave pattern is formed along an outermost region of the plurality of concave patterns.
前記絶縁膜に形成された複数の凹状パターンと、
を含み、
前記複数の凹状パターンのうち、他の凹状パターンに囲まれていない凹状パターンの開口幅が、他の凹状パターンに囲まれた凹状パターンの開口幅と異なるように形成されたことを特徴とする半導体装置。 An insulating film;
A plurality of concave patterns formed in the insulating film;
Including
Of the plurality of concave patterns, a semiconductor is formed such that an opening width of a concave pattern not surrounded by another concave pattern is different from an opening width of a concave pattern surrounded by another concave pattern apparatus.
前記絶縁膜に複数の凹状パターンおよび複数のダミーの凹状パターンを形成する工程と、
を含み、
前記凹状パターンを形成する工程において、前記複数のダミーの凹状パターンは、前記複数の凹状パターンの周囲に配されることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming an insulating film;
Forming a plurality of concave patterns and a plurality of dummy concave patterns on the insulating film;
Including
In the step of forming the concave pattern, the plurality of dummy concave patterns are arranged around the plurality of concave patterns.
絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜に複数の凹状パターンを形成する工程と、
を含み、
前記複数の凹状パターンを形成する工程において、前記複数の凹状パターンのうち他の凹状パターンに囲まれていない凹状パターンの開口幅を、他の凹状パターンに囲まれた凹状パターンの開口幅と異なるように形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
Forming an insulating film;
Forming a plurality of concave patterns in the insulating film;
Including
In the step of forming the plurality of concave patterns, the opening width of the concave pattern not surrounded by the other concave patterns among the plurality of concave patterns is different from the opening width of the concave pattern surrounded by the other concave patterns. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a semiconductor device.
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