JP2005167120A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 強度の弱い、Low-k膜に、Ｃｕ配線を形成する場合にも、ストレスマイグレーションの発生を抑えることができるようにする。
【解決手段】 基板上に、低誘電率絶縁膜を形成し、この低誘電率膜に半導体装置において、実際に配線として機能するＣｕ配線と、実際には配線として機能しないダミーＣｕ配線とを形成する。ここで、ダミーＣｕ配線と、Ｃｕ配線との距離は所定の距離以下とし、ダミーＣｕ配線により、Ｃｕ配線の少なくとも一部が囲まれるようにダミーＣｕ配線を形成する。
【選択図】 図１

Description

この発明は半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。更に、具体的には、比誘電率の低い低誘電率膜と、その低誘電率膜に形成されたＣｕ配線とを含む半導体装置及び半導体装置の製造方法に関するものである。

近年、半導体集積回路の高度集積化、微細化に伴い、各膜に形成されるパターンの微細化も急速に進められている。このような微細パターンを加工する技術の１つに、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing；化学機械研磨）がある。ＣＭＰは、特に、多層配線の形成工程における層間絶縁膜の平坦化、金属プラグの形成、埋め込み配線の形成等において、頻繁に用いられる技術である。

一方、半導体集積回路の高速性能化を達成するため、ＲＣ遅延の低減が必要となっている。即ち、寄生容量Ｃと抵抗率Ｒとを小さくする必要がある。このため、配線材料として抵抗率Ｒの低い材料を用い、また、絶縁膜材料として比誘電率の低い材料を用いる研究が進められている。

具体的に、絶縁膜の材料として、従来の、比誘電率ｋが約４．２のＳｉＯ_２膜に代えて、比誘電率ｋが約３．５以下の低誘電率絶縁膜（以下、Low-k膜とする）を用いることにより、寄生容量Ｃを低減することが考えられている。このようなLow-k膜には、例えば、ポリマー（polymer）、ＨＳＱ（hydrogen-silsesquioxane）、ＭＳＱ（methyl silsesquioxane）などがある。なかでも近年、加熱処理や加工処理における耐性の強いＭＳＱが広く用いられている。

また、更に、比誘電率ｋが約２．５以下のLow-k膜材料の研究も進められている。このような材料として、Low-k膜中に数Å〜数十Å程度の空孔（ポア）を有する、ポーラスLow-k膜(あるいは、ポーラス絶縁膜)と呼ばれるものがある。

一方、抵抗率Ｒの低い配線材料としては、現在、ＣｕあるいはＣｕ合金が実用化されている。Ｃｕは、従来、配線材料として用いられてきたＡｌに比して抵抗率が３５％ほど低く、また、エレクトロマイグレーション耐性も高いことから、高集積化する半導体装置において、信頼性の高い配線材料として期待されている。

Ｃｕ配線を組み合わせた多層配線構造を有する半導体装置の製造方法は、一般には次のようなものである。まず、Ｃｕ配線やコンタクトプラグ等の形成された基板上部に、拡散防止膜、Low-k膜、キャップ膜を形成する。その後、キャップ膜、Low-k膜、拡散防止膜の所定の位置に開口を形成する。この開口に、ＴａＮ等のバリアメタル膜と電解めっき用のＣｕシード膜とを形成する。そして、電解めっきによりビアホール内にＣｕを埋め込んだ後、アニール処理を行う。その後、ＣＭＰにより平坦化を行う。これにより、Ｃｕを材料とした配線構造が形成される。このような方法を一般にダマシン法と称する。更に多層配線を形成する場合には、このような工程を繰り返して積層する。

また、ダマシン法のＣＭＰにおいて、Ｃｕ配線の配置パターンの粗密差が大きい場合、ディッシングやエロージョンと呼ばれる平坦性劣化の問題が発生する。これを解決するため、実際のＣｕ配線のほかに、数μmの正方形あるいは長方形のダミーパターンを配線パターンの無い、あるいは少ないエリアに配置して、粗密差を低減することがある（例えば、特許文献１参照）。この場合一般的には、Ｃｕ配線とダミーパターンとの距離は、２０μm以上で配置される。

他に、ダミー配線を用いるものとして、犠牲線化膜を除去した際に配線が倒壊するのを防ぐものがある（例えば、特許文献２参照）。また、Ｃｕ配線を形成するため、最終的に取り除くものではあるが、ダミー配線層を形成するものもある（例えば、特許文献３参照）。

特開２００１-１４８４２１号公報 特開２００２-２９９４３７号公報 特開平１１-４０５６６号公報

一般に、Low-k膜は、ＳｉＯ_２膜に比して機械的強度が弱い。このため、上述のようなダマシン法によりLow-k膜にＣｕ配線を形成する際、Ｃｕ電解メッキ後の約１００〜４００℃程度のアニール工程において、Ｃｕのストレスマイグレーションが発生し、Low-k膜が変形する場合がある。Ｃｕが変形すると、Low-k膜と、キャップ膜との界面の接着性の弱い部分に、Ｃｕが、マイグレーションしていく問題がある。

上述したように、絶縁膜として、比誘電率が約２．５以下のポーラスLow-k膜を用いる場合もあるが、このようなポーラスLow-k膜は、一般に、ヤング率や硬度が低く、キャップ膜との接着強度が低い。従って、ポーラスLow-k膜を用いる場合、キャップ膜とポーラスLow-k膜との界面で剥離が生じやすく、この界面へのＣｕのマイグレーションの問題は大きい。具体的に、ヤング率が５GPa以下となると、界面における剥離は更に発生しやすくなる。

この問題は、ヤング率や硬度の高いLow-k膜を用いることにより解決可能であるが、しかしながら、ヤング率や硬度を高くしようとする場合、一般的に、比誘電率kが増加するため寄生容量の低減を図ることができない。このように、Low-k膜の機械的強度が小さいことは、Ｃｕ/Low-k配線開発においては大きな問題となっている。

また、上述したように、ダミーパターンを配置することにより粗密差を改善し、ＣＭＰにおける平坦性劣化の防止を図る上述のような技術はあるものの、Ｃｕのマイグレーション対策に関しては考慮されておらず、ダミーパターンと、Ｃｕ配線間の距離は、２０μm以上離れている。従って、このＣｕに関するマイグレーションの問題を解決することは困難である。

この発明は、上述のような問題を解決し、絶縁膜としてLow-k膜を用いてＣｕ配線を形成する場合にも、Ｃｕのマイグレーションを抑えることができるように改良した半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供するものである。

この発明の半導体装置の製造方法は、基板上に低誘電率絶縁膜を形成する低誘電率絶縁膜形成工程と、
前記低誘電率絶縁膜に、Ｃｕ配線と、前記Ｃｕ配線の少なくとも一部を囲むダミーＣｕ配線とを形成するＣｕ配線形成工程と、
を備えるものである。

また、この発明の半導体装置は、基板上に形成された低誘電率絶縁膜と、
前記低誘電率絶縁膜に形成されたＣｕ配線と、
前記低誘電率絶縁膜に、前記Ｃｕ配線の少なくとも一部を囲むように形成されたダミーＣｕ配線と、
を備えるものである。

この発明においては、Ｃｕ配線の両側を囲むようにダミーＣｕ配線を形成する。これにより、機械的強度の弱いLow-k膜を絶縁膜として用いて、これにＣｕ配線を形成する場合にも、Ｃｕのマイグレーションの発生を抑えてデバイス特性の良好な半導体装置を形成することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付することによりその説明を簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるＣｕ配線構造を説明するための模式図であり、図１（ａ）は、上面を表し、図１（ｂ）は、図１（ａ）における断面を表す。
図１に示すように、この実施の形態１においては、基板２は、直径３００mmのシリコンウェーハに、必要に応じて、トランジスタや配線層等が形成されたものである。なお、この明細書において「基板」とは、シリコンウェーハ等の単層のものに限らず、必要に応じてトランジスタや下層の配線層等が形成されたものをも含めて表すものとする。

図１を参照して、基板２上に、ＳｉＣ膜４、ポーラスＭＳＱ（Methyl Silsesquioxane）膜６、キャップ膜８が形成されている。キャップ膜８及びポーラスＭＳＱ膜６には、Ｃｕ配線１０が形成されている。Ｃｕ配線１０は、キャップ膜８、ポーラスＭＳＱ膜６及び必要に応じてＳｉＣ膜４を貫通して形成された溝１２に、バリアメタル膜１４を介してＣｕ１６が埋め込まれて構成されている。

また、キャップ膜８、ポーラスＭＳＱ膜６及びＳｉＣ膜４に、Ｃｕ配線１０の両側を囲むようにして、ダミーＣｕ配線２０が形成されている。ダミーＣｕ配線２０は、Ｃｕ配線１０の両側を囲んで、キャップ膜８及びポーラスＭＳＱ膜６を貫通して形成された溝２２に、バリアメタル膜２４を介してＣｕ２６が埋め込まれて構成されている。

ここで、ポーラスＭＳＱ膜６の比誘電率は１．８、ヤング率は０．８ＧＰａである。また、ＭＳＱのＳｉとＯとＣとの組成は、Ｓｉが３０%、Ｏが５３%、Ｃが１７%である。ＳｉＣ膜４、ポーラスＭＳＱ膜６、キャップ膜８の膜厚はそれぞれ、約５０nm、約３００nm、約５０nmである。またここで、ＳｉＣ膜４は、拡散防止膜の役割を果たす。

また、Ｃｕ配線１０は、実際に配線として用いられるものであり、ダミーＣｕ配線２０は、半導体装置において、実際には配線として機能しないダミー配線である。半導体装置においてＣｕ配線１０及びダミーＣｕ配線２０の最小の配線幅は、約０．１４μmである。また、各配線１０、２０の長さは、共に、約２０μmである。ダミーＣｕ配線２０は、Ｃｕ配線１０から０．５μm間隔を空けて配置されている。なお、この明細書において、「長さ」とは配線の長手方向の距離（即ち、図１（ａ）においては、上下方向）を示し、「幅」とは配線の短手方向の距離（即ち、図１（ａ）においては、左右方向）を示すものとする。

図２は、実施の形態１における配線構造を説明するためのフロー図である。また、図３〜図６は、実施の形態１における配線構造を形成する各過程における状態を説明するための断面図である。
以下、図２〜図６を用いて、この発明の実施の形態１における配線構造の形成方法について説明する。

まず、図３に示すように、直径３００mmのウェーハ上にトランジスタや配線等が形成された基板２の上に、ＳｉＣ膜４を形成する（ステップＳ２）。ここで、ＳｉＣ膜４は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により膜厚約５０nmに堆積する。更に、ＳｉＣ膜４上にポーラスＭＳＱ膜６を形成する（ステップＳ４）。ポーラスＭＳＱ膜６は、スピン塗布法により膜厚約３００nmに形成する。その後、ホットプレート上でこの基板に、第１のベーク（ステップＳ６）、第２のベーク（ステップＳ８）を行う。第１のベークは、窒素雰囲気中、約１５０℃の温度で約７５秒間行う。第２のベークは、同様に窒素雰囲気中、約２５０℃の温度で約７５秒間行う。ベーク後、同様にホットプレート上で、窒素雰囲気中、約４５０度の温度で約１０分間のキュアを行う（ステップＳ１０）。

次に、この基板をＣＶＤ装置内に装填し、ヘリウムプラズマを照射することにより表面改質を行う（ステップＳ１２）。このヘリウムプラズマ照射は、ポーラスＭＳＱ膜６と、その上に形成するキャップＳｉＯ_２膜との接着性を改善するために行うものである。ここで、ヘリウムプラズマガスの流量は約１０００sccm、ガス圧力は約１０００Pa、高周波パワーは約５００W、低周波パワーは約４００W、プラズマ照射時間は約１５秒間とする。

その後、ＣＶＤ法により、ポーラスＭＳＱ膜６上に膜厚約５０nmのキャップＳｉＯ_２膜８を形成する（ステップＳ１４）。

次に、図４に示すように、リソグラフィ工程（ステップＳ１６）とドライエッチング工程（ステップＳ１８）とにより、溝１２、２２を形成する。ここで、溝１２、２２は、ダマシンＣｕ配線を形成するための溝であり、キャップＳｉＯ_２膜８、ポーラスＭＳＱ膜６、及び必要に応じてＳｉＣ膜４を貫通して形成する。また、溝２２は溝１２の両側を囲むように形成され、溝２２と溝１２との間は、約０．５μm離して配置される。

次に、図５に示すように、キャップＳｉＯ_２膜８表面と溝１２、２２の内壁とに、バリアメタル膜３０であるＴａＮ膜、Ｔａ膜を形成し（ステップＳ２０）、更に、Ｃｕシード膜３２を形成する（ステップＳ２２）。ＴａＮ膜、Ｔａ膜は、スパッタ法によりそれぞれ、膜厚約１０nm、約１５nmに形成される。また、Ｃｕシード膜３２は、スパッタ法により、膜厚約７５nmに形成する。

次に、図６に示すように、電解メッキ法により、Ｃｕ３４を約８００nmの厚さに堆積する（ステップＳ２４）。その後、温度約２５０℃で約３０分間のアニールを行う（ステップＳ２６）。

次に、Ｃｕ３４とバリアメタル膜３０との不要部分をＣＭＰにより除去する（ステップＳ２８）。ここで用いるＣＭＰ装置はオービタル方式で、ＣＭＰ荷重は約１．５psi、オービタル回転数は約６００rpm、ヘッド回転数は２４rpm、スラリー供給速度は約３００cc/分、研磨パッドは発泡ポリウレタン製の単層パッド、ＣＭＰスラリーは、Ｃｕ用に砥粒フリースラリー、Ｔａ、ＴａＮ用に砥粒スラリーを用いる。
このようにして、図１に示すようなＣｕ配線１０及びＣｕダミー配線２０を含む半導体装置が形成される。

このように、配線構造を形成した後、Ｃｕ配線１０、ダミーＣｕ配線２０の断面ＳＥＭ観察を行った。これにより、ストレスマイグレーション発生の有無を確認した。その結果、実施の形態１のように、ダミーＣｕ配線２０を用いた配線構造においては、ストレスマイグレーションが発生していないことが確認された。

従来のようにダミーＣｕ配線を形成せず、Ｃｕ配線１０のみを形成した場合には、特に強度の弱いポーラスＭＳＱ膜とキャップＳｉＯ_２膜との界面にＣｕが流出する不良が確認される場合が多い。これは特に、Ｃｕメッキ後のアニール工程における熱処理によるＣｕの熱膨張で発生したものと考えられる。しかし上述したように、この発明の実施の形態１においては、実際のＣｕ配線１０に加えて、Ｃｕ配線１０の両側をダミーＣｕ配線２０で囲むようにする。この構造により、ストレスマイグレーション不良が発生するのを抑えることができる。

また、実施の形態１においては、ポーラスＭＳＱ膜６を形成後、プラズマ照射を行うことにより、キャップＳｉＯ_２膜とポーラスＭＳＱ膜６との接着性を高め、その界面へＣｕが流出するのを抑制することができる。従って、プラズマ照射を行わない場合に比べて約４倍程度Ｃｕ配線とダミーＣｕ配線との距離を離すことが可能となり、具体的にこの実施の形態１においてはＣｕ配線１０とダミーＣｕ配線２０との距離を２μm程度まで離すこともできる。

なお、実施の形態１においては、Ｃｕ配線１０の両側（即ち、図１においては、左右）を、ダミーＣｕ配線２０で囲む場合について説明した。しかし、単に、Ｃｕ配線１０の両側にダミーＣｕ配線２０を形成したものに限るものではない。例えば、構造上の制約が無ければ、Ｃｕ配線１０の外周を連続して一周取り囲む構造が望ましい。また、密集したＣｕ配線がある場合には、その全体の最外周を囲むようにしてダミーＣｕ配線を形成するものであってもよい。更に、ダミーＣｕ配線２０は完全に連続して一周していないものであってもよい。但し、望ましくは、ダミーＣｕ配線の長さは、連続して約１０μm以上あることが望ましい。

また、実施の形態１においては、Ｃｕ配線１０とダミーＣｕ配線との各長さを約２０μｍとし、Ｃｕ配線１０とダミーＣｕ配線２０の各最小幅を０．１４μmとし、Ｃｕ配線１０とダミーＣｕ配線２０との間を約０．５μm空ける場合について説明した。しかし、この発明において、これらの配線幅、あるいは、ダミー配線と、Ｃｕ配線との間隔は、これに限るものではない。例えば、配線長が数μm〜数１００μm程度のもの等、他の配線長の場合にも有効である。また、例えば、配線幅は約０．１μm〜約５μm程度のもの等、他の配線幅の場合にも有効である。但しこの発明は、Ｃｕ配線１０の幅が約５００μm以下のものに特に有効である。

また、Ｃｕ配線１０とダミーＣｕ配線２０との間隔は、必ずしもこれに限るものではないが、０．０５μm〜２０μm程度であることが望ましい。更に望ましくは、この間隔は０．０５μm〜５μm程度であるとよい。具体的には、用いるLow-k膜のヤング率（弾性率）が５GPa程度の場合には、Ｃｕ配線とダミーＣｕ配線２０との間隔は約５μm以下が望ましく、ヤング率が３GPa程度の場合には、配線間の距離は約２μm以下が望ましく、２GPa程度の場合には約１μm以下であることが望ましく、１GPa程度の場合には約０．８μm以下が望ましく、更に、０．７GPa程度の場合には約０．６μm以下、０．５GPa程度の場合には約０．５μm以下、０．３GPa程度の場合には約０．４μm以下、０．２GPa程度の場合には約０．３μm以下が望ましい。

なお、配線間の距離を０．１μm以下にすると、寄生容量が増加する問題はあるが、Ｃｕ配線のストレスマイグレーションを抑制するという観点からは、Ｃｕ配線とダミーＣｕ配線との距離はできる限り狭い方がよい。

また、ポーラスＭＳＱ膜６を約３００nmに成膜する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限られるものではない。但し好ましくは、ポーラスＭＳＱあるいはその他のLow-k膜の膜厚は約１００〜約２０００nm程度であることが望ましい。

また、実施の形態１においては、比誘電率１．８、ヤング率０．８GPaのポーラスＭＳＱ膜６を用いる場合について説明した。この発明において、低誘電率膜はこれに限るものではない。この発明において低誘電率膜は、他の割合で、Ｓｉ、Ｏ、Ｃを含むものであっても良く、あるいは、他の種類のLow-k膜であってもよい。必ずしもこれに限るものではないが、この発明は、特に、比誘電率が２．５以下、また、ヤング率が５GPa以下のポーラスLow-k膜に有効であり、例えば、シロキサン樹脂に対してはより効果が大きい。また、Low-k膜のＳｉ濃度が約２０〜４０%、Ｃ濃度が約１０〜約３０%、Ｏ_２濃度が約４０〜６０%程度のものであれば、よりこの発明の効果が大きく現れる。

また、実施の形態１においては、ポーラスＭＳＱ膜６とキャップＳｉＯ_２膜８との接着性を高めるため、ヘリウムプラズマを照射する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、プラズマ処理を施さないものであってもよい。また、ヘリウムプラズマに代えて他のプラズマガスを用いるものであってもよい。Ｈｅは、特にLow-k膜へのダメージが少ないため有効であるが、他のプラズマガスとしては、例えば、ＮＨ_３、Ｎ_２Ｏ、Ｈ_２、Ｏ_２、ＳｉＨ_４、Ａｒ、Ｎ_２等が挙げられる。また、これらのガスを混合したものであってもよく、Ｈｅガスと他のガスとを混合して用いるとより効果的である。

また、実施の形態１においては、キャップ膜としてＳｉＯ_２膜８を用いる場合について説明した。しかし、この発明においてはこれに限るものではなく、例えば、ＳｉＯ_２膜の他に、ＳｉＣ膜、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＣＯ膜、ＳｉＮ膜、あるいは、ＳｉＯ_２膜とＳｉＣＯ膜との積層膜、ＳｉＯ_２膜とＳｉＣＮ膜との積層膜などの他の膜であってもよい。また、ＣＭＰ工程においては、Ｃｕ３４とバリアメタル膜３０のみを除去する場合について説明したが、この発明においては、ＣＭＰにおいてキャップＳｉＯ_２膜８の一部あるいは全てが除去されるものであってもよい。また、このキャップ膜厚は３０〜２００nmであることが望ましく、また、４０〜１２０nmであることが、実効的な比誘電率を低減する上では、有効であるが、この発明は必ずしもこの膜厚に限るものではない。

また、この発明は、実施の形態１のように、ポーラスＭＳＱ膜６の下層に拡散防止膜が形成されている場合に限るものでもない。

また、バリアメタル膜１４、２４として、ＴａＮ膜とＴａ膜との積層膜を用いる場合について説明した。しかしこの発明においてバリアメタル膜はこれに限るものではなく、例えば、Ｔａ、ＴａＮの他に、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＷＮ、ＷＳｉＮ等を用いたものであってもよい。

また、実施の形態１においては、基板２上に１層目のＣｕ配線を形成しているような状態を説明した。しかし、この発明は、１層目のＣｕ配線を形成する場合に限るものではなく、２層目以上のＣｕ配線においても有効に用いることができる。具体的には、例えば、この発明におけるＣｕ配線は、基板２にトランジスタが形成され、このトランジスタの拡散層と上部に形成される配線層とを接続するコンタクトプラグとして有効であり、また、例えば、基板２に下層の配線が形成されている場合に、この配線とキャップＳｉＯ_２膜８上に形成される上部の配線とを接続するヴィアプラグとしても有効である。また、これらに限るものではなく、他の配線部分にも用いることができる。

その他、本発明における成膜の材料や、成膜方法、その膜厚等は、実施の形態１において説明したものに限られるものではなく、この発明の範囲内において、適宜選択しうるものである。

実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２における配線構造を説明するための上面模式図である。
図７に示すように、実施の形態２における配線構造では、実施の形態１において説明したＣｕ配線１０及び、その両側を囲むダミーＣｕ配線２０に加えて、ダミーＣｕ配線４０が形成されている。

ダミーＣｕ配線４０は、ダミーＣｕ配線２０と同様に、ホール４２に、バリアメタル膜４４を介して、Ｃｕ４６を埋め込むことにより構成されている。また、ダミーＣｕ配線４０は、上面から見て約１〜２μm角程度の正方形の配線である。ダミーＣｕ配線４０は、Ｃｕ配線２０の両側に、ダミーＣｕ配線４０のパターンの密度が約３０％以上になるように均一に配置されている。

実施の形態２における配線構造の形成方法は、実施の形態１において説明したものと同様である。但し、実施の形態２においては、溝１２、２２の形成（ステップ１６、１８）と同時に、ダミーＣｕ配線４０用のホール４２の形成も同時に行う。また、バリアメタル膜３０、Ｃｕシード膜３２の形成、Ｃｕの埋め込み等（ステップＳ２０〜Ｓ２４）の際、同時に、ホール４２内部にもバリアメタル膜、Ｃｕシード膜を形成し、Ｃｕを埋め込む。これにより、他のＣｕ配線１０、ダミーＣｕ配線２０と同時に、ホール４２内にバリアメタル膜４４とＣｕ４６とが形成されたダミーＣｕ配線４０を形成する。

この配線構造において、ダミーＣｕ配線２０は、実施の形態１と同様に、ストレスマイグレーション抑制用の配線である。一方、ダミーＣｕ配線４０は、エロージョン抑制用のダミーパターンである。

実施の形態２に説明したように、ダミーＣｕ配線２０の両側に、更に、エロージョン防止用のダミーＣｕ配線４０を形成することにより、Ｃｕ配線１０と、ダミーＣｕ配線２０とにおけるエロージョンの発生を抑えることができる。

また、実施の形態１と同様に、ダミーＣｕ配線２０により、Ｃｕ配線１０を囲むことで、Ｃｕ配線１０におけるストレスマイグレーションの発生を抑えることができる。また、実施の形態２においては、ダミーＣｕ配線４０を形成することにより、ダミーＣｕ配線２０においても、ある程度、ストレスマイグレーションが発生するのを抑えることができる。たとえ、ダミー配線であっても、その部分において、ストレスマイグレーションが発生すると、ＣＭＰの際に、Low-k膜の剥離等が起きる可能性があるため、ダミー配線のストレスマイグレーションを抑えることは重要である。

なお、実施の形態２においては、ダミーＣｕ配線４０が、約１〜２μm角程度の正方形であり、パターン密度が約３０%以上となるように配置する場合について説明したが、この発明はこれに限るものではない。ダミーＣｕ配線４０は、この範囲の大きさのものに限らず、また、正方形に限るものではない。また、実施の形態２においては、正方形のパターンを規則的に配置したものを説明した。しかし、例えば、Ｃｕ配線パターン４０を長方形にして、更に、その配置方向を交互に９０度ずつずらしたようなものであってもよい。

また、この発明において、ダミーＣｕ配線４０のパターン密度は約３０%以上に限るものではない。但し、パターン密度は約１０%以上であることが望ましく、また更に、約３０%以上であることが望ましい。
その他は、実施の形態１と同様であるから説明を省略する。

実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３における配線構造を説明するための上面模式図である。
図８に示すように、実施の形態３における配線構造は、実施の形態２において説明した配線構造に類似するものである。但し、実施の形態３における配線構造では、ダミーＣｕ配線２０が形成されず、Ｃｕ配線１０の両側にはダミーＣｕ配線４０のみが形成される。

ダミーＣｕ配線４０は、実施の形態２において説明したように、上面から見て、約１〜２μm程度の正方形の配線である。またここでは、Ｃｕ配線１０に最も近い位置のＣｕダミー配線４０とＣｕ配線１０との間隔を約０．１μm程度となるように形成されている。また、ダミーＣｕ配線４０のパターン密度は約３０%以上となるようにする。

以上のように、エロージョン抑制用のダミーＣｕ配線４０のみを形成するだけでも、エロージョン抑制用のダミーパターンは、配線側から見た密度が、ストレスマイグレーション対策用のダミーＣｕ配線より低くなる。従って、ストレスマイグレーションに対する効果は、実施の形態１、２に比べて低いものの、ストレスマイグレーションをある程度抑制することはできる。

なお、ここでは、ダミー配線４０とＣｕ配線１０との間隔を、０．１μm以下にする場合について説明したが、この発明はこれに限るものではない。但し、必ずしもこれに限るものではないが、この発明において、ダミーＣｕ配線４０とＣｕ配線との間隔は、数μm以下であることが望ましく、更に、約１μm以下であることが望ましい。また、この間隔を約０．５μm以下にすれば、更に大きな効果を得ることができる。また、実施の形態３において説明したように、この間隔を約０．１μm以下の距離まで近づけることにより、低ヤング率のLow-k膜においても、ストレスマイグレーションの発生を効率よく抑制することができる。

但し、必ずしもこれに限るものではないが、特に、ダミーＣｕ配線４０とＣｕ配線１０との距離を０．１μm以下にする場合には、ダミーパターンの密度が、約１０%以上あることが望ましく、更に、望ましくは、約３０%以上の密度があるとよい。

また、実施の形態３では、正方形のダミーＣｕ配線４０を形成する場合について説明した。しかし、実施の形態２と同様に、この発明におけるダミーＣｕ配線４０は正方形に限るものではなく、例えば、長方形のもの等であってもよい。また、例えば、長方形のダミーＣｕ配線を、交互に９０度回転させて配置したものでもよい。
その他は、実施の形態１、２と同様であるから説明を省略する。

実施の形態４．
図９は、この発明の実施の形態４における配線構造を説明するための上面模式図である。
図９に示すように、実施の形態４における配線構造においては、上面からみてＬ字上に形成されたＣｕ配線５０が形成されている。Ｃｕ配線５０は、実際に配線として用いられるパターンであり、実施の形態１と同様に、ポーラスＭＳＱ膜６及びキャップＳｉＯ_２膜８を貫通して形成されたＬ字型の溝５２に、バリアメタル膜５４を介して、Ｃｕ５６が埋め込まれて構成されている。

また、Ｃｕ配線５０を、一部において開口する変形したコの字形に取り囲むようにして、ダミーＣｕ配線６０が形成されている。即ち、ダミーＣｕ配線６０は、Ｃｕ配線５０の長手方向の両側面側と、短手方向の一側面側とを取り囲むようにして形成されている。ダミーＣｕ配線６０は、実施の形態１，２におけるダミーＣｕ配線２０と同様に、ストレスマイグレーションを抑制するためのダミー配線である。ダミーＣｕ配線６０は、変形コの字型に形成された溝６２に、バリアメタル膜６４を介して、Ｃｕ６６が埋め込まれて構成されている。

Ｃｕ配線５０及びダミーＣｕ配線６０の幅は、実施の形態１と同様に、共に約０．１４μmである。また、Ｃｕ配線５０とダミーＣｕ配線６０との間隔も、実施の形態１と同様に約０．５μmである。

更に、ダミーＣｕ配線６０の外側のスペースに、ダミーＣｕ配線７０が形成されている。ダミーＣｕ配線７０は、実施の形態２、３におけるエロージョン抑制用のダミーＣｕ配線４０と同様の配線である。ダミーＣｕ配線７０は、ホール７２に、バリアメタル膜７４を介してＣｕが埋め込まれて構成されている。また、実施の形態２、３同様に、ダミーＣｕ配線７０は約１〜２μm角程度の正方形であり、ダミーＣｕ配線７０のパターン密度が３０%以上になるように所定のピッチで配置されている。

以上説明したように、この発明は、Ｃｕ配線が直線の場合に限るものではなく、実施の形態４のように、Ｃｕ配線５０がＬ字型のような場合にも用いることができる。これによっても、Ｃｕ配線５０のストレスマイグレーションを抑制することができる。また、ダミーＣｕ配線７０を、パターンが粗な部分に所定のピッチで配置することにより、同時にエロージョンを抑えることもできる。また、このダミーＣｕ配線７０の配置により、ダミーＣｕ配線６０のストレスマイグレーションをもある程度抑えることができる。但し、ダミーＣｕ配線には通電されないため、エレクトロマイグレーション不良は発生しない。

なお、実施の形態４においては、Ｃｕ配線５０が、Ｌ字型の場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、Ｃｕ配線は、他の形状であってもよい。Ｃｕ配線の形状に関わらず、この発明においては、Ｃｕ配線をダミーＣｕ配線により取り囲むことにより、ストレスマイグレーションの発生を抑えることができる。なお、この場合、Ｃｕ配線を一周取り囲むようにダミー配線を形成することが望ましい。但し、構造上の制約などからＣｕ配線を一周取り囲むことができないような場合には、実施の形態４において説明したように、一部においてダミーＣｕ配線が形成されていない部分があってもよい。ただし、ダミーＣｕ配線は連続して約１０μm以上の長さを有することが望ましい。

また、この実施の形態４においては、ダミーＣｕ配線６０の外側に、更に、ダミーＣｕ配線７０を形成する場合について説明したが、この発明はこれに限るものではなく、エロージョン抑制用のダミーＣｕ配線７０が配置されていないものであってもよい。また、逆に、ダミーＣｕ配線６０を形成せずに、エロージョン抑制用のダミーＣｕ配線７０のみを形成するものであってもよい。この場合にも、実施の形態３において説明したようにダミーＣｕ配線とＣｕ配線との間隔を細くすれば、ある程度のストレスマイグレーションの発生を抑えることができる。

なお、この発明において、「Ｃｕ配線の少なくとも一部を囲む」とは、例えば、実施の形態１において説明したように、長手方向の両側面に沿って、ダミーＣｕ配線が形成されている場合や、あるいは、実施の形態３のように、ダミーＣｕ配線４０を、Ｃｕ配線１０の両側に、所定の間隔以下の間隔で、所定のピッチで配置した場合や、あるいは、実施の形態４のように、Ｃｕ配線５０を、一方向においてのみ開口するようにして取り囲んだ場合等が含まれ、Ｃｕ配線の周りが、ある程度、ダミーＣｕ配線で囲まれているものであればよい。また、例えば、実施の形態１〜４におけるポーラスＭＳＱ膜６は、この発明における低誘電率絶縁膜に該当する。

また、例えば、実施の形態１において、ステップＳ４を実行することにより、この発明の低誘電率絶縁膜形成工程が実行され、ステップＳ１６〜Ｓ２６を実行することにより、この発明のＣｕ配線形成工程が実行される。また、例えば、実施の形態１において、ステップＳ１２を実行することにより、この発明のプラズマ照射工程が実行され、ステップＳ１４を実行することにより、キャップ膜形成工程が実行される。

この発明の実施の形態１における配線構造を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態１における配線構造の形成方法を説明するためのフロー図である。 この発明の実施の形態１における配線構造の形成過程の状態を説明するための上面模式図である。 この発明の実施の形態１における配線構造の形成過程の状態を説明するための上面模式図である。 この発明の実施の形態１における配線構造の形成過程の状態を説明するための上面模式図である。 この発明の実施の形態１における配線構造の形成過程の状態を説明するための上面模式図である。 この発明の実施の形態２における配線構造を説明するための上面模式図である。 この発明の実施の形態３における配線構造を説明するための上面模式図である。 この発明の実施の形態４における配線構造を説明するための上面模式図である。

符号の説明

２ 基板
４ ＳｉＣ膜
６ ポーラスＭＳＱ膜
８ キャップＳｉＯ_２膜
１０、５０ Ｃｕ配線
２０、４０、６０、７０ ダミーＣｕ配線
１２、２２、５２、６２ 溝
４２、７２ ホール
１４、２４、４４、５４、６４、７４ バリアメタル
１６、２６、４６、５６、６６、７６ Ｃｕ
３０ バリアメタル膜
３２ Ｃｕシード膜
３４ Ｃｕ

Claims (10)

1. 基板上に、低誘電率絶縁膜を形成する低誘電率絶縁膜形成工程と、
   前記低誘電率絶縁膜に、Ｃｕ配線と、前記Ｃｕ配線の少なくとも一部を囲むダミーＣｕ配線とを形成するＣｕ配線形成工程と、
   を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記低誘電率絶縁膜形成工程後、Ｃｕ配線形成工程前に、
   前記低誘電率絶縁膜に、プラズマ照射を行うプラズマ照射工程と、
   前記低誘電率絶縁膜に、キャップ膜を形成するキャップ膜形成工程と、
   を備え、
   前記Ｃｕ配線形成工程は、前記低誘電率絶縁膜と、前記キャップ膜とに、前記Ｃｕ配線と、前記ダミーＣｕ配線とを形成す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。
3. 基板上に形成された低誘電率絶縁膜と、
   前記低誘電率絶縁膜に形成された、Ｃｕ配線と、
   前記低誘電率絶縁膜に、前記Ｃｕ配線の少なくとも一部を囲むように形成されたダミーＣｕ配線と、
   を備えることを特徴とする半導体装置。
4. 前記ダミーＣｕ配線は、前記Ｃｕ配線の少なくとも両側を囲むライン状のダミーＣｕ配線であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
5. 前記ライン上のダミーＣｕ配線の外側に、一定のピッチで配置されたホールに形成されたダミーＣｕ配線を含むことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
6. 前記Ｃｕ配線と、前記ダミーＣｕ配線とは、約２０μm以下の間隔を空けて配置することを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の半導体装置。
7. 前記Ｃｕ配線の幅は、約５００μｍ以下であることを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載の半導体装置。
8. 前記ダミーＣｕ配線の長さは、連続して、約１０μm以上であることを特徴とする請求項３から７のいずれかに記載の半導体装置。
9. 前記低誘電率絶縁膜は、ヤング率が、約５ＧＰａ以下であることを特徴とする請求項３から８のいずれかに記載の半導体装置。
10. 前記低誘電率絶縁膜は、材料中に空孔を有する、比誘電率が約２．５以下の絶縁膜であることを特徴とする請求項３から９のいずれかに記載の半導体装置。

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