JP2005183779A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関するものであり、特に多層配線構造を有する半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device having a multilayer wiring structure.
半導体装置の代表として知られているマイクロプロセッサやメモリなどのLSI(大規模集積回路)の高集積化に伴い、トランジスタのゲート長などの素子寸法、各素子を構成する膜厚は微細化されてきた。また、これらの微細化により配線ピッチや配線を接続するためのビアのサイズも縮小化されてきている。 With the high integration of LSIs (Large Scale Integrated Circuits) such as microprocessors and memories, which are known as representative semiconductor devices, element dimensions such as transistor gate lengths and film thicknesses constituting each element have been miniaturized. It was. In addition, with these miniaturization, the wiring pitch and the size of vias for connecting wirings have also been reduced.
しかし、単純な微細化を行えば配線幅の縮小や配線膜厚の薄膜化により配線抵抗が増加し、また配線ピッチが縮小化されることにより配線間寄生容量が大きくなってしまう。これらの配線抵抗や配線間寄生容量の増加は、ともに信号伝達遅延を大きくするため、半導体装置の高速化に対して大きな障害となる。従って、近年の多層配線化技術においては、回避策として様々な方法が取られている。 However, if simple miniaturization is performed, the wiring resistance increases due to the reduction of the wiring width and the thickness of the wiring film, and the parasitic capacitance between wirings increases due to the reduction of the wiring pitch. These increases in wiring resistance and inter-wiring parasitic capacitance both increase the signal transmission delay, which is a major obstacle to increasing the speed of semiconductor devices. Therefore, in recent multilayer wiring technology, various methods are taken as a workaround.
まず、配線抵抗に関しては、従来のアルミニウム配線よりも抵抗の低い銅配線への移行が検討されている。銅を従来と同様にドライエッチングして配線形状に加工することは現状の技術では極めて困難なため、層間絶縁膜に配線用溝を形成し、その溝の中に銅配線を形成する、いわゆるダマシン配線と呼ばれる埋め込み配線構造が製品で使用されるようになった(例えば、特許文献1参照)。 First, regarding the wiring resistance, a shift to a copper wiring having a resistance lower than that of a conventional aluminum wiring has been studied. Since it is extremely difficult to process copper into a wiring shape by dry etching as in the past, so-called damascene, in which wiring grooves are formed in the interlayer insulating film and copper wiring is formed in the grooves. Embedded wiring structures called wiring have come to be used in products (for example, see Patent Document 1).
ここで、一般的な埋め込み配線の形成方法は、層間絶縁膜に配線用の溝を形成し、この溝を埋め込むように銅膜などの金属膜を全面に形成し、配線用溝の外部に形成した金属膜を化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing;以下、CMPと称する)により除去することにより行う。 Here, a general method for forming a buried wiring is to form a groove for wiring in an interlayer insulating film, and to form a metal film such as a copper film on the entire surface so as to fill the groove, and to form outside the groove for wiring. The metal film is removed by chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as CMP).
しかしながら、CMPの被研磨速度が銅膜と層間絶縁膜で大きく異なるため、配線密度が大きい箇所ではエロージョンと呼ばれる、配線膜厚や層間絶縁膜が局所的に薄膜化する現象が発生しやすい。一方、隣接する配線パターンの間隔が大きく、配線密度が小さい箇所では、ディッシングと呼ばれる、層間絶縁膜が薄膜化する現象が発生しやすい。
これらのことから、配線密度や配線幅により、配線や層間絶縁膜の膜厚が不均一になり、配線抵抗を増加させたり、配線間寄生容量を増加させてしまうという欠点があった。上述の欠点を除去するため、配線密度の疎密差を小さくするようにダミーパターンを形成する技術が提供されるに至っている(例えば、特許文献2参照)。
However, since the polishing rate of CMP differs greatly between the copper film and the interlayer insulating film, a phenomenon called erosion, where the wiring film thickness and the interlayer insulating film are locally thinned, is likely to occur at a portion where the wiring density is high. On the other hand, in a portion where the interval between adjacent wiring patterns is large and the wiring density is small, a phenomenon called “dishing” in which the interlayer insulating film is thinned easily occurs.
For these reasons, the film thickness of the wiring and the interlayer insulating film becomes non-uniform depending on the wiring density and the wiring width, resulting in a drawback that the wiring resistance is increased and the parasitic capacitance between the wirings is increased. In order to eliminate the above-described drawbacks, a technique for forming a dummy pattern so as to reduce the density difference of wiring density has been provided (for example, see Patent Document 2).
一方、配線間寄生容量の低減に関しては、層間絶縁膜の材料として、従来のシリコン酸化膜に代わり、シリコン酸化膜よりも比誘電率が低い、いわゆる低誘電率膜の導入が不可欠となっている。
その中でも、特に比誘電率の低い多孔質膜は機械的強度や密着性が従来のシリコン酸化膜よりも低いため、CMP中の摩擦により膜が剥離したり、膜に亀裂が入ったりするという問題が避けられない。しかしながら、従来のダミーパターン形成技術では、このような低誘電率膜へのダメージを低減することに関しての対策は十分ではなかった(例えば、特許文献2参照)。
Among them, a porous film having a low relative dielectric constant has a lower mechanical strength and adhesion than conventional silicon oxide films, so that the film may be peeled off due to friction during CMP or the film may be cracked. Is inevitable. However, the conventional dummy pattern formation technique has not been sufficient in measures for reducing such damage to the low dielectric constant film (see, for example, Patent Document 2).
上述のように、低誘電率膜を層間絶縁膜として用いる半導体装置において、埋め込み配線構造を形成するとき、配線溝の外部に形成した金属膜を除去するためにCMPを行う。 このとき、配線密度の疎密差や配線幅により、CMP後の配線や層間絶縁膜の膜厚が不均一になったり、層間絶縁膜として用いた低誘電率膜が剥離したり、膜に亀裂が入ったりするという課題があった。 As described above, when a buried wiring structure is formed in a semiconductor device using a low dielectric constant film as an interlayer insulating film, CMP is performed to remove the metal film formed outside the wiring trench. At this time, due to the difference in density of the wiring density or the wiring width, the thickness of the wiring after the CMP or the interlayer insulating film becomes non-uniform, the low dielectric constant film used as the interlayer insulating film peels off, or the film is cracked. There was a problem of entering.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、低誘電率膜を層間絶縁膜として用いる半導体装置において、埋め込み配線形成後の配線膜厚や層間絶縁膜の膜厚のばらつきを抑え、低誘電率膜の剥離や亀裂の発生を抑制した、優れた半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and in a semiconductor device using a low dielectric constant film as an interlayer insulating film, variations in the wiring film thickness after the formation of embedded wiring and the film thickness of the interlayer insulating film are suppressed. An object of the present invention is to provide an excellent semiconductor device in which peeling of a low dielectric constant film and generation of cracks are suppressed.
本発明に係る半導体装置は、基板上に、配線パターンを含む部分と配線パターンを含まない部分とを有する層間絶縁膜を備えた半導体装置において、前記配線パターンを含まない部分の層間絶縁膜を複数の孤立領域に仕切るダミーパターンを形成したことを特徴とするものである。
本発明のその他の特徴については、以下において詳細に説明する。
According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device including an interlayer insulating film having a portion including a wiring pattern and a portion not including a wiring pattern on a substrate, wherein a plurality of interlayer insulating films not including the wiring pattern are provided. This is characterized in that a dummy pattern for partitioning into isolated regions is formed.
Other features of the present invention are described in detail below.
本発明によれば、低誘電率膜を層間絶縁膜として用いる半導体装置において、埋め込み配線形成後の配線膜厚や層間絶縁膜の膜厚のばらつきを抑え、低誘電率膜の剥離や亀裂の発生を抑制した、優れた半導体装置を得ることができる。 According to the present invention, in a semiconductor device using a low dielectric constant film as an interlayer insulating film, variations in the wiring film thickness after the formation of the embedded wiring and the film thickness of the interlayer insulating film are suppressed, and peeling or cracking of the low dielectric constant film is generated. It is possible to obtain an excellent semiconductor device that suppresses the above.
実施の形態1.
図1〜4は、本発明の実施の形態1による半導体装置の製造方法を、半導体装置の断面により、順を追って説明する工程説明図である。
1 to 4 are process explanatory views for explaining the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention step by step through the cross section of the semiconductor device.
まず、図1に示すように、半導体基板1の主面に、STI法(Shallow Trench Isolation)により、300nm〜400nmの深さの素子分離2を形成する。
次に、半導体基板1の主面上に、窒化酸化シリコン膜などからなるゲート絶縁膜3を2〜3nm程度の膜厚で形成する。次に、ゲート絶縁膜3の上に、多結晶シリコンなどからなるゲート電極4を100nm程度の膜厚で形成する。さらに、ゲート電極4およびゲート絶縁膜3をマスクとして、拡散層5を形成する。
さらに、素子分離2、拡散層5、およびゲート電極4の上に、即ち全面に下層絶縁膜6を形成する。
First, as shown in FIG. 1,
Next, a
Further, a lower
次に、図2に示すように、下層絶縁膜6の上にSiCからなる第一ストッパー膜7をプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法により50nm程度の膜厚で形成する。さらに、第一ストッパー膜7の上に、有機シロキサン膜など、低誘電率膜からなる第一中間膜8をSOD(Spin On Dielectrics)法により200nm程度の膜厚で形成する。さらに、第一中間膜8の上に、シリコン酸化膜からなる第一キャップ膜9をプラズマCVDにより、50nm程度の膜厚で形成する。
Next, as shown in FIG. 2, a
このとき、第一ストッパー膜7は、後に形成する溝形状形成時のドライエッチングのストッパー膜として用いる。
At this time, the
また、第一中間膜8は、配線間寄生容量低減のため、層間絶縁膜として広く用いられているシリコン酸化膜より比誘電率が低い、いわゆる多孔質の低誘電率膜を用いる。ここで用いた膜の比誘電率は約2.2であり、シリコン酸化膜の3.9と比較して十分に低い値である。
ここで一般に、配線間寄生容量を低減するためには、比誘電率は低いほど良いが、低くしすぎると絶縁膜としての機械的強度が弱くなる。このため、低誘電率であることと、絶縁膜としての機械的強度のバランスに留意して、比誘電率が3.0以下の低誘電率膜を用いることが好ましい。
The first
In general, in order to reduce the parasitic capacitance between wirings, the lower the relative dielectric constant, the better. However, if the dielectric constant is too low, the mechanical strength as the insulating film becomes weak. For this reason, it is preferable to use a low dielectric constant film having a relative dielectric constant of 3.0 or less in consideration of the low dielectric constant and the balance of mechanical strength as an insulating film.
さらに、第一キャップ膜9は、後に形成する上層の埋め込み配線の形成において、CMPを行うときに第一中間膜8が剥離したり、亀裂が入ったりするのを防止するための膜である。
Further, the
なお、本実施の形態においては、第一ストッパー膜7、第一中間膜8、および第一キャップ膜9の三つの膜を積層した膜を、全体として層間絶縁膜10と称することとする。
In the present embodiment, a film in which three films of the
次に、図示しないが、第一キャップ膜9の上にレジストパターンを形成し、これをマスクとして第一キャップ膜9、第一中間膜8、および第一ストッパー膜7、すなわち層間絶縁膜10をドライエッチングして、配線溝を形成する。
Next, although not shown, a resist pattern is formed on the
次に、図3に示すように、前述の配線溝10aの内面にTaNまたはTiNからなるバリアメタル膜11をPVD法または原子化学気相成長法(Atomic Layer Deposition;以下、ALD法と称する)により20〜30nmの膜厚で形成する。このとき、バリアメタル膜11は配線溝10aの内面に溝を残している。
さらに、バリアメタル膜11で形成した溝の内面に、300〜500nm程度の膜厚で銅膜12を埋め込む。
Next, as shown in FIG. 3, a
Further, the
次に、配線溝10aの外部に形成したバリアメタル膜11、銅膜12(図3参照)をCMPにより除去し、図4に示すように、高密度配線パターン13a、ダミーパターン13b、孤立配線パターン13c、およびダミーパターン13dを形成する。
このとき、高密度配線パターン13aは層間絶縁膜10の部分Aに形成され、孤立配線パターン13cは層間絶縁膜10の部分Cに形成されている。また、ダミーパターン13bは、層間絶縁膜10の部分Aと部分Cの間にある部分Bに形成され、ダミーパターン13dは、層間絶縁膜10の部分Cの右側にある部分Dに形成されている。
すなわち、層間絶縁膜10の部分Aと部分Cには、それぞれ高密度配線パターン13a、孤立配線パターン13cの配線パターンが形成されており、配線パターンを含む部分である。これに対し、層間絶縁膜10の部分Bと部分Dには、それぞれダミーパターン13b、ダミーパターン13dのみが形成され、配線パターンを含まない部分である。
Next, the
At this time, the high-
That is, the wiring patterns of the high-
ここで、図4の層間絶縁膜10の部分Aに形成した高密度配線パターン13aは、例えば集積回路(Integrated Circuit;以下、ICと称する)の内部回路信号伝達などに用いられ、ここでは線幅0.1μm程度、隣接する配線間の間隔が0.1μm程度で配置されている。
また、層間絶縁膜10の部分Cに形成した孤立配線パターン13cは、例えばICの特定箇所のウェル電圧印加などに用いられ、線幅が0.1μm程度である。
Here, the high-
The
ここで、図4において、層間絶縁膜10の配線パターンを含まない部分B、部分Dにそれぞれダミーパターン13b、ダミーパターン13dが配置されている。この結果、層間絶縁膜10の配線パターンを含む部分A、部分Cの配線パターンと、層間絶縁膜10の配線パターンを含まない部分B、部分Dのダミーパターンの密度の偏りが、層間絶縁膜10の部分A〜Dの全体で小さくなっている。
従って、埋め込み配線形成におけるCMPのエロージョンやディッシングを抑えることができる。
Here, in FIG. 4, a
Accordingly, CMP erosion and dishing in forming the embedded wiring can be suppressed.
以下、本実施形態のダミーパターンの配置方法について説明する。
図4における層間絶縁膜10の配線パターンを含む部分Aおよび部分Cと、層間絶縁膜10の配線パターンを含まない部分Bおよび部分Dを含む平面構造を図5に示す。なお、この図において各配線パターンやダミーパターンの線幅、配線本数、間隔等は、図4と対応していない。
Hereinafter, a dummy pattern arranging method according to the present embodiment will be described.
FIG. 5 shows a planar structure including portions A and C including the wiring pattern of the
図5に示すように、層間絶縁膜10(図4参照)の部分Aには配線幅0.1μmの高密度配線パターン13aが0.1μmの間隔で形成されている。また、層間絶縁膜10の部分Bには、全体の幅が20μm程度のダミーパターン13bが形成されており、層間絶縁膜10の部分Aの最も右側の高密度配線パターン13aの右端から約4μmの間隔をおいて配置されている。
さらに、層間絶縁膜10の部分Cには配線幅0.1μmの孤立配線パターン13cが形成されており、層間絶縁膜10の部分Bのダミーパターン13bの右端から約2μmの間隔をおいて配置されている。
さらに、層間絶縁膜10の部分Dには全体の幅が10μm程度のダミーパターン13dが形成されており、層間絶縁膜10の部分Cの孤立配線パターン13cの右端から約2μmの間隔をおいて配置されている。
すなわち、本実施の形態においては、高密度配線パターン13aや孤立配線パターン13cなどの層間絶縁膜10の配線パターンを含む部分Aおよび部分Cと、層間絶縁膜10の配線パターンを含まない部分Bおよび部分Dとを有する層間絶縁膜10を備えた半導体装置において、層間絶縁膜10の部分Bおよび部分Dの層間絶縁膜10を複数の孤立領域Eに仕切るダミーパターン13bおよび13dを形成している。
As shown in FIG. 5, high-
Further, an
Further, a
That is, in the present embodiment, the portion A and the portion C including the wiring pattern of the
ここで、図5に示した層間絶縁膜10(図4参照)の配線パターンを含まない部分Bにおいて、ダミーパターン13bは、複数の孤立領域Eを網目状に仕切るように形成されている(層間絶縁膜10の部分Dにおけるダミーパターン13dについても同様である)。この場合は、複数の孤立領域Eが、図5における高密度配線パターン13aおよび孤立配線パターン13cの配線方向と平行な方向および垂直な方向に一定間隔で、すなわち、複数の孤立領域Eが一定の間隔をおいて、マトリックス状に配置されている。
また、孤立領域Eの表面には、第一キャップ膜9、すなわち層間絶縁膜10の表面が露出している(図4参照)ので、ダミーパターン15は層間絶縁膜10を複数の孤立領域Eに仕切るダミーパターンである。
Here, in the portion B not including the wiring pattern of the interlayer insulating film 10 (see FIG. 4) shown in FIG. 5, the
Further, since the surface of the
このように、ダミーパターン13b、および13dが層間絶縁膜10を複数の孤立領域Eに仕切る構造とすることにより、埋め込み配線形成のCMPにおいて、層間絶縁膜10に対するせん断応力を緩和することができる。また、層間絶縁膜10の配線パターンを含まない部分Bおよび部分Dにおいて、孤立領域Eに仕切られた部分の層間絶縁膜10に亀裂や剥離が発生した場合でも、層間絶縁膜10の配線パターンを含む部分Aや部分Cへ亀裂や剥離が波及するのを防止することができる。
As described above, since the
また、図5の層間絶縁膜10(図4参照)の部分Bの孤立領域Eを含むダミーパターン13bの拡大図を図6に示す。孤立領域Eは、各辺(W)が3μmの正方形であり、形状および大きさが全て同一に形成されている。また、孤立領域Eを仕切ったダミーパターン13bの線幅(L)は、全て1μmで形成されている。
なお、層間絶縁膜10の部分Dの拡大図は図示しないが、層間絶縁膜10の部分Bと同様に形成されている。
FIG. 6 shows an enlarged view of the
Although an enlarged view of the portion D of the
このように、層間絶縁膜10の配線パターンを含まない部分Bおよび部分Dにおいて、孤立領域Eの形状および大きさを全て同一に形成したことにより、埋め込み配線形成のCMPにおいて、孤立領域Eの層間絶縁膜に加わる研磨圧力が均一化されるので、局所的な研磨圧力の増大による層間絶縁膜の剥離や亀裂を抑制することができる。
As described above, the portions B and D that do not include the wiring pattern of the
また、図5に示すように、層間絶縁膜10(図4参照)の部分Bおよび部分Dにおいて、各孤立領域Eを一列ごとに半ブロック分シフトさせて配置するようにした。このような配置にすることにより、埋め込み配線形成のCMPにおいて、孤立領域Eの層間絶縁膜10に加わるせん断応力に対し、シフトさせない場合と比較して、層間絶縁膜10が構造的に強くなる。従って、埋め込み配線形成のCMPにおいて、層間絶縁膜10の剥離や亀裂を抑制することができる。
Further, as shown in FIG. 5, in the portion B and the portion D of the interlayer insulating film 10 (see FIG. 4), each isolated region E is shifted by a half block for each column. With such an arrangement, the
なお、本実施の形態では、孤立領域Eが、図5における高密度配線パターン13aおよび孤立配線パターン13cの配線方向と平行な方向および垂直な方向に一定間隔で、すなわち、複数の孤立領域Eが一定の間隔をおいてマトリックス状に配置されるようにした。
この配置方法の変形例として、例えば図7に示すように、正六角形の孤立領域Fを形成するか、または、図8に示すように、円形の孤立領域Gを形成するようにしても同様の効果を得ることができる。
すなわち、図7、8に示したような形状の孤立領域であっても、埋め込み配線形成において、CMPが層間絶縁膜10(図4参照)に及ぼすせん断応力を緩和することができるので、層間絶縁膜の剥離や亀裂を抑制することができる。このように、孤立領域の形状は、種々の変形が可能である。
In the present embodiment, the isolated regions E are arranged at a constant interval in a direction parallel to and perpendicular to the wiring directions of the high-
As a modification of this arrangement method, for example, a regular hexagonal isolated region F is formed as shown in FIG. 7, or a circular isolated region G is formed as shown in FIG. An effect can be obtained.
That is, even in an isolated region having a shape as shown in FIGS. 7 and 8, since the shear stress exerted by CMP on the interlayer insulating film 10 (see FIG. 4) can be reduced in the formation of the buried wiring, the interlayer insulation Separation and cracking of the film can be suppressed. Thus, the shape of the isolated region can be variously modified.
なお、図7に示したように、孤立領域が正六角形であるとき、仕切られた孤立領域の密度を最密にすることができる。従って、配線容量を低減させる目的から、同一領域内に同一面積の低誘電率膜を確保する場合、他の形状の孤立領域を形成する場合よりも、ダミーパターンの線幅Lを相対的に大きくすることが可能である。これにより、ダミーパターンの機械的強度を向上させることができるので、層間絶縁膜の剥離や亀裂の発生を、より効果的に抑えることができる。 As shown in FIG. 7, when the isolated region is a regular hexagon, the density of the partitioned isolated region can be made the closest. Therefore, for the purpose of reducing the wiring capacitance, when securing a low dielectric constant film of the same area in the same region, the line width L of the dummy pattern is relatively larger than when forming isolated regions of other shapes. Is possible. Thereby, since the mechanical strength of the dummy pattern can be improved, peeling of the interlayer insulating film and occurrence of cracks can be more effectively suppressed.
次に、ダミーパターンの配置方法として、別の変形例を示す。
前述のように、図5において、層間絶縁膜10の部分Aの最も右端の高密度配線パターン13aと、層間絶縁膜10の部分Bのダミーパターン13bの間隔は約4μmである。すなわち、層間絶縁膜10の部分Aと部分Bには約4μmの幅の層間絶縁膜10の領域が存在する。
このとき、埋め込み配線形成のCMPにおいて、ディッシングやエロージョンの影響を小さくするためには、層間絶縁膜10の部分Aの高密度配線パターン13aと層間絶縁膜10の部分Bのダミーパターン13bとの間隔を、パターンを加工できる範囲内で、できるだけ狭くしておくのが良い。しかし、各辺が3μmの正方形の孤立領域Eをダミーパターン13bの左側に一列挿入するようにして間隔を狭くすると、層間絶縁膜10の部分Aの最も右側の高密度配線パターン13aとダミーパターン13bの左側の部分が重なってしまうため、所望の配線パターンおよびダミーパターンが得られなくなる。
そこで、ダミーパターン13bの左側に、孤立領域Eよりも相対的に小さい孤立領域を挿入することで、高密度配線パターン13aとダミーパターン13bの間隔を小さくすることが可能である。
Next, as a dummy pattern arrangement method, another modification will be described.
As described above, in FIG. 5, the distance between the rightmost high-
At this time, in order to reduce the influence of dishing and erosion in the CMP for forming the embedded wiring, the distance between the high-
Therefore, by inserting an isolated region relatively smaller than the isolated region E on the left side of the
図9は、図5に示した層間絶縁膜10(図4参照)の部分Bのダミーパターン13bにおいて、孤立領域Eよりも相対的に小さい孤立領域Hを左側に等間隔に一列追加して、層間絶縁膜10の部分Aと部分Bの間隔が小さくなるようにしたダミーパターンの配置例を示す図である。
図10は、図9の層間絶縁膜10の部分Bのダミーパターン13bの左端の部分の拡大図である。例えば、ダミーパターンの配線幅(L)が1μm、新たに追加した孤立領域Hは各辺(W2)が1μmの正方形、その他の列の孤立領域Eは各辺(W1)が3μmの正方形であるとき、層間絶縁膜10の部分Aの最も右端の高密度配線パターン13aとダミーパターン13bとの間隔が図5の場合と比較して2μm小さくなり、図9において、その間隔は2μmとなっている。
FIG. 9 shows an example in which an isolated region H relatively smaller than the isolated region E is added to the left side at equal intervals in the
FIG. 10 is an enlarged view of the left end portion of the
すなわち、本実施の形態においては、図9において、層間絶縁膜10(図4参照)の部分Aの最も右端の高密度配線パターン13aに対向して、層間絶縁膜10の部分Bに形成される孤立領域Hを、孤立領域Eよりも相対的に小さく形成するようにした。このようにすることにより、層間絶縁膜10の部分Aの最も右端の高密度配線パターン13aとダミーパターン13bとの間隔を小さくすることができる。
このようにして、この箇所におけるディッシングや、層間絶縁膜10の部分Aの高密度配線パターンに発生するエロージョンを効果的に抑制することができる。
In other words, in the present embodiment, in FIG. 9, it is formed in the portion B of the
In this manner, dishing at this location and erosion that occurs in the high-density wiring pattern in the portion A of the
なお、本実施の形態においては、孤立領域Hを各辺が1μmの正方形となるように形成したが、前述のように、埋め込み配線のCMPにおいてディッシングやエロージョンの影響を抑えるため、パターン加工できる範囲において、適宜調節するようにしても良い。また、孤立領域が相対的に小さい列を右端の列にするなど、他の列に形成するようにしても良い。 In the present embodiment, the isolated region H is formed so as to be a square having a side of 1 μm. However, as described above, in order to suppress the influence of dishing and erosion in the CMP of the embedded wiring, a pattern processing range is possible. In this case, it may be adjusted as appropriate. Alternatively, a column having a relatively small isolated area may be formed in another column, such as a column at the right end.
この後、図示しないが、高密度配線パターン13a、ダミーパターン13b、孤立配線パターン13c、およびダミーパターン13dの上に、必要に応じてビア、配線層などを形成する。これらの工程は、この分野で既知であるので、詳細な説明は省略する。
Thereafter, although not shown, vias, wiring layers, and the like are formed on the high-
なお、本実施の形態では、層間絶縁膜10は、比誘電率が3以下の低誘電率膜である第一中間膜8を含む3層の膜である例を示したが、層間絶縁膜10は、比誘電率が3以下の低誘電率膜の単層膜であっても良い。また、第一ストッパー膜7または第一キャップ膜9が比誘電率3以下の低誘電率膜であっても良い。
In the present embodiment, the
以上説明したように、本実施の形態においては、配線パターンを含む部分と配線パターンを含まない部分とを有する層間絶縁膜を備えた半導体装置において、前記配線パターンを含まない部分の層間絶縁膜を網目状の複数の孤立領域に仕切るダミーパターンを形成するようにした。
また、孤立領域の形状および大きさが全て同一でマトリックス状に形成されるようにした。
さらに、配線パターンに対向する位置の孤立領域を、他の孤立領域よりも相対的に小さく形成するようにした。
As described above, in the present embodiment, in a semiconductor device including an interlayer insulating film having a portion including a wiring pattern and a portion not including a wiring pattern, the interlayer insulating film in a portion not including the wiring pattern is provided. A dummy pattern is formed so as to partition into a plurality of mesh-like isolated regions.
In addition, the shape and size of the isolated regions are all the same and are formed in a matrix.
Furthermore, the isolated region at the position facing the wiring pattern is formed to be relatively smaller than the other isolated regions.
このように、配線パターンを含まない部分の層間絶縁膜を網目状の複数の孤立領域に仕切るダミーパターンを形成することにより、埋め込み配線形成のCMPにおいて、層間絶縁膜に対するせん断応力を緩和することができ、層間絶縁膜の剥離や亀裂の発生を抑制することができる。また、配線パターンを含まない部分において層間絶縁膜に亀裂や剥離が発生した場合でも、配線パターンを含む部分に亀裂や剥離が波及するのを防止することができる。
また、孤立領域の形状および大きさを全て同一でマトリックス状に形成することにより、埋め込み配線形成のCMPにおいて、絶縁膜に加わる研磨圧力が均一化されるので、局所的研磨圧力の増大による層間絶縁膜の剥離や亀裂を抑制することができる。
さらに、配線パターンに対向する位置の孤立領域を、他の孤立領域よりも相対的に小さく形成することにより、局所的なディッシングやエロージョンをより効果的に抑えることができる。
また、層間絶縁膜の配線パターンを含まない部分にダミーパターンを配置して、配線パターンとダミーパターンを合わせた全体の密度が、基板上で均一化されるようにしたので、埋め込み配線形成において、配線幅やパターンの疎密差に起因するCMPのエロージョンやディッシングを抑制することができる。
In this way, by forming a dummy pattern that partitions a portion of the interlayer insulating film that does not include the wiring pattern into a plurality of network-like isolated regions, the shear stress on the interlayer insulating film can be reduced in the CMP for forming the embedded wiring. It is possible to suppress the peeling and cracking of the interlayer insulating film. Further, even when a crack or peeling occurs in the interlayer insulating film in a portion not including the wiring pattern, it is possible to prevent the crack or peeling from spreading to the portion including the wiring pattern.
Further, by forming the isolated regions in the same shape and size in the form of a matrix, the polishing pressure applied to the insulating film is made uniform in the CMP for forming the embedded wiring, so that the interlayer insulation is increased by increasing the local polishing pressure. Separation and cracking of the film can be suppressed.
Furthermore, local dishing and erosion can be more effectively suppressed by forming an isolated region at a position facing the wiring pattern relatively smaller than other isolated regions.
In addition, a dummy pattern is arranged in a portion not including the wiring pattern of the interlayer insulating film so that the total density of the wiring pattern and the dummy pattern is made uniform on the substrate. CMP erosion and dishing caused by wiring width and pattern density difference can be suppressed.
このように形成することにより、埋め込み配線形成のCMPにおいて、層間絶縁膜の剥離や亀裂の発生を抑制することができ、亀裂や剥離が発生した場合でも、層間絶縁膜の配線パターンを含む部分に亀裂や剥離が波及するのを防止することができる。
また、配線幅やパターンの疎密差に起因するCMPのエロージョンやディッシングによる配線や層間絶縁膜の膜厚のばらつきを抑えることができる。従って、配線密度や配線幅に依存して配線や層間絶縁膜の膜厚が不均一となることにより配線抵抗を増加させたり、配線間寄生容量を増加させてしまうという問題が解消される。従って、信頼性の優れた半導体装置を得ることができる。
By forming in this way, it is possible to suppress the occurrence of peeling and cracking of the interlayer insulating film in the CMP for forming the buried wiring, and even if cracks and peeling occur, the portion including the wiring pattern of the interlayer insulating film can be suppressed. It is possible to prevent the cracks and peeling from spreading.
In addition, variations in the film thickness of the wiring and the interlayer insulating film due to CMP erosion and dishing due to the difference in density of the wiring width and pattern can be suppressed. Therefore, the problem of increasing the wiring resistance and increasing the inter-wiring parasitic capacitance due to the non-uniform thickness of the wiring and the interlayer insulating film depending on the wiring density and the wiring width is solved. Therefore, a highly reliable semiconductor device can be obtained.
実施の形態2.
本発明の実施の形態2による半導体装置の製造方法について、実施の形態1における図1〜4を援用して説明する。
実施の形態2においては、半導体基板1の主面に素子分離2を形成する工程から、高密度配線パターン13a、ダミーパターン13b、孤立配線パターン13c、およびダミーパターン13dを形成するまでの工程(図1〜図4に相当する工程)を、実施の形態1で示した工程と同一の方法により形成する。
A method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the second embodiment, the process from the step of forming
次に、図11に示すように、第一キャップ膜9の上に、後に形成するダミービアのエッチングストッパー膜および銅の拡散防止膜として、SiCからなる拡散防止膜14をプラズマCVD法により50nm程度の膜厚で形成する。さらに、拡散防止膜14の上に、シリコン酸化膜からなるビア絶縁膜14aをプラズマCVD法により200nm程度の膜厚で形成する。
次に、層間絶縁膜10の部分A、部分B、部分C、および部分Dの各部分において、高密度配線パターン13a、ダミーパターン13b、孤立配線パターン13c、およびダミーパターン13d(図4参照)の上に、それぞれビア15a、ダミービア15b、ビア15c、およびダミービア15dを形成する。
Next, as shown in FIG. 11, an
Next, in each of the portions A, B, C, and D of the
次に、図12に示すように、ビア絶縁膜14a、ビア15a、ダミービア15b、ビア15c、およびダミービア15dの上に、SiCからなる第二ストッパー膜16をプラズマCVD法により50nm程度の膜厚で形成する。さらに、第二ストッパー膜16の上に、有機シロキサン膜など、低誘電率膜からなる第二中間膜17をSOD法により200nm程度の膜厚で形成する。さらに、第二中間膜17の上に、シリコン酸化膜からなる第二キャップ膜18をプラズマCVDにより、50nm程度の膜厚で形成する。
Next, as shown in FIG. 12, a
このとき、第二ストッパー膜16は、後に形成する金属配線に含まれる金属の拡散防止のための膜として用いる。
At this time, the
また、第二中間膜17は、配線間寄生容量低減のため、層間絶縁膜として広く用いられているシリコン酸化膜より比誘電率が低い、いわゆる多孔質の低誘電率膜を用いる。ここで用いた膜の比誘電率は約2.2であり、シリコン酸化膜の3.9と比較して十分に低い値である。
ここで一般に、配線間寄生容量を低減するためには、比誘電率は低いほど良いが、低くしすぎると絶縁膜としての機械的強度が弱くなる。このため、低誘電率であることと、絶縁膜としての機械的強度のバランスに留意して、比誘電率が3.0以下の低誘電率膜を用いることが好ましい。
The second
In general, in order to reduce the parasitic capacitance between wirings, the lower the relative dielectric constant, the better. However, if the dielectric constant is too low, the mechanical strength as the insulating film becomes weak. For this reason, it is preferable to use a low dielectric constant film having a relative dielectric constant of 3.0 or less in consideration of the low dielectric constant and the balance of mechanical strength as an insulating film.
さらに、第二キャップ膜18は、後に形成する上層の埋め込み配線の形成において、CMPを行うときに第二中間膜17が剥離したり、亀裂が入ったりするのを防止するための膜である。
Furthermore, the
なお、本実施の形態においては、第二ストッパー膜16、第二中間膜17、および第二キャップ膜18の三つの膜の積層膜(複数層の膜)を、全体として上層絶縁膜19と称することとする。
In the present embodiment, the laminated film (multilayer film) of the three films of the
さらに、図示しないが、第二キャップ膜18の上にレジストパターンを形成し、これをマスクとして第二キャップ膜18、第二中間膜17、および第二ストッパー膜16、すなわち上層絶縁膜19をドライエッチングして、配線溝を形成する。
Further, although not shown, a resist pattern is formed on the
次に、図13に示すように、前述の配線溝19aの内面にTaNまたはTiNからなる上層バリアメタル膜20をPVD法またはALD法により20〜30nmの膜厚で形成する。このとき、上層バリアメタル膜20は配線溝19aの内面に溝を残している。
さらに、上層バリアメタル膜20で形成した溝の内面に、300〜500nm程度の膜厚で上層銅膜21を埋め込む。
Next, as shown in FIG. 13, an upper
Furthermore, the
次に、図14に示すように、前述の配線溝19aの外部に形成した上層バリアメタル膜20、上層銅膜21(図13参照)をCMPにより除去し、上層高密度配線パターン22a、上層ダミーパターン22b、上層孤立配線パターン22c、および上層ダミーパターン22dを形成する。
Next, as shown in FIG. 14, the upper
このとき、上層絶縁膜19の部分Aにおいて、上層絶縁膜19に形成した上層高密度配線パターン22aは、層間絶縁膜10に形成した高密度配線パターン13a(図4参照)とビア15aを介して接続されている。同様に、上層絶縁膜19の部分Cにおいて、上層絶縁膜19に形成した上層孤立配線パターン22cは、層間絶縁膜10に形成した孤立配線パターン13c(図4参照)とビア15cを介して接続されている。
At this time, in the portion A of the upper insulating
また、上層絶縁膜19の部分Bにおいて、上層絶縁膜19に形成した上層ダミーパターン22bは、層間絶縁膜10に形成したダミーパターン13b(図4参照)とダミービア15bを介して接続されている。同様に、上層絶縁膜19の部分Dにおいて、上層絶縁膜19に形成した上層ダミーパターン22dは、層間絶縁膜10に形成したダミーパターン13d(図4参照)とダミービア15dを介して接続されている。
In the portion B of the upper insulating
次に、本実施の形態におけるダミーパターンの配置方法について説明する。
図14における上層絶縁膜19の配線パターンを含む部分である部分Aおよび部分Cと、上層絶縁膜19の配線パターンを含まない部分である部分Bおよび部分Dの平面構造を図15に示す。なお、この図において各配線パターンやダミーパターンの線幅、配線本数、間隔等は、図14と対応していない。
Next, a method for arranging dummy patterns in the present embodiment will be described.
FIG. 15 shows a planar structure of portions A and C which are portions including the wiring pattern of the upper insulating
図15に示すように、上層絶縁膜19(図14参照)の部分Aにおいて、配線幅0.1μmの上層高密度配線パターン22aが0.1μmの間隔で、図5に示した高密度配線パターン13aの上から重ね合わせるように形成されている。また、上層高密度配線パターン22aは、ビア15aを介して高密度配線パターン13a(図5参照)と接続されている。
また、上層絶縁膜19の部分Bには、全体の幅が20μm程度の上層ダミーパターン22bが形成されており、上層絶縁膜19の部分Aの最も右側の上層高密度配線パターン22aの右端から約4μmの間隔をおいて配置されている。また、上層ダミーパターン22bは、ダミービア15bを介してダミーパターン13b(図5参照)と接続されている。
さらに、上層絶縁膜19の部分Cには配線幅0.1μmの上層孤立配線パターン22cが形成されており、上層絶縁膜19の部分Bの上層ダミーパターン22bの右端から約2μmの間隔をおいて配置されている。また、上層孤立配線パターン22cは、ビア15cを介して孤立配線パターン13c(図5参照)と接続されている。
さらに、上層絶縁膜19の部分Dには全体の幅が10μm程度の上層ダミーパターン22dが形成されており、上層絶縁膜19の部分Cの上層孤立配線パターン22cの右端から約2μmの間隔をおいて配置されている。また、上層ダミーパターン22dは、ダミービア15dを介してダミーパターン13d(図5参照)と接続されている。
As shown in FIG. 15, in the portion A of the upper insulating film 19 (see FIG. 14), the upper layer high-
Further, an upper
Further, an upper
Further, an upper
このとき図14、15より、上層絶縁膜19の部分Bにおいて、上層絶縁膜19に形成した上層ダミーパターン22bがダミービア15bと接続され、さらにダミービア15bは層間絶縁膜10に形成したダミーパターン13b(図4参照)と接続されている。このように、上層絶縁膜19の部分Bの上層ダミーパターン22bが、ダミービア15bおよびダミーパターン13bと接続されていることにより、上層ダミーパターン22bと、このダミーパターンに仕切られた孤立領域Eが補強されている。
上層絶縁膜19の部分Dについても同様であり、上層ダミーパターン22dが、ダミービア15dおよびダミーパターン13dと接続されていることにより、上層ダミーパターン22dと、このダミーパターンに仕切られた孤立領域Eが補強されている。
このようにして補強されることにより、図14に示した上層高密度配線パターン22a、上層ダミーパターン22b、上層孤立配線パターン22c、および上層ダミーパターン22dを形成するCMPにおいて、上層絶縁膜19の剥離や亀裂の発生を、より効果的に抑制することができる。
14 and 15, in the portion B of the upper insulating
The same applies to the portion D of the upper insulating
By reinforcing in this way, the upper insulating
なお、本実施の形態では、下層である層間絶縁膜10に形成したダミーパターンと、上層である上層絶縁膜19に形成したダミーパターンとが、投影した如くに同じ大きさ、形状である場合を説明したが、上下重なるような同一の形状、大きさである必要はない。
In the present embodiment, the dummy pattern formed in the lower
本実施の形態の変形例として、上層ダミーパターン22bをダミービア15bを介してダミーパターン13b以外の他の配線パターンと接続したり、あるいは、いずれのパターンと接続しないようにしても、ダミービア15bと接続していることで補強されるので、同様の効果を有する。
As a modification of the present embodiment, the upper
また、本実施の形態では、層間絶縁膜10の上層において、他のパターンが形成された上層絶縁膜19(図14参照)を形成し、層間絶縁膜10に形成したダミーパターン13bと上層絶縁膜19に形成した上層ダミーパターン22bを接続するダミービア15bを形成するようにした。
この変形例として、ダミーパターン13bを形成した層間絶縁膜10の下層に他のパターンを形成した他の絶縁膜を形成し、ダミーパターン13bと前記他の絶縁膜に形成した他のパターンを接続するビアを形成するようにしてもよい。
この場合、層間絶縁膜10に形成したダミーパターンとこのダミーパターンに仕切られた層間絶縁膜10が補強される。
In the present embodiment, an upper insulating film 19 (see FIG. 14) in which another pattern is formed is formed in the upper layer of the
As a modified example, another insulating film in which another pattern is formed is formed under the
In this case, the dummy pattern formed in the
ここで、図15に示した上層絶縁膜19の配線パターンを含まない部分Bにおいて、上層ダミーパターン22bは、複数の孤立領域Eを網目状に仕切るように形成されている(上層絶縁膜19の部分Dにおける上層ダミーパターン22dについても同様である)。この場合は、複数の孤立領域Eが、図15における上層高密度配線パターン22aおよび上層孤立配線パターン22cの配線方向と平行な方向および垂直な方向に一定間隔で、すなわち、複数の孤立領域Eが一定の間隔をおいて、マトリックス状に配置されている。
また、孤立領域Eの表面には、第二キャップ膜18、すなわち上層絶縁膜19の表面が露出している(図14参照)ので、上層ダミーパターン22b、22dは上層絶縁膜19を複数の孤立領域Eに仕切るダミーパターンである。
Here, in the portion B not including the wiring pattern of the upper insulating
Further, since the surface of the
このように、上層ダミーパターン22b、および22dが上層絶縁膜19を複数の孤立領域Eに仕切る構造とすることにより、埋め込み配線形成のCMPにおいて、上層絶縁膜19に対するせん断応力を緩和することができる。また、上層絶縁膜19の配線パターンを含まない部分Bおよび部分Dにおいて、孤立領域Eに仕切られた部分の上層絶縁膜19に亀裂や剥離が発生した場合でも、上層絶縁膜19の配線パターンを含む部分Aや部分Cへ亀裂や剥離が波及するのを防止することができる。
As described above, since the upper
また、図15の上層絶縁膜19(図14参照)の部分Bの孤立領域Eを含む上層ダミーパターン22bの拡大図を図16に示す。孤立領域Eは、各辺(W)が3μmの正方形であり、形状および大きさが全て同一に形成されている。また、孤立領域Eを仕切った上層ダミーパターン22bの線幅(L)は、全て1μmで形成されている。
FIG. 16 is an enlarged view of the upper
さらに、上層絶縁膜19の部分Bにおいて層間絶縁膜10に形成したダミーパターン13b(図4参照)と、上層絶縁膜19に形成した上層ダミーパターン22b(図14参照)が、ダミービア15bにより接続されている。また、ダミービア15bは、ビア径0.75μm程度の大きさで形成されている。
なお、図示しないが、上層絶縁膜19の部分Dについての拡大図および寸法は上層絶縁膜19の部分Bと同様であるので詳細な説明は省略する。
Further, the
Although not shown in the drawing, the enlarged view and dimensions of the portion D of the upper insulating
このように、上層絶縁膜19の配線パターンを含まない部分Bおよび部分Dにおいて、孤立領域Eの形状および大きさを全て同一に形成したことにより、埋め込み配線形成のCMPにおいて、孤立領域Eの層間絶縁膜に加わる研磨圧力が均一化されるので、局所的な研磨圧力の増大による層間絶縁膜の剥離や亀裂を抑制することができる。
As described above, the portions B and D that do not include the wiring pattern of the upper insulating
また、図15に示すように、上層絶縁膜19(図14参照)の部分Bおよび部分Dにおいて、各孤立領域Eを一列ごとに半ブロック分シフトさせて配置するようにした。このような配置にすることにより、実施の形態1と同様、埋め込み配線形成のCMPにおいて、孤立領域Eの上層絶縁膜19に加わるせん断応力に対し、シフトさせない場合と比較して、上層絶縁膜19が構造的に強くなる。従って、埋め込み配線形成のCMPにおいて、上層絶縁膜19の剥離や亀裂を抑制することができる。
Further, as shown in FIG. 15, in the portion B and the portion D of the upper insulating film 19 (see FIG. 14), the isolated regions E are shifted by a half block for each column. With this arrangement, the upper insulating
なお、本実施の形態では、孤立領域Eが、図15における上層高密度配線パターン22aおよび上層孤立配線パターン22cの配線方向と平行な方向および垂直な方向に一定間隔で、すわなち、複数の孤立領域Eが一定の間隔をおいてマトリックス状に配置されるようにした。
これに置き換えて、図17に示すように、上層絶縁膜19の部分B(図14参照)において、層間絶縁膜10(図4参照)に六角形の孤立領域Fを有するダミーパターン13bを形成し、上層絶縁膜19(図14参照)に、ダミーパターン13bと重ねあわせるように、六角形の孤立領域Fを有する上層ダミーパターン22bを形成し、下層にあるダミーパターン13bと上層にある上層ダミーパターン22bをダミービア15bで接続するようにしても良い。上層絶縁膜19の部分Dについても同様である。
すなわち、図17、18に示したような形状の孤立領域であっても、埋め込み配線形成において、上層絶縁膜19に及ぼすCMPのせん断応力を緩和することができるので、上層絶縁膜の剥離や亀裂を抑制することができる。このように、孤立領域の形状は、種々の変形が可能である。
In the present embodiment, the isolated region E has a plurality of intervals in a direction parallel to and perpendicular to the wiring direction of the upper layer high-
In place of this, as shown in FIG. 17, in the portion B (see FIG. 14) of the upper insulating
That is, even in an isolated region having a shape as shown in FIGS. 17 and 18, since the shear stress of CMP exerted on the upper insulating
なお、図17に示したように、孤立領域が正六角形であるとき、仕切られた孤立領域の密度を最密にすることができる。従って、配線容量を低減させる目的から、同一領域内に同一面積の低誘電率膜を確保する場合、他の形状の孤立領域を形成する場合よりも、ダミーパターンの線幅Lを相対的に大きくすることが可能である。これにより、ダミーパターンの機械的強度を向上させることができるので、上層絶縁膜の剥離や亀裂の発生を、より効果的に抑えることができる。 As shown in FIG. 17, when the isolated area is a regular hexagon, the density of the partitioned isolated areas can be made the closest. Therefore, for the purpose of reducing the wiring capacitance, when securing a low dielectric constant film of the same area in the same region, the line width L of the dummy pattern is relatively larger than when forming isolated regions of other shapes. Is possible. Thereby, since the mechanical strength of the dummy pattern can be improved, peeling of the upper insulating film and occurrence of cracks can be more effectively suppressed.
次に、ダミーパターンの配置方法として、別の変形例を示す。
前述のように、図15において、上層絶縁膜19(図14参照)の部分Aの最も右端の上層高密度配線パターン22aと、上層絶縁膜19の部分Bの上層ダミーパターン22bの間隔は約4μmである。すなわち、上層絶縁膜19の部分Aと部分Bには約4μmの幅の上層絶縁膜19の領域が存在する。
このとき、埋め込み配線形成のCMPにおいて、ディッシングやエロージョンの影響を小さくするためには、上層絶縁膜19の部分Aの上層高密度配線パターン22aと上層絶縁膜19の部分Bの上層ダミーパターン22bとの間隔を、パターンを加工できる範囲内で、できるだけ狭くしておくのが良い。しかし、各辺が3μmの正方形の孤立領域Eを上層ダミーパターン22bの左側に一列挿入するようにして間隔を狭くすると、上層絶縁膜19の部分Aの最も右側の上層高密度配線パターン22aと上層ダミーパターン22bの左側の部分が重なってしまうため、所望の配線パターンおよびダミーパターンが得られなくなる。
そこで、上層ダミーパターン22bの左側に、孤立領域Eよりも相対的に小さい孤立領域を挿入することで、上層高密度配線パターン22aと上層ダミーパターン22bの間隔を小さくすることが可能である。
Next, as a dummy pattern arrangement method, another modification will be described.
As described above, in FIG. 15, the distance between the uppermost high-
At this time, in order to reduce the influence of dishing and erosion in CMP for forming the embedded wiring, the upper layer high-
Thus, by inserting an isolated region relatively smaller than the isolated region E on the left side of the upper
図19は、図15に示した上層絶縁膜19(図14参照)の部分Bの上層ダミーパターン22bにおいて、孤立領域Eよりも相対的に小さい孤立領域Hを左側に等間隔に一列追加して、上層絶縁膜19の部分Aと部分Bの間隔が小さくなるようにしたダミーパターンの配置例を示す図である。
図20は、図19の上層絶縁膜19(図14参照)の部分Bの上層ダミーパターン22bの左端の部分の拡大図である。例えば、ダミーパターンの配線幅(L)が1μm、新たに追加した孤立領域Hは各辺(W2)が1μmの正方形、その他の列の孤立領域Eは各辺(W1)が3μmの正方形であるとき、上層絶縁膜19の部分Aの最も右端の上層高密度配線パターン22aと上層ダミーパターン22bとの間隔が、図15と比較して2μm小さくなり、図19において、その間隔は2μmとなっている。
FIG. 19 shows an upper region of the upper
20 is an enlarged view of the left end portion of the upper
すなわち、本実施の形態においても、図19において、上層絶縁膜19(図14参照)の部分Aの最も右端の上層高密度配線パターン22aに対向する孤立領域Hを、孤立領域Eよりも相対的に小さく形成するようにした。このようにすることにより、上層絶縁膜19の部分Aの最も右端の上層高密度配線パターン22aと上層ダミーパターン22bとの間隔を小さくすることができる。
このようにして、この箇所におけるディッシングや、上層絶縁膜19の部分Aの高密度配線パターンに発生するエロージョンを効果的に抑制することができる。
That is, also in the present embodiment, in FIG. 19, the isolated region H facing the uppermost high-
In this manner, dishing at this location and erosion that occurs in the high-density wiring pattern in the portion A of the upper insulating
なお、本実施の形態においては、孤立領域Hが各辺1μmの正方形となるようにしたが、前述のように、埋め込み配線のCMPにおいてディッシングやエロージョンの影響を抑えるため、パターン加工できる範囲において、適宜調節するようにしても良い。また、孤立領域が相対的に小さい列を右端の列にするなど、他の列に形成するようにしても良い。 In the present embodiment, the isolated region H is a square having a side of 1 μm. However, as described above, in order to suppress the influence of dishing and erosion in the CMP of the embedded wiring, in the range where pattern processing is possible, You may make it adjust suitably. Alternatively, a column having a relatively small isolated area may be formed in another column, such as a column at the right end.
この後、図示しないが、上層高密度配線パターン22a、上層孤立配線パターン22c、上層ダミーパターン22b、および上層ダミーパターン22dの上に、必要に応じてビア、配線層などを形成する。これらの工程は、この分野で既知であるので、詳細な説明は省略する。
Thereafter, although not shown, vias, wiring layers, and the like are formed on the upper layer high-
なお、本実施の形態では、上層絶縁膜19は、比誘電率が3以下の低誘電率膜である第二中間膜17を含む3層の膜である例を示したが、上層絶縁膜19は、比誘電率が3以下の低誘電率膜の単層膜であっても良い。また、第二ストッパー膜16または第二キャップ膜18が比誘電率3以下の低誘電率膜であっても良い。
In the present embodiment, the upper insulating
以上説明したように、本実施の形態においては、配線パターンを含む部分と配線パターンを含まない部分とを有する層間絶縁膜を備えた半導体装置において、前記配線パターンを含まない部分の層間絶縁膜を網目状の複数の孤立領域に仕切るダミーパターンを形成するようにした。
また、孤立領域の形状および大きさが全て同一でマトリックス状に形成されるようにした。
さらに、配線パターンに対向する位置の孤立領域を、他の孤立領域よりも相対的に小さく形成するようにした。
As described above, in the present embodiment, in a semiconductor device including an interlayer insulating film having a portion including a wiring pattern and a portion not including a wiring pattern, the interlayer insulating film in a portion not including the wiring pattern is provided. A dummy pattern is formed so as to partition into a plurality of mesh-like isolated regions.
Further, the shape and size of the isolated regions are all the same and are formed in a matrix.
Further, the isolated region at a position facing the wiring pattern is formed to be relatively smaller than other isolated regions.
また、配線パターンを含む部分と配線パターンを含まない部分とを有する層間絶縁膜を備えた半導体装置において、前記配線パターンを含まない部分の層間絶縁膜を複数の孤立領域に仕切るダミーパターンを形成し、さらに、層間絶縁膜の上層に形成した上層絶縁膜を複数の孤立領域に仕切るダミーパターンを形成し、これらのダミーパターンをダミービアを介して接続するようにした。 Further, in a semiconductor device having an interlayer insulating film having a portion including a wiring pattern and a portion not including a wiring pattern, a dummy pattern is formed to partition the interlayer insulating film in a portion not including the wiring pattern into a plurality of isolated regions. Furthermore, a dummy pattern for partitioning the upper insulating film formed on the upper layer of the interlayer insulating film into a plurality of isolated regions is formed, and these dummy patterns are connected via dummy vias.
このように、配線パターンを含まない部分の層間絶縁膜を複数の孤立領域に仕切るダミーパターンを形成することにより、埋め込み配線形成のCMPにおいて、層間絶縁膜に対するせん断応力を緩和することができ、層間絶縁膜の剥離や亀裂の発生を抑制することができる。また、配線パターンを含まない部分において層間絶縁膜に亀裂や剥離が発生した場合でも、配線パターンを含む部分に亀裂や剥離が波及するのを防止することができる。
また、孤立領域の形状および大きさを全て同一でマトリックス状に形成することにより、埋め込み配線形成のCMPにおいて、絶縁膜に加わる研磨圧力が均一化されるので、局所的研磨圧力の増大による層間絶縁膜の剥離や亀裂を抑制することができる。
さらに、配線パターンに対向する位置の孤立領域を、他の孤立領域よりも相対的に小さく形成することにより、局所的なディッシングやエロージョンをより効果的に抑えることができる。
In this way, by forming a dummy pattern that divides a portion of the interlayer insulating film that does not include the wiring pattern into a plurality of isolated regions, the shear stress on the interlayer insulating film can be relieved in the CMP for forming the embedded wiring. The insulating film can be prevented from peeling and cracking. Further, even when a crack or peeling occurs in the interlayer insulating film in a portion not including the wiring pattern, it is possible to prevent the crack or peeling from spreading to the portion including the wiring pattern.
Further, by forming the isolated regions in the same shape and size in the form of a matrix, the polishing pressure applied to the insulating film is made uniform in the CMP for forming the embedded wiring, so that the interlayer insulation is increased by increasing the local polishing pressure. Separation and cracking of the film can be suppressed.
Furthermore, local dishing and erosion can be more effectively suppressed by forming an isolated region at a position facing the wiring pattern relatively smaller than other isolated regions.
また、配線パターンを含まない部分にダミーパターンを配置して、配線パターンとダミーパターンを合わせた全体の密度が、基板上で均一化されるようにしたので、埋め込み配線形成において、配線幅やパターンの疎密差に起因するCMPのエロージョンやディッシングを抑制することができる。 In addition, a dummy pattern is arranged in a portion not including the wiring pattern so that the total density of the wiring pattern and the dummy pattern is made uniform on the substrate. It is possible to suppress erosion and dishing of CMP due to the difference in density between the two.
さらに、上層絶縁膜がダミービアと接続することにより上層絶縁膜が補強されているので、上層絶縁膜に形成する埋め込み配線を形成するCMPにおいて、上層絶縁膜の剥離や亀裂の発生をより効果的に抑制することができる。 Further, since the upper insulating film is reinforced by connecting the upper insulating film to the dummy via, in the CMP for forming the embedded wiring formed in the upper insulating film, the peeling of the upper insulating film and the generation of cracks are more effectively performed. Can be suppressed.
このように形成することにより、埋め込み配線形成のCMPにおいて、層間絶縁膜やその上層に形成した上層絶縁膜の剥離や亀裂の発生を抑制することができ、亀裂や剥離が発生した場合でも、配線パターンを含む部分に亀裂や剥離が波及するのを防止することができる。
また、配線幅やパターンの疎密差に起因するCMPのエロージョンやディッシングによる配線や層間絶縁膜の膜厚のばらつきを抑えることができる。従って、配線密度や配線幅に依存して配線や層間絶縁膜の膜厚が不均一となることにより配線抵抗を増加させたり、配線間寄生容量を増加させてしまうという問題が解消される。従って、信頼性の優れた半導体装置を得ることができる。
By forming in this way, it is possible to suppress the occurrence of peeling and cracking of the interlayer insulating film and the upper insulating film formed in the upper layer in the CMP for forming the buried wiring. Even when cracks and peeling occur, the wiring It is possible to prevent cracks and peeling from spreading to the portion including the pattern.
In addition, variations in the film thickness of the wiring and the interlayer insulating film due to CMP erosion and dishing due to the difference in density of the wiring width and pattern can be suppressed. Therefore, the problem of increasing the wiring resistance and increasing the inter-wiring parasitic capacitance due to the non-uniform thickness of the wiring and the interlayer insulating film depending on the wiring density and the wiring width is solved. Therefore, a highly reliable semiconductor device can be obtained.
1 半導体基板、7 第一ストッパー膜、8 第一中間膜、9 第一キャップ膜、10 層間絶縁膜、11a バリアメタル、12a 埋め込み銅膜、13a 高密度配線パターン、13b ダミーパターン、13c 孤立配線パターン、13d ダミーパターン、14a ビア絶縁膜、15a ビア、15b ダミービア、15c ビア、15d ダミービア、16 第二ストッパー膜、17 第二中間膜、18 第二キャップ膜、19 上層絶縁膜、20a 上層バリアメタル、21a 上層埋め込み銅膜、22a 上層高密度配線パターン、22b 上層ダミーパターン、22c 上層孤立パターン、22d 上層ダミーパターン。
1 semiconductor substrate, 7 first stopper film, 8 first intermediate film, 9 first cap film, 10 interlayer insulating film, 11a barrier metal, 12a buried copper film, 13a high density wiring pattern, 13b dummy pattern, 13c isolated
Claims (8)
前記配線パターンを含まない部分の層間絶縁膜を複数の孤立領域に仕切るダミーパターンを形成したことを特徴とする半導体装置。 In a semiconductor device including an interlayer insulating film having a portion including a wiring pattern and a portion not including a wiring pattern on a substrate,
A semiconductor device, wherein a dummy pattern is formed to partition a portion of the interlayer insulating film not including the wiring pattern into a plurality of isolated regions.
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