JP2006114723A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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Koji Koike
功二 小池
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device and its manufacturing method, wherein a low dielectric constant film is used where failures will not occur due to film separation or cracks on an interface, in between an insulating film and an insulating film. <P>SOLUTION: A first wiring 106 is formed in a first insulating film 102 on a semiconductor substrate 101, and a second insulating film 107, a third insulating film 108, a fourth insulating film 109, and a fifth insulating film 110, are sequentially deposited on the first insulating film 102. Thereafter, a first through hole 112 is formed so as to thrust through, from the fifth insulating film 110 to the second insulating film 107 on the first wiring 106, and a second wiring 117 is formed in a second wiring groove 114, connecting to the first through hole 112. Also, a first prop 123 is formed in a second through hole 120 which thrusts through from the fifth insulating film 110 to the first insulating film 102. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、絶縁膜に低誘電率膜を用いた半導体装置及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device using a low dielectric constant film as an insulating film and a method for manufacturing the same.

近年、半導体集積回路の高集積化とチップサイズの縮小化に伴い、配線の微細化及び多層配線化が進められている。これにより、配線間隔が狭小化し、配線の抵抗及び容量の増加による配線遅延が無視できない状況になってきている。このため、半導体集積回路の微細化を進める上で、配線間に生じる電気寄生容量を低減することが必要とされている。配線間の電気寄生容量を低減させるためには、層間絶縁膜の比誘電率または配線材の比抵抗を低減させることが必要である。   In recent years, with the high integration of semiconductor integrated circuits and the reduction in chip size, miniaturization of wiring and multilayer wiring have been promoted. As a result, the wiring interval is narrowed, and the wiring delay due to the increase in wiring resistance and capacitance cannot be ignored. For this reason, it is necessary to reduce the electric parasitic capacitance generated between the wirings in order to miniaturize the semiconductor integrated circuit. In order to reduce the electric parasitic capacitance between the wirings, it is necessary to reduce the relative dielectric constant of the interlayer insulating film or the specific resistance of the wiring material.

層間絶縁膜の比誘電率を低減させるために、シリコン酸化膜(比誘電率:4.2)からフッ素含有のシリコン酸化膜(比誘電率:3.7)への変更がなされてきている。特に、90nmデバイス以降では、フッ素含有シリコン酸化膜よりも更に比誘電率の小さい絶縁膜(以下、低誘電率膜という)が必要であり、低誘電率膜として、炭素含有のシリコン酸化膜や塗布系有機ポリマー等が使用されている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。   In order to reduce the relative permittivity of the interlayer insulating film, a change from a silicon oxide film (relative permittivity: 4.2) to a fluorine-containing silicon oxide film (relative permittivity: 3.7) has been made. In particular, after 90 nm devices, an insulating film having a smaller relative dielectric constant than the fluorine-containing silicon oxide film (hereinafter referred to as a low dielectric constant film) is required. As the low dielectric constant film, a carbon-containing silicon oxide film or a coating film is used. An organic polymer or the like is used (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).

図11は、従来の低誘電率膜を用いた半導体装置を示す断面図である。   FIG. 11 is a cross-sectional view showing a conventional semiconductor device using a low dielectric constant film.

図11に示すように、従来の低誘電率膜を用いた半導体装置は、トランジスタ等の素子が形成された半導体基板1の上に形成された絶縁膜2と、絶縁膜2に形成された配線溝(図示せず)に埋め込まれた第1のバリアメタル4及び第1の金属膜5からなる第1の配線6とから構成される第1の配線層51を有している。また、第1の配線6を含む絶縁膜2の上に形成された第2の絶縁膜7と、第2の絶縁膜7の上に形成された第3の絶縁膜8と、第3の絶縁膜8の上に形成された低誘電率膜である第4の絶縁膜9と、第4の絶縁膜9の上に形成された低誘電率膜である第5の絶縁膜10と、第1の配線6の上部の第5の絶縁膜10及び第4の絶縁膜9に形成された配線溝(図示せず)に埋め込まれた第2のバリアメタル15及び第2の金属膜16からなる第2の配線17と、第1の配線6と第2の配線17とを電気的に接続するように第2の配線17の底部に一体化形成された第1の接続プラグ18とから構成される第2の配線層52を有している。また、第2の配線17を含む第5の絶縁膜10上に形成された第6の絶縁膜19と、第6の絶縁膜19上に形成された第7の絶縁膜20と、第7の絶縁膜20上に形成された低誘電率膜である第8の絶縁膜21と、第8の絶縁膜21上に形成された低誘電率膜である第9の絶縁膜22と、第2の配線17の上部の第9の絶縁膜22及び第8の絶縁膜21に形成された配線溝(図示せず)に埋め込まれた第3のバリアメタル27及び第3の金属膜28からなる第3の配線29と、第2の配線17と第3の配線29とを電気的に接続するように第3の配線29の底部に一体化形成された第2の接続プラグ30とから構成される第3の配線層53を有している。   As shown in FIG. 11, a conventional semiconductor device using a low dielectric constant film includes an insulating film 2 formed on a semiconductor substrate 1 on which elements such as transistors are formed, and a wiring formed on the insulating film 2. A first wiring layer 51 including a first barrier metal 4 and a first wiring 6 made of a first metal film 5 embedded in a groove (not shown) is provided. Further, a second insulating film 7 formed on the insulating film 2 including the first wiring 6, a third insulating film 8 formed on the second insulating film 7, and a third insulating film A fourth insulating film 9 which is a low dielectric constant film formed on the film 8; a fifth insulating film 10 which is a low dielectric constant film formed on the fourth insulating film 9; A second barrier metal 15 and a second metal film 16 embedded in a wiring groove (not shown) formed in the fifth insulating film 10 and the fourth insulating film 9 on the upper part of the wiring 6. 2 wirings 17 and a first connection plug 18 integrally formed at the bottom of the second wiring 17 so as to electrically connect the first wiring 6 and the second wiring 17. A second wiring layer 52 is provided. In addition, a sixth insulating film 19 formed on the fifth insulating film 10 including the second wiring 17, a seventh insulating film 20 formed on the sixth insulating film 19, An eighth insulating film 21 that is a low dielectric constant film formed on the insulating film 20; a ninth insulating film 22 that is a low dielectric constant film formed on the eighth insulating film 21; A third barrier metal 27 and a third metal film 28 are embedded in a wiring groove (not shown) formed in the ninth insulating film 22 and the eighth insulating film 21 above the wiring 17. First wiring 29 and a second connection plug 30 integrally formed at the bottom of the third wiring 29 so as to electrically connect the second wiring 17 and the third wiring 29. 3 wiring layers 53 are provided.

以下、従来の低誘電率膜を用いた半導体装置の製造方法について図面を用いて説明する。   A conventional method for manufacturing a semiconductor device using a low dielectric constant film will be described below with reference to the drawings.

図12(a)〜図13(c)は、従来の低誘電率膜を用いた半導体装置の製造工程を示す断面図である。   FIG. 12A to FIG. 13C are cross-sectional views showing a manufacturing process of a semiconductor device using a conventional low dielectric constant film.

まず、図12(a)に示すように、トランジスタ等の半導体素子を形成した半導体基板1上に形成された第1の絶縁膜2に、フォトリソグラフィ法及びドライエッチング法により、第1の配線溝3を形成する。   First, as shown in FIG. 12A, a first wiring groove is formed on a first insulating film 2 formed on a semiconductor substrate 1 on which a semiconductor element such as a transistor is formed by photolithography and dry etching. 3 is formed.

次に、図12(b)に示すように、スパッタ法により、第1の絶縁膜2上に第1の配線溝3を埋めるように、銅拡散防止の第1のバリアメタル4となるタンタルナイトライド/タンタルの積層膜(図示せず)及び第1の金属膜5となる銅(図示せず)を順次堆積する。その後、CMP(Chemical Mechanical Polishig:化学的機械研磨)法により、銅及びタンタルナイトライド/タンタルの積層膜を研磨し、第1の配線溝3の中に銅及びタンタルナイトライド/タンタルの積層膜を残し、第1の配線溝3以外の部分に第1の絶縁膜2を露出させて、第1のバリアメタル4及び第1の金属膜5からなる第1の配線6を形成する。   Next, as shown in FIG. 12B, tantalum nitride which becomes the first barrier metal 4 for preventing copper diffusion so as to fill the first wiring groove 3 on the first insulating film 2 by sputtering. A laminated film (not shown) of ride / tantalum and copper (not shown) to be the first metal film 5 are sequentially deposited. Thereafter, the multilayer film of copper and tantalum nitride / tantalum is polished by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method, and the multilayer film of copper and tantalum nitride / tantalum is formed in the first wiring groove 3. The first insulating film 2 is exposed to the part other than the first wiring groove 3 to leave the first wiring 6 composed of the first barrier metal 4 and the first metal film 5.

次に、図12(c)に示すように、CVD法により、第1の配線6を含む第1の絶縁膜2の上に第2の絶縁膜7及び第3の絶縁膜8を順次堆積する。   Next, as shown in FIG. 12C, the second insulating film 7 and the third insulating film 8 are sequentially deposited on the first insulating film 2 including the first wiring 6 by the CVD method. .

次に、図12(d)に示すように、CVD法により、第3の絶縁膜8の上に第4の絶縁膜9を堆積する。ここで、第4の絶縁膜9としては低誘電率膜を用いる。その後、CMP法により、第4の絶縁膜9を研磨して平坦化する。   Next, as shown in FIG. 12D, a fourth insulating film 9 is deposited on the third insulating film 8 by the CVD method. Here, a low dielectric constant film is used as the fourth insulating film 9. Thereafter, the fourth insulating film 9 is polished and planarized by CMP.

次に、図12(e)に示すように、CVD法により、平坦化した第4の絶縁膜9上に第5の絶縁膜10を堆積する。ここで、第5の絶縁膜10としては低誘電率膜を用いる。   Next, as shown in FIG. 12E, a fifth insulating film 10 is deposited on the flattened fourth insulating film 9 by a CVD method. Here, a low dielectric constant film is used as the fifth insulating film 10.

次に、図13(a)に示すように、フォトリソグラフィ法により、第5の絶縁膜10の上に、第1の配線6の上部に開口を持つフォトレジスト11を形成する。次に、ドライエッチング法により、このフォトレジスト11をマスクとして、第1の配線6の上部の第5の絶縁膜10、第4の絶縁膜9、第3の絶縁膜8及び第2の絶縁膜7を除去し、スルーホール12を形成する。その後、アッシングにより、フォトレジスト11を除去する。   Next, as shown in FIG. 13A, a photoresist 11 having an opening above the first wiring 6 is formed on the fifth insulating film 10 by photolithography. Next, the fifth insulating film 10, the fourth insulating film 9, the third insulating film 8, and the second insulating film above the first wiring 6 are formed by dry etching using the photoresist 11 as a mask. 7 is removed and a through hole 12 is formed. Thereafter, the photoresist 11 is removed by ashing.

次に、図13(b)に示すように、フォトリソグラフィ法により、第5の絶縁膜10の上に、第1の配線6の上部にスルーホール12より大きい開口を持つフォトレジスト13を形成する。次に、ドライエッチング法により、このフォトレジスト13をマスクとして、第1の配線6の上部の第5の絶縁膜10及び第4の絶縁膜9の途中までを除去し、第2の配線溝14を形成する。その後、アッシングにより、フォトレジスト13を除去する。   Next, as shown in FIG. 13B, a photoresist 13 having an opening larger than the through hole 12 is formed on the first insulating layer 10 on the fifth insulating film 10 by photolithography. . Next, using the photoresist 13 as a mask, part of the fifth insulating film 10 and the fourth insulating film 9 above the first wiring 6 is removed by dry etching, and the second wiring groove 14 is removed. Form. Thereafter, the photoresist 13 is removed by ashing.

次に、図13(c)に示すように、スパッタ法により、スルーホール12及び第2の配線溝14を埋めるように、銅拡散防止の第2のバリアメタル15となるタンタルナイトライド/タンタルの積層膜(図示せず)及び第2の金属膜16となる銅(図示せず)を順次堆積する。その後、CMP法により、銅及びタンタルナイトライド/タンタルの積層膜を研磨し、スルーホール12及び第2の配線溝14の中に銅及びタンタルナイトライド/タンタルの積層膜を残し、スルーホール12及び第2の配線溝14以外の部分に第5の絶縁膜10を露出させて、第2のバリアメタル15及び第2の金属膜16からなる第2の配線17及び第1の接続プラグ18を形成する。このとき、第1の配線6と、第2の配線17とは第1の接続プラグ18により電気的に接続されている。   Next, as shown in FIG. 13C, tantalum nitride / tantalum serving as a second barrier metal 15 for preventing copper diffusion so as to fill the through hole 12 and the second wiring groove 14 by sputtering. A laminated film (not shown) and copper (not shown) to be the second metal film 16 are sequentially deposited. Thereafter, the copper and tantalum nitride / tantalum laminated film is polished by CMP to leave the copper and tantalum nitride / tantalum laminated film in the through hole 12 and the second wiring groove 14, and the through hole 12 and The fifth insulating film 10 is exposed to a portion other than the second wiring trench 14 to form the second wiring 17 and the first connection plug 18 made of the second barrier metal 15 and the second metal film 16. To do. At this time, the first wiring 6 and the second wiring 17 are electrically connected by the first connection plug 18.

以上の、図12(c)〜図13(c)の工程を繰り返すことにより、図11に示すような低誘電率膜を用いた半導体装置が形成される。
特開2001−274239号公報 特開2003−303880号公報
By repeating the steps shown in FIGS. 12C to 13C, a semiconductor device using a low dielectric constant film as shown in FIG. 11 is formed.
JP 2001-274239 A JP 2003-303880 A

しかしながら、従来の低誘電率膜を用いた半導体装置では、以下のような課題が発生する。低誘電率膜は、膜中に1〜10nmの空孔を有する多孔質膜であり、機械強度が従来のTEOS膜に比べて10分の1以下と低くなっている。そのため、従来の低誘電率膜を用いた半導体装置では、低誘電率膜である層間絶縁膜の間にキャップ膜となる第2の絶縁膜7やライナー膜となる第3の絶縁膜8を設けて絶縁膜の加工制御性を上げる構造が用いられている。ここで、ダマシン法により形成された半導体装置は、これらのライナー膜、層間絶縁膜及びキャップ膜が何層にも堆積されているものであって、絶縁膜−絶縁膜間の界面が多数存在している。そして、低誘電率膜は疎水性膜であり、ライナー膜は親水性膜であるため、低誘電率膜とライナー膜との界面は密着性が弱いものとなっている。さらに、低誘電率膜とライナー膜との界面の延長線上には、さらに密着性の弱い金属膜とライナー膜との界面が存在する。したがって、CMP法により多層配線の上層を研磨する際、半導体装置の組立工程においてダイシングを行う際、測定試験においてプロービングを行う際に、図14に示すように、スクライブライン形成領域若しくは配線形成領域において、配線縦方向及び横方向に負荷が加わり、垂直応力とせん断応力が発生し、低誘電率膜である第5の絶縁膜10と第6の絶縁膜19との界面や第2の配線17と第6の絶縁膜19との界面で膜剥がれが生じたり、第2の配線17にクラックが生じたりする。この膜剥がれに金属膜が埋め込まれた場合には、配線間ショート等の配線接続不良が引き起こされることになり、クラックが生じた場合には非電通不良等が発生することになる。   However, the following problems occur in a conventional semiconductor device using a low dielectric constant film. The low dielectric constant film is a porous film having pores of 1 to 10 nm in the film, and the mechanical strength is as low as 1/10 or less than that of a conventional TEOS film. Therefore, in a conventional semiconductor device using a low dielectric constant film, a second insulating film 7 serving as a cap film and a third insulating film 8 serving as a liner film are provided between interlayer insulating films that are low dielectric constant films. Therefore, a structure that improves the process controllability of the insulating film is used. Here, the semiconductor device formed by the damascene method has these liner films, interlayer insulating films, and cap films deposited in multiple layers, and there are many interfaces between the insulating films and the insulating films. ing. Since the low dielectric constant film is a hydrophobic film and the liner film is a hydrophilic film, the interface between the low dielectric constant film and the liner film is weak. Furthermore, an interface between the metal film and the liner film having a lower adhesion exists on the extended line of the interface between the low dielectric constant film and the liner film. Therefore, when polishing the upper layer of the multilayer wiring by the CMP method, when dicing in the assembly process of the semiconductor device, or when probing in the measurement test, as shown in FIG. 14, in the scribe line forming region or the wiring forming region. A load is applied in the vertical and horizontal directions of the wiring, vertical stress and shear stress are generated, and the interface between the fifth insulating film 10 and the sixth insulating film 19 which is a low dielectric constant film and the second wiring 17 Film peeling occurs at the interface with the sixth insulating film 19 or cracks occur in the second wiring 17. When the metal film is embedded in this film peeling, a wiring connection failure such as a short circuit between wirings is caused, and when a crack is generated, a non-conducting failure is caused.

本発明の目的は、絶縁膜−絶縁膜間の界面及び配線−絶縁膜間の界面における膜剥がれやクラック等による不良が生じない低誘電率膜を用いた半導体装置及びその製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a semiconductor device using a low dielectric constant film that does not cause defects due to film peeling or cracks at the interface between the insulating film and the insulating film and at the interface between the wiring and the insulating film, and a method for manufacturing the same. It is.

本発明における半導体装置は、半導体基板の上に形成された第1の絶縁膜と、第1の絶縁膜に形成された第1の配線溝に埋め込まれた第1の配線と、第1の絶縁膜の上に形成された第2の絶縁膜と、第2の絶縁膜に形成された第2の配線溝に埋め込まれた第2の配線とを有する半導体装置において、第2の絶縁膜及び第1の絶縁膜を貫通して設けられた第1の支柱を有する。   The semiconductor device according to the present invention includes a first insulating film formed on a semiconductor substrate, a first wiring embedded in a first wiring groove formed in the first insulating film, and a first insulation. In a semiconductor device having a second insulating film formed on a film and a second wiring embedded in a second wiring groove formed in the second insulating film, the second insulating film and the second insulating film The first support column is provided to penetrate through one insulating film.

また、上記半導体装置は、第2の絶縁膜の上に形成された第3の絶縁膜と、第3の絶縁膜に形成された第3の配線溝に埋め込まれた第3の配線と、第3の絶縁膜及び第2の絶縁膜を貫通して設けられた第2の支柱とを有し、第2の支柱は、少なくとも側面の一部が第1の支柱に接している。   The semiconductor device includes a third insulating film formed on the second insulating film, a third wiring embedded in a third wiring groove formed in the third insulating film, 3 and the second support column provided through the second insulating film, and at least a part of the side surface of the second support column is in contact with the first support column.

また、上記半導体装置は、第2の絶縁膜の上に形成された第3の絶縁膜と、第3の絶縁膜に形成された第3の配線溝に埋め込まれた第3の配線と、第3の絶縁膜の上に形成された第4の絶縁膜と、第4の絶縁膜に形成された第4の配線溝に埋め込まれた第4の配線と、第4の絶縁膜及び第3の絶縁膜を貫通して設けられた第3の支柱とを有し、第3の支柱は、少なくとも底面の一部が第1の支柱に接している。   The semiconductor device includes a third insulating film formed on the second insulating film, a third wiring embedded in a third wiring groove formed in the third insulating film, A fourth insulating film formed on the third insulating film, a fourth wiring embedded in a fourth wiring groove formed in the fourth insulating film, a fourth insulating film, and a third insulating film And a third column provided through the insulating film, and at least a part of the bottom surface of the third column is in contact with the first column.

本発明にかかる半導体装置によれば、多層配線のうち少なくとも2つの配線が形成されている絶縁膜を貫通して設けられた支柱を形成することができるため、絶縁膜−絶縁膜間の界面及び配線−絶縁膜間の界面の膜剥がれやクラックを防止することができる。   According to the semiconductor device of the present invention, it is possible to form the support pillars penetrating through the insulating film in which at least two wirings of the multilayer wiring are formed. Film peeling and cracks at the interface between the wiring and the insulating film can be prevented.

また、上記半導体装置は、第2の配線の底部には、第2の配線と一体化形成された第1の接続プラグを有し、第1の接続プラグは、第1の配線に接続されている。   The semiconductor device has a first connection plug integrally formed with the second wiring at the bottom of the second wiring, and the first connection plug is connected to the first wiring. Yes.

また、上記半導体装置は、第2の絶縁膜は、比誘電率が3.7よりも小さい低誘電率膜を有する。   In the semiconductor device, the second insulating film has a low dielectric constant film whose relative dielectric constant is smaller than 3.7.

また、上記半導体装置は、低誘電率膜は、炭素含有シリコン酸化膜である。   In the semiconductor device, the low dielectric constant film is a carbon-containing silicon oxide film.

また、上記半導体装置は、第1の支柱は、バリアメタルと金属膜とからなる。   In the semiconductor device, the first support column is composed of a barrier metal and a metal film.

また、上記半導体装置は、第1の支柱は、第1の配線及び第2の配線のうち少なくとも一方に接続されている。   In the semiconductor device, the first support column is connected to at least one of the first wiring and the second wiring.

また、上記半導体装置は、第1の支柱は、低誘電率膜よりも比誘電率が高い絶縁膜からなる。   In the semiconductor device, the first support column is made of an insulating film having a relative dielectric constant higher than that of the low dielectric constant film.

また、本発明における半導体装置の製造方法は、半導体基板の上に形成された第1の絶縁膜に第1の配線溝を形成する工程(a)と、第1の配線溝に第1の配線を埋め込む工程(b)と、工程(b)の後に、第1の絶縁膜の上に第2の絶縁膜を形成する工程(c)と、第2の絶縁膜に第2の配線溝を形成する工程(d)と、第2の配線溝に第2の配線を埋め込む工程(e)と、第2の絶縁膜及び第1の絶縁膜を貫通する支柱を形成する工程(f)とを有する。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device comprising: a step (a) of forming a first wiring groove in a first insulating film formed on a semiconductor substrate; and a first wiring in the first wiring groove. A step (b) of embedding, a step (c) of forming a second insulating film on the first insulating film after the step (b), and forming a second wiring trench in the second insulating film A step (d), a step (e) of embedding the second wiring in the second wiring trench, and a step (f) of forming a second insulating film and a support penetrating the first insulating film. .

本発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、多層配線のうち少なくとも2つの配線が形成されている絶縁膜を貫通して設けられた支柱を形成することができるため、絶縁膜−絶縁膜間の界面及び配線−絶縁膜間の界面の膜剥がれやクラックを防止することができる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, it is possible to form a pillar provided through an insulating film in which at least two wirings of multilayer wiring are formed. It is possible to prevent film peeling and cracks at the interface and between the wiring and the insulating film.

また、上記半導体装置の製造方法は、第2の絶縁膜は、比誘電率が3.7よりも小さい低誘電率膜を有する。   In the method for manufacturing a semiconductor device, the second insulating film has a low dielectric constant film having a relative dielectric constant smaller than 3.7.

また、上記半導体装置の製造方法は、低誘電率膜は、炭素含有シリコン酸化膜である。   In the method for manufacturing a semiconductor device, the low dielectric constant film is a carbon-containing silicon oxide film.

また、上記半導体装置の製造方法は、工程(f)は、第2の絶縁膜及び第1の絶縁膜を突き抜けるスルーホールを形成する工程(f1)と、スルーホールに金属膜からなる支柱を埋め込む工程(f2)とを有する。   In the method for manufacturing a semiconductor device, the step (f) includes a step (f1) of forming a through hole penetrating the second insulating film and the first insulating film, and a column made of a metal film is embedded in the through hole. Step (f2).

また、上記半導体装置の製造方法は、工程(d)の後であって工程(e)の前に、スルーホールの形成を行い、工程(e)における第2の配線の形成と工程(f2)における支柱の形成は、同一工程で同時に形成する。   Further, in the method of manufacturing the semiconductor device, after the step (d) and before the step (e), the through hole is formed, and the second wiring in the step (e) and the step (f2) are formed. The columns are formed at the same time in the same process.

本発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、半導体基板に接続している配線と多層配線内に多層配線層のうち少なくとも2つの配線層が形成されている絶縁膜を貫通して設けられた金属膜からなる支柱とを同時に形成することができる。   According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the wiring connected to the semiconductor substrate and the insulating film in which at least two wiring layers of the multilayer wiring layers are formed in the multilayer wiring are provided. A support made of a metal film can be formed at the same time.

また、上記半導体装置の製造方法は、工程(f)は、第2の絶縁膜及び第1の絶縁膜を突き抜けるスルーホールを形成する工程(f1)と、スルーホールに低誘電率膜よりも比誘電率が高い絶縁膜を埋め込んで支柱を形成する工程(f2)とを有する。   Further, in the method for manufacturing the semiconductor device, the step (f) includes a step (f1) of forming a through hole penetrating the second insulating film and the first insulating film, and the ratio of the through hole to the through hole is lower than that of the low dielectric constant film. And a step (f2) of forming a support by embedding an insulating film having a high dielectric constant.

本発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、多層配線層のうち少なくとも2つの配線層が形成されている絶縁膜を貫通して設けられた支柱に絶縁膜が用いられているため、多層配線層のうち少なくとも2つの配線層が形成されている絶縁膜を貫通して設けられた支柱に金属膜を用いる場合に比べて低誘電率化を図ることができる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, since the insulating film is used for the support provided through the insulating film in which at least two of the multilayer wiring layers are formed, the multilayer wiring The dielectric constant can be reduced as compared with the case where a metal film is used for the support provided through the insulating film in which at least two wiring layers of the layers are formed.

本発明の半導体装置及びその製造方法によれば、多層配線層のうち少なくとも2つの配線層が形成されている絶縁膜を貫通して設けられた金属膜又は絶縁膜からなる支柱を形成することができるため、絶縁膜−絶縁膜間の界面及び絶縁膜−金属膜間の界面の膜剥がれやクラック発生を防止することが可能となり、配線間ショートや非電通不良等の配線接続不良の発生を抑制することができる。   According to the semiconductor device and the manufacturing method thereof of the present invention, it is possible to form a support made of a metal film or an insulating film provided through an insulating film in which at least two wiring layers of the multilayer wiring layer are formed. Therefore, it is possible to prevent film peeling and cracking at the interface between the insulating film and the insulating film and between the insulating film and the metal film, and to suppress the occurrence of wiring connection defects such as short circuit between wirings and non-conducting defects. can do.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
第1の実施形態として、多層配線層のうち少なくとも2つの配線層が形成されている絶縁膜を貫通して設けられた支柱として金属膜を用いた場合について説明する。図1は、本実施形態における半導体装置を示す断面図である。図中において、右側は配線形成領域Rlogicを示し、左側はスクライブライン領域Scribeを示している。
(First embodiment)
As a first embodiment, a case will be described in which a metal film is used as a support provided through an insulating film in which at least two wiring layers of a multilayer wiring layer are formed. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to this embodiment. In the drawing, the right side shows a wiring formation region Rlogic, and the left side shows a scribe line region Scribe.

配線形成領域Rlogicには、トランジスタ等の素子が形成された半導体基板101の上に形成された第1の絶縁膜102と、第1の絶縁膜102に形成された配線溝(図示せず)に埋め込まれた第1のバリアメタル104及び第1の金属膜105からなる第1の配線106とから構成される第1の配線層501を有している。また、第1の配線106を含む第1の絶縁膜102の上に形成された第2の絶縁膜107と、第2の絶縁膜107の上に形成された第3の絶縁膜108と、第3の絶縁膜108の上に形成された低誘電率膜である第4の絶縁膜109と、第4の絶縁膜109の上に形成された低誘電率膜である第5の絶縁膜110と、第1の配線106の上部の第5の絶縁膜110及び第4の絶縁膜109に形成された配線溝(図示せず)に埋め込まれた第2のバリアメタル115及び第2の金属膜116からなる第2の配線117と、第1の配線106と第2の配線117とを電気的に接続するように第2の配線117の底部に一体化形成された第1の接続プラグ118とから構成される第2の配線層502を有している。また、第2の配線117を含む第5の絶縁膜110の上に形成された第6の絶縁膜124と、第6の絶縁膜124の上に形成された第7の絶縁膜125と、第7の絶縁膜125の上に形成された低誘電率膜である第8の絶縁膜126と、第8の絶縁膜126の上に形成された低誘電率膜である第9の絶縁膜127と、第2の配線117上の上部の第9の絶縁膜127及び第8の絶縁膜126に形成された配線溝(図示せず)に埋め込まれた第4のバリアメタル128及び第4の金属膜129からなる第3の配線130と、第2の配線117と第3の配線130とを電気的に接続するように第3の配線130の底部に一体化形成された第2の接続プラグ131とから構成される第3の配線層503を有している。   In the wiring formation region Rlogic, a first insulating film 102 formed on the semiconductor substrate 101 on which elements such as transistors are formed, and a wiring groove (not shown) formed in the first insulating film 102 are formed. It has a first wiring layer 501 composed of a buried first barrier metal 104 and a first wiring 106 made of a first metal film 105. The second insulating film 107 formed on the first insulating film 102 including the first wiring 106, the third insulating film 108 formed on the second insulating film 107, A fourth insulating film 109 which is a low dielectric constant film formed on the third insulating film 108, and a fifth insulating film 110 which is a low dielectric constant film formed on the fourth insulating film 109; The second barrier metal 115 and the second metal film 116 embedded in the wiring trench (not shown) formed in the fifth insulating film 110 and the fourth insulating film 109 on the first wiring 106. And a first connection plug 118 integrally formed at the bottom of the second wiring 117 so as to electrically connect the first wiring 106 and the second wiring 117. A second wiring layer 502 is provided. Further, a sixth insulating film 124 formed on the fifth insulating film 110 including the second wiring 117, a seventh insulating film 125 formed on the sixth insulating film 124, An eighth insulating film 126 which is a low dielectric constant film formed on the seventh insulating film 125, and a ninth insulating film 127 which is a low dielectric constant film formed on the eighth insulating film 126; The fourth barrier metal 128 and the fourth metal film embedded in the wiring trench (not shown) formed in the upper ninth insulating film 127 and the eighth insulating film 126 on the second wiring 117. And a second connection plug 131 integrally formed at the bottom of the third wiring 130 so as to electrically connect the second wiring 117 and the third wiring 130. A third wiring layer 503 is formed.

スクライブライン領域Scribeには、半導体基板101の上に形成された第1の絶縁膜102と、第1の絶縁膜102の上に形成された第2の絶縁膜107と、第2の絶縁膜107の上に形成された第3の絶縁膜108と、第3の絶縁膜108の上に形成された低誘電率膜である第4の絶縁膜109と、第4の絶縁膜109の上に形成された低誘電率膜である第5の絶縁膜110と、第5の絶縁膜110、第4の絶縁膜109、第3の絶縁膜108、第2の絶縁膜107及び第1の絶縁膜102、すなわち、第2の配線層502及び第1の配線層501の絶縁膜を突き抜けるように形成されたスルーホール(図示せず)に埋め込まれた第3のバリアメタル121及び第3の金属膜122からなる第1の支柱123と、第1の支柱123を含む第5の絶縁膜110の上に形成された第6の絶縁膜124と、第6の絶縁膜124の上に形成された第7の絶縁膜125と、第7の絶縁膜125の上に形成された低誘電率膜である第8の絶縁膜126と、第8の絶縁膜126の上に形成された低誘電率膜である第9の絶縁膜127と、第9の絶縁膜127、第8の絶縁膜126、第7の絶縁膜125、第6の絶縁膜124、第5の絶縁膜110、第4の絶縁膜109、第3の絶縁膜108及び第2の絶縁膜107、すなわち、第3の配線層503及び第2の配線層502の絶縁膜を突き抜けるスルーホール(図示せず)に埋め込まれた第5のバリアメタル132及び第5の金属膜133からなる第2の支柱134とを有している。   In the scribe line region Scribe, a first insulating film 102 formed on the semiconductor substrate 101, a second insulating film 107 formed on the first insulating film 102, and a second insulating film 107 Formed on the third insulating film 108, the fourth insulating film 109, which is a low dielectric constant film formed on the third insulating film 108, and the fourth insulating film 109. The fifth insulating film 110, which is a low dielectric constant film, the fifth insulating film 110, the fourth insulating film 109, the third insulating film 108, the second insulating film 107, and the first insulating film 102 That is, the third barrier metal 121 and the third metal film 122 embedded in a through hole (not shown) formed so as to penetrate through the insulating films of the second wiring layer 502 and the first wiring layer 501. The first support 123 and the first support 123 are The sixth insulating film 124 formed on the fifth insulating film 110, the seventh insulating film 125 formed on the sixth insulating film 124, and the seventh insulating film 125 An eighth insulating film 126 which is a formed low dielectric constant film, a ninth insulating film 127 which is a low dielectric constant film formed on the eighth insulating film 126, a ninth insulating film 127, The eighth insulating film 126, the seventh insulating film 125, the sixth insulating film 124, the fifth insulating film 110, the fourth insulating film 109, the third insulating film 108, and the second insulating film 107, that is, The second pillar 134 made of the fifth barrier metal 132 and the fifth metal film 133 embedded in a through hole (not shown) that penetrates through the insulating films of the third wiring layer 503 and the second wiring layer 502. And have.

なお、本実施形態は、第1の支柱123及び第2の支柱134は、多層配線層のうち少なくとも2つの配線層が形成されている絶縁膜を貫いていればそれ以上の深さを貫いていてもよい。また、第1の支柱123及び第2の支柱134は、各配線層に少なくとも一つ貫いていればよい。また、スクライブライン領域Scribeからの膜剥がれを防止するために、スクライブライン領域Scribeに第1の支柱123及び第2の支柱134を設けたが、スクライブライン領域Scribe以外の箇所からの膜剥がれ、すなわち、配線形成領域Rlogic内の配線間隔の広い領域等からの膜剥がれを防止するために、配線形成領域Rlogicに支柱を設けてもよい。さらに、本実施形態においては、第1の支柱123及び第2の支柱134は、第1の配線106、第2の配線117及び第3の配線130のいずれにも電気的に接続されていないが、各配線間を接続する接続配線として用いてもよい。例えば、第1の支柱123の下部と第1の配線106を接続し、第1の支柱123の上部と第2の配線117とを接続することにより、第1の接続プラグ118を形成しなくても第1の配線106と第2の配線117とを電気的に配線することができる。   In the present embodiment, the first support post 123 and the second support post 134 penetrate through an insulating film on which at least two wiring layers of the multilayer wiring layer are formed so as to penetrate deeper than that. May be. Moreover, the 1st support | pillar 123 and the 2nd support | pillar 134 should just penetrate at least 1 each wiring layer. Further, in order to prevent film peeling from the scribe line area Scribe, the first support post 123 and the second support post 134 are provided in the scribe line area Scribe, but film peeling from places other than the scribe line area Scribe, that is, In order to prevent film peeling from a region having a large wiring interval in the wiring formation region Rlogic, a support may be provided in the wiring formation region Rlogic. Further, in the present embodiment, the first column 123 and the second column 134 are not electrically connected to any of the first wiring 106, the second wiring 117, and the third wiring 130. Alternatively, it may be used as a connection wiring for connecting each wiring. For example, the first connection plug 118 is not formed by connecting the lower portion of the first support column 123 and the first wiring 106 and connecting the upper portion of the first support column 123 and the second wiring 117. In addition, the first wiring 106 and the second wiring 117 can be electrically wired.

本実施形態によれば、多層配線層のうち少なくとも2つの配線層が形成されている絶縁膜を貫通して設けられた金属膜からなる支柱を有するため、脆弱な低誘電率膜を含む絶縁膜の積層を有する半導体装置を補強することができ、上層のCMPの際に発生する垂直応力・せん断応力による下層の絶縁膜−絶縁膜間の界面及び配線−絶縁膜間の界面の膜剥がれやクラックを防止することが可能となる。したがって、配線間ショート等の配線接続不良を抑制することができる。   According to the present embodiment, the insulating film including the fragile low dielectric constant film has the support column made of the metal film provided through the insulating film in which at least two wiring layers of the multilayer wiring layers are formed. The semiconductor device having a multilayer structure can be reinforced, and film peeling or cracking at the interface between the lower insulating film and the insulating film and at the interface between the wiring and the insulating film due to vertical stress / shear stress generated during CMP of the upper layer Can be prevented. Accordingly, it is possible to suppress wiring connection failures such as a short circuit between wirings.

(第1の実施形態に係る第1の半導体装置の製造方法)
本発明の第1の実施形態に係る第1の半導体装置の製造方法について説明する。図2(a)〜図3(e)は、本発明の第1の実施形態に係る第1の半導体装置の製造工程を示す断面図である。図中において、右側は配線形成領域Rlogicを示し、左側はスクライブライン領域Scribeを示している。
(Method for Manufacturing First Semiconductor Device According to First Embodiment)
A method for manufacturing the first semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 2A to FIG. 3E are cross-sectional views showing manufacturing steps of the first semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. In the drawing, the right side shows a wiring formation region Rlogic, and the left side shows a scribe line region Scribe.

まず、図2(a)に示すように、配線形成領域Rlogicにおいて、トランジスタ等の半導体素子を形成した半導体基板101上に形成された第1の絶縁膜102に、フォトリソグラフィ法及びドライエッチング法により、第1の配線溝103を形成する。   First, as shown in FIG. 2A, in the wiring formation region Rlogic, a first insulating film 102 formed on a semiconductor substrate 101 on which a semiconductor element such as a transistor is formed is formed by a photolithography method and a dry etching method. Then, the first wiring groove 103 is formed.

次に、図2(b)に示すように、スパッタ法により、第1の絶縁膜102上に第1の配線溝103を埋めるように、銅拡散防止の第1のバリアメタル104となるタンタルナイトライド/タンタルの積層膜(図示せず)及び第1の金属膜105となる銅(図示せず)を順次堆積する。その後、CMP法により、銅及びタンタルナイトライド/タンタルの積層膜を研磨し、第1の配線溝103の中に銅及びタンタルナイトライド/タンタルの積層膜を残し、第1の配線溝103以外の部分に第1の絶縁膜102を露出させて、第1のバリアメタル104及び第1の金属膜105からなる第1の配線106を形成する。   Next, as shown in FIG. 2B, tantalum nitride which becomes the first barrier metal 104 for preventing copper diffusion so as to fill the first wiring groove 103 on the first insulating film 102 by sputtering. A laminated film (not shown) of ride / tantalum and copper (not shown) to be the first metal film 105 are sequentially deposited. After that, the copper and tantalum nitride / tantalum laminated film is polished by CMP to leave the copper and tantalum nitride / tantalum laminated film in the first wiring groove 103, and other than the first wiring groove 103. The first insulating film 102 is exposed in the portion, and the first wiring 106 made of the first barrier metal 104 and the first metal film 105 is formed.

次に、図2(c)に示すように、CVD法により、第1の配線106を含む第1の絶縁膜102の上に、例えば、厚さ30nmの第2の絶縁膜107及び厚さ30nmの第3の絶縁膜108を順次堆積する。ここで、例えば、第2の絶縁膜107としては、シリコン窒化炭化膜を用いて、第3の絶縁膜108としては、シリコン酸化炭化膜を用いる。   Next, as illustrated in FIG. 2C, for example, a second insulating film 107 having a thickness of 30 nm and a thickness of 30 nm are formed on the first insulating film 102 including the first wiring 106 by a CVD method. The third insulating film 108 is sequentially deposited. Here, for example, a silicon nitride carbide film is used as the second insulating film 107, and a silicon oxycarbide film is used as the third insulating film 108.

次に、図2(d)に示すように、CVD法により、第3の絶縁膜108の上に、例えば、厚さ600nmの第4の絶縁膜109を堆積する。ここで、例えば、第4の絶縁膜109としては、低誘電率膜である炭素含有シリコン酸化膜を用いる。その後、CMP法により、第4の絶縁膜109を厚さ100nm程研磨して平坦化する。   Next, as shown in FIG. 2D, a fourth insulating film 109 having a thickness of 600 nm, for example, is deposited on the third insulating film 108 by CVD. Here, for example, as the fourth insulating film 109, a carbon-containing silicon oxide film which is a low dielectric constant film is used. Thereafter, the fourth insulating film 109 is polished and planarized by a thickness of about 100 nm by a CMP method.

次に、図2(e)に示すように、CVD法により、平坦化した第4の絶縁膜109上に、例えば、厚さ50nmの第5の絶縁膜110を堆積する。ここで、例えば、第5の絶縁膜110としては、低誘電率膜であるシリコン酸化膜を用いる。   Next, as shown in FIG. 2E, a fifth insulating film 110 of, eg, a 50 nm-thickness is deposited on the planarized fourth insulating film 109 by a CVD method. Here, for example, as the fifth insulating film 110, a silicon oxide film which is a low dielectric constant film is used.

次に、図3(a)に示すように、フォトリソグラフィ法により、第5の絶縁膜110の上に、第1の配線106の上部に開口を持つフォトレジスト111を形成する。次に、ドライエッチング法により、このフォトレジスト111をマスクとして、第1の配線106の上部の第5の絶縁膜110、第4の絶縁膜109、第3の絶縁膜108及び第2の絶縁膜107を除去し、第1のスルーホール112を形成する。その後、アッシングにより、フォトレジスト111を除去する。   Next, as illustrated in FIG. 3A, a photoresist 111 having an opening above the first wiring 106 is formed on the fifth insulating film 110 by photolithography. Next, the fifth insulating film 110, the fourth insulating film 109, the third insulating film 108, and the second insulating film above the first wiring 106 are formed by dry etching using the photoresist 111 as a mask. 107 is removed and a first through hole 112 is formed. Thereafter, the photoresist 111 is removed by ashing.

次に、図3(b)に示すように、フォトリソグラフィ法により、第5の絶縁膜110の上に、第1の配線106の上部に第1のスルーホール112より幅の大きい開口を持つフォトレジスト113を形成する。次に、ドライエッチング法により、このフォトレジスト113をマスクとして、第1の配線106の上部の第5の絶縁膜110及び第4の絶縁膜109の厚さ250nm程を除去し、第2の配線溝114を形成する。その後、アッシングにより、フォトレジスト113を除去する。   Next, as shown in FIG. 3B, a photo having an opening larger in width than the first through hole 112 on the first insulating layer 106 on the fifth insulating film 110 by photolithography. A resist 113 is formed. Next, by dry etching, using the photoresist 113 as a mask, the thickness of about 250 nm of the fifth insulating film 110 and the fourth insulating film 109 on the first wiring 106 is removed, and the second wiring is removed. A groove 114 is formed. Thereafter, the photoresist 113 is removed by ashing.

次に、図3(c)に示すように、スパッタ法により、第1のスルーホール112及び第2の配線溝114を埋めるように、銅拡散防止の第2のバリアメタル115となるタンタルナイトライド/タンタルの積層膜(図示せず)及び第2の金属膜116となる銅(図示せず)を順次堆積する。その後、CMP法により、銅及びタンタルナイトライド/タンタルの積層膜を研磨し、第1のスルーホール112及び第2の配線溝114の中に銅及びタンタルナイトライド/タンタルの積層膜を残し、第1のスルーホール112及び第2の配線溝114以外の部分に第5の絶縁膜110を露出させて、第2のバリアメタル115及び第2の金属膜116からなる第2の配線117及び第1の接続プラグ118を形成する。このとき、第1の配線106と、第2の配線117とは第1の接続プラグ118により電気的に接続されている。   Next, as shown in FIG. 3C, tantalum nitride that becomes the second barrier metal 115 for preventing copper diffusion so as to fill the first through hole 112 and the second wiring groove 114 by sputtering. A copper / tantalum film (not shown) and copper (not shown) to be the second metal film 116 are sequentially deposited. Thereafter, the copper and tantalum nitride / tantalum laminated film is polished by CMP to leave the copper and tantalum nitride / tantalum laminated film in the first through hole 112 and the second wiring groove 114, The fifth insulating film 110 is exposed at portions other than the first through hole 112 and the second wiring groove 114, and the second wiring 117 and the first wiring made of the second barrier metal 115 and the second metal film 116 are formed. The connection plug 118 is formed. At this time, the first wiring 106 and the second wiring 117 are electrically connected by the first connection plug 118.

次に、図3(d)に示すように、スクライブライン領域Scribeにおいて、フォトリソグラフィ法により、第2の配線117を含む第5の絶縁膜110の上に、第1のスルーホール112と同じかそれ以上の幅の開口を持つフォトレジスト119を形成する。次に、ドライエッチング法により、このフォトレジスト119をマスクとして、第5の絶縁膜110、第4の絶縁膜109、第3の絶縁膜108、第2の絶縁膜107及び第1の絶縁膜102を除去し、第2のスルーホール120を形成する。その後、アッシングにより、フォトレジスト119を除去する。   Next, as shown in FIG. 3D, in the scribe line region Scribe, is the same as the first through hole 112 formed on the fifth insulating film 110 including the second wiring 117 by photolithography? A photoresist 119 having an opening larger than that is formed. Next, the fifth insulating film 110, the fourth insulating film 109, the third insulating film 108, the second insulating film 107, and the first insulating film 102 are formed by dry etching using the photoresist 119 as a mask. And the second through hole 120 is formed. Thereafter, the photoresist 119 is removed by ashing.

次に、図3(e)に示すように、スパッタ法により、第2のスルーホール120を埋めるように、銅拡散防止の第3のバリアメタル121となるタンタルナイトライド/タンタルの積層膜(図示せず)及び第3の金属膜122となる銅(図示せず)を順次堆積する。その後、CMP法により、銅及びタンタルナイトライド/タンタルの積層膜を研磨し、第2のスルーホール120の中に銅及びタンタルナイトライド/タンタルの積層膜を残し、第2のスルーホール120以外の部分に第5の絶縁膜110を露出させて、第3のバリアメタル121及び第3の金属膜122からなる第1の支柱123を形成する。   Next, as shown in FIG. 3 (e), a tantalum nitride / tantalum laminated film (FIG. 3) to be the third barrier metal 121 for preventing copper diffusion so as to fill the second through hole 120 by sputtering. (Not shown) and copper (not shown) to be the third metal film 122 are sequentially deposited. Thereafter, the copper and tantalum nitride / tantalum laminated film is polished by CMP to leave the copper and tantalum nitride / tantalum laminated film in the second through-hole 120, and other than the second through-hole 120. The fifth insulating film 110 is exposed in the portion, and the first support column 123 made of the third barrier metal 121 and the third metal film 122 is formed.

以上の、図2(c)〜図3(e)の工程を繰り返すことにより、図1に示すような低誘電率膜を用いた半導体装置が形成される。なお、第2のスルーホール120及び第1の支柱123は、多層配線層のうち少なくとも2つの配線層が形成されている絶縁膜を貫いていればそれ以上の深さを貫いていてもよい。また、第2のスルーホール120及び第1の支柱123は、各配線層に少なくとも一つ貫いていればよい。また、スクライブライン領域Scribeからの膜剥がれを防止するために、スクライブライン領域Scribeに第1の支柱123を設けたが、スクライブライン領域Scribe以外の箇所からの膜剥がれ、すなわち、配線形成領域Rlogic内の配線間隔の広い領域等からの膜剥がれを防止するために、配線形成領域Rlogicに支柱を設けてもよい。   By repeating the steps shown in FIGS. 2C to 3E, a semiconductor device using a low dielectric constant film as shown in FIG. 1 is formed. Note that the second through-hole 120 and the first support pillar 123 may penetrate deeper as long as they penetrate the insulating film in which at least two wiring layers of the multilayer wiring layer are formed. Further, it is only necessary that at least one second through hole 120 and first support pillar 123 penetrate each wiring layer. In addition, in order to prevent film peeling from the scribe line area Scribe, the first support column 123 is provided in the scribe line area Scribe. In order to prevent film peeling from a region having a large wiring interval, a post may be provided in the wiring formation region Rlogic.

本実施形態の第1の半導体装置の製造方法によれば、多層配線層のうち少なくとも2つの配線層が形成されている絶縁膜を貫通して設けられた金属膜からなる支柱を形成することができるため、脆弱な低誘電率膜を含む絶縁膜の積層を有する半導体装置を補強することができ、上層のCMPの際に発生する垂直応力・せん断応力による下層の絶縁膜−絶縁膜間の界面及び配線−絶縁膜間の界面の膜剥がれやクラックを防止することが可能となる。そのため、配線間ショート等の配線接続不良を抑制することができる。   According to the first method for manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, it is possible to form the support column made of the metal film provided through the insulating film in which at least two wiring layers of the multilayer wiring layer are formed. Therefore, it is possible to reinforce a semiconductor device having a stack of insulating films including a fragile low dielectric constant film, and an interface between a lower insulating film and an insulating film due to a normal stress / shear stress generated in the upper CMP process. In addition, film peeling and cracks at the interface between the wiring and the insulating film can be prevented. Therefore, it is possible to suppress wiring connection failures such as a short circuit between wirings.

(第1の実施形態に係る第2の半導体装置の製造方法)
本発明の第1の実施形態に係る第2の半導体装置の製造方法について説明する。図4(a)〜図5(d)は、本発明の第1の実施形態に係る第2の半導体装置の製造工程を示す断面図である。図中において、右側は配線形成領域Rlogicを示し、左側はスクライブライン領域Scribeを示している。
(Method for Manufacturing Second Semiconductor Device According to First Embodiment)
A method for manufacturing the second semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 4A to FIG. 5D are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of the second semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. In the drawing, the right side shows a wiring formation region Rlogic, and the left side shows a scribe line region Scribe.

まず、図4(a)に示すように、配線形成領域Rlogicにおいて、トランジスタ等の半導体素子を形成した半導体基板101上に形成された第1の絶縁膜102に、フォトリソグラフィ法及びドライエッチング法により、第1の配線溝103を形成する。   First, as shown in FIG. 4A, in the wiring formation region Rlogic, a first insulating film 102 formed on a semiconductor substrate 101 on which a semiconductor element such as a transistor is formed is formed by a photolithography method and a dry etching method. Then, the first wiring groove 103 is formed.

次に、図4(b)に示すように、スパッタ法により、第1の絶縁膜102上に第1の配線溝103を埋めるように、銅拡散防止の第1のバリアメタル104となるタンタルナイトライド/タンタルの積層膜(図示せず)及び第1の金属膜105となる銅(図示せず)を順次堆積する。その後、CMP法により、銅及びタンタルナイトライド/タンタルの積層膜を研磨し、第1の配線溝103の中に銅及びタンタルナイトライド/タンタルの積層膜を残し、第1の配線溝103以外の部分に第1の絶縁膜102を露出させて、第1のバリアメタル104及び第1の金属膜105からなる第1の配線106を形成する。   Next, as shown in FIG. 4B, tantalum nitride which becomes the first barrier metal 104 for preventing copper diffusion so as to fill the first wiring groove 103 on the first insulating film 102 by sputtering. A laminated film (not shown) of ride / tantalum and copper (not shown) to be the first metal film 105 are sequentially deposited. After that, the copper and tantalum nitride / tantalum laminated film is polished by CMP to leave the copper and tantalum nitride / tantalum laminated film in the first wiring groove 103, and other than the first wiring groove 103. The first insulating film 102 is exposed in the portion, and the first wiring 106 made of the first barrier metal 104 and the first metal film 105 is formed.

次に、図4(c)に示すように、CVD法により、第1の配線106を含む第1の絶縁膜102の上に、例えば、厚さ30nmの第2の絶縁膜107及び厚さ30nmの第3の絶縁膜108を順次堆積する。ここで、例えば、第2の絶縁膜107としては、シリコン窒化炭化膜を用いて、第3の絶縁膜108としては、シリコン酸化炭化膜を用いる。   Next, as shown in FIG. 4C, for example, a second insulating film 107 having a thickness of 30 nm and a thickness of 30 nm are formed on the first insulating film 102 including the first wiring 106 by a CVD method. The third insulating film 108 is sequentially deposited. Here, for example, a silicon nitride carbide film is used as the second insulating film 107, and a silicon oxycarbide film is used as the third insulating film 108.

次に、図4(d)に示すように、CVD法により、第3の絶縁膜108の上に、例えば、厚さ600nmの第4の絶縁膜109を堆積する。ここで、例えば、第4の絶縁膜109としては、低誘電率膜である炭素含有シリコン酸化膜を用いる。その後、CMP法により、第4の絶縁膜109を厚さ100nm程研磨して平坦化する。   Next, as shown in FIG. 4D, a fourth insulating film 109 having a thickness of 600 nm, for example, is deposited on the third insulating film 108 by CVD. Here, for example, as the fourth insulating film 109, a carbon-containing silicon oxide film which is a low dielectric constant film is used. Thereafter, the fourth insulating film 109 is polished and planarized by a thickness of about 100 nm by a CMP method.

次に、図4(e)に示すように、CVD法により、平坦化した第4の絶縁膜109上に、例えば、厚さ50nmの第5の絶縁膜110を堆積する。ここで、例えば、第5の絶縁膜110としては、低誘電率膜であるシリコン酸化膜を用いる。   Next, as shown in FIG. 4E, a fifth insulating film 110 having a thickness of, for example, 50 nm is deposited on the planarized fourth insulating film 109 by a CVD method. Here, for example, as the fifth insulating film 110, a silicon oxide film which is a low dielectric constant film is used.

次に、図5(a)に示すように、フォトリソグラフィ法により、第5の絶縁膜110の上に、第1の配線106の上部に開口を持つフォトレジスト111を形成する。次に、ドライエッチング法により、このフォトレジスト111をマスクとして、第1の配線106の上部の第5の絶縁膜110、第4の絶縁膜109、第3の絶縁膜108及び第2の絶縁膜107を除去し、第1のスルーホール112を形成する。その後、アッシングにより、フォトレジスト111を除去する。   Next, as shown in FIG. 5A, a photoresist 111 having an opening above the first wiring 106 is formed on the fifth insulating film 110 by photolithography. Next, the fifth insulating film 110, the fourth insulating film 109, the third insulating film 108, and the second insulating film above the first wiring 106 are formed by dry etching using the photoresist 111 as a mask. 107 is removed and a first through hole 112 is formed. Thereafter, the photoresist 111 is removed by ashing.

次に、図5(b)に示すように、フォトリソグラフィ法により、第5の絶縁膜110の上に、第1の配線106の上部に第1のスルーホール112より幅の大きい開口を持つフォトレジスト113を形成する。次に、ドライエッチング法により、このフォトレジスト113をマスクとして、第1の配線106の上部の第5の絶縁膜110及び第4の絶縁膜109の厚さ250nm程を除去し、第2の配線溝114を形成する。その後、アッシングにより、フォトレジスト113を除去する。   Next, as shown in FIG. 5B, a photo having an opening larger in width than the first through hole 112 on the first insulating layer 106 on the fifth insulating film 110 by photolithography. A resist 113 is formed. Next, by dry etching, using the photoresist 113 as a mask, the thickness of about 250 nm of the fifth insulating film 110 and the fourth insulating film 109 on the first wiring 106 is removed, and the second wiring is removed. A groove 114 is formed. Thereafter, the photoresist 113 is removed by ashing.

次に、図5(c)に示すように、スクライブライン領域Scribeにおいて、フォトリソグラフィ法により、第2の配線溝114を含む第5の絶縁膜110の上に、第1のスルーホール112と同じかそれ以上の幅の開口を持つフォトレジスト119を形成する。次に、ドライエッチング法により、このフォトレジスト119をマスクとして、第5の絶縁膜110、第4の絶縁膜109、第3の絶縁膜108、第2の絶縁膜107及び第1の絶縁膜102を除去し、第2のスルーホール120を形成する。その後、アッシングにより、フォトレジスト119を除去する。   Next, as shown in FIG. 5C, in the scribe line region Scribe, the same as the first through hole 112 is formed on the fifth insulating film 110 including the second wiring trench 114 by photolithography. A photoresist 119 having an opening with a width larger than that is formed. Next, the fifth insulating film 110, the fourth insulating film 109, the third insulating film 108, the second insulating film 107, and the first insulating film 102 are formed by dry etching using the photoresist 119 as a mask. And the second through hole 120 is formed. Thereafter, the photoresist 119 is removed by ashing.

次に、図5(d)に示すように、スパッタ法により、第1のスルーホール112、第2の配線溝114及び第2のスルーホール120を埋めるように、銅拡散防止の第2のバリアメタル115、第3のバリアメタル121となるタンタルナイトライド/タンタルの積層膜(図示せず)及び第2の金属膜116及び第3の金属膜122となる銅(図示せず)を順次堆積する。その後、CMP法により、銅及びタンタルナイトライド/タンタルの積層膜を研磨し、第1のスルーホール112、第2の配線溝114及び第2のスルーホール120の中に銅及びタンタルナイトライド/タンタルの積層膜を残し、第1のスルーホール112、第2の配線溝114及び第2のスルーホール120以外の部分に第5の絶縁膜110を露出させて、第2のバリアメタル115及び第2の金属膜116からなる第2の配線117及び第1の接続プラグ118と、第3のバリアメタル121及び第3の金属膜122からなる第1の支柱123を形成する。   Next, as shown in FIG. 5D, a second barrier for preventing copper diffusion so as to fill the first through hole 112, the second wiring groove 114, and the second through hole 120 by sputtering. A metal 115, a tantalum nitride / tantalum laminated film (not shown) to be the third barrier metal 121, and a copper (not shown) to be the second metal film 116 and the third metal film 122 are sequentially deposited. . Thereafter, the multilayer film of copper and tantalum nitride / tantalum is polished by CMP, and copper and tantalum nitride / tantalum are placed in the first through hole 112, the second wiring groove 114, and the second through hole 120. The fifth insulating film 110 is exposed to a portion other than the first through hole 112, the second wiring groove 114, and the second through hole 120, leaving the second barrier metal 115 and the second The second wiring 117 and the first connection plug 118 made of the metal film 116 and the first support pillar 123 made of the third barrier metal 121 and the third metal film 122 are formed.

以上の、図4(c)〜図5(d)の工程を繰り返すことにより、図3に示すような低誘電率膜を用いた半導体装置が形成される。なお、第2のスルーホール120及び第1の支柱123は、多層配線層のうち少なくとも2つの配線層が形成されている絶縁膜を貫いていればそれ以上の深さを貫いていてもよい。また、第2のスルーホール120及び第1の支柱123は、各配線層に少なくとも一つ貫いていればよい。また、スクライブライン領域Scribeからの膜剥がれを防止するために、スクライブライン領域Scribeに第1の支柱123を設けたが、スクライブライン領域Scribe以外の箇所からの膜剥がれ、すなわち、配線形成領域Rlogic内の配線間隔の広い領域等からの膜剥がれを防止するために、配線形成領域Rlogicに支柱を設けてもよい。また、図5(b)に示された第2の配線溝114を形成する工程と図5(c)に示された第2のスルーホール120を形成する工程は順序が入れ替わっても構わない。   By repeating the steps shown in FIGS. 4C to 5D, a semiconductor device using a low dielectric constant film as shown in FIG. 3 is formed. Note that the second through-hole 120 and the first support pillar 123 may penetrate deeper as long as they penetrate the insulating film in which at least two wiring layers of the multilayer wiring layer are formed. Further, it is only necessary that at least one second through hole 120 and first support pillar 123 penetrate each wiring layer. In addition, in order to prevent film peeling from the scribe line area Scribe, the first support column 123 is provided in the scribe line area Scribe. However, film peeling from places other than the scribe line area Scribe, that is, in the wiring formation area Rlogic. In order to prevent film peeling from a region having a large wiring interval, a post may be provided in the wiring formation region Rlogic. Further, the order of the step of forming the second wiring groove 114 shown in FIG. 5B and the step of forming the second through hole 120 shown in FIG. 5C may be switched.

本実施形態の第2の半導体装置の製造方法によれば、多層配線層のうち少なくとも2つの配線層が形成されている絶縁膜を貫通して設けられた金属膜からなる支柱を形成することができるため、脆弱な低誘電率膜を含む絶縁膜の積層を有する半導体装置を補強することができ、上層のCMPの際に発生する垂直応力・せん断応力による下層の絶縁膜−絶縁膜間の界面及び配線−絶縁膜間の界面の膜剥がれやクラックを防止することが可能となる。そのため、配線間ショート等の配線接続不良を抑制することができる。また、本実施形態の第2の半導体装置の製造方法によれば、半導体基板に接続している配線と多層配線内に多層配線層のうち少なくとも2つの配線層が形成されている絶縁膜を貫通して設けられた金属膜からなる支柱とを同時に形成することができるため、本実施形態の第1の製造方法に比べて工程数が削減できる。   According to the second method for manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, it is possible to form the support column made of the metal film provided through the insulating film in which at least two wiring layers of the multilayer wiring layer are formed. Therefore, it is possible to reinforce a semiconductor device having a stack of insulating films including a fragile low dielectric constant film, and an interface between a lower insulating film and an insulating film due to a normal stress / shear stress generated in the upper CMP process. In addition, film peeling and cracks at the interface between the wiring and the insulating film can be prevented. Therefore, it is possible to suppress wiring connection failures such as a short circuit between wirings. Further, according to the second method for manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, the wiring connected to the semiconductor substrate and the insulating film in which at least two wiring layers of the multilayer wiring layers are formed in the multilayer wiring are penetrated. Thus, the number of steps can be reduced as compared with the first manufacturing method of the present embodiment.

(第1の実施形態の変形例1)
第1の実施形態の変形例1として、配線溝を2つ以上貫く複数の支柱が配線層に対して垂直方向で接する場合について説明する。図6は、本実施形態の変形例1における半導体装置を示す断面図である。図中において、右側は配線形成領域Rlogicを示し、左側はスクライブライン領域Scribeを示している。
(Modification 1 of the first embodiment)
As a first modification of the first embodiment, a case will be described in which a plurality of pillars penetrating two or more wiring grooves are in contact with the wiring layer in the vertical direction. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a semiconductor device in Modification 1 of the present embodiment. In the drawing, the right side shows a wiring formation region Rlogic, and the left side shows a scribe line region Scribe.

配線形成領域Rlogicには、トランジスタ等の素子が形成された半導体基板101の上に形成された第1の絶縁膜102と、第1の絶縁膜102に形成された配線溝(図示せず)に埋め込まれた第1のバリアメタル104及び第1の金属膜105からなる第1の配線106とから構成される第1の配線層501を有している。また、第1の配線106を含む第1の絶縁膜102の上に形成された第2の絶縁膜107と、第2の絶縁膜107の上に形成された第3の絶縁膜108と、第3の絶縁膜108の上に形成された低誘電率膜である第4の絶縁膜109と、第4の絶縁膜109の上に形成された低誘電率膜である第5の絶縁膜110と、第1の配線106の上部の第5の絶縁膜110及び第4の絶縁膜109に形成された配線溝(図示せず)に埋め込まれた第2のバリアメタル115及び第2の金属膜116からなる第2の配線117と、第1の配線106と第2の配線117とを電気的に接続するように第2の配線117の底部に一体化形成された第1の接続プラグ118とから構成される第2の配線層502を有している。また、第2の配線117を含む第5の絶縁膜110の上に形成された第6の絶縁膜124と、第6の絶縁膜124の上に形成された第7の絶縁膜125と、第7の絶縁膜125の上に形成された低誘電率膜である第8の絶縁膜126と、第8の絶縁膜126の上に形成された低誘電率膜である第9の絶縁膜127と、第2の配線117上の上部の第9の絶縁膜127及び第8の絶縁膜126に形成された配線溝(図示せず)に埋め込まれた第4のバリアメタル128及び第4の金属膜129からなる第3の配線130と、第2の配線117と第3の配線130とを電気的に接続するように第3の配線130の底部に一体化形成された第2の接続プラグ131とから構成される第3の配線層503を有している。   In the wiring formation region Rlogic, a first insulating film 102 formed on the semiconductor substrate 101 on which elements such as transistors are formed, and a wiring groove (not shown) formed in the first insulating film 102 are formed. It has a first wiring layer 501 composed of a buried first barrier metal 104 and a first wiring 106 made of a first metal film 105. The second insulating film 107 formed on the first insulating film 102 including the first wiring 106, the third insulating film 108 formed on the second insulating film 107, A fourth insulating film 109 which is a low dielectric constant film formed on the third insulating film 108, and a fifth insulating film 110 which is a low dielectric constant film formed on the fourth insulating film 109; The second barrier metal 115 and the second metal film 116 embedded in the wiring trench (not shown) formed in the fifth insulating film 110 and the fourth insulating film 109 on the first wiring 106. And a first connection plug 118 integrally formed at the bottom of the second wiring 117 so as to electrically connect the first wiring 106 and the second wiring 117. A second wiring layer 502 is provided. Further, a sixth insulating film 124 formed on the fifth insulating film 110 including the second wiring 117, a seventh insulating film 125 formed on the sixth insulating film 124, An eighth insulating film 126 which is a low dielectric constant film formed on the seventh insulating film 125, and a ninth insulating film 127 which is a low dielectric constant film formed on the eighth insulating film 126; The fourth barrier metal 128 and the fourth metal film embedded in the wiring trench (not shown) formed in the upper ninth insulating film 127 and the eighth insulating film 126 on the second wiring 117. And a second connection plug 131 integrally formed at the bottom of the third wiring 130 so as to electrically connect the second wiring 117 and the third wiring 130. A third wiring layer 503 is formed.

スクライブライン領域Scribeには、半導体基板101の上に形成された第1の絶縁膜102と、第1の絶縁膜102の上に形成された第2の絶縁膜107と、第2の絶縁膜107の上に形成された第3の絶縁膜108と、第3の絶縁膜108の上に形成された低誘電率膜である第4の絶縁膜109と、第4の絶縁膜109の上に形成された低誘電率膜である第5の絶縁膜110と、第5の絶縁膜110、第4の絶縁膜109、第3の絶縁膜108、第2の絶縁膜107及び第1の絶縁膜102、すなわち、第2の配線層502及び第1の配線層501が形成されている絶縁膜を突き抜けるように形成されたスルーホール(図示せず)に埋め込まれた第3のバリアメタル121及び第3の金属膜122からなる第1の支柱123と、第1の支柱123を含む第5の絶縁膜110の上に形成された第6の絶縁膜124と、第6の絶縁膜124の上に形成された第7の絶縁膜125と、第7の絶縁膜125の上に形成された低誘電率膜である第8の絶縁膜126と、第8の絶縁膜126の上に形成された低誘電率膜である第9の絶縁膜127と、第9の絶縁膜127、第8の絶縁膜126、第7の絶縁膜125、第6の絶縁膜124、第5の絶縁膜110、第4の絶縁膜109、第3の絶縁膜108及び第2の絶縁膜107、すなわち、第3の配線層503及び第2の配線層502が形成されている絶縁膜を突き抜け、第1の支柱123と隣り合うように形成されたスルーホール(図示せず)に埋め込まれた第5のバリアメタル132及び第5の金属膜133からなる第2の支柱134とを有している。   In the scribe line region Scribe, a first insulating film 102 formed on the semiconductor substrate 101, a second insulating film 107 formed on the first insulating film 102, and a second insulating film 107 Formed on the third insulating film 108, the fourth insulating film 109, which is a low dielectric constant film formed on the third insulating film 108, and the fourth insulating film 109. The fifth insulating film 110, which is a low dielectric constant film, the fifth insulating film 110, the fourth insulating film 109, the third insulating film 108, the second insulating film 107, and the first insulating film 102 That is, the third barrier metal 121 and the third buried in a through hole (not shown) formed so as to penetrate the insulating film in which the second wiring layer 502 and the first wiring layer 501 are formed. A first support 123 made of a metal film 122 of A sixth insulating film 124 formed on the fifth insulating film 110 including the pillars 123, a seventh insulating film 125 formed on the sixth insulating film 124, and a seventh insulating film 125 An eighth insulating film 126 which is a low dielectric constant film formed on the substrate, a ninth insulating film 127 which is a low dielectric constant film formed on the eighth insulating film 126, and a ninth insulating film. The film 127, the eighth insulating film 126, the seventh insulating film 125, the sixth insulating film 124, the fifth insulating film 110, the fourth insulating film 109, the third insulating film 108, and the second insulating film 107, that is, penetrates the insulating film in which the third wiring layer 503 and the second wiring layer 502 are formed, and is embedded in a through hole (not shown) formed adjacent to the first support column 123. The second support 1 made of the fifth barrier metal 132 and the fifth metal film 133 And a 4.

ここで、本実施形態の変形例1の半導体装置は、第1の支柱123と第2の支柱134とが配線層に対して垂直方向で接しているところ、すなわち、第2の配線層502において、第2の支柱134の少なくとも側面の一部が第1の支柱123に接しているところに特徴を有する。これにより、ダイシングの前後で発生する水分や汚染物質がチップ内部に侵入することを防ぐことができるため、シールリングとしての効果ももたすことができる。   Here, in the semiconductor device of Modification 1 of the present embodiment, the first support post 123 and the second support post 134 are in contact with the wiring layer in the vertical direction, that is, in the second wiring layer 502. The second column 134 is characterized in that at least a part of the side surface is in contact with the first column 123. As a result, moisture and contaminants generated before and after dicing can be prevented from entering the inside of the chip, so that an effect as a seal ring can be achieved.

なお、本実施形態の変形例1の製造方法は、基本的に本実施形態の図2(a)〜図3(e)もしくは図4(a)〜図5(d)に示す製造方法と同じであるため、説明を省略する。また、本実施形態は、第1の支柱123及び第2の支柱134は、多層配線層のうち少なくとも2つの配線層が形成されている絶縁膜を貫いていればそれ以上の深さを貫いていてもよい。また、第1の支柱123及び第2の支柱134は、各配線層に少なくとも一つ貫いていればよい。また、本実施形態の変形例1は、スクライブライン領域Scribeからの膜剥がれを防止するために、スクライブライン領域Scribeに第1の支柱123及び第2の支柱134を設けたが、スクライブライン領域Scribe以外の箇所からの膜剥がれ、すなわち、配線形成領域Rlogic内の配線間隔の広い領域等からの膜剥がれを防止するために、配線形成領域Rlogicに支柱を設けてもよい。   In addition, the manufacturing method of the modification 1 of this embodiment is basically the same as the manufacturing method shown in FIGS. 2A to 3E or FIGS. 4A to 5D of this embodiment. Therefore, the description is omitted. Further, in the present embodiment, the first support post 123 and the second support post 134 penetrate through an insulating film in which at least two wiring layers of the multilayer wiring layer are formed so as to penetrate beyond that depth. May be. Moreover, the 1st support | pillar 123 and the 2nd support | pillar 134 should just penetrate at least 1 each wiring layer. In the first modification of the present embodiment, the first support column 123 and the second support column 134 are provided in the scribe line area Scribe in order to prevent film peeling from the scribe line area Scribe. In order to prevent film peeling from other locations, that is, film peeling from a region having a large wiring interval in the wiring formation region Rlogic or the like, a post may be provided in the wiring formation region Rlogic.

(第1の実施形態の変形例2)
第1の実施形態の変形例2として、配線溝を2つ以上貫く複数の支柱が配線層に対して水平方向で接する場合について説明する。図7は、本実施形態の変形例2における半導体装置を示す断面図である。図中において、右側は配線形成領域Rlogicを示し、左側はスクライブライン領域Scribeを示している。
(Modification 2 of the first embodiment)
As a second modification of the first embodiment, a case will be described in which a plurality of pillars penetrating two or more wiring grooves are in contact with the wiring layer in the horizontal direction. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to Modification 2 of the present embodiment. In the drawing, the right side shows a wiring formation region Rlogic, and the left side shows a scribe line region Scribe.

配線形成領域Rlogicには、トランジスタ等の素子が形成された半導体基板101の上に形成された第1の絶縁膜102と、第1の絶縁膜102に形成された配線溝(図示せず)に埋め込まれた第1のバリアメタル104及び第1の金属膜105からなる第1の配線106とから構成される第1の配線層501を有している。また、第1の配線106を含む第1の絶縁膜102の上に形成された第2の絶縁膜107と、第2の絶縁膜107の上に形成された第3の絶縁膜108と、第3の絶縁膜108の上に形成された低誘電率膜である第4の絶縁膜109と、第4の絶縁膜109の上に形成された低誘電率膜である第5の絶縁膜110と、第1の配線106の上部の第5の絶縁膜110及び第4の絶縁膜109に形成された配線溝(図示せず)に埋め込まれた第2のバリアメタル115及び第2の金属膜116からなる第2の配線117と、第1の配線106と第2の配線117とを電気的に接続するように第2の配線117の底部に一体化形成された第1の接続プラグ118とから構成される第2の配線層502を有している。また、第2の配線117を含む第5の絶縁膜110の上に形成された第6の絶縁膜124と、第6の絶縁膜124の上に形成された第7の絶縁膜125と、第7の絶縁膜125の上に形成された低誘電率膜である第8の絶縁膜126と、第8の絶縁膜126の上に形成された低誘電率膜である第9の絶縁膜127と、第2の配線117上の上部の第9の絶縁膜127及び第8の絶縁膜126に形成された配線溝(図示せず)に埋め込まれた第4のバリアメタル128及び第4の金属膜129からなる第3の配線130と、第2の配線117と第3の配線130とを電気的に接続するように第3の配線130の底部に一体化形成された第2の接続プラグ131から構成される第3の配線層503を有している。また、第3の配線130を含む第9の絶縁膜127の上に形成された第10の絶縁膜135と、第10の絶縁膜135の上に形成された第11の絶縁膜136と、第11の絶縁膜136の上に形成された低誘電率膜である第12の絶縁膜137と、第12の絶縁膜137の上に形成された低誘電率膜である第13の絶縁膜138と、第3の配線130の上部の第13の絶縁膜138及び第12の絶縁膜137に形成された配線溝(図示せず)に埋め込まれた第6のバリアメタル139及び第6の金属膜140からなる第4の配線141と、第3の配線130と第4の配線141とを電気的に接続するように第4の配線141の底部に一体化形成された第3の接続プラグ142とから構成される第4の配線層504を有している。   In the wiring formation region Rlogic, a first insulating film 102 formed on the semiconductor substrate 101 on which elements such as transistors are formed, and a wiring groove (not shown) formed in the first insulating film 102 are formed. It has a first wiring layer 501 composed of a buried first barrier metal 104 and a first wiring 106 made of a first metal film 105. The second insulating film 107 formed on the first insulating film 102 including the first wiring 106, the third insulating film 108 formed on the second insulating film 107, A fourth insulating film 109 which is a low dielectric constant film formed on the third insulating film 108, and a fifth insulating film 110 which is a low dielectric constant film formed on the fourth insulating film 109; The second barrier metal 115 and the second metal film 116 embedded in the wiring trench (not shown) formed in the fifth insulating film 110 and the fourth insulating film 109 on the first wiring 106. And a first connection plug 118 integrally formed at the bottom of the second wiring 117 so as to electrically connect the first wiring 106 and the second wiring 117. A second wiring layer 502 is provided. Further, a sixth insulating film 124 formed on the fifth insulating film 110 including the second wiring 117, a seventh insulating film 125 formed on the sixth insulating film 124, An eighth insulating film 126 which is a low dielectric constant film formed on the seventh insulating film 125, and a ninth insulating film 127 which is a low dielectric constant film formed on the eighth insulating film 126; The fourth barrier metal 128 and the fourth metal film embedded in the wiring trench (not shown) formed in the upper ninth insulating film 127 and the eighth insulating film 126 on the second wiring 117. From the third wiring 130 made of 129 and the second connection plug 131 integrally formed at the bottom of the third wiring 130 so as to electrically connect the second wiring 117 and the third wiring 130. A third wiring layer 503 is provided. Further, a tenth insulating film 135 formed on the ninth insulating film 127 including the third wiring 130, an eleventh insulating film 136 formed on the tenth insulating film 135, A twelfth insulating film 137 that is a low dielectric constant film formed on the eleventh insulating film 136; a thirteenth insulating film 138 that is a low dielectric constant film formed on the twelfth insulating film 137; A sixth barrier metal 139 and a sixth metal film 140 embedded in a wiring groove (not shown) formed in the thirteenth insulating film 138 and the twelfth insulating film 137 on the third wiring 130. And a third connection plug 142 integrally formed at the bottom of the fourth wiring 141 so as to electrically connect the third wiring 130 and the fourth wiring 141. The fourth wiring layer 504 is configured.

スクライブライン領域Scribeには、半導体基板101の上に形成された第1の絶縁膜102と、第1の絶縁膜102の上に形成された第2の絶縁膜107と、第2の絶縁膜107の上に形成された第3の絶縁膜108と、第3の絶縁膜108の上に形成された低誘電率膜である第4の絶縁膜109と、第4の絶縁膜109の上に形成された低誘電率膜である第5の絶縁膜110と、第5の絶縁膜110、第4の絶縁膜109、第3の絶縁膜108、第2の絶縁膜107及び第1の絶縁膜102、すなわち、第2の配線層502及び第1の配線層501が形成されている絶縁膜を突き抜けるように形成されたスルーホール(図示せず)に埋め込まれた第3のバリアメタル121及び第3の金属膜122からなる第1の支柱123と、第1の支柱123を含む第5の絶縁膜110の上に形成された第6の絶縁膜124と、第6の絶縁膜124の上に形成された第7の絶縁膜125と、第7の絶縁膜125の上に形成された低誘電率膜である第8の絶縁膜126と、第8の絶縁膜126の上に形成された低誘電率膜である第9の絶縁膜127と、第9の絶縁膜127の上に形成された第10の絶縁膜135と、第10の絶縁膜135の上に形成された第11の絶縁膜136と、第11の絶縁膜136の上に形成された低誘電率膜である第12の絶縁膜137と、第12の絶縁膜137の上に形成された低誘電率膜である第13の絶縁膜138と、第13の絶縁膜138、第12の絶縁膜137、第11の絶縁膜136、第10の絶縁膜135、第9の絶縁膜127、第8の絶縁膜126、第7の絶縁膜125及び第6の絶縁膜124、すなわち、第4の配線層504及び第3の配線層503が形成されている絶縁膜を突き抜け、第1の支柱123に連なるように形成されたスルーホール(図示せず)に埋め込まれた第7のバリアメタル143及び第7の金属膜144からなる第3の支柱145とを有している。   In the scribe line region Scribe, a first insulating film 102 formed on the semiconductor substrate 101, a second insulating film 107 formed on the first insulating film 102, and a second insulating film 107 Formed on the third insulating film 108, the fourth insulating film 109, which is a low dielectric constant film formed on the third insulating film 108, and the fourth insulating film 109. The fifth insulating film 110, which is a low dielectric constant film, the fifth insulating film 110, the fourth insulating film 109, the third insulating film 108, the second insulating film 107, and the first insulating film 102 That is, the third barrier metal 121 and the third buried in a through hole (not shown) formed so as to penetrate the insulating film in which the second wiring layer 502 and the first wiring layer 501 are formed. A first support 123 made of a metal film 122 of A sixth insulating film 124 formed on the fifth insulating film 110 including the pillars 123, a seventh insulating film 125 formed on the sixth insulating film 124, and a seventh insulating film 125 An eighth insulating film 126 which is a low dielectric constant film formed on the substrate, a ninth insulating film 127 which is a low dielectric constant film formed on the eighth insulating film 126, and a ninth insulating film. A tenth insulating film 135 formed on the film 127; an eleventh insulating film 136 formed on the tenth insulating film 135; and a low dielectric formed on the eleventh insulating film 136. A twelfth insulating film 137 that is a dielectric film, a thirteenth insulating film 138 that is a low dielectric constant film formed on the twelfth insulating film 137, a thirteenth insulating film 138, and a twelfth insulating film 137, eleventh insulating film 136, tenth insulating film 135, ninth insulating film 127, eighth insulating film 1 6, through the seventh insulating film 125 and the sixth insulating film 124, that is, through the insulating film in which the fourth wiring layer 504 and the third wiring layer 503 are formed, so as to be connected to the first support column 123. A seventh barrier metal 143 and a third column 145 made of a seventh metal film 144 are embedded in the formed through hole (not shown).

ここで、本実施形態の変形例2の半導体装置は、第1の支柱123と第3の支柱145とが配線層に対して水平方向で接しているところ、すなわち、第3の支柱145の少なくとも底面の一部が第1の支柱123に接しているところに特徴を有する。これにより、ダイシングの前後で発生する水分や汚染物質がチップ内部に侵入することを防ぐことができるため、シールリングとしての効果ももたすことができる。   Here, in the semiconductor device of Modification 2 of the present embodiment, the first support post 123 and the third support post 145 are in contact with the wiring layer in the horizontal direction, that is, at least of the third support post 145. It is characterized in that a part of the bottom surface is in contact with the first support column 123. As a result, moisture and contaminants generated before and after dicing can be prevented from entering the inside of the chip, so that an effect as a seal ring can be achieved.

なお、本実施形態の変形例2の製造方法は、基本的に本実施形態の図2(a)〜図3(e)もしくは図4(a)〜図5(d)に示す製造方法と同じであるため、説明を省略する。また、第1の支柱123及び第3の支柱145は、多層配線層のうち少なくとも2つの配線層が形成されている絶縁膜を貫いていればそれ以上の深さを貫いていてもよい。また、第1の支柱123及び第3の支柱145は、各配線層に少なくとも一つ貫いていればよい。また、本実施形態の変形例2は、スクライブライン領域Scribeからの膜剥がれを防止するために、スクライブライン領域Scribeに第1の支柱123及び第3の支柱145を設けたが、スクライブライン領域Scribe以外の箇所からの膜剥がれ、すなわち、配線形成領域Rlogic内の配線間隔の広い領域等からの膜剥がれを防止するために、配線形成領域Rlogicに支柱を設けてもよい。   Note that the manufacturing method of Modification 2 of the present embodiment is basically the same as the manufacturing method shown in FIGS. 2A to 3E or FIGS. 4A to 5D of the present embodiment. Therefore, the description is omitted. Further, the first support post 123 and the third support post 145 may penetrate through an insulating film in which at least two wiring layers of the multilayer wiring layer are formed, so as to penetrate deeper than that. Moreover, the 1st support | pillar 123 and the 3rd support | pillar 145 should just penetrate at least 1 each wiring layer. In the second modification of the present embodiment, the first support column 123 and the third support column 145 are provided in the scribe line region Scribe in order to prevent film peeling from the scribe line region Scribe. In order to prevent film peeling from other locations, that is, film peeling from a region having a large wiring interval in the wiring formation region Rlogic or the like, a post may be provided in the wiring formation region Rlogic.

(第2の実施形態)
第2の実施形態として、配線溝を2つ以上貫く支柱として絶縁膜を用いた場合について説明する。図8は、本実施形態における半導体装置を示す断面図である。図中において、右側は配線形成領域Rlogicを示し、左側はスクライブライン領域Scribeを示している。
(Second Embodiment)
As a second embodiment, a case where an insulating film is used as a support that penetrates two or more wiring grooves will be described. FIG. 8 is a cross-sectional view showing the semiconductor device in the present embodiment. In the drawing, the right side shows a wiring formation region Rlogic, and the left side shows a scribe line region Scribe.

配線形成領域Rlogicには、トランジスタ等の素子が形成された半導体基板201の上に形成された第1の絶縁膜202と、第1の絶縁膜202に形成された配線溝(図示せず)に埋め込まれた第1のバリアメタル204及び第1の金属膜205からなる第1の配線206とから構成される第1の配線層501を有している。また、第1の配線206を含む第1の絶縁膜202の上に形成された第2の絶縁膜207と、第2の絶縁膜207の上に形成された第3の絶縁膜208と、第3の絶縁膜208の上に形成された低誘電率膜である第4の絶縁膜209と、第4の絶縁膜209の上に形成された低誘電率膜である第5の絶縁膜210と、第1の配線206の上部の第5の絶縁膜210及び第4の絶縁膜209に形成された配線溝(図示せず)に埋め込まれた第2のバリアメタル215及び第2の金属膜216からなる第2の配線217と、第1の配線206と第2の配線217とを電気的に接続するように第2の配線217の底部に一体化形成された第1の接続プラグ218とから構成される第2の配線層502を有している。また、第2の配線217を含む第5の絶縁膜210の上に形成された第7の絶縁膜223と、第7の絶縁膜223の上に形成された第8の絶縁膜224と、第8の絶縁膜224の上に形成された低誘電率膜である第9の絶縁膜225と、第9の絶縁膜225の上に形成された低誘電率膜である第10の絶縁膜226と、第2の配線217上の上部の第10の絶縁膜226及び第9の絶縁膜225に形成された配線溝(図示せず)に埋め込まれた第3のバリアメタル227及び第3の金属膜228からなる第3の配線229と、第2の配線217と第3の配線229とを電気的に接続するように第3の配線229の底部に一体化形成された第2の接続プラグ230とから構成される第3の配線層503を有している。   In the wiring formation region Rlogic, a first insulating film 202 formed on a semiconductor substrate 201 on which elements such as transistors are formed, and a wiring groove (not shown) formed in the first insulating film 202 are formed. It has a first wiring layer 501 composed of a buried first barrier metal 204 and a first wiring 206 made of a first metal film 205. Further, the second insulating film 207 formed on the first insulating film 202 including the first wiring 206, the third insulating film 208 formed on the second insulating film 207, A fourth insulating film 209 which is a low dielectric constant film formed on the third insulating film 208, and a fifth insulating film 210 which is a low dielectric constant film formed on the fourth insulating film 209; The second barrier metal 215 and the second metal film 216 embedded in a wiring groove (not shown) formed in the fifth insulating film 210 and the fourth insulating film 209 above the first wiring 206. And a first connection plug 218 integrally formed at the bottom of the second wiring 217 so as to electrically connect the first wiring 206 and the second wiring 217. A second wiring layer 502 is provided. In addition, a seventh insulating film 223 formed on the fifth insulating film 210 including the second wiring 217, an eighth insulating film 224 formed on the seventh insulating film 223, A ninth insulating film 225 which is a low dielectric constant film formed on the eighth insulating film 224; a tenth insulating film 226 which is a low dielectric constant film formed on the ninth insulating film 225; The third barrier metal 227 and the third metal film embedded in the wiring trench (not shown) formed in the upper tenth insulating film 226 and the ninth insulating film 225 on the second wiring 217 A second wiring plug 229 formed integrally with the bottom of the third wiring 229 so as to electrically connect the second wiring 217 and the third wiring 229 to each other. A third wiring layer 503 is formed.

スクライブライン領域Scribeには、半導体基板201の上に形成された第1の絶縁膜202と、第1の絶縁膜202の上に形成された第2の絶縁膜207と、第2の絶縁膜207の上に形成された第3の絶縁膜208と、第3の絶縁膜208の上に形成された低誘電率膜である第4の絶縁膜209と、第4の絶縁膜209の上に形成された低誘電率膜である第5の絶縁膜210と、第5の絶縁膜210、第4の絶縁膜209、第3の絶縁膜208、第2の絶縁膜207及び第1の絶縁膜202、すなわち、第2の配線層502及び第1の配線層501が形成されている絶縁膜を突き抜けるように形成されたスルーホール(図示せず)に埋め込まれた、第4の絶縁膜209よりも比誘電率が高い第6の絶縁膜221からなる第1の支柱222と、第1の支柱222を含む第5の絶縁膜210の上に形成された第7の絶縁膜223と、第7の絶縁膜223の上に形成された第8の絶縁膜224と、第8の絶縁膜224の上に形成された低誘電率膜である第9の絶縁膜225と、第9の絶縁膜225の上に形成された低誘電率膜である第10の絶縁膜226と、第10の絶縁膜226、第9の絶縁膜225、第8の絶縁膜224、第7の絶縁膜223、第5の絶縁膜210、第4の絶縁膜209、第3の絶縁膜208及び第2の絶縁膜207、すなわち、第3の配線層503及び第2の配線層502が形成されている絶縁膜を突き抜けるように形成されたスルーホール(図示せず)に埋め込まれた、第4の絶縁膜209及び第9の絶縁膜225よりも比誘電率が高い第11の絶縁膜231からなる第2の支柱232とを有している。   In the scribe line region Scribe, a first insulating film 202 formed on the semiconductor substrate 201, a second insulating film 207 formed on the first insulating film 202, and a second insulating film 207 Formed on the third insulating film 208, the fourth insulating film 209, which is a low dielectric constant film formed on the third insulating film 208, and the fourth insulating film 209. The fifth insulating film 210, which is a low dielectric constant film, the fifth insulating film 210, the fourth insulating film 209, the third insulating film 208, the second insulating film 207, and the first insulating film 202 That is, rather than the fourth insulating film 209 embedded in a through hole (not shown) formed so as to penetrate the insulating film in which the second wiring layer 502 and the first wiring layer 501 are formed. 1st support | pillar 2 which consists of the 6th insulating film 221 with a high relative dielectric constant 2, a seventh insulating film 223 formed on the fifth insulating film 210 including the first support pillar 222, an eighth insulating film 224 formed on the seventh insulating film 223, A ninth insulating film 225 which is a low dielectric constant film formed on the eighth insulating film 224 and a tenth insulating film 226 which is a low dielectric constant film formed on the ninth insulating film 225. The tenth insulating film 226, the ninth insulating film 225, the eighth insulating film 224, the seventh insulating film 223, the fifth insulating film 210, the fourth insulating film 209, and the third insulating film 208. And a second insulating film 207, that is, a first hole embedded in a through hole (not shown) formed so as to penetrate the insulating film in which the third wiring layer 503 and the second wiring layer 502 are formed. Eleventh insulating film having a relative dielectric constant higher than that of the fourth insulating film 209 and the ninth insulating film 225 And a second support column 232 consisting of 31.

ここで、本実施形態の半導体装置は、第6の絶縁膜221の比誘電率が低誘電率膜である第4の絶縁膜209及び第5の絶縁膜210の比誘電率よりも高く、第11の絶縁膜231の比誘電率が低誘電率膜である第4の絶縁膜209、第5の絶縁膜210、第9の絶縁膜225及び第10の絶縁膜226の比誘電率よりも高いところに特徴を有する。これにより、多層配線層のうち少なくとも2つの配線層が形成されている絶縁膜を貫通して設けられた絶縁膜からなる支柱を有するため、脆弱な低誘電率膜を含む絶縁膜の積層を有する半導体装置を補強することができ、上層のCMPの際に発生する垂直応力・せん断応力による下層の絶縁膜−絶縁膜間の界面及び配線−絶縁膜間の界面の膜剥がれやクラックを防止することが可能となる。したがって、配線間ショート等の配線接続不良を抑制することができる。   Here, in the semiconductor device of this embodiment, the relative dielectric constant of the sixth insulating film 221 is higher than the relative dielectric constants of the fourth insulating film 209 and the fifth insulating film 210 which are low dielectric constant films. 11 has a relative dielectric constant higher than that of the fourth insulating film 209, the fifth insulating film 210, the ninth insulating film 225, and the tenth insulating film 226, which are low dielectric constant films. However, it has characteristics. As a result, the insulating film including the fragile low-dielectric constant film is laminated because the column is formed of the insulating film provided through the insulating film in which at least two wiring layers of the multilayer wiring layer are formed. The semiconductor device can be reinforced, and the peeling and cracking of the interface between the lower insulating film and the insulating film and the interface between the wiring and the insulating film due to the vertical stress / shear stress generated during CMP of the upper layer can be prevented. Is possible. Accordingly, it is possible to suppress a wiring connection failure such as a short circuit between the wirings.

なお、本実施形態は、第1の支柱222及び第2の支柱232は、多層配線層のうち少なくとも2つの配線層が形成されている絶縁膜を貫いていればそれ以上の深さを貫いていてもよい。また、第1の支柱222及び第2の支柱232は、各配線層に少なくとも一つ貫いていればよい。また、スクライブライン領域Scribeからの膜剥がれを防止するために、スクライブライン領域Scribeに第1の支柱222及び第2の支柱232を設けたが、スクライブライン領域Scribe以外の箇所からの膜剥がれ、すなわち、配線形成領域Rlogic内の配線間隔の広い領域等からの膜剥がれを防止するために、配線形成領域Rlogicに支柱を設けてもよい。   In the present embodiment, the first support pillar 222 and the second support pillar 232 penetrate through an insulating film in which at least two wiring layers of the multilayer wiring layer are formed, and penetrate through a depth greater than that. May be. In addition, it is sufficient that at least one first support 222 and second support 232 penetrate each wiring layer. Further, in order to prevent film peeling from the scribe line area Scribing, the first support post 222 and the second support post 232 are provided in the scribe line area Scribing, but film peeling from places other than the scribe line area Scribing, that is, In order to prevent film peeling from a region having a large wiring interval in the wiring formation region Rlogic, a support may be provided in the wiring formation region Rlogic.

(第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法)
本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図9(a)〜図10(e)は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の第1の製造工程を示す断面図である。図中において、右側は配線形成領域Rlogicを示し、左側はスクライブライン領域Scribeを示している。
(Method for Manufacturing Semiconductor Device According to Second Embodiment)
A method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 9A to FIG. 10E are cross-sectional views showing a first manufacturing process of a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. In the drawing, the right side shows a wiring formation region Rlogic, and the left side shows a scribe line region Scribe.

まず、図9(a)に示すように、配線形成領域Rlogicにおいて、トランジスタ等の半導体素子を形成した半導体基板201上に形成された第1の絶縁膜202に、フォトリソグラフィ法及びドライエッチング法により、第1の配線溝203を形成する。   First, as shown in FIG. 9A, in the wiring formation region Rlogic, a first insulating film 202 formed on a semiconductor substrate 201 on which a semiconductor element such as a transistor is formed is formed by a photolithography method and a dry etching method. Then, the first wiring trench 203 is formed.

次に、図9(b)に示すように、スパッタ法により、第1の絶縁膜202上に第1の配線溝203を埋めるように、銅拡散防止の第1のバリアメタル204となるタンタルナイトライド/タンタルの積層膜(図示せず)及び第1の金属膜205となる銅(図示せず)を順次堆積する。その後、CMP法により、銅及びタンタルナイトライド/タンタルの積層膜を研磨し、第1の配線溝203の中に銅及びタンタルナイトライド/タンタルの積層膜を残し、第1の配線溝203以外の部分に第1の絶縁膜202を露出させて、第1のバリアメタル204及び第1の金属膜205からなる第1の配線206を形成する。   Next, as shown in FIG. 9B, tantalum nitride which becomes the first barrier metal 204 for preventing copper diffusion so as to fill the first wiring groove 203 on the first insulating film 202 by sputtering. A laminated film (not shown) of ride / tantalum and copper (not shown) to be the first metal film 205 are sequentially deposited. Thereafter, the copper and tantalum nitride / tantalum laminated film is polished by CMP, leaving the copper and tantalum nitride / tantalum laminated film in the first wiring groove 203, and other than the first wiring groove 203. The first insulating film 202 is exposed in the portion, and the first wiring 206 made of the first barrier metal 204 and the first metal film 205 is formed.

次に、図9(c)に示すように、CVD法により、第1の配線206を含む第1の絶縁膜202の上に、例えば、厚さ30nmの第2の絶縁膜207及び厚さ30nmの第3の絶縁膜208を順次堆積する。ここで、例えば、第2の絶縁膜207としては、シリコン窒化炭化膜を用いて、第3の絶縁膜208としては、シリコン酸化炭化膜を用いる。   Next, as shown in FIG. 9C, for example, a second insulating film 207 having a thickness of 30 nm and a thickness of 30 nm are formed on the first insulating film 202 including the first wiring 206 by a CVD method. The third insulating film 208 is sequentially deposited. Here, for example, a silicon nitride carbide film is used as the second insulating film 207, and a silicon oxycarbide film is used as the third insulating film 208.

次に、図9(d)に示すように、CVD法により、第3の絶縁膜208の上に、例えば、厚さ600nmの第4の絶縁膜209を堆積する。ここで、例えば、第4の絶縁膜209としては、低誘電率膜である炭素含有シリコン酸化膜を用いる。その後、CMP法により、第4の絶縁膜209を厚さ100nm程研磨して平坦化する。   Next, as shown in FIG. 9D, a fourth insulating film 209 having a thickness of 600 nm, for example, is deposited on the third insulating film 208 by a CVD method. Here, for example, as the fourth insulating film 209, a carbon-containing silicon oxide film which is a low dielectric constant film is used. Thereafter, the fourth insulating film 209 is polished and planarized by a thickness of about 100 nm by CMP.

次に、図9(e)に示すように、CVD法により、平坦化した第4の絶縁膜209上に、例えば、厚さ50nmの第5の絶縁膜210を堆積する。ここで、例えば、第5の絶縁膜210としては、低誘電率膜であるシリコン酸化膜を用いる。   Next, as illustrated in FIG. 9E, for example, a fifth insulating film 210 having a thickness of 50 nm is deposited on the planarized fourth insulating film 209 by a CVD method. Here, for example, as the fifth insulating film 210, a silicon oxide film which is a low dielectric constant film is used.

次に、図10(a)に示すように、フォトリソグラフィ法により、第5の絶縁膜210の上に、第1の配線206の上部に開口を持つフォトレジスト211を形成する。次に、ドライエッチング法により、このフォトレジスト211をマスクとして、第1の配線206の上部の第5の絶縁膜210、第4の絶縁膜209、第3の絶縁膜208及び第2の絶縁膜207を除去し、第1のスルーホール212を形成する。その後、アッシングにより、フォトレジスト211を除去する。   Next, as illustrated in FIG. 10A, a photoresist 211 having an opening above the first wiring 206 is formed on the fifth insulating film 210 by photolithography. Next, the fifth insulating film 210, the fourth insulating film 209, the third insulating film 208, and the second insulating film above the first wiring 206 are formed by dry etching using the photoresist 211 as a mask. 207 is removed, and a first through hole 212 is formed. Thereafter, the photoresist 211 is removed by ashing.

次に、図10(b)に示すように、フォトリソグラフィ法により、第5の絶縁膜210の上に、第1の配線206の上部に第1のスルーホール212より幅の大きい開口を持つフォトレジスト213を形成する。次に、ドライエッチング法により、このフォトレジスト213をマスクとして、第1の配線206の上部の第5の絶縁膜210及び第4の絶縁膜209の厚さ250nm程を除去し、第2の配線溝214を形成する。その後、アッシングにより、フォトレジスト213を除去する。   Next, as shown in FIG. 10B, a photo having an opening wider than the first through-hole 212 on the first insulating layer 206 on the fifth insulating film 210 by photolithography. A resist 213 is formed. Next, by the dry etching method, using the photoresist 213 as a mask, the thickness of about 250 nm of the fifth insulating film 210 and the fourth insulating film 209 on the first wiring 206 is removed, and the second wiring is removed. A groove 214 is formed. Thereafter, the photoresist 213 is removed by ashing.

次に、図10(c)に示すように、スパッタ法により、第1のスルーホール212及び第2の配線溝214を埋めるように、銅拡散防止の第2のバリアメタル215となるタンタルナイトライド/タンタルの積層膜(図示せず)及び第2の金属膜216となる銅(図示せず)を順次堆積する。その後、CMP法により、銅及びタンタルナイトライド/タンタルの積層膜を研磨し、第1のスルーホール212及び第2の配線溝214の中に銅及びタンタルナイトライド/タンタルの積層膜を残し、第1のスルーホール212及び第2の配線溝214以外の部分に第5の絶縁膜210を露出させて、第2のバリアメタル215及び第2の金属膜216からなる第2の配線217及び第1の接続プラグ218を形成する。このとき、第1の配線206と、第2の配線217とは第1の接続プラグ218により電気的に接続されている。   Next, as shown in FIG. 10C, tantalum nitride serving as a second barrier metal 215 for preventing copper diffusion so as to fill the first through hole 212 and the second wiring groove 214 by sputtering. A copper / tantalum film (not shown) and copper (not shown) to be the second metal film 216 are sequentially deposited. Thereafter, the copper and tantalum nitride / tantalum laminated film is polished by CMP to leave the copper and tantalum nitride / tantalum laminated film in the first through hole 212 and the second wiring trench 214, The fifth insulating film 210 is exposed at portions other than the first through hole 212 and the second wiring groove 214, and the second wiring 217 and the first wiring 217 made of the second barrier metal 215 and the second metal film 216 are exposed. The connection plug 218 is formed. At this time, the first wiring 206 and the second wiring 217 are electrically connected by the first connection plug 218.

次に、図10(d)に示すように、スクライブライン領域Scribeにおいて、フォトリソグラフィ法により、第2の配線217を含む第5の絶縁膜210の上に、第1のスルーホール212と同じかそれ以上の幅の開口を持つフォトレジスト219を形成する。次に、ドライエッチング法により、このフォトレジスト219をマスクとして、第5の絶縁膜210、第4の絶縁膜209、第3の絶縁膜208、第2の絶縁膜207及び第1の絶縁膜202を除去し、第2のスルーホール220を形成する。その後、アッシングにより、フォトレジスト219を除去する。   Next, as shown in FIG. 10D, in the scribe line region Scribe, is the same as the first through hole 212 formed on the fifth insulating film 210 including the second wiring 217 by photolithography? A photoresist 219 having an opening larger than that is formed. Next, the fifth insulating film 210, the fourth insulating film 209, the third insulating film 208, the second insulating film 207, and the first insulating film 202 are formed by dry etching using this photoresist 219 as a mask. And the second through hole 220 is formed. Thereafter, the photoresist 219 is removed by ashing.

次に、図10(e)に示すように、CVD法により、第2のスルーホール220を埋めるように、第6の絶縁膜221を堆積する。ここで、第6の絶縁膜221としては、低誘電率膜である第4の絶縁膜209や第5の絶縁膜210よりも比誘電率の高いシリコン酸化膜系の絶縁膜、例えば、TEOS膜(比誘電率:4.2)やFSG膜(比誘電率:3.7)を用いる。その後、CMP法により、第6の絶縁膜221を研磨し、第2のスルーホール220の中に第6の絶縁膜221を残し、第2のスルーホール220以外の部分に第5の絶縁膜210を露出させて、第6の絶縁膜221からなる支柱222を形成する。   Next, as shown in FIG. 10E, a sixth insulating film 221 is deposited by the CVD method so as to fill the second through hole 220. Here, as the sixth insulating film 221, a silicon oxide film-based insulating film having a higher relative dielectric constant than the fourth insulating film 209 and the fifth insulating film 210, which are low dielectric constant films, for example, a TEOS film (Relative permittivity: 4.2) or FSG film (relative permittivity: 3.7) is used. Thereafter, the sixth insulating film 221 is polished by CMP, leaving the sixth insulating film 221 in the second through hole 220, and the fifth insulating film 210 in a portion other than the second through hole 220. The column 222 made of the sixth insulating film 221 is formed.

以上の、図9(c)〜図10(e)の工程を繰り返すことにより、第3の配線層503を形成し、図8に示すような低誘電率膜を用いた半導体装置が形成される。なお、第2のスルーホール220及び第1の支柱222は、多層配線層のうち少なくとも2つの配線層が形成されている絶縁膜を貫いていればそれ以上の深さを貫いていてもよい。また、第2のスルーホール220及び支柱222は、各配線層に少なくとも一つ貫いていればよい。また、スクライブライン領域Scribeからの膜剥がれを防止するために、スクライブライン領域Scribeに第1の支柱222を設けたが、スクライブライン領域Scribe以外の箇所からの膜剥がれ、すなわち、配線形成領域Rlogic内の配線間隔の広い領域等からの膜剥がれを防止するために、配線形成領域Rlogicに支柱を設けてもよい。さらに、本実施形態においても、第1の実施形態の変形例1及び第1の実施形態の変形例2と同様の構造を有する半導体装置を提供することができる。   By repeating the steps shown in FIGS. 9C to 10E, the third wiring layer 503 is formed, and a semiconductor device using a low dielectric constant film as shown in FIG. 8 is formed. . Note that the second through-hole 220 and the first support pillar 222 may penetrate deeper as long as they penetrate the insulating film in which at least two wiring layers of the multilayer wiring layer are formed. In addition, it is only necessary that at least one second through hole 220 and column 222 penetrate each wiring layer. Further, in order to prevent film peeling from the scribe line area Scribe, the first support pillar 222 is provided in the scribe line area Scribe. However, film peeling from places other than the scribe line area Scribe, that is, in the wiring forming area Rlogic. In order to prevent film peeling from a region having a large wiring interval, a post may be provided in the wiring formation region Rlogic. Furthermore, also in this embodiment, it is possible to provide a semiconductor device having the same structure as that of the first modification of the first embodiment and the second modification of the first embodiment.

本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、多層配線内に多層配線層のうち少なくとも2つの配線層が形成されている絶縁膜を貫通して設けられた絶縁膜からなる支柱を形成することができるため、脆弱な低誘電率膜を含む絶縁膜の積層を有する半導体装置を補強することができ、上層のCMPの際に発生する垂直応力・せん断応力による下層の絶縁膜−絶縁膜間の界面及び配線−絶縁膜間の界面の膜剥がれやクラックを防止することが可能となる。そのため、配線間ショート等の配線接続不良を抑制することができる。また、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、多層配線層のうち少なくとも2つの配線層が形成されている絶縁膜を貫通して設けられた支柱に絶縁膜が用いられているため、多層配線層のうち少なくとも2つの配線層が形成されている絶縁膜を貫通して設けられた支柱に金属膜を用いる第1の実施形態に比べて低誘電率化を図ることができ、配線容量を下げることができる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, a support post made of an insulating film provided through an insulating film in which at least two wiring layers of the multilayer wiring layers are formed in the multilayer wiring is formed. Therefore, it is possible to reinforce a semiconductor device having a stack of insulating films including a fragile low dielectric constant film, and between the lower insulating film and the insulating film due to normal stress / shear stress generated in the upper CMP process. It is possible to prevent film peeling and cracks at the interface and the interface between the wiring and the insulating film. Therefore, it is possible to suppress wiring connection failures such as a short circuit between wirings. In addition, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, since the insulating film is used for the support column provided through the insulating film in which at least two wiring layers of the multilayer wiring layer are formed, Compared to the first embodiment in which a metal film is used for a support provided penetrating through an insulating film in which at least two wiring layers of the multilayer wiring layer are formed, the dielectric constant can be reduced. Can be lowered.

本発明の半導体装置は、低誘電率膜を用いた半導体装置及びその製造方法に利用することができる。   The semiconductor device of the present invention can be used in a semiconductor device using a low dielectric constant film and a manufacturing method thereof.

本発明の第1の実施形態に係る半導体装置を示す断面図Sectional drawing which shows the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の第1の製造工程を示す断面図Sectional drawing which shows the 1st manufacturing process of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の第1の製造工程を示す断面図Sectional drawing which shows the 1st manufacturing process of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の第2の製造工程を示す断面図Sectional drawing which shows the 2nd manufacturing process of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の第2の製造工程を示す断面図Sectional drawing which shows the 2nd manufacturing process of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の変形例1を示す断面図Sectional drawing which shows the modification 1 of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の変形例2を示す断面図Sectional drawing which shows the modification 2 of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention 本発明の第2の実施形態に係る半導体装置を示す断面図Sectional drawing which shows the semiconductor device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図Sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図Sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 従来の低誘電率膜を用いた半導体装置を示す断面図Sectional view showing a conventional semiconductor device using a low dielectric constant film 従来の低誘電率膜を用いた半導体装置の製造工程を示す断面図Sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device using the conventional low dielectric constant film | membrane 従来の低誘電率膜を用いた半導体装置の製造工程を示す断面図Sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device using the conventional low dielectric constant film | membrane 従来の低誘電率膜を用いた半導体装置の課題を説明するための図The figure for demonstrating the subject of the semiconductor device using the conventional low dielectric constant film | membrane

符号の説明Explanation of symbols

101 半導体基板
102 第1の絶縁膜
103 第1の配線溝
104 第1のバリアメタル
105 第1の金属膜
106 第1の配線
107 第2の絶縁膜
108 第3の絶縁膜
109 第4の絶縁膜
110 第5の絶縁膜
111 フォトレジスト
112 第1のスルーホール
113 フォトレジスト
114 第2の配線溝
115 第2のバリアメタル
116 第2の金属膜
117 第2の配線
118 第1の接続プラグ
119 フォトレジスト
120 第2のスルーホール
121 第3のバリアメタル
122 第3の金属膜
123 第1の支柱
124 第6の絶縁膜
125 第7の絶縁膜
126 第8の絶縁膜
127 第9の絶縁膜
128 第4のバリアメタル
129 第4の金属膜
130 第3の配線
131 第2の接続プラグ
132 第5のバリアメタル
133 第5の金属膜
134 第2の支柱
135 第10の絶縁膜
136 第11の絶縁膜
137 第12の絶縁膜
138 第13の絶縁膜
139 第6のバリアメタル
140 第6の金属膜
141 第4の配線
142 第3の接続プラグ
143 第7のバリアメタル
144 第7の金属膜
145 第3の支柱
201 半導体基板
202 第1の絶縁膜
203 第1の配線溝
204 第1のバリアメタル
205 第1の金属膜
206 第1の配線
207 第2の絶縁膜
208 第3の絶縁膜
209 第4の絶縁膜
210 第5の絶縁膜
211 フォトレジスト
212 第1のスルーホール
213 フォトレジスト
214 第2の配線溝
215 第2のバリアメタル
216 第2の金属膜
217 第2の配線
218 第1の接続プラグ
219 フォトレジスト
220 第2のスルーホール
221 第6の絶縁膜
222 第1の支柱
223 第7の絶縁膜
224 第8の絶縁膜
225 第9の絶縁膜
226 第10の絶縁膜
227 第3のバリアメタル
228 第3の金属膜
229 第3の配線
230 第2の接続プラグ
231 第11の絶縁膜
232 第2の支柱
501 第1の配線層
502 第2の配線層
503 第3の配線層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Semiconductor substrate 102 1st insulating film 103 1st wiring groove 104 1st barrier metal 105 1st metal film 106 1st wiring 107 2nd insulating film 108 3rd insulating film 109 4th insulating film 110 fifth insulating film 111 photoresist 112 first through hole 113 photoresist 114 second wiring groove 115 second barrier metal 116 second metal film 117 second wiring 118 first connection plug 119 photoresist 120 2nd through hole 121 3rd barrier metal 122 3rd metal film 123 1st support | pillar 124 6th insulating film 125 7th insulating film 126 8th insulating film 127 9th insulating film 128 4th Barrier metal 129 Fourth metal film 130 Third wiring 131 Second connection plug 132 Fifth barrier metal 1 33 5th metal film 134 2nd support | pillar 135 10th insulating film 136 11th insulating film 137 12th insulating film 138 13th insulating film 139 6th barrier metal 140 6th metal film 141 4th Wiring 142 Third connection plug 143 Seventh barrier metal 144 Seventh metal film 145 Third pillar 201 Semiconductor substrate 202 First insulating film 203 First wiring groove 204 First barrier metal 205 First Metal film 206 First wiring 207 Second insulating film 208 Third insulating film 209 Fourth insulating film 210 Fifth insulating film 211 Photoresist 212 First through hole 213 Photoresist 214 Second wiring groove 215 Second barrier metal 216 Second metal film 217 Second wiring 218 First connection plug 219 Photoresist 220 Second Through-hole 221 6th insulating film 222 1st support 223 7th insulating film 224 8th insulating film 225 9th insulating film 226 10th insulating film 227 3rd barrier metal 228 3rd metal film 229 3rd wiring 230 2nd connection plug 231 11th insulating film 232 2nd support | pillar 501 1st wiring layer 502 2nd wiring layer 503 3rd wiring layer

Claims (15)

半導体基板の上に形成された第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜に形成された第1の配線溝に埋め込まれた第1の配線と、前記第1の絶縁膜の上に形成された第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜に形成された第2の配線溝に埋め込まれた第2の配線とを有する半導体装置において、
前記第2の絶縁膜及び前記第1の絶縁膜を貫通して設けられた第1の支柱を有することを特徴とする半導体装置。
Formed on the first insulating film formed on the semiconductor substrate, the first wiring buried in the first wiring groove formed in the first insulating film, and the first insulating film In the semiconductor device having the second insulating film formed and the second wiring embedded in the second wiring groove formed in the second insulating film,
A semiconductor device comprising: the second insulating film; and a first support column provided through the first insulating film.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記第2の絶縁膜の上に形成された第3の絶縁膜と、前記第3の絶縁膜に形成された第3の配線溝に埋め込まれた第3の配線と、前記第3の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜を貫通して設けられた第2の支柱とを有し、
前記第2の支柱は、少なくとも側面の一部が前記第1の支柱に接していることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
A third insulating film formed on the second insulating film; a third wiring embedded in a third wiring groove formed on the third insulating film; and the third insulating film. And a second column provided through the second insulating film,
The semiconductor device, wherein at least a part of a side surface of the second support column is in contact with the first support column.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記第2の絶縁膜の上に形成された第3の絶縁膜と、
前記第3の絶縁膜に形成された第3の配線溝に埋め込まれた第3の配線と、
前記第3の絶縁膜の上に形成された第4の絶縁膜と、
前記第4の絶縁膜に形成された第4の配線溝に埋め込まれた第4の配線と、
前記第4の絶縁膜及び前記第3の絶縁膜を貫通して設けられた第3の支柱とを有し、
前記第3の支柱は、少なくとも底面の一部が前記第1の支柱に接していることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
A third insulating film formed on the second insulating film;
A third wiring embedded in a third wiring groove formed in the third insulating film;
A fourth insulating film formed on the third insulating film;
A fourth wiring embedded in a fourth wiring groove formed in the fourth insulating film;
A third support column provided through the fourth insulating film and the third insulating film;
The semiconductor device according to claim 3, wherein at least a part of the bottom surface of the third support column is in contact with the first support column.
請求項1〜3のうちいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記第2の配線の底部には、前記第2の配線と一体化形成された第1の接続プラグを有し、
前記第1の接続プラグは、前記第1の配線に接続されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
The bottom of the second wiring has a first connection plug integrally formed with the second wiring,
The semiconductor device, wherein the first connection plug is connected to the first wiring.
請求項1〜4のうちいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記第2の絶縁膜は、比誘電率が3.7よりも小さい低誘電率膜を有することを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device of any one of Claims 1-4 WHEREIN:
The semiconductor device, wherein the second insulating film has a low dielectric constant film having a relative dielectric constant smaller than 3.7.
請求項5に記載の半導体装置において、
前記低誘電率膜は、炭素含有シリコン酸化膜であることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 5,
The semiconductor device, wherein the low dielectric constant film is a carbon-containing silicon oxide film.
請求項1〜6のうちいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記第1の支柱は、バリアメタルと金属膜とからなることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first support column is made of a barrier metal and a metal film.
請求項7に記載の半導体装置において、
前記第1の支柱は、前記第1の配線及び前記第2の配線のうち少なくとも一方に接続されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 7,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first support column is connected to at least one of the first wiring and the second wiring.
請求項5又は6に記載の半導体装置において、
前記第1の支柱は、前記低誘電率膜よりも比誘電率が高い絶縁膜からなることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 5 or 6,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first support column is made of an insulating film having a relative dielectric constant higher than that of the low dielectric constant film.
半導体基板の上に形成された第1の絶縁膜に第1の配線溝を形成する工程(a)と、
前記第1の配線溝に第1の配線を埋め込む工程(b)と、
前記工程(b)の後に、前記第1の絶縁膜の上に第2の絶縁膜を形成する工程(c)と、
前記第2の絶縁膜に第2の配線溝を形成する工程(d)と、
前記第2の配線溝に第2の配線を埋め込む工程(e)と、
前記第2の絶縁膜及び前記第1の絶縁膜を貫通する支柱を形成する工程(f)とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A step (a) of forming a first wiring groove in a first insulating film formed on a semiconductor substrate;
A step (b) of embedding a first wiring in the first wiring groove;
(C) forming a second insulating film on the first insulating film after the step (b);
Forming a second wiring trench in the second insulating film (d);
Embedding a second wiring in the second wiring trench (e);
And (f) forming a pillar penetrating the second insulating film and the first insulating film.
請求項10に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2の絶縁膜は、比誘電率が3.7よりも小さい低誘電率膜を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 10,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the second insulating film has a low dielectric constant film having a relative dielectric constant smaller than 3.7.
請求項11に記載の半導体装置の製造方法において、
前記低誘電率膜は、炭素含有シリコン酸化膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 11,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the low dielectric constant film is a carbon-containing silicon oxide film.
請求項10〜12のうちいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程(f)は、前記第2の絶縁膜及び前記第1の絶縁膜を突き抜けるスルーホールを形成する工程(f1)と、
前記スルーホールに金属膜からなる支柱を埋め込む工程(f2)とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 10 to 12,
The step (f) includes a step (f1) of forming a through hole penetrating the second insulating film and the first insulating film;
And a step (f2) of embedding a pillar made of a metal film in the through hole.
請求項13に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程(d)の後であって前記工程(e)の前に、前記スルーホールの形成を行い、
前記工程(e)における前記第2の配線の形成と前記工程(f2)における支柱の形成は、同一工程で同時に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 13,
After the step (d) and before the step (e), the through hole is formed,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the formation of the second wiring in the step (e) and the formation of the support in the step (f2) are simultaneously performed in the same step.
請求項11又は12に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程(f)は、前記第2の絶縁膜及び前記第1の絶縁膜を突き抜けるスルーホールを形成する工程(f1)と、
前記スルーホールに前記低誘電率膜よりも比誘電率が高い絶縁膜を埋め込んで前記支柱を形成する工程(f2)とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 11 or 12,
The step (f) includes a step (f1) of forming a through hole penetrating the second insulating film and the first insulating film;
And a step (f2) of forming the support by burying an insulating film having a higher dielectric constant than the low dielectric constant film in the through hole.
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