JP2006135224A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シールリング構造を有する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 having a seal ring structure and a manufacturing method thereof.
半導体プロセスでは、まず、ウエハ上に次々と半導体素子が作り込まれ、所定の機能を有したIC回路が形成される。その後、このIC回路を囲い込む格子状のダイシングラインに沿ってウエハがチップ単位に切断される。このとき、チップ単位に切断された各チップの表面には、半導体装置の表面を保護し外界の雰囲気の影響を避ける手段としてパッシベーション膜と呼ばれる保護膜が形成されている。しかしながら、ダイシングされた側壁には保護膜が形成されていない。そのため、この側壁にシリコン酸化膜、TEOS膜、SOG膜等の何層もの絶縁膜が露出し、外界の汚染物によって酸化・腐蝕されることとなる。さらに、切断時において絶縁膜にダメージやクラックが発生していた場合には、そのダメージやクラックから素子内に水分が染み込むこととなる。ここで、Cuダマシン法を用いた多層配線構造において、配線間の容量を抑えるべく層間絶縁膜として低誘電率膜が用いられるようになっているが、低誘電率膜は従来の層間絶縁膜に比べてヤング率が小さく、強度が低いことから、切断時におけるダメージやクラックの発生が特に顕著となっている。これにより、金属膜の酸化及び腐蝕や、半導体素子内への水分の染み込みが引き起こされ、半導体装置の動作不良等が発生し、半導体素子の信頼性が低下することが問題となっている。 In the semiconductor process, first, semiconductor elements are successively formed on a wafer, and an IC circuit having a predetermined function is formed. Thereafter, the wafer is cut into chips along a lattice-shaped dicing line that surrounds the IC circuit. At this time, a protective film called a passivation film is formed on the surface of each chip cut in chip units as means for protecting the surface of the semiconductor device and avoiding the influence of the external atmosphere. However, a protective film is not formed on the diced side wall. Therefore, multiple layers of insulating films such as a silicon oxide film, a TEOS film, and an SOG film are exposed on the side wall, and are oxidized and corroded by contaminants from the outside. Further, when damage or cracks are generated in the insulating film at the time of cutting, moisture penetrates into the element from the damages or cracks. Here, in a multilayer wiring structure using the Cu damascene method, a low dielectric constant film is used as an interlayer insulating film in order to suppress capacitance between wirings. Since the Young's modulus is small and the strength is low, the occurrence of damage and cracks at the time of cutting is particularly remarkable. As a result, the metal film is oxidized and corroded, and moisture permeates into the semiconductor element. This causes a malfunction of the semiconductor device and the reliability of the semiconductor element is lowered.
金属膜酸化・腐蝕の防止や、切断部からの半導体素子内への水分染み込み防止を目的として、ダイシングラインに沿ってチップを囲むようにダミーパターン(以下、支柱とする)を下層から上層まで積層する、いわゆるシールリング構造がとられている(例えば、特許文献1参照)。近年、半導体装置における構造の微細化及び高集積化に伴い、配線の低抵抗化が進み、比較的抵抗の小さい銅(Cu)が配線材料として多く用いられるようになっているため、上記のシールルング構造にもCuが使用されることが多くなっている。 In order to prevent metal film oxidation / corrosion and to prevent moisture from penetrating into the semiconductor element from the cut part, dummy patterns (hereinafter referred to as pillars) are stacked from the lower layer to the upper layer so as to surround the chip along the dicing line. In other words, a so-called seal ring structure is employed (see, for example, Patent Document 1). In recent years, with the miniaturization and high integration of structures in semiconductor devices, the resistance of wiring has been reduced, and copper (Cu) having a relatively low resistance has been widely used as a wiring material. Cu is also frequently used in the structure.
図8は、従来のシールリング構造を有する半導体装置を示す断面図である。図中において、左は素子形成領域Rlogicを示しており、右はシールリング形成領域Rsealを示している。また、シールリング形成領域Rsealのさらに右にはスクライブライン領域(図示せず)が存在する。 FIG. 8 is a cross-sectional view showing a semiconductor device having a conventional seal ring structure. In the figure, the left shows the element formation region Rlogic, and the right shows the seal ring formation region Rseal. Further, a scribe line region (not shown) exists further to the right of the seal ring formation region Rseal.
素子形成領域Rlogicには、トランジスタ等の素子が形成された半導体基板(図示せず)上に形成された第1のライナー絶縁膜101と、第1のライナー絶縁膜101上に形成された低誘電率膜である第1の層間絶縁膜102と、第1の層間絶縁膜102上に形成された第1のキャップ絶縁膜103と、第1のキャップ絶縁膜103及び第1の層間絶縁膜102に形成された配線溝(図示せず)に埋め込まれた第1のバリアメタル膜110a及び第1のCu膜111aからなる第1の配線112と、第1の配線112とトランジスタ等の素子とを電気的に接続するように第1の配線112の底部に一体化形成された第1の接続プラグ113と、第1の配線112を含む第1のキャップ絶縁膜103上に形成された第2のライナー絶縁膜115と、第2のライナー絶縁膜115上に形成された低誘電率膜である第2の層間絶縁膜116と、第2の層間絶縁膜116上に形成された第2のキャップ絶縁膜117と、第2のキャップ絶縁膜117及び第2の層間絶縁膜116に形成された配線溝(図示せず)に埋め込まれた第3のバリアメタル膜124a及び第3のCu膜125aからなる第2の配線126と、第2の配線126と第1の配線112とを電気的に接続するように第2の配線126の底部に一体化形成された第2の接続プラグ127とが形成されている。
In the element formation region Rlogic, a first liner
シールリング形成領域Rsealには、半導体基板(図示せず)上に形成された第1のライナー絶縁膜101と、第1のライナー絶縁膜101上に形成された低誘電率膜である第1の層間絶縁膜102と、第1の層間絶縁膜102上に形成された第1のキャップ絶縁膜103と、第1のキャップ絶縁膜103、第1の層間絶縁膜102及び第1のライナー絶縁膜101を突き抜けるように形成された第2のバリアメタル膜110b及び第2のCu膜111bからなる第1の支柱114と、第1の支柱114を含む第1のキャップ絶縁膜103上に形成された第2のライナー絶縁膜115と、第2のライナー絶縁膜115上に形成された低誘電率膜である第2の層間絶縁膜116と、第2の層間絶縁膜116上に形成された第2のキャップ絶縁膜117と、第2のキャップ絶縁膜117、第2の層間絶縁膜116及び第2のライナー絶縁膜115を突き抜けるように形成され、第1の支柱114の幅と同じ幅であって第1の支柱114の上面と接する第4のバリアメタル膜124b及び第4のCu膜125bからなる第2の支柱128とが形成されている。
The seal ring formation region Rseal includes a first
以下、従来のシールリング構造を有する半導体装置の製造方法について図面を用いて説明する。 Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device having a conventional seal ring structure will be described with reference to the drawings.
図9(a)〜(f)及び図10(a)〜(f)は、従来のシールリング構造を有する半導体装置の製造工程を示す断面図である。 9 (a) to 9 (f) and FIGS. 10 (a) to 10 (f) are cross-sectional views showing a manufacturing process of a semiconductor device having a conventional seal ring structure.
まず、図9(a)に示すように、CVD法により、トランジスタ等の半導体素子を形成したシリコン基板(図示せず)上に、第1のライナー絶縁膜101を堆積する。次に、CVD法により、第1のライナー絶縁膜101上に、低誘電率膜である第1の層間絶縁膜102を堆積する。次に、CVD法により、第1の層間絶縁膜102上に、第1のキャップ絶縁膜103を堆積する。
First, as shown in FIG. 9A, a first liner
次に、図9(b)に示すように、フォトリソグラフィ法により、第1のキャップ絶縁膜103上に、素子形成領域Rlogicに第1のスルーホール105aを形成し、シールリング形成領域Rsealに第2のスルーホール105bを形成するための開口を有するレジストマスク104を形成する。次に、ドライエッチング法により、素子形成領域Rlogicに第1のキャップ絶縁膜103及び第1の層間絶縁膜102を突き抜ける第1のスルーホール105aを形成し、シールリング形成領域Rsealに第1のキャップ絶縁膜103及び第1の層間絶縁膜102を突き抜ける第2のスルーホール105bを形成する。その後、レジストマスク104をアッシングにより除去する。
Next, as shown in FIG. 9B, the first through
次に、図9(c)に示すように、第1のスルーホール105a及び第2のスルーホール105b内にレジスト106を埋め込み、続いて、第1のキャップ絶縁膜103上に、第1のスルーホール105a及び第2のスルーホール105bを埋め込むように、ARC膜107を堆積する。
Next, as shown in FIG. 9C, a
次に、図9(d)に示すように、フォトリソグラフィ法により、ARC膜107上に、素子形成領域Rlogicに第1の配線溝109を形成するための開口を有するレジストマスク108を形成する。次に、ドライエッチング法により、第1のキャップ絶縁膜103及び第1の層間絶縁膜102の途中までを除去して、素子形成領域Rlogicに第1のスルーホール105aに繋がる第1の配線溝109を形成する。その後、レジストマスク108、ARC膜107及びレジスト106をアッシングにより除去する。
Next, as shown in FIG. 9D, a
次に、図9(e)に示すように、ドライエッチング法により、第1のスルーホール105a及び第2のスルーホール105bの底部の第1のライナー絶縁膜101を除去する。
Next, as shown in FIG. 9E, the first
次に、図9(f)に示すように、スパッタ法により、第1のスルーホール105a、第1の配線溝109及び第2のスルーホール105bを覆うようにCu拡散防止の第1のバリアメタル(図示せず)を堆積する。続いて、金属めっき法により、第1のバリアメタルの上に、第1のスルーホール105a、第1の配線溝109及び第2のスルーホール105bを埋め込むように、第1のCu(図示せず)を堆積する。その後、CMP(Chemical Mechanical Polishig:化学的機械研磨)法により、第1のCu及び第1のバリアメタルを研磨し、第1のスルーホール105a、第1の配線溝109及び第2のスルーホール105b内に第1のバリアメタル及び第1のCuを残し、第1のスルーホール105a、第1の配線溝109及び第2のスルーホール105b以外の部分に第1のキャップ絶縁膜103を露出させる。これにより、素子形成領域Rlogicに、第1のバリアメタル膜110a及び第1のCu膜111aからなる第1の配線112を形成し、シールリング形成領域Rsealに、第2のバリアメタル膜110b及び第2のCu膜111bからなる第1の支柱114を形成する。このとき、第1の配線112とトランジスタ等の半導体素子とは第1の配線112の底部に一体化形成された第1の接続プラグ113により電気的に接続されている。
Next, as shown in FIG. 9F, a first barrier metal for preventing Cu diffusion so as to cover the first through
次に、図10(a)に示すように、第1の配線112及び第1の支柱114を含む第1のキャップ絶縁膜103上に、CVD法により、第2のライナー絶縁膜115を堆積する。次に、CVD法により、第2のライナー絶縁膜115上に、低誘電率膜である第2の層間絶縁膜116を堆積する。次に、CVD法により、第2の層間絶縁膜116上に、第2のキャップ絶縁膜117を堆積する。
Next, as shown in FIG. 10A, a second
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2のキャップ絶縁膜117上に、素子形成領域Rlogicに第3のスルーホール119aを形成し、シールリング形成領域Rsealに第4のスルーホール119bを形成するための開口を有するレジストマスク118を形成する。このとき、第4のスルーホール119bを形成するための開口は、第2のスルーホール105bを形成するための開口と同じ幅で形成される。次に、ドライエッチング法により、素子形成領域Rlogicに第2のキャップ絶縁膜117及び第2の層間絶縁膜116を突き抜ける第3のスルーホール119aを形成し、シールリング形成領域Rsealに第2のキャップ絶縁膜115及び第2の層間絶縁膜116を突き抜ける第4のスルーホール119bを形成する。その後、レジストマスク118をアッシングにより除去する。
Next, as shown in FIG. 10B, a third through
次に、図10(c)に示すように、第3のスルーホール119a及び第4のスルーホール119b内にレジスト120を埋め込み、続いて、第2のキャップ絶縁膜117上に、第3のスルーホール119a及び第4のスルーホール119bを埋め込むように、ARC膜121を堆積する。
Next, as shown in FIG. 10C, a resist 120 is embedded in the third through
次に、図10(d)に示すように、フォトリソグラフィ法により、ARC膜121上に、素子形成領域Rlogicに第2の配線溝123を形成するための開口を有するレジストマスク122を形成する。次に、ドライエッチング法により、素子形成領域Rlogicに、第2のキャップ絶縁膜117及び第2の層間絶縁膜116の途中までを除去して、第3のスルーホール119aに繋がる第2の配線溝123を形成する。その後、レジストマスク122、ARC膜121及びレジスト120をアッシングにより除去する。
Next, as shown in FIG. 10D, a resist mask 122 having an opening for forming the
次に、図10(e)に示すように、ドライエッチング法により、第3のスルーホール119a及び第4のスルーホール119bの底部の第2のライナー絶縁膜115を除去する。
Next, as shown in FIG. 10E, the second
次に、図10(f)に示すように、スパッタ法により、第3のスルーホール119a、第2の配線溝123及び第4のスルーホール119bを覆うようにCu拡散防止の第2のバリアメタル(図示せず)を堆積する。続いて、金属めっき法により、第2のバリアメタルの上に、第3のスルーホール119a、第2の配線溝123及び第4のスルーホール119bを埋め込むように、第2のCu(図示せず)を堆積する。その後、CMP法により、第2のCu及び第2のバリアメタルを研磨し、第3のスルーホール119a、第2の配線溝123及び第4のスルーホール119b内に第2のバリアメタル及び第1のCuを残し、第3のスルーホール119a、第2の配線溝123及び第4のスルーホール119b以外の部分に第2のキャップ絶縁膜116を露出させる。これにより、素子形成領域Rlogicに、第3のバリアメタル膜124a及び第3のCu膜125aからなる第2の配線126を形成し、シールリング形成領域Rsealに、第4のバリアメタル膜124b及び第4のCu膜125bからなる第2の支柱128を形成する。このとき、第2の配線126と第1の配線112とは第2の配線126の底部に一体化形成された第2の接続プラグ127により電気的に接続されている。また、第2の支柱128は、第1の支柱114の幅と同じ幅であり、第2の支柱128の底面と第1の支柱114の上面とは配線層に対して水平方向で接している。
Next, as shown in FIG. 10F, a second barrier metal for preventing Cu diffusion so as to cover the third through
以上の図9(a)〜図10(f)の工程により、図8に示すようなシールリング構造を有する半導体装置が形成される。
しかしながら、従来のシールリング構造を有する半導体装置には、以下のような課題が発生する。従来のシールリング構造を有する半導体装置では、第1の支柱114の上面と第2の支柱128の底面とが同じ幅で接している。言い換えると、第1の支柱114の幅と第2の支柱128の幅とが同じであり、第1の支柱114の側壁である第2のバリアメタル膜110bの壁面と第2の支柱128の側壁である第4のバリアメタル膜124bの壁面とが配線層に対して垂直方向で連なるように形成されている。ここで、バリアメタル膜はCu拡散を防ぐために設けられており、第2のCu膜111bは、その底面と側面とを第2のバリアメタル膜110bに囲まれ、上面を第4のバリアメタル膜124bに覆われている。各層でチップを取り囲む壁のように支柱を積み重ねていくシールリング構造は、例えば、第1のキャップ絶縁膜103と第2のライナー絶縁膜115との界面のような絶縁膜−絶縁膜間の界面や第4のバリアメタル膜124bと第2のライナー絶縁膜115との界面のようなバリアメタル膜−絶縁膜間の界面が多数存在する。そして、このように異種材料の界面が多数存在する支柱の周辺では、膜同士の密着性が弱いものとなっている。そのため、CMPにより、配線層に対して水平方向に力が働いた場合には、絶縁膜−絶縁膜界面における膜ずれが生じやすくなり、それに伴いシールリング構造の配線層に対して垂直方向に連なったバリアメタル膜も水平方向にずれてくることになる。また、低誘電率膜堆積後のアニールによっても、バリアメタル膜と絶縁膜の熱膨張率の違いに起因する膜ずれが生じることがある。これにより、垂直に連なっていた第2のバリアメタル膜110bの壁面と第4のバリアメタル膜124bの壁面が配線層に対して水平方向にずれたり、さらに第2のバリアメタル膜110bと第4のバリアメタル膜124bとが離れたりすることとなり、第1の配線溝109の上部で第2のCu膜111bの上面が第4のバリアメタル膜124bに塞がれなくなる。このとき、第2のCu膜111bが素子形成領域Rlogic側の第1のキャップ絶縁膜103と第2のライナー絶縁膜115との界面に染み出して拡散することにより素子の信頼性を低下させる現象が生じる。
However, the following problems occur in a semiconductor device having a conventional seal ring structure. In a semiconductor device having a conventional seal ring structure, the upper surface of the
本発明は、上層のCMPや膜堆積後のアニールにより各層で積み重ねられた支柱が配線層に対して水平方向にずれた場合であっても、Cuの染み出しを抑制する信頼性の高い半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention provides a highly reliable semiconductor device that suppresses the seepage of Cu even when the pillars stacked in each layer are displaced in the horizontal direction with respect to the wiring layer by CMP of the upper layer or annealing after film deposition. The purpose is to provide.
本発明に係る半導体装置は、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の絶縁膜に形成された第1のスルーホールに埋め込まれた第1の支柱と、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、第2の絶縁膜に形成された第2のスルーホールに埋め込まれた第2の支柱とを有する半導体装置において、第2の支柱の底面は、少なくとも素子形成領域側における第1の支柱の上面の一部及び第1の絶縁膜の上面の一部を覆う。 A 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 wiring A first pillar embedded in the first through-hole formed in the insulating film; a second insulating film formed on the first insulating film; and a second insulating film formed on the second insulating film. In the semiconductor device having the second wiring buried in the wiring trench and the second pillar buried in the second through hole formed in the second insulating film, the bottom surface of the second pillar is At least a part of the upper surface of the first support column and a part of the upper surface of the first insulating film on the element formation region side are covered.
これにより、各層で積み重ねられた支柱が配線層に対して水平方向にずれた場合であっても、少なくとも素子形成領域側へCuが染み出すのを抑制することができる。 Thereby, even if the struts stacked in each layer are displaced in the horizontal direction with respect to the wiring layer, it is possible to suppress Cu from seeping out at least toward the element formation region.
また、本発明に係る半導体装置は、第2の支柱の幅は第1の支柱の幅よりも広くなっており、第2の支柱の底面は第1の支柱の全上面を覆う。 In the semiconductor device according to the present invention, the width of the second column is wider than the width of the first column, and the bottom surface of the second column covers the entire top surface of the first column.
また、本発明に係る半導体装置は、第2の絶縁膜に形成された第3のスルーホールに埋め込まれた第3の支柱を有し、第2の支柱の底面は、第1の支柱の少なくとも素子形成領域側の上面の一部を覆い、第3の支柱の底面は、第1の支柱の少なくともスクライブライン側の上面の一部を覆う。 The semiconductor device according to the present invention has a third support column embedded in a third through hole formed in the second insulating film, and the bottom surface of the second support column is at least the first support column. A part of the upper surface on the element formation region side is covered, and the bottom surface of the third support column covers at least a part of the upper surface on the scribe line side of the first support column.
また、本発明に係る半導体装置において、第1の支柱は、バリアメタル及び銅からなる。 In the semiconductor device according to the present invention, the first support column is made of barrier metal and copper.
また、本発明に係る半導体装置において、第1の絶縁膜は少なくとも低誘電率膜を含む。 In the semiconductor device according to the present invention, the first insulating film includes at least a low dielectric constant film.
本発明に係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の配線溝及び第1のスルーホールを形成する工程(a)と、第1の配線溝に第1の配線を埋め込み、第1のスルーホールに第1の支柱を埋め込む工程(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の配線溝と、第2のスルーホールを形成する工程(d)と、第2の配線溝に第2の配線を埋め込み、第2のスルーホールに第2の支柱を埋め込む工程(e)とを有し、第2の支柱の底面は、第1の支柱の少なくとも素子形成領域側における第1の支柱の上面の一部及び第1の絶縁膜の上面の一部を覆う。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step (a) of forming a first wiring groove and a first through hole in a first insulating film formed on a semiconductor substrate, and a first wiring groove. (B) embedding the first wiring in the first through hole and embedding the first support pillar in the first through hole, and forming the second insulating film on the first insulating film after the step (b) (C), a step (d) of forming a second wiring groove and a second through hole in the second insulating film, and the second wiring is embedded in the second wiring groove, and the second through hole is formed. A step (e) of embedding the second support column, wherein the bottom surface of the second support column is a part of the upper surface of the first support column and the first insulating film at least on the element formation region side of the first support column Cover a part of the top surface of.
これにより、各層で積み重ねられた支柱が配線層に対して水平方向にずれた場合であっても、少なくとも素子形成領域側へCuが染み出すのを抑制することができる。 Thereby, even if the struts stacked in each layer are displaced in the horizontal direction with respect to the wiring layer, it is possible to suppress Cu from seeping out at least toward the element formation region.
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、工程(d)では、第2の絶縁膜に第2の配線溝と、第1の支柱の素子形成領域側上部で接続する第2のスルーホールを形成するのと同時に、第1の支柱のスクライブライン領域側上部で接続する第3のスルーホールを形成し、工程(e)では、第2の配線及び第2の支柱を埋め込むのと同時に、第3のスルーホールに第3の支柱を埋め込む。 In addition, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the step (d), the second through hole is connected to the second insulating film at the upper part on the element forming region side of the first support column. In the step (e), a third through-hole connected at the upper part of the first column on the scribe line region side is formed. At the same time as the second wiring and the second column are embedded, A third column is embedded in the third through hole.
これにより、各層で積み重ねられた支柱が配線層に対して水平方向にずれた場合であっても、少なくとも素子形成領域側へCuが染み出すのを抑制することができ、さらに、第2の支柱と第3の支柱の間に低誘電率膜を有する構造となっているため、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。 Thereby, even if the struts stacked in each layer are displaced in the horizontal direction with respect to the wiring layer, it is possible to suppress Cu from seeping out at least toward the element formation region, and further, the second strut And the third support column have a low dielectric constant film, so that the dielectric constant can be reduced and the wiring capacitance can be reduced.
また、本発明に係る半導体装置の製造方法において、第3の支柱の底面は、第1の支柱のスクライブライン領域側の上面の一部を覆う。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the bottom surface of the third support column covers a part of the top surface of the first support column on the scribe line region side.
また、本発明に係る半導体装置の製造方法において、第1の支柱は、バリアメタル及び銅からなることを特徴とする半導体装置。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the first support column is made of a barrier metal and copper.
また、本発明に係る半導体装置の製造方法において、第1の絶縁膜は少なくとも低誘電率膜を含む。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the first insulating film includes at least a low dielectric constant film.
本発明に係る半導体装置及びその製造方法によれば、シールリングとして各層で積み重ねられた支柱が配線層に対して水平方向にずれた場合であっても、Cuの染み出しを抑制することができる。 According to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention, even if the pillars stacked in each layer as the seal ring are displaced in the horizontal direction with respect to the wiring layer, the seepage of Cu can be suppressed. .
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。図中において、左は素子形成領域Rlogicを示しており、右はシールリング形成領域Rsealを示している。また、シールリング形成領域Rsealのさらに右にはスクライブライン領域(図示せず)が存在する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the semiconductor device according to the first embodiment. In the figure, the left shows the element formation region Rlogic, and the right shows the seal ring formation region Rseal. Further, a scribe line region (not shown) exists further to the right of the seal ring formation region Rseal.
素子形成領域Rlogicには、トランジスタ等の素子が形成された半導体基板(図示せず)上に形成された第1のライナー絶縁膜201と、第1のライナー絶縁膜201上に形成された低誘電率膜である第1の層間絶縁膜202と、第1の層間絶縁膜202上に形成された第1のキャップ絶縁膜203と、第1のキャップ絶縁膜203及び第1の層間絶縁膜202に形成された配線溝(図示せず)に埋め込まれた第1のバリアメタル膜210a及び第1のCu膜211aからなる第1の配線212と、第1の配線212とトランジスタ等の素子とを電気的に接続するように第1の配線212と一体化形成された第1の接続プラグ213と、第1の配線212を含む第1のキャップ絶縁膜203上に形成された第2のライナー絶縁膜215と、第2のライナー絶縁膜215上に形成された低誘電率膜である第2の層間絶縁膜216と、第2の層間絶縁膜216上に形成された第2のキャップ絶縁膜217と、第2のキャップ絶縁膜217及び第2の層間絶縁膜216に形成された配線溝(図示せず)に埋め込まれた第3のバリアメタル膜224a及び第3のCu膜225aからなる第2の配線226と、第2の配線226とトランジスタ等の素子とを電気的に接続するように第2の配線226と一体化形成された第2の接続プラグ227とが形成されている。
In the element formation region Rlogic, a first
シールリング形成領域Rsealには、半導体基板(図示せず)上に形成された第1のライナー絶縁膜201と、第1のライナー絶縁膜201上に形成された低誘電率膜である第1の層間絶縁膜202と、第1の層間絶縁膜202上に形成された第1のキャップ絶縁膜203と、第1のキャップ絶縁膜203、第1の層間絶縁膜202及び第1のライナー絶縁膜201を突き抜けるように形成された第2のバリアメタル膜210b及び第2のCu膜211bからなる第1の支柱214と、第1の支柱214を含む第1のキャップ絶縁膜203上に形成された第2のライナー絶縁膜215と、第2のライナー絶縁膜215上に形成された低誘電率膜である第2の層間絶縁膜216と、第2の層間絶縁膜216上に形成された第2のキャップ絶縁膜217と、第2のキャップ絶縁膜217、第2の層間絶縁膜216及び第2のライナー絶縁膜215を突き抜けるように形成され、第1の支柱214の幅よりも広い幅であって第1の支柱214の上面を覆う第4のバリアメタル膜224b及び第4のCu膜225bからなる第2の支柱228とが形成されている。
The seal ring formation region Rseal includes a first
第1の実施形態に係る半導体装置では、第2の支柱228の幅が第1の支柱214の幅よりも広くなっていることにより、第1の支柱214の上部の第2のバリアメタル膜210bと第1のライナー絶縁膜215との界面が第2の支柱228の底面、すなわち、第4のバリアメタル膜224bによって充分に覆われている。これにより、上層のCMPや膜堆積後のアニールにより各層で積み重ねられた支柱が配線層に対して水平方向にずれた場合であっても、第2のCu膜211bが第4のバリアメタル膜224bに覆われずに露出することはないのでCuの染み出しを抑制することができる。
In the semiconductor device according to the first embodiment, since the width of the
なお、本実施形態では、デュアルダマシン構造について説明したが、シングルダマシン構造を用いた場合にも適用できる。 Although the dual damascene structure has been described in the present embodiment, the present invention can also be applied to the case where a single damascene structure is used.
(第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法)
以下、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図面を用いて説明する。
(Method for Manufacturing Semiconductor Device According to First Embodiment)
The semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment will be described below with reference to the drawings.
図2(a)〜(f)及び図3(a)〜(f)は、第1の実施形態のシールリング構造を有する半導体装置の製造工程を示す断面図である。 FIGS. 2A to 2F and FIGS. 3A to 3F are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of the semiconductor device having the seal ring structure of the first embodiment.
まず、図2(a)に示すように、CVD法により、トランジスタ等の半導体素子を形成したシリコン基板(図示せず)上に、第1のライナー絶縁膜201を、例えば、厚さ100nm堆積する。ここで、第1のライナー絶縁膜201としては、例えば、SiCを用いる。次に、CVD法により、第1のライナー絶縁膜201上に、第1の層間絶縁膜202を、例えば、厚さ500nm堆積する。ここで、第1の層間絶縁膜202としては、例えば、低誘電率膜であるSiOC膜や、SiOF膜を用いる。次に、CVD法により、第1の層間絶縁膜202上に、第1のキャップ絶縁膜203を、例えば、厚さ100nm堆積する。ここで、第1のキャップ絶縁膜203としては、例えば、FSGを用いる。
First, as shown in FIG. 2A, a first
次に、図2(b)に示すように、フォトリソグラフィ法により、第1のキャップ絶縁膜203上に、素子形成領域Rlogicに第1のスルーホール205aを形成し、シールリング形成領域Rsealに第2のスルーホール205bを形成するための開口を有するレジストマスク204を形成する。次に、ドライエッチング法により、素子形成領域Rlogicに第1のキャップ絶縁膜203及び第1の層間絶縁膜202を突き抜ける第1のスルーホール205aを形成し、シールリング形成領域Rsealに第1のキャップ絶縁膜203及び第1の層間絶縁膜202を突き抜ける第2のスルーホール205bを形成する。その後、レジストマスク204をアッシングにより除去する。
Next, as shown in FIG. 2B, the first through
次に、図2(c)に示すように、第1のスルーホール205a及び第2のスルーホール205b内にレジスト206を、例えば、厚さ300nm埋め込み、続いて、第1のキャップ絶縁膜203上に、第1のスルーホール205a及び第2のスルーホール205bを埋め込むように、ARC膜207を堆積する。
Next, as illustrated in FIG. 2C, a resist 206 is embedded in the first through
次に、図2(d)に示すように、フォトリソグラフィ法により、ARC膜207上に、素子形成領域Rlogicに第1の配線溝209を形成するための開口を有するレジストマスク208を形成する。次に、ドライエッチング法により、素子形成領域Rlogicに、第1のキャップ絶縁膜203及び第1の層間絶縁膜202の途中までを除去して、第1のスルーホール205aに繋がる第1の配線溝209を形成する。その後、レジストマスク208,ARC膜207及びレジスト206をアッシングにより除去する。
Next, as shown in FIG. 2D, a resist
次に、図2(e)に示すように、ドライエッチング法により、第1のスルーホール205a及び第2のスルーホール205bの底部の第1のライナー絶縁膜201を除去する。
Next, as shown in FIG. 2E, the first
次に、図2(f)に示すように、スパッタ法により、第1のスルーホール205a、第1の配線溝209及び第2のスルーホール205bを覆うようにCu拡散防止の第1のバリアメタル(図示せず)を堆積し、続いて、金属めっき法により、第1のバリアメタルの上に、第1のスルーホール205a、第1の配線溝209及び第2のスルーホール205bを埋め込むように、第1のCu(図示せず)を堆積する。その後、CMP法により、第1のCu及び第1のバリアメタルを研磨し、第1のスルーホール205a、第1の配線溝209及び第2のスルーホール205b内に第1のバリアメタル及び第1のCuを残し、第1のスルーホール205a、第1の配線溝209及び第2のスルーホール205b以外の部分に第1のキャップ絶縁膜203を露出させる。これにより、素子形成領域Rlogicに、第1のバリアメタル膜210a及び第1のCu膜211aからなる第1の配線212を形成し、シールリング形成領域Rsealに、第2のバリアメタル膜210b及び第2のCu膜211bからなる第1の支柱214を形成する。このとき、第1の配線212とトランジスタ等の半導体素子とは第1の配線212の底部に一体化形成された第1の接続プラグ213により電気的に接続されている。
Next, as shown in FIG. 2 (f), a first barrier metal for preventing Cu diffusion so as to cover the first through
次に、図3(a)に示すように、第1の配線212及び第1の支柱214を含む第1のキャップ絶縁膜203上に、CVD法により、例えば、厚さ100nmの第2のライナー絶縁膜215を堆積する。ここで、第2のライナー絶縁膜215としては、例えば、SiCを用いる。次に、CVD法により、第2のライナー絶縁膜215上に、例えば、厚さ500nmの第2の層間絶縁膜216を堆積する。ここで、第2の層間絶縁膜216としては、例えば、低誘電率膜であるSiOC膜や、SiOF膜を用いる。次に、CVD法により、第2の層間絶縁膜216上に、例えば、厚さ100nmの第2のキャップ絶縁膜217を堆積する。ここで、第2のキャップ絶縁膜217としては、例えば、FSGを用いる。
Next, as shown in FIG. 3A, a second liner having a thickness of, for example, 100 nm is formed on the first
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2のキャップ絶縁膜217上に、素子形成領域Rlogicに第3のスルーホール219aを形成し、シールリング形成領域Rsealに第4のスルーホール219bを形成するための開口を有するレジストマスク218を形成する。このとき、第4のスルーホール219bを形成するための開口は、第2のスルーホール205bを形成するための開口よりも広い幅で形成される。例えば、第2のスルーホール205bを形成するための開口の幅を150nmとすると、第4のスルーホール219bを形成するための開口の幅は200nmである。次に、ドライエッチング法により、素子形成領域Rlogicに、第2のキャップ絶縁膜217及び第2の層間絶縁膜216を突き抜ける第3のスルーホール219aを形成し、シールリング形成領域Rsealに、第2のキャップ絶縁膜217及び第2の層間絶縁膜216を突き抜ける第4のスルーホール219bを形成する。その後、レジストマスク218をアッシングにより除去する。
Next, as shown in FIG. 3B, the third through hole 219a is formed in the element formation region Rlogic on the second
次に、図3(c)に示すように、第3のスルーホール219a及び第4のスルーホール219b内にレジスト220を、例えば、厚さ300nm埋め込み、続いて、第2のキャップ絶縁膜217上に、第3のスルーホール219a及び第4のスルーホール219bを埋め込むように、ARC膜221を堆積する。
Next, as shown in FIG. 3C, a resist 220 is embedded in the third through hole 219a and the fourth through hole 219b, for example, with a thickness of 300 nm, and then on the second
次に、図3(d)に示すように、フォトリソグラフィ法により、ARC膜221上に素子形成領域Rlogicに第2の配線溝223を形成するための開口を有するレジストマスク222を形成する。次に、ドライエッチング法により、素子形成領域Rlogicに、第2のキャップ絶縁膜217及び第2の層間絶縁膜216の途中までを除去して、第3のスルーホール219aに繋がる第2の配線溝223を形成する。その後、レジストマスク222、ARC膜221及びレジスト220をアッシングにより除去する。
Next, as shown in FIG. 3D, a resist
次に、図3(e)に示すように、ドライエッチング法により、第3のスルーホール219a及び第4のスルーホール219bの底部の第2のライナー絶縁膜215を除去する。
Next, as shown in FIG. 3E, the second
次に、図3(f)に示すように、スパッタ法により、第3のスルーホール219a、第2の配線溝223及び第4のスルーホール219bを覆うようにCu拡散防止の第2のバリアメタル(図示せず)を堆積し、続いて、金属めっき法により、第2のバリアメタルの上に、第3のスルーホール219a、第2の配線溝223及び第4のスルーホール219bを埋め込むように、第2のCu(図示せず)を堆積する。その後、CMP法により、第2のCu及び第2のバリアメタルを研磨し、第3のスルーホール219a、第2の配線溝223及び第4のスルーホール219b内に第2のバリアメタル及び第2のCuを残し、第3のスルーホール219a、第2の配線溝223及び第4のスルーホール219b以外の部分に第2のキャップ絶縁膜217を露出させる。これにより、素子形成領域Rlogicに、第3のバリアメタル膜224a及び第3のCu膜225aからなる第2の配線226を形成し、シールリング形成領域Rsealに、第4のバリアメタル膜224b及び第4のCu膜225bからなる第2の支柱228を形成する。このとき、第2の配線226と第1の配線212とは第2の配線226の底部に一体化形成された第2の接続プラグ227により電気的に接続されている。また、第2の支柱228は、第1の支柱214の幅よりも広い幅であり、第2の支柱228の底面は、第1の支柱214の上面を覆っている。
Next, as shown in FIG. 3F, a second barrier metal for preventing Cu diffusion so as to cover the third through hole 219a, the
以上の図2(a)〜図3(f)の工程により、図1に示すようなシールリング構造を有する半導体装置が形成される。 2A to 3F, a semiconductor device having a seal ring structure as shown in FIG. 1 is formed.
(第1の実施形態の変形例)
図4は、第1の実施形態の変形例に係る半導体装置を示す断面図である。図中において、左は素子形成領域Rlogicを示しており、右はシールリング形成領域Rsealを示している。また、シールリング形成領域Rsealのさらに右にはスクライブライン領域(図示せず)が存在する。
(Modification of the first embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a modification of the first embodiment. In the figure, the left shows the element formation region Rlogic, and the right shows the seal ring formation region Rseal. Further, a scribe line region (not shown) exists further to the right of the seal ring formation region Rseal.
素子形成領域Rlogicには、トランジスタ等の素子が形成された半導体基板(図示せず)上に形成された第1のライナー絶縁膜201と、第1のライナー絶縁膜201上に形成された低誘電率膜である第1の層間絶縁膜202と、第1の層間絶縁膜202上に形成された第1のキャップ絶縁膜203と、第1のキャップ絶縁膜203及び第1の層間絶縁膜202に形成された配線溝(図示せず)に埋め込まれた第1のバリアメタル膜210a及び第1のCu膜211aからなる第1の配線212と、第1の配線212とトランジスタ等の素子とを電気的に接続するように第1の配線212と一体化形成された第1の接続プラグ213と、第1の配線212を含む第1のキャップ絶縁膜203上に形成された第2のライナー絶縁膜215と、第2のライナー絶縁膜215上に形成された低誘電率膜である第2の層間絶縁膜216と、第2の層間絶縁膜216上に形成された第2のキャップ絶縁膜217と、第2のキャップ絶縁膜217及び第2の層間絶縁膜216に形成された配線溝(図示せず)に埋め込まれた第3のバリアメタル膜224a及び第3のCu膜225aからなる第2の配線226と、第2の配線226とトランジスタ等の素子とを電気的に接続するように第2の配線226と一体化形成された第2の接続プラグ227とが形成されている。
In the element formation region Rlogic, a first
シールリング形成領域Rsealには、半導体基板(図示せず)上に形成された第1のライナー絶縁膜201と、第1のライナー絶縁膜201上に形成された低誘電率膜である第1の層間絶縁膜202と、第1の層間絶縁膜202上に形成された第1のキャップ絶縁膜203と、第1のキャップ絶縁膜203、第1の層間絶縁膜202及び第1のライナー絶縁膜201を突き抜けるように形成された第2のバリアメタル膜210b及び第2のCu膜211bからなる第1の支柱214と、第1の支柱214を含む第1のキャップ絶縁膜203上に形成された第2のライナー絶縁膜215と、第2のライナー絶縁膜215上に形成された低誘電率膜である第2の層間絶縁膜216と、第2の層間絶縁膜216上に形成された第2のキャップ絶縁膜217と、第2のキャップ絶縁膜217、第2の層間絶縁膜216及び第2のライナー絶縁膜215を突き抜けるように形成され、第1の支柱214の幅よりも広い幅であって第1の支柱214の少なくとも素子形成領域Rlogic側の上面を覆う第4のバリアメタル膜224b及び第4のCu膜225bからなる第2の支柱228とが形成されている。
The seal ring formation region Rseal includes a first
第1の実施形態の変形例に係る半導体装置では、第2の支柱228の幅が第1の支柱214の幅よりも広くなっており、第2の支柱228が第1の支柱214よりも素子形成慮域Rlogic側に突き出していることによって第1の支柱214の少なくとも素子形成領域Rlogic側の上部の第2のバリアメタル膜210bと第1のライナー絶縁膜203との界面が第2の支柱228の底面、すなわち、第4のバリアメタル膜224bによって充分に覆われている。これにより、上層のCMPや膜堆積後のアニールにより各層で積み重ねられた支柱が配線層に対して水平方向にずれた場合であっても、素子形成領域Rlogic側で第2のCu膜211bが第4のバリアメタル膜224bに覆われずに露出することはないのでCuの素子形成領域Rlogic側への染み出しを抑制することができる。
In the semiconductor device according to the modification of the first embodiment, the width of the
なお、第1の実施形態の変形例に係る半導体装置の製造方法は、基本的に第1の実施形態の図2(a)〜図3(f)に示す製造方法と同じであるため、説明を省略する。 The manufacturing method of the semiconductor device according to the modification of the first embodiment is basically the same as the manufacturing method shown in FIGS. 2A to 3F of the first embodiment. Is omitted.
(第2の実施形態)
図5は、第2の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。図中において、左は素子形成領域Rlogicを示しており、右はシールリング形成領域Rsealを示している。また、シールリング形成領域Rsealのさらに右にはスクライブライン領域(図示せず)が存在する。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a sectional view showing a semiconductor device according to the second embodiment. In the figure, the left shows the element formation region Rlogic, and the right shows the seal ring formation region Rseal. Further, a scribe line region (not shown) exists further to the right of the seal ring formation region Rseal.
素子形成領域Rlogicには、トランジスタ等の素子が形成された半導体基板(図示せず)上に形成された第1のライナー絶縁膜301と、第1のライナー絶縁膜301上に形成された低誘電率膜である第1の層間絶縁膜302と、第1の層間絶縁膜302上に形成された第1のキャップ絶縁膜303と、第1のキャップ絶縁膜303及び第1の層間絶縁膜302に形成された配線溝(図示せず)に埋め込まれた第1のバリアメタル膜310a及び第1のCu膜311aからなる第1の配線312と、第1の配線312とトランジスタ等の素子とを電気的に接続するように第1の配線312と一体化形成された第1の接続プラグ313と、第1の配線312を含む第1のキャップ絶縁膜303上に形成された第2のライナー絶縁膜315と、第2のライナー絶縁膜315上に形成された低誘電率膜である第2の層間絶縁膜316と、第2の層間絶縁膜316上に形成された第2のキャップ絶縁膜317と、第2のキャップ絶縁膜317及び第2の層間絶縁膜316に形成された配線溝(図示せず)に埋め込まれた第3のバリアメタル膜324a及び第3のCu膜325aからなる第2の配線326と、第2の配線326とトランジスタ等の素子とを電気的に接続するように第2の配線326と一体化形成された第2の接続プラグ327とが形成されている。
The element formation region Rlogic includes a first
シールリング形成領域Rsealには、半導体基板(図示せず)上に形成された第1のライナー絶縁膜301と、第1のライナー絶縁膜301上に形成された低誘電率膜である第1の層間絶縁膜302と、第1の層間絶縁膜302上に形成された第1のキャップ絶縁膜303と、第1のキャップ絶縁膜303、第1の層間絶縁膜302及び第1のライナー絶縁膜301を突き抜けるように形成された第2のバリアメタル膜310b及び第2のCu膜311bからなる第1の支柱314と、第1の支柱314を含む第1のキャップ絶縁膜303上に形成された第2のライナー絶縁膜315と、第2のライナー絶縁膜315上に形成された低誘電率膜である第2の層間絶縁膜316と、第2の層間絶縁膜316上に形成された第2のキャップ絶縁膜317と、第2のキャップ絶縁膜317、第2の層間絶縁膜316及び第2のライナー絶縁膜315を突き抜けるように形成され、素子形成領域Rlogic側で第1の支柱314の上面を覆う第4のバリアメタル膜324b及び第4のCu膜325bからなる第2の支柱328と、第2のキャップ絶縁膜317、第2の層間絶縁膜316及び第2のライナー絶縁膜315を突き抜けるように形成され、スクライブライン領域側で第1の支柱314の上面を覆う第5のバリアメタル膜324c及び第5のCu膜325cからなる第3の支柱329とが形成されている。
The seal ring formation region Rseal includes a first
第2の実施形態に係る半導体装置では、第2の支柱328を備えることにより第1の支柱314の素子形成領域Rlogic側の上部の第2のバリアメタル膜310bと第1のライナー絶縁膜303との界面が第2の支柱328の底面、すなわち、第4のバリアメタル膜324bにより充分に覆われており、第3の支柱329を備えることにより第1の支柱314のスクライブライン領域側の上部の第2のバリアメタル膜310bと第1のライナー絶縁膜303との界面が第3の支柱329の底面、すなわち、第5のバリアメタル膜324cにより充分に覆われている。これにより、上層のCMPや膜堆積後のアニールにより各層で積み重ねられた支柱が配線層に対して水平方向にずれた場合であっても、素子形成領域Rlogic側で第2のCu膜311bが第4のバリアメタル膜324bに覆われずに露出することはないのでCuの染み出しを抑制することができる。また、第2の実施形態に係る半導体装置は、第2の支柱328と第3の支柱329の間に低誘電率膜を有する構造となっているため、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。
In the semiconductor device according to the second embodiment, since the
なお、本実施形態では、デュアルダマシン構造について説明したが、シングルダマシン構造を用いた場合にも適用できる。 Although the dual damascene structure has been described in the present embodiment, the present invention can also be applied to the case where a single damascene structure is used.
(第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法)
以下、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図面を用いて説明する。
(Method for Manufacturing Semiconductor Device According to Second Embodiment)
A method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment will be described below with reference to the drawings.
図6(a)〜(f)及び図7(a)〜(f)は、第2の実施形態のシールリング構造を有する半導体装置の製造工程を示す断面図である。 FIGS. 6A to 6F and FIGS. 7A to 7F are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a semiconductor device having the seal ring structure of the second embodiment.
まず、図6(a)に示すように、CVD法により、トランジスタ等の半導体素子を形成したシリコン基板(図示せず)上に、第1のライナー絶縁膜301を、例えば、厚さ100nm堆積する。ここで、第1のライナー絶縁膜301としては、例えば、SiCを用いる。次に、CVD法により、第1のライナー絶縁膜301上に、第1の層間絶縁膜302を、例えば、厚さ500nm堆積する。ここで、第1の層間絶縁膜302としては、例えば、低誘電率膜であるSiOC膜や、SiOF膜を用いる。次に、CVD法により、第1の層間絶縁膜302上に、第1のキャップ絶縁膜303を、例えば、厚さ100nm堆積する。ここで、第1のキャップ絶縁膜303としては、例えば、FSGを用いる。
First, as shown in FIG. 6A, a first
次に、図6(b)に示すように、フォトリソグラフィ法により、第1のキャップ絶縁膜303上に、素子形成領域Rlogicに第1のスルーホール305aを形成し、シールリング形成領域Rsealに第2のスルーホール305bを形成するための開口を有するレジストマスク304を形成する。次に、ドライエッチング法により、素子形成領域Rlogicに、第1のキャップ絶縁膜303及び第1の層間絶縁膜302を突き抜ける第1のスルーホール305aを形成し、シールリング形成領域Rsealに、第1のキャップ絶縁膜303及び第1の層間絶縁膜302を突き抜ける第2のスルーホール305bを形成する。その後、レジストマスク304をアッシングにより除去する。
Next, as shown in FIG. 6B, a first through
次に、図6(c)に示すように、第1のスルーホール305a及び第2のスルーホール305b内にレジスト306を、例えば、厚さ300nm埋め込み、続いて、第1のキャップ絶縁膜303上に、第1のスルーホール305a及び第2のスルーホール305bを埋め込むように、ARC膜307を堆積する。
Next, as illustrated in FIG. 6C, a resist 306 is embedded in the first through
次に、図6(d)に示すように、フォトリソグラフィ法により、ARC膜307上に、素子形成領域Rlogicに第1の配線溝309を形成するための開口を有するレジストマスク308を形成する。次に、ドライエッチング法により、素子形成領域Rlogicに、第1のキャップ絶縁膜303及び第1の層間絶縁膜302の途中までを除去して、第1のスルーホール305aに繋がる第1の配線溝309を形成する。その後、レジストマスク308、ARC膜307及びレジスト306をアッシングにより除去する。
Next, as illustrated in FIG. 6D, a resist
次に、図6(e)に示すように、ドライエッチング法により、第1のスルーホール305a及び第2のスルーホール305bの底部の第1のライナー絶縁膜301を除去する。
Next, as shown in FIG. 6E, the first
次に、図6(f)に示すように、スパッタ法により、第1のスルーホール305a、第1の配線溝309及び第2のスルーホール305bを覆うようにCu拡散防止の第1のバリアメタル(図示せず)を堆積し、続いて、金属めっき法により、第1のバリアメタルの上に、第1のスルーホール305a、第1の配線溝309及び第2のスルーホール305bを埋め込むように、第1のCu(図示せず)を堆積する。その後、CMP法により、第1のCu及び第1のバリアメタルを研磨し、第1のスルーホール305a、第1の配線溝309及び第2のスルーホール305b内に第1のバリアメタル及び第1のCuを残し、第1のスルーホール305a、第1の配線溝309及び第2のスルーホール305b以外の部分に第1のキャップ絶縁膜303を露出させる。これにより、素子形成領域Rlogicに、第2のバリアメタル膜310a及び第1のCu膜311aからなる第1の配線312を形成し、シールリング形成領域Rsealに、第2のバリアメタル膜310b及び第1のCu膜311bからなる第1の支柱314を形成する。このとき、第1の配線312とトランジスタ等の半導体素子とは第1の配線312の底部に一体化形成された第1の接続プラグ313により電気的に接続されている。
Next, as shown in FIG. 6 (f), a first barrier metal for preventing Cu diffusion so as to cover the first through
次に、図7(a)に示すように、第1の配線312及び第1の支柱314を含む第1のキャップ絶縁膜303上に、CVD法により、例えば、厚さ100nmの第2のライナー絶縁膜315を堆積する。ここで、第2のライナー絶縁膜315としては、例えば、SiCを用いる。次に、CVD法により、第2のライナー絶縁膜315上に、例えば、厚さ500nmの第2の層間絶縁膜316を堆積する。ここで、第2の層間絶縁膜316としては、例えば、低誘電率膜であるSiOC膜や、SiOF膜を用いる。次に、CVD法により、第2の層間絶縁膜316上に、例えば、厚さ100nmの第2のキャップ絶縁膜317を堆積する。ここで、第2のキャップ絶縁膜317としては、例えば、FSGを用いる。
Next, as shown in FIG. 7A, a second liner having a thickness of, for example, 100 nm is formed on the first
次に、図7(b)に示すように、フォトリソグラフィ法により、第2のキャップ絶縁膜317上に、素子形成領域Rlogicに第3のスルーホール319aを形成し、シールリング形成領域Rsealに第4のスルーホール319b及び第5のスルーホール319cを形成するための開口を有するレジストマスク318を形成する。このとき、第4のスルーホール319b及び第5のスルーホール319cを形成するための開口は、第1の支柱314の上部両端の素子形成領域Rlogic側の上部及び第1の支柱314のスクライブライン領域側の上部を覆うように形成される。次に、ドライエッチング法により、素子形成領域Rlogicに、第2のキャップ絶縁膜317及び第2の層間絶縁膜316を突き抜ける第3のスルーホール319aを形成し、シールリング形成領域Rsealに、第2のキャップ絶縁膜317及び第2の層間絶縁膜316を突き抜ける第4のスルーホール319b及び第5のスルーホール319cを形成する。その後、レジストマスク318をアッシングにより除去する。
Next, as shown in FIG. 7B, the third through
次に、図7(c)に示すように、第3のスルーホール319a、第4のスルーホール319b及び第5のスルーホール319c内にレジスト320を、例えば、厚さ300nm埋め込み、続いて、第2のキャップ絶縁膜317上に、第3のスルーホール319a、第4のスルーホール319b及び第5のスルーホール319cを埋め込むように、ARC膜321を堆積する。
Next, as shown in FIG. 7C, a resist 320 is buried in the third through
次に、図7(d)に示すように、フォトリソグラフィ法により、ARC膜321上に、素子形成領域Rlogicに開口を有するレジストマスク322を形成する。次に、ドライエッチング法により、素子形成領域Rlogicに、第2のキャップ絶縁膜317及び第2の層間絶縁膜316の途中までを除去して、第3のスルーホール319aに繋がる第2の配線溝323を形成する。その後、レジストマスク322、ARC膜321及びレジスト320をアッシングにより除去する。
Next, as shown in FIG. 7D, a resist
次に、図7(e)に示すように、ドライエッチング法により、第3のスルーホール319a、第4のスルーホール319b及び第5のスルーホール319cの底部の第2のライナー絶縁膜315を除去する。
Next, as shown in FIG. 7E, the second
次に、図7(f)に示すように、スパッタ法により、第3のスルーホール319a、第2の配線溝323、第4のスルーホール319b及び第5のスルーホール319cを覆うようにCu拡散防止の第2のバリアメタル(図示せず)を堆積し、続いて、金属めっき法により、第2のバリアメタルの上に、第3のスルーホール319a、第2の配線溝323、第4のスルーホール319b及び第5のスルーホール319cを埋め込むように、第2のCu(図示せず)を堆積する。その後、CMP法により、第2のCu及び第2のバリアメタルを研磨し、第3のスルーホール319a、第2の配線溝323、第4のスルーホール319b及び第5のスルーホール319c内に第2のバリアメタル及び第1のCuを残し、第3のスルーホール319a、第2の配線溝323、第4のスルーホール319b及び第5のスルーホール319c以外の部分に第2のキャップ絶縁膜317を露出させる。これにより、素子形成領域Rlogicに、第3のバリアメタル膜324a及び第3のCu膜325aからなる第2の配線326を形成し、シールリング形成領域Rsealに、第4のバリアメタル膜324b及び第4のCu膜325bからなる第2の支柱328と、第5のバリアメタル膜324c及び第5のCu膜325cからなる第3の支柱329を形成する。このとき、第2の配線326と第1の配線312とは第2の配線326の底部に一体化形成された第2の接続プラグ327により電気的に接続されている。また、第2の支柱328の底面は素子形成領域Rlogic側で第1の支柱314の上面を覆っており、第3の支柱329の底面はスクライブライン領域側で第1の支柱314の上面を覆っている。
Next, as shown in FIG. 7F, Cu diffusion is performed so as to cover the third through
以上の図6(a)〜図7(f)の工程により、図5に示すようなシールリング構造を有する半導体装置が形成される。 6A to 7F, a semiconductor device having a seal ring structure as shown in FIG. 5 is formed.
本発明の半導体装置は、シールリング構造を有する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 having a seal ring structure and a manufacturing method thereof.
201 第1のライナー絶縁膜
202 第1の層間絶縁膜
203 第1のキャップ絶縁膜
204 レジストマスク
205a 第1のスルーホール
205b 第2のスルーホール
206 レジスト
207 ARC膜
208 レジストマスク
209 第1の配線溝
210a 第1のバリアメタル膜
210b 第2のバリアメタル膜
211a 第1のCu膜
211b 第2のCu膜
212 第1の配線
213 第1の接続プラグ
214 第1の支柱
215 第2のライナー絶縁膜
216 第2の層間絶縁膜
217 第2のキャップ絶縁膜
218 レジストマスク
219a 第3のスルーホール
219b 第4のスルーホール
220 レジスト
221 ARC膜
222 レジストマスク
223 第2の配線溝
224a 第3のバリアメタル膜
224b 第4のバリアメタル膜
225a 第3のCu膜
225b 第4のCu膜
226 第2の配線
227 第2の接続プラグ
228 第2の支柱
301 第1のライナー絶縁膜
302 第1の層間絶縁膜
303 第1のキャップ絶縁膜
304 レジストマスク
305a 第1のスルーホール
305b 第2のスルーホール
306 レジスト
307 ARC膜
308 レジストマスク
309 第1の配線溝
310a 第1のバリアメタル膜
310b 第2のバリアメタル膜
311a 第1のCu膜
311b 第2のCu膜
312 第1の配線
313 第1の接続プラグ
314 第1の支柱
315 第2のライナー絶縁膜
316 第2の層間絶縁膜
317 第2のキャップ絶縁膜
318 レジストマスク
319a 第3のスルーホール
319b 第4のスルーホール
319c 第5のスルーホール
320 レジスト
321 ARC膜
322 レジストマスク
323 第2の配線溝
324a 第3のバリアメタル膜
324b 第4のバリアメタル膜
324c 第5のバリアメタル膜
325a 第3のCu膜
325b 第4のCu膜
325c 第5のCu膜
326 第2の配線
327 第2の接続プラグ
328 第2の支柱
329 第3の支柱
201 first liner insulating film 202 first interlayer insulating film 203 first cap insulating film 204 resist mask 205a first through hole 205b second through hole 206 resist 207 ARC film 208 resist mask 209 first wiring groove 210a First barrier metal film 210b Second barrier metal film 211a First Cu film 211b Second Cu film 212 First wiring 213 First connection plug 214 First support column 215 Second liner insulating film 216 Second interlayer insulating film 217 Second cap insulating film 218 Resist mask 219a Third through hole 219b Fourth through hole 220 Resist 221 ARC film 222 Resist mask 223 Second wiring groove 224a Third barrier metal film 224b 4th barrier metal 225a 3rd Cu film 225b 4th Cu film 226 2nd wiring 227 2nd connection plug 228 2nd support | pillar 301 1st liner insulation film 302 1st interlayer insulation film 303 1st cap insulation film 304 Resist mask 305a First through hole 305b Second through hole 306 Resist 307 ARC film 308 Resist mask 309 First wiring groove 310a First barrier metal film 310b Second barrier metal film 311a First Cu film 311b Second 2 Cu film 312 1st wiring 313 1st connection plug 314 1st support | pillar 315 2nd liner insulating film 316 2nd interlayer insulating film 317 2nd cap insulating film 318 resist mask 319a 3rd through hole 319b 4th through hole 319c 5th through hole 320 resist 321 ARC film 322 resist mask 323 second wiring groove 324a third barrier metal film 324b fourth barrier metal film 324c fifth barrier metal film 325a third Cu film 325b fourth Cu film 325c fifth Cu film 326 Second wiring 327 Second connection plug 328 Second support 329 Third support
Claims (10)
前記第2の支柱の底面は、少なくとも素子形成領域側における前記第1の支柱の上面の一部及び前記第1の絶縁膜の上面の一部を覆うことを特徴とする半導体装置。 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 insulating film formed on the first insulating film. In the first pillar embedded in the first through hole, the second insulating film formed on the first insulating film, and the second wiring groove formed in the second insulating film In a semiconductor device having a buried second wiring and a second support pillar buried in a second through hole formed in the second insulating film,
The semiconductor device according to claim 1, wherein a bottom surface of the second support column covers at least a part of the upper surface of the first support column and a part of the upper surface of the first insulating film on the element formation region side.
前記第2の支柱の幅は前記第1の支柱の幅よりも広くなっており、前記第2の支柱の底面は前記第1の支柱の全上面を覆うことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The width of the second column is wider than the width of the first column, and the bottom surface of the second column covers the entire top surface of the first column.
前記第2の絶縁膜に形成された第3のスルーホールに埋め込まれた第3の支柱を有し、
前記第2の支柱の底面は、前記第1の支柱の少なくとも素子形成領域側の上面の一部を覆い、
前記第3の支柱の底面は、前記第1の支柱の少なくともスクライブライン側の上面の一部を覆うことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
A third support column embedded in a third through hole formed in the second insulating film;
The bottom surface of the second support column covers at least a part of the upper surface of the first support column on the element formation region side,
The bottom surface of the third support column covers at least a part of the upper surface of the first support column on the scribe line side.
前記第1の支柱は、バリアメタル及び銅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 3,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first support column is made of a barrier metal and copper.
前記第1の絶縁膜は少なくとも低誘電率膜を含むことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 4,
The semiconductor device, wherein the first insulating film includes at least a low dielectric constant film.
前記第1の配線溝に第1の配線を埋め込み、前記第1のスルーホールに第1の支柱を埋め込む工程(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の配線溝と、第2のスルーホールを形成する工程(d)と、
前記第2の配線溝に第2の配線を埋め込み、前記第2のスルーホールに第2の支柱を埋め込む工程(e)とを有し、
前記第2の支柱の底面は、少なくとも素子形成領域側における前記第1の支柱の上面の一部及び前記第1の絶縁膜の上面の一部を覆うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first wiring groove and a first through hole in a first insulating film formed on the semiconductor substrate;
A step (b) of embedding a first wiring in the first wiring groove and embedding a first support in the first through hole;
(C) forming a second insulating film on the first insulating film after the step (b);
Forming a second wiring trench and a second through hole in the second insulating film (d);
A step (e) of embedding a second wiring in the second wiring groove and embedding a second support in the second through hole,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the bottom surface of the second support column covers at least a part of the upper surface of the first support column and a part of the upper surface of the first insulating film on the element formation region side.
前記工程(d)では、前記第2の絶縁膜に第2の配線溝と、前記第1の支柱の素子形成領域側上部で接続する前記第2のスルーホールを形成するのと同時に、前記第1の支柱のスクライブライン領域側上部で接続する第3のスルーホールを形成し、
前記工程(e)では、前記第2の配線及び前記第2の支柱を埋め込むのと同時に前記第3のスルーホールに第3の支柱を埋め込む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 6,
In the step (d), the second wiring hole and the second through hole connected to the upper portion of the first support on the element formation region side are formed simultaneously with the second insulating film. Forming a third through hole to be connected at the upper part of the scribe line region side of the one column;
In the step (e), the third pillar is buried in the third through hole at the same time as the second wiring and the second pillar are buried.
前記第3の支柱の底面は、前記第1の支柱のスクライブライン領域側の上面の一部を覆う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 8,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the bottom surface of the third support column covers a part of the upper surface of the first support column on the scribe line region side.
前記第1の支柱は、バリアメタル及び銅からな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 of Claims 6-8,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first support column is made of a barrier metal and copper.
前記第1の絶縁膜は少なくとも低誘電率膜を含む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 of any one of Claims 6-9,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first insulating film includes at least a low dielectric constant film.
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CN110942978A (en) * | 2018-09-25 | 2020-03-31 | 东京毅力科创株式会社 | Method for manufacturing semiconductor device |
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