JP2009295733A - Semiconductor apparatus and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の金属配線構造およびその製造方法に関するものであり、詳しくは導電体間容量を低減し、かつ機械的強度を保つ金属配線構造およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a metal wiring structure for a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a metal wiring structure for reducing capacitance between conductors and maintaining mechanical strength and a method for manufacturing the same.
静電容量検出型の表面形状認識装置は、多数配置された金属電極と物体との静電容量をそれぞれ検知することで、物体表面の形状を認識する装置である。しかしながら、金属電極と金属配線層の寄生容量、または金属配線層と基板との寄生容量等の存在により、物体と金属電極との静電容量の検知精度が悪化する。このため、寄生容量を低減させるべく多くの技術が開発されている。また、静電容量検出型の表面形状認識装置に限らず、これを構成する半導体装置の信号伝達の遅延を低減させるためにも、寄生容量の低減は必須である。 The capacitance detection type surface shape recognition device is a device for recognizing the shape of the surface of an object by detecting the capacitance of a large number of arranged metal electrodes and the object. However, the presence of parasitic capacitance between the metal electrode and the metal wiring layer or parasitic capacitance between the metal wiring layer and the substrate deteriorates the detection accuracy of the capacitance between the object and the metal electrode. For this reason, many techniques have been developed to reduce parasitic capacitance. Further, not only the capacitance detection type surface shape recognition device but also the reduction of parasitic capacitance is indispensable in order to reduce the signal transmission delay of the semiconductor device constituting the device.
従来、金属電極および金属配線層の絶縁膜には主としてシリコン酸化膜が用いられてきた。これに替わり、絶縁膜の比誘電率を低くした構成を用いることで、寄生容量の低減がなされている。 Conventionally, silicon oxide films have been mainly used as insulating films for metal electrodes and metal wiring layers. Instead, the parasitic capacitance is reduced by using a configuration in which the relative dielectric constant of the insulating film is lowered.
特許文献1には、層間絶縁膜の領域を空気で構成することで、半導体装置における寄生容量の低減を実現できることが開示されている。これは以下のようにして形成することができる。 Patent Document 1 discloses that the parasitic capacitance in the semiconductor device can be reduced by forming the region of the interlayer insulating film with air. This can be formed as follows.
図7(a)に示すように、半導体基板103上に形成したMOS(Metal Oxide Semiconductor:金属酸化物半導体)トランジスタ102にSiO2(二酸化シリコン)からなる基板被覆膜104、下側カーボン膜105、下側二酸化シリコン膜106、上側カーボン膜107を順次堆積させる。さらに、下側二酸化シリコン膜106をエッチングストッパー膜として上側カーボン膜107に配線用溝を形成し、この溝の底面から下側二酸化シリコン膜106および下側カーボン膜105を貫通するコンタクトホールを形成させる。さらに、スパッタリング法でバリアメタル膜108とCu(銅)合金膜109を堆積させた後、熱処理によって配線用溝に充填をおこない、CMP(Chemical Mechanical Polishing:ケミカルメカニカルポリッシング)にて平坦化を行い、銅合金膜109による配線層を形成させる。さらに、上側二酸化シリコン膜110を堆積させる。
As shown in FIG. 7A, a MOS (Metal Oxide Semiconductor)
これらの工程を順次繰り返すことで図7(b)に示すように、多層配線構造を形成させた後、基板被覆膜104に達するダミー開口111をエッチングにより形成させる。
By sequentially repeating these steps, as shown in FIG. 7B, after forming a multilayer wiring structure, a
最後に図7(c)に示すように、例えば酸素プラズマなどによるアッシングにより、下側カーボン膜105及び上側カーボン膜107を除去する。その結果、層間絶縁膜の領域が空気層112で構成された半導体装置101が形成される。
Finally, as shown in FIG. 7C, the
また、非特許文献1には、層間絶縁膜の領域を低誘電率の膜で構成することで、半導体装置における寄生容量の低減を実現できることが開示されている。これは以下のようにして形成することができる。 Non-Patent Document 1 discloses that the parasitic capacitance in the semiconductor device can be reduced by forming the interlayer insulating film region with a low dielectric constant film. This can be formed as follows.
図8(a)に示すように、半導体基板114上に形成したMOSトランジスタ113にSiN(窒化シリコン)からなるコンタクトエッチングストッパー膜115、SiO2(二酸化シリコン)からなる層間絶縁膜116、を順次堆積させる。さらに、層間絶縁膜116及びコンタクトエッチングストッパー膜115を貫通させるコンタクトホールを形成させる。
As shown in FIG. 8A, a contact
続いて、スパッタリング法にて金属バリア膜117を堆積させ、CVD法(Chemical vapor deposition:化学気相成長方法)にてタングステン膜118を堆積させる。その後、CMPにてタングステン膜118、金属バリア膜117及び層間絶縁膜116を研磨して平坦化させる。さらに、CVD法にて、SiC(炭化シリコン)もしくはSiCN(窒素添加シリコンカーバイト)などからなるバリア膜119を堆積させ、その上にCVD法もしくは塗布法にて、低誘電率の層間絶縁膜120を形成させる。さらに、CVD法にてTEOS(テトラエトキシシラン)からなるキャップ膜121を堆積させる。
Subsequently, a
次に図8(b)に示すように、キャップ膜121、低誘電率の層間絶縁膜120及びバリア膜119に、フォトリソグラフィ及びエッチングにて溝を形成させる。続いて、Ti/TiN(チタン/窒化チタン)やTa/TaN(タンタル/窒化タンタル)などからなる金属バリア膜122をスパッタリング法にて堆積させ、さらに銅膜123で溝を埋める。続いて、CMPにて、銅膜123、金属バリア膜122及びキャップ膜121を研磨して平坦化させる。
Next, as shown in FIG. 8B, grooves are formed in the
このようにして、低誘電率の層間絶縁膜120と銅膜123が同じ高さに揃えられた配線構造が形成される。これら工程を繰り返すことで、図8(c)に示すような、低誘電率の層間絶縁膜をもつ半導体装置124が形成される。
特許文献1において開示されている技術では、金属配線層間全体にわたる空隙によって、寄生容量の低減が充分に実現されている。しかしながら、層状に形成された各々の金属配線層を支える構造は、上下の層を接続するコンタクト部のみであり、機械的強度が弱いという問題がある。このため、ダイシングやワイヤーボンディングなどにおいて、チップに応力がかかるときに配線に断線やショートなどの問題が発生する。 In the technique disclosed in Patent Document 1, the parasitic capacitance is sufficiently reduced by the gaps extending between the entire metal wiring layers. However, the structure that supports each metal wiring layer formed in layers is only a contact portion that connects the upper and lower layers, and there is a problem that the mechanical strength is weak. For this reason, in dicing, wire bonding, etc., when stress is applied to the chip, problems such as disconnection or short circuit in the wiring occur.
また、非特許文献1において開示されている他の技術でも、金属配線層間の寄生容量低減が実現するが、絶縁膜として用いるlow−k(low dielectric constant:低誘電率)材料の分子結合が弱いために、同様に機械的強度が弱く、特許文献1において開示されている技術と同様にチップに応力がかかるときにクラックが発生するなどの問題が発生する。さらに、層間絶縁膜にシリコン酸化膜を用いる従来技術では、機械的強度を保つが寄生容量が問題となる。 Also, other techniques disclosed in Non-Patent Document 1 can reduce the parasitic capacitance between metal wiring layers, but the molecular bonds of low-k (low dielectric constant) materials used as insulating films are weak. For this reason, the mechanical strength is similarly weak, and problems such as cracks occur when stress is applied to the chip as in the technique disclosed in Patent Document 1. Furthermore, in the prior art using a silicon oxide film as an interlayer insulating film, the mechanical strength is maintained, but parasitic capacitance becomes a problem.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、2つの導電体間の寄生容量、または導電体と基板との間の寄生容量の低減を実現しながら、機械的強度を保つことができる構造を備えた半導体装置及びその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to realize a reduction in parasitic capacitance between two conductors or between a conductor and a substrate while reducing mechanical capacitance. An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a structure capable of maintaining strength and a method for manufacturing the same.
本発明の半導体装置は、上記課題を解決するために、半導体基板と、上記半導体基板上に形成された、第1導電体及び第2導電体と、上記第1導電体と上記第2導電体との間に形成された層間絶縁膜層とを備え、上記第1導電体と上記第2導電体との少なくとも一部は、上記層間絶縁膜層を挟んで対向する半導体装置において、上記層間絶縁膜層の、上記第1導電体と上記第2導電体とで挟まれた領域は、空隙を有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a semiconductor device of the present invention includes a semiconductor substrate, a first conductor and a second conductor formed on the semiconductor substrate, the first conductor, and the second conductor. An interlayer insulating film layer formed between the first and second conductors, wherein at least a part of the first conductor and the second conductor are opposed to each other in the semiconductor device facing the interlayer insulating film layer. A region of the film layer sandwiched between the first conductor and the second conductor has a gap.
上記発明によれば、上記空隙は空気で構成されているので、比誘電率が1であり、比誘電率が1より大きい上記層間絶縁膜層よりも誘電率が低い。よって、上記空隙を設けることにより、上記第1導電体と上記第2導電体との間の寄生容量が低減される。 According to the invention, since the gap is composed of air, the relative permittivity is 1, and the permittivity is lower than that of the interlayer insulating film layer having a relative permittivity of greater than 1. Therefore, by providing the gap, the parasitic capacitance between the first conductor and the second conductor is reduced.
また、上記第1導電体と上記第2導電体とで挟まれた領域の、上記空隙を有しない部分については、上記層間絶縁膜層で構成されているので、機械的強度を保つことができる。 In addition, the portion of the region sandwiched between the first conductor and the second conductor that does not have the gap is composed of the interlayer insulating film layer, so that the mechanical strength can be maintained. .
従って、2つの導電体間の寄生容量低減を実現しながら、機械的強度を保つことができる半導体装置が実現できる。加えて、半導体装置内の特定領域における寄生容量の低減量と、機械的強度を自由に制御することができる。 Accordingly, it is possible to realize a semiconductor device capable of maintaining the mechanical strength while realizing the reduction of the parasitic capacitance between the two conductors. In addition, the amount of reduction in parasitic capacitance and the mechanical strength in a specific region in the semiconductor device can be freely controlled.
上記半導体装置では、上記層間絶縁膜層は、第1の層間絶縁膜層と、第2の層間絶縁膜層とを有し、上記第1導電体、上記第1の層間絶縁膜層、上記第2の層間絶縁膜層及び上記第2導電体が積み重ねて配置され、上記空隙は、上記第1の層間絶縁膜層の、上記第1導電体と上記第2導電体とで挟まれた領域、または上記第2の層間絶縁膜層の、上記第1導電体と上記第2導電体とで挟まれた領域に形成されてもよい。 In the semiconductor device, the interlayer insulating film layer includes a first interlayer insulating film layer and a second interlayer insulating film layer, and the first conductor, the first interlayer insulating film layer, the first interlayer insulating film layer, Two interlayer insulating layers and the second conductor are stacked, and the gap is a region of the first interlayer insulating layer sandwiched between the first conductor and the second conductor, Alternatively, the second interlayer insulating film layer may be formed in a region sandwiched between the first conductor and the second conductor.
また、上記半導体装置では、上記空隙は、複数の孔によって形成されてもよい。 In the semiconductor device, the gap may be formed by a plurality of holes.
さらに、上記半導体装置では、上記空隙は、上記第1導電体と上記第2導電体との対向する面に対して、垂直方向に形成された孔であってもよい。 Further, in the semiconductor device, the gap may be a hole formed in a direction perpendicular to a surface where the first conductor and the second conductor face each other.
そして、上記半導体装置では、上記孔の、上記対向する面と平行な断面は、同一の面内において、周期的に配列された多角形の頂点を構成する位置に配置されてもよい。 In the semiconductor device, a cross section of the hole parallel to the facing surface may be arranged at a position constituting a vertex of a polygon arranged periodically in the same plane.
これらの構成により、上記第1導電体と上記第2導電体との間の寄生容量低減を実現しながら、機械的強度を保つことができる半導体装置が実現できる。 With these configurations, it is possible to realize a semiconductor device capable of maintaining the mechanical strength while realizing the reduction of the parasitic capacitance between the first conductor and the second conductor.
本発明の半導体装置は、上記課題を解決するために、半導体基板と、上記半導体基板上に形成された第1導電体と、上記半導体基板と上記第1導電体との間に形成された層間絶縁膜層とを備え、上記半導体基板と上記第1導電体との少なくとも一部は、上記層間絶縁膜層を挟んで対向する半導体装置において、上記層間絶縁膜層の、上記第1導電体と上記半導体基板とで挟まれた領域は、空隙を有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a semiconductor device of the present invention includes a semiconductor substrate, a first conductor formed on the semiconductor substrate, and an interlayer formed between the semiconductor substrate and the first conductor. An insulating film layer, wherein at least a part of the semiconductor substrate and the first conductor is opposed to the first conductor of the interlayer insulating film layer in a semiconductor device facing the interlayer insulating film layer. The region sandwiched between the semiconductor substrates has a gap.
上記発明によれば、上記空隙は空気で構成されているので、比誘電率が1であり、比誘電率が1より大きい上記層間絶縁膜層よりも誘電率が低い。よって、上記空隙を設けることにより、上記第1導電体と上記半導体基板との間の寄生容量が低減される。 According to the invention, since the gap is composed of air, the relative permittivity is 1, and the permittivity is lower than that of the interlayer insulating film layer having a relative permittivity of greater than 1. Therefore, by providing the gap, the parasitic capacitance between the first conductor and the semiconductor substrate is reduced.
また、上記第1導電体と上記半導体基板とで挟まれた領域の、上記空隙を有しない部分については、上記層間絶縁膜層で構成されているので、機械的強度を保つことができる。 In addition, since a portion of the region sandwiched between the first conductor and the semiconductor substrate that does not have the gap is formed of the interlayer insulating film layer, the mechanical strength can be maintained.
従って、上記第1導電体と上記半導体基板との間の寄生容量低減を実現しながら、機械的強度を保つことができる半導体装置が実現できる。加えて、半導体装置内の特定領域における寄生容量の低減量と、機械的強度を自由に制御することができる。 Therefore, it is possible to realize a semiconductor device capable of maintaining the mechanical strength while realizing the reduction of the parasitic capacitance between the first conductor and the semiconductor substrate. In addition, the amount of reduction in parasitic capacitance and the mechanical strength in a specific region in the semiconductor device can be freely controlled.
上記半導体装置では、上記層間絶縁膜層は、第1の層間絶縁膜層と、第2の層間絶縁膜層とを有し、上記半導体基板、上記第1の層間絶縁膜層、上記第2の層間絶縁膜層及び上記第1導電体が積み重ねて配置され、上記空隙は、上記第1の層間絶縁膜層の、上記半導体基板と上記第1導電体とで挟まれた領域、または上記第2の層間絶縁膜層の、上記半導体基板と上記第1導電体とで挟まれた領域に形成されてもよい。 In the semiconductor device, the interlayer insulating film layer includes a first interlayer insulating film layer and a second interlayer insulating film layer, and the semiconductor substrate, the first interlayer insulating film layer, the second interlayer insulating film layer, and the second interlayer insulating film layer. The interlayer insulating film layer and the first conductor are stacked and arranged, and the gap is a region of the first interlayer insulating film layer sandwiched between the semiconductor substrate and the first conductor, or the second conductor. The interlayer insulating film layer may be formed in a region sandwiched between the semiconductor substrate and the first conductor.
また、上記半導体装置では、上記空隙は、複数の孔によって形成されてもよい。 In the semiconductor device, the gap may be formed by a plurality of holes.
さらに、上記半導体装置では、上記空隙は、上記半導体基板と上記第1導電体との対向する面に対して、垂直方向に形成された孔であってもよい。 Furthermore, in the semiconductor device, the gap may be a hole formed in a direction perpendicular to a surface of the semiconductor substrate and the first conductor facing each other.
そして、上記半導体装置では、上記孔の、上記対向する面と平行な断面は、同一の面内において、周期的に配列された多角形の頂点を構成する位置に配置されてもよい。 In the semiconductor device, a cross section of the hole parallel to the facing surface may be arranged at a position constituting a vertex of a polygon arranged periodically in the same plane.
これらの構成により、上記半導体基板と上記第1導電体との間の寄生容量低減を実現しながら、機械的強度を保つことができる半導体装置が実現できる。 With these configurations, it is possible to realize a semiconductor device capable of maintaining the mechanical strength while realizing the reduction of the parasitic capacitance between the semiconductor substrate and the first conductor.
本発明の半導体装置の製造方法は、上記課題を解決するために、半導体基板上に形成された半導体装置の製造方法であって、上記半導体基板上に第1導電体を形成させる工程と、上記第1導電体上に第1層間絶縁膜を堆積させる工程と、上記第1層間絶縁膜の、上記第1導電体の上に堆積された領域に、空隙を形成させる工程と、上記第1層間絶縁膜上に第2層間絶縁膜を堆積させる工程と、上記第2層間絶縁膜を平坦化する工程と、上記第2層間絶縁膜の、上記空隙の上に堆積された領域の上に、第2導電体を形成する工程とを含むことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device formed on a semiconductor substrate, the step of forming a first conductor on the semiconductor substrate, Depositing a first interlayer insulating film on the first conductor; forming a gap in a region of the first interlayer insulating film deposited on the first conductor; and the first interlayer A step of depositing a second interlayer insulating film on the insulating film; a step of planarizing the second interlayer insulating film; and a region of the second interlayer insulating film deposited on the gap. And a step of forming two conductors.
上記発明によれば、上記第1導電体、上記第1層間絶縁膜、上記第2層間絶縁膜及び上記第2導電体が積み重ねて配置され、上記空隙が、上記第1の層間絶縁膜層の、上記第1導電体と上記第2導電体とで挟まれた領域に形成された半導体装置を製造できる。従って、2つの導電体間の寄生容量低減を実現しながら、機械的強度を保つことができる半導体装置が実現できる。加えて、半導体装置内の特定領域における寄生容量の低減量と、機械的強度を自由に制御することができる。 According to the invention, the first conductor, the first interlayer insulating film, the second interlayer insulating film, and the second conductor are stacked, and the gap is formed in the first interlayer insulating film layer. A semiconductor device formed in a region sandwiched between the first conductor and the second conductor can be manufactured. Accordingly, it is possible to realize a semiconductor device capable of maintaining the mechanical strength while realizing the reduction of the parasitic capacitance between the two conductors. In addition, the amount of reduction in parasitic capacitance and the mechanical strength in a specific region in the semiconductor device can be freely controlled.
上記半導体装置の製造方法では、上記空隙を形成させる工程においては、上記第1層間絶縁膜の、上記半導体基板の表面と平行な面内において、周期的に配列された多角形の頂点を構成する位置に、上記半導体基板の表面と平行である、空隙の断面が配置されてもよい。 In the method for manufacturing a semiconductor device, in the step of forming the air gap, polygonal vertices arranged periodically are formed in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate of the first interlayer insulating film. A cross section of the gap that is parallel to the surface of the semiconductor substrate may be disposed at a position.
また、上記半導体装置の製造方法では、上記空隙を形成させる工程においては、複数の空隙を同時に形成させてもよい。 In the method for manufacturing a semiconductor device, a plurality of voids may be formed simultaneously in the step of forming the voids.
さらに、上記半導体装置の製造方法では、上記第2層間絶縁膜を平坦化する工程においては、上記空隙が露出しないように平坦化させてもよい。 Furthermore, in the method for manufacturing a semiconductor device, in the step of planarizing the second interlayer insulating film, the gap may be planarized so as not to be exposed.
これらの方法により製造された半導体装置は、2つの導電体間の寄生容量低減を実現しながら、機械的強度を保つことができる。加えて、半導体装置内の特定領域における寄生容量の低減量と、機械的強度を自由に制御することができる。 The semiconductor device manufactured by these methods can maintain the mechanical strength while realizing the reduction of the parasitic capacitance between the two conductors. In addition, the amount of reduction in parasitic capacitance and the mechanical strength in a specific region in the semiconductor device can be freely controlled.
本発明の半導体装置の製造方法は、上記課題を解決するために、半導体基板上に形成された半導体装置の製造方法であって、上記半導体基板上に第1層間絶縁膜を堆積させる工程と、上記第1層間絶縁膜に空隙を形成させる工程と、上記第1層間絶縁膜上に第2層間絶縁膜を堆積させる工程と、上記第2層間絶縁膜を平坦化する工程と、上記第2層間絶縁膜の、上記空隙の上に堆積された領域の上に、第1導電体を形成する工程とを含むことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device formed on a semiconductor substrate, the step of depositing a first interlayer insulating film on the semiconductor substrate, Forming a gap in the first interlayer insulating film, depositing a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film, planarizing the second interlayer insulating film, and the second interlayer Forming a first conductor on a region of the insulating film deposited on the gap.
上記発明によれば、上記半導体基板、上記第1層間絶縁膜、上記第2層間絶縁膜及び上記第1導電体が積み重ねて配置され、上記空隙が、上記第1の層間絶縁膜層の、上記半導体基板と上記第1導電体とで挟まれた領域に形成された半導体装置を製造できる。従って、導電体と基板との間の寄生容量低減を実現しながら、機械的強度を保つことができる半導体装置が実現できる。加えて、半導体装置内の特定領域における寄生容量の低減量と、機械的強度を自由に制御することができる。 According to the invention, the semiconductor substrate, the first interlayer insulating film, the second interlayer insulating film, and the first conductor are stacked, and the gap is formed in the first interlayer insulating film layer. A semiconductor device formed in a region sandwiched between the semiconductor substrate and the first conductor can be manufactured. Therefore, it is possible to realize a semiconductor device capable of maintaining the mechanical strength while realizing the reduction of the parasitic capacitance between the conductor and the substrate. In addition, the amount of reduction in parasitic capacitance and the mechanical strength in a specific region in the semiconductor device can be freely controlled.
上記半導体装置の製造方法では、上記空隙を形成させる工程においては、上記第1層間絶縁膜の、上記半導体基板の表面と平行な面内において、周期的に配列された多角形の頂点を構成する位置に、上記半導体基板の表面と平行である、空隙の断面が配置されてもよい。 In the method for manufacturing a semiconductor device, in the step of forming the air gap, polygonal vertices arranged periodically are formed in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate of the first interlayer insulating film. A cross section of the gap that is parallel to the surface of the semiconductor substrate may be disposed at a position.
また、上記半導体装置の製造方法では、上記空隙を形成させる工程においては、複数の空隙を同時に形成させてもよい。 In the method for manufacturing a semiconductor device, a plurality of voids may be formed simultaneously in the step of forming the voids.
さらに、上記半導体装置の製造方法では、上記第2層間絶縁膜を平坦化する工程においては、上記空隙が露出しないように平坦化させてもよい。 Furthermore, in the method for manufacturing a semiconductor device, in the step of planarizing the second interlayer insulating film, the gap may be planarized so as not to be exposed.
これらの方法により製造された半導体装置は、導電体と基板との間の寄生容量低減を実現しながら、機械的強度を保つことができる。加えて、半導体装置内の特定領域における寄生容量の低減量と、機械的強度を自由に制御することができる。 The semiconductor device manufactured by these methods can maintain the mechanical strength while realizing the reduction of the parasitic capacitance between the conductor and the substrate. In addition, the amount of reduction in parasitic capacitance and the mechanical strength in a specific region in the semiconductor device can be freely controlled.
本発明の半導体装置の製造方法は、上記課題を解決するために、半導体基板上に形成された半導体装置の製造方法であって、上記半導体基板上に第1導電体を形成させる工程と、上記第1導電体上に第1層間絶縁膜を堆積させる工程と、上記第1層間絶縁膜を平坦化する工程と、上記第1層間絶縁膜の、上記第1導電体の上に堆積された領域に、空隙を形成させる工程と、上記第1層間絶縁膜上に第2層間絶縁膜を堆積させる工程と、上記第2層間絶縁膜の、上記空隙の上に堆積された領域の上に、第2導電体を形成する工程とを含むことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device formed on a semiconductor substrate, the step of forming a first conductor on the semiconductor substrate, A step of depositing a first interlayer insulating film on the first conductor; a step of planarizing the first interlayer insulating film; and a region of the first interlayer insulating film deposited on the first conductor. A step of forming a void; a step of depositing a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film; and a region of the second interlayer insulating film deposited on the void. And a step of forming two conductors.
上記発明によれば、上記第1導電体、上記第1層間絶縁膜、上記第2層間絶縁膜及び上記第2導電体が積み重ねて配置され、上記空隙が、上記第1の層間絶縁膜層の、上記第1導電体と上記第2導電体とで挟まれた領域に形成された半導体装置を製造できる。従って、2つの導電体間の寄生容量低減を実現しながら、機械的強度を保つことができる半導体装置が実現できる。加えて、半導体装置内の特定領域における寄生容量の低減量と、機械的強度を自由に制御することができる。 According to the invention, the first conductor, the first interlayer insulating film, the second interlayer insulating film, and the second conductor are stacked, and the gap is formed in the first interlayer insulating film layer. A semiconductor device formed in a region sandwiched between the first conductor and the second conductor can be manufactured. Accordingly, it is possible to realize a semiconductor device capable of maintaining the mechanical strength while realizing the reduction of the parasitic capacitance between the two conductors. In addition, the amount of reduction in parasitic capacitance and the mechanical strength in a specific region in the semiconductor device can be freely controlled.
さらに、上記第1層間絶縁膜を平坦化することで、上記空隙を形成する際のフォトレジストマスクの形成工程が、より良くできる。具体的には、平坦化した形状とすることにより、焦点深度に対するプロセスの余裕度がより高まる。 Further, by flattening the first interlayer insulating film, a photoresist mask forming process when forming the gap can be improved. Specifically, the flattened shape further increases the process margin with respect to the depth of focus.
上記半導体装置の製造方法では、上記空隙を形成させる工程においては、上記第1層間絶縁膜の、上記半導体基板の表面と平行な面内において、周期的に配列された多角形の頂点を構成する位置に、上記半導体基板の表面と平行である、空隙の断面が配置されてもよい。 In the method for manufacturing a semiconductor device, in the step of forming the air gap, polygonal vertices arranged periodically are formed in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate of the first interlayer insulating film. A cross section of the gap that is parallel to the surface of the semiconductor substrate may be disposed at a position.
また、上記半導体装置の製造方法では、上記空隙を形成させる工程においては、複数の空隙を同時に形成させてもよい。 In the method for manufacturing a semiconductor device, a plurality of voids may be formed simultaneously in the step of forming the voids.
これらの方法により製造された半導体装置は、2つの導電体間の寄生容量低減を実現しながら、機械的強度を保つことができる。加えて、半導体装置内の特定領域における寄生容量の低減量と、機械的強度を自由に制御することができる。さらに、上記第1層間絶縁膜を平坦化することで、上記空隙を形成する際のフォトレジストマスクの形成工程が、より良くできる。 The semiconductor device manufactured by these methods can maintain the mechanical strength while realizing the reduction of the parasitic capacitance between the two conductors. In addition, the amount of reduction in parasitic capacitance and the mechanical strength in a specific region in the semiconductor device can be freely controlled. Further, by flattening the first interlayer insulating film, a photoresist mask forming process when forming the gap can be improved.
本発明の半導体装置の製造方法は、上記課題を解決するために、半導体基板上に形成された半導体装置の製造方法であって、上記半導体基板上に第1層間絶縁膜を堆積させる工程と、上記第1層間絶縁膜を平坦化する工程と、上記第1層間絶縁膜に空隙を形成させる工程と、上記第1層間絶縁膜上に第2層間絶縁膜を堆積させる工程と、上記第2層間絶縁膜の、上記空隙の上に堆積された領域の上に、第1導電体を形成する工程とを含むことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device formed on a semiconductor substrate, the step of depositing a first interlayer insulating film on the semiconductor substrate, Flattening the first interlayer insulating film, forming a gap in the first interlayer insulating film, depositing a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film, and the second interlayer Forming a first conductor on a region of the insulating film deposited on the gap.
上記発明によれば、上記半導体基板、上記第1層間絶縁膜、上記第2層間絶縁膜及び上記第1導電体が積み重ねて配置され、上記空隙が、上記第1の層間絶縁膜層の、上記半導体基板と上記第1導電体とで挟まれた領域に形成された半導体装置を製造できる。従って、導電体と基板との間の寄生容量低減を実現しながら、機械的強度を保つことができる半導体装置が実現できる。加えて、半導体装置内の特定領域における寄生容量の低減量と、機械的強度を自由に制御することができる。 According to the invention, the semiconductor substrate, the first interlayer insulating film, the second interlayer insulating film, and the first conductor are stacked, and the gap is formed in the first interlayer insulating film layer. A semiconductor device formed in a region sandwiched between the semiconductor substrate and the first conductor can be manufactured. Therefore, it is possible to realize a semiconductor device capable of maintaining the mechanical strength while realizing the reduction of the parasitic capacitance between the conductor and the substrate. In addition, the amount of reduction in parasitic capacitance and the mechanical strength in a specific region in the semiconductor device can be freely controlled.
さらに、上記第1層間絶縁膜を平坦化することで、上記空隙を形成する際のフォトレジストマスクの形成工程が、より良くできる。具体的には、平坦化した形状とすることにより、焦点深度に対するプロセスの余裕度がより高まる。 Further, by flattening the first interlayer insulating film, a photoresist mask forming process when forming the gap can be improved. Specifically, the flattened shape further increases the process margin with respect to the depth of focus.
上記半導体装置の製造方法では、上記空隙を形成させる工程においては、上記第1層間絶縁膜の、上記半導体基板の表面と平行な面内において、周期的に配列された多角形の頂点を構成する位置に、上記半導体基板の表面と平行である、空隙の断面が配置されてもよい。 In the method for manufacturing a semiconductor device, in the step of forming the air gap, polygonal vertices arranged periodically are formed in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate of the first interlayer insulating film. A cross section of the gap that is parallel to the surface of the semiconductor substrate may be disposed at a position.
また、上記半導体装置の製造方法では、上記空隙を形成させる工程においては、複数の空隙を同時に形成させてもよい。 In the method for manufacturing a semiconductor device, a plurality of voids may be formed simultaneously in the step of forming the voids.
これらの方法により製造された半導体装置は、導電体と基板との間の寄生容量低減を実現しながら、機械的強度を保つことができる。加えて、半導体装置内の特定領域における寄生容量の低減量と、機械的強度を自由に制御することができる。さらに、上記第1層間絶縁膜を平坦化することで、上記空隙を形成する際のフォトレジストマスクの形成工程が、より良くできる。 The semiconductor device manufactured by these methods can maintain the mechanical strength while realizing the reduction of the parasitic capacitance between the conductor and the substrate. In addition, the amount of reduction in parasitic capacitance and the mechanical strength in a specific region in the semiconductor device can be freely controlled. Further, by flattening the first interlayer insulating film, a photoresist mask forming process when forming the gap can be improved.
本発明の半導体装置の製造方法は、上記課題を解決するために、半導体基板上に形成された半導体装置の製造方法であって、上記半導体基板上に形成された第1層間絶縁膜に溝を形成させる工程と、上記溝に上記第1層間絶縁膜と同じ高さの第1導電体を形成させる工程と、上記第1層間絶縁膜及び第1導電体の上に第2層間絶縁膜を堆積させる工程と、上記第2層間絶縁膜の、上記第1導電体の上に堆積された領域に、空隙を形成させる工程と、上記第2層間絶縁膜上に第3層間絶縁膜を堆積させる工程と、上記第3層間絶縁膜の、上記空隙の上に堆積された領域の上に、第2導電体を形成する工程とを含むことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device formed on a semiconductor substrate, wherein a groove is formed in a first interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate. Forming a first conductor having the same height as the first interlayer insulating film in the trench, and depositing a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film and the first conductor. A step of forming a void in a region of the second interlayer insulating film deposited on the first conductor, and a step of depositing a third interlayer insulating film on the second interlayer insulating film. And a step of forming a second conductor on a region of the third interlayer insulating film deposited on the gap.
上記発明によれば、上記第1導電体、上記第2層間絶縁膜、上記第3層間絶縁膜及び上記第2導電体が積み重ねて配置され、上記空隙が、上記第2の層間絶縁膜層の、上記第1導電体と上記第2導電体とで挟まれた領域に形成された半導体装置を製造できる。従って、2つの導電体間の寄生容量低減を実現しながら、機械的強度を保つことができる半導体装置が実現できる。加えて、半導体装置内の特定領域における寄生容量の低減量と、機械的強度を自由に制御することができる。 According to the invention, the first conductor, the second interlayer insulating film, the third interlayer insulating film, and the second conductor are stacked, and the gap is formed in the second interlayer insulating film layer. A semiconductor device formed in a region sandwiched between the first conductor and the second conductor can be manufactured. Accordingly, it is possible to realize a semiconductor device capable of maintaining the mechanical strength while realizing the reduction of the parasitic capacitance between the two conductors. In addition, the amount of reduction in parasitic capacitance and the mechanical strength in a specific region in the semiconductor device can be freely controlled.
上記半導体装置の製造方法では、上記空隙を形成させる工程においては、上記第2層間絶縁膜の、上記半導体基板の表面と平行な面内において、周期的に配列された多角形の頂点を構成する位置に、上記半導体基板の表面と平行である、空隙の断面が配置されてもよい。 In the manufacturing method of the semiconductor device, in the step of forming the air gap, polygonal vertices periodically arranged in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate of the second interlayer insulating film are formed. A cross section of the gap that is parallel to the surface of the semiconductor substrate may be disposed at a position.
また、上記半導体装置の製造方法では、上記空隙を形成させる工程においては、複数の空隙を同時に形成させてもよい。 In the method for manufacturing a semiconductor device, a plurality of voids may be formed simultaneously in the step of forming the voids.
これらの方法により製造された半導体装置は、2つの導電体間の寄生容量低減を実現しながら、機械的強度を保つことができる。加えて、半導体装置内の特定領域における寄生容量の低減量と、機械的強度を自由に制御することができる。 The semiconductor device manufactured by these methods can maintain the mechanical strength while realizing the reduction of the parasitic capacitance between the two conductors. In addition, the amount of reduction in parasitic capacitance and the mechanical strength in a specific region in the semiconductor device can be freely controlled.
本発明に係る半導体装置は、以上のように、層間絶縁膜層の、第1導電体と第2導電体とで挟まれた領域は、空隙を有するものである。 As described above, in the semiconductor device according to the present invention, the region sandwiched between the first conductor and the second conductor in the interlayer insulating film layer has a gap.
また、本発明に係る半導体装置は、以上のように、層間絶縁膜層の、第1導電体と第2導電体とで挟まれた領域は、空隙を有するものである。 In the semiconductor device according to the present invention, as described above, the region sandwiched between the first conductor and the second conductor in the interlayer insulating film layer has a gap.
さらに、本発明に係る半導体装置は、以上のように、半導体基板上に第1導電体を形成させる工程と、上記第1導電体上に第1層間絶縁膜を堆積させる工程と、上記第1層間絶縁膜の、上記第1導電体の上に堆積された領域に、空隙を形成させる工程と、上記第1層間絶縁膜上に第2層間絶縁膜を堆積させる工程と、上記第2層間絶縁膜を平坦化する工程と、上記第2層間絶縁膜の、上記空隙の上に堆積された領域に、第2導電体を形成する工程とを含む方法である。 Further, as described above, the semiconductor device according to the present invention includes the step of forming the first conductor on the semiconductor substrate, the step of depositing the first interlayer insulating film on the first conductor, and the first step. Forming a gap in a region of the interlayer insulating film deposited on the first conductor; depositing a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film; and second interlayer insulating The method includes a step of planarizing the film and a step of forming a second conductor in a region of the second interlayer insulating film deposited on the gap.
さらに、本発明に係る半導体装置は、以上のように、上記半導体基板上に第1層間絶縁膜を堆積させる工程と、上記第1層間絶縁膜に空隙を形成させる工程と、上記第1層間絶縁膜上に第2層間絶縁膜を堆積させる工程と、上記第2層間絶縁膜を平坦化する工程と、上記第2層間絶縁膜の、上記空隙の上に堆積された領域に、第1導電体を形成する工程とを含む方法である。 Further, as described above, the semiconductor device according to the present invention includes a step of depositing a first interlayer insulating film on the semiconductor substrate, a step of forming a gap in the first interlayer insulating film, and the first interlayer insulating film. A step of depositing a second interlayer insulating film on the film; a step of planarizing the second interlayer insulating film; and a region of the second interlayer insulating film deposited on the gap in the first conductor. Forming the step.
さらに、本発明に係る半導体装置は、以上のように、上記半導体基板上に第1導電体を形成させる工程と、上記第1導電体上に第1層間絶縁膜を堆積させる工程と、上記第1層間絶縁膜を平坦化する工程と、上記第1層間絶縁膜の、上記第1導電体の上に堆積された領域に、空隙を形成させる工程と、上記第1層間絶縁膜上に第2層間絶縁膜を堆積させる工程と、上記第2層間絶縁膜の、上記空隙の上に堆積された領域に、第2導電体を形成する工程とを含む方法である。 Furthermore, as described above, the semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a first conductor on the semiconductor substrate, a step of depositing a first interlayer insulating film on the first conductor, and the first step. A step of planarizing the first interlayer insulating film; a step of forming a gap in a region of the first interlayer insulating film deposited on the first conductor; and a second on the first interlayer insulating film. The method includes a step of depositing an interlayer insulating film and a step of forming a second conductor in a region of the second interlayer insulating film deposited on the gap.
さらに、本発明に係る半導体装置は、以上のように、上記半導体基板上に第1層間絶縁膜を堆積させる工程と、上記第1層間絶縁膜を平坦化する工程と、上記第1層間絶縁膜に空隙を形成させる工程と、上記第1層間絶縁膜上に第2層間絶縁膜を堆積させる工程と、上記第2層間絶縁膜の、上記空隙の上に堆積された領域に、第1導電体を形成する工程とを含む方法である。 Furthermore, as described above, the semiconductor device according to the present invention includes a step of depositing a first interlayer insulating film on the semiconductor substrate, a step of planarizing the first interlayer insulating film, and the first interlayer insulating film. Forming a gap in the first interlayer insulating film; depositing a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film; and a first conductor in a region of the second interlayer insulating film deposited on the gap. Forming the step.
さらに、本発明に係る半導体装置は、以上のように、上記半導体基板上に形成された第1層間絶縁膜に溝を形成させる工程と、上記溝に上記第1層間絶縁膜と同じ高さの第1導電体を形成させる工程と、上記第1層間絶縁膜及び第1導電体の上に第2層間絶縁膜を堆積させる工程と、上記第2層間絶縁膜の、上記第1導電体の上に堆積された領域に、空隙を形成させる工程と、上記第2層間絶縁膜上に第3層間絶縁膜を堆積させる工程と、上記第3層間絶縁膜の、上記空隙の上に堆積された領域に、第2導電体を形成する工程とを含む方法である。 Further, as described above, the semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a groove in the first interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate, and the groove having the same height as the first interlayer insulating film. A step of forming a first conductor, a step of depositing a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film and the first conductor, and a step of forming the second interlayer insulating film on the first conductor. A step of forming a void in the region deposited in the step, a step of depositing a third interlayer insulating film on the second interlayer insulating film, and a region of the third interlayer insulating film deposited on the void. And a step of forming a second conductor.
それゆえ、2つの導電体間の寄生容量、または導電体と基板との間の寄生容量の低減を実現しながら、機械的強度を保つことができる構造を備えた半導体装置及びその製造方法を提供するという効果を奏する。 Therefore, a semiconductor device having a structure capable of maintaining mechanical strength while realizing reduction in parasitic capacitance between two conductors or parasitic capacitance between a conductor and a substrate, and a method for manufacturing the same are provided. The effect of doing.
本発明の一実施形態について実施例1〜実施例3、及び図1〜図6に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、実施形態を説明する図においては、同一機能を有する部分には同一符号を付して、その繰り返しの説明を省略する。また、製造工程中で詳述しない部分については公知の手段を用いる。 One embodiment of the present invention will be described below with reference to Examples 1 to 3 and FIGS. 1 to 6. In the drawings describing the embodiment, the same reference numerals are given to portions having the same function, and repeated description thereof is omitted. Moreover, a well-known means is used about the part which is not explained in full detail in a manufacturing process.
以下の実施例では、Al−Cu(アルミ−銅系)合金もしくはCu(銅)を主たる材料とした金属配線構造を例としてあげているが、本発明においては上記材料にとらわれず他の導電体を配線として用いてもかまわない。また、金属配線構造とは、静電容量を検出するための電極構造であってもかまわない。さらには、層間絶縁膜としてはSiO2(二酸化シリコン)膜、またはSiO2にフッ素を添加したFSG(Fluorinated Silicate Glass)膜を例としてあげているが、本発明においては上記材料にとらわれず他の絶縁膜材料を層間絶縁膜として用いてもかまわない。 In the following examples, a metal wiring structure having an Al—Cu (aluminum-copper) alloy or Cu (copper) as a main material is taken as an example. However, in the present invention, other conductors are not limited to the above materials. May be used as wiring. The metal wiring structure may be an electrode structure for detecting capacitance. Furthermore, as an interlayer insulating film, an SiO 2 (silicon dioxide) film or an FSG (Fluorinated Silicate Glass) film in which fluorine is added to SiO 2 is taken as an example. However, in the present invention, other materials are not limited to the above materials. An insulating film material may be used as the interlayer insulating film.
〔実施例1〕
図1(a)に示すように、半導体基板2上に素子分離領域3、ゲート絶縁膜4、ゲート電極5、サイドウォール6、金属シリサイド7、コンタクトエッチングストッパー膜8、PMD膜(Pre-Metal Dielectric; メタル前層間絶縁膜)9及びプラグ10を備える、MOS(Metal Oxide Semiconductor:金属酸化物半導体)型半導体装置を公知の手段を用いて形成する。
[Example 1]
As shown in FIG. 1A, an
このようにして形成されたMOS型半導体装置の上に、スパッタリング法によりAl−Cu合金を300nm程度堆積させ、フォトレジストマスクとドライエッチングとにより所望のパターンを持つ第1層金属配線11をPMD膜9の上に形成する。
On the MOS type semiconductor device thus formed, an Al—Cu alloy is deposited to a thickness of about 300 nm by a sputtering method, and a first
次に図1(b)に示すように、プラズマCVD(Chemical vapor deposition:化学気相成長)法により、シリコン酸化膜からなる第1層間絶縁膜12を800nm程度堆積させ、第1層間絶縁膜12にフォトレジストマスクとドライエッチングとにより空隙13を形成させる。
Next, as shown in FIG. 1B, a first
このとき、空隙13の幅と第1層間絶縁膜12の高さとの比(アスペクト比)が3程度以上、一例としては2.5以上になるようにする。これは、後述する第2層間絶縁膜14を堆積させる際に、空隙13を埋めることなく保持するためである。アスペクト比が2.5以上で空隙13が埋まることなく保持される場合、アスペクト比が0以上2.5未満では空隙が埋まる。
At this time, the ratio (aspect ratio) between the width of the
上述したアスペクト比を満足している空隙13に対しては、第2層間絶縁膜14を堆積させる際に、空隙13の中を絶縁膜が満たすよりも早く、空隙13の入り口が閉じるので、空隙13を埋めることなく保持することが可能となる。
For the
より詳細には、第2層間絶縁膜14の堆積が始まると、第1層間絶縁膜12の上に第2層間絶縁膜14が堆積されていくが、同時に空隙13の底部及び空隙13の側壁部にも第2層間絶縁膜14の堆積が進む。アスペクト比が3程度以上であれば、空隙13の内部における第2層間絶縁膜14の堆積量が、第1層間絶縁膜12の上における第2層間絶縁膜14の堆積量と比較して僅かな量になる。このため、空隙13が保持されたまま空隙13の上部が閉じる。
More specifically, when the deposition of the second
なお、上記記載においてアスペクト比の一例を2.5以上としたが、この数値範囲は層間膜形成条件に依存して変化し、2.55以上または2.495以上になることもある。 In the above description, an example of the aspect ratio is set to 2.5 or more. However, this numerical range changes depending on the interlayer film forming conditions, and may be 2.55 or more or 2.495 or more.
また、上記アスペクト比を確保する限りにおいては、空隙13が第1層金属配線11に達している必要は無い、即ち空隙13と第1層金属配線11との間に第1層間絶縁膜12が存在してもよい。これは、空隙13を形成する際の、ドライエッチングの時間を調整することで制御が可能である。空隙13の幅や深さ、数を調整することで、第1層金属配線11と後述する第2層金属配線16との間の静電容量を制御することができる。
Further, as long as the aspect ratio is ensured, the
空隙13の幅や数は、フォトレジストマスクのパターンレイアウトにて容易に変更することができる。空隙13のパターンレイアウトの例を図2(a)及び図2(b)に示す。
The width and number of the
各々の空隙は、ハニカム構造を代表とするような、周期的に配列された多角形の頂点の位置に配置された構造もつ。各々の空隙は、周期的に並べられた、正三角形または菱形の頂点を構成する位置に配列されることが望ましいが、周期的に並べられた、平行四辺形、線対称の六角形または点対称の六角形の頂点を構成する位置に配列されてもよい。各々の空隙の直径は、50nm〜500nm程度である。 Each void has a structure that is arranged at the positions of the apexes of periodically arranged polygons such as a honeycomb structure. Each gap is preferably arranged at a position that forms the apex of an equilateral triangle or rhombus arranged periodically, but periodically arranged, parallelogram, line-symmetric hexagon, or point-symmetric May be arranged at positions constituting the vertices of the hexagon. The diameter of each void is about 50 nm to 500 nm.
図2(a)では正三角形の頂点を構成する位置に各々の空隙が配列されている。さらに、図2(b)に示すように、正三角形と正方形とを組み合わせ、これらを2つ点対照に配置した八角形の頂点を構成する位置に各々の空隙が配列されてもよい。これらの位置に各々の空隙を配列することで、後述する半導体装置1の機械的強度が保持される。 In FIG. 2 (a), the respective gaps are arranged at positions constituting the vertices of the equilateral triangle. Further, as shown in FIG. 2 (b), each of the voids may be arranged at a position that forms an apex of an octagon in which equilateral triangles and squares are combined and arranged in two point contrasts. By arranging the respective gaps at these positions, the mechanical strength of the semiconductor device 1 described later is maintained.
次に図1(c)に示すように、プラズマCVD法にてシリコン酸化膜からなる第2層間絶縁膜14を500nm程度堆積させる。続いて、平坦化のためにCMPにて第2層間絶縁膜14を350nm程度研磨する。さらに、フォトレジストマスクとドライエッチングとにより、第2層間絶縁膜14及び第1層間絶縁膜12を貫通するパターンを形成し、該貫通するパターンにバリア膜をスパッタリング法にて堆積させ、タングステン膜をCVD法にて埋め込み、さらにCMPで研磨することで、プラグ15を形成する。続いて、スパッタリング法によりAl−Cu合金を300nm程度堆積させ、フォトレジストマスクとドライエッチングにより、所望のパターンを持つ第2層金属配線16を第2層間絶縁膜14の上に形成し、半導体装置1が形成される。
Next, as shown in FIG. 1C, a second
以上のように、本発明の実施の形態に係る半導体装置1は、半導体基板2と、半導体基板2上に形成された、第1層金属配線11及び第2層金属配線16と、第1層金属配線11と第2層金属配線16との間に形成された層間絶縁膜層とを備え、第1層金属配線11と第2層金属配線16との少なくとも一部は、上記層間絶縁膜層を挟んで対向する半導体装置において、上記層間絶縁膜層の、第1層金属配線11と第2層金属配線16とで挟まれた領域は、空隙13を有する。
As described above, the semiconductor device 1 according to the embodiment of the present invention includes the
半導体装置1では、空隙13は空気で構成されているので、比誘電率が1であり、比誘電率が1より大きい、第1層間絶縁膜12及び第2層間絶縁膜14よりも誘電率が低い。よって、空隙13を設けることにより、第1層金属配線11と第2層金属配線16との間の寄生容量が低減される。
In the semiconductor device 1, since the
また、第1層金属配線11と第2層金属配線16とで挟まれた領域の、空隙13を有しない部分については、第1層間絶縁膜12及び第2層間絶縁膜14で構成されているので、機械的強度を保つことができる。
In addition, a portion of the region sandwiched between the first
従って、2つの導電体間の寄生容量低減を実現しながら、機械的強度を保つことができる半導体装置1が実現できる。加えて、半導体装置1内の特定領域における寄生容量の低減量と、機械的強度を自由に制御することができる。 Accordingly, it is possible to realize the semiconductor device 1 that can maintain the mechanical strength while realizing the reduction of the parasitic capacitance between the two conductors. In addition, the amount of reduction of parasitic capacitance and the mechanical strength in a specific region in the semiconductor device 1 can be freely controlled.
半導体装置1では、第1層間絶縁膜12と、第2層間絶縁膜14とを有し、第1層金属配線11、第1層間絶縁膜12、第2層間絶縁膜14及び第2層金属配線16が積み重ねて配置され、空隙13は、第1層間絶縁膜12の、第1層金属配線11と第2層金属配線16とで挟まれた領域、または第2層間絶縁膜14の、第1層金属配線11と第2層金属配線16とで挟まれた領域に形成されてもよい。
The semiconductor device 1 includes a first
また、半導体装置1では、空隙13は、複数の孔によって形成されてもよい。
In the semiconductor device 1, the
さらに、半導体装置1では、空隙13は、第1層金属配線11と第2層金属配線16との対向する面に対して、垂直方向に形成された孔であってもよい。
Further, in the semiconductor device 1, the
そして、半導体装置1では、上記孔の、上記対向する面と平行な断面は、同一の面内において、周期的に配列された多角形の頂点を構成する位置に配置されてもよい。 In the semiconductor device 1, the cross section of the hole parallel to the facing surface may be arranged at a position that constitutes a vertex of a polygon arranged periodically in the same surface.
上述した半導体装置1の製造方法では、半導体装置1において第1層金属配線11と第2層金属配線16との間の第1層間絶縁膜12中に空隙13を形成させる方法を例としたが、第2層間絶縁膜14に空隙13を設けても良く、複数の層間絶縁膜を形成する場合はそのいずれか1つに空隙を形成すれば良い。また、多層配線構造の半導体装置において、さらに上層の2つの金属配線間に設けられた層間絶縁膜中に空隙を形成する場合でも、同様の工程にて実現が可能である。
In the manufacturing method of the semiconductor device 1 described above, the method of forming the
また、同様の製造方法により、半導体基板と第1層金属配線との間に空隙を形成することもできる。図3(a)に示すように、半導体基板18上に素子分離領域19、ゲート絶縁膜20、ゲート電極21、サイドウォール22、金属シリサイド23及びコンタクトエッチングストッパー膜24を備える、MOS型半導体装置を公知の手段を用いて形成する。
In addition, a gap can be formed between the semiconductor substrate and the first layer metal wiring by the same manufacturing method. As shown in FIG. 3A, a MOS semiconductor device including an
次に図3(b)に示すように、プラズマCVD法にてシリコン酸化膜からなる第1層間絶縁膜25を800nm程度堆積させ、これにフォトレジストマスクとドライエッチングとにより空隙26を形成させる。
Next, as shown in FIG. 3B, a first
このとき、空隙26の幅と第1層間絶縁膜25の高さとの比(アスペクト比)が3程度以上、一例としては2.5以上になるようにする。これは、後述する第2層間絶縁膜27を堆積させる際に、空隙26を埋めることなく保持するためである。アスペクト比が2.5以上で空隙26が埋まることなく保持される場合、アスペクト比が0以上2.5未満では空隙が埋まる。
At this time, the ratio (aspect ratio) between the width of the
上述したアスペクト比を満足している空隙26に対しては、第2層間絶縁膜27を堆積させる際に、空隙26の中を絶縁膜が満たすよりも早く、空隙26の入り口が閉じるので、空隙26を埋めることなく保持することが可能となる。
For the
より詳細には、第2層間絶縁膜27の堆積が始まると、第1層間絶縁膜25の上に第2層間絶縁膜27が堆積されていくが、同時に空隙26の底部及び空隙26の側壁部にも第2層間絶縁膜27の堆積が進む。アスペクト比が3程度以上であれば、空隙26の内部における第2層間絶縁膜27の堆積量が、第1層間絶縁膜25の上における第2層間絶縁膜27の堆積量と比較して僅かな量になる。このため、空隙26が保持されたまま空隙26の上部が閉じる。
More specifically, when the second
なお、上記記載においてアスペクト比の一例を2.5以上としたが、この数値範囲は層間膜形成条件に依存して変化し、2.55以上または2.495以上になることもある。 In the above description, an example of the aspect ratio is set to 2.5 or more. However, this numerical range changes depending on the interlayer film forming conditions, and may be 2.55 or more or 2.495 or more.
また、上記アスペクト比を確保する限りにおいては、空隙26の深さはコンタクトエッチングストッパー膜24に達している必要は無い、即ち空隙26とコンタクトエッチングストッパー膜24との間に第1層間絶縁膜25が存在してもよい。これは、空隙26を形成する際の、ドライエッチングの時間を調整することで制御が可能である。空隙26の幅や深さ、数を調整することで、半導体基板18と後述する第1層金属配線29との間の静電容量を制御することができる。
Further, as long as the aspect ratio is ensured, the depth of the
空隙26の幅や数は、フォトレジストマスクのパターンレイアウトにて容易に変更することができる。図2(a)及び図2(b)に示す空隙13のパターンレイアウトを空隙26のパターンレイアウトとして用いてもよい。このようなパターンレイアウトとすることで、後述する半導体装置17の機械的強度が保持される。
The width and number of the
次に図3(c)に示すように、プラズマCVD法にてシリコン酸化膜からなる第2層間絶縁膜27を500nm程度堆積させる。続いて、平坦化のためにCMPにて第2層間絶縁膜27を350nm程度研磨する。さらに、フォトレジストマスクとドライエッチングとにより、第2層間絶縁膜27、第1層間絶縁膜25及びコンタクトエッチングストッパー膜24を貫通するパターンを形成し、該貫通するパターンにバリア膜をスパッタリング法にて堆積させ、タングステン膜をCVD法にて埋め込み、さらにCMPで研磨することで、プラグ28を形成する。続いて、スパッタリング法によりAl−Cu合金を300nm程度堆積させ、フォトレジストマスクとドライエッチングとにより所望のパターンを持つ第1層金属配線29を第2層間絶縁膜27の上に形成し、半導体装置17が形成される。
Next, as shown in FIG. 3C, a second
以上のように、本発明の実施形態に係る半導体装置17は、半導体基板18と、半導体基板18上に形成された第1層金属配線29と、半導体基板18と第1層金属配線29との間に形成された層間絶縁膜層とを備え、半導体基板18と第1層金属配線29との少なくとも一部は、上記層間絶縁膜層を挟んで対向する半導体装置において、上記層間絶縁膜層の、第1層金属配線29と半導体基板18とで挟まれた領域は、空隙26を有する。
As described above, the
半導体装置17では、空隙26は空気で構成されているので、比誘電率が1であり、比誘電率が1より大きい、第1層間絶縁膜25及び第2層間絶縁膜27よりも誘電率が低い。よって、空隙26を設けることにより、第1層金属配線29と半導体基板18との間の寄生容量が低減される。
In the
また、第1層金属配線29と半導体基板18とで挟まれた領域の、空隙26を有しない部分については、第1層間絶縁膜25及び第2層間絶縁膜27で構成されているので、機械的強度を保つことができる。
In addition, a portion of the region sandwiched between the first
従って、第1層金属配線29と半導体基板18との間の寄生容量低減を実現しながら、機械的強度を保つことができる半導体装置17が実現できる。加えて、半導体装置17内の特定領域における寄生容量の低減量と、機械的強度を自由に制御することができる。
Therefore, the
半導体装置17では、第1層間絶縁膜25と、第2層間絶縁膜27とを有し、半導体基板18、第1層間絶縁膜25、第2層間絶縁膜27及び第1層金属配線29が積み重ねて配置され、空隙26は、第1層間絶縁膜25の、半導体基板18と第1層金属配線29とで挟まれた領域、または第2層間絶縁膜27の、半導体基板18と第1層金属配線29とで挟まれた領域に形成されてもよい。
The
また、半導体装置17では、空隙26は、複数の孔によって形成されてもよい。
In the
さらに、半導体装置17では、空隙26は、半導体基板18と第1層金属配線29との対向する面に対して、垂直方向に形成された孔であってもよい。
Further, in the
そして、半導体装置17では、上記孔の、上記対向する面と平行な断面は、同一の面内において、周期的に配列された多角形の頂点を構成する位置に配置されてもよい。
In the
これらの構成により、半導体基板18と第1層金属配線29との間の寄生容量低減を実現しながら、機械的強度を保つことができる半導体装置が実現できる。
With these configurations, it is possible to realize a semiconductor device that can maintain the mechanical strength while realizing the reduction of the parasitic capacitance between the
上述した半導体装置17の製造方法では、半導体装置17において半導体基板18と第1層金属配線29との間の第1層間絶縁膜25中に空隙26を形成させる方法を例としたが、第2層間絶縁膜27に空隙26を設けても良く、複数の層間絶縁膜を形成する場合はそのいずれか1つに空隙を形成すれば良い。また、多層配線構造の半導体装置において、さらに上層の2つの金属配線間に設けられた層間絶縁膜中に空隙を形成する場合でも、同様の工程にて実現が可能である。
In the manufacturing method of the
〔実施例2〕
図4(a)に示すように、半導体基板31上に素子分離領域32、ゲート絶縁膜33、ゲート電極34、サイドウォール35、金属シリサイド36、コンタクトエッチングストッパー膜37、PMD膜38及びプラグ39を備える、MOS型半導体装置の構造を公知の手段を用いて形成する。
[Example 2]
As shown in FIG. 4A, an
このようにして形成されたMOS型半導体装置の上に、スパッタリング法によりAl−Cu合金を300nm程度堆積させ、フォトレジストマスクとドライエッチングとにより所望のパターンを持つ第1層金属配線40をPMD膜38の上に形成する。
On the MOS type semiconductor device thus formed, an Al—Cu alloy is deposited to a thickness of about 300 nm by a sputtering method, and a first
次に図4(b)に示すように、プラズマCVD法にてシリコン酸化膜からなる第1層間絶縁膜41を1100nm程度堆積させ、平坦化のためにCMPにて第1層間絶縁膜41を300nm程度研磨する。これにフォトレジストマスクとドライエッチングにて空隙42を形成させる。
Next, as shown in FIG. 4B, a first
このとき、空隙42の幅と第1層間絶縁膜41の高さとの比(アスペクト比)が3程度以上、一例としては2.5以上になるようにする。これは、後述する第2層間絶縁膜43を堆積させる際に、空隙42を埋めることなく保持するためである。アスペクト比が2.5以上で空隙42が埋まることなく保持される場合、アスペクト比が0以上2.5未満では空隙が埋まる。
At this time, the ratio (aspect ratio) between the width of the
上述したアスペクト比を満足している空隙42に対しては、第2層間絶縁膜43を堆積させる際に、空隙42の中を絶縁膜が満たすよりも早く、空隙42の入り口が閉じるので、空隙42を埋めることなく保持することが可能となる。
For the
より詳細には、第2層間絶縁膜43の堆積が始まると、第1層間絶縁膜41の上に第2層間絶縁膜43が堆積されていくが、同時に空隙42の底部及び空隙42の側壁部にも第2層間絶縁膜43の堆積が進む。アスペクト比が3程度以上であれば、空隙42の内部における第2層間絶縁膜43の堆積量が、第1層間絶縁膜41の上における第2層間絶縁膜43の堆積量と比較して僅かな量になる。このため、空隙42が保持されたまま空隙42の上部が閉じる。
More specifically, when the second
なお、上記記載においてアスペクト比の一例を2.5以上としたが、この数値範囲は層間膜形成条件に依存して変化し、2.55以上または2.495以上になることもある。 In the above description, an example of the aspect ratio is set to 2.5 or more. However, this numerical range changes depending on the interlayer film forming conditions, and may be 2.55 or more or 2.495 or more.
また、上記アスペクト比を確保する限りにおいては、空隙42の深さは第1層金属配線40に達している必要は無い、即ち空隙42と第1層金属配線40との間に第1層間絶縁膜41が存在してもよい。これは、空隙42を形成する際の、ドライエッチングの時間を調整することで制御が可能である。空隙42の幅や深さ、数を調整することで、第1層金属配線と後述する第2層金属配線45との間の静電容量を制御することができる。
Further, as long as the aspect ratio is ensured, the depth of the
空隙42の幅や数は、フォトレジストマスクのパターンレイアウトにて容易に変更することができる。図2(a)及び図2(b)に示す空隙13のパターンレイアウトを空隙42のパターンレイアウトとして用いてもよい。このようなパターンレイアウトとすることで、後述する半導体装置30の機械的強度が保持される。
The width and number of the
次に図4(c)に示すように、プラズマCVD法にてシリコン酸化膜からなる第2層間絶縁膜43を200nm程度堆積させる。続いて、フォトレジストマスクとドライエッチングとにより、第2層間絶縁膜43及び第1層間絶縁膜41を貫通するパターンを形成し、該貫通するパターンにバリア膜をスパッタリング法にて堆積させ、タングステン膜をCVD法にて埋め込み、さらにCMPで研磨することで、プラグ44を形成する。続いて、スパッタリング法によりAl−Cu合金を300nm程度堆積させ、フォトレジストマスクとドライエッチングとにより所望のパターンを持つ第2層金属配線45を第2層間絶縁膜43の上に形成し、半導体装置30が形成される。
Next, as shown in FIG. 4C, a second
以上のように、本発明の実施の形態に係る半導体装置30は、半導体基板31と、半導体基板31上に形成された、第1層金属配線40及び第2層金属配線45と、第1層金属配線40と第2層金属配線45との間に形成された層間絶縁膜層とを備え、第1層金属配線40と第2層金属配線45との少なくとも一部は、上記層間絶縁膜層を挟んで対向する半導体装置において、上記層間絶縁膜層の、第1層金属配線40と第2層金属配線45とで挟まれた領域は、空隙42を有する。
As described above, the
半導体装置30では、空隙42は空気で構成されているので、比誘電率が1であり、比誘電率が1より大きい第1層間絶縁膜41及び第2層間絶縁膜43よりも誘電率が低い。よって、空隙42を設けることにより、第1層金属配線40と第2層金属配線45との間の寄生容量が低減される。
In the
また、第1層金属配線40と第2層金属配線45とで挟まれた領域の、空隙42を有しない部分については、第1層間絶縁膜41及び第2層間絶縁膜43で構成されているので、機械的強度を保つことができる。
In addition, a portion of the region sandwiched between the first
従って、2つの導電体間の寄生容量低減を実現しながら、機械的強度を保つことができる半導体装置30が実現できる。加えて、半導体装置30内の特定領域における寄生容量の低減量と、機械的強度を自由に制御することができる。
Therefore, the
半導体装置30では、第1層間絶縁膜41と、第2層間絶縁膜43とを有し、第1層金属配線40、第1層間絶縁膜41、第2層間絶縁膜43及び第2層金属配線45が積み重ねて配置され、空隙42は、第1層間絶縁膜41の、第1層金属配線40と第2層金属配線45とで挟まれた領域、または第2層間絶縁膜43の、第1層金属配線40と第2層金属配線45とで挟まれた領域に形成されてもよい。
The
また、半導体装置30では、空隙42は、複数の孔によって形成されてもよい。
In the
さらに、半導体装置30では、空隙42は、第1層金属配線40と第2層金属配線45との対向する面に対して、垂直方向に形成された孔であってもよい。
Further, in the
そして、半導体装置30では、上記孔の、上記対向する面と平行な断面は、同一の面内において、周期的に配列された多角形の頂点を構成する位置に配置されてもよい。
In the
上述した半導体装置30の製造方法では、半導体装置30において第1層金属配線40と第2層金属配線45の間の第1層間絶縁膜41中に空隙42を形成させる方法を例としたが、第2層間絶縁膜43に空隙42を設けても良く、複数の層間絶縁膜を形成する場合はそのいずれか1つに空隙を形成すれば良い。多層配線構造の半導体装置において、さらに上層の金属配線間の層間絶縁膜中に空隙を形成する場合でも、同様の工程にて実現が可能である。
In the manufacturing method of the
また、同様の製造方法により、半導体基板と第1層金属配線との間に空隙を形成することもできる。図5(a)に示すように、半導体基板47上に素子分離領域48、ゲート絶縁膜49、ゲート電極50、サイドウォール51、金属シリサイド52、コンタクトエッチングストッパー膜53を備える、MOS型半導体装置を公知の手段を用いて形成する。
In addition, a gap can be formed between the semiconductor substrate and the first layer metal wiring by the same manufacturing method. As shown in FIG. 5A, a MOS type semiconductor device comprising an
次に図5(b)に示すように、プラズマCVD法にてシリコン酸化膜からなる第1層間絶縁膜54を1100nm程度堆積させ、平坦化のためにCMPにて300nm程度を研磨する。これにフォトレジストマスクとドライエッチングとにより空隙55を形成させる。
Next, as shown in FIG. 5B, a first
このとき、空隙55の幅と第1層間絶縁膜54の高さとの比(アスペクト比)が3程度以上、一例としては2.5以上になるようにする。これは、後述する第2層間絶縁膜56を堆積させる際に、空隙55を埋めることなく保持するためである。アスペクト比が2.5以上で空隙55が埋まることなく保持される場合、アスペクト比が0以上2.5未満では空隙が埋まる。
At this time, the ratio (aspect ratio) between the width of the
上述したアスペクト比を満足している空隙55に対しては、第2層間絶縁膜56を堆積させる際に、空隙55の中を絶縁膜が満たすよりも早く、空隙55の入り口が閉じるので、空隙55を埋めることなく保持することが可能となる。
For the
より詳細には、第2層間絶縁膜56の堆積が始まると、第1層間絶縁膜54の上に第2層間絶縁膜56が堆積されていくが、同時に空隙55の底部及び空隙55の側壁部にも第2層間絶縁膜56の堆積が進む。アスペクト比が3程度以上であれば、空隙55の内部における第2層間絶縁膜56の堆積量が、第1層間絶縁膜54の上における第2層間絶縁膜56の堆積量と比較して僅かな量になる。このため、空隙55が保持されたまま空隙55の上部が閉じる。
More specifically, when the deposition of the second
なお、上記記載においてアスペクト比の一例を2.5以上としたが、この数値範囲は層間膜形成条件に依存して変化し、2.55以上または2.495以上になることもある。 In the above description, an example of the aspect ratio is set to 2.5 or more. However, this numerical range changes depending on the interlayer film forming conditions, and may be 2.55 or more or 2.495 or more.
また、上記アスペクト比を確保する限りにおいては、空隙55の深さはコンタクトエッチングストッパー膜53に達している必要は無い、即ち空隙55とコンタクトエッチングストッパー膜53との間に第1層間絶縁膜54が存在してもよい。これは、空隙55を形成する際の、ドライエッチングの時間を調整することで制御が可能である。空隙55の幅や深さ、数を調整することで、基板と後述する第1層金属配線58との間の静電容量を制御することができる。
Further, as long as the aspect ratio is ensured, the depth of the
空隙55の幅や数は、フォトレジストマスクのパターンレイアウトにて容易に変更することができる。図2(a)及び図2(b)に示す空隙13のパターンレイアウトを空隙55のパターンレイアウトとして用いてもよい。このようなパターンレイアウトとすることで、後述する半導体装置46の機械的強度が保持される。
The width and number of the
次に図5(c)に示すように、プラズマCVD法にてシリコン酸化膜からなる第2層間絶縁膜56を200nm程度堆積させる。続いて、フォトレジストマスクとドライエッチングとにより第2層間絶縁膜56、第1層間絶縁膜54及びコンタクトエッチングストッパー膜53を貫通するパターンを形成し、該貫通するパターンにバリア膜をスパッタリング法にて堆積させ、タングステン膜をCVD法にて埋め込み、さらにCMPで研磨することで、プラグ57を形成する。続いて、スパッタリング法によりAl−Cu合金を300nm程度堆積させ、フォトレジストマスクとドライエッチングとにより所望のパターンを持つ第1層金属配線58を第2層間絶縁膜56の上に形成し、半導体装置46が形成される。
Next, as shown in FIG. 5C, a second
以上のように、本発明の実施形態に係る半導体装置46は、半導体基板47と、半導体基板47上に形成された第1層金属配線58と、半導体基板47と第1層金属配線58との間に形成された層間絶縁膜層とを備え、半導体基板47と第1層金属配線58との少なくとも一部は、上記層間絶縁膜層を挟んで対向する半導体装置において、上記層間絶縁膜層の、第1層金属配線58と半導体基板47とで挟まれた領域は、空隙55を有する。
As described above, the
半導体装置46では、空隙55は空気で構成されているので、比誘電率が1であり、比誘電率が1より大きい、第1層間絶縁膜54及び第2層間絶縁膜56よりも誘電率が低い。よって、空隙55を設けることにより、第1層金属配線58と半導体基板47との間の寄生容量が低減される。
In the
また、第1層金属配線58と半導体基板47とで挟まれた領域の、空隙55を有しない部分については、第1層間絶縁膜54及び第2層間絶縁膜56で構成されているので、機械的強度を保つことができる。
In addition, the portion between the first
従って、第1層金属配線58と半導体基板47との間の寄生容量低減を実現しながら、機械的強度を保つことができる半導体装置46が実現できる。加えて、半導体装置46内の特定領域における寄生容量の低減量と、機械的強度を自由に制御することができる。
Therefore, the
半導体装置46では、第1層間絶縁膜54と、第2層間絶縁膜56とを有し、半導体基板47、第1層間絶縁膜54、第2層間絶縁膜56及び第1層金属配線58が積み重ねて配置され、空隙55は、第1層間絶縁膜54の、半導体基板47と第1層金属配線58とで挟まれた領域、または第2層間絶縁膜56の、半導体基板47と第1層金属配線58とで挟まれた領域に形成されてもよい。
The
また、半導体装置46では、空隙55は、複数の孔によって形成されてもよい。
In the
さらに、半導体装置46では、空隙55は、半導体基板47と第1層金属配線58との対向する面に対して、垂直方向に形成された孔であってもよい。
Further, in the
そして、半導体装置46では、上記孔の、上記対向する面と平行な断面は、同一の面内において、周期的に配列された多角形の頂点を構成する位置に配置されてもよい。
In the
これらの構成により、半導体基板47と第1層金属配線58との間の寄生容量低減を実現しながら、機械的強度を保つことができる半導体装置が実現できる。
With these configurations, it is possible to realize a semiconductor device that can maintain the mechanical strength while realizing the reduction of the parasitic capacitance between the
上述した半導体装置46の製造方法では、半導体装置46において半導体基板47と第1層金属配線58との間の第1層間絶縁膜54中に空隙55を形成させる方法を例としたが、第2層間絶縁膜56に空隙55を設けても良く、複数の層間絶縁膜を形成する場合はそのいずれか1つに空隙を形成すれば良い。また、多層配線構造の半導体装置において、さらに上層の2つの金属配線間に設けられた層間絶縁膜中に空隙を形成する場合でも、同様の工程にて実現が可能である。
In the manufacturing method of the
〔実施例3〕
図6(a)に示すように、半導体基板60上に素子分離領域61、ゲート絶縁膜62、ゲート電極63、サイドウォール64、金属シリサイド65、コンタクトエッチングストッパー膜66、PMD膜67、プラグ68を備える、MOS型半導体装置の構造を公知の手段を用いて形成する。
Example 3
As shown in FIG. 6A, an
このようにして形成されたMOS型半導体装置の上に、プラズマCVD法によりSiC(炭化シリコン)、SiN(窒化シリコン)またはSiCN(窒素添加シリコンカーバイト)からなるバリア膜69を50nm程度堆積させ、さらにプラズマCVD法にてFSG膜70を300nm程度堆積させる。これに、フォトレジストマスクとドライエッチングとにより所望のパターンを形成し、該所望のパターンにTi/TiN(チタン/窒化チタン)膜などからなるバリア膜71を30nm程度スパッタ法にて堆積させ、金属配線を構成するCu膜を600nm程度メッキ法にて堆積させ、CMPにて研磨することで持つ第1層金属配線72を形成する。
A
次に図6(b)に示すように、プラズマCVD法によりSiC、SiNまたはSiCNなどからなるバリア膜73を50nm程度堆積させ、プラズマCVD法にてFSG膜からなる第1層間絶縁膜74を800nm程度堆積させる。これにフォトレジストマスクとドライエッチングとにより空隙75を形成させる。
Next, as shown in FIG. 6B, a
このとき、空隙75の幅と第1層間絶縁膜74の高さとの比(アスペクト比)が3程度以上、一例としては2.5以上になるようにする。これは、後述する第2層間絶縁膜76を堆積させる際に、空隙75を埋めることなく保持するためである。アスペクト比が2.5以上で空隙75が埋まることなく保持される場合、アスペクト比が0以上2.5未満では空隙が埋まる。
At this time, the ratio (aspect ratio) between the width of the
上述したアスペクト比を満足している空隙75に対しては、第2層間絶縁膜76を堆積させる際に、空隙75の中を絶縁膜が満たすよりも早く、空隙75の入り口が閉じるので、空隙75を埋めることなく保持することが可能となる。
For the
より詳細には、第2層間絶縁膜76の堆積が始まると、第1層間絶縁膜74の上に第2層間絶縁膜76が堆積されていくが、同時に空隙75の底部及び空隙75の側壁部にも第2層間絶縁膜76の堆積が進む。アスペクト比が3程度以上であれば、空隙75の内部における第2層間絶縁膜76の堆積量が、第1層間絶縁膜74の上における第2層間絶縁膜76の堆積量と比較して僅かな量になる。このため、空隙75が保持されたまま空隙75の上部が閉じる。
More specifically, when the deposition of the second
なお、上記記載においてアスペクト比の一例を2.5以上としたが、この数値範囲は層間膜形成条件に依存して変化し、2.55以上または2.495以上になることもある。 In the above description, an example of the aspect ratio is set to 2.5 or more. However, this numerical range changes depending on the interlayer film forming conditions, and may be 2.55 or more or 2.495 or more.
また、上記アスペクト比を確保する限りにおいては、空隙75の深さはバリア膜73に達している必要は無い、即ち空隙75とバリア膜73との間に第1層間絶縁膜74が存在してもよい。これは、空隙75を形成する際の、ドライエッチングの時間を調整することで制御が可能である。空隙75の幅や深さ、数を調整することで、第1層金属配線72と後述する第2層金属配線82との間の静電容量を制御することができる。
In addition, as long as the aspect ratio is ensured, the depth of the
空隙75の幅や数は、フォトレジストマスクのパターンレイアウトにて容易に変更することができる。図2(a)及び図2(b)に示す空隙13のパターンレイアウトを空隙75のパターンレイアウトとして用いてもよい。このようなパターンレイアウトとすることで、後述する半導体装置59の機械的強度が保持される。
The width and number of the
次に図6(c)に示すように、プラズマCVD法にてFSG膜からなる第2層間絶縁膜76を200nm程度堆積させる。続いて、フォトレジストマスクとドライエッチングとにより所望のパターンを形成し、該所望のパターンにTi/TiN膜などからなるバリア膜77を30nm程度スパッタ法にて堆積させ、プラグを構成するCu膜を600nm程度メッキ法にて堆積させ、CMPにて研磨することで持つプラグ78を形成する。
Next, as shown in FIG. 6C, a second
続いて、プラズマCVD法によりSiC、SiNまたはSiCNなどからなるバリア膜79を50nm程度堆積させ、さらにプラズマCVD法にてFSG膜80を300nm程度堆積させる。これに、フォトレジストマスクとドライエッチングとにより所望のパターンを形成し、該所望のパターンにTi/TiN膜などからなるバリア膜81を30nm程度スパッタ法にて堆積させ、金属配線を構成するCu膜を600nm程度メッキ法にて堆積させ、CMPにて研磨することで持つ第2層金属配線82を形成し、半導体装置59が形成される。
Subsequently, a
以上のように、本発明の実施の形態に係る半導体装置59は、半導体基板60と、半導体基板60上に形成された、第1層金属配線72及び第2層金属配線82と、第1層金属配線72と第2層金属配線82との間に形成された層間絶縁膜層とを備え、第1層金属配線72と第2層金属配線82との少なくとも一部は、上記層間絶縁膜層を挟んで対向する半導体装置において、上記層間絶縁膜層の、第1層金属配線72と第2層金属配線82とで挟まれた領域は、空隙75を有する。
As described above, the
半導体装置59では、空隙75は空気で構成されているので、比誘電率が1であり、比誘電率が1より大きい、第1層間絶縁膜74及び第2層間絶縁膜76よりも誘電率が低い。よって、空隙75を設けることにより、第1層金属配線72と第2層金属配線82との間の寄生容量が低減される。
In the
また、第1層金属配線72と第2層金属配線82とで挟まれた領域の、空隙75を有しない部分については、第1層間絶縁膜74及び第2層間絶縁膜76で構成されているので、機械的強度を保つことができる。
In addition, a portion of the region sandwiched between the first
従って、2つの導電体間の寄生容量低減を実現しながら、機械的強度を保つことができる半導体装置59が実現できる。加えて、半導体装置59内の特定領域における寄生容量の低減量と、機械的強度を自由に制御することができる。
Therefore, it is possible to realize the
半導体装置59では、第1層間絶縁膜74と、第2層間絶縁膜76とを有し、第1層金属配線72、第1層間絶縁膜74、第2層間絶縁膜76及び第2層金属配線82が積み重ねて配置され、空隙75は、第1層間絶縁膜74の、第1層金属配線72と第2層金属配線82とで挟まれた領域、または第2層間絶縁膜76の、第1層金属配線72と第2層金属配線82とで挟まれた領域に形成されてもよい。
The
また、半導体装置59では、空隙75は、複数の孔によって形成されてもよい。
In the
さらに、半導体装置59では、空隙75は、第1層金属配線72と第2層金属配線82との対向する面に対して、垂直方向に形成された孔であってもよい。
Further, in the
そして、半導体装置59では、上記孔の、上記対向する面と平行な断面は、同一の面内において、周期的に配列された多角形の頂点を構成する位置に配置されてもよい。
In the
上述した半導体装置59の製造方法では、半導体装置59において第1層金属配線72と第2層金属配線82との間の第1層間絶縁膜74中に空隙75を形成させる方法を例としたが、第2層間絶縁膜76に空隙75を設けても良く、複数の層間絶縁膜を形成する場合はそのいずれか1つに空隙を形成すれば良い。また、多層配線構造の半導体装置において、さらに上層の2つの金属配線間に設けられた層間絶縁膜中に空隙を形成する場合でも、同様の工程にて実現が可能である。
In the manufacturing method of the
半導体装置1の製造方法では、空隙13を形成させる工程においては、第1層間絶縁膜12の、半導体基板2の表面と平行な面内において、周期的に配列された多角形の頂点を構成する位置に、半導体基板2の表面と平行である、空隙13の断面が配置されてもよい。
In the method of manufacturing the semiconductor device 1, in the step of forming the
また、半導体装置1の製造方法では、空隙13を形成させる工程においては、複数の空隙を同時に形成させてもよい。
In the method for manufacturing the semiconductor device 1, a plurality of voids may be formed at the same time in the step of forming the
さらに、半導体装置1の製造方法では、第2層間絶縁膜14を平坦化する工程においては、空隙13が露出しないように平坦化させてもよい。
Furthermore, in the method for manufacturing the semiconductor device 1, in the step of planarizing the second
これらの方法により製造された半導体装置1は、2つの導電体間の寄生容量低減を実現しながら、機械的強度を保つことができる。 The semiconductor device 1 manufactured by these methods can maintain the mechanical strength while realizing the reduction of the parasitic capacitance between the two conductors.
半導体装置17の製造方法では、空隙26を形成させる工程においては、第1層間絶縁膜25の、半導体基板18の表面と平行な面内において、周期的に配列された多角形の頂点を構成する位置に、半導体基板18の表面と平行である、空隙26の断面が配置されてもよい。
In the method for manufacturing the
また、半導体装置17の製造方法では、空隙26を形成させる工程においては、複数の空隙を同時に形成させてもよい。
Further, in the method for manufacturing the
さらに、半導体装置17の製造方法では、第2層間絶縁膜27を平坦化する工程においては、空隙26が露出しないように平坦化させてもよい。
Furthermore, in the method for manufacturing the
これらの方法により製造された半導体装置17は、2つの導電体間の寄生容量低減を実現しながら、機械的強度を保つことができる。
The
半導体装置30の製造方法では、空隙42を形成させる工程においては、第1層間絶縁膜41の、半導体基板31の表面と平行な面内において、周期的に配列された多角形の頂点を構成する位置に、半導体基板31の表面と平行である、空隙42の断面が配置されてもよい。
In the method of manufacturing the
また、半導体装置30の製造方法では、空隙42を形成させる工程においては、複数の空隙を同時に形成させてもよい。
In the method for manufacturing the
これらの方法により製造された半導体装置30は、2つの導電体間の寄生容量低減を実現しながら、機械的強度を保つことができる。さらに、第1層間絶縁膜41を平坦化することで、空隙42を形成する際のフォトレジストマスクの形成工程が、より良くできる。具体的には、平坦化した形状とすることにより、焦点深度に対するプロセスの余裕度がより高まる。
The
半導体装置46の製造方法では、空隙55を形成させる工程においては、第1層間絶縁膜54の、半導体基板47の表面と平行な面内において、周期的に配列された多角形の頂点を構成する位置に、半導体基板47の表面と平行である、空隙55の断面が配置されてもよい。
In the method for manufacturing the
また、半導体装置46の製造方法では、空隙55を形成させる工程においては、複数の空隙を同時に形成させてもよい。
In the method of manufacturing the
これらの方法により製造された半導体装置46は、2つの導電体間の寄生容量低減を実現しながら、機械的強度を保つことができる。さらに、第1層間絶縁膜54を平坦化することで、空隙42を形成する際のフォトレジストマスクの形成工程が、より良くできる。具体的には、平坦化した形状とすることにより、焦点深度に対するプロセスの余裕度がより高まる。
The
半導体装置59の製造方法では、空隙75を形成させる工程においては、第1層間絶縁膜74の、半導体基板60の表面と平行な面内において、周期的に配列された多角形の頂点を構成する位置に、半導体基板60の表面と平行である、空隙75の断面が配置されてもよい。
In the method of manufacturing the
また、半導体装置59の製造方法では、空隙75を形成させる工程においては、複数の空隙を同時に形成させてもよい。
In the method for manufacturing the
これらの方法により製造された半導体装置59は、2つの導電体間の寄生容量低減を実現しながら、機械的強度を保つことができる。
The
なお、本実施の形態においては、第1層金属配線と第2層金属配線との、層間絶縁膜層を挟む部分が対向していればよく、第1層金属配線と第2層金属配線との、層間絶縁膜層を挟まない部分は対向していなくてもよい。また、第1層金属配線と第2層金属配線とが同一の面積であり、ずれることなく完全に対向して層間絶縁膜層を挟んでも良い。 In the present embodiment, the first layer metal wiring and the second layer metal wiring need only face each other across the interlayer insulating film layer. The portions that do not sandwich the interlayer insulating film layer do not need to face each other. Further, the first-layer metal wiring and the second-layer metal wiring have the same area, and the interlayer insulating film layers may be sandwiched so as to completely face each other without shifting.
さらに、本実施の形態においては、半導体基板と第1層金属配線とは、半導体基板と第1層金属配線との、層間絶縁膜層を挟む部分が対向していればよい。 Furthermore, in the present embodiment, the semiconductor substrate and the first layer metal wiring only have to face each other between the semiconductor substrate and the first layer metal wiring with the interlayer insulating film layer interposed therebetween.
本発明の半導体装置は、2つの導電体間の寄生容量、または導電体と基板との間の寄生容量の低減を実現しながら、機械的強度を保つことができるので、静電容量検出型の表面形状認識装置に好適に利用することが出来る。 The semiconductor device of the present invention can maintain the mechanical strength while reducing the parasitic capacitance between two conductors or the parasitic capacitance between the conductor and the substrate. It can utilize suitably for a surface shape recognition apparatus.
1、17、30、46、59 半導体装置
2、18、31、47、60 半導体基板
3、19、32、48、61 素子分離領域
4、20、33、49、62 ゲート絶縁膜
5、21、34、50、63 ゲート電極
6、22、35、51、64 サイドウォール
7、23、36、52、65 金属シリサイド
8、24、37、53、66 コンタクトエッチングストッパー膜
9、38、67 PMD膜
10、15、28、39、44、57、68、78 プラグ
11、29、40、58、72 第1層金属配線(第1導電体)
12、25、41、54 第1層間絶縁膜(第1の層間絶縁膜層)
13、26、42、55、75 空隙
14、27、43、56 第2層間絶縁膜(第2の層間絶縁膜層)
16、45、82 第2層金属配線(第2導電体)
69、71、73、77、79、81 バリア膜
70 FSG膜(第1の層間絶縁膜層)
74 第1層間絶縁膜(第2の層間絶縁膜層)
76 第2層間絶縁膜(第3の層間絶縁膜層)
80 FSG膜
1, 17, 30, 46, 59
12, 25, 41, 54 First interlayer insulating film (first interlayer insulating film layer)
13, 26, 42, 55, 75
16, 45, 82 Second layer metal wiring (second conductor)
69, 71, 73, 77, 79, 81
74 First interlayer insulating film (second interlayer insulating film layer)
76 Second interlayer insulating film (third interlayer insulating film layer)
80 FSG film
Claims (27)
上記半導体基板上に形成された、第1導電体及び第2導電体と、
上記第1導電体と上記第2導電体との間に形成された層間絶縁膜層とを備え、
上記第1導電体と上記第2導電体との少なくとも一部は、上記層間絶縁膜層を挟んで対向する半導体装置において、
上記層間絶縁膜層の、上記第1導電体と上記第2導電体とで挟まれた領域は、空隙を有することを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate;
A first conductor and a second conductor formed on the semiconductor substrate;
An interlayer insulating film layer formed between the first conductor and the second conductor;
In the semiconductor device in which at least a part of the first conductor and the second conductor are opposed to each other with the interlayer insulating film layer interposed therebetween,
A region of the interlayer insulating film layer sandwiched between the first conductor and the second conductor has a gap.
上記第1導電体、上記第1の層間絶縁膜層、上記第2の層間絶縁膜層及び上記第2導電体が積み重ねて配置され、
上記空隙は、上記第1の層間絶縁膜層の、上記第1導電体と上記第2導電体とで挟まれた領域、または上記第2の層間絶縁膜層の、上記第1導電体と上記第2導電体とで挟まれた領域に形成されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The interlayer insulating film layer includes a first interlayer insulating film layer and a second interlayer insulating film layer,
The first conductor, the first interlayer insulating film layer, the second interlayer insulating film layer, and the second conductor are stacked and arranged,
The gap is a region of the first interlayer insulating film layer sandwiched between the first conductor and the second conductor, or the first conductor and the second interlayer insulating film layer. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed in a region sandwiched between the second conductors.
上記半導体基板上に形成された第1導電体と、
上記半導体基板と上記第1導電体との間に形成された層間絶縁膜層とを備え、
上記半導体基板と上記第1導電体との少なくとも一部は、上記層間絶縁膜層を挟んで対向する半導体装置において、
上記層間絶縁膜層の、上記第1導電体と上記半導体基板とで挟まれた領域は、空隙を有することを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate;
A first conductor formed on the semiconductor substrate;
An interlayer insulating film layer formed between the semiconductor substrate and the first conductor,
In the semiconductor device in which at least a part of the semiconductor substrate and the first conductor are opposed to each other with the interlayer insulating film layer interposed therebetween,
A region of the interlayer insulating film layer sandwiched between the first conductor and the semiconductor substrate has a gap.
上記半導体基板、上記第1の層間絶縁膜層、上記第2の層間絶縁膜層及び上記第1導電体が積み重ねて配置され、
上記空隙は、上記第1の層間絶縁膜層の、上記半導体基板と上記第1導電体とで挟まれた領域、または上記第2の層間絶縁膜層の、上記半導体基板と上記第1導電体とで挟まれた領域に形成されることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。 The interlayer insulating film layer includes a first interlayer insulating film layer and a second interlayer insulating film layer,
The semiconductor substrate, the first interlayer insulating film layer, the second interlayer insulating film layer, and the first conductor are stacked and arranged,
The void is a region of the first interlayer insulating film layer sandwiched between the semiconductor substrate and the first conductor, or the semiconductor substrate and the first conductor of the second interlayer insulating film layer. The semiconductor device according to claim 6, wherein the semiconductor device is formed in a region sandwiched between.
上記半導体基板上に第1導電体を形成させる工程と、
上記第1導電体上に第1層間絶縁膜を堆積させる工程と、
上記第1層間絶縁膜の、上記第1導電体の上に堆積された領域に、空隙を形成させる工程と、
上記第1層間絶縁膜上に第2層間絶縁膜を堆積させる工程と、
上記第2層間絶縁膜を平坦化する工程と、
上記第2層間絶縁膜の、上記空隙の上に堆積された領域の上に、第2導電体を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device formed on a semiconductor substrate,
Forming a first conductor on the semiconductor substrate;
Depositing a first interlayer insulating film on the first conductor;
Forming a void in a region of the first interlayer insulating film deposited on the first conductor;
Depositing a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film;
Planarizing the second interlayer insulating film;
Forming a second conductor on a region of the second interlayer insulating film deposited on the gap. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
上記半導体基板上に第1層間絶縁膜を堆積させる工程と、
上記第1層間絶縁膜に空隙を形成させる工程と、
上記第1層間絶縁膜上に第2層間絶縁膜を堆積させる工程と、
上記第2層間絶縁膜を平坦化する工程と、
上記第2層間絶縁膜の、上記空隙の上に堆積された領域の上に、第1導電体を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device formed on a semiconductor substrate,
Depositing a first interlayer insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a void in the first interlayer insulating film;
Depositing a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film;
Planarizing the second interlayer insulating film;
Forming a first conductor on a region of the second interlayer insulating film deposited on the gap. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
上記半導体基板上に第1導電体を形成させる工程と、
上記第1導電体上に第1層間絶縁膜を堆積させる工程と、
上記第1層間絶縁膜を平坦化する工程と、
上記第1層間絶縁膜の、上記第1導電体の上に堆積された領域に、空隙を形成させる工程と、
上記第1層間絶縁膜上に第2層間絶縁膜を堆積させる工程と、
上記第2層間絶縁膜の、上記空隙の上に堆積された領域の上に、第2導電体を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device formed on a semiconductor substrate,
Forming a first conductor on the semiconductor substrate;
Depositing a first interlayer insulating film on the first conductor;
Planarizing the first interlayer insulating film;
Forming a void in a region of the first interlayer insulating film deposited on the first conductor;
Depositing a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film;
Forming a second conductor on a region of the second interlayer insulating film deposited on the gap. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
上記半導体基板上に第1層間絶縁膜を堆積させる工程と、
上記第1層間絶縁膜を平坦化する工程と、
上記第1層間絶縁膜に空隙を形成させる工程と、
上記第1層間絶縁膜上に第2層間絶縁膜を堆積させる工程と、
上記第2層間絶縁膜の、上記空隙の上に堆積された領域の上に、第1導電体を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device formed on a semiconductor substrate,
Depositing a first interlayer insulating film on the semiconductor substrate;
Planarizing the first interlayer insulating film;
Forming a void in the first interlayer insulating film;
Depositing a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film;
Forming a first conductor on a region of the second interlayer insulating film deposited on the gap. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
上記半導体基板上に形成された第1層間絶縁膜に溝を形成させる工程と、
上記溝に上記第1層間絶縁膜と同じ高さの第1導電体を形成させる工程と、
上記第1層間絶縁膜及び第1導電体の上に第2層間絶縁膜を堆積させる工程と、
上記第2層間絶縁膜の、上記第1導電体の上に堆積された領域に、空隙を形成させる工程と、
上記第2層間絶縁膜上に第3層間絶縁膜を堆積させる工程と、
上記第3層間絶縁膜の、上記空隙の上に堆積された領域の上に、第2導電体を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device formed on a semiconductor substrate,
Forming a groove in the first interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate;
Forming a first conductor having the same height as the first interlayer insulating film in the trench;
Depositing a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film and the first conductor;
Forming a void in a region of the second interlayer insulating film deposited on the first conductor;
Depositing a third interlayer insulating film on the second interlayer insulating film;
Forming a second conductor on a region of the third interlayer insulating film deposited on the gap. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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