JP2010050118A - Semiconductor device, and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関する発明である。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
半導体装置では、集積性や高速性が追い求められ、微細化が進んでいる。半導体装置の製造工程の一部である配線工程においても微細化が進んでいる。従来では、微細化を推し進めることによって、高速化も同時に達成することができた。ところが、動作速度に対して、以前は問題にならなかった配線起因の遅延の比重が大きくなり、問題となってきている。配線起因の遅延は、配線抵抗Rと容量Cの積に比例し、RC遅延と呼ばれている。配線抵抗Rを低下させるには、配線材料に比抵抗の低いCuを導入することが考えられ、130nmノード世代から徐々に導入され始められた。対して、容量Cの対策としては、配線層と同一面内に形成される絶縁膜(以下、配線層間膜と記すこともある)の材料として、低誘電率膜、いわゆるLow−k膜の導入が実施されている。 In semiconductor devices, integration and high speed have been pursued, and miniaturization has progressed. Miniaturization is also progressing in the wiring process which is a part of the manufacturing process of the semiconductor device. In the past, high speed could be achieved at the same time by further miniaturization. However, with respect to the operating speed, the specific gravity of the delay caused by the wiring, which was not a problem before, has become a problem. The delay caused by the wiring is proportional to the product of the wiring resistance R and the capacitance C, and is called an RC delay. In order to reduce the wiring resistance R, it is conceivable to introduce Cu having a low specific resistance into the wiring material, and it was gradually introduced from the 130 nm node generation. On the other hand, as a countermeasure for the capacitance C, a low dielectric constant film, a so-called Low-k film, is introduced as a material for an insulating film (hereinafter also referred to as a wiring interlayer film) formed in the same plane as the wiring layer. Has been implemented.
しかしながら、さらなる微細化に伴い、ますますRC遅延の比重が大きくなっているため、各世代で配線層間膜の低誘電率化が推し進められている。この究極に位置するのが、配線層間膜に相当する領域を真空にする構造、または、その領域に気体を封入する構造である。これらの構造は、エアギャップ構造やエアブリッジ構造、空中配線などと呼ばれているが、以下では、真空領域、または、気体封入領域をエアギャップと記し、エアギャップを有する構造をエアギャップ構造と記す。このようなエアギャップ構造をとることにより、配線層の配線同士間の容量は低減されている。エアギャップ構造に関して、いくつかの製造方法が提案されている。 However, since the specific gravity of the RC delay is increasing with the further miniaturization, the dielectric constant of the wiring interlayer film is being promoted in each generation. This ultimate position is a structure in which a region corresponding to the wiring interlayer film is evacuated or a structure in which gas is sealed in the region. These structures are called an air gap structure, an air bridge structure, an aerial wiring, etc., but in the following, a vacuum region or a gas filled region is referred to as an air gap, and a structure having an air gap is referred to as an air gap structure. I write. By taking such an air gap structure, the capacitance between the wirings of the wiring layer is reduced. Several manufacturing methods have been proposed for the air gap structure.
その一つとして、配線層間膜を犠牲膜として用い、それを気化することにより、エアギャップを形成する方法がある。例えば、通常のダマシン法にて、カーボン膜からなる配線層間膜に溝を設け、その溝内に配線層を形成した後、配線層上および配線層間膜上にSiN膜を成膜する。その後、酸素プラズマ処理にさらすことで、カーボン膜からなる配線層間膜全てを気化し、エアギャップを形成する方法が知られている。 As one of them, there is a method of forming an air gap by using a wiring interlayer film as a sacrificial film and evaporating it. For example, a groove is formed in a wiring interlayer film made of a carbon film by a normal damascene method, and after a wiring layer is formed in the groove, a SiN film is formed on the wiring layer and the wiring interlayer film. Thereafter, a method of forming an air gap by evaporating all the wiring interlayer films made of a carbon film by exposing to oxygen plasma treatment is known.
多層構造にする場合には、まず、下地層上に、上述と同じ材質からなる配線層間膜を形成する。その後、デュアルダマシン形成フローに従って、ビアおよび配線となる溝を配線層間膜に形成し、メタルを埋め込む。そして、余分なメタルを、例えば、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法により除去することで、第1の配線層およびビアが形成される。その後、メタルに対してバリアとなる絶縁膜を、第1の配線層上に形成する。それから、上述の工程と同様、酸素プラズマ処理で、第1の配線層と同一面内の配線層間膜全てを気化する。その後、第1の配線層より上側の第2の配線層を形成するために、通常のダマシン法のフローに従い、上述のバリアとなる絶縁膜上に、絶縁膜を形成した後、その絶縁膜にビアおよび配線となる溝を形成する。最後にメタルの埋め込みと余分なメタルの除去を行うことで、第2の配線層が完成する。 In the case of a multilayer structure, first, a wiring interlayer film made of the same material as described above is formed on the base layer. Thereafter, vias and trenches are formed in the wiring interlayer film according to the dual damascene formation flow, and metal is embedded. Then, excess metal is removed by, for example, a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method, thereby forming the first wiring layer and the via. Thereafter, an insulating film serving as a barrier against the metal is formed on the first wiring layer. Then, as in the above-described process, all of the wiring interlayer film in the same plane as the first wiring layer is vaporized by oxygen plasma treatment. Thereafter, in order to form a second wiring layer above the first wiring layer, an insulating film is formed on the insulating film serving as the above-described barrier according to the flow of a normal damascene method, and then the insulating film is formed on the insulating film. Grooves to be vias and wiring are formed. Finally, the second wiring layer is completed by embedding metal and removing excess metal.
特許文献1では、配線層間膜の材料として、高温(300℃程度)で気化する材料、例えば、鎖式ポリマー膜を用いる。そして、通常のダマシン法にて、配線層間膜に設けた溝内に配線層を形成した後、配線層上および配線層間膜上に絶縁膜を成膜する。その後、熱処理を加えることで、配線層間膜全てを気化し、エアギャップを形成する。配線層の材料として通常よく用いられるCuは、400℃程度の熱処理では安定であり、配線層間膜を適切に選ぶことでエアギャップを形成することができる。
In
しかしながら、従来のエアギャップ構造では、犠牲膜として用いられる配線層間膜全てを加熱して気化するため、機械強度が低下するという問題があった。特に、配線層の配線同士間の距離が大きい場合、例えば、中空の部分が10μm以上にわたって存在する場合には、機械強度が低いという問題があった。また、アセンブリなどで応力がかかると、支えとなる絶縁膜がないため、特に大面積にわたって中空となる部分でクラックが生じるという問題があった。 However, in the conventional air gap structure, since all the wiring interlayer films used as the sacrificial film are heated and vaporized, there is a problem that the mechanical strength is lowered. In particular, when the distance between the wirings of the wiring layer is large, for example, when the hollow portion exists over 10 μm or more, there is a problem that the mechanical strength is low. In addition, when stress is applied in an assembly or the like, there is no supporting insulating film, so that there is a problem that cracks are generated particularly in a portion that is hollow over a large area.
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、配線層の配線同士間の容量を低くしたままで、機械強度の低下を防ぐことが可能な半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and a semiconductor device capable of preventing a decrease in mechanical strength while keeping a capacitance between wirings of a wiring layer low, and its manufacture It aims to provide a method.
本実施の形態に係る半導体装置は、下地層上に形成された配線層と、前記配線層と同一面内に形成され、所定の温度で気化する第1の絶縁膜とを備える。そして、前記配線層上、および、前記第1の絶縁膜上に形成された第2の絶縁膜を備え、前記配線層に沿って前記面内にエアギャップが設けられている。 The semiconductor device according to the present embodiment includes a wiring layer formed on a base layer and a first insulating film that is formed in the same plane as the wiring layer and vaporizes at a predetermined temperature. A second insulating film formed on the wiring layer and the first insulating film is provided, and an air gap is provided in the plane along the wiring layer.
本発明の半導体装置によれば、配線層の配線同士間に、エアギャップが設けられているため、配線同士間の容量を低くすることができる。また、配線層と同一面内において、配線層の配線から離れた場所には、第1の絶縁膜が形成されているため、機械強度の低下を防ぐことができる。 According to the semiconductor device of the present invention, since the air gap is provided between the wirings of the wiring layer, the capacitance between the wirings can be reduced. In addition, since the first insulating film is formed in the same plane as the wiring layer and away from the wiring of the wiring layer, it is possible to prevent a decrease in mechanical strength.
<実施の形態1>
本実施の形態に係る半導体装置について説明する前に、従来の半導体装置の構成について説明する。図7は、従来の半導体装置の構成を示す断面図であり、この半導体装置は、基板コンタクト層間膜1と、基板コンタクト層2と、エッチングストッパー膜3と、第1の配線層6と、拡散防止膜7,13と、ビア層間膜9と、第2の配線層12とを備える。従来の半導体装置では、第1,第2の配線層6,12それぞれの配線同士間の容量を低くするため、真空領域または気体封入領域であるエアギャップ8,14が、第1、第2の配線層6,12と同一面内に設けられている。しかしながら、このような半導体装置では、内部にエアギャップ8,14が設けられているため、機械強度が低下するという問題があった。
<
Before describing the semiconductor device according to the present embodiment, the configuration of a conventional semiconductor device will be described. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional semiconductor device. This semiconductor device includes a substrate
次に、図1の断面図を用いて、この問題を解決する本実施の形態に係る半導体装置の構成を説明する。図1に示すように、本実施の形態に係る半導体装置は、基板コンタクト層間膜1と、基板コンタクト層2と、エッチングストッパー膜3と、配線層間膜4,10と、第1の配線層6と、拡散防止膜7,13と、ビア層間膜9と、第2の配線層12とを備える。
Next, the configuration of the semiconductor device according to the present embodiment that solves this problem will be described using the cross-sectional view of FIG. As shown in FIG. 1, the semiconductor device according to the present embodiment includes a substrate
本実施の形態に係る配線層である第1の配線層6は、基板コンタクト層間膜1および基板コンタクト層2およびエッチングストッパー膜3からなる下地層上に形成される。また、本実施の形態に係る配線層である第2の配線層12は、ビア層間膜9からなる下地層上に形成される。第2の配線層12は、拡散防止膜7およびビア層間膜9に形成された溝内にも設けられ、第1の配線層6と接続されている。
The
本実施の形態に係る半導体装置が備える第1の絶縁膜である配線層間膜4,10は、第1,第2の配線層6,12と同一面内に形成され、所定の温度で気化する。その所定の温度は、本実施の形態では、300℃程度であるものとする。本実施の形態に係る半導体装置が備える第2の絶縁膜である拡散防止膜7,13は、第1,第2の配線層6,12上、および、配線層間膜4,10上に形成される。そして、本実施の形態に係る半導体装置では、第1,第2の配線層6,12に沿って、第1,第2の配線層6,12と同一面内にエアギャップ8,14が設けられている。本実施の形態では、第1,第2の配線層6,12それぞれの配線同士間の距離が小さい配線間には、エアギャップ8,14のみが形成されている。それに対し、第1,第2の配線層6,12それぞれの配線同士間の距離が大きい配線間には、エアギャップ8,14に加えて、配線層間膜4,10も形成されている。
The
以上のような本実施の形態に係る半導体装置は、第1,第2の配線層6,12それぞれの配線同士間に、エアギャップ8,14が設けられているため、配線同士間の容量を低くすることができる。また、第1,第2の配線層6,12と同一面内において、第1,第2の配線層6,12の配線から離れた場所には、配線層間膜4,10が形成されているため、機械強度の低下を防ぐことができる。
In the semiconductor device according to the present embodiment as described above, since the
なお、一般に、配線同士間の容量は、配線間距離に反比例するため、配線間距離が小さい配線同士間の容量は大きくなる傾向がある。しかしながら、本実施の形態に係る半導体装置では、第1,第2の配線層6,12において、配線間距離が小さい配線間には、配線層間膜4,10が形成されずにエアギャップ8,14のみが形成されるので、低誘電率が確保される。一方、第1,第2の配線層6,12において、配線間距離が大きい配線間には、エアギャップ8,14に加え、機械強度の低下を防止する配線層間膜4,10も形成されるが、もともと配線同士間の容量は小さいため問題がない。
In general, the capacitance between the wirings is inversely proportional to the distance between the wirings. Therefore, the capacitance between the wirings having a small distance between the wirings tends to increase. However, in the semiconductor device according to the present embodiment, in the first and second wiring layers 6, 12, the
次に、以上のような半導体装置の製造方法を、図2を用いて説明する。本実施の形態では、第1の配線層6をシングルダマシン法で形成するものとして、以下、その工程について説明する。まず、図2(a)の構成を形成する工程では、基板コンタクト層間膜1および基板コンタクト層2およびエッチングストッパー膜3からなる下地層を準備する。基板コンタクト層2の導電材料には、通常、タングステン(W)が用いられる。エッチングストッパー膜3の材質としては、例えば、SiN、SiON、SiCN、SiCOを用いる。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device as described above will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the process will be described below on the assumption that the
それから、上述の下地層上に、所定の温度で気化する配線層間膜4を形成する。配線層間膜4は、例えば、300℃程度の温度で気化する鎖式ポリマー膜を用いる。続いて、後工程のアッシング法等によるダメージを防ぐために、配線層間膜4上にキャップ膜5を形成する。このキャップ膜5には、例えば、シリコン酸化膜や、SiON膜が用いられる。
Then, a
次に、図2(b)に係る工程を行う。この工程では、まず、通常の写真製版プロセスを用いて、配線用のレジストパターンを形成する。そして、そのレジストパターンをマスクにして、キャップ膜5、および、配線層間膜4を加工し、それら膜に溝を形成する。その後、レジストパターンをアッシング法や、薬液によるウェット法で除去する。そして、エッチングストッパー膜3を、例えば、ドライエッチング法に加工することにより、配線用の溝が完成する。
Next, the process according to FIG. In this step, first, a resist pattern for wiring is formed using a normal photolithography process. Then, using the resist pattern as a mask, the
その後、図2(c)に示す工程を行う。この工程では、まず、拡散バリアとなるバリアメタル層(例えば、Ta、TaN、Ru)を配線層間膜4上に形成し、メッキ法でのシードとなるシード層を、上述の配線用の溝内に形成する。メタル層およびシード層は、例えば、スパッタ法により形成する。続いて、メッキ法により、配線用の溝内に、第1の配線層6となるメタル、例えば、Cuを埋め込む。続いて、CMP法により余分なCuおよびバリアメタル層を除去する。
Thereafter, the step shown in FIG. In this step, first, a barrier metal layer (for example, Ta, TaN, Ru) serving as a diffusion barrier is formed on the
本実施の形態では、キャップ膜5は、図2(b)に係る工程のドライエッチング法、および、図2(c)に係る工程のCMP法により完全に除去されるものとする。なお、キャップ膜5には、誘電率が比較的高い膜が一般的に用いられるので、キャップ膜5が残る場合には、配線全体の誘電率が上昇することになる。従って、本実施の形態のように、キャップ膜5が完全に除去されていることが望ましい。以上により、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、上述の下地層上に、300℃程度の温度で気化する配線層間膜4と、第1の配線層6とを互いに接して同一面内に形成する。
In the present embodiment, it is assumed that the
続いて、図2(d)に係る工程を行う。この工程では、まず、配線層間膜4上、および、第1の配線層6上に拡散防止膜7を形成する。この拡散防止膜7は、第1の配線層6の配線材料、例えば、Cuの拡散を防止するためのものであるが、後工程では、エッチングストッパーとして用いられる。拡散防止膜7には、例えば、SiN膜、SiCN膜、SiCO膜を用いる。
Then, the process which concerns on FIG.2 (d) is performed. In this step, first, a
図2(d)に係る工程後、図2(e)に示すように、第1の配線層6を300℃程度の温度まで加熱し、配線層間膜4の第1の配線層6と接する部分を気化することにより、当該第1の配線層6に沿ってエアギャップ8を形成する。本実施の形態では、Induction Heatingにより、第1の配線層6を加熱する。こうして、第1の配線層6のみを加熱するため、第1の配線層6の配線から所定の距離以内に存在する配線層間膜4までは熱が伝わり、その部分の配線層間膜4が気化する。その一方で、第1の配線層6の配線から所定の距離よりも離れて存在する配線層間膜4には熱が伝わらないので、その部分の配線層間膜4は気化しない。
After the step according to FIG. 2D, as shown in FIG. 2E, the
この所定の距離は、第1の配線層6を加熱する時間により制御される。この所定の距離が大きくなればなるほど、エアギャップ8が形成される領域が大きくなるため、第1の配線層6の配線同士間の容量は小さくなるメリットがあるが、機械強度が小さくなるデメリットがある。従って、所定の距離が、これら両者を考慮した最適値となるように、加熱する時間を制御することが望ましい。
This predetermined distance is controlled by the time for heating the
以上は、第1の配線層6の形成方法について説明したが、次に、第2の配線層12の形成方法について続けて説明する。なお、第1の配線層6より上側の第2の配線層12は、例えば、後述するデュアルダマシン法で形成されることが多い。そこで、本実施の形態では、第2の配線層12は、レジストパターンをマスクに用いて、ビアファーストのデュアルダマシン法で形成されるものとして説明する。
The method for forming the
図2(e)に係る工程後、図2(f)に係る工程を行う。この工程では、まず、拡散防止膜7上に、ビア層間膜9を形成する。このビア層間膜9には、例えば、シリコン酸化膜、SiOF膜、Low−k膜、ULK膜、ELK膜が用いられる。ビア層間膜9は、ビア層の絶縁膜であるため、可及的に低誘電率の膜を用いることが望ましい。それから、下地層であるビア層間膜9上に、所定の温度で気化する配線層間膜10を形成する。配線層間膜10は、例えば、300℃程度の温度で気化する鎖式ポリマー膜を用いる。続いて、後工程で行うアッシング法等によるダメージを防ぐために、配線層間膜10上にキャップ膜11を形成する。このキャップ膜11には、例えば、シリコン酸化膜や、SiON膜が用いられる。
After the step according to FIG. 2E, the step according to FIG. 2F is performed. In this step, first, a via
次に、図3(a)に係る工程を行う。この工程では、まず、通常の写真製版プロセスを用いて、ビア用のレジストパターンを形成する。そして、そのレジストパターンをマスクにして、キャップ膜11、および、配線層間膜10、および、ビア層間膜9を加工し、それら膜に溝を形成する。この加工は、例えば、ドライエッチング法を用いられ、通常、拡散防止膜7は、エッチングストッパーとして用いられる。加工後、レジストパターンをアッシング法や、薬液によるウェット法で除去する。
Next, the process according to FIG. In this step, first, a via resist pattern is formed using a normal photolithography process. Then, using the resist pattern as a mask, the
続いて、図3(b)に係る工程を行う。この工程では、まず、通常の写真製版プロセスを用いて、配線用のレジストパターンを形成する。そして、そのレジストパターンをマスクにして、キャップ膜11、および、配線層間膜10を加工することにより、配線用の溝が完成する。加工後、レジストパターンをアッシング法や、薬液によるウェット法で除去する。そして、拡散防止膜7を、例えば、ドライエッチング法に加工することにより、ビア用の溝が完成する。
Then, the process which concerns on FIG.3 (b) is performed. In this step, first, a resist pattern for wiring is formed using a normal photolithography process. Then, by using the resist pattern as a mask, the
その後、図3(c)に示すように、通常のダマシンプロセスに従って、上述の工程により形成した溝内に第2の配線層12となるメタルの埋め込みを行う。この工程では、まず、拡散バリアとなるバリアメタル層(例えば、Ta、TaN、Ru)を配線層間膜10上に形成し、メッキ法でのシードとなるシード層を、上述により形成した溝内に形成する。メタル層およびシード層は、例えば、スパッタ法により形成する。続いて、メッキ法により、配線用の溝内、および、ビア用の溝内に、第2の配線層12となるメタル、例えば、Cuを埋め込む。続いて、CMP法により余分なCuおよびバリアメタル層を除去する。本実施の形態では、これと同時に、キャップ膜11が完全に除去されるものとする。こうして、上述の溝内に第2の配線層12が形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 3C, a metal to be the
続いて、図3(d)に係る工程を行う。この工程では、まず、配線層間膜10上、および、第2の配線層12上に拡散防止膜13を形成する。この拡散防止膜13は、第2の配線層12の配線材料、例えば、Cuの拡散を防止するためのものである。拡散防止膜13には、例えば、SiN膜、SiCN膜、SiCO膜を用いる。拡散防止膜13を形成した後、第2の配線層12を300℃程度の温度まで加熱し、配線層間膜10の第2の配線層12と接する部分を気化することにより、当該第2の配線層12に沿ってエアギャップ14を形成する。本実施の形態では、Induction Heatingにより、第2の配線層12を加熱する。
Then, the process which concerns on FIG.3 (d) is performed. In this step, first, the
以上のような本実施の形態に係る半導体装置は、第1,第2の配線層6,12それぞれの配線同士間に、エアギャップ8,14が設けられているため、配線同士間の容量を低くすることができる。また、第1,第2の配線層6,12と同一面内において、第1,第2の配線層6,12の配線から離れた場所には、配線層間膜4,10が形成されているため、機械強度の低下を防ぐことができる。
In the semiconductor device according to the present embodiment as described above, since the
また、以上のような本実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、配線層間膜4,10の第1,第2の配線層6,12と接する部分を気化する。これにより、第1,第2の配線層6,12に沿って、第1,第2の配線層6,12と同一面内にエアギャップ8,14を形成することができる。
Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment as described above, the portions of the
なお、本実施の形態では、エッチングストッパー膜3を形成する構成について説明したが、これに限ったものではなく、エッチングストッパー膜3を省いたものであってもよい。この場合、配線層間膜4は、基板コンタクト層間膜1上、および、基板コンタクト層2上に直接形成される。
In the present embodiment, the configuration for forming the
また、本実施の形態では、ビアファーストのデュアルダマシン法で、第2の配線層12を形成する方法について説明したが、これに限ったものではなく、シングルダマシン法を用いてもよいし、トレンチファーストのデュアルダマシン法を用いてもよい。また、本実施の形態では、第1,第2の配線層6,12からなる2層配線構造を形成する場合について説明したが、さらに第3の配線層を形成することを望む場合には、同様のフローを繰り返すことにより形成することができる。
In the present embodiment, the method of forming the
<実施の形態2>
実施の形態1では、配線層間膜4,10に熱を与えることにより、エアギャップ8,14を形成した。本実施の形態では、配線層間膜4,10に熱を与えるのではなく、酸化させることにより、エアギャップ8,14を形成する。以下、本実施の形態において、実施の形態1と同じ構成については、同じ符号を付すものとする。
<
In the first embodiment, the
図4は、本実施の形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。図4に示すように、本実施の形態に係る半導体装置は、実施の形態1の半導体装置の構成に加えて、酸化作用膜15,16をさらに備える。本実施の形態に係る配線層である第1の配線層6は、基板コンタクト層間膜1および基板コンタクト層2およびエッチングストッパー膜3からなる下地層上に形成される。また、本実施の形態に係る配線層である第2の配線層12は、ビア層間膜9からなる下地層上に形成される。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the present embodiment. As shown in FIG. 4, the semiconductor device according to the present embodiment further includes
本実施の形態に係る半導体装置が備える膜である酸化作用膜15,16は、第1,第2の配線層6,12の側面上に形成され、光触媒により酸化作用する。第1の絶縁膜である配線層間膜4,10は、第1,第2の配線層6,12と同一面内に形成され、酸化により気化する。第2の絶縁膜である拡散防止膜7,13は、第1,第2の配線層6,12上、および、酸化作用膜15,16上、および、配線層間膜4,10上に形成される。そして、本実施の形態に係る半導体装置では、酸化作用膜15,16に沿って、第1,第2の配線層6,12と同一面内にエアギャップ8,14が設けられている。
本実施の形態では、第1,第2の配線層6,12それぞれの配線同士間の距離が小さい配線間には、エアギャップ8,14のみが形成されている。それに対し、第1,第2の配線層6,12それぞれの配線同士間の距離が大きい配線間には、エアギャップ8,14に加えて、配線層間膜4,10が形成されている。
In the present embodiment, only the
以上のような本実施の形態に係る半導体装置は、実施の形態1と同様、第1,第2の配線層6,12それぞれの配線同士間に、エアギャップ8,14が設けられているため、配線同士間の容量を低くすることができる。また、第1,第2の配線層6,12と同一面内において、第1,第2の配線層6,12の配線から離れた場所には、配線層間膜4,10が形成されているため、機械強度の低下を防ぐことができる。
Since the semiconductor device according to the present embodiment as described above is provided with the
次に、以上のような半導体装置の製造方法を、図を用いて説明する。まず、実施の形態1の図2(a)および(b)と同じ工程を行い、図5(a)に係る構造を形成する。ただし、本実施の形態では、配線層間膜4は、所定の温度で気化する絶縁膜ではなく、酸化により気化する絶縁膜、例えば、カーボン膜であるものとする。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device as described above will be described with reference to the drawings. First, the same processes as those in FIGS. 2A and 2B of the first embodiment are performed to form the structure shown in FIG. However, in the present embodiment, the
その後、図5(b)に示すように、少なくとも配線層間膜4側面上に、光触媒により酸化作用する酸化作用膜15を形成する。本実施の形態では、この酸化作用膜15の材質に、光(紫外線)を受けた場合に酸化作用する二酸化チタンを用いる。次に、図5(c)に示すように、配線層間膜4側面上にのみ酸化作用膜15が残るように、酸化作用膜15を選択的にエッチングする。続いて、実施の形態1と同様、通常のダマシンプロセスに従って、図5(d)に示すように、配線用の溝内に、第1の配線層6となるメタルを埋め込む。
Thereafter, as shown in FIG. 5B, an
こうして、上述の下地層上に、酸化により気化する配線層間膜4と、第1の配線層6と、配線層間膜4および第1の配線層6に接して設けられ光触媒により酸化作用する酸化作用膜15とを同一面内に形成する。続いて、図5(e)に示すように、配線層間膜4上、および、第1の配線層6上、および、酸化作用膜15上に、拡散防止膜7を形成する。拡散防止膜7には、酸化により気化しない絶縁膜を用いる。
Thus, the
ここで、仮に、酸化作用膜15に光(紫外線)を照射すると、二酸化チタンの光触媒作用が働き、周囲の膜が酸化される。本実施の形態では、配線層間膜4に、酸化により気化する絶縁膜を用いているため、酸化作用膜15の酸化作用により気化される。そこで、図5(f)に示すように、拡散防止膜7を形成後、酸化作用膜15に光を照射し、配線層間膜4の酸化作用膜15と接する部分を気化することにより、当該酸化作用膜15に沿ってエアギャップ8を形成する。
Here, if the
以上は、第1の配線層6の形成方法について説明したが、次に、第2の配線層12の形成方法について続けて説明する。上述の図5(f)に係る工程後、図5(g)に示すように、拡散防止膜7上に、ビア層間膜9、配線層間膜10、キャップ膜11を順に形成する。本実施の形態では、配線層間膜10は、酸化により気化する絶縁膜、例えば、カーボン膜であるものとする。そして、図6(a)に示すように、通常のダマシン法により、ビア用の溝、および、配線用の溝を形成する。
The method for forming the
その後、図6(b)に係る工程を行う。この工程では、まず、少なくとも配線層間膜10側面上に、光触媒により酸化作用する酸化作用膜16を形成する。次に、配線層間膜10側面上にのみ酸化作用膜16が残るように、酸化作用膜16を選択的にエッチングする。続いて、通常のダマシンプロセスに従って、図6(c)に示すように、溝内に、第2の配線層12となるメタルを埋め込む。
Then, the process which concerns on FIG.6 (b) is performed. In this step, first, an
続いて、図6(d)に係る工程を行う。この工程では、まず、配線層間膜10上、および、第2の配線層12上、および、酸化作用膜16上に、拡散防止膜13を形成する。拡散防止膜13には、酸化により気化しない絶縁膜を用いる。そして、拡散防止膜13を形成後、酸化作用膜16に光を照射し、配線層間膜10の酸化作用膜16と接する部分を気化することにより、当該酸化作用膜16に沿ってエアギャップ14を形成する。
Then, the process which concerns on FIG.6 (d) is performed. In this step, first, the
以上のような本実施の形態に係る半導体装置は、実施の形態1と同様、第1,第2の配線層6,12それぞれの配線同士間に、エアギャップ8,14が設けられているため、配線同士間の容量を低くすることができる。また、第1,第2の配線層6,12と同一面内において、第1,第2の配線層6,12の配線から離れた場所には、配線層間膜4,10が形成されているため、機械強度の低下を防ぐことができる。
Since the semiconductor device according to the present embodiment as described above is provided with the
また、以上のような本実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、酸化作用膜15,16の第1,第2の配線層6,12と接する部分を気化する。これにより、実質的に第1,第2の配線層6,12に沿って、第1,第2の配線層6,12と同一面内にエアギャップ8,14を形成することができる。
Further, according to the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment as described above, the portions of the
1 基板コンタクト層間膜、2 基板コンタクト層、3 エッチングストッパー膜、4,10 配線層間膜、5,11 キャップ膜、6 第1の配線層、7,13 拡散防止膜、8,14 エアギャップ、9 ビア層間膜、12 第2の配線層、15,16 酸化作用膜。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記配線層と同一面内に形成され、所定の温度で気化する第1の絶縁膜と、
前記配線層上、および、前記第1の絶縁膜上に形成された第2の絶縁膜とを備え、
前記配線層に沿って前記面内にエアギャップが設けられた、
半導体装置。 A wiring layer formed on the underlying layer;
A first insulating film formed in the same plane as the wiring layer and vaporized at a predetermined temperature;
A second insulating film formed on the wiring layer and on the first insulating film;
An air gap is provided in the plane along the wiring layer;
Semiconductor device.
前記配線層側面上に形成され、光触媒により酸化作用する膜と、
前記配線層と同一面内に形成され、酸化により気化する第1の絶縁膜と、
前記配線層上、および、前記膜上、および、前記第1の絶縁膜上に形成された第2の絶縁膜とを備え、
前記膜に沿って前記面内にエアギャップが設けられた、
半導体装置。 A wiring layer formed on the underlying layer;
A film that is formed on the side surface of the wiring layer and that is oxidized by a photocatalyst;
A first insulating film formed in the same plane as the wiring layer and vaporized by oxidation;
A second insulating film formed on the wiring layer, on the film, and on the first insulating film;
An air gap was provided in the plane along the membrane,
Semiconductor device.
(b)前記第1の絶縁膜上、および、前記配線層上に第2の絶縁膜を形成する工程と、
(c)前記工程(b)後、前記配線層を前記所定の温度まで加熱し、前記第1の絶縁膜の当該配線層と接する部分を気化することにより、当該配線層に沿ってエアギャップを形成する工程とを備える、
半導体装置の製造方法。 (A) forming a first insulating film vaporized at a predetermined temperature and a wiring layer on the base layer in contact with each other and in the same plane;
(B) forming a second insulating film on the first insulating film and on the wiring layer;
(C) After the step (b), the wiring layer is heated to the predetermined temperature, and a portion of the first insulating film in contact with the wiring layer is vaporized, thereby forming an air gap along the wiring layer. Forming a process,
A method for manufacturing a semiconductor device.
(b)前記第1の絶縁膜上、および、前記配線層上、および、前記膜上に、第2の絶縁膜を形成する工程と、
(c)前記工程(b)後、前記膜に光を照射し、前記第1の絶縁膜の当該膜と接する部分を気化することにより、当該膜に沿ってエアギャップを形成する工程とを備える、
半導体装置の製造方法。 (A) A first insulating film that is vaporized by oxidation, a wiring layer, and a film that is provided in contact with the first insulating film and the wiring layer and that oxidizes by a photocatalyst are formed in the same plane. Forming, and
(B) forming a second insulating film on the first insulating film, on the wiring layer, and on the film;
(C) after the step (b), irradiating the film with light to vaporize a portion of the first insulating film that contacts the film, thereby forming an air gap along the film. ,
A method for manufacturing a semiconductor device.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018125063A1 (en) * | 2016-12-27 | 2018-07-05 | Intel Corporation | Encapsulation of air gaps in interconnects |
DE102012111574B4 (en) | 2012-06-19 | 2022-04-07 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Method of forming a dual damascene conductive contact structure and manufacturing method for a semiconductor device |
-
2008
- 2008-08-19 JP JP2008210379A patent/JP2010050118A/en active Pending
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