JP2010232239A - Semiconductor device - Google Patents

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Kenji Ishizaki
健士 石崎
Sachiyo Ito
祥代 伊藤
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Toshiba Corp
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    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/14Integrated circuits

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device suppressing the generation of cracks of an insulating film on a metal wiring disposed below a conductive pad in a probing test. <P>SOLUTION: This semiconductor device is provided with: a conductive pad; a first insulating film disposed on the conductive pad and having an opening region formed so that a part of the conductive pad is exposed; a second insulating film disposed below the conductive pad; and at least a single wiring layer having a wiring using copper (Cu) and disposed below the conductive pad via the second insulating film so that the maximum wiring width w (nm) of the wiring on the uppermost layer in a region superimposed with the opening region, and a covering ratio R(%) of the wiring meet the conditions in formula (1). <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置に関する。例えば、導電パッドの下方に配置される配線層の構造に関する。   The present invention relates to a semiconductor device. For example, the present invention relates to a structure of a wiring layer disposed below a conductive pad.

LSI製品のパッケージング構造には、大きく分けて2種類ある。1つはワイヤーボンディングにより実装するもの(ワイヤーボンディング品)、もう1つはチップ表面に配置されたバンプによって実装するもの(フリップチップ品)である。ワイヤーボンディング品は、一般的にチップ端部にのみ導電パッドが形成される。また、フリップチップ品においては、一般的にチップの表面全体に所望の間隔で一様に導電パッドが形成される。そして、導電パッド上にバンプが形成され、外部と接続されることになる。   There are roughly two types of packaging structures for LSI products. One is mounted by wire bonding (wire bonding product), and the other is mounted by bumps arranged on the chip surface (flip chip product). In a wire bonding product, a conductive pad is generally formed only at the chip end. In flip chip products, conductive pads are generally formed uniformly at desired intervals on the entire surface of the chip. A bump is formed on the conductive pad and connected to the outside.

特に、フリップチップ品においては、チップの表面全体に導電パッドが形成され易いので導電パッド下に実効配線を配置する構造とする方がLSIの微細化に大変有利である。   In particular, in a flip chip product, a conductive pad is easily formed on the entire surface of the chip. Therefore, a structure in which an effective wiring is arranged under the conductive pad is very advantageous for miniaturization of an LSI.

しかしながら、プロービング試験における導電パッドへの接続時に導電パッド下の絶縁膜破壊が起きやすく、実効配線を配置すると絶縁膜破壊に伴うショート不良が問題となる。具体的には、プロービング試験時に導電パッド部に加えられる垂直荷重により、導電パッド下に配置された金属配線が塑性変形を起こし、その結果、金属配線上の絶縁膜に大きな応力集中が生じ、かかる絶縁膜にクラックが発生する。そして、クラック部に金属配線が突出することによってショート不良が発生する。かかる問題への対処法として、導電パッド下に金属配線を配置しない、或いは実効配線を配置せずに代わりに補強のためのダミー配線を配置することで抑制する対策がとられてきた(例えば、特許文献1参照)。しかし、かかる構造では、導電パッド下に実効配線を配置することができないため、チップ面積を縮小できないという問題点があった。さらに、実効配線を配置しないでダミー配線を配置する場合でも、導電パッド下に配置されたダミー配線上の絶縁膜にクラックが発生すれば、腐食が発生する恐れがあるといった問題がある。すなわち、実効配線を配置する場合でもダミー配線を配置する場合でも金属配線上の絶縁膜のクラック発生を抑制することが求められる。しかしながら、従来、かかる問題に対して十分に有効な手段が見出されていなかった。   However, when connecting to the conductive pad in the probing test, the insulating film under the conductive pad is likely to break down, and if an effective wiring is arranged, a short circuit failure due to the breakdown of the insulating film becomes a problem. Specifically, a vertical load applied to the conductive pad during the probing test causes the metal wiring disposed under the conductive pad to undergo plastic deformation, resulting in a large stress concentration in the insulating film on the metal wiring. Cracks occur in the insulating film. Then, short-circuit defects occur when the metal wiring protrudes from the crack portion. As a countermeasure to such a problem, a countermeasure has been taken to suppress by disposing a metal wiring under the conductive pad or by arranging a dummy wiring for reinforcement instead of arranging an effective wiring (for example, Patent Document 1). However, this structure has a problem that the chip area cannot be reduced because the effective wiring cannot be arranged under the conductive pad. Further, even when the dummy wiring is arranged without arranging the effective wiring, there is a problem that if the insulating film on the dummy wiring arranged under the conductive pad is cracked, corrosion may occur. That is, it is required to suppress the occurrence of cracks in the insulating film on the metal wiring regardless of whether the effective wiring is arranged or the dummy wiring is arranged. However, conventionally, a sufficiently effective means for such a problem has not been found.

特開2005−236277号公報JP 2005-236277 A

本発明は、かかる問題を克服すべく、プロービング試験での導電パッド下に配置された金属配線上の絶縁膜のクラック発生を抑制することが可能な半導体装置を提供することを目的とする。   In order to overcome such problems, an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of suppressing the generation of cracks in an insulating film on a metal wiring disposed under a conductive pad in a probing test.

本発明の一態様の半導体装置は、導電パッドと、前記導電パッド上に配置され、前記導電パッドの一部が露出するように開口領域が形成された第1の絶縁膜と、前記導電パッドの下方に配置された第2の絶縁膜と、銅(Cu)を用いた配線を有し、前記第2の絶縁膜を介して前記導電パッドの下方に配置され、前記開口領域と重なる領域での最上層における前記配線の最大配線幅w(nm)と前記配線の被覆率R(%)とが下記(1)の条件を満たすように配置された少なくとも1層の配線層と、を備えたことを特徴とする。
A semiconductor device of one embodiment of the present invention includes a conductive pad, a first insulating film which is disposed on the conductive pad and has an opening region formed so as to expose a part of the conductive pad, and the conductive pad A second insulating film disposed below and a wiring using copper (Cu), disposed below the conductive pad via the second insulating film, and in a region overlapping the opening region And at least one wiring layer arranged so that the maximum wiring width w (nm) of the wiring in the uppermost layer and the coverage ratio R (%) of the wiring satisfy the following condition (1): It is characterized by.

本発明の他の態様の半導体装置は、導電パッドと、前記導電パッド上に配置され、前記導電パッドの一部が露出するように開口領域が形成された第1の絶縁膜と、前記導電パッドの下方に配置された第2の絶縁膜と、アルミニウム(Al)を用いた配線を有し、前記第2の絶縁膜を介して前記導電パッドの下方に配置され、前記開口領域と重なる領域での最上層における前記配線の最大配線幅w(nm)と前記配線の被覆率R(%)とが下記(2)の条件を満たすように配置された少なくとも1層の配線層と、を備えたことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device according to another aspect of the present invention includes a conductive pad, a first insulating film disposed on the conductive pad and having an opening region formed so as to expose a part of the conductive pad, and the conductive pad. A region having a second insulating film disposed below and a wiring using aluminum (Al), disposed below the conductive pad via the second insulating film, and overlapping the opening region At least one wiring layer arranged so that the maximum wiring width w (nm) of the wiring in the uppermost layer and the coverage ratio R (%) of the wiring satisfy the following condition (2): A semiconductor device.

本発明によれば、プロービング試験において導電パッド下に配置された金属配線上の絶縁膜にクラックが発生することを抑制できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can suppress that a crack generate | occur | produces in the insulating film on the metal wiring arrange | positioned under a conductive pad in a probing test.

実施の形態1における半導体装置の断面の一例を示す概念図である。3 is a conceptual diagram illustrating an example of a cross section of the semiconductor device in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における開口領域下の配線構造の一例を上方から見た状態を示す図である。3 is a diagram showing an example of a wiring structure under an opening region in the first embodiment as viewed from above. FIG. 実施の形態1におけるシミュレーション結果ならびに実験結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result and experiment result in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1におけるLC配線層の断面の一例を示す概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram showing an example of a cross section of an LC wiring layer in the first embodiment. 実施の形態1におけるIM配線層の断面の一例を示す概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram showing an example of a cross section of an IM wiring layer in the first embodiment. 実施の形態1におけるSG配線層の断面の一例を示す概念図である。3 is a conceptual diagram showing an example of a cross section of an SG wiring layer in the first embodiment. FIG. 実施の形態1におけるGL配線層の断面の一例を示す概念図である。4 is a conceptual diagram showing an example of a cross section of a GL wiring layer in the first embodiment. FIG. 実施の形態1における開口領域下の最上層の配線形状の一例を示す図である。6 is a diagram illustrating an example of a wiring shape of an uppermost layer under an opening region in the first embodiment. FIG. 実施の形態1における開口領域下の最上層の配線形状の一例を示す図である。6 is a diagram illustrating an example of a wiring shape of an uppermost layer under an opening region in the first embodiment. FIG. 実施の形態1における開口領域下の最上層の配線形状の一例を示す図である。6 is a diagram illustrating an example of a wiring shape of an uppermost layer under an opening region in the first embodiment. FIG. 実施の形態2におけるシミュレーション結果ならびに実験結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result and experiment result in Embodiment 2. FIG.

実施の形態1.
実施の形態1では、導電パッド下に銅(Cu)配線を有する配線層が配置される場合について説明する。以下、図面を用いて、実施の形態1について説明する。
Embodiment 1 FIG.
In the first embodiment, a case where a wiring layer having a copper (Cu) wiring is disposed under a conductive pad will be described. The first embodiment will be described below with reference to the drawings.

図1は、実施の形態1における半導体装置の断面の一例を示す概念図である。例えば、多層配線構造を形成する場合、最小配線の配線幅を共通とする配線層グループに分類されて積層される。図1の例では、基板200上にローカル(LC)層グループ、その上に中間(IM)層グループ、その上にセミグローバル(SG)層グループ、その上にグローバル(GL)層グループが形成される。そして、LC層グループは、例えば、1層の配線層100で構成される。IM層グループは、例えば、5層の配線層111,112,113,114,115で構成される。SG層グループは、例えば、3層の配線層121,122,123で構成される。GL層グループは、例えば、1層の配線層131で構成される。各グループの配線層の積層数はこれに限るものではなく、それ以上でも以下でも構わない。LC層グループからGL層グループに向かってグループ毎に最小配線の配線幅が順に大きくなっていく。また、配線層100には、Cu配線が形成される。配線層100を除く各配線層には、Cu配線と、そのCu配線を下層側配線に接続するためのCuビアプラグとが形成されている。よって、図1の例では、Cu配線による多層配線構造になっている。また、基板200として、例えば、直径300ミリのシリコンウェハを用いる。ここでは、配線層100より下層の例えばデバイス部分及びこのデバイス部分につながるタングステン(W)プラグ部分等の図示を省略している。   FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an example of a cross section of the semiconductor device according to the first embodiment. For example, when a multilayer wiring structure is formed, the wiring layers are grouped into a wiring layer group having a common minimum wiring width. In the example of FIG. 1, a local (LC) layer group is formed on the substrate 200, an intermediate (IM) layer group is formed thereon, a semi-global (SG) layer group is formed thereon, and a global (GL) layer group is formed thereon. The The LC layer group is composed of one wiring layer 100, for example. The IM layer group includes, for example, five wiring layers 111, 112, 113, 114, and 115. The SG layer group includes, for example, three wiring layers 121, 122, and 123. The GL layer group is composed of one wiring layer 131, for example. The number of laminated wiring layers in each group is not limited to this, and it may be more or less. The wiring width of the minimum wiring increases in order from the LC layer group to the GL layer group. Further, Cu wiring is formed in the wiring layer 100. In each wiring layer excluding the wiring layer 100, a Cu wiring and a Cu via plug for connecting the Cu wiring to the lower layer wiring are formed. Therefore, in the example of FIG. 1, it has a multilayer wiring structure by Cu wiring. As the substrate 200, for example, a silicon wafer having a diameter of 300 mm is used. Here, for example, a device portion below the wiring layer 100 and a tungsten (W) plug portion connected to the device portion are not shown.

また、GL層グループの最上層の配線層131には、絶縁膜410と絶縁膜420の積層膜(第3の絶縁膜)を層間絶縁膜としてCu配線20,22,26が形成されている。GL層グループの最上層の配線層131上には絶縁膜527と絶縁膜528の積層膜(第2の絶縁膜)が形成されている。ここでは、絶縁膜527は、拡散防止膜となる。そして、絶縁膜528の上層側ではアルミニウム(Al)の導電パッド30(電極パッドとも言う)がGL層グループの配線層131の実効配線10,12,14,16の少なくとも1つにAlのコンタクトプラグで接続されている。図1の例では、実効配線10,12,14,16は、基板200上に多層配線構造で形成される。   In the uppermost wiring layer 131 of the GL layer group, Cu wirings 20, 22, and 26 are formed by using a laminated film (third insulating film) of the insulating film 410 and the insulating film 420 as an interlayer insulating film. On the uppermost wiring layer 131 of the GL layer group, a laminated film (second insulating film) of an insulating film 527 and an insulating film 528 is formed. Here, the insulating film 527 serves as a diffusion prevention film. On the upper layer side of the insulating film 528, an aluminum (Al) conductive pad 30 (also referred to as an electrode pad) is connected to at least one of the effective wirings 10, 12, 14, and 16 of the wiring layer 131 of the GL layer group. Connected with. In the example of FIG. 1, the effective wirings 10, 12, 14, and 16 are formed on the substrate 200 with a multilayer wiring structure.

そして、多層配線構造の最終表面を保護する積層保護膜PF(パッシベーション膜)(第1の絶縁膜)が、導電パッド30の上面の一部が露出して開口領域150が形成されるように配置される。積層保護膜PFとして、絶縁膜531,532,533が形成される。   A laminated protective film PF (passivation film) (first insulating film) that protects the final surface of the multilayer wiring structure is arranged so that a part of the upper surface of the conductive pad 30 is exposed and an opening region 150 is formed. Is done. Insulating films 531, 532, and 533 are formed as the laminated protective film PF.

以上のように、多層配線層の最上層となる配線層131のCu配線20,22,26が、絶縁膜527,528を間に介して導電パッド30の下方に配置される。また、Cu配線20,22,26は、配線層131において開口領域150と重なる領域に配置される。   As described above, the Cu wirings 20, 22, and 26 of the wiring layer 131 that is the uppermost layer of the multilayer wiring layer are disposed below the conductive pad 30 with the insulating films 527 and 528 interposed therebetween. Further, the Cu wirings 20, 22, and 26 are disposed in a region overlapping the opening region 150 in the wiring layer 131.

ここで、配線層131のCu配線20,22,26について後述する構造に形成しない場合には、かかる半導体装置に対してプロービング試験を実施する際、従来のように、クラックやショート不良を発生しかねない。具体的には、開口領域150から露出した導電パッド30に上方から加えられる垂直荷重により、導電パッド30下に配置されたCu配線20,22,26が塑性変形を起こし得る。塑性変形を起こすと、Cu配線20,22,26上の絶縁膜527に大きな応力集中が生じ、かかる絶縁膜527にクラックが発生し得る。そして、クラック部にCu配線20,22,26が突出することによってショート不良が発生し得る。そこで、かかるクラックやショートを回避すべく、実施の形態1では、配線層131のCu配線20,22,26について以下の構造に形成する。   Here, when the Cu wirings 20, 22, and 26 of the wiring layer 131 are not formed in a structure to be described later, when a probing test is performed on such a semiconductor device, cracks and short-circuit defects are generated as in the related art. It might be. Specifically, the Cu wirings 20, 22, and 26 disposed under the conductive pad 30 may cause plastic deformation due to a vertical load applied from above to the conductive pad 30 exposed from the opening region 150. When plastic deformation occurs, a large stress concentration occurs in the insulating film 527 on the Cu wirings 20, 22, and 26, and cracks may occur in the insulating film 527. A short defect may occur due to the Cu wirings 20, 22, and 26 protruding in the crack portion. Therefore, in order to avoid such cracks and short circuits, in the first embodiment, the Cu wirings 20, 22, and 26 of the wiring layer 131 are formed in the following structure.

図2は、実施の形態1における開口領域下の配線構造の一例を上方から見た状態を示す図である。図2では、多層配線層の最上層となる配線層131において、開口領域150と重なる領域に、例えば、Cuを用いた配線40,42,44,46が配置されていた場合を説明する。開口領域150に重なる配線40,42,44,46の配線幅は、それぞれw,w,w,wとし、w>w=w>wの関係であったとする。その際、開口領域150と重なる領域での最上層におけるCu配線の最大配線幅w(nm)とCu配線の被覆率R(%)とが下記(1)の条件を満たすように配線40,42,44,46を形成する。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the wiring structure under the opening region in the first embodiment as viewed from above. In FIG. 2, a case will be described in which wirings 40, 42, 44, and 46 using, for example, Cu are arranged in a region overlapping the opening region 150 in the wiring layer 131 that is the uppermost layer of the multilayer wiring layer. It is assumed that the wiring widths of the wirings 40, 42, 44, and 46 that overlap the opening region 150 are w 1 , w 2 , w 3 , and w 4 , respectively, and that w 2 > w 3 = w 4 > w 1 . At this time, the wirings 40 and 42 are set so that the maximum wiring width w (nm) of the Cu wiring in the uppermost layer in the region overlapping the opening region 150 and the coverage ratio R (%) of the Cu wiring satisfy the following condition (1). , 44, 46 are formed.

図2の例は、最大配線幅w=wとなる。また、Cu配線の被覆率Rは、開口領域150と重なる領域内の配線40,42,44,46の面積(斜線で示す面積)を開口領域150の面積で割った値となる。 The example of FIG. 2, the maximum wiring width w = w 2. Further, the coverage ratio R of the Cu wiring is a value obtained by dividing the area of the wirings 40, 42, 44, 46 in the region overlapping the opening region 150 (the area shown by hatching) by the area of the opening region 150.

かかる(1)の条件を満たす構造になるように、図1に示す開口領域150下の配線層131のCu配線20,22,26を形成することで、絶縁膜527及びそれに伴う絶縁膜528でのクラックやCu配線20,22,26でのショートを回避することができる。さらに、配線層131より下層の配線層、例えば、配線層123におけるCu配線上の絶縁膜410でのクラックや配線層123におけるCu配線でのショートを回避することができる。   By forming the Cu wirings 20, 22, and 26 of the wiring layer 131 under the opening region 150 shown in FIG. 1 so as to satisfy the structure satisfying the condition (1), the insulating film 527 and the insulating film 528 accompanying it are formed. Cracks and shorts at the Cu wirings 20, 22, and 26 can be avoided. Furthermore, it is possible to avoid a crack in the wiring layer below the wiring layer 131, for example, a crack in the insulating film 410 on the Cu wiring in the wiring layer 123 and a short in the Cu wiring in the wiring layer 123.

かかる(1)の条件は、以下のようにして求めている。Alの導電パッド30下部の最上層の配線層131のCu配線20,22,26をラインアンドスペースパターンとして配置し、かかるCu配線の配線幅wを200nm〜3200nm(0.2μm〜3.2μm)まで、配線被覆率Rを10%〜80%まで変化させた。作成した配線構造の一覧を表1に示す。
The condition (1) is obtained as follows. The Cu wirings 20, 22, and 26 of the uppermost wiring layer 131 under the Al conductive pad 30 are arranged as a line and space pattern, and the wiring width w of the Cu wiring is 200 nm to 3200 nm (0.2 μm to 3.2 μm). Until then, the wiring coverage ratio R was changed from 10% to 80%. Table 1 shows a list of the created wiring structures.

これらの構造について、絶縁膜クラック抑制の効果を調べるために、光学顕微鏡を用いてプロービング時の絶縁膜破壊の有無の観察を行った。プロービング荷重については、通常の半導体装置において電気特性が得られる十分な荷重で行なった。ここでは、十分な荷重として、8gf/cmで行なった。また、プロービング試験を5回行なった。5回すべてにおいて絶縁膜破壊が観察されなかったものは○(良好)、1〜4回絶縁膜破壊が観測されたものを△(不十分)、5回すべてにおいて絶縁膜破壊が観測されたものを×(NG)で示した。表1に実験結果の一覧を示している。 For these structures, in order to investigate the effect of suppressing the insulating film cracking, the presence or absence of the insulating film breakage during probing was observed using an optical microscope. As for the probing load, the load was sufficient to obtain electrical characteristics in a normal semiconductor device. Here, the load was 8 gf / cm 2 as a sufficient load. Further, the probing test was performed five times. Insulation breakdown was not observed in all 5 times, ○ (good), 1 to 4 insulation film breakdowns were observed in △ (insufficient), and insulation film breakdown was observed in all 5 times Was indicated by x (NG). Table 1 shows a list of experimental results.

配線幅wが200nmの場合、配線被覆率Rが10〜20%で×、30〜40%で○、50%で△、60〜80%で×であった。配線幅wが400nmの場合、配線被覆率Rが10%で×、20〜40%で○、50%で△、60%〜80%で×であった。配線幅wが600nm,800nmの場合、配線被覆率Rが10%で△、20〜40%で○、50%で△、60%〜80%で×であった。配線幅wが1200nmの場合は、配線被覆率Rが10%で△、20〜30%で○、40〜50%で△、60%〜80%で×であった。配線幅wが1600nmの場合、配線被覆率Rが10〜40%で△、50〜80%で×であった。配線幅wが2000nm以上の場合は、すべての配線被覆率Rで×であった。   When the wiring width w was 200 nm, the wiring coverage R was 10 to 20% x, 30 to 40% ◯, 50% △, and 60 to 80% x. When the wiring width w was 400 nm, the wiring coverage R was 10%, x was 20 to 40%, Δ was 50%, and x was 60% to 80%. When the wiring width w is 600 nm and 800 nm, the wiring coverage ratio R is 10%, Δ is 20 to 40%, Δ is 50%, and x is 60% to 80%. When the wiring width w was 1200 nm, the wiring coverage R was 10%, Δ from 20 to 30%, Δ from 40 to 50%, and x from 60% to 80%. When the wiring width w was 1600 nm, the wiring coverage ratio R was 10 to 40% and Δ and 50 to 80%. When the wiring width w was 2000 nm or more, the wiring coverage ratio R was x.

次に、今回のプロービング試験を再現した応力シミュレーションを行い、絶縁膜に生じる最大主応力を計算した。   Next, a stress simulation reproducing the probing test was performed, and the maximum principal stress generated in the insulating film was calculated.

図3は、実施の形態1におけるシミュレーション結果ならびに実験結果を示す図である。図3(a)では、最上層の配線層131のCu配線20,22,26上に配置された絶縁膜527に生じる最大主応力のシミュレーション結果ならびに実験結果を示している。図3(b)では、最上層の1つ下層側の配線層123のCu配線上に配置された絶縁膜410に生じる最大主応力のシミュレーション結果ならびに実験結果を示している。シミュレーションは、プロービング時を模擬して、開口領域150で露出する導電パッド30に対しプローブ針により垂直荷重を印加した場合の応力解析を行った。シミュレーションでのプロービング荷重は上述した実験に合わせている。多層配線層の最上層となる配線層131のCu配線20,22,26が、絶縁膜527,528を間に介して導電パッド30の下方に配置される。また、Cu配線20,22,26は、配線層131において開口領域150と重なる領域に配置されることは言うまでもない。   FIG. 3 is a diagram showing a simulation result and an experimental result in the first embodiment. FIG. 3A shows a simulation result and an experimental result of the maximum principal stress generated in the insulating film 527 disposed on the Cu wirings 20, 22, and 26 of the uppermost wiring layer 131. FIG. 3B shows a simulation result and an experimental result of the maximum principal stress generated in the insulating film 410 arranged on the Cu wiring of the wiring layer 123 on the lowermost layer of the uppermost layer. In the simulation, a stress analysis was performed when a vertical load was applied by a probe needle to the conductive pad 30 exposed in the opening region 150, simulating probing. The probing load in the simulation is adjusted to the above-described experiment. Cu wirings 20, 22, and 26 of the wiring layer 131 that is the uppermost layer of the multilayer wiring layer are disposed below the conductive pad 30 with the insulating films 527 and 528 interposed therebetween. Needless to say, the Cu wires 20, 22, and 26 are arranged in a region overlapping the opening region 150 in the wiring layer 131.

図3(a)において、最上層の配線の配線幅wが狭くなるほど、そして配線被覆率Rが小さくなるほど最大主応力が低減する。しかしながら、配線幅wが400nm以下、配線覆率Rが20%以下の範囲になると、図3(b)に示すように、1つ下層の絶縁膜410の応力値が上昇してしまう。この結果を反映するように、実験結果においても配線幅wが400nmで配線被覆率Rが10%の場合では絶縁膜クラックが発生しており、配線幅wが200nmで配線被覆率Rが20%の場合では絶縁膜クラックが発生している。配線被覆率Rが20%以下になると、プローブ針が導電パッド30下に最上層の配線が存在しない領域に接触する割合が増加するため、図3(b)に示すように1つ下層のCu配線上の絶縁膜410の応力値が上昇することになる。その結果、絶縁膜410にクラックが発生しやすくなる。以上のように、シミュレーションの結果は、実験結果によって裏付けられている。   In FIG. 3A, the maximum principal stress decreases as the wiring width w of the uppermost layer wiring decreases and as the wiring coverage ratio R decreases. However, when the wiring width w is 400 nm or less and the wiring coverage R is in the range of 20% or less, the stress value of the insulating film 410 one layer below increases as shown in FIG. In order to reflect this result, also in the experimental results, when the wiring width w is 400 nm and the wiring coverage ratio R is 10%, an insulating film crack occurs, and the wiring width w is 200 nm and the wiring coverage ratio R is 20%. In this case, an insulating film crack occurs. When the wiring coverage ratio R is 20% or less, the rate at which the probe needle contacts the region where the uppermost wiring layer does not exist under the conductive pad 30 increases. Therefore, as shown in FIG. The stress value of the insulating film 410 on the wiring increases. As a result, cracks are likely to occur in the insulating film 410. As described above, the simulation results are supported by the experimental results.

一方、絶縁膜410,420,527,528の破壊強度をナノインデンターを用いて測定した。後述するようにこれらの材料としては、絶縁膜410,527では、例えば窒化シリコン(SiN)、炭化シリコン(SiC)、炭窒化シリコン(SiCN)が、絶縁膜420,528では、例えば酸化シリコン(SiO)がそれぞれ用いられる。このような絶縁膜410,420,527,528は、測定の結果ともに最大主応力が4GPaを超えるとクラックが発生した。そこで、シミュレーションの結果から、絶縁膜クラックが観測されない臨界応力値を4GPaとしたときの最大配線幅w、配線被覆率Rの境界条件を数式化すると上述した(1)の条件となる。すなわち、(1)の条件を満たすように、導電パッド30下の最上層Cu配線の最大配線幅wと配線被覆率Rを設定することで、プロービング時の絶縁膜クラックを抑制できる。 On the other hand, the breaking strength of the insulating films 410, 420, 527, and 528 was measured using a nanoindenter. As described later, these materials include, for example, silicon nitride (SiN), silicon carbide (SiC), and silicon carbonitride (SiCN) in the insulating films 410 and 527, and silicon oxide (SiO2) in the insulating films 420 and 528, for example. 2 ) are used respectively. In such insulating films 410, 420, 527, and 528, cracks occurred when the maximum principal stress exceeded 4 GPa in both measurement results. Therefore, from the simulation results, the boundary condition of the maximum wiring width w and the wiring coverage ratio R when the critical stress value at which no insulating film crack is observed is 4 GPa is expressed as the above condition (1). That is, by setting the maximum wiring width w and the wiring coverage ratio R of the uppermost layer Cu wiring under the conductive pad 30 so as to satisfy the condition (1), it is possible to suppress insulating film cracks during probing.

かかる(1)の条件を満たす構造になるように、図1に示す開口領域150下の配線層131のCu配線20,22,26を形成することで、導電パッド30下に実効配線を形成することができる。もちろん、実効配線とダミー配線との混合配線にしても同様の効果を発揮できることは言うまでもない。   An effective wiring is formed under the conductive pad 30 by forming the Cu wirings 20, 22, and 26 in the wiring layer 131 under the opening region 150 shown in FIG. 1 so as to satisfy the condition (1). be able to. Of course, it goes without saying that the same effect can be achieved even if the effective wiring and the dummy wiring are mixed.

次に、図1に示した半導体装置の製造方法について説明する。各グループ内の各配線層では、最小配線の配線幅を共通にすると共に、その配線幅に見合った比誘電率kをもった主たる絶縁膜が形成されると好適である。例えば、LC層グループやIM層グループやSG層グループでは、主たる絶縁膜の比誘電率kが3.4以下の、例えば、2.8程度の絶縁膜を用いる。SG層グループについては、比誘電率kが3.4より大きい絶縁膜を用いても構わない。以下、各層の製造方法を順に説明する。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1 will be described. In each wiring layer in each group, it is preferable to form a main insulating film having a common wiring width of the minimum wiring and having a relative dielectric constant k corresponding to the wiring width. For example, in the LC layer group, the IM layer group, and the SG layer group, an insulating film having a relative dielectric constant k of 3.4 or less, for example, about 2.8 is used. For the SG layer group, an insulating film having a relative dielectric constant k larger than 3.4 may be used. Hereinafter, the manufacturing method of each layer is demonstrated in order.

図4は、実施の形態1におけるLC配線層の断面の一例を示す概念図である。まず、基板200上に多孔質の低誘電率絶縁材料を用いた絶縁膜220を例えば100nmの厚さで形成する。絶縁膜220の材料として、多孔質の炭酸化シリコン(SiOC)を用いると好適である。多孔質のSiOC膜により、比誘電率kが2.8程度の層間絶縁膜を得ることができる。ここでは、一例として、メチルシロキサンを主成分とする材料を用いて絶縁膜220を形成する。絶縁膜220の材料としては、メチルシロキサンを主成分とするポリメチルシロキサンの他に、例えば、ポリシロキサン、ハイドロジェンシロセスキオキサン、メチルシロセスキオキサンなどのシロキサン骨格を有する膜を用いることができる。形成方法としては、例えば、溶液をスピンコートし熱処理して薄膜を形成するSOD(spin on dielectric coating)法を用いることができる。例えば、スピナーで成膜し、この基板にホットプレート上で窒素雰囲気中での80℃ベークを1分間行った後、最終的にホットプレート上で窒素雰囲気中ベーク温度よりも高温の450℃で30分間キュアを行なうことにより形成することができる。形成方法はSOD法に限るものではなくCVD法を用いても好適である。   FIG. 4 is a conceptual diagram showing an example of a cross section of the LC wiring layer in the first embodiment. First, an insulating film 220 using a porous low dielectric constant insulating material is formed on the substrate 200 with a thickness of, for example, 100 nm. As a material of the insulating film 220, porous silicon carbonate (SiOC) is preferably used. With the porous SiOC film, an interlayer insulating film having a relative dielectric constant k of about 2.8 can be obtained. Here, as an example, the insulating film 220 is formed using a material containing methylsiloxane as a main component. As the material of the insulating film 220, in addition to polymethylsiloxane containing methylsiloxane as a main component, for example, a film having a siloxane skeleton such as polysiloxane, hydrogen silsesquioxane, methyl silsesquioxane, or the like is used. it can. As a formation method, for example, an SOD (spin on dielectric coating) method in which a thin film is formed by spin-coating a solution and performing heat treatment can be used. For example, a film is formed by a spinner, and this substrate is baked at 80 ° C. in a nitrogen atmosphere for 1 minute on a hot plate, and finally 30 ° C. at 450 ° C. higher than the baking temperature in the nitrogen atmosphere on the hot plate. It can be formed by performing a cure for a minute. The formation method is not limited to the SOD method, and a CVD method is also suitable.

そして、絶縁膜220上にCVD法によってSiOCを例えば膜厚20nm堆積することで、キャップ絶縁膜222を形成する。キャップ絶縁膜222として、例えば、比誘電率kが3.0程度のSiOCの他に、比誘電率kが4.0程度のSiOを用いることができる。キャップ絶縁膜222を形成することで機械的強度が弱いSiOCの絶縁膜220を保護することができる。 Then, a cap insulating film 222 is formed on the insulating film 220 by depositing SiOC, for example, with a thickness of 20 nm by the CVD method. As the cap insulating film 222, for example, SiO 2 having a relative dielectric constant k of about 4.0 can be used in addition to SiOC having a relative dielectric constant k of about 3.0. By forming the cap insulating film 222, the SiOC insulating film 220 having a low mechanical strength can be protected.

そして、リソグラフィー工程とドライエッチング工程でダマシン配線を作製するための配線溝(トレンチ)をキャップ絶縁膜222と絶縁膜220内に形成する。   Then, a wiring trench (trench) for forming a damascene wiring is formed in the cap insulating film 222 and the insulating film 220 by a lithography process and a dry etching process.

そして、スパッタ等の物理気相成長(PVD)法により、トレンチ及びキャップ絶縁膜222表面にバリアメタル膜240を形成する。バリアメタル膜240の材料としては、例えば、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、ニオブ(Nb)、タングステン(W)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、それらを含む合金、それらの化合物、またはそれらの積層膜から構成することができる。化合物としては、特に、窒化タンタル(TaN)、窒化チタン(TiN)、窒化ニオブ(NbN)等の窒化物が好適である。そして、スパッタ等のPVD法により、次の工程である電解めっき工程のカソード極となるCu薄膜をシード膜としてバリアメタル膜240が形成されたトレンチ内壁及び基板200表面に堆積(形成)させる。そして、このシード膜をカソード極として、電解めっき等の電気化学成長法によりCu膜260をトレンチ内及び基板200表面に堆積させる。その後、アニール処理を行う。アニールは電気炉、またはホットプレートを用い、フォーミングガス中、または窒素雰囲気中で、150℃〜300℃の温度範囲で、電気炉の場合は約1時間、ホットプレートの場合は約1分〜5分行う。そして、アニール処理後にかかる状態からトレンチ上に堆積した余分なCu膜260とバリアメタル膜240とをCMPにより除去してダマシン配線を形成することで配線層100を形成する。例えば、最小配線の配線幅が65nmのCu配線を形成することができる。そして、例えば、ラインアンドスペースの最小配線ルールが65nm/65nmで配線高さが120nmに形成することができる。   Then, a barrier metal film 240 is formed on the surface of the trench and cap insulating film 222 by physical vapor deposition (PVD) such as sputtering. Examples of the material of the barrier metal film 240 include tantalum (Ta), titanium (Ti), niobium (Nb), tungsten (W), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), alloys containing them, and compounds thereof. Or it can comprise from those laminated films. As the compound, nitrides such as tantalum nitride (TaN), titanium nitride (TiN), and niobium nitride (NbN) are particularly suitable. Then, by a PVD method such as sputtering, a Cu thin film serving as a cathode electrode in the next electrolytic plating process is deposited (formed) on the inner wall of the trench and the surface of the substrate 200 where the barrier metal film 240 is formed as a seed film. Then, using this seed film as a cathode electrode, a Cu film 260 is deposited in the trench and on the surface of the substrate 200 by an electrochemical growth method such as electrolytic plating. Thereafter, annealing is performed. Annealing is performed using an electric furnace or a hot plate in a forming gas or in a nitrogen atmosphere at a temperature range of 150 ° C. to 300 ° C., about 1 hour for an electric furnace, and about 1 minute to 5 for a hot plate. Do minutes. Then, the excess Cu film 260 and the barrier metal film 240 deposited on the trench from the state after the annealing treatment are removed by CMP to form a damascene wiring, thereby forming the wiring layer 100. For example, a Cu wiring having a minimum wiring width of 65 nm can be formed. For example, the line and space minimum wiring rule can be 65 nm / 65 nm and the wiring height can be 120 nm.

ここで、配線層100の主たる絶縁膜220は、SiOCの代わりに有機絶縁膜、カーボン含有SiO膜(SiOC)、多孔質シリカ膜、高分子膜、アモルファスカーボン膜(Fドープ)を用いても好適である。有機絶縁膜の材料としては、例えば、ポリアリーレン、ポリベンゾオキサゾールなどの不飽和結合をもつ有機化合物を用いることができる。これらにより比誘電率kが3.4以下の絶縁膜を形成することができる。また、絶縁膜220上のキャップ絶縁膜222は省略しても構わない。また、カーボン含有SiO膜は、SOD法の代わりに化学気相成長(CVD)法を用いて形成すると好適である。SOD法により形成されるSiOCを含むこれらの材料は、いずれも比誘電率3.4以下である。また、これらの内の1種類以上を含む積層膜により絶縁膜220を形成してもよい。 Here, the main insulating film 220 of the wiring layer 100 may be an organic insulating film, a carbon-containing SiO 2 film (SiOC), a porous silica film, a polymer film, or an amorphous carbon film (F-doped) instead of SiOC. Is preferred. As a material for the organic insulating film, for example, an organic compound having an unsaturated bond such as polyarylene or polybenzoxazole can be used. As a result, an insulating film having a relative dielectric constant k of 3.4 or less can be formed. Further, the cap insulating film 222 on the insulating film 220 may be omitted. The carbon-containing SiO 2 film is preferably formed using a chemical vapor deposition (CVD) method instead of the SOD method. All of these materials including SiOC formed by the SOD method have a relative dielectric constant of 3.4 or less. Further, the insulating film 220 may be formed of a stacked film including one or more of these.

図5は、実施の形態1におけるIM配線層の断面の一例を示す概念図である。
まず、配線層100上にCVD法によって拡散防止とエッチングストッパを兼ねた絶縁膜210を例えば膜厚30nm堆積する。絶縁膜210の材料としては、例えば、SiCN、SiC、SiN、或いは、これらの積層膜を用いると好適である。
FIG. 5 is a conceptual diagram showing an example of a cross section of the IM wiring layer in the first embodiment.
First, an insulating film 210 that serves as both diffusion prevention and an etching stopper is deposited on the wiring layer 100 by CVD, for example, with a thickness of 30 nm. As a material of the insulating film 210, for example, it is preferable to use SiCN, SiC, SiN, or a stacked film thereof.

そして、絶縁膜210上に、LC配線層と同様、多孔質の低誘電率絶縁性材料を用いた絶縁膜220を例えば180nmの厚さで形成する。ここでは、LC配線層の主たる絶縁膜と同じ材料で形成することができる。例えば、多孔質のSiOC膜を形成する。これにより、比誘電率kが2.8程度の層間絶縁膜を得ることができる。よって、絶縁膜220の材料としては、メチルシロキサンを主成分とするポリメチルシロキサンの他に、例えば、ポリシロキサン、ハイドロジェンシロセスキオキサン、メチルシロセスキオキサンなどのシロキサン骨格を有する膜を用いることができる。形成方法もLC配線層の場合と同様である。或いは、さらに、電子線(EB)照射、紫外線(UV)照射や熱によるキュアを行なっても好適である。   Then, an insulating film 220 using a porous low dielectric constant insulating material is formed with a thickness of, for example, 180 nm on the insulating film 210 as in the case of the LC wiring layer. Here, it can be formed of the same material as the main insulating film of the LC wiring layer. For example, a porous SiOC film is formed. Thereby, an interlayer insulating film having a relative dielectric constant k of about 2.8 can be obtained. Therefore, as the material of the insulating film 220, a film having a siloxane skeleton such as polysiloxane, hydrogen silsesquioxane, methyl silsesquioxane, or the like is used in addition to polymethylsiloxane containing methylsiloxane as a main component. be able to. The formation method is the same as that of the LC wiring layer. Alternatively, it is also preferable to perform curing by electron beam (EB) irradiation, ultraviolet (UV) irradiation or heat.

そして、絶縁膜220上にCVD法によってSiOCを例えば膜厚30nm堆積することで、キャップ絶縁膜222を形成する。ここでは、LC配線層のキャップ絶縁膜222と同じSiOC膜を形成する。よって、キャップ絶縁膜222として、例えば、比誘電率kが3.0程度のSiOCや、比誘電率kが4.0程度のSiOを用いることができる。キャップ絶縁膜222を形成することで機械的強度が弱い絶縁膜220を保護することができる。 Then, a cap insulating film 222 is formed on the insulating film 220 by depositing SiOC, for example, with a thickness of 30 nm by the CVD method. Here, the same SiOC film as the cap insulating film 222 of the LC wiring layer is formed. Therefore, as the cap insulating film 222, for example, SiOC having a relative dielectric constant k of about 3.0 or SiO 2 having a relative dielectric constant k of about 4.0 can be used. By forming the cap insulating film 222, the insulating film 220 having low mechanical strength can be protected.

そして、リソグラフィー工程とドライエッチング工程でダマシン配線を作製するための配線溝(トレンチ)とその下層の孔(ビアホール)をキャップ絶縁膜222と絶縁膜220、及び絶縁膜210内に形成する。そして、スパッタ等のPVD法により、ビアホール内、トレンチ内及びキャップ絶縁膜222表面にLC配線層と同様のバリアメタル膜240を形成する。そして、スパッタ等により、次の工程である電解めっき工程のカソード極となるCu薄膜をシード膜としてバリアメタル膜240が形成されたビアホール内壁、トレンチ内壁及び基板200表面に堆積(形成)させる。そして、このシード膜をカソード極として、電解めっき等の電気化学成長法によりCu膜260(銅含有膜の一例)をビアホール内、トレンチ内及び基板200表面に堆積させる。そして、アニール処理後にかかる状態からトレンチ上に堆積した余分なCu膜260とバリアメタル膜240とをCMPにより除去してデュアルダマシン配線を形成することで配線層111を形成する。例えば、最小配線の配線幅が70nmのCu配線を形成することができる。そして、例えば、ラインアンドスペースの最小配線ルールが70nm/70nmで配線高さが130nmに形成することができる。また、ビア径が70nmで高さが110nmのビアプラグを形成することができる。   Then, a wiring trench (trench) for forming a damascene wiring and a hole (via hole) thereunder are formed in the cap insulating film 222, the insulating film 220, and the insulating film 210 by a lithography process and a dry etching process. Then, a barrier metal film 240 similar to the LC wiring layer is formed in the via hole, in the trench, and on the surface of the cap insulating film 222 by a PVD method such as sputtering. Then, by sputtering or the like, a Cu thin film serving as a cathode electrode in the next electrolytic plating process is deposited (formed) on the inner wall of the via hole, the inner wall of the trench, and the surface of the substrate 200 where the barrier metal film 240 is formed. Then, using this seed film as a cathode electrode, a Cu film 260 (an example of a copper-containing film) is deposited in the via hole, in the trench, and on the surface of the substrate 200 by an electrochemical growth method such as electrolytic plating. Then, the excess Cu film 260 and the barrier metal film 240 deposited on the trench after the annealing treatment are removed by CMP to form a dual damascene wiring, thereby forming the wiring layer 111. For example, a Cu wiring having a minimum wiring width of 70 nm can be formed. For example, the line and space minimum wiring rule can be 70 nm / 70 nm and the wiring height can be 130 nm. A via plug having a via diameter of 70 nm and a height of 110 nm can be formed.

ここで、配線層111の主たる絶縁膜220は、SiOCの代わりにLC配線層の場合と同様の有機絶縁膜、カーボン含有SiO膜(SiOC)、多孔質シリカ膜、高分子膜、アモルファスカーボン膜(Fドープ)を用いても好適である。これらの内の1種類以上を含む積層膜により絶縁膜220を形成してもよく、これにより比誘電率kが3.4以下の絶縁膜を形成することができる。また、絶縁膜220上のキャップ絶縁膜222は省略しても構わない。 Here, the main insulating film 220 of the wiring layer 111 is an organic insulating film, a carbon-containing SiO 2 film (SiOC), a porous silica film, a polymer film, an amorphous carbon film similar to the case of the LC wiring layer instead of SiOC. It is also preferable to use (F dope). The insulating film 220 may be formed of a laminated film including one or more of these, whereby an insulating film having a relative dielectric constant k of 3.4 or less can be formed. Further, the cap insulating film 222 on the insulating film 220 may be omitted.

そして、配線層111上に配線層112を形成する。続いて、配線層112上に配線層113を形成する。続いて、配線層113上に配線層114を形成する。続いて、配線層114上に配線層115を形成する。配線層112〜配線層115の形成方法は、配線層111と同様である。このようにして、IM配線層グループの複数(ここでは5層)の配線層111,112,113,114,115が積層される。   Then, the wiring layer 112 is formed on the wiring layer 111. Subsequently, a wiring layer 113 is formed on the wiring layer 112. Subsequently, a wiring layer 114 is formed on the wiring layer 113. Subsequently, the wiring layer 115 is formed on the wiring layer 114. The formation method of the wiring layers 112 to 115 is the same as that of the wiring layer 111. In this manner, a plurality (here, five layers) of wiring layers 111, 112, 113, 114, and 115 of the IM wiring layer group are laminated.

次に、IM配線層グループの最上層となる配線層115上に、配線層121を形成する。
図6は、実施の形態1におけるSG配線層の断面の一例を示す概念図である。図6において、配線層115上に、CVD法によってSiNを例えば膜厚70nm堆積することで、拡散防止とエッチングストッパを兼ねた絶縁膜310を形成する。絶縁膜310の材料としては、例えば、SiCN、SiC、SiN、或いは、これらの積層膜を用いると好適である。
Next, the wiring layer 121 is formed on the wiring layer 115 which is the uppermost layer of the IM wiring layer group.
FIG. 6 is a conceptual diagram showing an example of a cross section of the SG wiring layer in the first embodiment. In FIG. 6, SiN is deposited on the wiring layer 115 by CVD, for example, to a thickness of 70 nm, thereby forming an insulating film 310 that serves both as diffusion prevention and an etching stopper. As a material of the insulating film 310, for example, SiCN, SiC, SiN, or a stacked film thereof is preferably used.

そして、絶縁膜310上に例えば400nmの膜厚で絶縁膜320を成膜する。ここでは、IM配線層グループの絶縁膜220と同じ材料を用いることができる。例えば、ポリメチルシロキサンをSOD法で塗布する。形成方法はSOD法に限るものではなくCVD法を用いても好適である。絶縁膜320の材料としては、絶縁膜220と同様、メチルシロキサンを主成分とするポリメチルシロキサンの他に、例えば、ポリシロキサン、ハイドロジェンシロセスキオキサン、メチルシロセスキオキサンなどのシロキサン骨格を有する膜を用いることができる。形成方法もLC配線層やIM配線層の場合と同様である。或いは、さらに、電子線(EB)照射、紫外線(UV)照射や熱によるキュアを行なっても好適である。   Then, an insulating film 320 is formed on the insulating film 310 with a film thickness of 400 nm, for example. Here, the same material as the insulating film 220 of the IM wiring layer group can be used. For example, polymethylsiloxane is applied by the SOD method. The formation method is not limited to the SOD method, and a CVD method is also suitable. As the material of the insulating film 320, in addition to the polymethylsiloxane containing methylsiloxane as a main component, for example, a siloxane skeleton such as polysiloxane, hydrogen silsesquioxane, and methyl silsesquioxane is used as the material of the insulating film 220. The film | membrane which has can be used. The formation method is the same as that of the LC wiring layer and the IM wiring layer. Alternatively, it is also preferable to perform curing by electron beam (EB) irradiation, ultraviolet (UV) irradiation or heat.

次に、絶縁膜320上にCVD法によってSiOCを例えば膜厚50nm堆積することで、キャップ絶縁膜322を形成する。キャップ絶縁膜322として、例えば、比誘電率kが4.0程度のSiOを用いることができる。キャップ絶縁膜322を形成することで機械的強度が弱いSiOCの絶縁膜320を保護することができる。 Next, a cap insulating film 322 is formed on the insulating film 320 by depositing SiOC, for example, to a thickness of 50 nm by a CVD method. As the cap insulating film 322, for example, SiO 2 having a relative dielectric constant k of about 4.0 can be used. By forming the cap insulating film 322, the SiOC insulating film 320 having a low mechanical strength can be protected.

続いて、リソグラフィー工程とドライエッチング工程でダマシン配線を作製するための配線溝(トレンチ)とその下層の孔(ビアホール)をキャップ絶縁膜322と絶縁膜320、及び絶縁膜310内に形成する。トレンチ、ビアホール及びキャップ絶縁膜322表面にバリアメタル材料を用いたバリアメタル膜340を形成する。すなわち、PVD法の1つであるスパッタ法を用いるスパッタリング装置内で例えばTa膜の薄膜を例えば膜厚5nm堆積し、バリアメタル膜340を形成する。バリアメタル膜の材料としては、上述したように、Ta、Ti、Nb、W、Ru、Rh、それらを含む合金、それらの化合物、またはそれらの積層膜から構成することができる。そして、スパッタ等により、次の工程である電解めっき工程のカソード極となるCu薄膜をシード膜としてバリアメタル膜340が形成されたビアホール内壁、トレンチ内壁及び基板200表面に堆積(形成)させる。そして、このシード膜をカソード極として、電解めっき等の電気化学成長法によりCu膜360(銅含有膜の一例)をビアホール内、トレンチ内及び基板200表面に堆積させる。そして、アニール処理後にかかる状態からトレンチ上に堆積した余分なCu膜360とバリアメタル膜340とをCMPにより除去してデュアルダマシン配線を形成することで配線層121を形成する。例えば、最小配線の配線幅が140nmのCu配線を形成することができる。そして、例えば、ラインアンドスペースの最小配線ルールが140nm/140nmで配線高さが280nmに形成することができる。また、ビア径が140nmで高さが230nmのビアプラグを形成することができる。   Subsequently, a wiring trench (trench) and a hole (via hole) for forming a damascene wiring in the lithography process and the dry etching process are formed in the cap insulating film 322, the insulating film 320, and the insulating film 310. A barrier metal film 340 using a barrier metal material is formed on the surfaces of the trench, via hole, and cap insulating film 322. That is, for example, a Ta film thin film is deposited to a thickness of 5 nm, for example, in a sputtering apparatus using a sputtering method, which is one of the PVD methods, to form a barrier metal film 340. As described above, the material of the barrier metal film can be composed of Ta, Ti, Nb, W, Ru, Rh, an alloy containing them, a compound thereof, or a laminated film thereof. Then, by sputtering or the like, a Cu thin film serving as a cathode electrode in the subsequent electroplating process, which is the next process, is deposited (formed) on the inner wall of the via hole, the inner wall of the trench, and the surface of the substrate 200 where the barrier metal film 340 is formed. Then, using this seed film as a cathode electrode, a Cu film 360 (an example of a copper-containing film) is deposited in the via hole, in the trench, and on the surface of the substrate 200 by an electrochemical growth method such as electrolytic plating. Then, the excess Cu film 360 and the barrier metal film 340 deposited on the trench from the state after the annealing treatment are removed by CMP to form a dual damascene wiring, thereby forming the wiring layer 121. For example, a Cu wiring having a minimum wiring width of 140 nm can be formed. For example, the line and space minimum wiring rule can be 140 nm / 140 nm and the wiring height can be 280 nm. A via plug having a via diameter of 140 nm and a height of 230 nm can be formed.

ここで、配線層121の主たる絶縁膜320は、SiOCの代わりにLC配線層やIM配線層の場合と同様の有機絶縁膜、カーボン含有SiO膜(SiOC)、多孔質シリカ膜、高分子膜、アモルファスカーボン膜(Fドープ)を用いても好適である。これらの内の1種類以上を含む積層膜により絶縁膜320を形成してもよく、これにより比誘電率kが3.4以下の絶縁膜を形成することができる。また、図1では、low−k膜としているが、比誘電率が3.4以上より大きい絶縁膜を用いても構わない。また、絶縁膜320上のキャップ絶縁膜322は省略しても構わない。 Here, the main insulating film 320 of the wiring layer 121 is an organic insulating film, a carbon-containing SiO 2 film (SiOC), a porous silica film, or a polymer film similar to the case of the LC wiring layer or IM wiring layer instead of SiOC. It is also preferable to use an amorphous carbon film (F-doped). The insulating film 320 may be formed of a laminated film including one or more of these, and thus an insulating film having a relative dielectric constant k of 3.4 or less can be formed. In FIG. 1, although a low-k film is used, an insulating film having a relative dielectric constant of 3.4 or more may be used. Further, the cap insulating film 322 over the insulating film 320 may be omitted.

そして、配線層121上に配線層122を形成する。続いて、配線層122上に配線層123を形成する。配線層122〜配線層123の形成方法は、配線層121と同様である。このようにして、SG配線層グループの複数(ここでは3層)の配線層121,122,123が積層される。   Then, the wiring layer 122 is formed on the wiring layer 121. Subsequently, the wiring layer 123 is formed on the wiring layer 122. The formation method of the wiring layers 122 to 123 is the same as that of the wiring layer 121. In this way, a plurality (three layers in this case) of wiring layers 121, 122, and 123 of the SG wiring layer group are stacked.

次に、SG配線層グループの最上層となる配線層123上に配線層131を形成する。
図7は、実施の形態1におけるGL配線層の断面の一例を示す概念図である。まず、配線層123上にCVD法によってSiCを例えば膜厚100nm堆積することで、拡散防止とエッチングストッパを兼ねた絶縁膜410を形成する。絶縁膜410の材料としてはSiC以外に、例えば、SiCN、SiN、或いは、これらの積層膜を用いると好適である。そして、絶縁膜410上にCVD法を用いてSiOを例えば1950nmの膜厚で堆積させ、絶縁膜420を形成する。これにより、配線とビアプラグ用のk=4.1の主たる絶縁膜420を形成することができる。
Next, the wiring layer 131 is formed on the wiring layer 123 that is the uppermost layer of the SG wiring layer group.
FIG. 7 is a conceptual diagram showing an example of a cross section of the GL wiring layer in the first embodiment. First, by depositing SiC, for example, with a thickness of 100 nm on the wiring layer 123 by a CVD method, an insulating film 410 that serves both as diffusion prevention and an etching stopper is formed. As a material of the insulating film 410, for example, SiCN, SiN, or a stacked film thereof is preferably used in addition to SiC. Then, SiO 2 is deposited to a thickness of, for example, 1950 nm on the insulating film 410 by using a CVD method to form the insulating film 420. Thereby, the main insulating film 420 of k = 4.1 for wiring and via plugs can be formed.

そして、絶縁膜410をエッチングストッパとして絶縁膜420に開口したビアホール内、及びトレンチ内にバリアメタル膜440を形成する。バリアメタル膜440の材料としては、Ta、Ti、Nb、W、Ru、Rh、それらを含む合金、それらの化合物、またはそれらの積層膜から構成することができる。そして、バリアメタル膜440が形成されたビアホール内壁、トレンチ内壁にCu膜460を堆積させる。この後、アニール処理及びCMPを経てデュアルダマシン配線を形成することで配線層131を形成する。配線層131では、例えば、最小配線の配線幅が1000nmのCu配線を形成することができる。そして、例えば、ラインアンドスペースの最小配線ルールが1000nm/1000nmで配線高さが1100nmに形成することができる。また、ビア径が600nmで高さが850nmのビアプラグを形成することができる。このようにして、GL配線層グループの配線層131が形成される。   Then, a barrier metal film 440 is formed in the via hole and the trench opened in the insulating film 420 using the insulating film 410 as an etching stopper. The material of the barrier metal film 440 can be composed of Ta, Ti, Nb, W, Ru, Rh, an alloy containing them, a compound thereof, or a laminated film thereof. Then, a Cu film 460 is deposited on the inner wall of the via hole and the inner wall of the trench where the barrier metal film 440 is formed. Thereafter, a dual damascene wiring is formed through annealing and CMP, thereby forming the wiring layer 131. In the wiring layer 131, for example, a Cu wiring having a minimum wiring width of 1000 nm can be formed. For example, the line and space minimum wiring rule can be 1000 nm / 1000 nm and the wiring height can be 1100 nm. In addition, a via plug having a via diameter of 600 nm and a height of 850 nm can be formed. In this way, the wiring layer 131 of the GL wiring layer group is formed.

次に、GL配線層グループの配線層131上にSiNを例えば70nmの膜厚で堆積させ、拡散防止膜となる絶縁膜527を形成する。絶縁膜527は、材料として、SiN以外に、SiC、SiCN、或いは、これらの積層膜を用いると好適である。そして、絶縁膜527上にCVD法を用いてSiO膜を堆積させ、絶縁膜528を形成する。 Next, SiN is deposited to a thickness of, for example, 70 nm on the wiring layer 131 of the GL wiring layer group, and an insulating film 527 serving as a diffusion prevention film is formed. As the material for the insulating film 527, it is preferable to use SiC, SiCN, or a stacked film thereof in addition to SiN. Then, an SiO 2 film is deposited on the insulating film 527 by using a CVD method to form an insulating film 528.

次に、導電パッド30と導電パッド30のコンタクトプラグが配置されるプラグ層を形成する。まず、絶縁膜528に絶縁膜527をエッチングストッパとして開口したコンタクトホール内及び絶縁膜528表面にバリアメタル膜34を形成する。バリアメタル膜34の材料としては、Ta、Ti、Nb、W、Ru、Rh、それらを含む合金、それらの化合物、またはそれらの積層膜から構成することができる。そして、バリアメタル膜34が形成されたコンタクトホール内壁及び絶縁膜528表面にAl膜を堆積させる。そして、リソグラフィー工程とドライエッチング工程でAl材を用いた導電パッド30を形成する。   Next, a plug layer in which the conductive pads 30 and the contact plugs of the conductive pads 30 are arranged is formed. First, a barrier metal film 34 is formed in a contact hole opened on the insulating film 528 using the insulating film 527 as an etching stopper and on the surface of the insulating film 528. The material of the barrier metal film 34 can be composed of Ta, Ti, Nb, W, Ru, Rh, alloys containing them, compounds thereof, or laminated films thereof. Then, an Al film is deposited on the inner wall of the contact hole where the barrier metal film 34 is formed and on the surface of the insulating film 528. Then, a conductive pad 30 using an Al material is formed in the lithography process and the dry etching process.

続いて、導電パッド30上及び絶縁膜528表面上に、プラズマCVD法を用いて積層保護膜PFの1層目となる絶縁膜531を堆積させる。そして、絶縁膜531表面上に、プラズマCVD法を用いて積層保護膜PFの2層目となる絶縁膜532を形成する。そして、絶縁膜532上に、プラズマCVD法を用いて積層保護膜PFの3層目となる絶縁膜533を形成する。1層目と3層目の絶縁膜531,533の材料として、SiNを用いると好適である。また、2層目の絶縁膜532の材料として、SiOを用いると好適である。 Subsequently, an insulating film 531 to be a first layer of the laminated protective film PF is deposited on the conductive pad 30 and the surface of the insulating film 528 by using a plasma CVD method. Then, an insulating film 532 serving as the second layer of the laminated protective film PF is formed on the surface of the insulating film 531 using a plasma CVD method. Then, an insulating film 533 serving as the third layer of the stacked protective film PF is formed on the insulating film 532 using a plasma CVD method. As a material for the first and third insulating films 531, 533, SiN is preferably used. In addition, as a material for the second insulating film 532, SiO 2 is preferably used.

その後、電気炉を用いて、フォーミングガス中で370℃、60分のシンターを行う。Alの導電パッド30上の絶縁膜531、絶縁膜532及び絶縁膜533を反応性イオンエッチング(RIE)により除去して開口領域150を形成する。そして、ダイシングを行い、チップを切り出すことで図1に示す構造の半導体装置を製造する。   Thereafter, using an electric furnace, sintering is performed in forming gas at 370 ° C. for 60 minutes. The insulating film 531, the insulating film 532, and the insulating film 533 on the Al conductive pad 30 are removed by reactive ion etching (RIE) to form an opening region 150. Then, dicing is performed, and the semiconductor device having the structure shown in FIG. 1 is manufactured by cutting out the chip.

図8から図10は、実施の形態1における開口領域下の最上層の配線形状の一例を示す図である。図8では、開口領域150下の最上層の配線層131のCu配線が、ラインアンドスペースパターンで形成された場合を示している。図9では、開口領域150下の最上層の配線層131のCu配線が、開口領域150と重なる領域内で向きを変更する配線形状で形成された場合を示している。図10では、開口領域150下の最上層の配線層131のCu配線が、開口領域150と重なる領域内で縦横につながる配線形状で形成された場合を示している。実施の形態1では、かかる図8から図10のいずれの配線形状であっても(1)の条件を満たせばよい。いずれの配線形状であっても(1)の条件を満たせば同様の効果を発揮できる。   FIGS. 8 to 10 are diagrams showing examples of the wiring shape of the uppermost layer under the opening region in the first embodiment. FIG. 8 shows a case where the Cu wiring of the uppermost wiring layer 131 under the opening region 150 is formed in a line and space pattern. FIG. 9 shows a case where the Cu wiring of the uppermost wiring layer 131 under the opening region 150 is formed in a wiring shape whose direction is changed in a region overlapping with the opening region 150. FIG. 10 shows a case where the Cu wiring of the uppermost wiring layer 131 under the opening region 150 is formed in a wiring shape that is connected vertically and horizontally in a region overlapping the opening region 150. In the first embodiment, any of the wiring shapes shown in FIGS. 8 to 10 may satisfy the condition (1). Any wiring shape can exhibit the same effect as long as the condition (1) is satisfied.

実施の形態2.
実施の形態1では、最上層の配線層131の配線がCu配線20,22,26である場合について説明したが、最上層の配線層の配線はCu配線に限るものでない。そこで、実施の形態2では、配線層131の配線がAl配線21,23,27である場合について説明する。その他の構成は、図1と同様である。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the case where the wiring of the uppermost wiring layer 131 is the Cu wirings 20, 22, and 26 has been described. However, the wiring of the uppermost wiring layer is not limited to the Cu wiring. Therefore, in the second embodiment, a case where the wiring of the wiring layer 131 is Al wirings 21, 23, 27 will be described. Other configurations are the same as those in FIG.

ここで、配線層131のAl配線21,23,27について後述する構造に形成しない場合には、かかる半導体装置に対してプロービング試験を実施する際、従来のように、クラックやショート不良を発生しかねない。具体的には、開口領域150から露出した導電パッド30に上方から加えられる垂直荷重により、導電パッド30下に配置されたAl配線21,23,27が塑性変形を起こし得る。塑性変形を起こすと、Al配線21,23,27上の絶縁膜527に大きな応力集中が生じ、かかる絶縁膜527にクラックが発生し得る。そして、クラック部にAl配線21,23,27が突出することによってショート不良が発生し得る。そこで、かかるクラックやショートを回避すべく、実施の形態1では、配線層131のAl配線21,23,27について以下の構造に形成する。   Here, when the Al wirings 21, 23, and 27 of the wiring layer 131 are not formed in the structure described later, when a probing test is performed on such a semiconductor device, cracks and short-circuit defects are generated as in the related art. It might be. Specifically, the Al wirings 21, 23, and 27 disposed under the conductive pad 30 can cause plastic deformation due to a vertical load applied from above to the conductive pad 30 exposed from the opening region 150. When plastic deformation occurs, a large stress concentration occurs in the insulating film 527 on the Al wirings 21, 23, 27, and cracks may occur in the insulating film 527. Then, a short circuit failure may occur due to the Al wirings 21, 23, 27 protruding in the crack portion. Therefore, in order to avoid such cracks and shorts, in the first embodiment, the Al wirings 21, 23, 27 of the wiring layer 131 are formed in the following structure.

最上層の配線層131の配線がAl配線21,23,27の場合には、開口領域150と重なる領域での最上層におけるAl配線の最大配線幅w(nm)とAl配線の被覆率R(%)とが下記(2)の条件を満たすようにAl配線21,23,27を形成する。
When the wiring of the uppermost wiring layer 131 is Al wirings 21, 23, 27, the maximum wiring width w (nm) of the Al wiring in the uppermost layer in the region overlapping the opening region 150 and the coverage ratio R ( %) Are formed so as to satisfy the following condition (2).

図2の例では、Cu配線の場合と同様、最大配線幅w=wとなる。また、Al配線の被覆率Rは、開口領域150と重なる領域内の配線40,42,44,46の面積(斜線で示す面積)を開口領域150の面積で割った値となる。 In the example of FIG. 2, the maximum wiring width w = w 2 as in the case of the Cu wiring. Further, the coverage ratio R of the Al wiring is a value obtained by dividing the area of the wirings 40, 42, 44, 46 in the region overlapping the opening region 150 (the area indicated by hatching) by the area of the opening region 150.

かかる(2)の条件を満たす構造になるように、図1に示す開口領域150下の配線層131のAl配線21,23,27を形成することで、絶縁膜527及びそれに伴う絶縁膜528でのクラックやAl配線21,23,27でのショートを回避することができる。さらに、配線層131より下層の配線層、例えば、配線層123におけるCu配線上の絶縁膜410でのクラックや配線層123におけるCu配線でのショートを回避することができる。   By forming Al wirings 21, 23, and 27 in the wiring layer 131 under the opening region 150 shown in FIG. 1 so as to satisfy the structure satisfying the condition (2), the insulating film 527 and the insulating film 528 associated therewith are formed. Cracks and shorts in the Al wirings 21, 23, 27 can be avoided. Furthermore, it is possible to avoid a crack in the wiring layer below the wiring layer 131, for example, a crack in the insulating film 410 on the Cu wiring in the wiring layer 123 and a short in the Cu wiring in the wiring layer 123.

かかる(2)の条件は、以下のようにして求めている。Alの導電パッド30下部の最上層の配線層131のAl配線21,23,27をラインアンドスペースパターンとして配置し、かかるAl配線の配線幅wを200nm〜3200nm(0.2μm〜3.2μm)まで、配線被覆率Rを10%〜80%まで変化させた。作成した配線構造の一覧を表2に示す。
The condition (2) is obtained as follows. The Al wirings 21, 23, 27 of the uppermost wiring layer 131 below the Al conductive pad 30 are arranged as a line and space pattern, and the wiring width w of the Al wiring is 200 nm to 3200 nm (0.2 μm to 3.2 μm). Until then, the wiring coverage ratio R was changed from 10% to 80%. Table 2 shows a list of the created wiring structures.

これらの構造について、絶縁膜クラック抑制の効果を調べるために、光学顕微鏡を用いてプロービング時の絶縁膜破壊の有無の観察を行った。プロービング荷重については、実施の形態1と同様、半導体装置において電気特性が得られる十分な荷重で行なった。ここでは、十分な荷重として、8gf/cmで行なった。また、プロービング試験を5回行なった。5回すべてにおいて絶縁膜破壊が観察されなかったものは○(良好)、1〜4回絶縁膜破壊が観測されたものを△(不十分)、5回すべてにおいて絶縁膜破壊が観測されたものを×(NG)で示した。表2に実験結果の一覧を示している。 For these structures, in order to investigate the effect of suppressing the insulating film cracking, the presence or absence of the insulating film breakage during probing was observed using an optical microscope. As for the probing load, as in the first embodiment, the probing load was performed with a sufficient load to obtain electrical characteristics in the semiconductor device. Here, the load was 8 gf / cm 2 as a sufficient load. Further, the probing test was performed five times. Insulation breakdown was not observed in all 5 times, ○ (good), 1 to 4 insulation film breakdowns were observed in △ (insufficient), and insulation film breakdown was observed in all 5 times Was indicated by x (NG). Table 2 shows a list of experimental results.

配線幅wが200nmの場合、配線被覆率Rが10%〜20%で×、30%で○、40〜50%で△、60〜80%で×であった。配線幅wが400nmの場合、配線被覆率Rが10%で×、20〜30%で○、40%〜50%で△、60〜80%で×であった。配線幅wが600nmの場合、配線被覆率Rが10%で△、20〜30%で○、40〜50%で△、60〜80%で×であった。配線幅wが800nmの場合では、配線被覆率Rが10%で△、20%で○、30%〜50%で△、60〜80%のものは×であった。配線幅wが1200nmの場合では、配線被覆率Rが10〜50%で△、60〜80%で×であった。配線幅wが1600nmの場合では、配線被覆率Rが10〜40%で△、50〜80%で×であった。配線幅が2000nm以上の場合では、すべての配線被覆率で×であった。   When the wiring width w was 200 nm, the wiring coverage R was 10% to 20% x, 30% ◯, 40-50% △, 60-80% x. When the wiring width w was 400 nm, the wiring coverage ratio R was 10%, X was 20-30%, B was 40% -50%, and X was 60-80%. When the wiring width w was 600 nm, the wiring coverage ratio R was 10%, Δ at 20-30%, Δ at 40-50%, and x at 60-80%. When the wiring width w was 800 nm, the wiring coverage ratio R was 10%, Δ, 20%, Δ, 30% -50%, and 60-80%. When the wiring width w was 1200 nm, the wiring coverage ratio R was 10 to 50%, and the evaluation was 60 to 80%. When the wiring width w was 1600 nm, the wiring coverage R was 10 to 40% and Δ, and 50 to 80%. When the wiring width was 2000 nm or more, all the wiring coverages were x.

次に、今回のプロービング試験を再現した応力シミュレーションを行い、絶縁膜に生じる最大主応力を計算した。   Next, a stress simulation reproducing the probing test was performed, and the maximum principal stress generated in the insulating film was calculated.

図11は、実施の形態2におけるシミュレーション結果ならびに実験結果を示す図である。図11(a)では、最上層の配線層131のAl配線21,23,27上に配置された絶縁膜527に生じる最大主応力のシミュレーション結果ならびに実験結果を示している。図11(b)では、最上層の1つ下層側の配線層123のCu配線上に配置された絶縁膜410に生じる最大主応力のシミュレーション結果ならびに実験結果を示している。シミュレーションは、プロービング時を模擬して、開口領域150で露出する導電パッド30に対しプローブ針により垂直荷重を印加した場合の応力解析を行った。シミュレーションでのプロービング荷重は上述した実験に合わせている。多層配線層の最上層となる配線層131のAl配線21,23,27が、絶縁膜527,528を間に介して導電パッド30の下方に配置される。また、Al配線21,23,27は、配線層131において開口領域150と重なる領域に配置されることは言うまでもない。   FIG. 11 is a diagram illustrating simulation results and experimental results in the second embodiment. FIG. 11A shows simulation results and experimental results of the maximum principal stress generated in the insulating film 527 disposed on the Al wirings 21, 23, 27 of the uppermost wiring layer 131. FIG. FIG. 11B shows a simulation result and an experimental result of the maximum principal stress generated in the insulating film 410 arranged on the Cu wiring of the wiring layer 123 on the lowermost layer of the uppermost layer. In the simulation, a stress analysis was performed when a vertical load was applied by a probe needle to the conductive pad 30 exposed in the opening region 150, simulating probing. The probing load in the simulation is adjusted to the above-described experiment. Al wirings 21, 23, and 27 of the wiring layer 131 that is the uppermost layer of the multilayer wiring layer are disposed below the conductive pad 30 with the insulating films 527 and 528 interposed therebetween. Needless to say, the Al wirings 21, 23, and 27 are arranged in a region overlapping the opening region 150 in the wiring layer 131.

図11(a)において、最上層の配線の配線幅wが狭くなるほど、そして配線被覆率Rが小さくなるほど最大主応力が低減する。しかしながら、配線幅wが500nm以下、配線被覆率Rが30〜20%の中央付近以下の範囲になると、図11(b)に示すように、1つ下層の絶縁膜410の応力値が上昇してしまう。この結果を反映するように、実験結果においても配線幅wが400nmで配線被覆率Rが10%の場合では絶縁膜クラックが発生しており、配線幅wが200nmで配線被覆率Rが20%の場合では絶縁膜クラックが発生している。Al配線では、Cu配線の場合より若干高い配線被覆率Rが30〜20%の中央付近以下で、プローブ針が導電パッド30下に最上層の配線が存在しない領域に接触する割合が増加することに起因すると推定される絶縁膜410の応力上昇が始まる。Al配線の場合でも、シミュレーションの結果は、実験結果によって裏付けられている。   In FIG. 11A, the maximum principal stress decreases as the wiring width w of the uppermost layer wiring decreases and the wiring coverage ratio R decreases. However, when the wiring width w is 500 nm or less and the wiring coverage ratio R is in the range below the center of 30 to 20%, the stress value of the lower insulating film 410 increases as shown in FIG. End up. In order to reflect this result, also in the experimental results, when the wiring width w is 400 nm and the wiring coverage ratio R is 10%, an insulating film crack occurs, and the wiring width w is 200 nm and the wiring coverage ratio R is 20%. In this case, an insulating film crack occurs. In the case of Al wiring, the rate of contact of the probe needle with a region where the uppermost layer wiring does not exist under the conductive pad 30 is increased when the wiring coverage ratio R is slightly higher than the center of the Cu wiring, which is 30 to 20%. The increase in stress of the insulating film 410, which is estimated to be caused by this, starts. Even in the case of Al wiring, the result of the simulation is supported by the experimental result.

かかるシミュレーションの結果から、絶縁膜クラックが観測されない臨界応力値を実施の形態1と同様4GPaとしたときの最大配線幅w、配線被覆率Rの境界条件を数式化すると上述した(2)の条件となる。すなわち、(2)の条件を満たすように、導電パッド30下の最上層Al配線の最大配線幅wと配線被覆率Rを設定することで、プロービング時の絶縁膜クラックを抑制できる。   From the result of the simulation, the boundary condition of the maximum wiring width w and the wiring coverage R when the critical stress value at which no insulating film crack is observed is 4 GPa as in the first embodiment is expressed as the above-mentioned condition (2). It becomes. That is, by setting the maximum wiring width w and the wiring coverage R of the uppermost Al wiring under the conductive pad 30 so as to satisfy the condition (2), it is possible to suppress insulating film cracks during probing.

かかる(2)の条件を満たす構造になるように、図1に示す開口領域150下の配線層131のAl配線21,23,27を形成することで、導電パッド30下に実効配線を形成することができる。もちろん、実効配線とダミー配線との混合配線にしても同様の効果を発揮できることは言うまでもない。   An effective wiring is formed under the conductive pad 30 by forming the Al wirings 21, 23, 27 in the wiring layer 131 under the opening region 150 shown in FIG. be able to. Of course, it goes without saying that the same effect can be achieved even if the effective wiring and the dummy wiring are mixed.

次に、実施の形態2における半導体装置の製造方法について説明する。図1で示す配線層123までは実施の形態1と同様である。また、配線層131を形成する際にも、図7で示すように、絶縁膜410をエッチングストッパとして絶縁膜420に開口したビアホール内、及びトレンチ内にバリアメタル膜440を形成するまでは実施の形態1と同様である。そして、バリアメタル膜440が形成されたビアホール内壁、トレンチ内壁及び絶縁膜420表面に室温でスパッタリングを用いてAl膜を堆積させる。そして、さらに400℃の高温スパッタリングでAlをリフロー埋め込みする。この後、CMPを経てデュアルダマシン配線を形成することでGL配線層グループの配線層131が形成される。   Next, a method for manufacturing a semiconductor device in the second embodiment will be described. The wiring layers 123 shown in FIG. 1 are the same as those in the first embodiment. Further, when the wiring layer 131 is formed, as shown in FIG. 7, until the barrier metal film 440 is formed in the via hole opened in the insulating film 420 and the trench using the insulating film 410 as an etching stopper. This is the same as the first embodiment. Then, an Al film is deposited by sputtering at room temperature on the inner wall of the via hole, the inner wall of the trench, and the surface of the insulating film 420 where the barrier metal film 440 is formed. Then, Al is reflow-embedded by high-temperature sputtering at 400 ° C. Thereafter, the dual damascene wiring is formed through CMP to form the wiring layer 131 of the GL wiring layer group.

ここで、配線層131にAl配線21,23,27を形成する場合でも実施の形態1と同様、図8から図10のいずれの配線形状であってもよい。   Here, even when the Al wirings 21, 23, and 27 are formed in the wiring layer 131, the wiring shapes shown in FIGS. 8 to 10 may be used as in the first embodiment.

以上の説明において、上記各実施の形態における配線層の材料として、Cu以外に、Cu−Sn合金、Cu−Ti合金、Cu−Al合金等の、半導体産業で用いられるCuを主成分とする材料を用いても同様の効果が得られる。或いは、最上層以外の配線層の材料として、Cu以外に、Al或いはAl合金を用いた場合であっても同様の効果を発揮することができる。   In the above description, as a material for the wiring layer in each of the above embodiments, in addition to Cu, a material mainly composed of Cu used in the semiconductor industry, such as a Cu—Sn alloy, a Cu—Ti alloy, and a Cu—Al alloy. The same effect can be obtained by using. Alternatively, even when Al or an Al alloy is used in addition to Cu as the material of the wiring layer other than the uppermost layer, the same effect can be exhibited.

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、上述した各実施の形態では、多層配線構造を示したが、これに限るものではなく、少なくとも1層の配線層が絶縁膜を間に介して導電パッド30下に形成されていれば同様の効果を発揮できる。すなわち、導電パッド30と絶縁膜527,528と配線層131の配線と開口領域150とが形成される半導体装置において、Cu配線であれば(1)に示す条件、Al配線であれば(2)に示す条件を満たせばよい。また、チップ端部にのみ導電パッド30が配置される例えばワイヤーボンディング品、及びチップの表面全体に導電パッド30が配置される例えばフリップチップ品のいずれであっても、各導電パッド30に関し、(1)或いは(2)の条件が満たされればよいが、バンプを設けた導電パッド30がチップ表面全体に配されるフリップチップ品において特に有効な構造である。   The embodiments have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. For example, in each of the above-described embodiments, the multilayer wiring structure is shown, but the present invention is not limited to this. The same is true if at least one wiring layer is formed under the conductive pad 30 with an insulating film interposed therebetween. The effect of can be demonstrated. That is, in the semiconductor device in which the conductive pad 30, the insulating films 527 and 528, the wiring of the wiring layer 131, and the opening region 150 are formed, the conditions shown in (1) are used for Cu wiring, and (2) for Al wiring. It is sufficient to satisfy the conditions shown in. In addition, for example, a wire bonding product in which the conductive pad 30 is disposed only at the chip end portion and a flip chip product in which the conductive pad 30 is disposed on the entire surface of the chip, for example, Although it is sufficient if the condition 1) or (2) is satisfied, the structure is particularly effective in a flip chip product in which the conductive pads 30 provided with bumps are arranged on the entire chip surface.

さらに、層間絶縁膜の膜厚や、開口部のサイズ、形状、数などについても、半導体集積回路や各種の半導体素子において必要とされるものを適宜選択して用いることができる。   Further, the film thickness of the interlayer insulating film and the size, shape, number, and the like of the opening can be appropriately selected from those required in the semiconductor integrated circuit and various semiconductor elements.

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての半導体装置及び半導体装置の製造方法は、本発明の範囲に包含される。   In addition, all semiconductor devices and methods of manufacturing a semiconductor device that include elements of the present invention and that can be appropriately modified by those skilled in the art are included in the scope of the present invention.

また、説明の簡便化のために、半導体産業で通常用いられる手法、例えば、フォトリソグラフィプロセス、処理前後のクリーニング等は省略しているが、それらの手法が含まれ得ることは言うまでもない。   Further, for the sake of simplicity of explanation, techniques usually used in the semiconductor industry, such as a photolithography process, cleaning before and after processing, are omitted, but it goes without saying that these techniques may be included.

10,12,14,16 実効配線、20,22,26 Cu配線、21,23,27 Al配線、30 導電パッド、100,111,112,113,114,115,121,122,123,131 配線層、150 開口領域、200 基板、410,420,527,528,531,532,533 絶縁膜 10, 12, 14, 16 Effective wiring, 20, 22, 26 Cu wiring, 21, 23, 27 Al wiring, 30 Conductive pad, 100, 111, 112, 113, 114, 115, 121, 122, 123, 131 wiring Layer, 150 opening region, 200 substrate, 410, 420, 527, 528, 531, 532, 533 insulating film

Claims (5)

導電パッドと、
前記導電パッド上に配置され、前記導電パッドの一部が露出するように開口領域が形成された第1の絶縁膜と、
前記導電パッドの下方に配置された第2の絶縁膜と、
銅(Cu)を用いた配線を有し、前記第2の絶縁膜を介して前記導電パッドの下方に配置され、前記開口領域と重なる領域での最上層における前記配線の最大配線幅w(nm)と前記配線の被覆率R(%)とが下記(1)の条件を満たすように配置された少なくとも1層の配線層と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。
A conductive pad;
A first insulating film disposed on the conductive pad and having an opening region formed so as to expose a part of the conductive pad;
A second insulating film disposed below the conductive pad;
A wiring having copper (Cu), disposed below the conductive pad via the second insulating film, and having a maximum wiring width w (nm) of the wiring in an uppermost layer in a region overlapping the opening region; ) And the coverage ratio R (%) of the wiring, at least one wiring layer disposed so as to satisfy the following condition (1):
A semiconductor device comprising:
導電パッドと、
前記導電パッド上に配置され、前記導電パッドの一部が露出するように開口領域が形成された第1の絶縁膜と、
前記導電パッドの下方に配置された第2の絶縁膜と、
アルミニウム(Al)を用いた配線を有し、前記第2の絶縁膜を介して前記導電パッドの下方に配置され、前記開口領域と重なる領域での最上層における前記配線の最大配線幅w(nm)と前記配線の被覆率R(%)とが下記(2)の条件を満たすように配置された少なくとも1層の配線層と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。
A conductive pad;
A first insulating film disposed on the conductive pad and having an opening region formed so as to expose a part of the conductive pad;
A second insulating film disposed below the conductive pad;
A wiring having aluminum (Al), disposed below the conductive pad via the second insulating film, and having a maximum wiring width w (nm) in the uppermost layer in a region overlapping the opening region; ) And the coverage ratio R (%) of the wiring, at least one wiring layer arranged so as to satisfy the following condition (2):
A semiconductor device comprising:
前記第2の絶縁膜の材料として、窒化シリコン(SiN)と、酸化シリコン(SiO2)と、炭化シリコン(SiC)と、炭窒化シリコン(SiCN)とのうちの少なくとも1つが用いられることを特徴とする請求項1又は2記載の半導体装置。   As the material of the second insulating film, at least one of silicon nitride (SiN), silicon oxide (SiO2), silicon carbide (SiC), and silicon carbonitride (SiCN) is used. The semiconductor device according to claim 1 or 2. 前記配線層は、第3の絶縁膜を有し、
前記第3の絶縁膜の材料として、窒化シリコン(SiN)と、酸化シリコン(SiO2)と、炭化シリコン(SiC)と、炭窒化シリコン(SiCN)とのうちの少なくとも1つが用いられることを特徴とする請求項1〜3いずれか記載の半導体装置。
The wiring layer has a third insulating film,
As a material of the third insulating film, at least one of silicon nitride (SiN), silicon oxide (SiO 2), silicon carbide (SiC), and silicon carbonitride (SiCN) is used. The semiconductor device according to claim 1.
少なくとも最上層の配線層における前記開口領域と重なる領域に配置される配線には、実効配線が含まれることを特徴とする請求項1〜4いずれか記載の半導体装置。   5. The semiconductor device according to claim 1, wherein an effective wiring is included in a wiring arranged in a region overlapping at least the opening region in the uppermost wiring layer.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012053130A1 (en) * 2010-10-19 2012-04-26 パナソニック株式会社 Semiconductor device
US9082822B2 (en) 2011-03-03 2015-07-14 Kabushiki Kaisha Toshiba Method of manufacturing semiconductor device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012053130A1 (en) * 2010-10-19 2012-04-26 パナソニック株式会社 Semiconductor device
JPWO2012053130A1 (en) * 2010-10-19 2014-02-24 パナソニック株式会社 Semiconductor device
US8994183B2 (en) 2010-10-19 2015-03-31 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Multilayer interconnects with an extension part
JP5938712B2 (en) * 2010-10-19 2016-06-22 パナソニックIpマネジメント株式会社 Semiconductor device
US9082822B2 (en) 2011-03-03 2015-07-14 Kabushiki Kaisha Toshiba Method of manufacturing semiconductor device

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