JP2013016721A - Semiconductor device - Google Patents

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JP2013016721A
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Takuro Honma
琢朗 本間
Yoshinori Matsumuro
好則 松室
Kenichi Shoji
健一 庄司
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent increase in resistivity of wiring caused by charge transfer in high density between a floating wiring and washing water.SOLUTION: In a manufacturing process performed by a semiconductor manufacturing apparatus, a connection via PL2 that electrically functions and a dummy via DP2 that does not electrically functions are formed on a top face of a first layer wiring L1 that is a floating copper wiring insulated from a semiconductor substrate 1S and the like, and connected with each other. Because of this, when charge accumulated on the first layer wiring L1 transfers in a cleaning process after forming a via hole for forming the connection via PL2 on the top face of the first layer wiring L1, the charge is prevented from concentrating only on a bottom of the via hole for forming the connection via PL2 by dispersing the charge also on the via hole for forming the dummy via DP2.

Description

本発明は半導体装置に関し、特に、積層構造を有する配線を含む半導体装置の製造に適用して有効な技術に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a technique effective when applied to the manufacture of a semiconductor device including a wiring having a laminated structure.

近年、半導体装置の微細化が進むにつれて、半導体装置内の配線幅が狭まり、また、下層の配線と上層の配線とを電気的に接続するビアの幅が小さくなってきている。半導体装置の配線には、銅(Cu)を主導体とする配線が多く用いられている。   In recent years, as the miniaturization of a semiconductor device progresses, the wiring width in the semiconductor device is narrowed, and the width of the via for electrically connecting the lower layer wiring and the upper layer wiring is becoming smaller. For wiring of semiconductor devices, wiring having copper (Cu) as a main conductor is often used.

特許文献1(特開2009−60034号公報)には、ビアの断線不良の発生を防ぐことを目的として、下層配線と上層配線とを接続するビアの他に、電気接続に寄与しないダミービアを前記下層配線の上部に接続して設けることが記載されている。ここでは、電気的に機能するビアの幅に対してダミービアの幅を狭く形成することで、ダミービア底部にボイドが形成されやすい構造とし、電気的に機能するビアの底部にボイドが形成されることを防いでいる。特許文献1には、前記下層配線が基板または他の配線などと接続されていないフローティング状態であるかどうかについては記載されていない。   In Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-60034), a dummy via that does not contribute to electrical connection is provided in addition to the via that connects the lower layer wiring and the upper layer wiring in order to prevent the occurrence of disconnection failure of the via. It is described that it is connected to the upper part of the lower layer wiring. Here, by forming the width of the dummy via narrower than the width of the electrically functioning via, a void is easily formed at the bottom of the dummy via, and the void is formed at the bottom of the electrically functioning via. Is preventing. Patent Document 1 does not describe whether the lower layer wiring is in a floating state in which it is not connected to a substrate or another wiring.

特許文献2(特開2010−34216号公報)には、電気的に機能する配線に隣接して、電気的に機能しないダミー配線を形成し、前記配線上および前記ダミー配線上のそれぞれにビアホールを形成することで、各配線に溜まる電荷による配線表面の反応点を増やし、電荷を分散させて前記配線表面に酸化物が形成されることを防ぐことが記載されている。   In Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-34216), a dummy wiring that does not function electrically is formed adjacent to an electrically functioning wiring, and via holes are formed on the wiring and the dummy wiring, respectively. It is described that the formation increases the number of reaction points on the surface of the wiring due to the charge accumulated in each wiring, and the charge is dispersed to prevent the formation of oxide on the surface of the wiring.

特開2009−60034号公報JP 2009-60034 A 特開2010−34216号公報JP 2010-34216 A

近年、車載用の半導体装置が増加傾向にあり、これら車載用半導体装置では、安全性の観点から限りなくゼロに近い不良率が求められる。しかし、車載用半導体装置では配線形成に起因した接続ビアの抵抗の増大が確認されており、この不良の発生を防ぐことが重要な課題となっている。   In recent years, the number of in-vehicle semiconductor devices has been increasing, and these in-vehicle semiconductor devices are required to have a defect rate close to zero from the viewpoint of safety. However, an increase in the resistance of the connection via due to the wiring formation has been confirmed in the in-vehicle semiconductor device, and it is an important issue to prevent the occurrence of this defect.

このような半導体装置を構成するビアの底部と接する下層配線、または前記下層配線に接続されるゲート電極などを形成する際、前記ビアの形成前には、前記配線などが基板または他の配線などと電気的に接続されていないフローティング(浮遊)状態となることがある。例えば配線上にビアを形成する場合、前述したようなフローティング状態の配線の上部に絶縁膜を堆積した後、前記配線の上面を露出するビアホールをエッチング法により開口し、前記ビアホール内にビアを埋め込んで形成する。このとき、前記ビアホールを形成した後であって前記ビアを形成する前には、前記ビアホールを形成したエッチング工程により発生した残渣などを除去するため、薬液による洗浄と、純水(超純水)を用いた洗浄(リンス洗浄)とを順次行う必要がある。   When forming a lower layer wiring in contact with the bottom of a via constituting such a semiconductor device, or a gate electrode connected to the lower layer wiring, the wiring is formed on a substrate or other wiring before the via is formed. May be in a floating state that is not electrically connected to. For example, when forming a via on a wiring, after depositing an insulating film on the upper part of the floating wiring as described above, a via hole exposing the upper surface of the wiring is opened by an etching method, and the via is embedded in the via hole. Form with. At this time, after the via hole is formed and before the via is formed, in order to remove residues generated by the etching process in which the via hole is formed, cleaning with a chemical solution and pure water (ultra pure water) are performed. It is necessary to sequentially perform cleaning (rinse cleaning) using

他の導体から絶縁されたフローティング状態である前記配線には、ドライエッチングなどの半導体プロセスを行うことにより電荷が溜まる。その後、前記リンス洗浄で用いる洗浄水中に前記配線に溜まった電荷が移動したとき、ビアホールの底部の近傍の前記配線を構成する銅が溶け出し、前記配線の一部が消失して前記配線が寸断され、半導体装置が正常に動作しなくなる問題がある。このことは、半導体装置の信頼性の低下に繋がる。   A charge is accumulated in the wiring in a floating state insulated from other conductors by performing a semiconductor process such as dry etching. After that, when the electric charge accumulated in the wiring moves in the cleaning water used for the rinse cleaning, the copper constituting the wiring in the vicinity of the bottom of the via hole is melted, and a part of the wiring disappears and the wiring is cut off. There is a problem that the semiconductor device does not operate normally. This leads to a decrease in the reliability of the semiconductor device.

また、同様にフローティング状態である配線上に例えばタングステン(W)などを主に含むコンタクトプラグを形成した後、前記コンタクトプラグ上に銅などを含む上層配線を形成する際、前記配線にチャージされた大きな電荷が前記コンタクトプラグを介して前記上層配線に抜け出る。この際に、前記コンタクトプラグに大きな電流が流れると、前記コンタクトプラグと前記上層配線との間に高抵抗な層が形成され、ウエハ上に形成した複数のコンタクトプラグのうちの一部のコンタクトプラグの抵抗値が高くなるため、半導体装置の性能がばらつく問題が生じる。   Similarly, after a contact plug mainly including tungsten (W) or the like is formed on a wiring in a floating state, the wiring is charged when an upper layer wiring including copper or the like is formed on the contact plug. A large charge escapes to the upper layer wiring through the contact plug. At this time, if a large current flows through the contact plug, a high-resistance layer is formed between the contact plug and the upper wiring, and some of the contact plugs formed on the wafer Since the resistance value of the semiconductor device increases, there arises a problem that the performance of the semiconductor device varies.

本発明の目的は、銅を含む配線が一部消失することを防ぐことにある。   An object of the present invention is to prevent a part of wiring containing copper from disappearing.

また、本発明の他の目的は、配線の抵抗の上昇を防ぐことにある。   Another object of the present invention is to prevent an increase in wiring resistance.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

本発明の好ましい一実施の形態である半導体装置は、半導体製造装置の製造工程中において、半導体基板などと絶縁された浮遊状態となる銅配線である第1層配線の上面に、電気的に機能する接続ビアと電気的に機能しないダミービアとを接続させて形成するものである。これにより、第1層配線の上面に接続ビアを形成するためのビアホールを形成した後の洗浄工程中に、第1層配線に溜まった電荷が洗浄水中に移動する際、前記電荷をダミービア形成用のビアホールにも分散させることで、接続ビア形成用のビアホールの底部のみに前記電荷が集中することを防ぐ。   A semiconductor device according to a preferred embodiment of the present invention electrically functions on the upper surface of a first layer wiring that is a copper wiring that is in a floating state insulated from a semiconductor substrate or the like during the manufacturing process of the semiconductor manufacturing apparatus. The connection via and the dummy via which does not function electrically are connected to each other. Accordingly, when the charge accumulated in the first layer wiring moves into the cleaning water during the cleaning step after forming the via hole for forming the connection via on the upper surface of the first layer wiring, the charge is used for forming the dummy via. Also, the charge is prevented from concentrating only at the bottom of the via hole for forming the connection via.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。   Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.

銅を含む配線が一部消失することを防ぐことができる。   It is possible to prevent a part of the wiring containing copper from disappearing.

また、配線の抵抗の上昇を防ぐことができる。   In addition, an increase in wiring resistance can be prevented.

本発明の実施の形態1である半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device which is Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1である半導体装置の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the semiconductor device which is Embodiment 1 of this invention. 実施の形態1の半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。7 is a cross-sectional view for illustrating a manufacturing step of the semiconductor device of the first embodiment. FIG. 図3に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 3; 図4に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 4; 図5に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 5; 図6に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 6; 図7に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 7; 図8に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 8; 図9に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 9; 図10に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 10; 図11に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 11; 図12に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 12; 図13に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 13; 図14に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 14; 図15に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 15; 図16に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 16; 図17に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 17; 図18に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 18; 図19に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。FIG. 20 is a cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 19; 図20に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。FIG. 21 is a cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 20; 図21に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。FIG. 22 is a cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 21; 図22に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。FIG. 23 is a cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 22; 図23に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。FIG. 24 is a cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 23; 図24に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。FIG. 25 is a cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 24; 図25に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。FIG. 26 is a cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 25; 図26に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。FIG. 27 is a cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 26; 図27に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。FIG. 28 is a cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 27; 図28に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。FIG. 29 is a cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 28; 図29に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。FIG. 30 is a cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 29; 本発明の実施の形態2である半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device which is Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2である半導体装置の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the semiconductor device which is Embodiment 2 of this invention. 比較例である半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device which is a comparative example. 比較例である半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device which is a comparative example. コンタクトプラグと配線とのコンタクト抵抗の関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship of the contact resistance of a contact plug and wiring. コンタクトプラグと配線とのコンタクト抵抗の関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship of the contact resistance of a contact plug and wiring. 配線の長さとボイドの長さとの関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the length of wiring, and the length of a void. 配線の長さと不良発生率の関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the length of wiring, and defect incidence.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted. In the following embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary.

(実施の形態1)
本実施の形態の半導体装置を、図1を参照して説明する。図1は、本実施の形態の半導体装置の断面図であって、半導体基板1Sの主面に対して垂直な面における断面図である。図1には、半導体基板1Sの主面に形成された複数のMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor:電界効果トランジスタ)と、それぞれのMISFETに所定の電位を供給する配線、ビアおよびコンタクトプラグと、それらを埋め込む層間絶縁膜などが示されている。
(Embodiment 1)
The semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view of the semiconductor device of the present embodiment, which is a cross-sectional view in a plane perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 1S. FIG. 1 shows a plurality of MISFETs (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistors) formed on the main surface of the semiconductor substrate 1S, wirings for supplying a predetermined potential to each MISFET, vias and contact plugs, An interlayer insulating film for embedding them is shown.

図1において、シリコン単結晶からなる半導体基板1S上には、MISFETQ1、Q2が形成されている。図1に示すMISFETQ1、Q2はいずれも素子分離領域で分離された活性領域に形成されており、例えば、以下に示す構成を有している。具体的には、素子分離領域で分離された活性領域にp型の導電型を有する複数のpウエルPWが形成されており、複数のpウエルPW上にMISFETQ1またはMISFETQ2が形成されている。MISFETQ1、Q2は、半導体基板1Sの主面上に、例えば、酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜を介して形成されたポリシリコン膜などからなるゲート電極を有しているnチャネル型のMISFETである。MISFETQ1はゲート電極G1を有しており、MISFETQ2はゲート電極G2を有している。   In FIG. 1, MISFETs Q1 and Q2 are formed on a semiconductor substrate 1S made of silicon single crystal. Each of the MISFETs Q1 and Q2 shown in FIG. 1 is formed in an active region isolated by an element isolation region, and has, for example, the following configuration. Specifically, a plurality of p wells PW having a p-type conductivity are formed in the active region isolated by the element isolation region, and the MISFET Q1 or MISFET Q2 is formed on the plurality of p wells PW. The MISFETs Q1 and Q2 are n-channel MISFETs having a gate electrode made of, for example, a polysilicon film formed on a main surface of the semiconductor substrate 1S through a gate insulating film made of a silicon oxide film. . The MISFET Q1 has a gate electrode G1, and the MISFET Q2 has a gate electrode G2.

ゲート電極の両側の側壁には、例えば酸化シリコン膜を含むサイドウォールが形成されており、このサイドウォールの下部の半導体基板1S内に浅いn型の導電型を有する不純物拡散領域がゲート電極に整合して形成されている。そして、浅い不純物拡散領域の外側には、n型の導電型を有し、浅い不純物拡散領域よりも深い不純物拡散領域が、サイドウォールに整合して形成されている。なお、以下ではn型の深い不純物拡散層をn型拡散層NSと呼ぶ。一対の浅い不純物拡散領域と一対のn型拡散層NSとによって、MISFETQ1、Q2のそれぞれのソース領域およびドレイン領域が形成されている。浅い不純物拡散領域とn型拡散層NSはいずれもn型の導電型を有し、n型拡散層NSには浅い不純物拡散層よりも高い濃度で不純物が導入されている。以上のようにして半導体基板1S上にMISFETQ1、Q2が形成されている。   Side walls including, for example, a silicon oxide film are formed on the side walls on both sides of the gate electrode, and an impurity diffusion region having a shallow n-type conductivity is aligned with the gate electrode in the semiconductor substrate 1S below the side wall. Is formed. Outside the shallow impurity diffusion region, an impurity diffusion region having an n-type conductivity and deeper than the shallow impurity diffusion region is formed in alignment with the sidewall. Hereinafter, the n-type deep impurity diffusion layer is referred to as an n-type diffusion layer NS. The pair of shallow impurity diffusion regions and the pair of n-type diffusion layers NS form source and drain regions of the MISFETs Q1 and Q2, respectively. Both the shallow impurity diffusion region and the n-type diffusion layer NS have an n-type conductivity, and impurities are introduced into the n-type diffusion layer NS at a higher concentration than the shallow impurity diffusion layer. As described above, the MISFETs Q1 and Q2 are formed on the semiconductor substrate 1S.

なお、半導体基板1S上の他の領域では、半導体基板1Sの主面にpウエルPWが形成され、pウエルPWの上面にはpウエルPWよりも不純物濃度が高いp型の不純物拡散領域であるp型拡散層PSが形成されている。MISFETQ1、Q2とp型拡散層PSとは、半導体基板1Sの主面に形成された素子分離領域により分離されている。   In other regions on the semiconductor substrate 1S, a p-well PW is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1S, and a p-type impurity diffusion region having an impurity concentration higher than that of the p-well PW is formed on the upper surface of the p-well PW. A p-type diffusion layer PS is formed. The MISFETs Q1, Q2 and the p-type diffusion layer PS are separated by an element isolation region formed on the main surface of the semiconductor substrate 1S.

図1に示すように、MISFETQ1、Q2およびp型拡散層PSを形成した半導体基板1S上には、MISFETQ1、Q2を覆うようにコンタクト層間絶縁膜CILが形成されている。コンタクト層間絶縁膜CILは、例えば、オゾンとTEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)とを原料に使用した熱CVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成されるオゾンTEOS膜と、このオゾンTEOS膜上に設けられたTEOSを原料に使用したプラズマCVD法により形成されるプラズマTEOS膜との積層膜から形成されている。   As shown in FIG. 1, a contact interlayer insulating film CIL is formed on the semiconductor substrate 1S on which the MISFETs Q1 and Q2 and the p-type diffusion layer PS are formed so as to cover the MISFETs Q1 and Q2. The contact interlayer insulating film CIL is provided on, for example, an ozone TEOS film formed by a thermal CVD (Chemical Vapor Deposition) method using ozone and TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate) as raw materials. It is formed of a laminated film with a plasma TEOS film formed by a plasma CVD method using TEOS as a raw material.

そして、コンタクト層間絶縁膜CILを貫通してMISFETQ1、Q2のソース領域、ドレイン領域、ゲート電極またはp型拡散層PSに達する複数のプラグ(コンタクトプラグ)PL1が形成されている。プラグPL1は、例えばチタン/窒化チタン膜(以下、チタン/窒化チタン膜はチタン膜と前記チタン膜上に設けられた窒化チタン膜とで形成される膜を示す)よりなるバリア導体膜と、このバリア導体膜上に形成されたタングステン膜とを、コンタクト層間絶縁膜CILを貫通するコンタクトホール内に埋め込むことにより形成されている。チタン/窒化チタン膜は、タングステン膜を構成するタングステンがシリコン中へ拡散することを防止するために設けられている膜であり、このタングステン膜が構成される際のWF(フッ化タングステン)を還元処理するCVD法において、フッ素アタックがコンタクト層間絶縁膜CILまたは半導体基板1Sなどにダメージを与えることを防ぐためのものである。なお、コンタクト層間絶縁膜CILは、酸化シリコン膜(SiO膜)、SiOF膜、あるいは、窒化シリコン膜のいずれかの膜により形成されていてもよい。 A plurality of plugs (contact plugs) PL1 that penetrate through the contact interlayer insulating film CIL and reach the source region, drain region, gate electrode, or p-type diffusion layer PS of the MISFETs Q1 and Q2 are formed. The plug PL1 includes a barrier conductor film made of, for example, a titanium / titanium nitride film (hereinafter, the titanium / titanium nitride film indicates a film formed of a titanium film and a titanium nitride film provided on the titanium film), The tungsten film formed on the barrier conductor film is buried in a contact hole penetrating the contact interlayer insulating film CIL. The titanium / titanium nitride film is a film provided to prevent tungsten constituting the tungsten film from diffusing into silicon, and WF 6 (tungsten fluoride) at the time of forming the tungsten film is used. This is to prevent the fluorine attack from damaging the contact interlayer insulating film CIL or the semiconductor substrate 1S in the CVD method for reduction treatment. The contact interlayer insulating film CIL may be formed of any one of a silicon oxide film (SiO 2 film), a SiOF film, or a silicon nitride film.

コンタクト層間絶縁膜CIL上には複数の第1層配線L1が形成されている。具体的に、第1層配線L1は、プラグPL1を形成したコンタクト層間絶縁膜CIL上に形成された層間絶縁膜IL1に埋め込まれるように形成されており、第1層配線L1は層間絶縁膜IL1と接して形成されている。層間絶縁膜IL1と第1層配線L1とは同じ膜厚(高さ)を有しており、それらの上面は平坦になっており、同じ高さに位置している。つまり、第1層配線L1は層間絶縁膜IL1を貫通して形成されている。層間絶縁膜IL1は、例えば半導体基板1Sの上層に形成されたパッシベーション膜PASよりも比誘電率が低いLow−k膜により構成されており、例えば、SiOC膜から構成されている。   A plurality of first layer wirings L1 are formed on the contact interlayer insulating film CIL. Specifically, the first layer wiring L1 is formed so as to be embedded in the interlayer insulating film IL1 formed on the contact interlayer insulating film CIL on which the plug PL1 is formed, and the first layer wiring L1 is formed in the interlayer insulating film IL1. It is formed in contact with. The interlayer insulating film IL1 and the first layer wiring L1 have the same film thickness (height), and their upper surfaces are flat and located at the same height. That is, the first layer wiring L1 is formed so as to penetrate the interlayer insulating film IL1. The interlayer insulating film IL1 is composed of, for example, a Low-k film having a relative dielectric constant lower than that of the passivation film PAS formed in the upper layer of the semiconductor substrate 1S, and is composed of, for example, a SiOC film.

第1層配線L1は、層間絶縁膜IL1を貫通して底部でプラグPL1が露出する配線溝に銅(Cu)を主体とする膜(以下、銅膜と記載する)を埋め込んだ後に層間絶縁膜IL1上の銅膜を研磨して除去することにより形成された、ダマシン配線である。このとき、配線溝の下部には、第1層配線L1を形成すると同時に、第1層配線L1と下部の導体膜(例えばプラグPL1)とを電気的に接続する接続部であるビアを形成してはいない。すなわち、第1層配線L1はシングルダマシン法により形成されたシングルダマシン配線である。図1には示していないが、配線溝の内壁および底部と銅膜との間には、上述したプラグと同様にタンタル(Ta)などを含むバリア導体膜が形成されている。本願では、第1層配線L1および第1層配線L1と同層の層間絶縁膜IL1を含む層を第1ファイン層と呼ぶこともある。なお、図示はしていないが、コンタクト層間絶縁膜CILと層間絶縁膜IL1との間には窒化シリコンなどからなるエッチングストッパ膜があるものとする。   The first layer wiring L1 is an interlayer insulating film after a film (hereinafter referred to as a copper film) mainly composed of copper (Cu) is buried in a wiring groove that penetrates the interlayer insulating film IL1 and exposes the plug PL1 at the bottom. This is a damascene wiring formed by polishing and removing the copper film on IL1. At this time, the first layer wiring L1 is formed in the lower portion of the wiring trench, and at the same time, a via which is a connection portion for electrically connecting the first layer wiring L1 and the lower conductor film (for example, the plug PL1) is formed. Not. That is, the first layer wiring L1 is a single damascene wiring formed by a single damascene method. Although not shown in FIG. 1, a barrier conductor film containing tantalum (Ta) or the like is formed between the inner wall and bottom of the wiring groove and the copper film, as in the plug described above. In the present application, the layer including the first layer wiring L1 and the interlayer insulating film IL1 in the same layer as the first layer wiring L1 may be referred to as a first fine layer. Although not shown, it is assumed that there is an etching stopper film made of silicon nitride or the like between the contact interlayer insulating film CIL and the interlayer insulating film IL1.

ここでは、ダマシン法を用いて絶縁膜の同層に配線のみを形成した場合の当該配線をシングルダマシン配線と呼ぶものとする。また、ダマシン法を用いて絶縁膜に開口した配線溝およびビアホールを同一工程で埋め込み、配線およびビアの形成を同時に行うことで一体となった配線およびビアを形成する方法をデュアルダマシン法と呼ぶものとする。   Here, the wiring in the case where only the wiring is formed in the same layer of the insulating film by using the damascene method is referred to as single damascene wiring. Also, the method of forming the integrated wiring and via by filling the wiring groove and via hole opened in the insulating film using the damascene method in the same process and simultaneously forming the wiring and via is called the dual damascene method. And

また、図ではMISFETQ1のゲート電極G1にプラグPL1が接続され、MISFETQ2のソース・ドレイン領域であるn型拡散層NSにプラグPL1が接続されているが、図示されていない他の領域ではMISFETQ2のゲート電極G2にプラグが接続されており、MISFETQ1のソース・ドレイン領域であるn型拡散層NSにプラグが接続されている。図示はしていないが、ゲート電極G1、G2、n型拡散層NSおよびp型拡散層PSのそれぞれの上面には例えばニッケルシリサイドなどからなる金属シリサイド層が形成されており、ゲート電極G1、G2、n型拡散層NSおよびp型拡散層PSとそれらの上部のプラグPL1との接触抵抗を低減している。   In the figure, the plug PL1 is connected to the gate electrode G1 of the MISFET Q1, and the plug PL1 is connected to the n-type diffusion layer NS that is the source / drain region of the MISFET Q2. In other regions not shown, the gate of the MISFET Q2 is connected. A plug is connected to the electrode G2, and the plug is connected to the n-type diffusion layer NS which is the source / drain region of the MISFET Q1. Although not shown, a metal silicide layer made of, for example, nickel silicide is formed on the upper surfaces of the gate electrodes G1, G2, the n-type diffusion layer NS, and the p-type diffusion layer PS, and the gate electrodes G1, G2 The contact resistance between the n-type diffusion layer NS and the p-type diffusion layer PS and the plug PL1 above them is reduced.

第1層配線L1を形成した層間絶縁膜IL1上には、層間絶縁膜IL2および層間絶縁膜IL2と接する複数の第2層配線L2が形成されている。具体的には、第1層配線L1を形成した層間絶縁膜IL1上にバリア絶縁膜BI1が形成され、このバリア絶縁膜BI1上に層間絶縁膜IL2が形成されている。バリア絶縁膜BI1は、例えば、SiCN膜と前記SiCN膜上に設けられたSiOC膜との積層膜、SiC膜、アモルファスカーボン膜、フッ化ホウ素膜またはSiN膜からなる。バリア絶縁膜BI1および層間絶縁膜IL2には、ダマシン配線である複数の第2層配線L2および複数の接続ビアPL2が埋め込まれるように形成されている。第2層配線L2は、接続ビアPL2を介して第1層配線L1と電気的に接続されている。第2層配線L2および接続ビアPL2は、例えば、銅を主体とする金属膜から形成されている。バリア絶縁膜BI1は銅を主体とする金属配線(例えば第1層配線L1)と層間絶縁膜(例えば層間絶縁膜IL2)との間に形成され、前記金属配線内の金属イオンが前記層間絶縁膜内に拡散することを防ぐ機能を有する膜である。   On the interlayer insulating film IL1 on which the first layer wiring L1 is formed, an interlayer insulating film IL2 and a plurality of second layer wirings L2 in contact with the interlayer insulating film IL2 are formed. Specifically, a barrier insulating film BI1 is formed on the interlayer insulating film IL1 on which the first layer wiring L1 is formed, and an interlayer insulating film IL2 is formed on the barrier insulating film BI1. The barrier insulating film BI1 is made of, for example, a laminated film of a SiCN film and a SiOC film provided on the SiCN film, a SiC film, an amorphous carbon film, a boron fluoride film, or a SiN film. The barrier insulating film BI1 and the interlayer insulating film IL2 are formed so that a plurality of second layer wirings L2 and a plurality of connection vias PL2 which are damascene wirings are embedded. The second layer wiring L2 is electrically connected to the first layer wiring L1 through the connection via PL2. The second layer wiring L2 and the connection via PL2 are made of, for example, a metal film mainly composed of copper. The barrier insulating film BI1 is formed between a metal wiring mainly made of copper (for example, the first layer wiring L1) and an interlayer insulating film (for example, the interlayer insulating film IL2), and metal ions in the metal wiring are formed in the interlayer insulating film. It is a film having a function of preventing diffusion into the inside.

第2層配線L2は層間絶縁膜IL2に形成された配線溝内に形成され、接続ビアPL2は層間絶縁膜IL2に形成された前記配線溝の底部から第1層配線L1にかけて貫通するビアホール内に同一工程により埋め込まれた銅膜からなる導体膜である。具体的には、複数の前記配線溝および複数の前記ビアホールが形成された層間絶縁膜IL2上に銅膜を形成することで複数の前記配線溝内および複数の前記ビアホール内を前記銅膜で埋め込んだ後に、層間絶縁膜IL2上の銅膜を研磨して除去することで第2層配線L2および接続ビアPL2をそれぞれ複数形成している。つまり、第2層配線L2および接続ビアPL2はデュアルダマシン法により形成されている。   The second layer wiring L2 is formed in a wiring groove formed in the interlayer insulating film IL2, and the connection via PL2 is formed in a via hole penetrating from the bottom of the wiring groove formed in the interlayer insulating film IL2 to the first layer wiring L1. It is a conductor film made of a copper film embedded by the same process. Specifically, a copper film is formed on the interlayer insulating film IL2 in which the plurality of wiring grooves and the plurality of via holes are formed, thereby filling the plurality of wiring grooves and the plurality of via holes with the copper film. Thereafter, the copper film on the interlayer insulating film IL2 is polished and removed to form a plurality of second layer wirings L2 and a plurality of connection vias PL2. That is, the second layer wiring L2 and the connection via PL2 are formed by a dual damascene method.

MISFETQ1のゲート電極G1にプラグPL1を介して接続された第1層配線L1の上面には、前述した接続ビアPL2の他に接続ビアPL2と同様の構造を有するダミービアDP2が接して形成され、ダミービアDP2上には第2層配線L2と同様に形成されたダミー配線D2が形成されている。ダミービアDP2およびダミー配線D2は接続ビアPL2および第2層配線L2と同じ工程によりデュアルダマシン法を用いて形成された銅膜により構成されており、配線および接続ビアが一体となった構造を有している。ただし第2層配線L2はその上面に接続された上層の接続ビアPL3を介して上層配線と接続され、半導体装置の回路の一部として使用されるのに対し、ダミー配線D2はその上面は導体に接続されておらず、ダミービアDP2を介して第1層配線L1にのみ接続されている。つまり、ダミー配線D2はダミービアDP2を介して第1層配線L1に電気的に接続されているが、図1に示す半導体装置において電気的に機能しない配線である。ダミービアDP2および接続ビアPL2は第1層配線L1およびプラグPL1を介して、ポリシリコン膜からなるゲート電極G1に電気的に接続されている。   On the upper surface of the first layer wiring L1 connected to the gate electrode G1 of the MISFET Q1 via the plug PL1, in addition to the connection via PL2, the dummy via DP2 having the same structure as the connection via PL2 is formed in contact with the dummy via. A dummy wiring D2 formed in the same manner as the second layer wiring L2 is formed on DP2. The dummy via DP2 and the dummy wiring D2 are made of a copper film formed by using the dual damascene method in the same process as the connection via PL2 and the second layer wiring L2, and have a structure in which the wiring and the connection via are integrated. ing. However, the second-layer wiring L2 is connected to the upper-layer wiring via an upper-layer connection via PL3 connected to the upper surface thereof, and is used as a part of the circuit of the semiconductor device, whereas the dummy wiring D2 has a conductive surface on the upper surface. And is connected only to the first layer wiring L1 through the dummy via DP2. That is, the dummy wiring D2 is electrically connected to the first layer wiring L1 through the dummy via DP2, but is not electrically functioning in the semiconductor device shown in FIG. The dummy via DP2 and the connection via PL2 are electrically connected to the gate electrode G1 made of a polysilicon film via the first layer wiring L1 and the plug PL1.

また、MISFETQ2のn型拡散層NSに電気的に接続された第2層配線L2は、図示されていない他の領域において、その上面または下面に接続されたビアを介して第1層配線L1以外の配線に接続されており、MISFETQ2に所定の電位を供給する回路の一部として機能する。半導体基板1Sの主面に沿う方向におけるダミービアDP2の幅は、同方向における同層の接続ビアPL2と同じ幅となっている。つまり、ダミービアDP2および接続ビアPL2は同じルール(規格)で形成されており、同じ径(直径)を有し、同様の形状を有している。したがって、ダミービアDP2と第1層配線L1とが接する面積と、接続ビアPL2と第1層配線L1とが接する面積とは同じ大きさになる。   Further, the second layer wiring L2 electrically connected to the n-type diffusion layer NS of the MISFET Q2 is other than the first layer wiring L1 via vias connected to the upper surface or the lower surface in other regions not shown. And functions as part of a circuit for supplying a predetermined potential to the MISFET Q2. The width of the dummy via DP2 in the direction along the main surface of the semiconductor substrate 1S is the same as that of the connection via PL2 in the same layer in the same direction. That is, the dummy via DP2 and the connection via PL2 are formed according to the same rule (standard), have the same diameter (diameter), and have the same shape. Therefore, the area where the dummy via DP2 and the first layer wiring L1 are in contact with the area where the connection via PL2 and the first layer wiring L1 are in contact has the same size.

本実施の形態の半導体装置を製造する際は、半導体基板1S側から順にゲート電極、層間絶縁膜または配線などを形成していくため、ゲート電極G1に接続された第1層配線L1が形成された時点で、第1層配線L1は、ゲート絶縁膜により半導体基板1Sと絶縁されているゲート電極G1にのみ接続されており、半導体基板1Sまたは他の配線などには接続されていない。つまり、半導体装置の製造工程において、ゲート電極G1に接続された第1層配線L1は、半導体基板1Sなどから絶縁されたフローティングの状態で、その上部にバリア絶縁膜BI1および層間絶縁膜IL2を形成され、続いてバリア絶縁膜BI1および層間絶縁膜IL2を貫通する配線溝およびビアホールからなる開口部が形成され、第1層配線L1の上面が露出することになる。   When manufacturing the semiconductor device of the present embodiment, a gate electrode, an interlayer insulating film, a wiring, or the like is formed in order from the semiconductor substrate 1S side, so that a first layer wiring L1 connected to the gate electrode G1 is formed. At this time, the first layer wiring L1 is connected only to the gate electrode G1 insulated from the semiconductor substrate 1S by the gate insulating film, and is not connected to the semiconductor substrate 1S or other wiring. That is, in the manufacturing process of the semiconductor device, the first layer wiring L1 connected to the gate electrode G1 is in a floating state insulated from the semiconductor substrate 1S and the like, and the barrier insulating film BI1 and the interlayer insulating film IL2 are formed thereon. Subsequently, an opening made of a wiring trench and a via hole penetrating the barrier insulating film BI1 and the interlayer insulating film IL2 is formed, and the upper surface of the first layer wiring L1 is exposed.

前記配線溝および前記ビアホールはフォトリソグラフィ技術を用いたエッチング法により形成されることが考えられるが、このエッチング法により前記配線溝および前記ビアホールを形成した後には半導体基板1S上にエッチング残渣か残るため、この残渣などを除去するために、半導体基板1Sの主面を薬液により洗浄した後、さらに水(純水)を用いた洗浄を行うこととなる。なお、このように第1層配線L1の上面が露出するエッチングを行った場合、第1層配線L1に電荷が溜まる可能性が高い。   It is conceivable that the wiring groove and the via hole are formed by an etching method using a photolithography technique. However, an etching residue remains on the semiconductor substrate 1S after the wiring groove and the via hole are formed by this etching method. In order to remove the residue and the like, the main surface of the semiconductor substrate 1S is washed with a chemical solution, and then further washed with water (pure water). In addition, when etching is performed so that the upper surface of the first layer wiring L1 is exposed in this way, there is a high possibility that charges are accumulated in the first layer wiring L1.

そして、第2層配線L2と同様にして、第2層配線L2上に第3層配線L3〜第5層配線L5が形成されている。第3層配線L3〜第5層配線L5のそれぞれは、層間絶縁膜IL3〜IL5のそれぞれと接して形成されている。   Similarly to the second layer wiring L2, the third layer wiring L3 to the fifth layer wiring L5 are formed on the second layer wiring L2. Each of third layer wiring L3 to fifth layer wiring L5 is formed in contact with each of interlayer insulating films IL3 to IL5.

具体的には、層間絶縁膜IL2上、ダミー配線D2上および第2層配線L2上には層間絶縁膜IL2および第2層配線と接してバリア絶縁膜BI2が形成され、このバリア絶縁膜BI2上に層間絶縁膜IL3が形成されており、第2層配線および層間絶縁膜IL2のそれぞれの上面はバリア絶縁膜BI2と接している。バリア絶縁膜BI2は例えば、SiCN膜とこのSiCN膜上に設けられたSiOC膜の積層膜、SiC膜、または、SiN膜のうちのいずれか一つから形成されており、層間絶縁膜IL3は、例えば、SiOC膜から形成されている。バリア絶縁膜BI2および層間絶縁膜IL3には、第3層配線L3、L3a、接続ビアPL3が埋め込まれるように形成されている。第3層配線L3は、接続ビアPL3を介して第2層配線L2と電気的に接続されている。第3層配線L3、L3aおよび接続ビアPL3は、例えば、銅膜から形成されており、第3層配線L3およびその下部の接続ビアPL3はデュアルダマシン法により形成された一体の銅膜から形成されている。   Specifically, a barrier insulating film BI2 is formed on the interlayer insulating film IL2, on the dummy wiring D2 and on the second layer wiring L2, in contact with the interlayer insulating film IL2 and the second layer wiring, and on the barrier insulating film BI2. An interlayer insulating film IL3 is formed, and the upper surfaces of the second layer wiring and the interlayer insulating film IL2 are in contact with the barrier insulating film BI2. For example, the barrier insulating film BI2 is formed of any one of a SiCN film and a laminated film of a SiOC film provided on the SiCN film, a SiC film, or a SiN film. For example, it is formed from a SiOC film. In the barrier insulating film BI2 and the interlayer insulating film IL3, third-layer wirings L3 and L3a and a connection via PL3 are formed to be embedded. The third layer wiring L3 is electrically connected to the second layer wiring L2 through the connection via PL3. The third layer wirings L3, L3a and the connection via PL3 are formed from, for example, a copper film, and the third layer wiring L3 and the lower connection via PL3 are formed from an integral copper film formed by a dual damascene method. ing.

なお、第3層配線L3の同層には、下面にビアが接していない第3層配線L3aが形成されている。つまり、第3層配線L3aの下面全体は層間絶縁膜IL3に接し、第3層配線L3aはその下面を通じて他の導体物と電気的に接続されていない。   In the same layer as the third layer wiring L3, a third layer wiring L3a having no via in contact with the lower surface is formed. That is, the entire lower surface of the third layer wiring L3a is in contact with the interlayer insulating film IL3, and the third layer wiring L3a is not electrically connected to other conductors through the lower surface.

本実施の形態の半導体装置を製造する際は、半導体基板1S側から順に層間絶縁膜または配線などを形成していくため、下面に接続ビアが接続されていない第3層配線L3aが形成された時点では、第3層配線L3aはその半導体基板1Sまたは他の配線などとは絶縁されたフローティング状態となる。つまり、半導体装置の製造工程において第3層配線L3a上に形成された接続ビアが、半導体基板1Sなどと接続された配線と接続されるまでは、第3層配線L3aは他の導体と電気的に絶縁されたフローティング状態となる。したがって、第3層配線L3aは形成された時点ではフローティングの状態であり、その上部に前記接続ビアが形成される際には、まず第3層配線L3a上にバリア絶縁膜および層間絶縁膜が形成され、続いて前記バリア絶縁膜および前記層間絶縁膜を貫通する配線溝およびビアホールからなる開口部が形成され、第3層配線L3aの上面が露出することになる。   When manufacturing the semiconductor device of the present embodiment, an interlayer insulating film or wiring is formed in order from the semiconductor substrate 1S side, so that the third layer wiring L3a to which no connection via is connected is formed on the lower surface. At the time, the third layer wiring L3a is in a floating state insulated from the semiconductor substrate 1S or other wiring. That is, until the connection via formed on the third layer wiring L3a in the manufacturing process of the semiconductor device is connected to the wiring connected to the semiconductor substrate 1S or the like, the third layer wiring L3a is electrically connected to other conductors. It becomes a floating state insulated by. Therefore, when the third layer wiring L3a is formed, it is in a floating state. When the connection via is formed on the third layer wiring L3a, first, a barrier insulating film and an interlayer insulating film are formed on the third layer wiring L3a. Subsequently, an opening made of a wiring groove and a via hole penetrating the barrier insulating film and the interlayer insulating film is formed, and the upper surface of the third layer wiring L3a is exposed.

前記配線溝および前記ビアホールはフォトリソグラフィ技術を用いたエッチング法により形成されることが考えられるが、このエッチング工程により前記配線溝および前記ビアホールを形成した後には半導体基板1S上にエッチング残渣が残るため、この残渣などを除去するために、半導体基板1Sの工面を薬液により洗浄した後、さらに水(純水)を用いた洗浄を行うこととなる。   It is conceivable that the wiring groove and the via hole are formed by an etching method using a photolithography technique. However, an etching residue remains on the semiconductor substrate 1S after the wiring groove and the via hole are formed by this etching process. In order to remove the residue and the like, the surface of the semiconductor substrate 1S is washed with a chemical solution, and then further washed with water (pure water).

次に、層間絶縁膜IL3上、第3層配線L3上および第3層配線L3a上には層間絶縁膜IL3、第3層配線L3およびL3aと接してバリア絶縁膜BI3が形成され、このバリア絶縁膜BI3上に層間絶縁膜IL4が形成されている。バリア絶縁膜BI3は、例えば、SiCN膜とこのSiCN膜上に設けられたSiOC膜の積層膜、SiC膜、または、SiN膜のうちのいずれか一つから形成されており、層間絶縁膜IL4は例えばSiOC膜から形成されている。バリア絶縁膜BI3および層間絶縁膜IL4には、第4層配線L4、ダミー配線D4、接続ビアPL4およびダミービアDP4が埋め込むように形成されている。第4層配線L4は、接続ビアPL4を介して第3層配線L3または第3層配線L3aと電気的に接続されている。ダミー配線D4は、ダミービアDP4を介して第3層配線L3aと電気的に接続されている。第4層配線L4、ダミー配線D4、ダミービアDP4および接続ビアPL4は、例えば銅膜で構成され、デュアルダマシン法により形成されている。   Next, a barrier insulating film BI3 is formed on the interlayer insulating film IL3, the third layer wiring L3, and the third layer wiring L3a in contact with the interlayer insulating film IL3 and the third layer wirings L3 and L3a. An interlayer insulating film IL4 is formed over the film BI3. The barrier insulating film BI3 is formed of, for example, any one of a laminated film of a SiCN film and a SiOC film provided on the SiCN film, a SiC film, or a SiN film, and the interlayer insulating film IL4 is For example, it is formed from a SiOC film. In the barrier insulating film BI3 and the interlayer insulating film IL4, a fourth layer wiring L4, a dummy wiring D4, a connection via PL4, and a dummy via DP4 are formed to be embedded. The fourth layer wiring L4 is electrically connected to the third layer wiring L3 or the third layer wiring L3a through the connection via PL4. The dummy wiring D4 is electrically connected to the third layer wiring L3a through the dummy via DP4. The fourth layer wiring L4, the dummy wiring D4, the dummy via DP4, and the connection via PL4 are made of, for example, a copper film and are formed by a dual damascene method.

第3層配線L3aの上面に接して形成された接続ビアPL4および接続ビアPL4と一体となっている第4層配線L4は、その上面または下面に接して形成されたビアを介して第3層配線L3a以外の配線に電気的に接続されている。例えば、第3層配線L3aの上面に接して形成された接続ビアPL4のうちの一つの接続ビアPL4は、その上面に接する接続ビアPL5を介して、後述する第5層配線L5に電気的に接続されており、第3層配線L3aの上面に接して形成された他の接続ビアPL4は、図示されていない領域で他の配線に接続されている。したがって、第3層配線L3はその上面に形成された複数の接続ビアPL4および第4層配線L4を介して他の配線に接続され、半導体装置の回路の一部として機能する。   The connection via PL4 formed in contact with the upper surface of the third layer wiring L3a and the fourth layer wiring L4 integrated with the connection via PL4 are connected to the third layer via the via formed in contact with the upper surface or the lower surface. It is electrically connected to a wiring other than the wiring L3a. For example, one of the connection vias PL4 formed in contact with the upper surface of the third layer wiring L3a is electrically connected to a fifth layer wiring L5 described later via the connection via PL5 in contact with the upper surface. The other connection via PL4 that is connected and formed in contact with the upper surface of the third layer wiring L3a is connected to another wiring in a region not shown. Therefore, the third layer wiring L3 is connected to another wiring via the plurality of connection vias PL4 and the fourth layer wiring L4 formed on the upper surface thereof, and functions as a part of the circuit of the semiconductor device.

第3層配線L3aの上面には、接続ビアPL4および第4層配線L4の形成工程と同一の工程により形成されたダミー配線D4およびダミービアDP4が形成されている。ダミー配線D4はその下部のダミービアDP4を介して第3層配線L3aに接続されているが、ダミー配線D4の上面全体は絶縁膜で覆われており、半導体装置の回路として機能する他の配線には接続されていない。つまり、ダミー配線D4はダミービアDP4を介して第3層配線L3aに接続されているが、ダミー配線D4と第3層配線L3aと接続するダミービアDP4以外の経路を介して他の配線と接続されてはいない。したがって、ダミー配線D4およびダミービアDP4はダミー配線D2およびダミービアDP2と同じく、図1に示す半導体装置の回路としては機能しない配線、つまり電気的に機能しない配線である。   On the upper surface of the third layer wiring L3a, a dummy wiring D4 and a dummy via DP4 formed by the same process as the connection via PL4 and the fourth layer wiring L4 are formed. The dummy wiring D4 is connected to the third layer wiring L3a via the dummy via DP4 below the dummy wiring D4. However, the entire upper surface of the dummy wiring D4 is covered with an insulating film, and other wiring that functions as a circuit of the semiconductor device is used. Is not connected. That is, the dummy wiring D4 is connected to the third layer wiring L3a through the dummy via DP4, but is connected to other wiring through a route other than the dummy via DP4 connecting the dummy wiring D4 and the third layer wiring L3a. No. Therefore, dummy wiring D4 and dummy via DP4 are wiring that does not function as a circuit of the semiconductor device shown in FIG. 1, that is, wiring that does not function electrically, like dummy wiring D2 and dummy via DP2.

半導体基板1Sの主面に沿う方向におけるダミービアDP4の幅は、同方向における同層の接続ビアPL4と同じ幅となっている。つまり、ダミービアDP4および接続ビアPL4は同じルール(規格)で形成されており、同じ径(直径)を有し、同様の形状を有している。   The width of the dummy via DP4 in the direction along the main surface of the semiconductor substrate 1S is the same as that of the connection via PL4 in the same layer in the same direction. That is, the dummy via DP4 and the connection via PL4 are formed according to the same rule (standard), have the same diameter (diameter), and have the same shape.

さらに、層間絶縁膜IL4上、第4層配線L4上およびダミー配線D4上には層間絶縁膜IL4、第4層配線L4およびダミー配線D4と接してバリア絶縁膜BI4が形成され、このバリア絶縁膜BI4上に層間絶縁膜IL5が形成されている。バリア絶縁膜BI4はダミー配線D4の上面全体に接して形成されている。バリア絶縁膜BI4は、例えば、SiCN膜とこのSiCN膜上に設けられたSiOC膜の積層膜、SiC膜、または、SiN膜のうちのいずれか一つから形成されており、層間絶縁膜IL5は例えばSiOC膜から形成されている。このバリア絶縁膜BI4および層間絶縁膜IL5には、第5層配線L5および接続ビアPL5が埋め込まれるように形成されている。第5層配線L5は、接続ビアPL5を介して第4層配線L4と電気的に接続されている。第5層配線L5および接続ビアPL5は、例えば、銅膜から形成されている。ここで、第2層配線L2〜第5層配線L5およびそれらの同層に形成された層間絶縁膜IL2〜IL5をまとめて、本願では第2ファイン層と呼ぶこともある。第2ファイン層である層間絶縁膜IL2〜IL5内には、それぞれ複数の配線が形成されている。   Further, a barrier insulating film BI4 is formed on the interlayer insulating film IL4, the fourth layer wiring L4, and the dummy wiring D4 in contact with the interlayer insulating film IL4, the fourth layer wiring L4, and the dummy wiring D4. An interlayer insulating film IL5 is formed on BI4. The barrier insulating film BI4 is formed in contact with the entire upper surface of the dummy wiring D4. The barrier insulating film BI4 is formed of, for example, any one of a laminated film of a SiCN film and a SiOC film provided on the SiCN film, a SiC film, or a SiN film, and the interlayer insulating film IL5 is For example, it is formed from a SiOC film. The barrier insulating film BI4 and the interlayer insulating film IL5 are formed so that the fifth layer wiring L5 and the connection via PL5 are embedded. The fifth layer wiring L5 is electrically connected to the fourth layer wiring L4 through the connection via PL5. The fifth layer wiring L5 and the connection via PL5 are made of, for example, a copper film. Here, the second layer wiring L2 to the fifth layer wiring L5 and the interlayer insulating films IL2 to IL5 formed in the same layer may be collectively referred to as a second fine layer in the present application. A plurality of wirings are respectively formed in the interlayer insulating films IL2 to IL5 that are the second fine layers.

図1に示すように、第3層配線L3aは、その上部の接続ビアPL4、PL5、第4層配線L4を介して第5層配線L5に電気的に接続されており、当該第5層配線L5は、その下部に形成された第4層配線L4、第3層配線L3、第2層配線L2、第1層配線L1、接続ビアPL2〜PL5およびプラグPL1を介して半導体基板1Sの主面のp型拡散層PSに電気的に接続されている。つまり、第3層配線L3aはその上部に接するビアを介して半導体基板1Sに電気的に接続されている。   As shown in FIG. 1, the third-layer wiring L3a is electrically connected to the fifth-layer wiring L5 via the connection vias PL4 and PL5 and the fourth-layer wiring L4 above the fifth-layer wiring L5a. L5 is a main surface of the semiconductor substrate 1S via the fourth layer wiring L4, the third layer wiring L3, the second layer wiring L2, the first layer wiring L1, the connection vias PL2 to PL5 and the plug PL1 formed in the lower part thereof. The p-type diffusion layer PS is electrically connected. That is, the third layer wiring L3a is electrically connected to the semiconductor substrate 1S through the via in contact with the upper portion thereof.

層間絶縁膜IL5上および第5層配線L5上には層間絶縁膜IL5および第5層配線L5と接してバリア絶縁膜BI5が形成され、このバリア絶縁膜BI5上に層間絶縁膜IL6が形成されている。バリア絶縁膜BI5は、例えば、SiCN膜とこのSiCN膜上に設けられたSiOC膜の積層膜、SiC膜、または、SiN膜のうちのいずれか一つから形成されており、層間絶縁膜IL6は、例えば、SiOC膜から形成されている。このバリア絶縁膜BI5、層間絶縁膜IL6には、第6層配線L6および接続ビアPL6が埋め込まれるように形成されている。第6層配線L6は、接続ビアPL6を介して第5層配線L5と電気的に接続されている。第6層配線L6、および接続ビアPL6は、例えば、銅膜から形成されている。   A barrier insulating film BI5 is formed on the interlayer insulating film IL5 and the fifth layer wiring L5 in contact with the interlayer insulating film IL5 and the fifth layer wiring L5, and an interlayer insulating film IL6 is formed on the barrier insulating film BI5. Yes. The barrier insulating film BI5 is formed of, for example, one of a laminated film of a SiCN film and a SiOC film provided on the SiCN film, a SiC film, or a SiN film, and the interlayer insulating film IL6 is For example, it is formed from a SiOC film. The barrier insulating film BI5 and the interlayer insulating film IL6 are formed so that the sixth layer wiring L6 and the connection via PL6 are embedded. The sixth layer wiring L6 is electrically connected to the fifth layer wiring L5 through the connection via PL6. The sixth layer wiring L6 and the connection via PL6 are formed of, for example, a copper film.

次に、層間絶縁膜IL6上にバリア絶縁膜BI6が形成され、このバリア絶縁膜BI6上に層間絶縁膜IL7が形成されている。バリア絶縁膜BI6は、例えば、SiCN膜とこのSiCN膜上に設けられたSiOC膜の積層膜、SiC膜、または、SiN膜のうちのいずれか一つから形成されており、層間絶縁膜IL7は、例えばSiOC膜から形成されている。このバリア絶縁膜BI6、層間絶縁膜IL7には、第7層配線L7および接続ビアPL7が埋め込まれるように形成されている。第7層配線L7は、接続ビアPL7を介して第6層配線L6と電気的に接続されている。第7層配線L7および接続ビアPL7は、例えば、銅膜から形成されている。ここで、第6層配線L6と第7層配線L7とをまとめて、本願ではセミグローバル層と呼ぶこともある。   Next, a barrier insulating film BI6 is formed on the interlayer insulating film IL6, and an interlayer insulating film IL7 is formed on the barrier insulating film BI6. The barrier insulating film BI6 is formed of, for example, one of a laminated film of a SiCN film and a SiOC film provided on the SiCN film, a SiC film, or a SiN film, and the interlayer insulating film IL7 is For example, it is formed from a SiOC film. The barrier insulating film BI6 and the interlayer insulating film IL7 are formed so that the seventh layer wiring L7 and the connection via PL7 are embedded. The seventh layer wiring L7 is electrically connected to the sixth layer wiring L6 through the connection via PL7. The seventh layer wiring L7 and the connection via PL7 are made of, for example, a copper film. Here, the sixth layer wiring L6 and the seventh layer wiring L7 may be collectively referred to as a semi-global layer in the present application.

さらに、層間絶縁膜IL7上にバリア絶縁膜BI7aが形成され、このバリア絶縁膜BI7a上に層間絶縁膜IL8aが形成されている。そして、層間絶縁膜IL8a上にエッチングストップ絶縁膜BI7bが形成され、このエッチングストップ絶縁膜BI7b上に層間絶縁膜IL8bが形成されている。バリア絶縁膜BI7aは、例えば、SiCN膜とSiOC膜の積層膜、SiC膜、または、SiN膜のうちのいずれか一つから形成されており、エッチングストップ絶縁膜BI7bは、例えば、SiCN膜、SiC膜、または、SiN膜のうちのいずれか一つから形成されており、層間絶縁膜IL8aおよび層間絶縁膜IL8bは、例えば、酸化シリコン膜(SiO膜)、SiOF膜、TEOS膜から形成されている。バリア絶縁膜BI7aおよび層間絶縁膜IL8aには、接続ビアPL8および接続ビアPL8が埋め込まれるように形成されており、エッチングストップ絶縁膜BI7bおよび層間絶縁膜IL8bには、第8層配線L8が埋め込まれるように形成されている。第8層配線L8は、接続ビアPL8を介して第7層配線L7と電気的に接続されている。第8層配線L8および接続ビアPL8は、例えば、銅膜から形成されている。ここで、第8層配線L8を本願ではグローバル層と呼ぶこともある。 Further, a barrier insulating film BI7a is formed on the interlayer insulating film IL7, and an interlayer insulating film IL8a is formed on the barrier insulating film BI7a. An etching stop insulating film BI7b is formed on the interlayer insulating film IL8a, and an interlayer insulating film IL8b is formed on the etching stop insulating film BI7b. The barrier insulating film BI7a is formed of, for example, one of a laminated film of a SiCN film and a SiOC film, a SiC film, or a SiN film, and the etching stop insulating film BI7b is, for example, a SiCN film, a SiC film The interlayer insulating film IL8a and the interlayer insulating film IL8b are formed of, for example, a silicon oxide film (SiO 2 film), a SiOF film, or a TEOS film. Yes. The barrier insulating film BI7a and the interlayer insulating film IL8a are formed so that the connection via PL8 and the connection via PL8 are embedded, and the eighth-layer wiring L8 is embedded in the etching stop insulating film BI7b and the interlayer insulating film IL8b. It is formed as follows. The eighth layer wiring L8 is electrically connected to the seventh layer wiring L7 through the connection via PL8. The eighth layer wiring L8 and the connection via PL8 are made of, for example, a copper film. Here, the eighth layer wiring L8 may be referred to as a global layer in the present application.

層間絶縁膜IL8b上にはバリア絶縁膜BI8が形成され、このバリア絶縁膜BI8上には層間絶縁膜IL9が形成されている。バリア絶縁膜BI8は、例えば、SiCN膜とSiOC膜の積層膜、SiC膜、または、SiN膜のうちのいずれか一つから形成されており、層間絶縁膜IL9は、例えば、酸化シリコン膜(SiO膜)、SiOF膜、TEOS膜から形成されている。バリア絶縁膜BI8および層間絶縁膜IL9には、接続ビアPL9が埋め込まれるように形成されている。そして、層間絶縁膜IL9上には第9層配線L9が形成されている。第9層配線L9は、接続ビアPL9を介して第8層配線L8と電気的に接続されている。接続ビアPL9と第9層配線L9は、例えば、アルミニウム膜から形成されている。 A barrier insulating film BI8 is formed on the interlayer insulating film IL8b, and an interlayer insulating film IL9 is formed on the barrier insulating film BI8. The barrier insulating film BI8 is formed of, for example, any one of a laminated film of a SiCN film and a SiOC film, a SiC film, or a SiN film, and the interlayer insulating film IL9 is formed of, for example, a silicon oxide film (SiO 2 2 film), a SiOF film, and a TEOS film. A connection via PL9 is embedded in the barrier insulating film BI8 and the interlayer insulating film IL9. A ninth layer wiring L9 is formed on the interlayer insulating film IL9. The ninth layer wiring L9 is electrically connected to the eighth layer wiring L8 through the connection via PL9. The connection via PL9 and the ninth layer wiring L9 are made of, for example, an aluminum film.

第9層配線L9上には、表面保護膜となるパッシベーション膜PASが形成されており、このパッシベーション膜PASに形成された開口部から第9層配線L9の一部が露出している。この第9層配線L9のうち露出している領域がパッドPDとなる。パッシベーション膜PASは、半導体装置を不純物の侵入から保護する機能を有し、例えば、酸化シリコン膜とこの酸化シリコン膜上に設けられた窒化シリコン膜から形成されている。そして、パッシベーション膜PAS上にはポリイミド膜PIが形成されている。このポリイミド膜PIもパッドPDの形成されている領域を開口している。パッドPDは、図1に示す半導体装置を含む半導体チップの電極となる領域であり、半導体チップがマウントされるパッケージ内において他の導電部材と金属ワイヤなどを介して電気的に接続される領域である。   A passivation film PAS serving as a surface protective film is formed on the ninth layer wiring L9, and a part of the ninth layer wiring L9 is exposed from the opening formed in the passivation film PAS. The exposed region of the ninth layer wiring L9 becomes the pad PD. The passivation film PAS has a function of protecting the semiconductor device from intrusion of impurities, and is formed of, for example, a silicon oxide film and a silicon nitride film provided on the silicon oxide film. A polyimide film PI is formed on the passivation film PAS. This polyimide film PI also opens an area where the pad PD is formed. The pad PD is a region that becomes an electrode of a semiconductor chip including the semiconductor device shown in FIG. 1, and is a region that is electrically connected to another conductive member via a metal wire or the like in a package on which the semiconductor chip is mounted. is there.

図1に示すバリア絶縁膜BI1〜BI8は、それぞれのバリア絶縁膜の下面に接する銅膜内のCu(銅)がそれぞれのバリア絶縁膜上の層間絶縁膜などに拡散することを防ぐ働きを有するライナー膜であり、それぞれのバリア絶縁膜上の層間絶縁膜にビアホールを形成する際のエッチングストッパ膜としても機能する。   The barrier insulating films BI1 to BI8 shown in FIG. 1 have a function of preventing Cu (copper) in a copper film in contact with the lower surface of each barrier insulating film from diffusing into an interlayer insulating film or the like on each barrier insulating film. It is a liner film and also functions as an etching stopper film when a via hole is formed in the interlayer insulating film on each barrier insulating film.

以上に説明したように、本実施の形態の半導体装置は複数の層のそれぞれに形成された配線を有し、そのうちの一部の配線であって、半導体装置内において回路の一部として電気的に機能する配線は、その上面に接しているビアであって電気的に機能しないダミービアを有している。また、このダミービアの上部にはダミー配線が形成されている。このようにダミービアの下面に直接接続された配線は、製造工程において、一時的に他の導体と絶縁されたフローティング状態となり、フローティング状態でその上部に絶縁膜が形成され、続いて前記絶縁膜に開口部が形成された後に、洗浄水により前記開口部の底部において上面の一部を洗浄されることとなる配線である。   As described above, the semiconductor device of this embodiment includes wirings formed in each of a plurality of layers, and is part of the wiring, and is electrically connected as part of the circuit in the semiconductor device. The wiring that functions in this manner has a via that is in contact with the upper surface of the wiring and does not function electrically. A dummy wiring is formed above the dummy via. In this way, the wiring directly connected to the lower surface of the dummy via is temporarily in a floating state insulated from other conductors in the manufacturing process, and an insulating film is formed in the floating state in the floating state. After the opening is formed, a part of the upper surface is cleaned at the bottom of the opening by cleaning water.

本発明者らは、このようにフローティング状態の配線が洗浄水に晒されたときに、前記配線上に形成されたビアホールの底部の近傍の前記配線が一部消失しボイド(空隙)が形成され、配線が高抵抗となるか、または配線が寸断されることで回路が動作しなくなる不具合が生じることを知り、配線の消失が発生しないような半導体装置について検討した。   When the floating wiring is exposed to cleaning water in this way, the wiring near the bottom of the via hole formed on the wiring partially disappears and a void (gap) is formed. Knowing that the wiring becomes high resistance, or that the wiring is cut off, there is a problem that the circuit does not operate, and a semiconductor device in which the disappearance of the wiring does not occur was studied.

ここで、比較例として、配線を構成する銅が溶け出した場合の半導体装置の断面図を図33に示す。図33は比較例である半導体装置の要部を拡大した断面図であり、図33に示す第1層配線L1bは、例えば図1に示す第1層配線L1に対応する配線であり、第1層配線L1bの下面と、第1層配線L1bの下部のゲート電極G1の上面とはプラグPL1により電気的に接続されている。また、第1層配線L1bの直上には第2層配線L2が配置され、第1層配線L1bおよび第2層配線L2の間には、第1層配線L1bと第2層配線L2とを接続するための接続ビアPL2が形成されている。第2層配線L2上には接続ビアPL3を介して第3層配線L3が形成されており、第3層配線L3の上部にはさらに複数層の配線が接続されているが、図33では第3層配線L3よりも上層の構造の図示を省略している。   Here, as a comparative example, FIG. 33 shows a cross-sectional view of the semiconductor device in the case where copper constituting the wiring is melted. 33 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a semiconductor device as a comparative example. A first layer wiring L1b shown in FIG. 33 is a wiring corresponding to the first layer wiring L1 shown in FIG. The lower surface of the layer wiring L1b and the upper surface of the gate electrode G1 below the first layer wiring L1b are electrically connected by a plug PL1. A second layer wiring L2 is disposed immediately above the first layer wiring L1b, and the first layer wiring L1b and the second layer wiring L2 are connected between the first layer wiring L1b and the second layer wiring L2. A connection via PL2 for this purpose is formed. A third layer wiring L3 is formed on the second layer wiring L2 through a connection via PL3, and a plurality of layers of wiring are further connected to the upper portion of the third layer wiring L3. Illustration of the structure above the three-layer wiring L3 is omitted.

第1層配線L1の上部には電気的に機能する接続ビアPL2は形成されているが、電気的に機能しないダミービアは形成されていない。第1層配線L1は比較的長い銅配線であって、ドライエッチングなどの半導体プロセスにより電荷が溜まりやすい性質を有している。また、第1層配線L1の上面に形成された接続ビアPL2の数は極端に少ない構成となっている。なお、第1層配線L1の長さが比較的短かったとしても、その下部に接続されたゲート電極G1などが長く広い面積を有している場合、ゲート電極G1と接続されている第1層配線L1は電荷が溜まりやすい構造となる。   A connection via PL2 that functions electrically is formed above the first layer wiring L1, but a dummy via that does not function electrically is not formed. The first layer wiring L1 is a relatively long copper wiring and has a property that charges are likely to be accumulated by a semiconductor process such as dry etching. Further, the number of connection vias PL2 formed on the upper surface of the first layer wiring L1 is extremely small. Even if the length of the first layer wiring L1 is relatively short, when the gate electrode G1 connected to the lower portion of the first layer wiring L1 has a long and wide area, the first layer connected to the gate electrode G1 is used. The wiring L1 has a structure in which charges are easily accumulated.

上述したように、接続ビアPL2が埋め込まれたビアホールの底部の近傍の第1層配線L1bは一部が消失してボイドVOが形成されており、本来ならば第1層配線L1bの上面と接続ビアPL2とが接していなければならないが、ここではボイドVOが形成されることにより第1層配線L1bと第2層配線L2とが絶縁された状態となっている。これにより第1層配線L1bと第2層配線L2とが電気的に接続されない場合、または第1層配線L1bと第2層配線L2との接続される界面の面積が減少した場合、半導体装置の配線の抵抗値が上昇し、または配線が完全に寸断されるため、回路が正常に動作しなくなる。このように銅配線の一部が消失する理由は、以下の通りである。   As described above, the first layer wiring L1b in the vicinity of the bottom of the via hole in which the connection via PL2 is embedded partially disappears and a void VO is formed, which is originally connected to the upper surface of the first layer wiring L1b. The via PL2 must be in contact, but here, the void VO is formed so that the first layer wiring L1b and the second layer wiring L2 are insulated. Accordingly, when the first layer wiring L1b and the second layer wiring L2 are not electrically connected, or when the area of the interface between the first layer wiring L1b and the second layer wiring L2 is reduced, the semiconductor device Since the resistance value of the wiring increases or the wiring is completely broken, the circuit does not operate normally. The reason why a part of the copper wiring disappears is as follows.

配線の消失は、半導体装置の製造工程においてフローティング状態となる配線上に接続ビアを形成する前の工程で、前記接続ビアを埋め込むためのビアホールを形成した後に前記配線を形成した半導体基板の表面を洗浄する際、洗浄に用いる洗浄水(純水)に配線を構成する銅が溶け出すことにより起こるものである。   The disappearance of the wiring is a process before forming the connection via on the wiring that is in a floating state in the manufacturing process of the semiconductor device, and after forming the via hole for embedding the connection via, the surface of the semiconductor substrate on which the wiring is formed is formed. This occurs when the copper constituting the wiring dissolves into the cleaning water (pure water) used for cleaning.

製造工程においてフローティング状態にある配線は半導体基板または他の導体と絶縁されているため、ドライエッチングなどの半導体プロセスにより帯電(チャージアップ)しやすい。その結果、フローティング状態にある配線には大きな電荷が溜まり、その後、帯電した前記電荷が前記配線への洗浄によって洗浄水中へ移動した際に、前記ビアホールの底部に露出した配線を構成する銅(Cu)が電子(負の電荷)を奪われて銅イオン(Cu2+)となって洗浄水中に溶け出すことで、配線の部分的な消失が起こる。このとき、配線に帯電した電荷は、配線を構成する銅を溶かし、酸化させ、イオン化させるような電気化学的反応を起こしながら洗浄水中に放出される。 Since the wiring in the floating state in the manufacturing process is insulated from the semiconductor substrate or other conductors, it is easily charged (charged up) by a semiconductor process such as dry etching. As a result, a large charge accumulates in the wiring in the floating state, and then the copper (Cu) constituting the wiring exposed at the bottom of the via hole when the charged charge is moved into the cleaning water by cleaning the wiring. ) Is deprived of electrons (negative charges) and becomes copper ions (Cu 2+ ) and dissolves into the cleaning water, resulting in partial disappearance of the wiring. At this time, the electric charge charged in the wiring is released into the cleaning water while causing an electrochemical reaction that dissolves, oxidizes, and ionizes copper constituting the wiring.

洗浄水による洗浄工程を行う時間が長いほど、配線の消失量は大きくなる。また、ビアホールの径が小さい場合、またはビアホールの数が少ない場合は、ビアホールの底部で露出する配線の上面の面積が小さくなるため、洗浄水中に流れ出る電荷が狭い領域に集中して流れることになり、配線を構成する銅が消失しやすくなる。また、配線に帯電する電荷は配線の長さが長い場合、つまり配線の面積または体積が大きい場合により大きくなる。   The longer the time for performing the cleaning process with the cleaning water, the greater the amount of lost wiring. Also, if the via hole diameter is small or the number of via holes is small, the area of the upper surface of the wiring exposed at the bottom of the via hole becomes small, so that the electric charge flowing into the cleaning water will flow in a narrow area. The copper constituting the wiring tends to disappear. Further, the electric charge charged to the wiring becomes larger when the length of the wiring is long, that is, when the wiring area or volume is large.

本発明者らは、半導体基板上に評価用のテストパターンを形成したTEG(Test Element Group)を用い、長さが異なる複数の配線についてボイドの発生具合を調べた。なお、TEGの配線はコンタクトプラグにより半導体基板と接続されていない1層の配線であり、このTEGを用いることで、フローティング配線に対する副作用をより感度良く評価することが可能である。図37は配線の長さに対するボイドの長さの関係を示すグラフであり、横軸に配線の長さを示し、縦軸にボイドの長さを示している。グラフの縦軸の値が大きくなるほど、配線を構成する銅が溶け出す量が多くなり、形成されたボイドの長さが長くなる。ここでは、図37に示すように、配線の長さが約1mm以上の場合には銅配線が一部消失してボイドが形成されることが判明した。つまり、配線の長さが1000μmよりも小さい場合にはボイドが発生していない。しかし、電子顕微鏡を用いた観察による外観異常も含めると配線の長さが0.7mm以上になると異常、すなわちボイドの発生を確認することができる。したがって、コンタクトプラグにより半導体基板と接続されていない1層の配線の場合、配線の長さが0.7mm以上になるとボイドが発生する。   The inventors of the present invention used TEG (Test Element Group) in which a test pattern for evaluation was formed on a semiconductor substrate, and examined the occurrence of voids for a plurality of wirings having different lengths. Note that the TEG wiring is a one-layer wiring that is not connected to the semiconductor substrate by a contact plug. By using this TEG, it is possible to evaluate the side effects on the floating wiring with higher sensitivity. FIG. 37 is a graph showing the relationship between the length of the void and the length of the wiring. The horizontal axis indicates the length of the wiring, and the vertical axis indicates the length of the void. As the value of the vertical axis of the graph increases, the amount of copper that forms the wiring increases, and the length of the formed void increases. Here, as shown in FIG. 37, when the length of the wiring is about 1 mm or more, it has been found that a part of the copper wiring disappears and a void is formed. That is, no void is generated when the length of the wiring is smaller than 1000 μm. However, including an appearance abnormality by observation using an electron microscope, an abnormality, that is, generation of a void can be confirmed when the wiring length becomes 0.7 mm or more. Therefore, in the case of a single-layer wiring that is not connected to the semiconductor substrate by the contact plug, a void is generated when the wiring length becomes 0.7 mm or more.

このような配線の消失が発生した場合、前記洗浄を行った後の工程により前記接続ビアおよびその上層の配線を形成しても、配線が消失した領域に銅を埋め込むことは困難であるため、配線抵抗が上昇し、半導体装置を構成する回路が正常に動作しなくなる可能性が高い。したがって、製造工程においてフローティング状態となる配線を含む半導体装置では、配線が消失した場合に回路が正常に動作しなくなることで、半導体装置の信頼性が低下する問題がある。上記のように配線の一部が溶け出して消失する現象は、第1層配線または第3層配線などに限らず、他の層の配線であっても、製造工程においてフローティング状態となる銅配線を露出するビアホールを形成する箇所で起こる可能性がある。   When such a loss of wiring occurs, even if the connection via and its upper layer wiring are formed in the process after the cleaning, it is difficult to bury copper in the region where the wiring has disappeared, There is a high possibility that the wiring resistance will rise and the circuits constituting the semiconductor device will not operate normally. Therefore, in a semiconductor device including a wiring that is in a floating state in the manufacturing process, there is a problem that the reliability of the semiconductor device is lowered because the circuit does not operate normally when the wiring disappears. The phenomenon that part of the wiring melts and disappears as described above is not limited to the first-layer wiring or the third-layer wiring, and the copper wiring that is in a floating state in the manufacturing process even in the wiring of other layers This may occur at a location where a via hole is exposed.

また、銅配線が消失しなかったとしても、銅配線の上面の一部の領域において高い電荷密度で電荷が移動すれば、当該一部の領域の銅が酸化されて銅の酸化膜が形成されるなどして、銅配線とその上部に形成される接続ビアとの界面の抵抗が高くなる虞がある。   Even if the copper wiring does not disappear, if the charge moves at a high charge density in a partial region of the upper surface of the copper wiring, the copper in the partial region is oxidized to form a copper oxide film. For example, the resistance at the interface between the copper wiring and the connection via formed thereon may be increased.

上記の問題は図1に示すゲート電極G1に接続された第1層配線L1または下面に接続ビアが形成されていない第3層配線L3aのように、製造工程中にフローティング状態となる銅配線において起きるものである。したがって、第5層配線L5のように、形成された時点で既に第4層配線L4、第3層配線L3、第2層配線L2、第1層配線L1、接続ビアPL2〜PL5およびプラグPL1を介して半導体基板1Sの主面に接続されているような配線は、例えばドライエッチング工程により加工されるなどしても、その配線内に大きな電荷が溜まることはない。   The above problem is caused in the copper wiring that is in a floating state during the manufacturing process, such as the first layer wiring L1 connected to the gate electrode G1 shown in FIG. 1 or the third layer wiring L3a in which the connection via is not formed on the lower surface. It is what happens. Therefore, like the fifth-layer wiring L5, the fourth-layer wiring L4, the third-layer wiring L3, the second-layer wiring L2, the first-layer wiring L1, the connection vias PL2 to PL5, and the plug PL1 are already formed at the time of formation. For example, even if the wiring connected to the main surface of the semiconductor substrate 1S is processed by, for example, a dry etching process, a large charge does not accumulate in the wiring.

また、製造工程においてフローティング状態となる配線の長さが短ければ帯電する電荷量は小さいため、接続ビアなどを含めた配線の長さが短い配線では、上記のように大きな電荷が溜まった後に洗浄水中に流れ出ることに起因して、配線を構成する銅が溶け出して配線が一部消失するような問題は起こらない。具体的には、配線がコンタクトプラグにより半導体基板と接続されている場合は、以下に説明するように、接続ビアを含めた配線の長さが4mm未満の場合にはボイドまたは高抵抗層は形成されないため、配線の高抵抗化が起こらない。   In addition, if the length of the wiring that is in the floating state in the manufacturing process is short, the amount of charge to be charged is small. Therefore, in the case of the wiring having a short length including the connection via, the cleaning is performed after the large charge is accumulated as described above. Due to flowing out into water, there is no problem that the copper constituting the wiring melts and the wiring partially disappears. Specifically, when the wiring is connected to the semiconductor substrate by the contact plug, as described below, when the length of the wiring including the connection via is less than 4 mm, the void or the high resistance layer is formed. Therefore, the resistance of the wiring does not increase.

図38に、半導体基板に接続されたコンタクトプラグを有する配線および半導体基板に接続されたコンタクトプラグを有していない配線の、それぞれの配線の長さと不良発生率との関係を表したグラフを示す。つまり図38は、半導体基板と接続されているコンタクトプラグの有無による配線の不良発生率に対する影響を表わしたグラフである。図38の横軸は配線の積層配線および単層配線のそれぞれの最上面に形成される接続ビア一つ当たりの配線面積を示しており、図38の縦軸は積層配線または単層配線におけるボイドの発生または高抵抗層の発生に起因した配線抵抗の上昇する確率、すなわち不良発生率を示している。黒いひし形のプロットにより構成されるグラフは半導体基板に接続されたコンタクトプラグを有する配線の不良発生率を示し、白い四角のプロットにより構成されるグラフはコンタクトプラグを有していない配線の不良発生率を示している。   FIG. 38 is a graph showing the relationship between the length of each wiring and the defect occurrence rate of a wiring having a contact plug connected to the semiconductor substrate and a wiring having no contact plug connected to the semiconductor substrate. . That is, FIG. 38 is a graph showing the influence on the wiring defect occurrence rate due to the presence or absence of the contact plug connected to the semiconductor substrate. The horizontal axis in FIG. 38 shows the wiring area per connection via formed on the uppermost surface of each of the multilayer wiring and single layer wiring, and the vertical axis in FIG. 38 shows the void in the multilayer wiring or single layer wiring. The probability that the wiring resistance rises due to the occurrence of the high resistance layer or the generation of the high resistance layer, that is, the defect occurrence rate is shown. A graph composed of black rhombus plots shows the defect occurrence rate of wirings having contact plugs connected to the semiconductor substrate, and a graph composed of white square plots shows defect occurrence rates of wirings not having contact plugs. Is shown.

図38に示すように、いずれの配線も配線面積が増加するにつれて不良発生率が上昇する特徴を有している。これは、配線の長さが長く、面積が大きいほど大きな電荷が溜まりやすく、洗浄時に移動する電荷密度が高くなるためにボイドまたは高抵抗層の発生率も上昇するためである。また、半導体基板と接続されているコンタクトプラグが有る場合と無い場合、すなわち半導体基板に接続されたコンタクトプラグに接続されている配線とそうでない配線とでは、コンタクトプラグが有る場合の方が不良発生率が低くなっている。   As shown in FIG. 38, each wiring has a feature that the defect occurrence rate increases as the wiring area increases. This is because as the length of the wiring is longer and the area is larger, larger charges are more likely to accumulate, and the density of charges moving during cleaning increases, so that the incidence of voids or high resistance layers also increases. In addition, when there is a contact plug connected to the semiconductor substrate and when there is no contact plug, that is, between the wiring connected to the contact plug connected to the semiconductor substrate and the wiring that does not, the failure occurs when the contact plug is present The rate is low.

ここでは、半導体基板と接続されたコンタクトプラグが有る積層配線の配線面積が半導体基板と接続されたコンタクトプラグが無い積層配線の配線面積の5〜50倍の配線面積を有するときに、不良発生率が同等となっている。つまり、単層配線が特定の配線長さを有するときに不良の発生が顕著になる場合、積層配線では、その単層配線の配線長さの5〜50倍の配線長さを有するときに不良の発生が顕著になる。コンタクトプラグが無いTEGを用いた評価では単層配線の配線長さが0.7mm以上になったときにボイドの形成が確認され、不良が発生しているため、コンタクトプラグを有する積層配線でも、その配線長さが前記単層配線の5〜50倍である4mm以上の長さになるとボイドの発生が顕著になり、配線抵抗の上昇が問題となる。   Here, when the wiring area of the multilayer wiring having the contact plug connected to the semiconductor substrate is 5 to 50 times the wiring area of the multilayer wiring having no contact plug connected to the semiconductor substrate, the defect occurrence rate Are equivalent. In other words, when the occurrence of a defect becomes significant when the single-layer wiring has a specific wiring length, the laminated wiring has a defect when the wiring length is 5 to 50 times the wiring length of the single-layer wiring. The occurrence of is remarkable. In the evaluation using the TEG without the contact plug, the formation of voids was confirmed when the wiring length of the single-layer wiring became 0.7 mm or more, and a defect occurred. Even in the multilayer wiring having the contact plug, When the wiring length is 4 mm or more, which is 5 to 50 times that of the single-layer wiring, the generation of voids becomes significant, and an increase in wiring resistance becomes a problem.

上記の配線消失の問題に対し、本発明者らは、製造工程においてフローティング状態となる配線上に、半導体装置の動作のための電気的接続には用いられないダミービアを設け、洗浄工程において洗浄水が前記配線と接触する箇所を増やすことで、前記配線に帯電した電荷が洗浄水中に放出される場所を分散させ、一つのビアホール底部において流れる電流密度を低減することが可能となることを見出した。このようにして各ビアホールにおいて移動する電荷の密度を低減すれば、上記のように銅配線が一部消失することを防ぐことができる。また、同様の理由から、銅配線とその上部の接続ビアとの間に銅の酸化膜が形成されることを防ぐことも可能である。つまり、特定の配線と、当該配線の下面に電気的に接続された全ての導体(例えばゲート電極など)との合計の配線長さが4mm以上である場合であっても、銅配線の一部消失し、または接続ビア上面に酸化膜などの高抵抗膜が形成されることに起因する配線抵抗の異常な上昇を防ぐことができる。   In response to the above-described problem of wiring loss, the present inventors provide dummy vias that are not used for electrical connection for the operation of the semiconductor device on wirings that are in a floating state in the manufacturing process. It has been found that by increasing the number of locations in contact with the wiring, it is possible to disperse the places where the charges charged in the wiring are released into the wash water and reduce the current density flowing at the bottom of one via hole. . If the density of charges moving in each via hole is reduced in this way, it is possible to prevent the copper wiring from partially disappearing as described above. For the same reason, it is also possible to prevent a copper oxide film from being formed between the copper wiring and the connection via thereover. That is, even if the total wiring length of a specific wiring and all conductors (eg, gate electrodes) electrically connected to the lower surface of the wiring is 4 mm or more, a part of the copper wiring An abnormal increase in wiring resistance due to disappearance or the formation of a high resistance film such as an oxide film on the upper surface of the connection via can be prevented.

以下に、本実施の形態の半導体装置の効果について説明する。本実施の形態は、2層以上の積層構造を有する多層配線を含み、前記多層配線が主に銅により構成されており、その一部の配線が製造工程においてフローティング状態であるときに前記配線の上部に接続ビアを形成する半導体装置において、前記配線の上面に接する電気的に機能しないダミービアを形成するものである。   The effects of the semiconductor device of this embodiment will be described below. This embodiment includes a multilayer wiring having a laminated structure of two or more layers, and the multilayer wiring is mainly composed of copper, and when the part of the wiring is in a floating state in the manufacturing process, In a semiconductor device in which a connection via is formed on the upper portion, a dummy via that does not function electrically and is in contact with the upper surface of the wiring is formed.

すなわち、本実施の形態の半導体装置では、図1に示すように、ゲート電極G1に接続された第1層配線L1の上面に接するようにダミービアDP2を形成し、第3層配線L3aの上面に接するようにダミービアDP4を形成している。また、ダミービアDP2の上部にはダミービアDP2と一体となっているダミー配線D2を形成しており、ダミービアDP4の上部にはダミービアDP4と一体となっているダミー配線D4を形成している。ダミービアDP2、DP4はその上部おいて一体となっているダミー配線およびダミー配線D2、D4のそれぞれの下面が接している配線以外とは直接電気的に接続されていない。また、ダミー配線D2、D4はその下部で一体となっているダミービア以外には直接電気的に接続されておらず、その上面および側面は絶縁膜(例えばバリア絶縁膜BI2、BI4)に覆われている。つまり、ダミー配線D2、D4はいずれもその側壁および上面が絶縁膜により覆われている。   That is, in the semiconductor device of the present embodiment, as shown in FIG. 1, the dummy via DP2 is formed so as to be in contact with the upper surface of the first layer wiring L1 connected to the gate electrode G1, and is formed on the upper surface of the third layer wiring L3a. A dummy via DP4 is formed in contact therewith. A dummy wiring D2 integrated with the dummy via DP2 is formed above the dummy via DP2, and a dummy wiring D4 integrated with the dummy via DP4 is formed above the dummy via DP4. The dummy vias DP2 and DP4 are not directly electrically connected except for the dummy wiring integrated in the upper part thereof and the wiring that is in contact with the lower surfaces of the dummy wirings D2 and D4. In addition, the dummy wirings D2 and D4 are not directly electrically connected except for the dummy via integrated at the lower portion thereof, and the upper surface and side surfaces thereof are covered with an insulating film (for example, the barrier insulating films BI2 and BI4). Yes. That is, the dummy wirings D2 and D4 are both covered with the insulating film on the side walls and the upper surface.

つまり、ダミービアDP2およびダミー配線D2からなる銅配線は、その下部の第1層配線L1には直接接続されているが、他の配線などとは接続されておらず、電気的に機能しない配線、すなわち半導体装置を構成する回路の動作に寄与しない配線である。ダミービアの下面が接している配線の上面には、ダミービア以外に電気的に機能し、回路の一部を構成する接続ビアが形成されており、前記接続ビアは前記配線上の他の配線に直接接して電気的に接続されている。   That is, the copper wiring composed of the dummy via DP2 and the dummy wiring D2 is directly connected to the lower first layer wiring L1, but is not connected to other wiring and the like and does not function electrically. That is, the wiring does not contribute to the operation of the circuit constituting the semiconductor device. On the upper surface of the wiring that is in contact with the lower surface of the dummy via, a connection via that functions electrically in addition to the dummy via and forms a part of the circuit is formed. The connection via is directly connected to the other wiring on the wiring. It is in contact and electrically connected.

上述したように、ゲート絶縁膜により半導体基板1Sと絶縁されたゲート電極G1に接続されている第1層配線L1、および下面に接続ビアが形成されていない第3層配線L3aは、いずれも製造工程中にフローティング状態となる銅配線である。本実施の形態の半導体装置の大きな特徴は、製造工程中にフローティング状態となる銅配線の上部に電気的に機能する接続ビアが配置されている場合において、前記銅配線の上部に電気的に機能しないダミービアをさらに設けることにある。なお、同層に形成される電気的に機能する接続ビアと電気的に機能しないダミービアは同一の工程により形成されるものであり、同一の構成を有している。   As described above, both the first layer wiring L1 connected to the gate electrode G1 insulated from the semiconductor substrate 1S by the gate insulating film and the third layer wiring L3a having no connection via formed on the lower surface are manufactured. This is a copper wiring that is in a floating state during the process. A major feature of the semiconductor device according to the present embodiment is that an electrically functioning connection via is disposed above the copper wiring that is in a floating state during the manufacturing process. A dummy via is not provided. Note that the electrically functioning connection via formed in the same layer and the dummy via not functioning electrically are formed in the same process and have the same configuration.

このように配線上に電気的に機能しないダミービアを設けるものとすれば、半導体装置の製造工程において、例えば第1層配線L1を形成した後に第1層配線L1上に形成したバリア絶縁膜BI1および層間絶縁膜IL2を貫通し、第1層配線L1を露出するビアホールの数は前記ダミービアを増やした分だけ多くなる。したがって、ドライエッチングなどを行うことで第1層配線L1に電荷が溜まり、その電荷がリンス洗浄に用いられる純水中に流れ出たとしても、ビアホールの底部で第1層配線L1が露出する箇所を増やすことができるため、洗浄水中に流れ出る電荷が狭い領域に集中して流れることを防ぐことができる。これは、製造工程中においてフローティング状態となる第3層配線L3aにおいても同様である。   If a dummy via that does not function electrically is provided on the wiring in this way, in the manufacturing process of the semiconductor device, for example, the barrier insulating film BI1 formed on the first layer wiring L1 after forming the first layer wiring L1 and The number of via holes penetrating through the interlayer insulating film IL2 and exposing the first layer wiring L1 increases as the number of dummy vias increases. Therefore, even if the charge is accumulated in the first layer wiring L1 by performing dry etching or the like and the charge flows into the pure water used for the rinse cleaning, the portion where the first layer wiring L1 is exposed at the bottom of the via hole is exposed. Since it can increase, it can prevent that the electric charge which flows out in washing water concentrates on a narrow area | region, and flows. The same applies to the third layer wiring L3a that is in a floating state during the manufacturing process.

つまり、銅配線の部分的な消失は、半導体プロセスにより配線に溜まった大きな電荷がビアホールの底部に集中して洗浄水中に流れ出ることにより起こるため、これを防ぐ目的で、本実施の形態ではダミービアを設けて配線を露出するビアホールを増やし、配線中から洗浄水中に流れ出る電荷が配線上面の各ビアホールに分散して洗浄水中に放出されるようにしている。したがって、配線上面の各ビアホールから流れ出る電荷量を小さくすることができるため、配線を構成する銅が大電流によって洗浄水中に溶け出ることを防ぐことができる。言い換えれば、ダミービアを形成するビアホールに電荷を分散させ、配線にチャージアップされた電荷が洗浄水中に移動する際の各ビアホールでの電荷移動密度を低減することが可能となるため、銅の溶出による配線の寸断または高抵抗化を防ぐことができる。この効果は、半導体装置の微細化により径が縮小された接続ビアを設ける場合に特に有効となる。   In other words, the partial disappearance of the copper wiring occurs when large charges accumulated in the wiring due to the semiconductor process concentrate on the bottom of the via hole and flow into the cleaning water. The number of via holes that are provided to expose the wiring is increased, and the electric charge flowing out from the wiring into the cleaning water is dispersed in the respective via holes on the upper surface of the wiring and discharged into the cleaning water. Therefore, since the amount of electric charge flowing out from each via hole on the upper surface of the wiring can be reduced, it is possible to prevent the copper constituting the wiring from being dissolved into the cleaning water by a large current. In other words, it is possible to disperse charges in the via holes forming the dummy vias, and to reduce the charge transfer density in each via hole when the charge charged up to the wiring moves into the cleaning water. Wiring breakage or high resistance can be prevented. This effect is particularly effective when providing a connection via with a reduced diameter due to miniaturization of the semiconductor device.

以上に述べたように、本実施の形態ではダミービアの形成によって、電荷の集中移動を防ぎ、銅配線の一部が消失することを防ぐことができるため、銅配線の溶出によって配線抵抗が増加することを防ぎ、半導体装置の信頼性を高めることができる。   As described above, in the present embodiment, the formation of the dummy via can prevent the concentrated movement of electric charges and prevent the disappearance of a part of the copper wiring, so that the wiring resistance increases due to the elution of the copper wiring. This can be prevented and the reliability of the semiconductor device can be improved.

上記の効果は、電荷が洗浄水中に流れ出る箇所、すなわち下層配線がビアホールにより露出される面積を増やすことで得られるため、電荷が流出する箇所を増やす観点から、ダミービアの数は図1のように一つの配線上に一つだけ設けるのではなく、一つの配線上に複数設けることが好ましい。これにより、下層配線の長さが長くて大きな電荷が溜まりやすい場合、または下層配線上に電気的に機能する接続ビアが少ない場合などであっても、効果的に銅配線の消失を防ぐことができる。   The above effect is obtained by increasing the area where the electric charge flows into the cleaning water, that is, the area where the lower layer wiring is exposed by the via hole. From the viewpoint of increasing the area where the electric charge flows out, the number of dummy vias is as shown in FIG. It is preferable not to provide only one on one wiring, but to provide a plurality on one wiring. This effectively prevents loss of copper wiring even when the length of the lower layer wiring is long and large charges tend to accumulate, or when there are few electrically functioning connection vias on the lower layer wiring. it can.

なお、下層配線がビアホールにより露出される面積を増やす目的でダミービアまたは接続ビアの幅を大きくし、例えば下層配線の形状に沿って延在するような大きなビアを形成することも考えられるが、ダミービアの形状と接続ビアの形状は同様に形成し、同じデザインルールで形成することが好ましい。つまり、ダミービアの幅は、電気的に機能する接続ビアと同様に最小のデザインルールで形成し、各ビアの大きさを揃えることが好ましい。これは、同層に幅が異なるビアを形成すると、ビアホールを形成したことによる残渣残りの危険性が増し、不均等な大きさのビアホールが多く存在することにより他の不具合が生じる虞があるためである。図1に示すように、同層の接続ビアとダミービアとは、同じ幅で形成し、寸法を揃えることで各ビアを確実に形成することができる。   Note that it is conceivable to increase the width of the dummy via or the connection via for the purpose of increasing the area where the lower layer wiring is exposed by the via hole, for example, to form a large via extending along the shape of the lower layer wiring. It is preferable that the shape of each and the shape of the connection via are formed in the same manner, and formed with the same design rule. In other words, it is preferable that the width of the dummy via is formed with the minimum design rule as in the case of the electrically functioning connection via, and the size of each via is made uniform. This is because if vias with different widths are formed in the same layer, the risk of residue residue due to the formation of via holes increases, and there may be other problems due to the presence of many unevenly sized via holes. It is. As shown in FIG. 1, the connection vias and dummy vias in the same layer are formed with the same width, and each via can be reliably formed by aligning the dimensions.

また、狭い領域に配線およびビアが密集している半導体装置では、回路の構成に用いる通常の接続ビアよりも大きいダミービアを設けることは困難である場合が多いため、無理に幅が大きいダミービアまたは接続ビアを形成することは、半導体装置の微細化を妨げることとなる。   Also, in semiconductor devices where wiring and vias are densely packed in a narrow area, it is often difficult to provide dummy vias larger than normal connection vias used for circuit configuration. Formation of the via hinders miniaturization of the semiconductor device.

また、逆にダミービアを同層の電気的に機能する接続ビアよりも小さい幅(径)で形成することも考えられるが、上述したようにビアホールにより露出される下層配線の面積を増やすことが重要であるため、ダミービアの幅が接続ビアより小さいと本実施の形態の効果を得ることは難しい。また、ダミービアの幅を接続ビアよりも小さくすると、ダミービアをビアホール内に確実に埋め込んで形成することができず、このことが銅配線の一部消失を引き起こす原因となる。   Conversely, it is conceivable that the dummy via is formed with a width (diameter) smaller than that of the electrically functioning connection via in the same layer, but it is important to increase the area of the lower layer wiring exposed by the via hole as described above. Therefore, if the width of the dummy via is smaller than the connection via, it is difficult to obtain the effect of the present embodiment. Further, if the width of the dummy via is made smaller than that of the connection via, the dummy via cannot be reliably embedded in the via hole, which causes a part of the copper wiring to be lost.

ダミービアは電気的に機能しない配線なので、ビアホール内にビアが完全に埋め込まれないことによりビアホール底部にまでダミービアが充填されず、ダミービアと下層配線との間に空間が生じても電気回路の動作には問題がない。ただし、フローティング状態にある配線上に接続ビアおよびダミービアを形成した後であっても、前記接続ビアを形成する研磨工程の後に行う洗浄工程では、依然として銅配線が一部消失する危険性がある。このとき、前記下層配線の上部に前記下層配線に確実に接続されたダミービアが形成されていれば、上記研磨工程後の洗浄工程において接続ビア上の配線が部分的に消失することを防ぐことができる。   Since dummy vias are wiring that does not function electrically, the vias are not completely embedded in the via holes, so the dummy vias are not filled to the bottom of the via holes, and even if there is a space between the dummy vias and the lower layer wiring, the operation of the electric circuit There is no problem. However, even after the connection via and the dummy via are formed on the wiring in the floating state, there is still a risk that a part of the copper wiring is lost in the cleaning process performed after the polishing process for forming the connection via. At this time, if a dummy via securely connected to the lower layer wiring is formed above the lower layer wiring, the wiring on the connection via can be prevented from being partially lost in the cleaning step after the polishing step. it can.

したがって、ダミービアの径は同層の接続ビアよりも小さくせず、同様の径で形成することによりダミービアを確実に下層配線と接続させて形成し、非導通のリスクを減らすことが重要である。   Therefore, it is important that the diameter of the dummy via is not made smaller than that of the connection via in the same layer, and that the dummy via is formed so as to be surely connected to the lower layer wiring to reduce the risk of non-conduction.

また、本実施の形態の半導体装置の効果を得るためには、デュアルダマシン法で形成されるダミービア上にはダミー配線が一体となって形成されていることが必要となる。これは、後の製造工程についての説明において記載するように、デュアルダマシン法によるビアおよび配線の形成工程ではまずビアホールを形成し、続いて配線溝(トレンチ)をエッチングにより形成した時点でビアホール下部に配線が露出し、その後に行う洗浄工程により配線の一部消失が起こるためである。つまり、ビアホールを形成した直後にはまだ下層配線は露出しておらず、ビアホール上部に配線溝を形成した後の洗浄が問題となる。   In addition, in order to obtain the effect of the semiconductor device of this embodiment, it is necessary that the dummy wiring is integrally formed on the dummy via formed by the dual damascene method. As will be described later in the description of the manufacturing process, in the via and wiring forming process by the dual damascene method, a via hole is first formed, and then a wiring groove (trench) is formed by etching at the bottom of the via hole. This is because the wiring is exposed and a part of the wiring is lost by the cleaning process performed thereafter. That is, immediately after the via hole is formed, the lower layer wiring is not yet exposed, and cleaning after forming the wiring groove on the via hole becomes a problem.

なお、ダミービアおよびその上のダミー配線を他の接続ビアおよびその上の上層配線と同様の形状で形成することで、より確実に安定してダミービアおよびダミー配線を形成することができる。したがって、本実施の形態では図1に示すダミービアDP2、DP4、ダミー配線D2およびD4のように、デュアルダマシン法により形成される接続ビアおよび上層配線と同層のダミービアの上部には、ダミービアと一体となっているダミー配線を形成している。   By forming the dummy via and the dummy wiring thereon with the same shape as the other connection via and the upper layer wiring thereon, the dummy via and the dummy wiring can be formed more reliably and stably. Therefore, in this embodiment, like the dummy vias DP2 and DP4 and the dummy wirings D2 and D4 shown in FIG. 1, the dummy vias are formed integrally with the connection vias formed by the dual damascene method and the dummy vias in the same layer as the upper layer wirings. The dummy wiring is formed.

なお、図1に示す配線のうち、ゲート電極G1に電気的に接続された第3層配線L3なども製造工程中にフローティング状態となる配線であるので、図1には示していないが、この第3層配線L3の上面にもダミービアおよびダミー配線を設けることで、本実施の形態の効果を得ることができる。   Of the wirings shown in FIG. 1, the third-layer wiring L3 and the like that are electrically connected to the gate electrode G1 are also wirings that are in a floating state during the manufacturing process, and are not shown in FIG. By providing the dummy via and the dummy wiring also on the upper surface of the third layer wiring L3, the effect of the present embodiment can be obtained.

次に、図2に本実施の形態の半導体装置の変形例を示す。図2は図1と同様に積層された配線構造を有する半導体装置の断面図である。図2に示す半導体装置は図1に示す半導体装置とほぼ同様の構造を有しているが、半導体基板1Sの上面に形成されている半導体素子と、その同層の第1ファイン層の構造および第1ファイン層の上部に第2層配線L2およびダミービアDP2、ダミー配線D2の配置が図1に示す半導体装置とは異なる。   Next, FIG. 2 shows a modification of the semiconductor device of this embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of a semiconductor device having a stacked wiring structure as in FIG. The semiconductor device shown in FIG. 2 has substantially the same structure as the semiconductor device shown in FIG. 1, but the semiconductor element formed on the upper surface of the semiconductor substrate 1S and the structure of the first fine layer in the same layer and The arrangement of the second layer wiring L2, dummy via DP2, and dummy wiring D2 above the first fine layer is different from the semiconductor device shown in FIG.

まず、半導体基板1Sの上面に形成されている半導体素子は、スイッチング素子などとして使用されるMISFETではなく、容量素子C1およびスプリットゲート型メモリM1である。容量素子C1は、半導体基板上に絶縁膜を介して形成されたポリシリコン膜1と、ポリシリコン膜1上にさらに絶縁膜を介して形成されたポリシリコン膜2により構成され、ポリシリコン膜1およびポリシリコン膜2との間に蓄積される電荷を利用する素子である。なお、ポリシリコン膜1の側壁には絶縁膜からなるサイドウォールが形成され、ポリシリコン膜1よりも狭い幅で形成されているポリシリコン膜2の側面であってポリシリコン膜1の直上にもサイドウォールが形成されている。   First, the semiconductor element formed on the upper surface of the semiconductor substrate 1S is not the MISFET used as a switching element or the like, but the capacitive element C1 and the split gate type memory M1. The capacitive element C1 includes a polysilicon film 1 formed on a semiconductor substrate via an insulating film, and a polysilicon film 2 formed on the polysilicon film 1 via an insulating film. And an element utilizing charges accumulated between the polysilicon film 2 and the polysilicon film 2. Note that a sidewall made of an insulating film is formed on the sidewall of the polysilicon film 1, and is a side surface of the polysilicon film 2 formed with a narrower width than the polysilicon film 1 and also directly above the polysilicon film 1. Side walls are formed.

また、スプリットゲート型メモリM1は、半導体基板1S上面のpウエルPW上に形成されたコントロールMISFETとメモリMISFETとで構成されている不揮発性メモリである。コントロールMISFETのゲート電極(コントロールゲート電極3)は、導電膜として、例えばn型のポリシリコン膜からなり、例えば酸化シリコン膜または酸化ハフニウム(HfSiON)などの高誘電率膜(high−k膜)からなるゲート絶縁膜を介して半導体基板1S上に形成されている。また、メモリMISトFETのゲート電極(メモリゲート電極4)は、導電膜として、例えばn型のポリシリコン膜からなり、コントロールゲート電極3の一方の側壁にゲート絶縁膜5を介して配置されている。   The split gate type memory M1 is a nonvolatile memory including a control MISFET and a memory MISFET formed on the p well PW on the upper surface of the semiconductor substrate 1S. The gate electrode (control gate electrode 3) of the control MISFET is made of, for example, an n-type polysilicon film as a conductive film, and is made of, for example, a high dielectric constant film (high-k film) such as a silicon oxide film or hafnium oxide (HfSiON). The gate insulating film is formed on the semiconductor substrate 1S. Further, the gate electrode (memory gate electrode 4) of the memory MIS FET is made of, for example, an n-type polysilicon film as a conductive film, and is arranged on one side wall of the control gate electrode 3 via the gate insulating film 5. Yes.

メモリゲート電極4は、コントロールゲート電極3およびpウエルPWとはボトム酸化膜、窒化シリコン膜、トップ酸化膜の積層膜からなるゲート絶縁膜5を介して電気的に分離されている。なお、前記窒化シリコンは、電荷保持膜として作用する。コントロールゲート電極3の近傍のpウエルPWには、メモリセルのドレイン領域およびソース領域として機能するn型拡散層NSが形成されている。スプリットゲート型メモリM1は、コントロールゲート電極3、メモリゲート電極4、ゲート絶縁膜5およびn型拡散層NSにより構成されている。スプリットゲート型メモリM1は、ソースサイド注入方式(ソースサイドインジェクション方式)と呼ばれるホットエレクトロンによる書き込み動作、またはバンド開トンネリング現象により発生したホットホールを注入するBTBT(Band to Band Tunneling)消去で行なわれる消去動作を行うことで前記窒化シリコン膜内に電荷を出し入れし、情報の書込みおよび消去を行う不揮発性メモリである。   The memory gate electrode 4 is electrically isolated from the control gate electrode 3 and the p well PW through a gate insulating film 5 made of a laminated film of a bottom oxide film, a silicon nitride film, and a top oxide film. Note that the silicon nitride acts as a charge retention film. An n-type diffusion layer NS that functions as a drain region and a source region of the memory cell is formed in the p well PW in the vicinity of the control gate electrode 3. The split gate type memory M1 includes a control gate electrode 3, a memory gate electrode 4, a gate insulating film 5, and an n-type diffusion layer NS. The split gate type memory M1 is erased by a write operation using hot electrons called a source side injection method (source side injection method) or a BTBT (Band to Band Tunneling) erase method in which hot holes generated by a band open tunneling phenomenon are injected. This is a non-volatile memory in which charges are taken in and out of the silicon nitride film by performing operations, and information is written and erased.

図2に示すように、半導体基板1S上に形成された容量素子C1の下部電極であるポリシリコン膜1の上面にはプラグPL1が接続され、ポリシリコン膜1とその上部の第1層配線L1とを電気的に接続している。容量素子C1の上部電極であるポリシリコン膜2の上面にはプラグPL1およびダミービアDP1が接続されており、プラグPL1はポリシリコン膜2とその上部の第1層配線L1とを電気的に接続し、ダミービアDP1はポリシリコン膜2とその上部のダミー配線D1とを電気的に接続している。なお、ダミービアDP1とプラグPL1とは同一の構造で形成され、同じ径を有する同層の接続部材である。ダミービアDP1およびプラグPL1は同一の製造工程により形成され、主にタングステン(W)を含んでおり、ダミー配線D1および第1層配線L1は同一の製造工程により形成されたシングルダマシン配線である。   As shown in FIG. 2, a plug PL1 is connected to the upper surface of the polysilicon film 1 which is the lower electrode of the capacitive element C1 formed on the semiconductor substrate 1S, and the polysilicon film 1 and the first layer wiring L1 above the polysilicon film 1 are connected. And are electrically connected. A plug PL1 and a dummy via DP1 are connected to the upper surface of the polysilicon film 2 which is the upper electrode of the capacitive element C1, and the plug PL1 electrically connects the polysilicon film 2 and the first layer wiring L1 above it. The dummy via DP1 electrically connects the polysilicon film 2 and the dummy wiring D1 above it. The dummy via DP1 and the plug PL1 are the same layer connection members that are formed in the same structure and have the same diameter. The dummy via DP1 and the plug PL1 are formed by the same manufacturing process and mainly include tungsten (W), and the dummy wiring D1 and the first layer wiring L1 are single damascene wirings formed by the same manufacturing process.

ただしダミービアDP1およびダミー配線D1はポリシリコン膜2にのみ接続されており、図1に示すダミー配線D2、D4、ダミービアDP2およびDP4と同じく、電気的に機能せず、半導体装置を構成する回路の動作に寄与しない配線である。なお、ここでは容量素子C1の上部電極であるポリシリコン膜2に接続されたダミービアDP1およびダミー配線D1について説明したが、容量素子C1の下部電極であるポリシリコン膜1に接続されたダミービアおよび第1層配線L1と同層のダミー配線を設けてもよい。   However, the dummy via DP1 and the dummy wiring D1 are connected only to the polysilicon film 2, and like the dummy wirings D2 and D4 and the dummy vias DP2 and DP4 shown in FIG. This wiring does not contribute to operation. Here, the dummy via DP1 and the dummy wiring D1 connected to the polysilicon film 2 which is the upper electrode of the capacitive element C1 have been described, but the dummy via connected to the polysilicon film 1 which is the lower electrode of the capacitive element C1 and the second A dummy wiring in the same layer as the first layer wiring L1 may be provided.

また、半導体基板1S上に形成されたスプリットゲート型メモリM1を構成するメモリゲート電極4の上面にはプラグPL1が接続されており、プラグPL1はメモリゲート電極4とその上部の第1層配線L1とを電気的に接続している。コントロールゲート電極3およびメモリゲート電極4は絶縁膜によって半導体基板1Sから絶縁されたフローティング状態にある電極であり、それらの電極に接続された上層配線である第1層配線L1は、半導体装置の製造工程においてフローティング状態となる配線である。メモリゲート電極4に電気的に接続された第1層配線L1の上面には、電気的に機能する接続ビアPL2が接続されているとともに、複数のダミービアDP2が接続されている。このように複数のダミービアを、製造工程においてフローティング状態となる配線の上面に接続して形成することにより、上述したようにより効果的に銅配線の一部消失を防ぐことができる。   Further, a plug PL1 is connected to the upper surface of the memory gate electrode 4 constituting the split gate type memory M1 formed on the semiconductor substrate 1S, and the plug PL1 is connected to the memory gate electrode 4 and the first layer wiring L1 above it. And are electrically connected. The control gate electrode 3 and the memory gate electrode 4 are electrodes in a floating state insulated from the semiconductor substrate 1S by an insulating film, and the first layer wiring L1 which is an upper layer wiring connected to these electrodes is used for manufacturing a semiconductor device. The wiring is in a floating state in the process. An electrically functioning connection via PL2 is connected to the upper surface of the first layer wiring L1 electrically connected to the memory gate electrode 4, and a plurality of dummy vias DP2 are connected. As described above, by forming the plurality of dummy vias connected to the upper surface of the wiring that is in a floating state in the manufacturing process, it is possible to more effectively prevent the copper wiring from partially disappearing as described above.

なお、ここではメモリゲート電極4に接続された配線上にダミービアを接続する構成についで説明したが、同様にコントロールゲート電極3に接続された第1層配線L1と同層の配線上部にダミービアを設けてもよい。また、図示はしていないが、コントロールゲート電極3、メモリゲート電極4、ポリシリコン膜1、2、n型拡散層NSおよびp型拡散層PSのそれぞれの上面には例えばニッケルシリサイドなどからなる金属シリサイド層が形成されており、コントロールゲート電極3、メモリゲート電極4、ポリシリコン膜1、2、n型拡散層NSおよびp型拡散層PSとそれらの上部のプラグPL1との接触抵抗を低減している。   Here, the configuration in which the dummy via is connected to the wiring connected to the memory gate electrode 4 has been described. Similarly, the dummy via is formed above the wiring in the same layer as the first layer wiring L1 connected to the control gate electrode 3. It may be provided. Although not shown, a metal made of nickel silicide or the like is formed on the upper surfaces of the control gate electrode 3, the memory gate electrode 4, the polysilicon films 1 and 2, the n-type diffusion layer NS, and the p-type diffusion layer PS, for example. A silicide layer is formed to reduce the contact resistance between the control gate electrode 3, the memory gate electrode 4, the polysilicon films 1 and 2, the n-type diffusion layer NS and the p-type diffusion layer PS and their upper plug PL1. ing.

ここで、図2に示す容量素子C1に接続されたダミー配線D1のように、タングステンを主に含むプラグ(ダミービアDP1)上にシングルダマシン法により形成した銅配線を形成する態様について説明する。ダミー配線D1を形成した目的は、製造工程において、ポリシリコン膜2に蓄積された電荷が高い密度で洗浄水中に移動することに起因する配線抵抗の上昇を防ぐことにある点で、図1に示すダミー配線D2、D4、ダミービアDP2およびDP4と同じである。ただし、シングルダマシン配線であるダミー配線D1を形成しない場合に配線抵抗が上昇することは、ポリシリコン膜2上に接続されたプラグPL1とその上部の第1層配線L1との界面に絶縁膜が形成されることに起因している。   Here, a description will be given of an aspect in which a copper wiring formed by a single damascene method is formed on a plug (dummy via DP1) mainly containing tungsten like a dummy wiring D1 connected to the capacitive element C1 shown in FIG. The purpose of forming the dummy wiring D1 is to prevent an increase in wiring resistance caused by movement of charges accumulated in the polysilicon film 2 at a high density in the cleaning water in the manufacturing process. This is the same as the dummy wirings D2 and D4 and the dummy vias DP2 and DP4 shown. However, when the dummy wiring D1 which is a single damascene wiring is not formed, the wiring resistance increases because an insulating film is formed at the interface between the plug PL1 connected on the polysilicon film 2 and the first layer wiring L1 above the plug PL1. This is due to the formation.

図34に比較例として、タングステンを主に含むプラグPL1と、その上部の第1層配線L1との接続部分を拡大した断面図を示す。図34に示すように、チタン/窒化チタン膜からなるバリア導体膜6と、側壁をバリア導体膜6により覆われたタングステン膜7とからなるプラグ(コンタクトプラグ)PL1がコンタクト層間絶縁膜CILを貫通して形成されている。また、コンタクト層間絶縁膜CIL上には、例えば窒化シリコン膜からなるエッチングストッパ膜ES1を介して層間絶縁膜IL1が形成されており、層間絶縁膜IL1およびエッチングストッパ膜ES1を貫通する配線溝が形成されている。前記配線溝の内壁および底部にタンタル(Ta)およびチタン(Ti)などを含むバリア導体膜8が形成され、前記配線溝を埋め込むようにバリア導体膜8上に銅(Cu)からなる主導体膜9が形成され、バリア導体膜8および主導体膜9により第1層配線L1が構成されている。プラグPL1の上面は第1層配線L1の下面と接続されている。   As a comparative example, FIG. 34 shows an enlarged cross-sectional view of a connection portion between the plug PL1 mainly containing tungsten and the first layer wiring L1 above the plug PL1. As shown in FIG. 34, a plug (contact plug) PL1 made of a barrier conductor film 6 made of a titanium / titanium nitride film and a tungsten film 7 whose side walls are covered with the barrier conductor film 6 penetrates the contact interlayer insulating film CIL. Is formed. On the contact interlayer insulating film CIL, an interlayer insulating film IL1 is formed via an etching stopper film ES1 made of, for example, a silicon nitride film, and a wiring groove penetrating the interlayer insulating film IL1 and the etching stopper film ES1 is formed. Has been. A barrier conductor film 8 including tantalum (Ta) and titanium (Ti) is formed on the inner wall and bottom of the wiring groove, and a main conductor film made of copper (Cu) is formed on the barrier conductor film 8 so as to fill the wiring groove. 9 is formed, and the barrier conductor film 8 and the main conductor film 9 constitute the first layer wiring L1. The upper surface of the plug PL1 is connected to the lower surface of the first layer wiring L1.

しかし、プラグPL1の上面は第1層配線L1の下面との界面には、プラグPL1を構成するタングステン膜7が酸化した絶縁膜である酸化タングステン膜が介在している(図示しない)。プラグPL1と第1層配線L1とは低抵抗で接続していることが重要であるが、この場合、上記のような酸化タングステン膜が形成されているため、配線抵抗が高くなり、半導体装置が正常に動作しなくなる虞がある。   However, a tungsten oxide film, which is an insulating film obtained by oxidizing the tungsten film 7 constituting the plug PL1, is interposed between the upper surface of the plug PL1 and the lower surface of the first layer wiring L1 (not shown). It is important that the plug PL1 and the first layer wiring L1 are connected with a low resistance. In this case, since the tungsten oxide film as described above is formed, the wiring resistance is increased, and the semiconductor device is There is a risk of malfunction.

このように酸化タングステン膜が形成される現象は、上述した銅配線の部分的消失と同様に、半導体装置の製造工程で行われる純水を用いた洗浄工程において、プラグPL1の下部に接続された導体であって、例えば配線、ゲート電極または容量素子の電極などに帯電した電荷がプラグPL1の上面から洗浄水中に移動した際に、タングステン膜7の上面が酸化されることにより起こる。   The phenomenon in which the tungsten oxide film is formed in this manner is connected to the lower part of the plug PL1 in the cleaning process using pure water performed in the manufacturing process of the semiconductor device, similarly to the partial disappearance of the copper wiring described above. For example, this is caused by oxidation of the upper surface of the tungsten film 7 when a charge, which is a conductor, for example, is charged on a wiring, a gate electrode, or an electrode of a capacitive element, moves from the upper surface of the plug PL1 into the cleaning water.

具体的には、プラグPL1および第1層配線L1を形成する際は、まず、コンタクト層間絶縁膜CILに設けたコンタクトホール内にプラグPL1を形成した後に、プラグPL1上およびコンタクト層間絶縁膜CIL上にエッチングストッパ膜ES1および層間絶縁膜IL1を順次形成する。続いて、エッチングストッパ膜ES1および層間絶縁膜IL1を貫通しプラグPL1の上面を露出する配線溝を形成した後に、純水を用いた洗浄(リンス洗浄)により半導体基板の上面のエッチング残渣などを除去する。その後、配線溝内にバリア導体膜8および主導体膜9を埋め込み、続いて層間絶縁膜IL1上の余分なバリア導体膜8および主導体膜9を研磨して除去することにより、配線溝内に残ったバリア導体膜8および主導体膜9からなる第1層配線L1を形成する。   Specifically, when the plug PL1 and the first layer wiring L1 are formed, first, the plug PL1 is formed in the contact hole provided in the contact interlayer insulating film CIL, and then the plug PL1 and the contact interlayer insulating film CIL. Then, an etching stopper film ES1 and an interlayer insulating film IL1 are sequentially formed. Subsequently, after forming a wiring groove that penetrates the etching stopper film ES1 and the interlayer insulating film IL1 and exposes the upper surface of the plug PL1, etching residues on the upper surface of the semiconductor substrate are removed by cleaning with pure water (rinse cleaning). To do. Thereafter, the barrier conductor film 8 and the main conductor film 9 are embedded in the wiring groove, and then the excess barrier conductor film 8 and the main conductor film 9 on the interlayer insulating film IL1 are polished and removed, thereby forming the wiring groove. A first layer wiring L1 composed of the remaining barrier conductor film 8 and main conductor film 9 is formed.

この場合、プラグPL1およびその下部のフローティング状態にある導体膜に電荷が蓄積し、その後前記導体膜の電荷がプラグPL1の上面を介して高い密度で洗浄水中に移動した際に、タングステン膜7の表面が酸化する現象が起こる。   In this case, when the charge is accumulated in the plug PL1 and the conductor film in a floating state below the plug PL1, and then the charge of the conductor film moves into the cleaning water at a high density through the upper surface of the plug PL1, the tungsten film 7 Oxidation of the surface occurs.

ここで、図35および図36に、比較例として、本発明者らが実験により測定したコンタクトプラグと配線とのコンタクト抵抗の評価結果であるグラフを示す。図35および図36の横幅はコンタクト抵抗の大きさを示しており、縦軸は標準偏差となっている。それぞれの図には、コンタクトプラグの上面をリンス洗浄する際の洗浄水にCO(二酸化炭素)を導入して洗浄水の導電率を高めた状態で洗浄を行った場合のグラフと、同様に洗浄水にCOを導入した上でさらに前記リンス洗浄工程において洗浄水を半導体基板表面に供給ためのノズル(放水口)を移動させながら洗浄を行った場合のグラフと、前記リンス洗浄水中にCOを導入せず、ノズルの移動も行わない場合のグラフとを示している。 Here, FIG. 35 and FIG. 36 show, as a comparative example, a graph showing the evaluation results of the contact resistance between the contact plug and the wiring measured by the present inventors through experiments. The horizontal widths of FIGS. 35 and 36 indicate the magnitude of the contact resistance, and the vertical axis indicates the standard deviation. Each figure is similar to the graph in the case where cleaning is performed with CO 2 (carbon dioxide) introduced into the cleaning water when rinsing and cleaning the upper surface of the contact plug to increase the conductivity of the cleaning water. A graph when cleaning is performed while moving a nozzle (water outlet) for supplying cleaning water to the semiconductor substrate surface in the rinse cleaning step after introducing CO 2 into the cleaning water, and CO in the rinse cleaning water. 2 is a graph in which 2 is not introduced and the nozzle is not moved.

図35は、コンタクトプラグの下面で接する下地配線の面積が1.0(μm)×1.0(μm)の場合のグラフであり、下地配線の長さが短く、面積が小さいため、下地配線にチャージアップされる電荷の量が小さく、洗浄水に電荷が流れ出ることによるプラグ上面の酸化生成に起因した配線抵抗の上昇は起こっていない。本来、図35の各グラフに示されるように、コンタクト抵抗は抵抗値のばらつきが少なく、半導体基板のいずれの領域においてもほぼ一定のコンタクト抵抗を示すことが望ましい。この他に、本発明者らは下地配線の面積が10(μm)×10(μm)の場合、10(μm)×50(μm)の場合、および30(μm)×100(μm)の場合についてもコンタクト抵抗のばらつきが生じていないか実験を行ったが、結果は図35のグラフと同様に抵抗値の上昇はなく、良好な結果が得られた。   FIG. 35 is a graph in the case where the area of the underlying wiring contacting with the lower surface of the contact plug is 1.0 (μm) × 1.0 (μm). The length of the underlying wiring is short and the area is small. The amount of electric charge that is charged up is small, and the wiring resistance does not increase due to the oxidation of the upper surface of the plug due to the electric charge flowing into the cleaning water. Originally, as shown in each graph of FIG. 35, it is desirable that the contact resistance has little variation in the resistance value, and that the contact resistance is almost constant in any region of the semiconductor substrate. In addition to the above, the present inventors have a case where the area of the underlying wiring is 10 (μm) × 10 (μm), 10 (μm) × 50 (μm), and 30 (μm) × 100 (μm). An experiment was also conducted to determine whether or not there was variation in contact resistance. As in the graph of FIG. 35, there was no increase in resistance value, and good results were obtained.

しかし、下地配線の面積が60(μm)×100(μm)の場合のグラフである図36のグラフでは、前記リンス洗浄水中にCOを導入せず、ノズルの移動も行わない場合のグラフにおいて、大きくコンタクト抵抗が上昇し、配線抵抗にばらつきが生じている。この他に、本発明者らは下地配線の面積が100(μm)×100(μm)の場合についてもコンタクト抵抗のばらつきが生じていないか実験を行ったが、結果は図36のグラフと同様に抵抗値が大幅に上昇し、抵抗値がばらつくような結果となった。 However, in the graph of FIG. 36, which is a graph in the case where the area of the base wiring is 60 (μm) × 100 (μm), the CO 2 is not introduced into the rinse water and the nozzle is not moved. As a result, the contact resistance greatly increases, and the wiring resistance varies. In addition to the above, the present inventors also conducted an experiment to determine whether contact resistance variation occurred even when the area of the underlying wiring was 100 (μm) × 100 (μm). The result is the same as the graph of FIG. As a result, the resistance value significantly increased and the resistance value varied.

このことから、図36に示すように下地配線の面積が大きくなると、下地配線に溜まる電荷が大きくなるため、下地配線上に接続されたプラグとその上部の配線との間のコンタクト抵抗が高抵抗となる箇所が発生しやすくなることが分かる。また、COを導入して洗浄水の導電率を高めた場合、およびノズルから出る洗浄水が半導体基板の一箇所に集中して当たることがないようにした場合には、コンタクト抵抗が高くなるような現象が起こらないことが分かる。このことから、コンタクト抵抗のばらつきが、高抵抗な洗浄水を用いた洗浄プロセスに起因して生じるものであることが分かる。 Thus, as shown in FIG. 36, when the area of the underlying wiring is increased, the charge accumulated in the underlying wiring is increased, so that the contact resistance between the plug connected on the underlying wiring and the wiring above it has a high resistance. It turns out that the place which becomes becomes easy to generate | occur | produce. In addition, when CO 2 is introduced to increase the conductivity of the cleaning water, and when the cleaning water from the nozzle is not concentrated on one part of the semiconductor substrate, the contact resistance increases. It can be seen that such a phenomenon does not occur. From this, it can be seen that the variation in contact resistance is caused by a cleaning process using high-resistance cleaning water.

上記のように、製造工程中にフローティング状態となる配線、ゲート電極または容量素子の電極などに接続されたタングステンを含むコンタクトプラグの上部にシングルダマシン配線を形成する場合は、図2に示すように、ポリシリコン膜2に接続されたダミービアDP1およびダミー配線D1を形成することで、製造工程においてプラグPL1の上面から流れ出る電荷の密度を低減することができる。本実施の形態の半導体装置の変形例では、電荷が蓄積されるフローティング状態であるポリシリコン膜2上にプラグPL1を形成するとともにダミービアDP1を形成することで、ポリシリコン膜2から洗浄水中に移動する電荷をプラグPL1およびダミービアDP1に分散させ、プラグPL1の上面に絶縁膜が形成されることに起因する配線抵抗の上昇を防ぐことができる。これにより、半導体装置の信頼性を向上することが可能である。   As described above, when a single damascene wiring is formed on a contact plug containing tungsten connected to a wiring that is in a floating state during the manufacturing process, a gate electrode, or a capacitor element, as shown in FIG. By forming the dummy via DP1 and the dummy wiring D1 connected to the polysilicon film 2, it is possible to reduce the density of electric charge flowing out from the upper surface of the plug PL1 in the manufacturing process. In the modification of the semiconductor device of the present embodiment, the plug PL1 is formed on the polysilicon film 2 in a floating state where charges are accumulated and the dummy via DP1 is formed, so that the semiconductor film 2 is moved into the cleaning water. The electric charge to be distributed can be dispersed in the plug PL1 and the dummy via DP1, and an increase in wiring resistance due to the formation of an insulating film on the upper surface of the plug PL1 can be prevented. Thereby, the reliability of the semiconductor device can be improved.

なお、第1層配線L1のようなシングルダマシン配線を形成する層では、ダミー配線D1を形成せず、電気的に機能しない配線としてダミービアDP1のみを形成し、ダミービアDP1の上面は層間絶縁膜IL1または図34に示すエッチングストッパ膜ES1などの絶縁膜により覆う構成とすることが考えられる。しかし、ダミー配線D1を形成しない場合、第1層配線L1を形成するための配線溝を形成してリンス洗浄を行う際に、ダミー配線D1を形成するための配線溝は形成されていないため、ダミービアDP1の上面は露出しておらず、洗浄工程中にプラグから洗浄水中に移動する電荷密度を低減する効果を得ることはできない。したがって、電気的に機能するコンタクトプラグ上に銅を主に含むシングルダマシン配線を形成する半導体装置において、前記コンタクトプラグの同層に電気的に機能しないダミービアを設ける場合、前記ダミービア上に必ずシングルダマシン配線であるダミー配線を配置する必要がある。   Note that in the layer forming the single damascene wiring such as the first layer wiring L1, the dummy wiring D1 is not formed, but only the dummy via DP1 is formed as a wiring that does not function electrically, and the upper surface of the dummy via DP1 is the interlayer insulating film IL1. Alternatively, it is conceivable that the structure is covered with an insulating film such as the etching stopper film ES1 shown in FIG. However, when the dummy wiring D1 is not formed, the wiring groove for forming the dummy wiring D1 is not formed when the wiring groove for forming the first layer wiring L1 is formed and rinsed. The upper surface of the dummy via DP1 is not exposed, and the effect of reducing the charge density that moves from the plug into the cleaning water during the cleaning process cannot be obtained. Therefore, in a semiconductor device in which a single damascene wiring mainly containing copper is formed on an electrically functioning contact plug, when a dummy via that does not function electrically is provided in the same layer of the contact plug, a single damascene is always formed on the dummy via. It is necessary to arrange dummy wiring that is wiring.

また、図2ではポリシリコン膜上にタングステンプラグを介して銅配線を形成する場合について説明したが、タングステンプラグの下地の配線はポリシリコン膜に限らず、銅またはアルミニウムを主に含む金属膜などであってもよい。   Further, FIG. 2 illustrates the case where the copper wiring is formed on the polysilicon film via the tungsten plug. However, the underlying wiring of the tungsten plug is not limited to the polysilicon film, but a metal film mainly containing copper or aluminum. It may be.

次に、本実施の形態の半導体装置の製造方法について、図3〜図30を用いて説明する。図3〜図30は図1に示す本実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図である。なお、本発明は半導体基板上に形成される積層配線に関する発明であるため、ここではMISFETを形成する詳しい工程の説明は省略する。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 to 30 are sectional views showing a method of manufacturing the semiconductor device of the present embodiment shown in FIG. Since the present invention is an invention related to the laminated wiring formed on the semiconductor substrate, detailed description of the process for forming the MISFET is omitted here.

まず、通常の半導体製造技術を使用することにより、図3に示すように、半導体基板1S上にゲート電極G1を有するMISFETQ1、ゲート電極G2を有するMISFETQ2、pウエルPWおよびp型拡散層PSを形成する。なお、p型拡散層PSとn型拡散層NSとを形成する際は、フォトリソグラフィ技術を用いてそれぞれの拡数層を形成するためのイオンの打ち分けを行い、別工程によりp型拡散層PSとn型拡散層NSとを形成する。このとき、ゲート電極G1、G2はいずれもゲート絶縁膜を介して半導体基板1S上に形成されているため、半導体基板1Sとは電気的に絶縁されたフローティング状態となっている。   First, by using a normal semiconductor manufacturing technique, a MISFET Q1 having a gate electrode G1, a MISFET Q2 having a gate electrode G2, a p-well PW and a p-type diffusion layer PS are formed on a semiconductor substrate 1S as shown in FIG. To do. When the p-type diffusion layer PS and the n-type diffusion layer NS are formed, ions are formed for forming the respective extension layers by using a photolithography technique, and the p-type diffusion layer is formed in a separate process. PS and n-type diffusion layer NS are formed. At this time, since both the gate electrodes G1 and G2 are formed on the semiconductor substrate 1S via the gate insulating film, the gate electrodes G1 and G2 are in a floating state electrically insulated from the semiconductor substrate 1S.

次に、図4に示すように、複数のMISFETQ1、Q2を形成した半導体基板1S上にコンタクト層間絶縁膜CILを形成する。このコンタクト層間絶縁膜CILは、複数のMISFETQ1、Q2を覆うように形成される。具体的に、コンタクト層間絶縁膜CILは、例えば、オゾンとTEOSとを原料に使用した熱CVD法により形成されるオゾンTEOS膜と、このオゾンTEOS膜上に配置され、TEOSを原料に使用したプラズマCVD法により形成されるプラズマTEOS膜との積層膜から形成されている。なお、オゾンTEOS膜の下層に、例えば、窒化シリコン膜よりなるエッチングストッパ膜を形成してもよい。   Next, as shown in FIG. 4, a contact interlayer insulating film CIL is formed on the semiconductor substrate 1S on which the plurality of MISFETs Q1 and Q2 are formed. The contact interlayer insulating film CIL is formed so as to cover the plurality of MISFETs Q1 and Q2. Specifically, the contact interlayer insulating film CIL is, for example, an ozone TEOS film formed by a thermal CVD method using ozone and TEOS as raw materials, and a plasma using TEOS as a raw material disposed on the ozone TEOS film. It is formed from a laminated film with a plasma TEOS film formed by a CVD method. Note that an etching stopper film made of, for example, a silicon nitride film may be formed under the ozone TEOS film.

次に、図5に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング法を使用することにより、コンタクト層間絶縁膜CILにコンタクトホールCHを形成する。このコンタクトホールCHは、コンタクト層間絶縁膜CILを貫通して、半導体基板1Sに形成されているMISFETQ2のソース領域あるいはドレイン領域であるn型拡散層NSに達するように加工される。なお、図示していない領域では、MISFETQ2のゲート電極G2の上面に達するコンタクトホールも形成されている。 MISFETQ1についても、そのゲート電極G1およびソース・ドレイン領域のそれぞれの上面に達するコンタクトホールCHが形成されるが、ここでは、MISFETQ1のソース・ドレイン領域に達するコンタクトホールは示していない。また、一部のコンタクトホールCHは、コンタクト層間絶縁膜CILを貫通して、半導体基板1Sに形成されているp型拡散層PSに達するように加工される。   Next, as shown in FIG. 5, a contact hole CH is formed in the contact interlayer insulating film CIL by using a photolithography technique and an etching method. The contact hole CH is processed so as to penetrate the contact interlayer insulating film CIL and reach the n-type diffusion layer NS that is the source region or drain region of the MISFET Q2 formed in the semiconductor substrate 1S. In the region not shown, a contact hole reaching the upper surface of the gate electrode G2 of the MISFET Q2 is also formed. The contact holes CH reaching the upper surfaces of the gate electrode G1 and the source / drain regions are also formed in the MISFET Q1, but the contact holes reaching the source / drain regions of the MISFET Q1 are not shown here. Further, some of the contact holes CH are processed so as to penetrate the contact interlayer insulating film CIL and reach the p-type diffusion layer PS formed in the semiconductor substrate 1S.

次に、図6に示すように、コンタクト層間絶縁膜CILに形成したコンタクトホールCHに金属膜を埋め込むことによりプラグPL1を形成する。具体的には、コンタクトホールCHを形成したコンタクト層間絶縁膜CIL上に、例えば、スパッタリング法を使用してバリア導体膜となるチタン/窒化チタン膜を形成する。そして、チタン/窒化チタン膜上にタングステン膜を形成する。これにより、コンタクトホールCHの内壁(側壁および底面)にチタン/窒化チタン膜が形成され、このチタン/窒化チタン膜上にコンタクトホールCHを埋め込むようなタングステン膜が形成される。その後、コンタクト層間絶縁膜CIL上に形成されている不要なチタン/窒化チタン膜およびタングステン膜を、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法で除去する。これにより、コンタクトホールCH内にだけ、チタン/窒化チタン膜とタングステン膜を埋め込んだプラグPL1を形成することができる。MISFETQ1を構成するゲート電極G1、MISFETQ2を構成するn型拡散層NSおよびp型拡散層PSのそれぞれの直上にはプラグPL1が形成される。   Next, as shown in FIG. 6, a plug PL1 is formed by embedding a metal film in the contact hole CH formed in the contact interlayer insulating film CIL. Specifically, a titanium / titanium nitride film to be a barrier conductor film is formed on the contact interlayer insulating film CIL in which the contact holes CH are formed by using, for example, a sputtering method. Then, a tungsten film is formed on the titanium / titanium nitride film. Thereby, a titanium / titanium nitride film is formed on the inner wall (side wall and bottom surface) of the contact hole CH, and a tungsten film is formed so as to bury the contact hole CH on the titanium / titanium nitride film. Thereafter, unnecessary titanium / titanium nitride films and tungsten films formed on the contact interlayer insulating film CIL are removed by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method. Thereby, the plug PL1 in which the titanium / titanium nitride film and the tungsten film are buried only in the contact hole CH can be formed. A plug PL1 is formed immediately above the gate electrode G1 constituting the MISFET Q1, the n-type diffusion layer NS and the p-type diffusion layer PS constituting the MISFET Q2.

次に、図7に示すように、プラグPL1を形成したコンタクト層間絶縁膜CIL上に層間絶縁膜IL1を形成する。この層間絶縁膜IL1は、例えばSiOC膜により形成され、例えばプラズマCVD法を使用することにより形成される。   Next, as shown in FIG. 7, an interlayer insulating film IL1 is formed on the contact interlayer insulating film CIL on which the plug PL1 is formed. This interlayer insulating film IL1 is formed of, for example, a SiOC film, and is formed by using, for example, plasma CVD.

そして、図8に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング法を使用することにより、層間絶縁膜IL1に配線溝WD1を形成する。この配線溝WD1は、SiOC膜からなる層間絶縁膜IL1を貫通して底面がコンタクト層間絶縁膜CILに達するように形成される。これにより、配線溝WD1の底部でプラグPL1の表面が露出することになる。その後、配線溝WD1を形成したエッチング工程により基板上に残った残渣および塵埃などを除去するために半導体基板1Sの主面を薬液に晒した後、純水(超純水)を用いた洗浄(リンス洗浄)を行うことにより、配線溝WD1の内側などに残った残渣を取り除く。   Then, as shown in FIG. 8, a wiring trench WD1 is formed in the interlayer insulating film IL1 by using a photolithography technique and an etching method. The wiring trench WD1 is formed so that the bottom surface reaches the contact interlayer insulating film CIL through the interlayer insulating film IL1 made of the SiOC film. As a result, the surface of the plug PL1 is exposed at the bottom of the wiring groove WD1. Thereafter, the main surface of the semiconductor substrate 1S is exposed to a chemical solution in order to remove residues and dust remaining on the substrate by the etching process in which the wiring groove WD1 is formed, and then cleaning with pure water (ultra pure water) ( By performing (rinse cleaning), the residue remaining inside the wiring trench WD1 is removed.

その後、図9に示すように、配線溝WD1を形成した層間絶縁膜IL1上にバリア導体膜(銅拡散防止膜)(図示しない)を形成する。具体的に、バリア導体膜は、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、ルテニウム(Ru)、タングステン(W)、マンガン(Mn)およびこれらの窒化物や窒化珪化物、または、これらの積層膜から構成され、例えば、スパッタリング法を使用することにより形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 9, a barrier conductor film (copper diffusion prevention film) (not shown) is formed on the interlayer insulating film IL1 in which the wiring trench WD1 is formed. Specifically, the barrier conductor film is made of tantalum (Ta), titanium (Ti), ruthenium (Ru), tungsten (W), manganese (Mn), nitrides or silicides thereof, or a laminated film thereof. For example, it is formed by using a sputtering method.

続いて、配線溝WD1の内部および層間絶縁膜IL1上に形成されたバリア導体膜上に、例えば、薄い銅膜からなるシード膜をスパッタリング法により形成する。そして、このシード膜を電極とした電解メッキ法により銅膜Cu1を形成する。この銅膜Cu1は、配線溝WD1を埋め込むように形成される。この銅膜Cu1は、例えば、銅を主体とする膜から形成される。なお、ここでは銅膜Cu1を電解メッキ法を用いて形成しているが、CVD法を用いて銅膜Cu1を形成しても構わない。   Subsequently, a seed film made of, for example, a thin copper film is formed by sputtering on the barrier conductor film formed inside the wiring trench WD1 and on the interlayer insulating film IL1. Then, a copper film Cu1 is formed by an electrolytic plating method using this seed film as an electrode. The copper film Cu1 is formed so as to fill the wiring groove WD1. The copper film Cu1 is formed from a film mainly composed of copper, for example. Here, although the copper film Cu1 is formed using the electrolytic plating method, the copper film Cu1 may be formed using the CVD method.

次に、図10に示すように、層間絶縁膜IL1上に形成された不要なバリア導体膜および銅膜Cu1をCMP法で除去する。これにより、配線溝WD1内にバリア導体膜および銅膜Cu1を埋め込んだ第1層配線L1を含む層(第1ファイン層)を形成することができる。すなわち、プラグPL1の直上には銅膜Cu1を含む第1層配線L1が形成される。   Next, as shown in FIG. 10, the unnecessary barrier conductor film and copper film Cu1 formed on the interlayer insulating film IL1 are removed by CMP. Thereby, a layer (first fine layer) including the first layer wiring L1 in which the barrier conductor film and the copper film Cu1 are embedded in the wiring groove WD1 can be formed. That is, the first layer wiring L1 including the copper film Cu1 is formed immediately above the plug PL1.

その後、第1層配線L1を形成した層間絶縁膜IL1の表面に対してアンモニアプラズマ処理を実施して、第1層配線L1の表面および層間絶縁膜IL1の表面を洗浄する。続いて、図11に示すように、第1層配線L1を形成した層間絶縁膜IL1上にバリア絶縁膜BI1を形成する。このバリア絶縁膜BI1は、例えば、SiCN膜とSiOC膜の積層膜から構成され、例えば、この積層膜はCVD法により形成することができる。そして、バリア絶縁膜BI1上に層間絶縁膜IL2を形成する。さらに、層間絶縁膜IL2上にCMP保護膜CMP1を形成する。   Thereafter, ammonia plasma treatment is performed on the surface of the interlayer insulating film IL1 on which the first layer wiring L1 is formed to clean the surface of the first layer wiring L1 and the surface of the interlayer insulating film IL1. Subsequently, as shown in FIG. 11, a barrier insulating film BI1 is formed on the interlayer insulating film IL1 on which the first layer wiring L1 is formed. The barrier insulating film BI1 is composed of, for example, a laminated film of a SiCN film and a SiOC film. For example, the laminated film can be formed by a CVD method. Then, an interlayer insulating film IL2 is formed over the barrier insulating film BI1. Further, a CMP protective film CMP1 is formed on the interlayer insulating film IL2.

続いて、図12に示すように、CMP保護膜CMP1上にフォトレジスト膜PR1を形成する。そして、このフォトレジスト膜PR1に対して、露光・現像処理を施すことにより、フォトレジスト膜PR1をパターニングする。パターニングは、ビアホールを形成する領域を開口するように行なわれる。その後、パターニングしたフォトレジスト膜PR1をマスクにして、CMP保護膜CMP1および層間絶縁膜IL2をエッチングする。これにより、CMP保護膜CMP1および層間絶縁膜IL2を貫通して、バリア絶縁膜BI1を露出するビアホールV1、V1dを形成することができる。このようにバリア絶縁膜BI1は、エッチングの際にエッチングストッパとして機能する。   Subsequently, as shown in FIG. 12, a photoresist film PR1 is formed on the CMP protective film CMP1. Then, the photoresist film PR1 is patterned by performing exposure / development processing on the photoresist film PR1. Patterning is performed so as to open a region for forming a via hole. Thereafter, the CMP protective film CMP1 and the interlayer insulating film IL2 are etched using the patterned photoresist film PR1 as a mask. Thus, via holes V1 and V1d that penetrate the CMP protective film CMP1 and the interlayer insulating film IL2 and expose the barrier insulating film BI1 can be formed. As described above, the barrier insulating film BI1 functions as an etching stopper during etching.

ここで、ゲート電極G1に電気的に接続されている第1層配線L1の直上には、少なくとも2以上のビアホールを形成する。つまり、ゲート電極G1に電気的に接続されている第1層配線L1の直上に、電気的に機能させる接続ビアを埋め込むためのビアホールV1と、電気的に機能しないダミービアを埋め込むためのビアホールV1dとを形成する。なお、半導体基板1Sの主面に形成されたn型拡散層NSまたはp型拡散層PSに電気的に接続された第1層配線L1のそれぞれの直上に開口するビアホールは一つのみであってもよい。半導体基板1Sの主面に形成されたn型拡散層NSまたはp型拡散層PSに電気的に接続されている第1層配線L1の上部には、ビアホールV1は形成するが、ダミービアを埋め込むためのビアホールV1dは形成しない。   Here, at least two or more via holes are formed immediately above the first layer wiring L1 electrically connected to the gate electrode G1. That is, a via hole V1 for embedding an electrically functioning connection via and a via hole V1d for embedding an electrically nonfunctional dummy via immediately above the first layer wiring L1 electrically connected to the gate electrode G1. Form. Note that there is only one via hole opened immediately above each of the first layer wirings L1 electrically connected to the n-type diffusion layer NS or the p-type diffusion layer PS formed on the main surface of the semiconductor substrate 1S. Also good. A via hole V1 is formed above the first layer wiring L1 electrically connected to the n-type diffusion layer NS or p-type diffusion layer PS formed on the main surface of the semiconductor substrate 1S, but a dummy via is buried. The via hole V1d is not formed.

次に、図13に示すように、パターニングしたフォトレジスト膜PR1をプラズマアッシング処理により除去した後、半導体基板1Sの主面を洗浄する。この洗浄工程は、ビアホールV1、V1dを形成する際の加工により生じた残渣などを取り除くために、薬液および洗浄水を用いて行う。前記洗浄工程では半導体ウエハを薬液に晒した後、半導体ウエハに残る薬液を除去するために洗浄水(純水など)で半導体ウエハを洗浄する。半導体基板1Sは円盤状の半導体ウエハにノッチまたはオリエンテーションフラットなどを設けたものであり、洗浄水を用いた洗浄では、例えば、円形の半導体ウエハの中心から、半導体基板1Sに対して垂直な方向に延在する線を軸として半導体ウエハを回転させ、回転中の半導体ウエハの軸方向から半導体ウエハの中心に洗浄水を供給することにより半導体ウエハ全体を洗浄する。つまり、回転する半導体ウエハの中央にノズルから水を落とすことにより洗浄を行う。この後の工程においても、例えばエッチングを行った後などには半導体ウエハの洗浄を行い、その際には上記の洗浄工程と同様の方法を用いる。なお、配線に帯電する電荷の量は、ノズルから水が落とされる半導体ウエハの中心部ほど大きくなる傾向がある。したがって、半導体ウエハの中心部は半導体ウエハの端部に比べて配線の一部消失などに起因した配線抵抗の上昇が起こりやすい。   Next, as shown in FIG. 13, the patterned photoresist film PR1 is removed by plasma ashing, and then the main surface of the semiconductor substrate 1S is cleaned. This cleaning step is performed using a chemical solution and cleaning water in order to remove residues generated by processing when forming the via holes V1 and V1d. In the cleaning step, after the semiconductor wafer is exposed to a chemical solution, the semiconductor wafer is cleaned with cleaning water (such as pure water) in order to remove the chemical solution remaining on the semiconductor wafer. The semiconductor substrate 1S is a disk-shaped semiconductor wafer provided with a notch or an orientation flat. In cleaning using cleaning water, for example, from the center of a circular semiconductor wafer in a direction perpendicular to the semiconductor substrate 1S. The entire semiconductor wafer is cleaned by rotating the semiconductor wafer around the extending line and supplying cleaning water from the axial direction of the rotating semiconductor wafer to the center of the semiconductor wafer. That is, cleaning is performed by dropping water from the nozzle to the center of the rotating semiconductor wafer. Also in the subsequent steps, for example, after the etching, the semiconductor wafer is cleaned, and in this case, the same method as the above cleaning step is used. Note that the amount of electric charge that is charged in the wiring tends to increase toward the center of the semiconductor wafer where water is dropped from the nozzle. Therefore, the central portion of the semiconductor wafer is more likely to increase the wiring resistance due to the disappearance of a part of the wiring than the end portion of the semiconductor wafer.

その後、CMP保護膜CMP1上にフォトレジスト膜PR2を形成しこのフォトレジスト膜PR2に対して露光・現像処理を施すことにより、フォトレジスト膜PR2をパターニングする。フォトレジスト膜PR2のパターニングは、配線溝を形成する領域を開口するように行なわれる。   Thereafter, a photoresist film PR2 is formed on the CMP protective film CMP1, and this photoresist film PR2 is subjected to exposure / development treatment, thereby patterning the photoresist film PR2. The patterning of the photoresist film PR2 is performed so as to open a region for forming a wiring groove.

その後、図14に示すように、パターニングしたフォトレジスト膜PR2をマスクとした異方性エッチングにより、CMP保護膜CMP1をエッチングする。そして、パターニングしたフォトレジスト膜PR2をプラズマアッシング処理により除去した後、半導体基板1Sの主面を洗浄する。   Thereafter, as shown in FIG. 14, the CMP protective film CMP1 is etched by anisotropic etching using the patterned photoresist film PR2 as a mask. Then, after removing the patterned photoresist film PR2 by plasma ashing, the main surface of the semiconductor substrate 1S is cleaned.

続いて、図15に示すように、エッチバック法により、ビアホールV1、V1dの底部に露出するバリア絶縁膜BI1を除去する。これにより、ビアホールV1、V1dの底部に第1層配線L1の表面が露出することになる。このときのエッチバック工程により、パターニングされたCMP保護膜CMP1から露出している層間絶縁膜IL2の一部もエッチングされて配線溝WD2が形成される。このように、ビアホールV1、V1dおよび配線溝WD2を開口して第1層配線L1の上面を露出させた後、純水を用いたリンス洗浄を行い、半導体基板1Sの主面を洗浄し、半導体基板1Sの表面に残るエッチング残渣などを除去する。この洗浄工程を行う時点では、ゲート電極G1に接続された第1層配線L1は半導体基板1Sと絶縁され、フローティング状態となっている。   Subsequently, as shown in FIG. 15, the barrier insulating film BI1 exposed at the bottoms of the via holes V1 and V1d is removed by an etch back method. As a result, the surface of the first layer wiring L1 is exposed at the bottom of the via holes V1 and V1d. By this etch back process, a part of the interlayer insulating film IL2 exposed from the patterned CMP protective film CMP1 is also etched to form the wiring trench WD2. Thus, after opening the via holes V1 and V1d and the wiring groove WD2 to expose the upper surface of the first layer wiring L1, rinsing cleaning using pure water is performed to clean the main surface of the semiconductor substrate 1S. Etching residues and the like remaining on the surface of the substrate 1S are removed. At the time of performing this cleaning process, the first layer wiring L1 connected to the gate electrode G1 is insulated from the semiconductor substrate 1S and is in a floating state.

次に、図16に示すように、配線溝WD2、ビアホールV1およびV1dを形成した層間絶縁膜IL2上およびCMP保護膜CMP1上にバリア導体膜(図示しない)を形成する。   Next, as shown in FIG. 16, a barrier conductor film (not shown) is formed on the interlayer insulating film IL2 in which the wiring trench WD2 and the via holes V1 and V1d are formed and on the CMP protective film CMP1.

続いて、配線溝WD2の内部およびCMP保護膜CMP1上に形成された前記バリア導体膜上に、例えば、薄い銅膜からなるシード膜(図示しない)をスパッタリング法により形成する。そして、このシード膜を電極とした電解メッキ法により銅膜Cu2を形成する。この銅膜Cu2は、配線溝WD2を埋め込むように形成される。この銅膜Cu2は、例えば、銅を主体とする膜から形成される。   Subsequently, a seed film (not shown) made of, for example, a thin copper film is formed by a sputtering method on the inside of the wiring trench WD2 and on the barrier conductor film formed on the CMP protective film CMP1. Then, a copper film Cu2 is formed by an electrolytic plating method using this seed film as an electrode. The copper film Cu2 is formed so as to fill the wiring groove WD2. The copper film Cu2 is formed of a film mainly composed of copper, for example.

続いて、図17に示すように、CMP保護膜CMP1上に形成されている不要なバリア導体膜および銅膜Cu2をCMP法で除去する。これにより層間絶縁膜IL2を露出させ、配線溝WD2内にバリア導体膜および銅膜Cu2を埋め込んだ第2層配線L2とダミー配線D2とを形成する。また、同工程により、ビアホールV1内にバリア導体膜および銅膜Cu2を埋め込んだ接続ビアPL2と、ビアホールV1d内にバリア導体膜および銅膜Cu2を埋め込んだダミービアDP2とを形成することができる。   Subsequently, as shown in FIG. 17, the unnecessary barrier conductor film and copper film Cu2 formed on the CMP protective film CMP1 are removed by the CMP method. Thereby, the interlayer insulating film IL2 is exposed, and the second layer wiring L2 and the dummy wiring D2 in which the barrier conductor film and the copper film Cu2 are buried in the wiring trench WD2 are formed. In addition, by the same process, the connection via PL2 in which the barrier conductor film and the copper film Cu2 are embedded in the via hole V1, and the dummy via DP2 in which the barrier conductor film and the copper film Cu2 are embedded in the via hole V1d can be formed.

接続ビアPL2は第1層配線L1の上面に接して形成され、第2層配線L2は接続ビアPL2上に接続ビアPL2と一体となって配線溝WD2内に形成される。ダミービアDP2はゲート電極G1に接続された第1層配線L1の上面に接して形成され、ダミー配線D2はダミービアDP2上にダミービアDP2と一体となって配線溝WD2内に形成される。CMP保護膜CMP1は、このときのCMP法による研磨圧力やスクラッチダメージから、製造工程中の半導体装置を保護するために設けられている。   The connection via PL2 is formed in contact with the upper surface of the first layer wiring L1, and the second layer wiring L2 is formed in the wiring groove WD2 integrally with the connection via PL2 on the connection via PL2. The dummy via DP2 is formed in contact with the upper surface of the first layer wiring L1 connected to the gate electrode G1, and the dummy wiring D2 is formed on the dummy via DP2 in the wiring groove WD2 integrally with the dummy via DP2. The CMP protective film CMP1 is provided to protect the semiconductor device during the manufacturing process from the polishing pressure and scratch damage by the CMP method at this time.

なお、本実施の形態では図12〜図17を用いて説明したように、第2層配線L2、接続ビアPL2、ダミー配線D2およびダミービアDP2を形成する工程では層間絶縁膜IL2にビアホールV1、Vlaを形成してから配線溝WD2を形成するビアファーストの製法を用いているが、層間絶縁膜IL2に配線溝WD2を形成してからビアホールV1、VIaを形成するトレンチファーストの製法を用いても構わない。   In this embodiment, as described with reference to FIGS. 12 to 17, in the step of forming the second layer wiring L2, the connection via PL2, the dummy wiring D2, and the dummy via DP2, via holes V1, Vla are formed in the interlayer insulating film IL2. A via first manufacturing method is used in which the wiring trench WD2 is formed after forming the wiring trench. However, a trench first manufacturing method in which the via holes V1 and VIa are formed after the wiring trench WD2 is formed in the interlayer insulating film IL2 may be used. Absent.

その後、図18に示すように、第2層配線L2およびダミー配線D2を形成した層間絶縁膜IL2の表面に対してアンモニアプラズマ処理を実施して、第2層配線L2の表面および層間絶縁膜IL2の表面を洗浄する。続いて、第2層配線L2およびダミー配線D2を形成した層間絶縁膜IL2上にバリア絶縁膜BI2を形成する。このバリア絶縁膜BI2は、例えば、SiCN膜とSiOC膜との積層膜から構成され、例えば、この積層膜はCVD法により形成することができる。このような製造工程を繰り返すことにより、接続ビアPL2〜PL5、PL2〜PL5、第3層配線L3〜第5層配線L5を形成する。これにより、第2層配線L2〜第5層配線L5を含む第2ファイン層を形成することができる。   Thereafter, as shown in FIG. 18, ammonia plasma treatment is performed on the surface of the interlayer insulating film IL2 on which the second layer wiring L2 and the dummy wiring D2 are formed, and the surface of the second layer wiring L2 and the interlayer insulating film IL2 Clean the surface. Subsequently, a barrier insulating film BI2 is formed on the interlayer insulating film IL2 on which the second layer wiring L2 and the dummy wiring D2 are formed. The barrier insulating film BI2 is composed of, for example, a laminated film of a SiCN film and a SiOC film. For example, the laminated film can be formed by a CVD method. By repeating such a manufacturing process, connection vias PL2 to PL5, PL2 to PL5, third layer wiring L3 to fifth layer wiring L5 are formed. Thereby, the second fine layer including the second layer wiring L2 to the fifth layer wiring L5 can be formed.

ここで、第2層配線L2の上部には第3層配線L3を形成し、第3層配線L3とその直下の第2層配線L2とは、接続ビアPL2と同様の方法で形成された接続ビアPL3により接続されている。つまり、第2層配線L2は他の配線と接続され、半導体装置の完成後に、半導体装置の回路として電気的に機能する配線である。これに対し、ダミー配線D2はその上部の配線とは接続されておらず、ダミー配線D2がビアを介して接続されているのは第1層配線L1のみである。したがって、ダミービアDP2の直上の層間絶縁膜IL3にはダミービアDP2の上面を露出するようなビアホールは形成しないため、ダミー配線D2の上部に接続ビアを介して電気的に機能する配線を接続させることはない。つまり、ダミー配線D2およびダミービアDP2は電気的に機能しない配線である。   Here, the third layer wiring L3 is formed above the second layer wiring L2, and the third layer wiring L3 and the second layer wiring L2 immediately below the third layer wiring L3 are connected by the same method as the connection via PL2. Connected by via PL3. That is, the second layer wiring L2 is a wiring that is connected to another wiring and electrically functions as a circuit of the semiconductor device after the semiconductor device is completed. On the other hand, the dummy wiring D2 is not connected to the upper wiring, and only the first layer wiring L1 is connected to the dummy wiring D2 via a via. Accordingly, a via hole that exposes the upper surface of the dummy via DP2 is not formed in the interlayer insulating film IL3 immediately above the dummy via DP2. Therefore, an electrically functioning wiring can be connected to the upper portion of the dummy wiring D2 via the connection via. Absent. That is, the dummy wiring D2 and the dummy via DP2 are wirings that do not function electrically.

また、図18に示すように、第3層配線L3を含む層では、第3層配線L3を形成する工程により、第3層配線L3同様の構造を有する第3層配線L3aを設ける。第3層配線L3aは第2層配線L2とその上層配線とを接続する接続ビアPL3が形成されていない領域に形成された配線であるため、第3層配線L3aの下面は接続ビアと接していない。このため、半導体基板1Sと接続された第4層配線L4と第3層配線L3とが、第3層配線L3上の接続ビアPL4を介して接続されるまでは、第3層配線L3aは他の配線または半導体基板1Sなどと絶縁されたフローティング状態となる。   As shown in FIG. 18, in the layer including the third-layer wiring L3, a third-layer wiring L3a having the same structure as the third-layer wiring L3 is provided in the step of forming the third-layer wiring L3. Since the third layer wiring L3a is a wiring formed in a region where the connection via PL3 that connects the second layer wiring L2 and the upper layer wiring is not formed, the lower surface of the third layer wiring L3a is in contact with the connection via. Absent. Therefore, until the fourth layer wiring L4 and the third layer wiring L3 connected to the semiconductor substrate 1S are connected via the connection via PL4 on the third layer wiring L3, the third layer wiring L3a It becomes a floating state insulated from the wiring or the semiconductor substrate 1S.

また、図18に示すように、第3層配線L3aの上面には、接続ビアPL4の他にダミービアDP4を形成し、ダミービアDP4の上部にはダミー配線D4を形成する。ダミービアDP4およびダミー配線D4は、ダミービアDP2およびダミー配線D2と同様の工程で形成された配線であり、ダミービアDP2およびダミー配線D2と同様に電気的に機能しない配線として設けるものである。したがって、ダミー配線D4はその上部の電気的に機能する配線とは接続されていない。   Further, as shown in FIG. 18, in addition to the connection via PL4, a dummy via DP4 is formed on the upper surface of the third layer wiring L3a, and a dummy wiring D4 is formed above the dummy via DP4. The dummy via DP4 and the dummy wiring D4 are wirings formed in the same process as the dummy via DP2 and the dummy wiring D2, and are provided as wirings that do not function electrically like the dummy via DP2 and the dummy wiring D2. Therefore, the dummy wiring D4 is not connected to the electrically functioning wiring above the dummy wiring D4.

続いて、第2ファイン層上にセミグローバル層を形成する工程について説明する。図19に示すように、第5層配線L5を形成した層間絶縁膜IL5上の表面に対してアンモニアプラズマ処理を実施して、第5層配線L5の表面および層間絶縁膜IL5の表面を洗浄する。続いて、第5層配線L5を形成した層間絶縁膜IL5上にバリア絶縁膜BI5を形成する。このバリア絶縁膜BI5は、例えば、SiCN膜とSiOC膜との積層膜から構成され、例えば、この積層膜はCVD法により形成することができる。その後、バリア絶縁膜BI5上に層間絶縁膜IL6を形成する。この層間絶縁膜IL6は、例えば、SiOC膜から形成され、例えば、プラズマCVD法を使用することにより形成される。   Subsequently, a process of forming a semi-global layer on the second fine layer will be described. As shown in FIG. 19, the surface of the interlayer insulating film IL5 on which the fifth layer wiring L5 is formed is subjected to ammonia plasma treatment to clean the surface of the fifth layer wiring L5 and the surface of the interlayer insulating film IL5. . Subsequently, a barrier insulating film BI5 is formed on the interlayer insulating film IL5 on which the fifth layer wiring L5 is formed. The barrier insulating film BI5 is composed of, for example, a laminated film of a SiCN film and a SiOC film. For example, the laminated film can be formed by a CVD method. Thereafter, an interlayer insulating film IL6 is formed over the barrier insulating film BI5. The interlayer insulating film IL6 is formed from, for example, a SiOC film, and is formed by using, for example, a plasma CVD method.

次に、図20に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング法を使用することにより、層間絶縁膜IL6に配線溝WD4およびビアホールV3を形成する。このビアホールV3は、SiOC膜からなる層間絶縁膜IL6を貫通して底面が第5層配線L5に達するように形成される。これにより、ビアホールV3の底部で第5層配線L5の表面が露出することになる。   Next, as shown in FIG. 20, by using a photolithography technique and an etching method, a wiring groove WD4 and a via hole V3 are formed in the interlayer insulating film IL6. The via hole V3 is formed so as to penetrate the interlayer insulating film IL6 made of the SiOC film and have a bottom surface reaching the fifth layer wiring L5. As a result, the surface of the fifth layer wiring L5 is exposed at the bottom of the via hole V3.

次に、図21に示すように、配線溝WD4およびビアホールV3を形成した層間絶縁膜IL6上に銅拡散防止膜であるバリア導体膜(図示しない)を形成する。具体的に、バリア導体膜は、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、ルテニウム(Ru)、タングステン(W)、マンガン(Mn)およびこれらの窒化物や窒化珪化物、または、これらの積層膜から構成され、例えば、スパッタリング法を使用することにより形成する。   Next, as shown in FIG. 21, a barrier conductor film (not shown) which is a copper diffusion preventing film is formed on the interlayer insulating film IL6 in which the wiring trench WD4 and the via hole V3 are formed. Specifically, the barrier conductor film is made of tantalum (Ta), titanium (Ti), ruthenium (Ru), tungsten (W), manganese (Mn), nitrides or silicides thereof, or a laminated film thereof. For example, it is formed by using a sputtering method.

続いて、配線溝WD4とビアホールV3の内部および層間絶縁膜IL6上に形成されたバリア導体膜上に、例えば、薄い銅膜からなるシード膜をスパッタリング法により形成する。そして、このシード膜を電極とした電解メッキ法により銅膜Cu3を形成する。この銅膜Cu3は、配線溝WD4およびビアホールV3を埋め込むように形成される。この銅膜Cu3は、例えば、銅を主体とする膜から形成される。   Subsequently, a seed film made of, for example, a thin copper film is formed by sputtering on the barrier conductor film formed inside the wiring trench WD4 and the via hole V3 and on the interlayer insulating film IL6. Then, a copper film Cu3 is formed by an electrolytic plating method using this seed film as an electrode. The copper film Cu3 is formed so as to fill the wiring groove WD4 and the via hole V3. The copper film Cu3 is formed from a film mainly composed of copper, for example.

次に、図22に示すように、層間絶縁膜IL6上に形成された不要なバリア導体膜および銅膜Cu3をCMP法で除去する。これにより、配線溝WD4内にバリア導体膜および銅膜Cu3を埋め込んだ第6層配線L6と、ビアホールV3内にバリア導体膜および銅膜Cu3を埋め込んだ接続ビアPL6とを形成することができる。接続ビアPL6は第5層配線L5の上面に接して形成され、第6層配線L6は接続ビアPL6上に接続ビアPL6と一体となって形成される。   Next, as shown in FIG. 22, the unnecessary barrier conductor film and copper film Cu3 formed on the interlayer insulating film IL6 are removed by CMP. Thus, the sixth layer wiring L6 in which the barrier conductor film and the copper film Cu3 are embedded in the wiring groove WD4, and the connection via PL6 in which the barrier conductor film and the copper film Cu3 are embedded in the via hole V3 can be formed. The connection via PL6 is formed in contact with the upper surface of the fifth layer wiring L5, and the sixth layer wiring L6 is formed integrally with the connection via PL6 on the connection via PL6.

以上のようにして、第6層配線L6を形成することができる。このような製造工程を繰り返すことにより、図23に示すような第7層配線L7も形成する。これにより、接続ビアPL6、PL7、第6層配線L6および第7層配線L7を含むセミグローバル層を形成することができる。   As described above, the sixth-layer wiring L6 can be formed. By repeating such a manufacturing process, a seventh layer wiring L7 as shown in FIG. 23 is also formed. Thereby, a semi-global layer including the connection vias PL6 and PL7, the sixth layer wiring L6, and the seventh layer wiring L7 can be formed.

続いて、セミグローバル層上にグローバル層を形成する工程について説明する。図24に示すように、第7層配線L7を形成した層間絶縁膜IL7の表面に対してアンモニアプラズマ処理を実施して、第7層配線L7の表面および層間絶縁膜IL7の表面を洗浄する。続いて、第7層配線L7を形成した層間絶縁膜IL7上にバリア絶縁膜BI7aを形成する。このバリア絶縁膜BI7aは、例えば、SiCN膜とSiOC膜の積層膜から構成され、例えば、この積層膜はCVD法により形成することができる。   Next, a process for forming a global layer on the semi-global layer will be described. As shown in FIG. 24, the surface of the interlayer insulating film IL7 on which the seventh layer wiring L7 is formed is subjected to ammonia plasma treatment to clean the surface of the seventh layer wiring L7 and the surface of the interlayer insulating film IL7. Subsequently, a barrier insulating film BI7a is formed on the interlayer insulating film IL7 on which the seventh layer wiring L7 is formed. The barrier insulating film BI7a is composed of, for example, a laminated film of a SiCN film and a SiOC film. For example, the laminated film can be formed by a CVD method.

次に、バリア絶縁膜BI7a上に層間絶縁膜IL8aを形成する。この層間絶縁膜IL8aは、例えば、TEOS膜または酸化シリコン膜などから形成され、例えば、プラズマCVD法を使用することにより形成される。さらに、層間絶縁膜IL8a上に、エッチングストップ絶縁膜BI7bを形成し、このエッチングストップ絶縁膜BI7b上に層間絶縁膜IL8bを形成する。このエッチングストップ絶縁膜BI7bは、例えば、SiCN膜から形成され、例えば、この積層膜はCVD法により形成することができる。また、この層間絶縁膜IL8bは、例えば、TEOS膜または酸化シリコン膜などから形成され、例えば、プラズマCVD法を使用することにより形成される。   Next, an interlayer insulating film IL8a is formed over the barrier insulating film BI7a. The interlayer insulating film IL8a is formed of, for example, a TEOS film or a silicon oxide film, and is formed by using, for example, a plasma CVD method. Further, an etching stop insulating film BI7b is formed on the interlayer insulating film IL8a, and an interlayer insulating film IL8b is formed on the etching stop insulating film BI7b. The etching stop insulating film BI7b is formed of, for example, a SiCN film. For example, the stacked film can be formed by a CVD method. The interlayer insulating film IL8b is formed of, for example, a TEOS film or a silicon oxide film, and is formed by using, for example, a plasma CVD method.

次に、図25に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング法を使用することにより、層間絶縁膜IL8bおよびエッチングストップ絶縁膜BI7bに配線溝WD5を形成し、かつ、層間絶縁膜IL8aおよびバリア絶縁膜BI7aにビアホールV4を形成する。このビアホールV4は、TEOS膜または酸化シリコン膜などからなる層間絶縁膜IL8aを貫通して底面が第7層配線L7に達するように形成される。これにより、ビアホールV4の底部で第7層配線L7の表面が露出することになる。   Next, as shown in FIG. 25, by using a photolithography technique and an etching method, a wiring trench WD5 is formed in the interlayer insulating film IL8b and the etching stop insulating film BI7b, and the interlayer insulating film IL8a and the barrier insulating film are formed. A via hole V4 is formed in the BI 7a. The via hole V4 is formed so as to penetrate the interlayer insulating film IL8a made of a TEOS film, a silicon oxide film, or the like so that the bottom surface reaches the seventh layer wiring L7. As a result, the surface of the seventh layer wiring L7 is exposed at the bottom of the via hole V4.

その後、図26に示すように、配線溝WD5を形成した層間絶縁膜IL8b上およびビアホールV4を形成した層間絶縁膜IL8a上に銅拡散防止膜であるバリア導体膜(図示しない)を形成する。具体的に、バリア導体膜は、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、ルテニウム(Ru)、タングステン(W)、マンガン(Mn)およびこれらの窒化物や窒化珪化物、または、これらの積層膜から構成され、例えば、スパッタリング法を使用することにより形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 26, a barrier conductor film (not shown) as a copper diffusion preventing film is formed on the interlayer insulating film IL8b in which the wiring trench WD5 is formed and on the interlayer insulating film IL8a in which the via hole V4 is formed. Specifically, the barrier conductor film is made of tantalum (Ta), titanium (Ti), ruthenium (Ru), tungsten (W), manganese (Mn), nitrides or silicides thereof, or a laminated film thereof. For example, it is formed by using a sputtering method.

続いて、配線溝WD5とビアホールV4の内部および層間絶縁膜IL8b上に形成されたバリア導体膜上に、例えば、薄い銅膜からなるシード膜をスパッタリング法により形成する。そして、このシード膜を電極とした電解メッキ法により銅膜Cu4を形成する。この銅膜Cu4は、配線溝WD5およびビアホールV4を埋め込むように形成される。この銅膜Cu4は、例えば、銅を主体とする膜から形成される。   Subsequently, a seed film made of, for example, a thin copper film is formed by sputtering on the barrier conductor film formed in the wiring trench WD5 and the via hole V4 and on the interlayer insulating film IL8b. Then, a copper film Cu4 is formed by an electrolytic plating method using this seed film as an electrode. The copper film Cu4 is formed so as to fill the wiring groove WD5 and the via hole V4. The copper film Cu4 is formed from a film mainly composed of copper, for example.

次に、図27に示すように、層間絶縁膜IL8b上に形成された不要なバリア導体膜および銅膜Cu4をCMP法で除去する。これにより、配線溝WD5内にバリア導体膜および銅膜Cu4を埋め込んだ第8層配線L8と、ビアホールV4内にバリア導体膜および銅膜Cu4を埋め込んだ接続ビアPL8とを形成することができる。接続ビアPL8は第7層配線L7の上面に接して形成され、第8層配線L8は接続ビアPL8上に接続ビアPL8と一体となって形成される。以上のようにして、第8層配線L8を形成することができる。これにより、第8層配線L8を含むグローバル層を形成することができる。   Next, as shown in FIG. 27, the unnecessary barrier conductor film and copper film Cu4 formed on the interlayer insulating film IL8b are removed by CMP. Thereby, the eighth layer wiring L8 in which the barrier conductor film and the copper film Cu4 are embedded in the wiring groove WD5, and the connection via PL8 in which the barrier conductor film and the copper film Cu4 are embedded in the via hole V4 can be formed. The connection via PL8 is formed in contact with the upper surface of the seventh layer wiring L7, and the eighth layer wiring L8 is formed integrally with the connection via PL8 on the connection via PL8. As described above, the eighth-layer wiring L8 can be formed. Thereby, a global layer including the eighth layer wiring L8 can be formed.

次に、図28に示すように、第8層配線L8を形成した層間絶縁膜IL8b上にバリア絶縁膜BI8を形成し、このバリア絶縁膜BI8上に層間絶縁膜IL9を形成する。このバリア絶縁膜BI8は、例えば、SiCN膜とSiOC膜の積層膜から構成され、例えば、この積層膜はCVD法により形成することができる。また、層間絶縁膜IL9は、例えば、TEOS膜または酸化シリコン膜などから形成され、例えば、プラズマCVD法を使用することにより形成される。そして、この層間絶縁膜IL9およびバリア絶縁膜BI8を貫通するビアホールを形成する。   Next, as shown in FIG. 28, a barrier insulating film BI8 is formed on the interlayer insulating film IL8b on which the eighth layer wiring L8 is formed, and an interlayer insulating film IL9 is formed on the barrier insulating film BI8. The barrier insulating film BI8 is composed of, for example, a laminated film of a SiCN film and a SiOC film. For example, the laminated film can be formed by a CVD method. The interlayer insulating film IL9 is formed of, for example, a TEOS film or a silicon oxide film, and is formed by using, for example, a plasma CVD method. Then, a via hole penetrating through the interlayer insulating film IL9 and the barrier insulating film BI8 is formed.

次に、ビアホールの側壁と底面、および層間絶縁膜IL9上にチタン/窒化チタン膜、アルミニウム膜、チタン/窒化チタン膜を順次積層した積層膜を形成し、この積層膜をパターニングすることにより、接続ビアPL9と最上層配線である第9層配線L9とを形成する。接続ビアPL9は第8層配線L8の上面に接して形成され、第9層配線L9は接続ビアPL9の上面に接して形成される。   Next, a laminated film in which a titanium / titanium nitride film, an aluminum film, and a titanium / titanium nitride film are sequentially laminated is formed on the sidewall and bottom surface of the via hole and the interlayer insulating film IL9, and the laminated film is patterned to be connected. A via PL9 and a ninth layer wiring L9 which is the uppermost layer wiring are formed. The connection via PL9 is formed in contact with the upper surface of the eighth layer wiring L8, and the ninth layer wiring L9 is formed in contact with the upper surface of the connection via PL9.

次に、図29に示すように、第9層配線L9を形成した層間絶縁膜IL9上に表面保護膜となるパッシベーション膜PASを形成する。このパッシベーション膜PASは、例えば、酸化シリコン膜とこの酸化シリコン膜上に配置された窒化シリコン膜から形成され、例えば、CVD法により形成することができる。その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング法を使用することにより、パッシベーション膜PASに開目部を形成して、第9層配線L9の一部を露出してパッドPDを形成する。なお、図示していない領域では、第9層配線L9の上面も露出され、パッドが形成されている。   Next, as shown in FIG. 29, a passivation film PAS serving as a surface protective film is formed on the interlayer insulating film IL9 on which the ninth layer wiring L9 is formed. The passivation film PAS is formed of, for example, a silicon oxide film and a silicon nitride film disposed on the silicon oxide film, and can be formed by, for example, a CVD method. Thereafter, by using a photolithography technique and an etching method, an opening is formed in the passivation film PAS, and a part of the ninth-layer wiring L9 is exposed to form a pad PD. In the region not shown, the upper surface of the ninth layer wiring L9 is also exposed and a pad is formed.

次に、図30に示すように、パッドPDが露出したパッシベーション膜PAS上にポリイミド膜PIを形成する。そして、このポリイミド膜PIをパターニングすることにより、パッドPDを露出させる。以上のようにして、半導体基板1S上に形成された拡散層に接続された多層配線を形成することで、図1および図2に示す本実施の形態の半導体装置が完成する。   Next, as shown in FIG. 30, a polyimide film PI is formed on the passivation film PAS where the pad PD is exposed. Then, the pad PD is exposed by patterning the polyimide film PI. As described above, by forming the multilayer wiring connected to the diffusion layer formed on the semiconductor substrate 1S, the semiconductor device of the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2 is completed.

本実施の形態の半導体装置は、第1層配線L1または第3層配線L3のように、半導体装置が完成した時点では半導体基板1Sなどと接続されてフローティング状態となっていない配線であっても、製造工程において半導体基板1Sなどと絶縁されていると当該配線が高抵抗化する虞があるため、これを防ぐ目的で当該配線上に電気的に機能しないダミービアおよびダミー配線を設けているものである。   The semiconductor device of the present embodiment may be a wiring that is connected to the semiconductor substrate 1S or the like and is not in a floating state when the semiconductor device is completed, such as the first layer wiring L1 or the third layer wiring L3. In the manufacturing process, if the wiring is insulated from the semiconductor substrate 1S or the like, the wiring may have a high resistance. For this purpose, dummy vias and dummy wiring that do not function electrically are provided on the wiring. is there.

図15を用いて説明したように、第1層配線L1の上面を露出するビアホールV1および配線溝WD2を開口し、続いて純水を用いたリンス洗浄を行う時点では、ゲート電極G1に接続された第1層配線L1はフローティング状態となっている。ダミービアDP2およびダミー配線D2を設けない場合、第1層配線L1に帯電した電荷が洗浄水中に移動する際、接続ビアPL2(図17参照)を形成するためのビアホールV1の底部に電荷が集中し、層間絶縁膜IL2から露出している第1層配線L1中の銅が洗浄水中に溶け出す虞がある。この場合、銅が溶け出した第1層配線L1と接続ビアPL2との間にはボイドなどの高抵抗領域が形成されることになり、その結果、半導体装置が正常に動作しなくなるか、または半導体装置の性能にばらつきが生じるなどの問題が起こるため、半導体装置の信頼性が低下する。   As described with reference to FIG. 15, when the via hole V1 and the wiring groove WD2 exposing the upper surface of the first layer wiring L1 are opened and subsequently rinsed with pure water, the gate electrode G1 is connected. The first layer wiring L1 is in a floating state. When the dummy via DP2 and the dummy wiring D2 are not provided, when the charge charged in the first layer wiring L1 moves into the cleaning water, the charge concentrates on the bottom of the via hole V1 for forming the connection via PL2 (see FIG. 17). The copper in the first layer wiring L1 exposed from the interlayer insulating film IL2 may melt into the cleaning water. In this case, a high resistance region such as a void is formed between the first layer wiring L1 from which copper has melted and the connection via PL2, and as a result, the semiconductor device does not operate normally, or Since problems such as variations in the performance of the semiconductor device occur, the reliability of the semiconductor device decreases.

同様に、図30に示す第3層配線L3aは、製造工程の途中まで半導体基板1Sまたは他の配線などから絶縁された状態となる。したがって半導体装置の完成後は、第3層配線L3aの下面に接続ビアは接しておらず、また、第3層配線L3aの側面には他の配線または半導体基板1Sと第3層配線L3aとを電気的に接続するような導体膜は形成されておらず、第3層配線L3aの上面のみに電気的に機能する導体(接続ビア)が接続された状態となる。つまり、図30に示す完成した半導体装置では、第3層配線L3aの側面および下面は絶縁膜により覆われている。   Similarly, the third layer wiring L3a shown in FIG. 30 is insulated from the semiconductor substrate 1S or other wiring until the middle of the manufacturing process. Therefore, after the semiconductor device is completed, the connection via is not in contact with the lower surface of the third layer wiring L3a, and other wiring or the semiconductor substrate 1S and the third layer wiring L3a are connected to the side surface of the third layer wiring L3a. No electrically conductive film is formed, and the electrically functioning conductor (connection via) is connected only to the upper surface of the third layer wiring L3a. That is, in the completed semiconductor device shown in FIG. 30, the side surface and the lower surface of the third layer wiring L3a are covered with the insulating film.

製造工程中における、第3層配線L3aの上面を露出するビアホールおよび配線溝を形成した後のリンス洗浄工程では、ドライエッチングなどにより第3層配線L3aに溜まった電荷がビアホールの底部の第3層配線L3aに集中して流れることで、ビアホールの底部に露出した第3層配線L3aの一部が消失する虞がある。しかし本実施の形態では、第1層配線L1上のダミービアDP2およびダミー配線D2と同様に、第3層配線L3a上にダミービアDP4およびダミー配線D4を設けている。これにより、第3層配線L3a上に開口するビアホールの数を増やして電荷の集中を避けることで第3層配線L3aの一部消失を防ぎ、第1層配線L1上にダミービアDP2およびダミー配線D2を形成した効果と同様の効果を得ることができる。   In the rinsing cleaning step after forming the via hole and the wiring groove exposing the upper surface of the third layer wiring L3a during the manufacturing process, the charge accumulated in the third layer wiring L3a by dry etching or the like is the third layer at the bottom of the via hole. There is a possibility that part of the third layer wiring L3a exposed at the bottom of the via hole disappears due to the concentrated flow in the wiring L3a. However, in the present embodiment, similar to the dummy via DP2 and the dummy wiring D2 on the first layer wiring L1, the dummy via DP4 and the dummy wiring D4 are provided on the third layer wiring L3a. Accordingly, the number of via holes opened on the third layer wiring L3a is increased to avoid concentration of electric charges, thereby preventing a part of the third layer wiring L3a from being lost, and the dummy via DP2 and the dummy wiring D2 on the first layer wiring L1. The same effect as that obtained by forming can be obtained.

本実施の形態では、電気的に機能しないダミービアおよびダミー配線を形成し、製造工程中にフローティング状態となる銅配線の上部に開口されるビアホールの数を増やすことで、前記ビアホールおよび配線溝の形成後に行うリンス洗浄工程において前記銅配線に耐電する電荷が洗浄水中に流れ出す際のビアホール毎の電荷密度を低減し、銅配線の一部が溶け出して配線が高抵抗化することを防ぐことを可能としている。これにより、半導体装置の回路の高抵抗化を防ぎ、半導体装置の信頼性を向上させることができる。   In the present embodiment, dummy vias and dummy wirings that do not function electrically are formed, and the number of via holes opened above the copper wiring that is in a floating state during the manufacturing process is increased, thereby forming the via holes and wiring grooves. It is possible to reduce the charge density of each via hole when the electric charge withstanding the copper wiring flows into the cleaning water in the rinse cleaning process to be performed later, and to prevent a part of the copper wiring from melting and increasing the resistance of the wiring. It is said. As a result, the resistance of the circuit of the semiconductor device can be prevented from increasing, and the reliability of the semiconductor device can be improved.

なお、本実施の形態ではダミー配線の上面に接続されるようなプラグおよび配線を設けない例について説明したが、例えば図1に示すダミー配線D2の上部に、電気的に機能しない上層ダミービアおよび上層ダミー配線をさらに形成し、ダミー配線D2に接続させても構わない。これにより、ダミー配線D2が接続された第1層配線L1の直上の第2層配線L2上に接続ビアPL3を埋め込むためのビアホールを形成した際、ダミー配線D2上にも前記上層ダミービアを形成するためのビアホールが形成されるため、その後の洗浄工程においても依然フローティング状態にある第2層配線L2を構成する銅が溶け出すなどして高抵抗化することを防ぐことができる。   In this embodiment, an example in which a plug and a wiring that are connected to the upper surface of the dummy wiring are not provided has been described. However, an upper dummy via and an upper layer that do not function electrically are provided above the dummy wiring D2 illustrated in FIG. A dummy wiring may be further formed and connected to the dummy wiring D2. Thus, when a via hole for embedding the connection via PL3 is formed on the second layer wiring L2 immediately above the first layer wiring L1 to which the dummy wiring D2 is connected, the upper layer dummy via is also formed on the dummy wiring D2. Therefore, in the subsequent cleaning process, it is possible to prevent the copper constituting the second-layer wiring L2 still in a floating state from being melted and increasing the resistance.

また、図2に示すダミービアDP1およびダミー配線D1のように、半導体基板1Sの主面に絶縁膜を介して形成された、フローティング状態にあるポリシリコン膜等に直接ダミービアおよびダミー配線を形成してもよい。図2に示す半導体装置、半導体基板1Sの主面に容量素子C1およびスプリットゲート型メモリM1を形成する点以外は図3〜図30を用いて説明した製造工程とほぼ同様の工程により形成することができるため、製造工程の説明は省略する。   Further, as in the dummy via DP1 and the dummy wiring D1 shown in FIG. 2, the dummy via and the dummy wiring are directly formed in the floating polysilicon film or the like formed on the main surface of the semiconductor substrate 1S via the insulating film. Also good. The semiconductor device shown in FIG. 2 is formed by substantially the same process as the manufacturing process described with reference to FIGS. 3 to 30 except that the capacitor element C1 and the split gate type memory M1 are formed on the main surface of the semiconductor substrate 1S. Therefore, description of the manufacturing process is omitted.

ただし、ダミービアDP1およびダミー配線D1は、銅配線の一部消失に起因する配線高抵抗化を防ぐのではなく、図2を用いて説明したように、第1層配線L1を形成するための配線溝の形成後のリンス洗浄により、大きな電荷がタングステンを含むプラグPL1に集中して流れることで、プラグPL1の上面に酸化膜が形成されることを防ぐ目的で形成するものである。このようにダミービアDP1およびダミー配線D1を形成することにより、フローティング状態にあるポリシリコン膜上にタングステンを含むプラグを介して銅配線を形成する際に、ポリシリコン膜中に帯電した電荷が前記プラグに集中して移動することを防ぎ、前記プラグの上面に酸化タングステン膜が形成されて半導体装置中の回路の配線抵抗が上昇することを防ぐことができる。これにより、半導体基板の性能のばらつきを抑え、半導体装置の信頼性を向上させることができる。   However, the dummy via DP1 and the dummy wiring D1 do not prevent an increase in wiring resistance due to the disappearance of a part of the copper wiring, but the wiring for forming the first layer wiring L1 as described with reference to FIG. Rinse cleaning after the formation of the groove is performed for the purpose of preventing a large charge from concentrating on the plug PL1 containing tungsten and thereby preventing an oxide film from being formed on the upper surface of the plug PL1. By forming the dummy via DP1 and the dummy wiring D1 in this way, when the copper wiring is formed on the polysilicon film in the floating state via the plug containing tungsten, the charge charged in the polysilicon film becomes the plug. Therefore, it is possible to prevent a tungsten oxide film from being formed on the upper surface of the plug and increase the wiring resistance of the circuit in the semiconductor device. Thereby, the dispersion | variation in the performance of a semiconductor substrate can be suppressed and the reliability of a semiconductor device can be improved.

(実施の形態2)
前記実施の形態1では、第1ファイン層、セミグローバル層およびグローバル層のように、ポリシリコン膜などの上にタングステンを含むプラグを介して銅配線を形成する場合、または銅配線上に銅を主に含む接続ビアを介して銅配線を形成する場合についで説明した。つまり、前記実施の形態1で説明したダミービアおよびダミー配線は、半導体基板の主面上に絶縁膜を介して形成されたポリシリコン膜上に接して形成するか、またはその上層の銅配線の上面に接して形成するものであり、積層半導体装置の中間層または下層の配線などが高抵抗化することを防ぐために設けるものである。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, when the copper wiring is formed on the polysilicon film or the like via the plug containing tungsten like the first fine layer, the semi-global layer, and the global layer, or the copper is formed on the copper wiring. Next, the case where the copper wiring is formed through the connection via mainly included has been described. That is, the dummy via and the dummy wiring described in the first embodiment are formed in contact with the polysilicon film formed on the main surface of the semiconductor substrate via the insulating film, or the upper surface of the upper copper wiring. It is provided in order to prevent the intermediate layer or lower layer wiring of the stacked semiconductor device from increasing in resistance.

これに対して、本実施の形態は、銅などの導体からなる配線上に銅からなる接続ビアを介してアルミニウム(A1)を主に含むアルミニウム配線を形成する場合に、前記アルミニウム配線の下部に接続ビアを介して形成された配線上にダミービアを設け、接続ビアなどの配線が高抵抗化することを防ぐものである。   In contrast, in the present embodiment, when an aluminum wiring mainly containing aluminum (A1) is formed on a wiring made of a conductor such as copper via a connection via made of copper, the lower part of the aluminum wiring is formed. A dummy via is provided on the wiring formed through the connection via to prevent the wiring such as the connection via from increasing in resistance.

図31に、本実施の形態の半導体装置の断面図を示す。図31は、図1と対応する箇所における半導体装置の断面図であり、図31に示す半導体装置は図1に示す半導体装置とほぼ同様の構造を有している。ただし第8層配線L8の上部に、第9層配線L9と第8層配線とを電気的に接続するための接続ビアPL9の他に、第9層配線L9と接続されていないビアであって、半導体層装置内において電気的に機能しないダミービアDP9が形成されている点で、本実施の形態の半導体装置は前記実施の形態1で説明した半導体装置と異なる。なお、ダミービアDP9の上面には、ダミー配線は形成されておらず、電気的に機能する配線も形成されていない。また、第9層配線L9上には第9層配線L9の上面を露出する開口部が形成され、露出している領域の第9層配線L9をパッドとして用いる構造となっているが、当該開口部は図示していない他の領域に設けられているものとする。   FIG. 31 is a cross-sectional view of the semiconductor device of this embodiment. 31 is a cross-sectional view of the semiconductor device at a location corresponding to FIG. 1, and the semiconductor device shown in FIG. 31 has a structure substantially similar to that of the semiconductor device shown in FIG. However, in addition to the connection via PL9 for electrically connecting the ninth layer wiring L9 and the eighth layer wiring above the eighth layer wiring L8, the vias are not connected to the ninth layer wiring L9. The semiconductor device of the present embodiment is different from the semiconductor device described in the first embodiment in that a dummy via DP9 that does not function electrically is formed in the semiconductor layer device. Note that no dummy wiring is formed on the upper surface of the dummy via DP9, and no electrically functioning wiring is formed. An opening exposing the upper surface of the ninth layer wiring L9 is formed on the ninth layer wiring L9, and the ninth layer wiring L9 in the exposed region is used as a pad. It is assumed that the part is provided in another region not shown.

半導体装置の製造工程において、図31に示す第8層配線L8のような上層の配線であっても、形成された時点では半導体基板などと絶縁されたフローティング状態である場合がある。その場合、図33を用いて説明したように、銅配線上に接続ビアを形成するためのビアホールを開口するドライエッチングなどにより前記銅配線および前記配線に接続された配線に電荷が溜まり、その電荷が前記ビアホールに集中して高い密度で洗浄水中に移動することで、前記銅配線の一部が消失するなどして配線の抵抗値が高くなる問題がある。   In the manufacturing process of the semiconductor device, even an upper layer wiring such as the eighth layer wiring L8 shown in FIG. 31 may be in a floating state insulated from the semiconductor substrate or the like when formed. In this case, as described with reference to FIG. 33, charges accumulate in the copper wiring and the wiring connected to the wiring by dry etching or the like that opens a via hole for forming a connection via on the copper wiring, and the charge However, since the copper wire concentrates in the via hole and moves into the cleaning water at a high density, there is a problem that a part of the copper wiring disappears and the resistance value of the wiring becomes high.

これに対し、本実施の形態の半導体装置では、ダミービアDP9を形成することにより、半導体装置の製造工程中に第8層配線L8の上部に開口するビアホールの数を増やし、前記ビアホール開口後の洗浄工程において第8層配線L8から洗浄水中に移動する電荷の密度を、ダミービアDP9を埋め込むためのビアホールに分散させることができる。これにより、一部のビアホールから露出する第8層配線L8の上面に電荷が集中することを防ぎ、第8層配線L8を構成する銅が洗浄水中に溶け出すことを防ぐことができるので、前記実施の形態1と同様に、配線の部分的な消失を防ぐことができる。また、同様の理由により、配線と接続ビアとの界面に酸化膜が形成され、配線が高抵抗になることを防ぐことができる。したがって、半導体装置の信頼性を向上することができる。また、半導体装置の配線抵抗のばらつきの発生を抑えることが可能となる。   On the other hand, in the semiconductor device of the present embodiment, by forming the dummy via DP9, the number of via holes opened above the eighth layer wiring L8 is increased during the manufacturing process of the semiconductor device, and the cleaning after the opening of the via holes is performed. In the process, the density of charges moving from the eighth layer wiring L8 into the cleaning water can be dispersed in the via hole for embedding the dummy via DP9. Thereby, it is possible to prevent electric charges from concentrating on the upper surface of the eighth layer wiring L8 exposed from a part of the via holes, and it is possible to prevent the copper constituting the eighth layer wiring L8 from melting into the cleaning water. As in the first embodiment, partial loss of wiring can be prevented. For the same reason, an oxide film is formed at the interface between the wiring and the connection via, so that the wiring can be prevented from having a high resistance. Therefore, the reliability of the semiconductor device can be improved. In addition, it is possible to suppress the occurrence of variations in the wiring resistance of the semiconductor device.

なお、図31に示すダミービアDP9の上部には図1に示すダミービアDP2、DP4および図2に示すダミービアDP1のように、ダミービアの上部にダミー配線を形成する必要はない。これは、ダミービアDP9の同層の接続ビアPL9の上部に形成する配線がダマシン法で形成される銅配線ではなく、アルミニウム配線であることに起因する。   Note that it is not necessary to form dummy wirings above the dummy vias, like the dummy vias DP2 and DP4 shown in FIG. 1 and the dummy via DP1 shown in FIG. 2 above the dummy via DP9 shown in FIG. This is because the wiring formed above the connection via PL9 in the same layer of the dummy via DP9 is not a copper wiring formed by the damascene method but an aluminum wiring.

前記実施の形態1で図2を用いて説明したように、例えばプラグPL1上およびダミービアDP1上にはシングルダマシン法で形成された銅を含む第1層配線L1およびダミー配線D1をそれぞれ設けているが、図31に示すダミービアDP9上に形成される配線は、スパッタリング法などで半導体基板1S上の全面にアルミニウム膜を形成した後に、当該アルミニウム膜をパターニングすることで形成する配線である。このため、ダミービアDP9上の絶縁膜を一部除去してダミービアDP9の上面を露出し、配線溝を形成するような加工は行わないため、ビアの上面のみを露出させてリンス洗浄を行うことがない。したがって、ダミービアDP9の上部には、ダミー配線を設けなくても構わない。   As described with reference to FIG. 2 in the first embodiment, for example, the first layer wiring L1 and the dummy wiring D1 containing copper formed by the single damascene method are provided on the plug PL1 and the dummy via DP1, respectively. However, the wiring formed on the dummy via DP9 shown in FIG. 31 is a wiring formed by forming an aluminum film on the entire surface of the semiconductor substrate 1S by sputtering or the like and then patterning the aluminum film. For this reason, a part of the insulating film on the dummy via DP9 is partially removed to expose the upper surface of the dummy via DP9, and a process for forming a wiring groove is not performed. Therefore, the rinse cleaning can be performed with only the upper surface of the via exposed. Absent. Therefore, it is not necessary to provide a dummy wiring above the dummy via DP9.

ただし、図32に示すように、ダミービアDP9上にダミー配線D9を形成すれば、より安定してアルミニウム配線の加工を行うことができる。なお、図32は本実施の形態の半導体装置の変形例を示す断面図であり、ダミービアDP9上にダミー配線D9が形成されている点で図31に示す半導体装置と構造が異なる。   However, as shown in FIG. 32, if the dummy wiring D9 is formed on the dummy via DP9, the aluminum wiring can be processed more stably. FIG. 32 is a cross-sectional view showing a modification of the semiconductor device of the present embodiment, which is different in structure from the semiconductor device shown in FIG. 31 in that a dummy wiring D9 is formed on the dummy via DP9.

つまり、ダミービアDP9上にダミー配線D9を形成した場合、ダミービアDP9およびダミー配線D9からなる構造を、電気的に機能する接続ビアPL9および第9層配線L9からなる構造と同じ構造とすることができるので、ビアおよび配線の構造を揃えることで確実にダミービアを形成することができる。例えば、ダミー配線D9を形成しない場合には、第9層配線L9をエッチング法によりパターニングして形成する工程において、ダミービアDP9の上面の一部もエッチングエ程により除去されてしまう虞がある。この場合、製造工程中または完成後の半導体装置の表面の平坦性が損なわれる場合がある他、意図せずダミービアDP9の上部を削ることになり、予期せぬエッチング残渣が生じる可能性がある。   That is, when the dummy wiring D9 is formed on the dummy via DP9, the structure including the dummy via DP9 and the dummy wiring D9 can be the same as the structure including the electrically functioning connection via PL9 and the ninth layer wiring L9. Therefore, dummy vias can be reliably formed by aligning the via and wiring structures. For example, when the dummy wiring D9 is not formed, a part of the upper surface of the dummy via DP9 may be removed by the etching process in the step of forming the ninth layer wiring L9 by patterning using an etching method. In this case, the flatness of the surface of the semiconductor device during the manufacturing process or after completion may be impaired, and the upper portion of the dummy via DP9 is unintentionally cut, and an unexpected etching residue may be generated.

このように、他の電気的に機能する接続ビアおよび配線と異なる構造を有するビアを形成することは、残渣の発生などの予期せぬ問題が生じる原因となるため、ダミービアDP9上にダミー配線D9を形成することで配線構造を揃えてもよい。   As described above, forming a via having a structure different from that of other electrically functioning connection vias and wiring causes an unexpected problem such as generation of a residue, so that the dummy wiring D9 is formed on the dummy via DP9. The wiring structure may be aligned by forming.

また、ダミービアDP9を複数形成すれば、電荷が通る箇所をより多く設けることができるため、効果的に配線抵抗の増加を防ぐことができる。ただし、前記実施の形態1で説明したように、ダミービアDP9の径はダミービアDP9と同層の接続ビアPL9と同じ大きさで形成することで、同層の配線の規格を合わせてビアを形成することが重要である。   Further, if a plurality of dummy vias DP9 are formed, more portions through which charges pass can be provided, so that an increase in wiring resistance can be effectively prevented. However, as described in the first embodiment, the diameter of the dummy via DP9 is the same as that of the connection via PL9 in the same layer as the dummy via DP9, so that the via is formed in accordance with the wiring standard of the same layer. This is very important.

以上、本発明者らによってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventors has been specifically described based on the embodiment. However, the invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

本発明は、製造工程中にフローティング状態となる配線およびその上部のビアを備えた半導体装置の製造技術に適用して有効である。   The present invention is effective when applied to a manufacturing technique of a semiconductor device provided with a wiring that is in a floating state during the manufacturing process and a via thereover.

1 ポリシリコン膜
1S 半導体基板
2 ポリシリコン膜
3 コントロールゲート電極
4 メモリゲート電極
5 ゲート絶縁膜
6 バリア導体膜
7 タングステン膜
8 バリア導体膜
9 主導体膜
BI1〜BI8 バリア絶縁膜
BI7a バリア絶縁膜
BI7b エッチングストップ絶縁膜
C1 容量素子
CH コンタクトホール
CIL コンタクト層間絶縁膜
CMP1 CMP保護膜
Cu1〜Cu4 銅膜
D1、D2、D4、D9 ダミー配線
ES1 エッチンケストッパ膜
G1、G2 ゲート電極
IL1〜IL7 層間絶縁膜
IL8a 層間絶縁膜
IL8b 層間絶縁膜
IL9 層間絶縁膜
L1、L1b 第1層配線
L2 第層配線
L3 第3層配線
L3a 第3層配線
L4 第4層配線
L5 第5層配線
L6 第6層配線
L7 第7層配線
L8 第8層配線
L9 第9層配線
M1 スプリットゲート型メモリ
NS n型拡散層
PAS パッシベーション膜
PD パッド
PI ポリイミド膜
PL1 プラグ
PL2〜PL9 接続ビア
PR1、PR2 フォトレジスト膜
PS p型拡散層
PW pウエル
Q1、Q2 MISFET
V1、V1d、V3、V4 ビアホール
VO ボイド
WD1、WD2、WD4、WD5 配線溝
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Polysilicon film 1S Semiconductor substrate 2 Polysilicon film 3 Control gate electrode 4 Memory gate electrode 5 Gate insulation film 6 Barrier conductor film 7 Tungsten film 8 Barrier conductor film 9 Main conductor films BI1 to BI8 Barrier insulation film BI7a Barrier insulation film BI7b Etching Stop insulating film C1 Capacitor element CH Contact hole CIL Contact interlayer insulating film CMP1 CMP protective film Cu1-Cu4 Copper film D1, D2, D4, D9 Dummy wiring ES1 Etching stopper film G1, G2 Gate electrodes IL1-IL7 Interlayer insulating film IL8a Interlayer Insulating film IL8b Interlayer insulating film IL9 Interlayer insulating films L1, L1b First layer wiring L2 Third layer wiring L3 Third layer wiring L3a Third layer wiring L4 Fourth layer wiring L5 Fifth layer wiring L6 Sixth layer wiring L7 Seventh layer Wiring L8 8th layer wiring L9 9th layer wiring M1 Togeto memory NS n-type diffusion layer PAS passivation film PD pad PI polyimide film PL1 plug PL2~PL9 connection via PR1, PR2 photoresist film PS p-type diffusion layer PW p-well Q1, Q2 MISFET
V1, V1d, V3, V4 Via hole VO Void WD1, WD2, WD4, WD5 Wiring groove

Claims (20)

半導体基板の主面上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上形成されたゲートとして機能する導電膜と、
前記導電膜上に形成された第1層間絶縁膜と、
前記第1層間絶縁膜に形成された溝部に埋め込まれ、前記導電膜と電気的に接続された第1配線と、
前記第1配線上に形成された第2層間絶縁膜と、
前記第2層間絶縁膜を貫通して前記第1配線に電気的に接続された、回路を構成して電気的に機能する接続ビアおよび前記接続ビアと同層に形成された電気的に機能しないダミービアと、
を有することを特徴とする半導体装置。
A gate insulating film formed on the main surface of the semiconductor substrate;
A conductive film functioning as a gate formed on the gate insulating film;
A first interlayer insulating film formed on the conductive film;
A first wiring buried in a groove formed in the first interlayer insulating film and electrically connected to the conductive film;
A second interlayer insulating film formed on the first wiring;
A connection via that penetrates through the second interlayer insulating film and is electrically connected to the first wiring, constitutes a circuit and functions electrically, and does not function electrically in the same layer as the connection via Dummy vias,
A semiconductor device comprising:
前記接続ビアおよび前記ダミービアはダマシン法により形成された、銅を含む膜であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the connection via and the dummy via are films containing copper formed by a damascene method. 前記接続ビアの上部には前記接続ビアに接続された第2配線が形成されており、前記ダミービアの上部には前記ダミービアに接続されたダミー配線が形成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   2. The second wiring connected to the connection via is formed on the connection via, and the dummy wiring connected to the dummy via is formed on the dummy via. The semiconductor device described. 前記第2配線および前記ダミー配線は銅を含むシングルダマシン配線であることを特徴とする請求項3記載の半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the second wiring and the dummy wiring are single damascene wirings including copper. 前記接続ビアおよび前記ダミービアはタングステンを含むことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the connection via and the dummy via include tungsten. 前記接続ビアの上部には前記接続ビアに接続されたアルミニウムを含む第3配線が形成されており、前記ダミービアの上面は絶縁膜で覆われていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a third wiring containing aluminum connected to the connection via is formed on the connection via, and the upper surface of the dummy via is covered with an insulating film. . 前記接続ビアおよび前記第2配線は共に銅を含み、デュアルダマシン法により形成され一体となっており、
前記ダミービアおよび前記ダミー配線は共に銅を含み、デュアルダマシン法により形成され一体となっていることを特徴とする請求項3記載の半導体装置。
Both the connection via and the second wiring contain copper, and are formed by a dual damascene method and integrated.
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein each of the dummy via and the dummy wiring contains copper and is formed by a dual damascene method and integrated.
前記ダミー配線の側壁および上面は絶縁膜により覆われていることを特徴とする請求項3記載の半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 3, wherein a side wall and an upper surface of the dummy wiring are covered with an insulating film. 前記導電膜はポリシリコンを含むことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the conductive film contains polysilicon. 前記第1配線と、前記第1配線の下面に電気的に接続された全ての導体との合計の長さが4mm以上であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a total length of the first wiring and all conductors electrically connected to a lower surface of the first wiring is 4 mm or more. 前記接続ビアおよび前記ダミービアは前記半導体基板の主面に沿う方向における幅が同じであることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the connection via and the dummy via have the same width in a direction along a main surface of the semiconductor substrate. 半導体基板上に形成され、側面および下面を絶縁膜により覆われた第1配線と、
前記第1配線上に形成された第1層間絶縁膜と、
前記第1層間絶縁膜を貫通して前記第1配線に電気的に接続された、回路を構成して電気的に機能する接続ビアおよび前記接続ビアと同層に形成された電気的に機能しないダミービアと、
を有することを特徴とする半導体装置。
A first wiring formed on a semiconductor substrate and having a side surface and a lower surface covered with an insulating film;
A first interlayer insulating film formed on the first wiring;
A connection via that penetrates through the first interlayer insulating film and is electrically connected to the first wiring and constitutes a circuit and functions electrically. The connection via formed in the same layer as the connection via does not function. Dummy vias,
A semiconductor device comprising:
前記接続ビアおよび前記ダミービアはダマシン法により形成された、銅を含む膜であることを特徴とする請求項12記載の半導体装置。   13. The semiconductor device according to claim 12, wherein the connection via and the dummy via are films containing copper formed by a damascene method. 前記接続ビアの上部には前記接続ビアに接続された第2配線が形成されており、前記ダミービアの上部には前記ダミービアに接続されたダミー配線が形成されていることを特徴とする請求項12記載の半導体装置。   13. The second wiring connected to the connection via is formed on the connection via, and the dummy wiring connected to the dummy via is formed on the dummy via. The semiconductor device described. 前記第2配線および前記ダミー配線は銅を含むシングルダマシン配線であることを特徴とする請求項14記載の半導体装置。   15. The semiconductor device according to claim 14, wherein the second wiring and the dummy wiring are single damascene wiring containing copper. 前記接続ビアの上部には前記接続ビアに接続されたアルミニウムを含む第3配線が形成されており、前記ダミービアの上面は絶縁膜で覆われていることを特徴とする請求項12記載の半導体装置。   13. The semiconductor device according to claim 12, wherein a third wiring containing aluminum connected to the connection via is formed on the connection via, and an upper surface of the dummy via is covered with an insulating film. . 前記接続ビアおよび前記第2配線は共に銅を含み、デュアルダマシン法により形成され一体となっており、
前記ダミービアおよび前記ダミー配線は共に銅を含み、デュアルダマシン法により形成され一体となっていることを特徴とする請求項14記載の半導体装置。
Both the connection via and the second wiring contain copper, and are formed by a dual damascene method and integrated.
15. The semiconductor device according to claim 14, wherein each of the dummy via and the dummy wiring contains copper and is formed by a dual damascene method and integrated.
前記ダミー配線の側壁および上面は絶縁膜により覆われていることを特徴とする請求項14記載の半導体装置。   15. The semiconductor device according to claim 14, wherein a side wall and an upper surface of the dummy wiring are covered with an insulating film. 前記接続ビアおよび前記ダミービアは前記半導体基板の主面に沿う方向における幅が同じであることを特徴とする請求項12記載の半導体装置。   13. The semiconductor device according to claim 12, wherein the connection via and the dummy via have the same width in a direction along the main surface of the semiconductor substrate. 前記第1配線の長さは0.7mm以上であることを特徴とする請求項12記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 12, wherein a length of the first wiring is 0.7 mm or more.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107039380A (en) * 2015-12-28 2017-08-11 台湾积体电路制造股份有限公司 Connected structure and forming method thereof

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107039380A (en) * 2015-12-28 2017-08-11 台湾积体电路制造股份有限公司 Connected structure and forming method thereof
US9893028B2 (en) 2015-12-28 2018-02-13 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Bond structures and the methods of forming the same
KR101831513B1 (en) * 2015-12-28 2018-02-22 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드 Integrated circuit structure and manufacturing method thereof
US10269741B2 (en) 2015-12-28 2019-04-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Bond structures and the methods of forming the same
US10510699B2 (en) 2015-12-28 2019-12-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Bond structures and the methods of forming the same
CN107039380B (en) * 2015-12-28 2020-06-05 台湾积体电路制造股份有限公司 Bonding structure and method for forming the same

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