JP2013074017A - Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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啓之 佐藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress warp of a semiconductor device and aging variation of the warp.SOLUTION: A semiconductor device comprises a substrate and multilayer wiring layers formed on the substrate. The multilayer wiring layers include a plurality of wiring layers each having wiring and an interlayer insulation film covering the wiring. At least one of the interlayer insulation films (ex., interlayer insulation films 27, 30) has a first insulation film 41 and a second insulation film 42. The first insulation film 41 applies to the substrate, a stress causing the substrate to warp in a first direction (ex., projecting downward). The second insulation film 42 is formed on a surface layer side than the first insulation film 41 and has hygroscopicity lower than that of the first insulation film 41. The second insulation film 42 applies to the substrate, a stress causing the substrate to warp in an opposite direction (ex., projecting upward) to the first direction.

Description

本発明は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device.

半導体装置は、基板と、基板上に形成された多層配線層と、を有する。多層配線層は、層間絶縁膜を有する。半導体装置は、その層間絶縁膜に起因する応力によって、反る場合がある。   The semiconductor device includes a substrate and a multilayer wiring layer formed on the substrate. The multilayer wiring layer has an interlayer insulating film. The semiconductor device may warp due to stress caused by the interlayer insulating film.

特許文献1には、層間絶縁膜に起因する応力緩和のために、層間絶縁膜として常圧CVD酸化膜とP−SiON(プラズマ酸窒化膜)との積層膜を設けた半導体装置が記載されている。   Patent Document 1 describes a semiconductor device in which a laminated film of an atmospheric pressure CVD oxide film and a P-SiON (plasma oxynitride film) is provided as an interlayer insulating film to relieve stress caused by the interlayer insulating film. Yes.

特開平5−109909号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-109909

本願発明者は、以下のことを認識した。
層間絶縁膜の密度を疎にすることにより、半導体装置の反りの方向をコントロールできる。しかし、層間絶縁膜を疎膜にすると、層間絶縁膜が吸湿することにより、その応力が経時変化し、半導体装置の反りも経時変化を起こす。
The inventor of the present application has recognized the following.
By making the density of the interlayer insulating film sparse, the direction of warpage of the semiconductor device can be controlled. However, when the interlayer insulating film is a sparse film, the interlayer insulating film absorbs moisture, so that the stress changes with time, and the warpage of the semiconductor device also changes with time.

このように、半導体装置の反りを抑制し、且つ、その反りの経時変化を抑制することは困難だった。   As described above, it is difficult to suppress the warpage of the semiconductor device and to suppress the change with time of the warpage.

本発明は、基板と、
前記基板上に形成された多層配線層と、
を有し、
前記多層配線層は、配線と、前記配線を覆う層間絶縁膜と、をそれぞれ有する複数層の配線層を有し、
少なくとも何れか1つの前記層間絶縁膜は、
前記基板を第1方向に反らせる応力を前記基板に与える第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜よりも表層側に形成され、前記第1絶縁膜よりも吸湿性が低く、前記基板を前記第1方向に対する反対方向に反らせる応力を前記基板に与える第2絶縁膜と、
を有することを特徴とする半導体装置を提供する。
The present invention comprises a substrate;
A multilayer wiring layer formed on the substrate;
Have
The multilayer wiring layer has a plurality of wiring layers each having a wiring and an interlayer insulating film covering the wiring,
At least one of the interlayer insulating films is
A first insulating film that applies stress to the substrate to warp the substrate in a first direction;
A second insulating film formed on a surface layer side of the first insulating film, having a lower hygroscopicity than the first insulating film, and applying a stress to the substrate in a direction opposite to the first direction;
A semiconductor device is provided.

この半導体装置によれば、少なくとも何れか1つの層間絶縁膜は、基板を第1方向に反らせる応力を基板に与える第1絶縁膜と、第1絶縁膜よりも表層側に形成され、基板を第1方向に対する反対方向に反らせる応力を基板に与える第2絶縁膜と、を有する。よって、第1絶縁膜に起因する応力と、第2絶縁膜に起因する応力と、を相殺させることにより、半導体装置の反りを抑制することができる。
また、第2絶縁膜は、第1絶縁膜よりも吸湿性が低いため、第2絶縁膜の吸湿を抑制できる。しかも、第2絶縁膜は、第1絶縁膜よりも表層側に形成されているので、第2絶縁膜によって、第1絶縁膜の吸湿も抑制できる。このため、第2絶縁膜に起因する応力が経時変化してしまうことを抑制できるとともに、第1絶縁膜に起因する応力が経時変化してしまうことも抑制できる。よって、半導体装置の反りの経時変化を抑制することができる。
このように、半導体装置の反りを抑制し、且つ、その反りの経時変化を抑制することができる。
According to this semiconductor device, at least one of the interlayer insulating films is formed on the surface layer side of the first insulating film and the first insulating film that gives the substrate a stress that warps the substrate in the first direction. And a second insulating film that applies stress to the substrate in a direction opposite to the one direction. Therefore, warpage of the semiconductor device can be suppressed by canceling out the stress caused by the first insulating film and the stress caused by the second insulating film.
Further, since the second insulating film has lower hygroscopicity than the first insulating film, it is possible to suppress moisture absorption of the second insulating film. Moreover, since the second insulating film is formed on the surface layer side of the first insulating film, the second insulating film can also suppress moisture absorption of the first insulating film. For this reason, it can suppress that the stress resulting from a 2nd insulating film changes with time, and can also suppress that the stress resulting from a 1st insulating film changes with time. Therefore, it is possible to suppress the change with time of the warpage of the semiconductor device.
As described above, the warpage of the semiconductor device can be suppressed, and the change with time of the warpage can be suppressed.

また、本発明は、配線と、前記配線を覆う層間絶縁膜と、をそれぞれ有する複数層の配線層を含む多層配線層を基板上に形成する工程を有し、
少なくとも何れか1つの前記層間絶縁膜を形成する工程が、
前記基板を第1方向に反らせる応力を前記基板に与える第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜よりも表層側に、前記第1絶縁膜よりも吸湿性が低く、前記基板を前記第1方向に対する反対方向に反らせる応力を前記基板に与える第2絶縁膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
Further, the present invention includes a step of forming a multilayer wiring layer including a plurality of wiring layers each having a wiring and an interlayer insulating film covering the wiring on a substrate,
Forming at least one of the interlayer insulating films,
Forming a first insulating film that imparts stress to the substrate to warp the substrate in a first direction;
Forming a second insulating film on the surface layer side of the first insulating film, the second insulating film being less hygroscopic than the first insulating film and applying stress to the substrate in a direction opposite to the first direction; ,
A method for manufacturing a semiconductor device is provided.

本発明によれば、半導体装置の反りを抑制し、且つ、その反りの経時変化を抑制することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the curvature of a semiconductor device can be suppressed and the time-dependent change of the curvature can be suppressed.

第1の実施形態に係る半導体装置の断面図である。1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment. 第1の実施形態に係る半導体装置の断面図である。1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment. 第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一連の工程を示す図である。It is a figure which shows a series of processes of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一連の工程を示す図である。It is a figure which shows a series of processes of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一連の工程を示す図である。It is a figure which shows a series of processes of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施形態に係る半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment.

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.

〔第1の実施形態〕
図1及び図2は第1の実施形態に係る半導体装置の断面図である。図1は図2に示される多層配線層4の少なくとも何れか1つの配線層の構造を示す図である。
[First Embodiment]
1 and 2 are cross-sectional views of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 1 is a diagram showing the structure of at least one wiring layer of the multilayer wiring layer 4 shown in FIG.

上述のように、半導体装置は、その層間絶縁膜に起因する応力によって、反る場合がある。この場合、層間絶縁膜の膜厚が厚いほど、反りが顕著となる。   As described above, the semiconductor device may warp due to the stress caused by the interlayer insulating film. In this case, the warp becomes more prominent as the interlayer insulating film is thicker.

ここで、本発明者の検討により、絶縁膜を厚く成膜しても、その膜質を疎にすることによって、半導体装置の反りをコントロールできることが分かった。しかし、絶縁膜を疎にすると、絶縁膜の吸湿により反りの経時変化が顕著に表れることも分かった。そこで、本発明者は、疎な絶縁膜の吸湿を抑制することにより、半導体装置の反りの経時変化を抑制できることに想到した。   Here, it has been found by the inventors that even if the insulating film is formed thick, the warp of the semiconductor device can be controlled by reducing the film quality. However, it has also been found that when the insulating film is made sparse, the change with time of the warp appears remarkably due to moisture absorption of the insulating film. Therefore, the present inventor has conceived that the change with time of the warpage of the semiconductor device can be suppressed by suppressing the moisture absorption of the sparse insulating film.

本実施形態に係る半導体装置は、基板(半導体基板1(以下、単に基板1))と、基板1上に形成された多層配線層4と、を有する。多層配線層4は、配線と、配線を覆う層間絶縁膜と、をそれぞれ有する複数層の配線層を有する。少なくとも何れか1つの層間絶縁膜(例えば、層間絶縁膜27、30)は、第1絶縁膜41と第2絶縁膜42とを有する。第1絶縁膜41は、基板1を第1方向(例えば下に凸)に反らせる応力を基板1に与える。第2絶縁膜42は、第1絶縁膜41よりも表層側に形成され、第1絶縁膜41よりも吸湿性が低く、基板1を第1方向に対する反対方向(例えば上に凸)に反らせる応力を基板1に与える。以下、詳細に説明する。   The semiconductor device according to the present embodiment includes a substrate (semiconductor substrate 1 (hereinafter simply referred to as substrate 1)) and a multilayer wiring layer 4 formed on the substrate 1. The multilayer wiring layer 4 has a plurality of wiring layers each having a wiring and an interlayer insulating film covering the wiring. At least one of the interlayer insulating films (for example, the interlayer insulating films 27 and 30) includes a first insulating film 41 and a second insulating film 42. The first insulating film 41 gives the substrate 1 a stress that warps the substrate 1 in a first direction (for example, convex downward). The second insulating film 42 is formed on the surface layer side of the first insulating film 41, has a lower hygroscopicity than the first insulating film 41, and stresses the substrate 1 to warp in the opposite direction to the first direction (for example, convex upward). Is applied to the substrate 1. Details will be described below.

図2に示すように、本実施形態に係る半導体装置は、素子分離膜2が形成された半導体基板(基板)1と、半導体基板1の素子形成領域に形成されたMOSトランジスタ3と、素子分離膜2上及びMOSトランジスタ3上に形成された多層配線層4と、多層配線層4上に形成された保護絶縁膜5と、を有する。   As shown in FIG. 2, the semiconductor device according to this embodiment includes a semiconductor substrate (substrate) 1 on which an element isolation film 2 is formed, a MOS transistor 3 formed in an element formation region of the semiconductor substrate 1, and an element isolation. A multilayer wiring layer 4 formed on the film 2 and the MOS transistor 3 and a protective insulating film 5 formed on the multilayer wiring layer 4 are included.

素子分離膜2は、STI法を用いて形成されたものであっても良いし、LOCOS法を用いて形成されたものであっても良い。   The element isolation film 2 may be formed using the STI method, or may be formed using the LOCOS method.

MOSトランジスタ3は、ゲート絶縁膜と、ゲート電極と、ゲート電極の側壁に形成されたサイドウォールと、半導体基板1に形成された不純物領域(ソース及びドレイン)と、ソース及びドレインのエクステンション領域と、を有する。   The MOS transistor 3 includes a gate insulating film, a gate electrode, a sidewall formed on the sidewall of the gate electrode, an impurity region (source and drain) formed in the semiconductor substrate 1, an extension region of the source and drain, Have

多層配線層4は、複数の配線層を積層することにより構成されている。多層配線層4が有する配線層の層数は任意であるが、図2においては、配線層が7層の例を示している。   The multilayer wiring layer 4 is configured by stacking a plurality of wiring layers. Although the number of wiring layers included in the multilayer wiring layer 4 is arbitrary, FIG. 2 shows an example in which there are seven wiring layers.

多層配線層4の最下層は、コンタクト層となっている。コンタクト層は、素子分離膜2上及びMOSトランジスタ3上に形成されたコンタクト層間絶縁膜11と、コンタクト層間絶縁膜11に形成されたコンタクト12と、を有している。コンタクト12は、例えばタングステンなどの金属により構成されている。   The lowermost layer of the multilayer wiring layer 4 is a contact layer. The contact layer has a contact interlayer insulating film 11 formed on the element isolation film 2 and the MOS transistor 3 and a contact 12 formed on the contact interlayer insulating film 11. The contact 12 is made of a metal such as tungsten, for example.

コンタクト層間絶縁膜11及びコンタクト12の上には、第1層の配線層が形成されている。第1層の配線層は、コンタクト層間絶縁膜11上及びコンタクト12上に形成された配線層間絶縁膜13と、配線層間絶縁膜13に埋め込み形成された第1配線14と、を有している。第1配線14は、例えば銅などの金属により構成されている。   A first wiring layer is formed on the contact interlayer insulating film 11 and the contact 12. The first wiring layer includes a wiring interlayer insulating film 13 formed on the contact interlayer insulating film 11 and the contact 12, and a first wiring 14 embedded in the wiring interlayer insulating film 13. . The first wiring 14 is made of a metal such as copper, for example.

配線層間絶縁膜13上及び第1配線14上には、層間絶縁膜15が形成されている。この層間絶縁膜15には、ビア16が埋め込み形成されている。   An interlayer insulating film 15 is formed on the wiring interlayer insulating film 13 and the first wiring 14. A via 16 is embedded in the interlayer insulating film 15.

第2層の配線層は、層間絶縁膜15上及びビア16上に形成された第2配線17と、第2配線17を覆う層間絶縁膜18と、層間絶縁膜18に形成されたビア19と、を有している。   The second wiring layer includes a second wiring 17 formed on the interlayer insulating film 15 and the via 16, an interlayer insulating film 18 covering the second wiring 17, and a via 19 formed in the interlayer insulating film 18. ,have.

第3層の配線層は、第2層の配線層上に形成された第3配線20と、第3配線20を覆う層間絶縁膜21と、層間絶縁膜21に形成されたビア22と、を有している。   The third wiring layer includes a third wiring 20 formed on the second wiring layer, an interlayer insulating film 21 covering the third wiring 20, and a via 22 formed in the interlayer insulating film 21. Have.

第4層の配線層は、第3層の配線層上に形成された第4配線23と、第4配線23を覆う層間絶縁膜24と、層間絶縁膜24に形成されたビア25と、を有している。   The fourth wiring layer includes a fourth wiring 23 formed on the third wiring layer, an interlayer insulating film 24 covering the fourth wiring 23, and a via 25 formed in the interlayer insulating film 24. Have.

第5層の配線層は、第4層の配線層上に形成された第5配線26と、第5配線26を覆う層間絶縁膜27と、層間絶縁膜27に形成されたビア28と、を有している。   The fifth wiring layer includes a fifth wiring 26 formed on the fourth wiring layer, an interlayer insulating film 27 covering the fifth wiring 26, and a via 28 formed in the interlayer insulating film 27. Have.

第6層の配線層は、第5層の配線層上に形成された第6配線29と、第6配線29を覆う層間絶縁膜30と、層間絶縁膜30に形成されたビア31と、を有している。   The sixth wiring layer includes a sixth wiring 29 formed on the fifth wiring layer, an interlayer insulating film 30 covering the sixth wiring 29, and a via 31 formed in the interlayer insulating film 30. Have.

最上層の配線層は、第6層の配線層上に形成された第7配線32を有している。第7配線32の一部分は、電極パッドとして機能する。   The uppermost wiring layer has a seventh wiring 32 formed on the sixth wiring layer. A part of the seventh wiring 32 functions as an electrode pad.

第2乃至第7配線17、20、23、26、29及び32は、それぞれ、AlCuなどの金属膜をパターン形成することにより構成されている。
ビア16、19、22、25、28及び31は、それぞれ、タングステンなどの金属により構成されている。
ただし、ビアは配線と同一材料で一体形成されていても良い。
The second to seventh wirings 17, 20, 23, 26, 29, and 32 are each configured by patterning a metal film such as AlCu.
The vias 16, 19, 22, 25, 28, and 31 are each made of a metal such as tungsten.
However, the via may be integrally formed of the same material as the wiring.

保護絶縁膜5は、例えば、SiN/SiO膜6と、ポリイミド膜7と、の積層膜である。保護絶縁膜5には、電極パッドを露出させる開口5aが形成されている。   The protective insulating film 5 is a laminated film of, for example, a SiN / SiO film 6 and a polyimide film 7. The protective insulating film 5 has an opening 5a that exposes the electrode pad.

半導体装置は、例えば、IC部51と、トランス部52と、を有している。トランス部52は、1次コイル53と、2次コイル54と、を有している。例えば、1次コイル53は、一部の第7配線32により構成され、2次コイル54は、第3配線20の一部により構成されている。   The semiconductor device has, for example, an IC unit 51 and a transformer unit 52. The transformer unit 52 includes a primary coil 53 and a secondary coil 54. For example, the primary coil 53 is configured by a part of the seventh wiring 32, and the secondary coil 54 is configured by a part of the third wiring 20.

本実施形態に係る半導体装置においては、例えば、図2の多層配線層4における上層の第5層の配線層及び第6層の配線層の各々が、図1に示すような層構造となっている。このような層構造により、以下に詳細に説明するように、半導体装置の反りを抑制し、且つ、その反りの経時変化を抑制することができる。   In the semiconductor device according to the present embodiment, for example, each of the upper fifth wiring layer and the sixth wiring layer in the multilayer wiring layer 4 of FIG. 2 has a layer structure as shown in FIG. Yes. With such a layer structure, as will be described in detail below, it is possible to suppress the warpage of the semiconductor device and to suppress the change with time of the warpage.

図1に示すように、第5層及び第6層の各々の配線層は、例えば、配線44と、配線44を覆う第1絶縁膜41と、第1絶縁膜41を覆う吸湿防止膜43と、吸湿防止膜43を覆う第2絶縁膜42と、を有している。
ここで、図2における第5配線26が、図1における配線44に該当する。また、図2における第6配線29も、図1における配線44に該当する。
また、図2における層間絶縁膜27は、図1における第1絶縁膜41、吸湿防止膜43及び第2絶縁膜42の3層の積層膜に該当する。また、図2における層間絶縁膜30も、図1における第1絶縁膜41、吸湿防止膜43及び第2絶縁膜42の3層の積層膜に該当する。
As shown in FIG. 1, each of the wiring layers of the fifth layer and the sixth layer includes, for example, a wiring 44, a first insulating film 41 that covers the wiring 44, and a moisture absorption preventing film 43 that covers the first insulating film 41. And a second insulating film 42 that covers the moisture absorption preventing film 43.
Here, the fifth wiring 26 in FIG. 2 corresponds to the wiring 44 in FIG. 1. The sixth wiring 29 in FIG. 2 also corresponds to the wiring 44 in FIG.
The interlayer insulating film 27 in FIG. 2 corresponds to a three-layered film of the first insulating film 41, the moisture absorption preventing film 43, and the second insulating film 42 in FIG. The interlayer insulating film 30 in FIG. 2 also corresponds to the three-layered film of the first insulating film 41, the moisture absorption preventing film 43, and the second insulating film 42 in FIG.

第1絶縁膜41は、第2絶縁膜42よりも低密度の疎膜である。第1絶縁膜41は、基板1を下に凸に反らせる応力を、基板1に与える。   The first insulating film 41 is a sparse film having a lower density than the second insulating film 42. The first insulating film 41 gives the substrate 1 a stress that warps the substrate 1 downward.

第2絶縁膜42は、第1絶縁膜41よりも高密度の密膜であり、第1絶縁膜41よりも吸湿性が低い。第2絶縁膜42は、第1絶縁膜41よりも半導体装置の表層側に位置している。第2絶縁膜42は、基板1を上に凸に反らせる応力を、基板1に与える。   The second insulating film 42 is a dense film having a higher density than the first insulating film 41 and has a lower hygroscopic property than the first insulating film 41. The second insulating film 42 is located closer to the surface layer side of the semiconductor device than the first insulating film 41. The second insulating film 42 gives the substrate 1 a stress that causes the substrate 1 to warp upward.

このように、第1絶縁膜41が基板1に与える応力と、第2絶縁膜42が基板1に与える応力とは、互いに反対方向である。よって、第1絶縁膜41が基板1に与える応力と、第2絶縁膜42が基板1に与える応力とを相殺させて、基板1の反り、ひいては半導体装置全体の反りを抑制することができる。   As described above, the stress applied to the substrate 1 by the first insulating film 41 and the stress applied to the substrate 1 by the second insulating film 42 are opposite to each other. Therefore, the stress applied to the substrate 1 by the first insulating film 41 and the stress applied to the substrate 1 by the second insulating film 42 can be offset to suppress the warpage of the substrate 1 and thus the warp of the entire semiconductor device.

第1絶縁膜41の膜厚と、第2絶縁膜42の膜厚は、基板1の反り、ひいては半導体装置全体の反りが最も小さくなるように、それぞれ設定されている。   The film thickness of the first insulating film 41 and the film thickness of the second insulating film 42 are set so that the warpage of the substrate 1 and thus the warpage of the entire semiconductor device is minimized.

また、第1絶縁膜41よりも吸湿性が低い第2絶縁膜42が、第1絶縁膜41よりも表層側に形成されているので、第2絶縁膜42によって該第2絶縁膜42自身の吸湿を抑制できるだけでなく、第2絶縁膜42によって第1絶縁膜41の吸湿も抑制できる。このため、第2絶縁膜42に起因する応力が吸湿により経時変化してしまうことを抑制できるとともに、第1絶縁膜41に起因する応力が吸湿により経時変化してしまうことも抑制できる。よって、半導体装置の反りの経時変化を抑制することができる。   In addition, since the second insulating film 42 having a lower hygroscopicity than the first insulating film 41 is formed on the surface layer side of the first insulating film 41, the second insulating film 42 has the second insulating film 42 itself. Not only can moisture absorption be suppressed, but the second insulating film 42 can also suppress moisture absorption of the first insulating film 41. For this reason, it can suppress that the stress resulting from the 2nd insulating film 42 changes with time by moisture absorption, and can also suppress that the stress resulting from the 1st insulating film 41 changes with time by moisture absorption. Therefore, it is possible to suppress the change with time of the warpage of the semiconductor device.

第1及び第2絶縁膜41、42は、何れもその誘電率がSiOと同じであるか、又は、それ以下である。 The first and second insulating films 41 and 42 each have the same dielectric constant as that of SiO 2 or less.

第1絶縁膜41は、例えば、SiO系の膜である。より具体的には、第1絶縁膜41は、例えば、SiO、SiO、SiOF、PSG(Phospho Silicate Glass)及びBPSG(Boro−Phospho Silicate Glass)の何れかの膜である。
同様に、第2絶縁膜42は、例えば、SiO系の膜であり、より具体的には、例えば、SiO、SiO、SiOF、PSG及びBPSGの何れかの膜である。
具体的には、例えば、第1絶縁膜41及び第2絶縁膜42は、それぞれSiO膜とすることができる。
The first insulating film 41 is, for example, a SiO 2 based film. More specifically, the first insulating film 41 is, for example, any one of SiO 2 , SiO, SiOF, PSG (Phospho Silicate Glass), and BPSG (Boro-Phospho Silicate Glass).
Similarly, the second insulating film 42 is, for example, a SiO 2 -based film, and more specifically, for example, any one of SiO 2 , SiO, SiOF, PSG, and BPSG.
Specifically, for example, the first insulating film 41 and the second insulating film 42 can be SiO 2 films, respectively.

なお、例えば、半導体装置が、2つの異なる電圧間で非接触通信を行うためには、厚い層間絶縁膜が必要となる。このため、例えば、第1絶縁膜41と第2絶縁膜42との合計の膜厚は、このような非接触通信を行うことができるような適切な膜厚に設定されている。   For example, in order for a semiconductor device to perform non-contact communication between two different voltages, a thick interlayer insulating film is required. For this reason, for example, the total film thickness of the first insulating film 41 and the second insulating film 42 is set to an appropriate film thickness that enables such non-contact communication.

吸湿防止膜43は、吸湿防止膜として良く知られているSiON膜(酸窒化膜)であることが挙げられる。より具体的には、吸湿防止膜43は、例えば、P−SiON膜(プラズマ酸窒化膜)であることが挙げられる。
吸湿防止膜43は、SiON膜に限らず、SiN膜(例えば、P−SiN膜)又はSiC膜(例えば、P−SiC膜)であっても良い。
The moisture absorption preventing film 43 is a SiON film (oxynitride film) well known as a moisture absorption preventing film. More specifically, the moisture absorption preventing film 43 is, for example, a P-SiON film (plasma oxynitride film).
The moisture absorption preventing film 43 is not limited to a SiON film, but may be a SiN film (for example, a P—SiN film) or a SiC film (for example, a P—SiC film).

なお、図1に示す層構造の層間絶縁膜は、ローカルレイヤー、インターミディエイトレイヤー、セミグローバルレイヤー及びグローバルレイヤーの何れのレイヤーに形成しても良い。ただし、相対的に膜厚が厚いグローバルレイヤー(例えば、上記の第5層及び第6層の配線層)の層間絶縁膜、或いはセミグローバルレイヤーの層間絶縁膜を図1に示す層構造にすることによって、より効果的に、半導体装置の反りを抑制することができる。
ここで、グローバルレイヤーとは、素子間を接続する配線が配置されておらず、電源線、GND線、或いは、回路と電極パッドとを接続する配線などが配置されている層を意味する。
Note that the interlayer insulating film having the layer structure shown in FIG. 1 may be formed on any one of a local layer, an intermediate layer, a semi-global layer, and a global layer. However, the interlayer insulating film of the relatively thick global layer (for example, the above-described fifth and sixth wiring layers) or the semi-global layer of the interlayer insulating film has the layer structure shown in FIG. Therefore, the warp of the semiconductor device can be more effectively suppressed.
Here, the global layer means a layer in which wirings for connecting elements are not arranged, and power lines, GND lines, wirings for connecting circuits and electrode pads, or the like are arranged.

次に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。図3乃至図5はこの製造方法の一連の工程を示す図である。図3乃至図5の各図において、(a)は半導体装置の断面図、(b)は各工程におけるウェハの反り形状を示す模式図である。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be described. 3 to 5 are diagrams showing a series of steps of this manufacturing method. 3A to 5A, FIG. 3A is a cross-sectional view of a semiconductor device, and FIG. 3B is a schematic diagram illustrating a warped shape of a wafer in each process.

本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、配線と、配線を覆う層間絶縁膜と、をそれぞれ有する複数層の配線層を含む多層配線層4を基板1上に形成する工程を有する。少なくとも何れか1つの層間絶縁膜を形成する工程が、基板1を第1方向に反らせる応力を基板1に与える第1絶縁膜41を形成する工程と、第1絶縁膜41よりも表層側に、第1絶縁膜41よりも吸湿性が低く、基板1を第1方向に対する反対方向に反らせる応力を基板1に与える第2絶縁膜42を形成する工程と、を有する。以下、詳細に説明する。   The method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment includes a step of forming a multilayer wiring layer 4 including a plurality of wiring layers each having a wiring and an interlayer insulating film covering the wiring on the substrate 1. The step of forming at least one interlayer insulating film includes a step of forming a first insulating film 41 that applies stress to the substrate 1 to warp the substrate 1 in the first direction, and a surface layer side of the first insulating film 41. Forming a second insulating film 42 that has lower hygroscopicity than the first insulating film 41 and applies a stress to the substrate 1 that causes the substrate 1 to warp in a direction opposite to the first direction. Details will be described below.

先ず、図2に示すように、半導体基板1に素子分離膜2を形成する。これにより、素子形成領域が分離される。素子分離膜2は、例えばSTI法を用いて形成されるが、LOCOS法を用いて形成されても良い。   First, as shown in FIG. 2, an element isolation film 2 is formed on a semiconductor substrate 1. Thereby, the element formation region is separated. The element isolation film 2 is formed using, for example, the STI method, but may be formed using the LOCOS method.

次に、素子形成領域に位置する半導体基板1に、ゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する。ゲート絶縁膜は酸化シリコン膜であってもよいし、酸化シリコン膜よりも誘電率が高い高誘電率膜(例えばハフニウムシリケート膜)であってもよい。ゲート絶縁膜が酸化シリコン膜である場合、ゲート電極はポリシリコン膜により形成される。またゲート絶縁膜が高誘電率膜である場合、ゲート電極は、金属膜(例えばTiN)とポリシリコン膜の積層膜により形成される。また、ゲート電極がポリシリコンにより形成される場合、ゲート電極を形成する工程において、素子分離膜上にポリシリコン抵抗を形成しても良い。   Next, a gate insulating film and a gate electrode are formed on the semiconductor substrate 1 located in the element formation region. The gate insulating film may be a silicon oxide film or a high dielectric constant film (for example, a hafnium silicate film) having a higher dielectric constant than that of the silicon oxide film. When the gate insulating film is a silicon oxide film, the gate electrode is formed of a polysilicon film. When the gate insulating film is a high dielectric constant film, the gate electrode is formed of a laminated film of a metal film (for example, TiN) and a polysilicon film. When the gate electrode is formed of polysilicon, a polysilicon resistor may be formed on the element isolation film in the step of forming the gate electrode.

次に、素子形成領域に位置する半導体基板に、ソース及びドレインのエクステンション領域を形成する。次にゲート電極の側壁にサイドウォールを形成する。次に、素子形成領域に位置する半導体基板に、ソース及びドレインとなる不純物領域を形成する。このようにして、半導体基板上にMOSトランジスタ3が形成される。   Next, source and drain extension regions are formed in the semiconductor substrate located in the element formation region. Next, sidewalls are formed on the sidewalls of the gate electrode. Next, impurity regions serving as a source and a drain are formed in a semiconductor substrate located in the element formation region. In this way, the MOS transistor 3 is formed on the semiconductor substrate.

次に、素子分離膜2上及びMOSトランジスタ3上に、多層配線層4を形成する。   Next, the multilayer wiring layer 4 is formed on the element isolation film 2 and the MOS transistor 3.

先ず、素子分離膜2上及びMOSトランジスタ3上にコンタクト層間絶縁膜11を形成し、コンタクト層間絶縁膜11にコンタクト12を埋め込み形成する。   First, a contact interlayer insulating film 11 is formed on the element isolation film 2 and the MOS transistor 3, and a contact 12 is embedded in the contact interlayer insulating film 11.

次に、コンタクト層間絶縁膜11上及びコンタクト12上に配線層間絶縁膜13を形成する。次に、配線層間絶縁膜13に配線溝を形成し、この配線溝内に銅などの金属を埋め込み、余剰の金属をCMP(Chemical Mechanical Polishing)などにより除去する。これにより、配線溝内に第1配線14を埋め込み形成することができる。   Next, a wiring interlayer insulating film 13 is formed on the contact interlayer insulating film 11 and the contact 12. Next, a wiring groove is formed in the wiring interlayer insulating film 13, a metal such as copper is embedded in the wiring groove, and excess metal is removed by CMP (Chemical Mechanical Polishing) or the like. Thereby, the first wiring 14 can be embedded in the wiring trench.

次に、配線層間絶縁膜13上及び第1配線14上に層間絶縁膜15を形成する。次に、層間絶縁膜15にビアホールを形成し、ビアホール内にタングステンなどの金属を埋め込む。次に、余剰の金属をCMP又はエッチバックにより除去する。これにより、ビアホール内にビア16を埋め込み形成することができる。   Next, an interlayer insulating film 15 is formed on the wiring interlayer insulating film 13 and the first wiring 14. Next, a via hole is formed in the interlayer insulating film 15, and a metal such as tungsten is embedded in the via hole. Next, excess metal is removed by CMP or etchback. Thereby, the via 16 can be embedded in the via hole.

次に、層間絶縁膜15上及びビア16上に全面スパッタなどによりAlCuなどの金属膜を成膜した後、フォトリソグラフィーによりマスクパターンを形成する。次に、このマスクパターンをマスクとして金属膜をエッチングすることにより、金属膜を所望のパターン形状の第2配線17に加工する。   Next, a metal film such as AlCu is formed on the interlayer insulating film 15 and the via 16 by sputtering on the entire surface, and then a mask pattern is formed by photolithography. Next, the metal film is etched into the second wiring 17 having a desired pattern shape by etching the metal film using this mask pattern as a mask.

次に、第2配線17の側面及び上面を覆うように、層間絶縁膜15上に層間絶縁膜18を形成する。次に、層間絶縁膜18にビアホールを形成し、ビアホール内にタングステンなどの金属を埋め込み形成し、余剰の金属をCMP又はエッチバックにより除去することにより、ビアホール内にビア19を埋め込み形成する。   Next, an interlayer insulating film 18 is formed on the interlayer insulating film 15 so as to cover the side surface and the upper surface of the second wiring 17. Next, a via hole is formed in the interlayer insulating film 18, a metal such as tungsten is embedded in the via hole, and excess metal is removed by CMP or etchback, thereby forming a via 19 in the via hole.

その後、第2層の配線層と同様に、第3層の配線層(第3配線20、層間絶縁膜21及びビア22)及び第4層の配線層(第4配線23、層間絶縁膜24及びビア25)を順次に形成する。   Thereafter, like the second wiring layer, the third wiring layer (third wiring 20, interlayer insulating film 21 and via 22) and the fourth wiring layer (fourth wiring 23, interlayer insulating film 24 and Vias 25) are formed sequentially.

次に、第4層の配線層上に、全面スパッタなどによりAlCuなどの金属膜を成膜した後、フォトリソグラフィーによりマスクパターンを形成し、このマスクパターンをマスクとして金属膜をエッチングすることにより、金属膜を所望のパターン形状の第5配線26に加工する。   Next, after a metal film such as AlCu is formed on the fourth wiring layer by sputtering or the like, a mask pattern is formed by photolithography, and the metal film is etched using the mask pattern as a mask. The metal film is processed into the fifth wiring 26 having a desired pattern shape.

次に、第5配線26の側面及び上面を覆うように、層間絶縁膜24上に層間絶縁膜27を形成する。次に、層間絶縁膜27にビアホールを形成する。
次に、全面スパッタなどによりAlCuなどの金属膜を成膜した後、フォトリソグラフィーによりマスクパターンを形成し、このマスクパターンをマスクとして金属膜をエッチングする。これにより、所望のパターン形状の第6配線29とビア28とを一括形成する。
Next, an interlayer insulating film 27 is formed on the interlayer insulating film 24 so as to cover the side surfaces and the upper surface of the fifth wiring 26. Next, a via hole is formed in the interlayer insulating film 27.
Next, after a metal film such as AlCu is formed by whole surface sputtering or the like, a mask pattern is formed by photolithography, and the metal film is etched using the mask pattern as a mask. Thus, the sixth wiring 29 and the via 28 having a desired pattern shape are collectively formed.

次に、ビア28上を覆い、且つ、第6配線26の側面及び上面を覆うように、層間絶縁膜27上に層間絶縁膜30を形成する。次に、層間絶縁膜30にビアホールを形成した後、第6配線29及びビア28を形成したのと同様の方法により、第7配線32及びビア31を形成する。   Next, an interlayer insulating film 30 is formed on the interlayer insulating film 27 so as to cover the vias 28 and the side surfaces and the upper surface of the sixth wiring 26. Next, after forming a via hole in the interlayer insulating film 30, the seventh wiring 32 and the via 31 are formed by the same method as that for forming the sixth wiring 29 and the via 28.

こうして、多層配線層4を形成することができる。   In this way, the multilayer wiring layer 4 can be formed.

次に、多層配線層4上に、保護絶縁膜(パッシベーション膜)5を形成する。先ず、第7配線32を覆うようにSiN/SiO膜6を形成し、更に、SiN/SiO膜6を覆うようにポリイミド膜7を形成する。
第7配線32の一部分は、電極パッドを構成する。保護絶縁膜5には、電極パッド上に位置する開口5aを形成する。
Next, a protective insulating film (passivation film) 5 is formed on the multilayer wiring layer 4. First, the SiN / SiO film 6 is formed so as to cover the seventh wiring 32, and the polyimide film 7 is further formed so as to cover the SiN / SiO film 6.
A part of the seventh wiring 32 constitutes an electrode pad. In the protective insulating film 5, an opening 5 a located on the electrode pad is formed.

ここで、多層配線層4の少なくとも一部の配線層の層間絶縁膜(例えば、第5層及び第6層の配線層の層間絶縁膜27と層間絶縁膜30)については、それぞれ、以下に説明する工程により形成する。   Here, the interlayer insulating films (for example, the interlayer insulating film 27 and the interlayer insulating film 30 of the fifth and sixth wiring layers) of at least a part of the wiring layers of the multilayer wiring layer 4 are respectively described below. It is formed by the process of.

先ず、図3乃至図5を参照して、第5層の配線層の製造工程について説明する。   First, the manufacturing process of the fifth wiring layer will be described with reference to FIGS.

上述のように第5配線26を形成した後、第5配線26(配線44)の側面及び上面を覆うように、第5配線26上及び第4層の配線層上に、SiO系の第1絶縁膜41を成膜する。 After the fifth wiring 26 is formed as described above, the SiO 2 -based first layer is formed on the fifth wiring 26 and the fourth wiring layer so as to cover the side surface and the upper surface of the fifth wiring 26 (wiring 44). 1 Insulating film 41 is formed.

上述のように、第1絶縁膜41は、基板1を下に凸に反らせる応力を基板1に与える。このため、この段階では、ウェハは、下に凸に沿った状態となる(図示略)。   As described above, the first insulating film 41 gives the substrate 1 a stress that causes the substrate 1 to warp downward. For this reason, at this stage, the wafer is in a state along a downward projection (not shown).

次に、第1絶縁膜41を覆うように吸湿防止膜43を成膜する。   Next, a moisture absorption preventing film 43 is formed so as to cover the first insulating film 41.

次に、吸湿防止膜43を覆うように、SiO系の第2絶縁膜42の下部(下層)となる第2絶縁膜下部42aを成膜する(図3(a))。 Next, a second insulating film lower portion 42a that is a lower portion (lower layer) of the SiO 2 -based second insulating film 42 is formed so as to cover the moisture absorption preventing film 43 (FIG. 3A).

SiO系の膜は、その膜密度によって応力が変化し、密膜をウェハに成膜すると上に凸にウェハが反り、疎膜を成膜すると凹状(下に凸)にウェハが反る。 In the SiO 2 film, the stress changes depending on the film density, and when the dense film is formed on the wafer, the wafer warps upward, and when the sparse film is formed, the wafer warps concavely (convex downward).

図3(a)に示すように、第2絶縁膜下部42aを成膜した直後は、第2絶縁膜下部42aに起因する応力の影響が強いため、図3(b)に示すように、ウェハは、若干、上に凸に反る。   As shown in FIG. 3A, immediately after the second insulating film lower portion 42a is formed, the influence of the stress caused by the second insulating film lower portion 42a is strong. Therefore, as shown in FIG. Slightly warps upwards.

なお、図3(a)に示すように、第1絶縁膜41、吸湿防止膜43、及び、第2絶縁膜下部42aには、第5配線26の形状を反映した隆起部45が形成されている。   As shown in FIG. 3A, the first insulating film 41, the moisture absorption preventing film 43, and the second insulating film lower part 42a are formed with raised portions 45 reflecting the shape of the fifth wiring 26. Yes.

次に、図4(a)に示すように、CMPによって、第2絶縁膜下部42aの上面を平坦化する。この際に、隆起部45における吸湿防止膜43はストッパー膜として機能し、例えば、隆起部45における吸湿防止膜43が表面に露出するまで、CMPが行われる。すなわち、吸湿防止膜43をストッパー膜として第2絶縁膜の下層をCMPすることにより第2絶縁膜の下層の上面を平坦化する。
吸湿防止膜43がストッパー膜として機能することにより、オーバー研磨による第1絶縁膜41の露出を抑制できる。
このようにCMPを行うことにより、第5配線26の形成領域及びその縁部(つまり隆起部45上)では、第2絶縁膜下部42aが除去され、第5配線26及びその縁部を除く領域(つまり隆起部45以外の領域)に、第2絶縁膜下部42aが残留した状態となる。
Next, as shown in FIG. 4A, the upper surface of the second insulating film lower portion 42a is planarized by CMP. At this time, the moisture absorption preventing film 43 in the raised portion 45 functions as a stopper film. For example, CMP is performed until the moisture absorption preventing film 43 in the raised portion 45 is exposed on the surface. That is, the upper surface of the lower layer of the second insulating film is planarized by CMP using the moisture absorption preventing film 43 as a stopper film.
Since the moisture absorption preventing film 43 functions as a stopper film, exposure of the first insulating film 41 due to over polishing can be suppressed.
By performing CMP in this way, the second insulating film lower part 42a is removed in the formation region of the fifth wiring 26 and its edge (that is, on the raised portion 45), and the region excluding the fifth wiring 26 and its edge. In other words, the second insulating film lower portion 42a remains in the region other than the raised portion 45.

この段階では、図3(a)の状態と比べて第2絶縁膜下部42aの膜厚が減少しているため、図4(b)に示すように、ウェハは若干凹形状(下に凸)に反る。   At this stage, since the film thickness of the second insulating film lower part 42a is reduced as compared with the state of FIG. 3A, the wafer is slightly concave (convex downward) as shown in FIG. 4B. Warp.

次に、図5(a)に示すように、第2絶縁膜下部42a上及び隆起部45上に、第2絶縁膜42の上部(上層)となる第2絶縁膜上部42bを成膜する。なお、第2絶縁膜上部42bを形成する目的には、スクラッチ対策(CMPにより形成された穴を埋めること)と層間絶縁膜の膜厚調整とが含まれる。
第2絶縁膜上部42bを形成することにより、第2絶縁膜下部42aと第2絶縁膜上部42bとからなる第2絶縁膜42が形成される。
Next, as shown in FIG. 5A, a second insulating film upper portion 42 b that is an upper portion (upper layer) of the second insulating film 42 is formed on the second insulating film lower portion 42 a and the raised portion 45. Note that the purpose of forming the second insulating film upper portion 42b includes anti-scratch measures (filling holes formed by CMP) and film thickness adjustment of the interlayer insulating film.
By forming the second insulating film upper part 42b, the second insulating film 42 composed of the second insulating film lower part 42a and the second insulating film upper part 42b is formed.

ここで、第1絶縁膜41と第2絶縁膜42との合計膜厚が層間絶縁膜の所望の膜厚となるようにする。しかも、第1絶縁膜41の応力と第2絶縁膜42の応力とが相殺し、ウェハの反りが実質的にゼロとなるように、第1絶縁膜41及び第2絶縁膜42の各々の膜厚を調整する。   Here, the total film thickness of the first insulating film 41 and the second insulating film 42 is set to a desired film thickness of the interlayer insulating film. Moreover, each of the first insulating film 41 and the second insulating film 42 is such that the stress of the first insulating film 41 and the stress of the second insulating film 42 cancel each other and the warpage of the wafer becomes substantially zero. Adjust the thickness.

この段階では、第1絶縁膜41と第2絶縁膜42との応力が相殺されることにより、図5(b)に示すように、ウェハの反りが実質的にゼロになる。   At this stage, the stress between the first insulating film 41 and the second insulating film 42 is canceled out, so that the warpage of the wafer becomes substantially zero as shown in FIG.

第6層の配線層の製造工程は、第5層の配線層の製造工程と同様である。   The manufacturing process of the sixth wiring layer is the same as the manufacturing process of the fifth wiring layer.

以上のような第1の実施形態によれば、半導体装置の少なくとも何れか1つの層間絶縁膜は、基板1を第1方向に反らせる応力を基板1に与える第1絶縁膜41と、第1絶縁膜41よりも表層側に形成され、基板1を第1方向に対する反対方向に反らせる応力を基板1に与える第2絶縁膜42と、を有する。よって、第1絶縁膜41に起因する応力と、第2絶縁膜42に起因する応力と、を相殺させることにより、半導体装置の反りを抑制することができる。
また、第2絶縁膜42は、第1絶縁膜41よりも吸湿性が低いため、第2絶縁膜42の吸湿を抑制できる。しかも、第2絶縁膜42は、第1絶縁膜41よりも表層側に形成されているので、第2絶縁膜42によって、第1絶縁膜41の吸湿も抑制できる。このため、第2絶縁膜42に起因する応力が経時変化してしまうことを抑制できるとともに、第1絶縁膜41に起因する応力が経時変化してしまうことも抑制できる。よって、半導体装置の反りの経時変化を抑制することができる。
このように、半導体装置の反りを抑制し、且つ、その反りの経時変化を抑制することができる。
According to the first embodiment as described above, at least one of the interlayer insulating films of the semiconductor device includes the first insulating film 41 that applies stress to the substrate 1 to warp the substrate 1 in the first direction, and the first insulating film. A second insulating film that is formed on the surface layer side of the film 41 and applies a stress to the substrate 1 to warp the substrate 1 in a direction opposite to the first direction. Therefore, the warpage of the semiconductor device can be suppressed by canceling out the stress caused by the first insulating film 41 and the stress caused by the second insulating film 42.
Further, since the second insulating film 42 has lower hygroscopicity than the first insulating film 41, the second insulating film 42 can suppress moisture absorption. In addition, since the second insulating film 42 is formed on the surface layer side of the first insulating film 41, the second insulating film 42 can also suppress moisture absorption of the first insulating film 41. For this reason, it can suppress that the stress resulting from the 2nd insulating film 42 changes with time, and can also suppress that the stress resulting from the 1st insulating film 41 changes with time. Therefore, it is possible to suppress the change with time of the warpage of the semiconductor device.
As described above, the warpage of the semiconductor device can be suppressed, and the change with time of the warpage can be suppressed.

半導体装置の反りを抑制できることから、例えば、半導体装置を装置内で搬送するときに、その反りのために搬送が阻害されてしまうといった問題の発生を低減することができる。   Since the warpage of the semiconductor device can be suppressed, for example, when the semiconductor device is transported in the device, it is possible to reduce the occurrence of a problem that the warpage is hindered due to the warpage.

ところで、ウェハの反りを抑制するための方法としては、ウェハ表面に膜を成膜した後で、裏面にも同質の膜を成膜することにより、表裏に成膜した同質の膜に互いの応力を相殺させて、ウェハを平坦に維持する方法が考えられる。しかし、この方法では、最終的に、裏面の膜を除去する必要があるため、ウェハの出来上がりの段階では反りを呈する。
これに対して、本実施形態では、ウェハの反りを抑制するための成膜はウェハ表面に対して行うため、応力を相殺するための裏面への成膜を必要としないので、最終的に裏面の膜を除去する必要が無く、ウェハの出来上がりも反りを呈さないようにすることができる。
By the way, as a method for suppressing the warpage of the wafer, after forming a film on the front surface of the wafer, a uniform film is also formed on the back surface. A method of keeping the wafer flat by canceling out the above can be considered. However, in this method, since it is necessary to finally remove the film on the back surface, warpage is exhibited at the stage of completion of the wafer.
On the other hand, in the present embodiment, since film formation for suppressing the warpage of the wafer is performed on the wafer surface, film formation on the back surface for canceling stress is not required. It is not necessary to remove the film, and it is possible to prevent the wafer from being warped.

第2絶縁膜42を、第1絶縁膜41よりも高密度の膜とすることにより、第2絶縁膜42の吸湿性を第1絶縁膜41のそれよりも低くすることができる。   By making the second insulating film 42 a film having a higher density than the first insulating film 41, the hygroscopicity of the second insulating film 42 can be made lower than that of the first insulating film 41.

また、第1絶縁膜41と第2絶縁膜42との間に吸湿防止膜43が形成されていることにより、つまり、第1絶縁膜41を吸湿防止膜43により覆うことにより、第1絶縁膜41と外気との接触を抑制し、第1絶縁膜41が吸湿してしまうことを抑制することができる。これにより、第1絶縁膜41に起因する応力の経時変化を一層抑制できるので、半導体装置の反りの経時変化も一層抑制することができる。
このように、吸湿防止膜43により第1絶縁膜41を覆うことによって、第1絶縁膜41として吸湿性の高い膜を使用しても、第1絶縁膜41による吸湿を抑制できるため、第1絶縁膜41の材料の選択肢を拡げることができる。
Further, the moisture absorption preventing film 43 is formed between the first insulation film 41 and the second insulation film 42, that is, the first insulation film 41 is covered with the moisture absorption prevention film 43, thereby the first insulation film. The contact between 41 and the outside air can be suppressed, and the first insulating film 41 can be prevented from absorbing moisture. Thereby, since the time-dependent change of the stress resulting from the 1st insulating film 41 can be suppressed further, the time-dependent change of the curvature of a semiconductor device can also be suppressed further.
Thus, by covering the first insulating film 41 with the moisture absorption preventing film 43, even if a highly hygroscopic film is used as the first insulating film 41, moisture absorption by the first insulating film 41 can be suppressed. The choice of the material of the insulating film 41 can be expanded.

或いは、半導体装置は、基板1を第1方向に反らせる応力を与える第1絶縁膜41と、吸湿防止膜43よりも表層側に形成され(つまり第1絶縁膜41よりも表層側に形成され)、基板1を第1方向に対する反対方向に反らせる応力を基板1に与える第2絶縁膜42と、を有する。よって、第1絶縁膜41に起因する応力と、第2絶縁膜42に起因する応力と、を相殺させることにより、半導体装置の反りを抑制することができる。   Alternatively, the semiconductor device is formed on the surface layer side with respect to the first insulating film 41 that gives stress to warp the substrate 1 in the first direction and the moisture absorption preventing film 43 (that is, formed on the surface layer side with respect to the first insulating film 41). And a second insulating film 42 that applies stress to the substrate 1 to warp the substrate 1 in the opposite direction to the first direction. Therefore, the warpage of the semiconductor device can be suppressed by canceling out the stress caused by the first insulating film 41 and the stress caused by the second insulating film 42.

〔第2の実施形態〕
図6は第2の実施形態に係る半導体装置の断面図である。本実施形態に係る半導体装置は、以下に説明する点でのみ、第1の実施形態に係る半導体装置と相違し、その他の点では、第1の実施形態に係る半導体装置と同様に構成されている。また、本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、以下に説明する点でのみ、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法と相違し、その他の点では、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法と同様である。
[Second Embodiment]
FIG. 6 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to the second embodiment. The semiconductor device according to the present embodiment is different from the semiconductor device according to the first embodiment only in the points described below, and is otherwise configured in the same manner as the semiconductor device according to the first embodiment. Yes. The semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment is different from the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment only in the points described below, and the other points are related to the first embodiment. This is the same as the semiconductor device manufacturing method.

図6に示すように、本実施形態の場合、第1絶縁膜41の成膜前に、第1絶縁膜41よりも吸湿性が低い密の薄膜である第3絶縁膜46を成膜し、配線44と第1絶縁膜41とが接触しない構造となっている。第3絶縁膜46は、配線44と、配線44の下地(例えば、配線44の下に位置する配線層)と、を覆うように形成されている。第3絶縁膜46の材質は、例えば、第2絶縁膜42の材質と同様である。   As shown in FIG. 6, in the case of the present embodiment, before the first insulating film 41 is formed, a third insulating film 46, which is a dense thin film having a lower hygroscopic property than the first insulating film 41, is formed. The wiring 44 and the first insulating film 41 are not in contact with each other. The third insulating film 46 is formed so as to cover the wiring 44 and a base of the wiring 44 (for example, a wiring layer located under the wiring 44). The material of the third insulating film 46 is the same as the material of the second insulating film 42, for example.

すなわち、本実施形態の場合、少なくとも何れか1つの層間絶縁膜(例えば、層間絶縁膜27、30)は、更に、第1絶縁膜41よりも吸湿性が低く、配線44(例えば、第5配線26、第6配線29)を覆う第3絶縁膜46を含み、第3絶縁膜46よりも表層側に第1絶縁膜41が形成されている。   That is, in the present embodiment, at least one of the interlayer insulating films (for example, the interlayer insulating films 27 and 30) is further less hygroscopic than the first insulating film 41, and the wiring 44 (for example, the fifth wiring) 26, the sixth wiring 29), and the first insulating film 41 is formed on the surface layer side of the third insulating film 46.

この構造により、何らかの要因で第1絶縁膜41が吸湿しても、第1絶縁膜41内の水分子が配線44に接触してしまうことを抑制できるため、配線44の腐食を抑制することができる。
よって、第1の実施形態の構造と比べて、半導体装置の信頼性を高めることができる。
With this structure, even if the first insulating film 41 absorbs moisture for some reason, it is possible to prevent water molecules in the first insulating film 41 from coming into contact with the wiring 44, so that the corrosion of the wiring 44 can be suppressed. it can.
Therefore, the reliability of the semiconductor device can be improved as compared with the structure of the first embodiment.

1 半導体基板(基板)
2 素子分離膜
3 MOSトランジスタ
4 多層配線層
5 保護絶縁膜
5a 開口
6 SiN/SiO膜
7 ポリイミド膜
11 コンタクト層間絶縁膜
12 コンタクト
13 配線層間絶縁膜
14 第1配線
15 層間絶縁膜
16 ビア
17 第2配線
18 層間絶縁膜
19 ビア
20 第3配線
21 層間絶縁膜
22 ビア
23 第4配線
24 層間絶縁膜
25 ビア
26 第5配線
27 層間絶縁膜
28 ビア
29 第6配線
30 層間絶縁膜
31 ビア
32 第7配線
41 第1絶縁膜
42 第2絶縁膜
42a 第2絶縁膜下部
42b 第2絶縁膜上部
43 吸湿防止膜
44 配線
45 隆起部
46 第3絶縁膜
51 IC部
52 トランス部
53 1次コイル
54 2次コイル
1 Semiconductor substrate (substrate)
2 element isolation film 3 MOS transistor 4 multilayer wiring layer 5 protective insulating film 5a opening 6 SiN / SiO film 7 polyimide film 11 contact interlayer insulating film 12 contact 13 wiring interlayer insulating film 14 first wiring 15 interlayer insulating film 16 via 17 second Wiring 18 Interlayer insulating film 19 Via 20 Third wiring 21 Interlayer insulating film 22 Via 23 Fourth wiring 24 Interlayer insulating film 25 Via 26 Fifth wiring 27 Interlayer insulating film 28 Via 29 Sixth wiring 30 Interlayer insulating film 31 Via 32 7th Wiring 41 1st insulating film 42 2nd insulating film 42a 2nd insulating film lower part 42b 2nd insulating film upper part 43 Moisture absorption prevention film 44 Wiring 45 Raised part 46 3rd insulating film 51 IC part 52 Transformer 53 Primary coil 54 Secondary coil

Claims (12)

基板と、
前記基板上に形成された多層配線層と、
を有し、
前記多層配線層は、配線と、前記配線を覆う層間絶縁膜と、をそれぞれ有する複数層の配線層を有し、
少なくとも何れか1つの前記層間絶縁膜は、
前記基板を第1方向に反らせる応力を前記基板に与える第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜よりも表層側に形成され、前記第1絶縁膜よりも吸湿性が低く、前記基板を前記第1方向に対する反対方向に反らせる応力を前記基板に与える第2絶縁膜と、
を有することを特徴とする半導体装置。
A substrate,
A multilayer wiring layer formed on the substrate;
Have
The multilayer wiring layer has a plurality of wiring layers each having a wiring and an interlayer insulating film covering the wiring,
At least one of the interlayer insulating films is
A first insulating film that applies stress to the substrate to warp the substrate in a first direction;
A second insulating film formed on a surface layer side of the first insulating film, having a lower hygroscopicity than the first insulating film, and applying a stress to the substrate in a direction opposite to the first direction;
A semiconductor device comprising:
前記第2絶縁膜は、前記第1絶縁膜よりも高密度の膜であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the second insulating film is a film having a higher density than the first insulating film. 前記第1及び第2絶縁膜は、何れもその誘電率がSiOと同じであるか、又は、それ以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first and second insulating films have a dielectric constant equal to or lower than that of SiO 2 . 前記第1及び第2絶縁膜の各々は、SiO、SiO、SiOF、PSG及びBPSGのうちの何れかの膜であることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の半導体装置。 4. The semiconductor according to claim 1, wherein each of the first and second insulating films is any one of SiO 2 , SiO, SiOF, PSG, and BPSG. 5. apparatus. 前記第1絶縁膜と前記第2絶縁膜との間に吸湿防止膜が形成されていることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の半導体装置。   5. The semiconductor device according to claim 1, wherein a moisture absorption preventing film is formed between the first insulating film and the second insulating film. 6. 前記吸湿防止膜は、SiON、SiN及びSiCのうちの何れかの膜であることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 5, wherein the moisture absorption prevention film is any one of SiON, SiN, and SiC. 前記SiONは、P−SiONであり、前記SiNは、P−SiNであり、前記SiCは、P−SiCであることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 6, wherein the SiON is P-SiON, the SiN is P-SiN, and the SiC is P-SiC. 前記少なくとも何れか1つの前記層間絶縁膜は、更に、
前記第1絶縁膜よりも吸湿性が低く、前記配線を覆う第3絶縁膜を含み、
前記第3絶縁膜よりも表層側に前記第1絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載の半導体装置。
The at least one of the interlayer insulating films further includes:
A third insulating film that is less hygroscopic than the first insulating film and covers the wiring;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first insulating film is formed on a surface layer side with respect to the third insulating film.
前記少なくとも何れか1つの前記層間絶縁膜は、グローバルレイヤーに位置することを特徴とする請求項1乃至8の何れか一項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the at least one interlayer insulating film is located in a global layer. 配線と、前記配線を覆う層間絶縁膜と、をそれぞれ有する複数層の配線層を含む多層配線層を基板上に形成する工程を有し、
少なくとも何れか1つの前記層間絶縁膜を形成する工程が、
前記基板を第1方向に反らせる応力を前記基板に与える第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜よりも表層側に、前記第1絶縁膜よりも吸湿性が低く、前記基板を前記第1方向に対する反対方向に反らせる応力を前記基板に与える第2絶縁膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a multilayer wiring layer including a plurality of wiring layers each having a wiring and an interlayer insulating film covering the wiring on the substrate;
Forming at least one of the interlayer insulating films,
Forming a first insulating film that imparts stress to the substrate to warp the substrate in a first direction;
Forming a second insulating film on the surface layer side of the first insulating film, the second insulating film being less hygroscopic than the first insulating film and applying stress to the substrate in a direction opposite to the first direction; ,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第1絶縁膜と前記第2絶縁膜との間に吸湿防止膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, further comprising a step of forming a moisture absorption preventing film between the first insulating film and the second insulating film. 前記第2絶縁膜を形成する工程は、前記第2絶縁膜の下層を成膜する工程と、当該第2絶縁膜の下層の上面を平坦化する工程と、当該第2絶縁膜の下層の上に前記第2絶縁膜の上層を成膜する工程と、を有し、当該第2絶縁膜の下層の上面を平坦化する工程では、前記吸湿防止膜をストッパー膜として前記第2絶縁膜の下層をCMPすることにより前記第2絶縁膜の下層の上面を平坦化することを特徴とする請求項11に記載の半導体装置の製造方法。   The step of forming the second insulating film includes a step of forming a lower layer of the second insulating film, a step of flattening an upper surface of the lower layer of the second insulating film, and a step of forming an upper layer of the second insulating film. Forming an upper layer of the second insulating film, and in the step of flattening the upper surface of the lower layer of the second insulating film, the lower layer of the second insulating film using the moisture absorption preventing film as a stopper film. 12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the upper surface of the lower layer of the second insulating film is planarized by CMP.
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US20160013303A1 (en) * 2012-10-09 2016-01-14 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device

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