JP2013105986A - Semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents

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JP2013105986A JP2011250668A JP2011250668A JP2013105986A JP 2013105986 A JP2013105986 A JP 2013105986A JP 2011250668 A JP2011250668 A JP 2011250668A JP 2011250668 A JP2011250668 A JP 2011250668A JP 2013105986 A JP2013105986 A JP 2013105986A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve a mechanical strength of a semiconductor device having an air gap without increasing the number of processes.SOLUTION: In a semiconductor device manufacturing method, an annular via 1R is formed by connecting a conductive material required for a semiconductor device, such as an outline via of a via array; a region of an insulation film 2 is surrounded by the annular via 1R; in formation of an air gap, the region surrounded by the conductive material remains to form a non-air gap region 4 and the insulation film 2 is removed from the other region of the insulation film 2 to form an air gap region 3.

Description

本発明は半導体装置及びその製造方法に関し、特に多層配線構造を有する半導体装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device having a multilayer wiring structure and a manufacturing method thereof.

半導体装置の高速化には、配線遅延を抑制することが重要である。配線遅延は、配線抵抗と配線間容量の積によって決定される。配線抵抗は高導電性の配線材料を用いることで低減され、配線間容量は低誘電率の層間絶縁膜を用いることで低減される。現在、配線材料として低抵抗の銅を用いられているが、配線抵抗の更なる低減には銅よりも低抵抗な材料が銀や金などの高価な金属材料しかなく、更なる配線遅延の抑制には、配線間容量をさらに低減することが鍵となる。そこで、低誘電率の絶縁膜よりもさらに誘電率を下げる方法として、エアギャップを設ける方法が提案されている。   In order to increase the speed of the semiconductor device, it is important to suppress the wiring delay. The wiring delay is determined by the product of wiring resistance and wiring capacitance. Wiring resistance is reduced by using a highly conductive wiring material, and interwiring capacitance is reduced by using an interlayer insulating film having a low dielectric constant. Currently, low-resistance copper is used as the wiring material. However, there is only an expensive metal material such as silver or gold as the low-resistance material to further reduce the wiring resistance, which further suppresses wiring delay. The key is to further reduce the inter-wiring capacitance. Therefore, a method of providing an air gap has been proposed as a method of lowering the dielectric constant further than that of a low dielectric constant insulating film.

しかしながら、エアギャップにより機械的強度が低下し、応力によるアルミスライドやビアの劣化、上層の崩落等を引き起こし歩留まりに影響を及ぼしている。   However, the mechanical strength is reduced by the air gap, which causes the deterioration of the aluminum slide and via due to the stress, the collapse of the upper layer, and the like, affecting the yield.

特許文献1には、エアギャップによる機械的強度の低下を補うために、補強絶縁層を形成することが開示されている。   Patent Document 1 discloses forming a reinforcing insulating layer in order to compensate for a decrease in mechanical strength due to an air gap.

WO2007/020688WO2007 / 020688

特許文献1に開示の補強絶縁層の形成は、補強絶縁層形成のためのマスクパターン形成を必要とし、工程数の増加を招き、コストの増加を来していた。   The formation of the reinforcing insulating layer disclosed in Patent Document 1 requires the formation of a mask pattern for forming the reinforcing insulating layer, resulting in an increase in the number of processes and an increase in cost.

本発明では、エアギャップとして絶縁膜を除去する領域と、絶縁膜を除去しない非エアギャップ領域とを配線やビアなどに用いられる導電材料で区分することで、工程数の増加を抑え、機械的強度も向上する。   In the present invention, an area where the insulating film is removed as an air gap and a non-air gap area where the insulating film is not removed are separated by a conductive material used for wiring, vias, etc. Strength is also improved.

すなわち、本発明の一実施形態によれば、
基板上に形成された配線と、
前記配線の少なくとも側面周囲に形成されたエアギャップと、
前記エアギャップの少なくとも一部と同層に導電材料で囲まれた第1の絶縁材料と
を有する半導体装置が提供される。
That is, according to one embodiment of the present invention,
Wiring formed on the substrate;
An air gap formed around at least a side surface of the wiring;
There is provided a semiconductor device having at least a part of the air gap and a first insulating material surrounded by a conductive material in the same layer.

また、本発明の一実施形態によれば、
基板上に第1の絶縁材料からなる層を形成する工程と、
前記第1の絶縁材料からなる層に少なくとも1つの環状の凹部を含む凹部を形成する工程と、
前記凹部に導電材料を埋設する工程と、
前記環状の凹部に埋設された導電材料により囲まれた前記第1の絶縁材料を除いて、前記第1の絶縁材料を除去してエアギャップを形成する工程、
とを有する半導体装置の製造方法が提供される。
Also, according to one embodiment of the present invention,
Forming a layer of a first insulating material on a substrate;
Forming a recess including at least one annular recess in the layer made of the first insulating material;
Burying a conductive material in the recess;
Removing the first insulating material to form an air gap except for the first insulating material surrounded by the conductive material embedded in the annular recess,
A method for manufacturing a semiconductor device is provided.

本発明では、形成すべき導電材料を用いてエアギャップ領域と絶縁膜を残す非エアギャップ領域とを区分しているため、工程数が増加することなく、機械的強度に優れた絶縁層を含む非エアギャップ領域を形成することができる。   In the present invention, since the air gap region and the non-air gap region in which the insulating film is left are separated by using a conductive material to be formed, an insulating layer having excellent mechanical strength is included without increasing the number of steps. A non-air gap region can be formed.

配線パターンの平面レイアウト図である。It is a plane layout figure of a wiring pattern. 図1に示すビアアレイVA1でのエアギャップ形成前と形成後の状態を示す平面図であり、図2(a1)および(a2)は本発明を適用していない従来構造のビアアレイを示し、図2(b1)および(b2)は本発明を適用したビアアレイを示す。FIGS. 2A and 2B are plan views showing a state before and after forming an air gap in the via array VA1 shown in FIG. 1, and FIGS. 2A1 and 2A2 show a via array having a conventional structure to which the present invention is not applied. (B1) and (b2) show via arrays to which the present invention is applied. 図1に示すビアアレイVA2でのエアギャップ形成前と形成後の状態を示す平面図であり、図3(a)は本発明を適用していない従来構造のビアアレイのをエアギャップ形成前を示し、図3(b1)および(b2)は本発明を適用したビアアレイでのエアギャップ形成前と形成後の状態を示す。FIG. 3 is a plan view showing a state before and after forming an air gap in the via array VA2 shown in FIG. 1, and FIG. 3 (a) shows a via array having a conventional structure to which the present invention is not applied before forming an air gap; 3 (b1) and 3 (b2) show the states before and after the formation of the air gap in the via array to which the present invention is applied. 図1に示すビアアレイVA1を複数の環状ビアとした例を示す平面図であり、(a)はエアギャップ形成前、(b)はエアギャップ形成後を示す。2A and 2B are plan views showing an example in which the via array VA1 shown in FIG. 1 is a plurality of annular vias, where FIG. 1A shows before the air gap is formed, and FIG. 本発明の一実施形態例に係る多層配線構造の製造工程を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing process of the multilayer wiring structure which concerns on the example of 1 embodiment of this invention. 別の実施形態例に係る配線およびダミーパターンの平面図である。It is a top view of wiring and a dummy pattern concerning another example of an embodiment. 図6の領域Cの拡大図である。It is an enlarged view of the area | region C of FIG. 図6のA−B線での断面図であり、多層配線構造を形成した例を示す。It is sectional drawing in the AB line | wire of FIG. 6, and shows the example which formed the multilayer wiring structure. 別の実施形態例に係るパターンデータ生成の工程を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the process of the pattern data generation which concerns on another example of embodiment. 図6に示すパターンの変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the pattern shown in FIG. 図6に示すパターンの他の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the other modification of the pattern shown in FIG.

以下、図面を参照して本発明の実施形態例について説明するが、本発明はこれらの実施形態例のみに限定されるものではない。   Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to these exemplary embodiments.

実施形態例1
図1は、本発明が適用される配線パターンの平面レイアウト図であり、Y方向に延在する下層の配線とX方向に延在する上層の配線を同時に示している。通常、電源配線を始め、半導体チップ全域に亘り配線される信号等の配線幅は配線抵抗を小さくするために太い幅で配線され、上下の配線層間を導通させるビアはこのような太い配線においては複数個のアレイに形成されている。例えば、ビアアレイVA1では6×6のビアがアレイされており、ビアアレイVA2では2×2のビアがアレイされている。細い配線部では単独のビアSVにて接続される。
Embodiment 1
FIG. 1 is a plan layout diagram of a wiring pattern to which the present invention is applied, and shows a lower layer wiring extending in the Y direction and an upper layer wiring extending in the X direction at the same time. Normally, the wiring width of signals etc. that are wired over the entire area of the semiconductor chip, including the power supply wiring, is wired with a large width to reduce the wiring resistance, and vias that conduct between the upper and lower wiring layers are not in such a thick wiring. It is formed in a plurality of arrays. For example, in the via array VA1, 6 × 6 vias are arrayed, and in the via array VA2, 2 × 2 vias are arrayed. The thin wiring portion is connected by a single via SV.

本実施形態例では、この複数個アレイされたビアの外郭にあるビア同士を環状につなげることによって、エアギャップ形成の際の絶縁膜除去時に、環状のビアに内包される絶縁膜が除去されず、非エアギャップ領域となり、これにより機械的強度を向上させることが可能となる。   In this embodiment, by connecting the vias outside the plurality of arrayed vias in an annular shape, the insulating film included in the annular via is not removed when the insulating film is removed when forming the air gap. Thus, a non-air gap region is obtained, which makes it possible to improve the mechanical strength.

図2は、図1に示すビアアレイVA1でのエアギャップ形成前と形成後の状態を示す平面図である。このうち、図2(a1)および(a2)は本発明を適用していない従来構造のビアアレイを示し、図2(b1)および(b2)は本発明を適用したビアアレイを示す。   FIG. 2 is a plan view showing a state before and after the air gap is formed in the via array VA1 shown in FIG. Among these, FIGS. 2A1 and 2A2 show via arrays having a conventional structure to which the present invention is not applied, and FIGS. 2B1 and 2B2 show via arrays to which the present invention is applied.

従来構造のビアアレイでは、図2(a2)に示すように、ビア1間の絶縁膜2は全て除去され、ビア間にもエアギャップ領域3が形成される。一方、本発明を適用したビアアレイでは、図2(b1)に示すように、外郭のビア同士が接続された環状のビア1Rとその内側に従来と同様のビア1とが設けられており、ビア1Rにより絶縁膜2は分離されている。エアギャップ形成のために絶縁膜2を除去すると、ビア1Rの外周の絶縁膜は除去されてエアギャップ領域3となるが、ビア1Rの内側の絶縁膜2は除去されず、非エアギャップ領域4が形成される。   In the via array having the conventional structure, as shown in FIG. 2A2, all of the insulating film 2 between the vias 1 is removed, and an air gap region 3 is also formed between the vias. On the other hand, in the via array to which the present invention is applied, as shown in FIG. 2 (b1), an annular via 1R in which outer vias are connected to each other and a via 1 similar to the conventional one are provided inside the via 1R. The insulating film 2 is separated by 1R. When the insulating film 2 is removed to form the air gap, the insulating film on the outer periphery of the via 1R is removed to form the air gap region 3, but the insulating film 2 inside the via 1R is not removed, and the non-air gap region 4 is removed. Is formed.

このように、アレイされたビアの外郭を環状にすることにより、その内部の絶縁膜はエアギャップ形成時のエッチングの影響を受けずに残すことができる。この結果、配線幅が太く、応力の大きいビア部の絶縁膜が除去されないため、製造工程と製造コストを増加させずに機械的強度の低下を抑えることができる。   Thus, by making the outer contour of the arrayed vias annular, the inner insulating film can be left without being affected by the etching at the time of forming the air gap. As a result, since the wiring width is large and the insulating film in the via portion having a large stress is not removed, a decrease in mechanical strength can be suppressed without increasing the manufacturing process and manufacturing cost.

なお、ビアをアレイに形成するのは、大きなビアと小さなビアとを同時にウエハ面内に均一に形成することが工程上困難なためであり、ビアの寸法を揃えることで、均一なビアが形成されるためである。本発明を適用する環状のビア1Rでは、幅は通常のビア1と同じであり、均一に通常のビア1と同時に形成することができる。   The reason why vias are formed in the array is that it is difficult to form large vias and small vias simultaneously on the wafer surface in the process, and uniform vias can be formed by aligning the via dimensions. It is to be done. In the annular via 1R to which the present invention is applied, the width is the same as that of the normal via 1 and can be formed simultaneously with the normal via 1.

環状のビア1Rは、図1に示すビアアレイVA2に対しても適用できる。すなわち、図3(a)に示すように、少なくとも4個のビア1が2×2のように配置されていれば、図3(b1)に示すように、相互にビアを接続することで環状のビア1Rとすることができる。そして、図3(b2)に示すように、エアギャップ形成のために絶縁膜2を除去すると、ビア1Rの外周の絶縁膜は除去されてエアギャップ領域3となるが、ビア1Rの内側の絶縁膜2は除去されず、非エアギャップ領域4が形成される。また、このようにビア自体の強度も環状とすることで補強される。   The annular via 1R can also be applied to the via array VA2 shown in FIG. That is, as shown in FIG. 3A, if at least four vias 1 are arranged in a 2 × 2 manner, as shown in FIG. 3B1, the vias are connected to each other to form a ring. Via 1R. Then, as shown in FIG. 3 (b2), when the insulating film 2 is removed to form the air gap, the insulating film on the outer periphery of the via 1R is removed to form the air gap region 3, but the insulation inside the via 1R is removed. The film 2 is not removed, and a non-air gap region 4 is formed. In addition, the strength of the via itself is thus reinforced by making it annular.

一方、ビアアレイVA1についても、2×2に配置されるビア毎に接続して、図4(a)に示すように複数の環状ビアR1のアレイとしても良い。この場合も、図4(b)に示すように、エアギャップ形成のために絶縁膜2を除去すると、ビア1Rの外周の絶縁膜は除去されてエアギャップ領域3となるが、ビア1Rの内側の絶縁膜2は除去されず、非エアギャップ領域4が形成される。   On the other hand, the via array VA1 may be connected to each via arranged in 2 × 2 to form an array of a plurality of annular vias R1 as shown in FIG. Also in this case, as shown in FIG. 4B, when the insulating film 2 is removed to form the air gap, the insulating film on the outer periphery of the via 1R is removed to form the air gap region 3, but the inner side of the via 1R. The insulating film 2 is not removed, and a non-air gap region 4 is formed.

図5に、本実施形態例に係る半導体装置の製造方法を例示する工程断面図を示す。まず、常法に従って、配線層を多層に形成する。ここで、配線11としては、例えば、銅配線が使用でき、このような銅配線は各層の絶縁膜12に形成した凹部(配線溝)にバリアメタルおよびシード膜(図示しない)を形成した後、電解めっきにより銅膜を成膜し、CMP(化学機械研磨)法により銅膜を埋め込む、いわゆる、ダマシン法で形成することができる。この時、ビアは絶縁膜12にビアパターンとなるビアホールを形成する第1のエッチングと、配線溝を形成する第2のエッチングを連続して行う、いわゆるデュアルダマシン法で配線と同時に形成することができる。なお、ビアアレイVA1およびVA2については、本実施形態例に係る環状ビア1Rを形成しておく。絶縁膜12には、例えば、酸化シリコン(第1の絶縁材料)を用いることができ、各配線層間にはエッチングストッパ膜および拡散防止膜として絶縁膜12に対してエッチング選択比の得られる絶縁材料(第2の絶縁材料)からなる膜、例えば窒化シリコン膜13が形成される(図5(a)参照)。また、最上層の配線層の上にも、窒化シリコン膜からなる保護層14が形成される。また、この例では5層の配線層を形成する例を示しているが、これに限定されず、少なくとも2層の多層配線構造であればよい。   FIG. 5 is a process cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to this embodiment. First, a wiring layer is formed in multiple layers according to a conventional method. Here, as the wiring 11, for example, a copper wiring can be used. After such a copper wiring forms a barrier metal and a seed film (not shown) in a recess (wiring groove) formed in the insulating film 12 of each layer, It can be formed by a so-called damascene method in which a copper film is formed by electrolytic plating and the copper film is embedded by CMP (chemical mechanical polishing). At this time, the via may be formed simultaneously with the wiring by a so-called dual damascene method in which the first etching for forming a via hole serving as a via pattern in the insulating film 12 and the second etching for forming a wiring groove are continuously performed. it can. For the via arrays VA1 and VA2, the annular via 1R according to this embodiment is formed. For example, silicon oxide (first insulating material) can be used for the insulating film 12, and an insulating material having an etching selectivity with respect to the insulating film 12 as an etching stopper film and a diffusion prevention film between the wiring layers. A film made of (second insulating material), for example, a silicon nitride film 13 is formed (see FIG. 5A). A protective layer 14 made of a silicon nitride film is also formed on the uppermost wiring layer. In this example, an example in which five wiring layers are formed is shown, but the present invention is not limited to this, and any multilayer wiring structure having at least two layers may be used.

次に、エアギャップを形成するために絶縁膜12を除去する。この除去に先立ち、絶縁膜12除去用の開口部15を形成する(図5(b))。開口部15は、エアギャップを形成する全ての絶縁膜12を貫通して、配線11を避けて形成される。   Next, the insulating film 12 is removed to form an air gap. Prior to this removal, an opening 15 for removing the insulating film 12 is formed (FIG. 5B). The opening 15 is formed so as to penetrate all the insulating films 12 forming the air gap and avoid the wiring 11.

開口部15から薬液、例えば、フッ酸を注入し、絶縁膜12を除去してエアギャップ領域3(ここでは、層方向に見ていることからエアギャップ層とも称す。)を形成する。この時、環状ビア1Rに囲まれた絶縁膜12は除去されず、非エアギャップ領域4として残る。その後、注入したフッ酸等を水洗等で洗浄・除去し、乾燥させることで、図5(c)の構造が得られる。   A chemical solution, for example, hydrofluoric acid is injected from the opening 15 and the insulating film 12 is removed to form the air gap region 3 (herein, also referred to as an air gap layer since it is viewed in the layer direction). At this time, the insulating film 12 surrounded by the annular via 1 </ b> R is not removed and remains as the non-air gap region 4. Thereafter, the injected hydrofluoric acid or the like is washed and removed by washing with water or the like, and dried to obtain the structure of FIG.

ビアは、上記のようにデュアルダマシン法で配線と同時に形成する以外に、ビア高さの第1の絶縁材料からなる絶縁膜にビアホールを形成してビアを形成した後、配線形成用の第1の絶縁材料からなる絶縁膜を積層して配線とビアとを接続するようにしても良い。また、配線材料としても銅に限定されず、アルミニウムなどの他の導電材料を用いても良い。配線抵抗を低減するという観点からは銅や銅合金を用いることが好ましい。また、最上層の配線などワイヤボンディングが必要となる場合には、銅配線よりもアルミニウム配線が有利な場合がある。導電材料は目的に応じて適宜選択することができる。   In addition to forming the vias simultaneously with the wiring by the dual damascene method as described above, the via hole is formed in the insulating film made of the first insulating material having the via height to form the via, and then the first via for forming the wiring is formed. An insulating film made of the above insulating material may be laminated to connect the wiring and the via. Further, the wiring material is not limited to copper, and other conductive materials such as aluminum may be used. From the viewpoint of reducing the wiring resistance, it is preferable to use copper or a copper alloy. Further, when wire bonding is required such as the uppermost layer wiring, aluminum wiring may be more advantageous than copper wiring. The conductive material can be appropriately selected according to the purpose.

また、環状ビア1Rの形状も、例示した矩形形状に限定されず、6角形や8角形等の多角形状、或いは、円状に形成しても良い。   Further, the shape of the annular via 1R is not limited to the illustrated rectangular shape, and may be formed in a polygonal shape such as a hexagon or an octagon, or a circular shape.

また、強度的に弱い部分で近接したビアアレイが存在しない場合には、ダミーのビアアレイを形成し、本発明を適用して補強しても良い。   Further, when there is no adjacent via array in a weak portion, a dummy via array may be formed and reinforced by applying the present invention.

実施形態例2
実施形態例2では、別の導電層を用いて非エアギャップ領域4を形成する形態について説明する。
Embodiment 2
In Embodiment 2, a mode in which the non-air gap region 4 is formed using another conductive layer will be described.

実施形態例1で説明したように、銅配線などのダマシン法で形成される配線は、CMP法により平坦化される。この時、パターンの粗密差が大きくなると、粗な部分で絶縁膜が抉れる、いわゆる、ディッシングが発生する。そこで、このようなディッシングを抑制して研磨面の平坦性を保つために、配線パターンとは別にダミーパターンを設けることが一般に実施されている。   As described in the first embodiment, wiring formed by a damascene method such as a copper wiring is planarized by a CMP method. At this time, when the difference in density of the pattern becomes large, so-called dishing, in which the insulating film is drowned at a rough portion, occurs. Therefore, in order to suppress such dishing and maintain the flatness of the polished surface, it is a common practice to provide a dummy pattern separately from the wiring pattern.

本実施形態例ではこのダミーパターンを配線素材で繋ぐことで、非エアギャップ領域4を形成する構成について説明する。   In this embodiment, a configuration in which the non-air gap region 4 is formed by connecting the dummy patterns with a wiring material will be described.

図6は、本実施形態例の一例を示す平面図である。配線21の周囲には、配線21と同材料で形成されるダミーパターン(CMPダミー22)が配置されており、各CMPダミー22は、配線素材の接続部23で連結されている。CMPダミー22および接続部23で囲まれた領域には、絶縁膜が残って非エアギャップ領域4が形成されており、配線21の周囲にはエアギャップ領域3が形成されている。非エアギャップ領域4を介して離間されたエアギャップ領域3は、連通路24により相互に接続されている。図中、25はエアギャップ領域形成時の薬液注入口となる開口部であり、開口部25から各エアギャップ領域3は連通路24で連絡され、絶縁膜が除去可能となっている。図7は、図6の破線で囲んだ領域Cの拡大図である。また、図8は、図6のA−B線での断面図であり、多層配線構造を形成した例を示す。   FIG. 6 is a plan view showing an example of this embodiment. A dummy pattern (CMP dummy 22) formed of the same material as that of the wiring 21 is disposed around the wiring 21, and each CMP dummy 22 is connected by a connection portion 23 of the wiring material. In the region surrounded by the CMP dummy 22 and the connection portion 23, an insulating film remains to form a non-air gap region 4, and an air gap region 3 is formed around the wiring 21. The air gap regions 3 separated via the non-air gap region 4 are connected to each other by a communication path 24. In the figure, reference numeral 25 denotes an opening serving as a chemical solution inlet when forming the air gap region. Each air gap region 3 is connected to the air gap region 3 via the communication path 24 from the opening 25 so that the insulating film can be removed. FIG. 7 is an enlarged view of a region C surrounded by a broken line in FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line AB of FIG. 6 and shows an example in which a multilayer wiring structure is formed.

図9に、本実施形態例に係るパターンデータ生成のフローチャートを示す。   FIG. 9 shows a flowchart of pattern data generation according to the present embodiment.

まず、常法により通常の配線21およびCMPダミー22のパターンデータを生成する(S1)。次に、ダミーパターンを介在することなく少なくとも1本の配線を含む配線群(信号線群)をグループ化する(S2)。各配線群を少なくと1本の経路(連通路24)で結ぶ(S3)。全ての配線群が結ばれたことを確認した後、配線群を結ぶ経路(連通路24)を禁止領域として隣接するCMPダミー22のダミーパターン同士を繋げる配線(接続部23)パターンを発生する(S4)。以上によりパターンデータを出力し、このパターンデータに基づいてマスクパターンを製造する。   First, pattern data of the normal wiring 21 and the CMP dummy 22 is generated by a conventional method (S1). Next, a wiring group (signal line group) including at least one wiring is grouped without interposing a dummy pattern (S2). Each wiring group is connected by at least one path (communication path 24) (S3). After confirming that all the wiring groups are connected, a wiring (connecting portion 23) pattern that connects the dummy patterns of the adjacent CMP dummy 22 is generated using the path (communication path 24) connecting the wiring groups as a prohibited region (see FIG. S4). Pattern data is output as described above, and a mask pattern is manufactured based on the pattern data.

その後は、このマスクパターンを用いて、実施形態例1で説明したように各配線層毎にダマシン法により配線、CMPダミー、接続部を形成し、多層配線形成後に、開口部25から一括して絶縁膜を除去することで、図8に示す多層配線構造を得ることができる。   Thereafter, using this mask pattern, as described in the first embodiment, a wiring, a CMP dummy, and a connection portion are formed for each wiring layer by the damascene method. By removing the insulating film, the multilayer wiring structure shown in FIG. 8 can be obtained.

図6に示す例では、隣接するCMPダミー22間は1本の接続部23で接続することで、矩形頂点のそれぞれに配置される4つのCMPダミー22で囲まれた領域に1つの非エアギャップ領域4が形成される例を示したが、これに限定されず、複数の接続部で接続するようにしても良い。例えば、図10では、隣接するCMPダミー22間をそれぞれ2本の接続部23で接続して、2つの隣接するCMPダミー22間に1つの非エアギャップ領域4が形成される例を示している。このように、2本以上の接続部23でCMPダミー22間を接続することで、機械的強度をより向上することができる。但し、過度に接続部を増やすと、CMPダミー本来の目的を損なう場合があるため、CMPダミーとしての機能を損なわない程度に接続部を配置することが肝要である。   In the example shown in FIG. 6, adjacent CMP dummies 22 are connected by one connecting portion 23, so that one non-air gap is formed in an area surrounded by four CMP dummies 22 arranged at each of the rectangular vertices. Although the example in which the region 4 is formed is shown, the present invention is not limited to this, and a plurality of connection portions may be used for connection. For example, FIG. 10 shows an example in which two non-air gap regions 4 are formed between two adjacent CMP dummies 22 by connecting adjacent CMP dummies 22 with two connecting portions 23. . Thus, the mechanical strength can be further improved by connecting the CMP dummy 22 with two or more connecting portions 23. However, if the number of connection portions is excessively increased, the original purpose of the CMP dummy may be impaired. Therefore, it is important to arrange the connection portions so as not to impair the function as the CMP dummy.

また、全てのCMPダミー22間が接続部で接続されている必要はなく、図11に示すように、エアギャップ領域3との境界となる部分に接続部23を配置することもできる。これにより、接続部23で接続されたCMPダミー22aと接続部23で接続されていないCMPダミー22bとが存在することになる。このように、接続部23を極力少なくしてCMP時の負荷の増加を軽減することができる。また、離れたCMPダミー22間を接続するダミー配線を接続部23としてエアギャップ領域3との境界部に沿って配置して、絶縁膜を残す非エアギャップ領域4を形成しても良い。   Further, it is not necessary for all CMP dummy 22 to be connected by a connecting portion, and as shown in FIG. 11, the connecting portion 23 can be arranged at a portion that becomes a boundary with the air gap region 3. As a result, a CMP dummy 22a connected by the connecting portion 23 and a CMP dummy 22b not connected by the connecting portion 23 exist. In this way, it is possible to reduce the increase in load during CMP by reducing the number of connection portions 23 as much as possible. Alternatively, a dummy wiring that connects the CMP dummy 22 that are separated from each other may be disposed as a connection portion 23 along the boundary with the air gap region 3 to form the non-air gap region 4 that leaves an insulating film.

1 ビア
1R 環状ビア
2 絶縁膜
3 エアギャップ領域
4 非エアギャップ領域
11 配線
12 絶縁膜
13 窒化シリコン膜
14 保護膜
15 開口部
21 配線
22 CMPダミー
23 接続部
24 連通路
25 開口部
VA1、VA2 ビアアレイ
1 via 1R annular via 2 insulating film 3 air gap region 4 non-air gap region 11 wiring 12 insulating film 13 silicon nitride film 14 protective film 15 opening 21 wiring 22 CMP dummy 23 connecting portion 24 communication path 25 opening VA1, VA2 via array

Claims (20)

基板上に形成された配線と、
前記配線の少なくとも側面周囲に形成されたエアギャップと、
前記エアギャップの少なくとも一部と同層に導電材料で囲まれた第1の絶縁材料と
を有する半導体装置。
Wiring formed on the substrate;
An air gap formed around at least a side surface of the wiring;
A semiconductor device comprising: at least a part of the air gap; and a first insulating material surrounded by a conductive material in the same layer.
前記導電材料は、前記配線下に接続する環状に形成されたビアである請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the conductive material is an annularly formed via connected under the wiring. 前記環状に形成されたビアは、単独で形成されるビアと同サイズの相当するビアの少なくとも4つを接続して形成される請求項2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 2, wherein the annularly formed via is formed by connecting at least four corresponding vias having the same size as a single via formed. 前記環状に形成されたビアと、該環状に形成されたビアの内周部に少なくとも1つの独立したビアとを有する請求項2又は3に記載の半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 2, comprising the via formed in an annular shape and at least one independent via in an inner periphery of the annular formed via. 前記配線は、ダマシン法で形成される配線であり、前記配線と平面方向にエアギャップを介してCMPダミーとなる前記配線と同材料のダミーパターンを有し、前記第1の絶縁材料は少なくとも2つのダミーパターンを前記配線と同材料の接続部で接続した領域内に配置される請求項1に記載の半導体装置。   The wiring is a wiring formed by a damascene method, and has a dummy pattern of the same material as that of the wiring to be a CMP dummy via an air gap in a plane direction with respect to the wiring, and the first insulating material is at least 2 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein two dummy patterns are arranged in a region where the dummy patterns are connected by a connection portion made of the same material as the wiring. 前記接続部は隣接するダミーパターン間にそれぞれ1本ずつ配置され、矩形頂点のそれぞれに配置される4つのダミーパターンと前記接続部により囲まれる領域内に前記第1の絶縁材料が配置される請求項5に記載の半導体装置。   One connecting portion is arranged between adjacent dummy patterns, and the first insulating material is arranged in a region surrounded by the four dummy patterns arranged at each of the rectangular vertices and the connecting portion. Item 6. The semiconductor device according to Item 5. 前記接続部は隣接するダミーパターン間にそれぞれ少なくとも2本配置され、2つの隣接するダミーパターンと前記接続部により囲まれる領域内に前記第1の絶縁材料が配置される請求項5に記載の半導体装置。   6. The semiconductor according to claim 5, wherein at least two connection portions are disposed between adjacent dummy patterns, and the first insulating material is disposed in a region surrounded by the two adjacent dummy patterns and the connection portions. apparatus. 平面方向に1つ又は複数の配線を含む配線群を複数有し、各配線群は前記ダミーパターンにより離間されており、少なくとも2つの隣接する配線群を囲むエアギャップが前記ダミーパターン間で連通路により連通している請求項5乃至7のいずれか1項に記載の半導体装置。   A plurality of wiring groups including one or a plurality of wirings in a plane direction are provided, each wiring group is separated by the dummy pattern, and an air gap surrounding at least two adjacent wiring groups is a communication path between the dummy patterns. The semiconductor device according to claim 5, wherein the semiconductor device is in communication with each other. 前記配線は、少なくとも2層の多層配線構造を有し、各層のエアギャップは層厚方向に前記第1の絶縁材料とは異なる第2の絶縁材料の層で分離されている請求項1乃至8のいずれか1項に記載の半導体装置。   The wiring has a multilayer wiring structure of at least two layers, and an air gap of each layer is separated in a layer thickness direction by a layer of a second insulating material different from the first insulating material. The semiconductor device according to any one of the above. 基板上に第1の絶縁材料からなる層を形成する工程と、
前記第1の絶縁材料からなる層に少なくとも1つの環状の凹部を含む凹部を形成する工程と、
前記凹部に導電材料を埋設する工程と、
前記環状の凹部に埋設された導電材料により囲まれた前記第1の絶縁材料を除いて、前記第1の絶縁材料を除去してエアギャップを形成する工程、
とを有する半導体装置の製造方法。
Forming a layer of a first insulating material on a substrate;
Forming a recess including at least one annular recess in the layer made of the first insulating material;
Burying a conductive material in the recess;
Removing the first insulating material to form an air gap except for the first insulating material surrounded by the conductive material embedded in the annular recess,
A method for manufacturing a semiconductor device.
前記凹部は、配線に接続するビアを形成するビアホールであり、少なくとも1つの環状のビアホールを含む請求項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, wherein the recess is a via hole that forms a via connected to a wiring, and includes at least one annular via hole. 前記凹部は、配線に接続するビアを形成するビアホールと前記配線を形成する配線溝とを含み、前記環状の凹部が前記ビアホールの少なくとも1つである請求項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, wherein the recess includes a via hole that forms a via connected to a wiring and a wiring groove that forms the wiring, and the annular recess is at least one of the via holes. 前記ビアホールと配線溝がデュアルダマシン法で形成される請求項12に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein the via hole and the wiring groove are formed by a dual damascene method. 前記環状のビアホールの内周領域に独立したビアホールを含む請求項11乃至13のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 11, comprising an independent via hole in an inner peripheral region of the annular via hole. 前記凹部は、配線を形成する配線溝と、CMPダミーとなるダミーパターン用凹部と、ダミーパターン間を連結する接続部用凹部を含む請求項10に記載の半導体装置の製造方法。   11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the recess includes a wiring groove for forming a wiring, a dummy pattern recess serving as a CMP dummy, and a connection recess for connecting the dummy patterns. 前記接続部用凹部は、隣接する前記ダミーパターン用凹部間を接続する1本の溝である請求項15に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 15, wherein the concave portion for connecting portion is a single groove that connects the adjacent concave portions for dummy pattern. 前記接続部用凹部は、隣接する前記ダミーパターン用凹部間を接続する少なくとも2本の溝である請求項15に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 15, wherein the recess for the connection portion is at least two grooves that connect the adjacent recesses for the dummy pattern. 前記凹部を形成するためのデータを、
配線パターンとダミーパターンを含むデータを生成する工程と、
ダミーパターンを介在することなく1つ又は複数の配線を含む配線群にグループ化する工程と、
各配線群を結ぶ経路を設定する工程と、
前記経路を禁止領域として、前記ダミーパターン間を接続する接続部パターンを生成する工程と、
を備えるデータ生成工程により生成する請求項15乃至17のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
Data for forming the concave portion is
Generating data including a wiring pattern and a dummy pattern;
Grouping into a wiring group including one or more wirings without interposing a dummy pattern;
Setting a route connecting each wiring group;
Generating a connection part pattern for connecting the dummy patterns with the path as a prohibited area; and
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 15, wherein the semiconductor device is generated by a data generation step comprising:
前記凹部の形成された絶縁膜上に導電材料を成膜した後、化学機械研磨法により平坦化して、前記凹部に導電材料を埋設する工程を有する請求項15乃至18のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   19. The method according to claim 15, further comprising a step of forming a conductive material on the insulating film in which the concave portion is formed, and then planarizing the conductive material by a chemical mechanical polishing method to bury the conductive material in the concave portion. Semiconductor device manufacturing method. 前記第1の絶縁材料からなる層と、該第1の絶縁材料とは異なる第2の絶縁材料からなる層と、前記第1の絶縁材料からなる層に形成された配線を含む少なくとも2層の多層配線構造を形成する工程と、
各層の前記第1の絶縁材料からなる層を露出する開口部を形成する工程と、
前記開口部を介して各層の前記第1の絶縁材料を一括して除去する工程と
を備える請求項10乃至19のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
At least two layers including a layer made of the first insulating material, a layer made of a second insulating material different from the first insulating material, and a wiring formed in the layer made of the first insulating material Forming a multilayer wiring structure;
Forming an opening exposing the layer made of the first insulating material of each layer;
20. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10, further comprising a step of removing the first insulating material of each layer collectively through the opening.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017175146A (en) * 2017-05-02 2017-09-28 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor device
US11031338B2 (en) 2018-12-24 2021-06-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor device and method for fabricating the same
US11476194B2 (en) 2018-12-24 2022-10-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Method for fabricating semiconductor device

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