JP2014183135A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

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崇史 渡邉
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve high integration and reduction in parasitic capacitance.SOLUTION: A semiconductor device according to an embodiment comprises: a foundation layer; a first wiring provided on the foundation layer and extending in a first direction; a second wiring provided adjacent to the first wiring on the foundation layer and extending in the first direction; an insulating layer provided between the first wiring and the second wiring; a third wiring provided between the foundation layer and the insulating layer and extending in the first direction. A group of wirings including the first wiring, the second wiring, and the third wiring is periodically aligned in a second direction crossing the first direction.

Description

本発明の実施形態は、半導体装置およびその製造方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to a semiconductor device and a method for manufacturing the same.

近年、露光装置の解像度以上に配線構造を狭小化する技術として、スペーサプロセスを利用したダブルパターニング技術がある。ダブルパターニング技術は、例えば、以下の手順による。まず、加工対象の被膜上に芯材と呼ばれる層を成膜した後、この芯材の側面に側壁膜を形成する。次に、芯材を除去し、残った側壁膜をマスクとして被膜を加工する。この方法によれば、露光装置の最小解像ピッチの倍のピッチで配線をパターニングできる。   In recent years, as a technique for narrowing the wiring structure beyond the resolution of the exposure apparatus, there is a double patterning technique using a spacer process. The double patterning technique is based on the following procedure, for example. First, after forming a layer called a core material on the film to be processed, a sidewall film is formed on the side surface of the core material. Next, the core material is removed, and the film is processed using the remaining sidewall film as a mask. According to this method, the wiring can be patterned at a pitch twice the minimum resolution pitch of the exposure apparatus.

しかし、最近では配線のさらなる高集積化が要求されている。このため、ダブルパターニング技術ではその要求が満たせなくなりつつある。スペーサプロセスにより芯材の加工を行った後、さらにもう1回、スペーサプロセスを行う手法も考えられる。しかし、この手法では、工程数が多くなったり、製造コストが上昇したり、さらに各工程でのプロセス制御が困難になる場合がある。また、このプロセスでは配線が全て同じ高さに形成されるため、隣り合う配線間の寄生容量が高集積化に伴いますます大きくなるという問題もある。   Recently, however, higher integration of wiring has been demanded. For this reason, double patterning technology is becoming unable to satisfy the requirements. A method of performing the spacer process once more after the core material is processed by the spacer process is also conceivable. However, this method may increase the number of processes, increase manufacturing costs, and make process control in each process difficult. In addition, in this process, since all the wirings are formed at the same height, there is a problem that the parasitic capacitance between the adjacent wirings becomes larger as the integration becomes higher.

米国特許6475891号明細書US Pat. No. 6,475,891

本発明が解決しようとする課題は、より高集積化および寄生容量の低減化が可能な半導体装置およびその製造方法を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a semiconductor device capable of higher integration and reduced parasitic capacitance, and a method for manufacturing the same.

実施形態の半導体装置は、下地層と、前記下地層の上に設けられ、第1方向に延在する第1配線と、前記下地層の上において前記第1配線の横に設けられ、前記第1方向に延在する第2配線と、前記第1配線と前記第2配線との間に設けられた絶縁層と、前記下地層と前記絶縁層との間に設けられ、前記第1方向に延在する第3配線と、を備え、前記第1配線、前記第2配線、および前記第3配線を含む配線の組が前記第1方向に交差する第2方向に周期的に配列されている。   The semiconductor device of the embodiment is provided on a base layer, a first wiring provided on the base layer and extending in a first direction, and provided on the base layer next to the first wiring. A second wiring extending in one direction, an insulating layer provided between the first wiring and the second wiring, and provided between the base layer and the insulating layer, in the first direction. And a set of wirings including the first wiring, the second wiring, and the third wiring are periodically arranged in a second direction intersecting the first direction. .

図1(a)〜図1(c)は、第1実施形態に係る半導体装置を表す断面模式図であり、図1(d)は、第1実施形態に係る半導体装置を表す平面模式図である。FIG. 1A to FIG. 1C are schematic cross-sectional views illustrating the semiconductor device according to the first embodiment, and FIG. 1D is a schematic plan view illustrating the semiconductor device according to the first embodiment. is there. 図2(a)〜図2(d)は、第1実施形態に係る半導体装置の製造過程を表す模式図である。2A to 2D are schematic views showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. 図3(a)〜図3(d)は、第1実施形態に係る半導体装置の製造過程を表す模式図である。FIG. 3A to FIG. 3D are schematic views showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. 図4(a)〜図4(d)は、第1実施形態に係る半導体装置の製造過程を表す模式図である。FIG. 4A to FIG. 4D are schematic views showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. 図5(a)〜図5(d)は、第1実施形態に係る半導体装置の製造過程を表す模式図である。FIG. 5A to FIG. 5D are schematic views showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. 図6(a)〜図6(d)は、第1実施形態に係る半導体装置の製造過程を表す模式図である。FIG. 6A to FIG. 6D are schematic views showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. 図7(a)〜図7(d)は、第1実施形態に係る半導体装置の製造過程を表す模式図である。FIG. 7A to FIG. 7D are schematic views showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. 図8(a)〜図8(d)は、第1実施形態に係る半導体装置の製造過程を表す模式図である。FIG. 8A to FIG. 8D are schematic views showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. 図9(a)〜図9(d)は、第1実施形態に係る半導体装置の製造過程を表す模式図である。FIG. 9A to FIG. 9D are schematic views showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. 図10(a)〜図10(d)は、第1実施形態に係る半導体装置の製造過程を表す模式図である。FIG. 10A to FIG. 10D are schematic views showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. 図11(a)〜図11(d)は、第1実施形態に係る半導体装置の製造過程を表す模式図である。FIG. 11A to FIG. 11D are schematic views showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. 図12(a)〜図12(d)は、第1実施形態に係る半導体装置の製造過程を表す模式図である。FIG. 12A to FIG. 12D are schematic views showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. 図13(a)〜図13(d)は、第1実施形態に係る半導体装置の製造過程を表す模式図である。FIG. 13A to FIG. 13D are schematic views showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. 図14(a)〜図14(d)は、第1実施形態に係る半導体装置の製造過程を表す模式図である。FIG. 14A to FIG. 14D are schematic views showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. 図15(a)〜図15(d)は、第1実施形態に係る半導体装置の製造過程を表す模式図である。FIG. 15A to FIG. 15D are schematic views showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. 図16(a)〜図16(d)は、第1実施形態に係る半導体装置の製造過程を表す模式図である。FIG. 16A to FIG. 16D are schematic views showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. 図17(a)〜図17(d)は、第1実施形態に係る半導体装置の製造過程を表す模式図である。FIG. 17A to FIG. 17D are schematic views showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. 図18(a)〜図18(d)は、参考例に係る半導体装置の製造過程を表す断面模式図である。FIG. 18A to FIG. 18D are schematic cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a semiconductor device according to a reference example. 図19(a)〜図19(c)は、第2実施形態に係る半導体装置の製造過程を表す断面模式図である。FIG. 19A to FIG. 19C are schematic cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment. 図20(a)〜図20(c)は、第2実施形態に係る半導体装置の製造過程を表す断面模式図である。20A to 20C are schematic cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment. 図21(a)〜図21(b)は、第3実施形態に係る半導体装置の製造過程を表す断面模式図である。FIG. 21A to FIG. 21B are schematic cross-sectional views showing a manufacturing process of a semiconductor device according to the third embodiment. 図22(a)〜図22(b)は、第3実施形態に係る半導体装置の製造過程を表す断面模式図である。FIG. 22A to FIG. 22B are schematic cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment. 図23(a)〜図23(b)は、第3実施形態に係る半導体装置の製造過程を表す断面模式図である。FIG. 23A to FIG. 23B are schematic cross-sectional views showing a manufacturing process of a semiconductor device according to the third embodiment. 図24(a)〜図24(b)は、第3実施形態に係る半導体装置の製造過程を表す断面模式図である。FIG. 24A to FIG. 24B are schematic cross-sectional views showing a manufacturing process of a semiconductor device according to the third embodiment. 図25(a)〜図25(b)は、第3実施形態に係る半導体装置の製造過程を表す断面模式図である。FIG. 25A to FIG. 25B are schematic cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment. 図26(a)〜図26(c)は、第3実施形態に係る半導体装置の製造過程を表す断面模式図である。FIG. 26A to FIG. 26C are schematic cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment.

以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In the following description, the same members are denoted by the same reference numerals, and the description of the members once described is omitted as appropriate.

(第1実施形態)
図1(a)〜図1(c)は、第1実施形態に係る半導体装置を表す断面模式図であり、図1(d)は、第1実施形態に係る半導体装置を表す平面模式図である。
(First embodiment)
FIG. 1A to FIG. 1C are schematic cross-sectional views illustrating the semiconductor device according to the first embodiment, and FIG. 1D is a schematic plan view illustrating the semiconductor device according to the first embodiment. is there.

図1(a)には、図1(d)のA−A’線の位置における断面が表されている。図1(b)には、図1(d)のB−B’線の位置における断面が表されている。半導体装置1が記憶セルを含む半導体メモリの場合、図1(a)、図1(b)、および図1(d)の構造は、半導体装置1の記憶セル領域(または、素子領域)に配置されている。図1(c)の構造は、半導体装置1の記憶セル領域外の周辺回路領域に配置されている。   FIG. 1A shows a cross section at the position of the A-A ′ line in FIG. FIG. 1B shows a cross section taken along the line B-B ′ of FIG. When the semiconductor device 1 is a semiconductor memory including a memory cell, the structures of FIGS. 1A, 1B, and 1D are arranged in the memory cell region (or element region) of the semiconductor device 1. Has been. The structure of FIG. 1C is disposed in the peripheral circuit region outside the memory cell region of the semiconductor device 1.

半導体装置1においては、半導体層10の上方に下地層11が設けられている。下地層11は、例えば、半導体装置1の層間絶縁膜である。下地層11の上には、配線層21(第1配線)および配線層22(第2配線)が設けられている(図1(a))。配線層22は、配線層21の横に設けられている。配線層21および配線層22は、半導体層10の下面10dに対して平行なX方向(第1方向)に延在している。なお、本実施形態においては、「配線層」という表現は、「配線」と置き換えてもよい。   In the semiconductor device 1, the base layer 11 is provided above the semiconductor layer 10. The underlayer 11 is, for example, an interlayer insulating film of the semiconductor device 1. A wiring layer 21 (first wiring) and a wiring layer 22 (second wiring) are provided on the base layer 11 (FIG. 1A). The wiring layer 22 is provided beside the wiring layer 21. The wiring layer 21 and the wiring layer 22 extend in the X direction (first direction) parallel to the lower surface 10 d of the semiconductor layer 10. In the present embodiment, the expression “wiring layer” may be replaced with “wiring”.

配線層21は、下地層11のなかに設けられたコンタクトプラグ50に接続させてもよい。あるいは、配線層21は、その側面21w、上端21u、および下端21dが絶縁層30、31および下地層11によって取り囲まれてもよい。また、配線層22は、下地層11のなかに設けられたコンタクトプラグ51に接続させてもよい。あるいは、配線層22は、その側面22w、上端22u、および下端22dが絶縁層30、31および下地層11によって取り囲まれてもよい。   The wiring layer 21 may be connected to a contact plug 50 provided in the base layer 11. Alternatively, the side surface 21w, the upper end 21u, and the lower end 21d of the wiring layer 21 may be surrounded by the insulating layers 30 and 31 and the base layer 11. The wiring layer 22 may be connected to a contact plug 51 provided in the base layer 11. Alternatively, the side surface 22w, the upper end 22u, and the lower end 22d of the wiring layer 22 may be surrounded by the insulating layers 30 and 31 and the base layer 11.

また、配線層21と配線層22との間には絶縁層31が設けられている。配線層21と配線層22との間に設けられた絶縁層31の下側には、配線層23(第3配線)が設けられている。すなわち、下地層11と絶縁層31との間に、配線層23が設けられている。配線層23は、X方向に延在している。配線層23の側壁23wと下端23dは、下地層11によって取り囲まれている。配線層23は、下地層11のなかに設けられたコンタクトプラグ52に接続されてもよい。   An insulating layer 31 is provided between the wiring layer 21 and the wiring layer 22. A wiring layer 23 (third wiring) is provided below the insulating layer 31 provided between the wiring layer 21 and the wiring layer 22. That is, the wiring layer 23 is provided between the base layer 11 and the insulating layer 31. The wiring layer 23 extends in the X direction. The side wall 23 w and the lower end 23 d of the wiring layer 23 are surrounded by the base layer 11. The wiring layer 23 may be connected to a contact plug 52 provided in the base layer 11.

配線層23のX方向における長さは、配線層21のX方向における長さおよび配線層22のX方向における長さよりも長い(図1(d)参照)。配線層21および配線層22のそれぞれは、配線層23の直上に位置していない。すなわち、Z方向から配線層21、22、23を見た場合、配線層21および配線層22のそれぞれは、配線層23と重なっていない。   The length of the wiring layer 23 in the X direction is longer than the length of the wiring layer 21 in the X direction and the length of the wiring layer 22 in the X direction (see FIG. 1D). Each of the wiring layer 21 and the wiring layer 22 is not located immediately above the wiring layer 23. That is, when the wiring layers 21, 22, and 23 are viewed from the Z direction, each of the wiring layer 21 and the wiring layer 22 does not overlap the wiring layer 23.

半導体装置1においては、配線層21、配線層22、および配線層23を含む配線の組20がX方向に交差する方向に複数になって配列されている。X方向に交差する方向とは、例えば、X方向とZ方向とに対して垂直なY方向(第2方向)である。組20は、配線層が組になって並んだときの最小単位である。組20は、Y方向において、例えば、周期的に配列されている。組20は、例えば、2組以上である。組20の数の上限については、適宜、デバイスの構造によって調整される。   In the semiconductor device 1, a plurality of wiring sets 20 including a wiring layer 21, a wiring layer 22, and a wiring layer 23 are arranged in a direction intersecting the X direction. The direction intersecting the X direction is, for example, the Y direction (second direction) perpendicular to the X direction and the Z direction. The set 20 is a minimum unit when the wiring layers are arranged in a set. The sets 20 are arranged periodically, for example, in the Y direction. The group 20 is, for example, two or more groups. The upper limit of the number of sets 20 is appropriately adjusted according to the structure of the device.

また、半導体装置1においては、配線層21、22を上側配線層としてもよく、配線層23を下側配線層としてもよい。例えば、半導体装置1においては、Y方向において、上側配線層、下側配線層、上側配線層、上側配線層、下側配線層、上側配線層、上側配線層、下側配線層、上側配線層・・・という順序で配線層が並んでいる。   In the semiconductor device 1, the wiring layers 21 and 22 may be upper wiring layers, and the wiring layer 23 may be a lower wiring layer. For example, in the semiconductor device 1, the upper wiring layer, the lower wiring layer, the upper wiring layer, the upper wiring layer, the lower wiring layer, the upper wiring layer, the upper wiring layer, the lower wiring layer, and the upper wiring layer in the Y direction. The wiring layers are arranged in this order.

また、図1(b)において、下地層11のなかに配線層23が設けられている。この配線層23の上には、絶縁層31が設けられている。図1(b)における配線層23の高さは、図1(a)における配線層23の高さと同じである。また、図1(c)において、下地層11のなかに配線層54が設けられている。配線層54のY方向の幅は、配線層23のY方向の幅よりも広い。配線層54には、コンタクトプラグ55が接続されている。配線層54の上には絶縁層31が設けられている。さらに、本実施形態は、図1(a)に表す構造に限らない。例えば、配線層21、22、23、54のそれぞれの上に、上層の配線と接続するためのコンタクトプラグが設けられてもよい。   Further, in FIG. 1B, a wiring layer 23 is provided in the base layer 11. An insulating layer 31 is provided on the wiring layer 23. The height of the wiring layer 23 in FIG. 1B is the same as the height of the wiring layer 23 in FIG. Further, in FIG. 1C, a wiring layer 54 is provided in the base layer 11. The width of the wiring layer 54 in the Y direction is wider than the width of the wiring layer 23 in the Y direction. A contact plug 55 is connected to the wiring layer 54. An insulating layer 31 is provided on the wiring layer 54. Furthermore, the present embodiment is not limited to the structure shown in FIG. For example, a contact plug for connecting to an upper layer wiring may be provided on each of the wiring layers 21, 22, 23, 54.

半導体層10の材料は、例えば、ヒ素(As)、リン(P)等のn形不純物元素もしくはホウ素(B)等のp形不純物元素が含有された半導体である。ここで、半導体とは、シリコン(Si)、ポリシリコン(poly−Si)等である。   The material of the semiconductor layer 10 is, for example, a semiconductor containing an n-type impurity element such as arsenic (As) or phosphorus (P) or a p-type impurity element such as boron (B). Here, the semiconductor is silicon (Si), polysilicon (poly-Si), or the like.

配線層21、22、23、54の材料は、例えば、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、銅(Cu)、アルミニウム等である。コンタクトプラグ50、51、52、55の材料は、例えば、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、銅(Cu)、アルミニウム等である。下地層11、絶縁層30、31の材料は、酸化シリコン(SiO)等である。 The material of the wiring layers 21, 22, 23, 54 is, for example, tungsten (W), molybdenum (Mo), copper (Cu), aluminum, or the like. The material of the contact plugs 50, 51, 52, 55 is, for example, tungsten (W), molybdenum (Mo), copper (Cu), aluminum, or the like. The material of the base layer 11 and the insulating layers 30 and 31 is silicon oxide (SiO 2 ) or the like.

図2(a)〜図17(d)は、第1実施形態に係る半導体装置の製造過程を表す模式図である。ここで、各図の(a)〜(c)は、第1実施形態に係る半導体装置の製造過程を表す断面模式図であり、各図の(d)は、第1実施形態に係る半導体装置の製造過程を表す平面模式図である。   2A to 17D are schematic views showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. Here, (a) to (c) in each drawing are schematic cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment, and (d) in each drawing is the semiconductor device according to the first embodiment. It is a plane schematic diagram showing the manufacturing process of.

各図の(a)には、各図の(d)のA−A’線の位置における断面が表されている。各図の(b)には、各図の(d)のB−B’線の位置における断面が表されている。各図の(c)は、半導体装置の記憶セル領域外の周辺回路領域における製造過程の断面が表されている。なお、図2(a)〜図17(d)の各図では、半導体層10の表示が省略されている。   In each figure, (a) shows a cross section at the position of the A-A 'line in (d) in each figure. (B) of each figure shows a cross section at the position of the line B-B 'of (d) of each figure. (C) of each figure shows a cross section of the manufacturing process in the peripheral circuit region outside the memory cell region of the semiconductor device. In addition, the display of the semiconductor layer 10 is abbreviate | omitted in each figure of Fig.2 (a)-FIG.17 (d).

以下に説明される膜、層の形成方法は、特に断らない限り、CVD(Chemical Vapor Deposition)、スパッタリング法、ALD(Atomic Layer Deposition)法、エピタキシャル法、スピンコート法等のいずれかから適宜選択される。また、膜、層の除去は、RIE(Reactive Ion Etching)等のドライエッチング、フッ酸溶液、アルカリ溶液等によるウェットエッチング、酸素含有ガスによるアッシング、CMP等のいずれかから適宜選択される。   The film and layer forming method described below is appropriately selected from any of CVD (Chemical Vapor Deposition), sputtering method, ALD (Atomic Layer Deposition) method, epitaxial method, spin coating method and the like unless otherwise specified. The The removal of the film and layer is appropriately selected from dry etching such as RIE (Reactive Ion Etching), wet etching using a hydrofluoric acid solution and an alkaline solution, ashing using an oxygen-containing gas, and CMP.

まず、図2(a)〜図2(d)に表されるように、下地層11のなかにコンタクトプラグ50、51、52、55が設けられた構造体が準備される。コンタクトプラグ50、51、52は、例えば、記憶セルに電気的な接続を図るための配線層である。   First, as shown in FIGS. 2A to 2D, a structure in which contact plugs 50, 51, 52, and 55 are provided in the base layer 11 is prepared. The contact plugs 50, 51, 52 are, for example, wiring layers for electrical connection to the memory cell.

次に、図3(a)〜図3(d)に表されるように、下地層11の上に絶縁層30(第1絶縁層)が形成される。絶縁層30のZ方向における膜厚は、例えば、125nmである。   Next, as illustrated in FIGS. 3A to 3D, the insulating layer 30 (first insulating layer) is formed on the base layer 11. The film thickness in the Z direction of the insulating layer 30 is, for example, 125 nm.

次に、図4(a)〜図4(d)に表されるように、下地層11の上にラインアンドスペースが形成される。例えば、図4(a)、図4(b)、および図4(d)に表されるように、フォトリソグラフィおよび異方性エッチングにより、絶縁層30に複数のトレンチ30ta(第1トレンチ)が形成される。さらに、図4(c)に表されるように、絶縁層30には、トレンチ30tbが形成される。   Next, as shown in FIGS. 4A to 4D, a line and space is formed on the base layer 11. For example, as shown in FIGS. 4A, 4B, and 4D, a plurality of trenches 30ta (first trenches) are formed in the insulating layer 30 by photolithography and anisotropic etching. It is formed. Further, as illustrated in FIG. 4C, the insulating layer 30 is formed with a trench 30 tb.

異方性エッチングは、例えば、RIE(Reactive Ion Etching)である。トレンチ30ta、30tbは、絶縁層30から下地層11に向かう方向に凹設されている。トレンチ30ta、30tbのそれぞれは、絶縁層30の上面30uから下地層11にまでに貫通している。このラインラインアンドスペースは、Y方向に周期的に配列されている。このラインラインアンドスペースのY方向における1ピッチをP1とする。例えば、パターニングされた絶縁層30において、絶縁層30の中心と、この絶縁層30に隣り合う絶縁層30の中心との間の距離をP1とする。   The anisotropic etching is, for example, RIE (Reactive Ion Etching). The trenches 30 ta and 30 tb are recessed in the direction from the insulating layer 30 toward the base layer 11. Each of the trenches 30 ta and 30 tb penetrates from the upper surface 30 u of the insulating layer 30 to the base layer 11. The line lines and spaces are periodically arranged in the Y direction. One pitch in the Y direction of this line line and space is defined as P1. For example, in the patterned insulating layer 30, the distance between the center of the insulating layer 30 and the center of the insulating layer 30 adjacent to the insulating layer 30 is P1.

トレンチ30taは、絶縁層30の上面30uに対して平行なX方向に延在している。トレンチ30taは、X方向に交差する方向(例えば、Y方向)に配列されている。トレンチ30taの1ピッチは、上側配線層(配線層21、22)の2倍のピッチに調整される。トレンチ30taのY方向における1ピッチは、例えば、80nmである。トレンチ30taのY方向における幅は、例えば、40nmである。   The trench 30ta extends in the X direction parallel to the upper surface 30u of the insulating layer 30. The trenches 30ta are arranged in a direction intersecting the X direction (for example, the Y direction). One pitch of the trenches 30ta is adjusted to twice the pitch of the upper wiring layers (wiring layers 21 and 22). One pitch in the Y direction of the trench 30ta is, for example, 80 nm. The width of the trench 30ta in the Y direction is, for example, 40 nm.

トレンチ30tbについては、一例として、X方向に延在された状態が示されている。トレンチ30tbのY方向における幅は、配線層54のY方向における幅よりも、例えば、26nm広くなっている。トレンチ30tbについては、1つとは限らず、複数形成してもよい。   As an example, the trench 30tb is shown extending in the X direction. The width of the trench 30tb in the Y direction is, for example, 26 nm wider than the width of the wiring layer 54 in the Y direction. The number of trenches 30tb is not limited to one, and a plurality of trenches 30tb may be formed.

次に、図5(a)〜図5(d)に表されるように、等方性エッチングによってトレンチ30ta、30tbのY方向における幅が広げられる。等方性エッチングは、例えば、ウェットエッチングである。ウェットエッチングでは、例えば、0.5%フッ酸水溶液が用いられる。この段階では、トレンチ30ta、30tbのY方向における幅が図4(a)〜図4(d)に表される段階よりも、例えば、10nm拡大される。トレンチ30taのY方向における幅は、例えば、60nmである。ラインアンドスペースの1ピッチは「P1」のままである。   Next, as shown in FIGS. 5A to 5D, the width in the Y direction of the trenches 30ta and 30tb is widened by isotropic etching. The isotropic etching is, for example, wet etching. In the wet etching, for example, a 0.5% hydrofluoric acid aqueous solution is used. At this stage, the widths of the trenches 30ta and 30tb in the Y direction are enlarged by, for example, 10 nm compared to the stage shown in FIGS. 4 (a) to 4 (d). The width of the trench 30ta in the Y direction is, for example, 60 nm. One pitch of the line and space remains “P1”.

次に、図6(a)〜図6(d)に表されるように、複数のトレンチ30taのそれぞれのなか、およびトレンチ30tbのなかに、側壁膜40が形成される。側壁膜40は、複数のトレンチ30taのそれぞれのなか、およびトレンチ30tbのなかに完全に形成されない。すなわち、トレンチ30ta、30tbが残るように側壁膜40の厚さが調整される。側壁膜40の膜厚は、例えば、23nmである。側壁膜40の材料は、例えば、窒化シリコン(SiN)である。   Next, as shown in FIGS. 6A to 6D, the sidewall film 40 is formed in each of the plurality of trenches 30 ta and in the trench 30 tb. The sidewall film 40 is not completely formed in each of the plurality of trenches 30ta and in the trench 30tb. That is, the thickness of the sidewall film 40 is adjusted so that the trenches 30ta and 30tb remain. The film thickness of the sidewall film 40 is, for example, 23 nm. The material of the sidewall film 40 is, for example, silicon nitride (SiN).

続いて、側壁膜40に異方性エッチング(例えば、ドライエッチング)が施される。この異方性エッチングにより、絶縁層30の上面30uから上の側壁膜40が除去されるとともに、トレンチ30ta、30tbの底部において表出している側壁膜40が除去される。この状態を、図7(a)〜図7(d)に表す。   Subsequently, anisotropic etching (for example, dry etching) is performed on the sidewall film 40. By this anisotropic etching, the upper side wall film 40 is removed from the upper surface 30u of the insulating layer 30, and the side wall film 40 exposed at the bottoms of the trenches 30ta and 30tb is removed. This state is shown in FIGS. 7 (a) to 7 (d).

図7(a)〜図7(d)に表されるように、複数のトレンチ30taのそれぞれの側面30wa(第1側面)の上に側壁膜41(第3側壁膜)が形成される。さらに、複数のトレンチ30taのそれぞれの側面30wb(第2側面)の上に側壁膜42(第4側壁膜)が形成される。また、トレンチ30tbの側面30waの上に側壁膜43が形成される。さらに、トレンチ30tbの側面30wbの上に側壁膜44が形成される。   As illustrated in FIG. 7A to FIG. 7D, a sidewall film 41 (third sidewall film) is formed on each side surface 30wa (first side surface) of the plurality of trenches 30ta. Further, a sidewall film 42 (fourth sidewall film) is formed on each side surface 30wb (second side surface) of each of the plurality of trenches 30ta. Further, a sidewall film 43 is formed on the side surface 30wa of the trench 30tb. Further, a sidewall film 44 is formed on the side surface 30wb of the trench 30tb.

側壁膜41〜44の材料は、側壁膜40と同じである。   The material of the sidewall films 41 to 44 is the same as that of the sidewall film 40.

次に、図8(a)〜図8(d)に表されるように、側壁膜41と側壁膜42との間に位置する下地層11が異方性エッチングにより除去される。この異方性エッチングでは、側壁膜41と側壁膜42とがマスクの役割をする。同様に、側壁膜43と側壁膜44との間に位置する下地層11が異方性エッチングにより除去される。これにより、下地層11にX方向に延在するトレンチ11ta(第2トレンチ)が形成される。また、下地層11にX方向に延在するトレンチ11tbが形成される。トレンチ11ta、11tbのZ方向における深さは、例えば、50nmである。また、絶縁層30の膜厚は、異方性エッチングの影響を受けて減少する。   Next, as shown in FIGS. 8A to 8D, the base layer 11 located between the sidewall film 41 and the sidewall film 42 is removed by anisotropic etching. In this anisotropic etching, the side wall film 41 and the side wall film 42 serve as a mask. Similarly, the foundation layer 11 located between the sidewall film 43 and the sidewall film 44 is removed by anisotropic etching. As a result, a trench 11ta (second trench) extending in the X direction is formed in the base layer 11. A trench 11tb extending in the X direction is formed in the base layer 11. The depth of the trenches 11ta and 11tb in the Z direction is, for example, 50 nm. In addition, the film thickness of the insulating layer 30 decreases under the influence of anisotropic etching.

次に、図9(a)〜図9(d)に表されるように、側壁膜41〜44が除去される。側壁膜41〜44は、リン酸を用いたウェットエッチングにより除去される。   Next, as shown in FIGS. 9A to 9D, the sidewall films 41 to 44 are removed. The sidewall films 41 to 44 are removed by wet etching using phosphoric acid.

次に、図10(a)〜図10(d)に表されるように、複数のトレンチ30taのそれぞれのなか、およびトレンチ11taのなかに導電層27(第1導電層)が形成される。さらに、トレンチ30tbのなか、およびトレンチ11tbのなかに導電層57が形成される。導電層27、57の材料は、例えば、タングステン(W)等である。下地層11と絶縁層30との接合部からの導電層27、57のそれぞれの厚さ(Z方向における厚さ)は、例えば、200nmである。   Next, as shown in FIGS. 10A to 10D, the conductive layer 27 (first conductive layer) is formed in each of the plurality of trenches 30ta and in the trench 11ta. Further, a conductive layer 57 is formed in the trench 30tb and in the trench 11tb. The material of the conductive layers 27 and 57 is, for example, tungsten (W). Each thickness (thickness in the Z direction) of the conductive layers 27 and 57 from the joint portion of the base layer 11 and the insulating layer 30 is, for example, 200 nm.

第1実施形態では、配線層23が予め形成され、この後に、別の工程によって配線層21、22が積層されるプロセスを経ない。第1実施形態では、配線層21、22、23の原型となる導電層27がこの段階において一括で形成される。また、導電層27は、コンタクトプラグ50、51、52に接続される。導電層57は、コンタクトプラグ55に接続される。   In the first embodiment, the wiring layer 23 is formed in advance, and thereafter, the process of laminating the wiring layers 21 and 22 by another process is not performed. In the first embodiment, the conductive layer 27 serving as a prototype of the wiring layers 21, 22, and 23 is collectively formed at this stage. The conductive layer 27 is connected to the contact plugs 50, 51, 52. Conductive layer 57 is connected to contact plug 55.

次に、図11(a)〜図11(d)に表されるように、導電層27の上面27uを絶縁層30の上面30uよりも降下させる。これにより、複数のトレンチ30taのそれぞれの側面30waの一部と、側面30waに対向する側面30wbの一部とが導電層27から表出する。また、導電層57の上面57uを絶縁層30の上面30uよりも降下させる。これにより、トレンチ30tbの側面30waの一部と、側面30waに対向する側面30wbの一部とが導電層57から表出する。   Next, as shown in FIGS. 11A to 11D, the upper surface 27 u of the conductive layer 27 is lowered from the upper surface 30 u of the insulating layer 30. Thereby, a part of each side surface 30wa of the plurality of trenches 30ta and a part of the side surface 30wb facing the side surface 30wa are exposed from the conductive layer 27. Further, the upper surface 57 u of the conductive layer 57 is lowered from the upper surface 30 u of the insulating layer 30. Thereby, a part of the side surface 30wa of the trench 30tb and a part of the side surface 30wb facing the side surface 30wa are exposed from the conductive layer 57.

この段階において、下地層11と絶縁層30との接合部からの導電層27、57のそれぞれの厚さ(Z方向における厚さ)は、例えば、40nmである。導電層27、57の除去は、化学的機械研磨(CMP,Chemical Mechanical Polishing)、ドライエッチング、ウェットエッチング等の少なくとも1つの手段で行われる。例えば、CMPと、ドライエッチングあるいはウェットエッチンとの組み合わせの手段によって導電層27、57が除去される。   At this stage, the respective thicknesses (thicknesses in the Z direction) of the conductive layers 27 and 57 from the joint portion between the base layer 11 and the insulating layer 30 are, for example, 40 nm. The removal of the conductive layers 27 and 57 is performed by at least one means such as chemical mechanical polishing (CMP), dry etching, or wet etching. For example, the conductive layers 27 and 57 are removed by a combination of CMP and dry etching or wet etching.

次に、図12(a)〜図12(d)に表されるように、導電層27と絶縁層30とを覆う側壁膜60が形成される。側壁膜60は、複数のトレンチ30taのそれぞれのなか、およびトレンチ30tbのなかに完全に形成されない。すなわち、トレンチ30ta、30tbが残るように側壁膜60の厚さが調整される。側壁膜60の材料は、例えば、窒化シリコン(SiN)である。側壁膜60の厚さは、例えば、20nmである。   Next, as shown in FIGS. 12A to 12D, a sidewall film 60 that covers the conductive layer 27 and the insulating layer 30 is formed. The sidewall film 60 is not completely formed in each of the plurality of trenches 30ta and in the trench 30tb. That is, the thickness of the sidewall film 60 is adjusted so that the trenches 30ta and 30tb remain. The material of the sidewall film 60 is, for example, silicon nitride (SiN). The thickness of the sidewall film 60 is, for example, 20 nm.

続いて、側壁膜60に異方性エッチング(例えば、ドライエッチング)が施される。この異方性エッチングにより、絶縁層30の上面30uから上の側壁膜60が除去されるとともに、トレンチ30ta、30tbの底部において表出している側壁膜60が除去される。この状態を、図13(a)〜図13(d)に表す。   Subsequently, anisotropic etching (for example, dry etching) is performed on the sidewall film 60. By this anisotropic etching, the upper sidewall film 60 is removed from the upper surface 30u of the insulating layer 30, and the sidewall film 60 exposed at the bottom of the trenches 30ta and 30tb is removed. This state is shown in FIGS. 13 (a) to 13 (d).

図13(a)〜図13(d)に表されるように、複数のトレンチ30taのそれぞれの側面30waの上に側壁膜61(第1側壁膜)が形成されるとともに、複数のトレンチ30taのそれぞれの側面30wbの上に側壁膜62(第2側壁膜)が形成される。また、トレンチ30tbの側面30waの上に側壁膜63が形成されるとともに、トレンチ30tbの側面30wbの上に側壁膜64が形成される。   As illustrated in FIG. 13A to FIG. 13D, a sidewall film 61 (first sidewall film) is formed on each side surface 30wa of the plurality of trenches 30ta, and the plurality of trenches 30ta are formed. A sidewall film 62 (second sidewall film) is formed on each side surface 30wb. Further, the sidewall film 63 is formed on the side surface 30wa of the trench 30tb, and the sidewall film 64 is formed on the side surface 30wb of the trench 30tb.

側壁膜61〜64の材料は、側壁膜60と同じである。   The material of the sidewall films 61 to 64 is the same as that of the sidewall film 60.

ここで、図13(d)に表されるように、領域1bにおいては、側壁膜61と側壁膜62とが側壁膜65を経由して折り返された構造が形成されている。すなわち、側壁膜61、側壁膜62、および側壁膜65によって、側壁膜のループが形成されている。これは、絶縁層30によって取り囲まれたトレンチ30taの側面に沿って側壁膜が形成されたためである。領域1aにおいては、側壁膜61と側壁膜62とがともにX方向に延在し、側壁膜61と側壁膜62とがY方向に並んだ構造が形成されている。   Here, as shown in FIG. 13D, in the region 1 b, a structure in which the sidewall film 61 and the sidewall film 62 are folded back via the sidewall film 65 is formed. That is, the sidewall film 61, the sidewall film 62, and the sidewall film 65 form a sidewall film loop. This is because the side wall film is formed along the side surface of the trench 30 ta surrounded by the insulating layer 30. In the region 1a, the sidewall film 61 and the sidewall film 62 both extend in the X direction, and the sidewall film 61 and the sidewall film 62 are arranged in the Y direction.

次に、図14(a)〜図14(d)に表されるように、領域1aにおいて、絶縁層30、側壁膜61、62、および導電層27を覆うマスク層90が形成される。マスク層90は、フォトリソグラフィおよびドライエッチングにより形成される。マスク層90の材料は、例えば、レジストである。   Next, as shown in FIGS. 14A to 14D, a mask layer 90 that covers the insulating layer 30, the sidewall films 61 and 62, and the conductive layer 27 is formed in the region 1 a. The mask layer 90 is formed by photolithography and dry etching. The material of the mask layer 90 is, for example, a resist.

続いて、マスク層90から表出された側壁膜61〜64がドライエッチングにより除去される。この後、マスク層90が除去される。この状態を、図15(a)〜図15(d)に表す。   Subsequently, the sidewall films 61 to 64 exposed from the mask layer 90 are removed by dry etching. Thereafter, the mask layer 90 is removed. This state is shown in FIGS. 15 (a) to 15 (d).

図15(a)〜図15(d)に表されるように、領域1b(図15(b))および周辺回路領域(図15(c))において側壁膜が除去されている。実施形態では、領域1bにおいて側壁膜の折り返し構造を除去することから、領域1bをループ分離領域とする。ループ分離領域から側壁膜61、62が除去されたことにより、後述するプロセスによってY方向に分離された配線層21と配線層22とが形成される。配線層21と配線層22とは、上側配線層としての微細配線である(後述)。   As shown in FIGS. 15A to 15D, the sidewall film is removed in the region 1b (FIG. 15B) and the peripheral circuit region (FIG. 15C). In the embodiment, since the folded structure of the sidewall film is removed in the region 1b, the region 1b is set as a loop isolation region. By removing the side wall films 61 and 62 from the loop isolation region, the wiring layer 21 and the wiring layer 22 separated in the Y direction by a process described later are formed. The wiring layer 21 and the wiring layer 22 are fine wiring as an upper wiring layer (described later).

また、図1(c)には、一例として、周辺回路領域において、配線層54の上方に微細な配線層が設けられていない状態が表されている。このような場合には、配線層54の上方に微細な配線層が設ける必要がないため、周辺回路領域からは側壁膜63、64が除去される。なお、配線層54の上方に配線層を適宜、設けてもよい。   FIG. 1C shows a state where a fine wiring layer is not provided above the wiring layer 54 in the peripheral circuit region as an example. In such a case, since it is not necessary to provide a fine wiring layer above the wiring layer 54, the sidewall films 63 and 64 are removed from the peripheral circuit region. Note that a wiring layer may be provided as appropriate above the wiring layer 54.

次に、図16(a)および図16(d)に表されるように、側壁膜61と側壁膜62とをマスクとして、側壁膜61と側壁膜62との間に位置する導電層27が除去される。導電層27を除去する手段は、異方性エッチングである。これにより、導電層27が分割されて、X方向に延在する配線層21と、X方向に延在する配線層22が形成される。配線層21は、側壁膜61の下に位置している。配線層22は、側壁膜62の下に位置している。   Next, as shown in FIGS. 16A and 16D, the conductive layer 27 positioned between the sidewall film 61 and the sidewall film 62 is formed using the sidewall film 61 and the sidewall film 62 as a mask. Removed. A means for removing the conductive layer 27 is anisotropic etching. As a result, the conductive layer 27 is divided to form the wiring layer 21 extending in the X direction and the wiring layer 22 extending in the X direction. The wiring layer 21 is located under the side wall film 61. The wiring layer 22 is located under the side wall film 62.

実施形態では、側壁膜61と側壁膜62との間に位置する導電層27が除去されるとともに、トレンチ11taのなかに設けられた導電層27の上部が除去される。導電層27の上部とは、例えば、下地層11と絶縁層30との接合部から10nmの深さ(Z方向の深さ)までの導電層27である。さらに、この上部両側の下地層11が除去される。換言すれば、側壁膜61、62をマスクとして、下地層11と絶縁層30との接合部から10nmの深さまでオーバーエッチングが施される。   In the embodiment, the conductive layer 27 located between the sidewall film 61 and the sidewall film 62 is removed, and the upper portion of the conductive layer 27 provided in the trench 11ta is removed. The upper part of the conductive layer 27 is, for example, the conductive layer 27 from the junction between the base layer 11 and the insulating layer 30 to a depth of 10 nm (depth in the Z direction). Further, the underlying layer 11 on both upper sides is removed. In other words, overetching is performed to a depth of 10 nm from the junction between the base layer 11 and the insulating layer 30 using the sidewall films 61 and 62 as a mask.

これにより、配線層21と配線層22との間に配線層23が形成される。配線層23は、X方向に延在している。配線層23は、配線層21および配線層22の下に設けられている。その結果、配線層21、配線層22、および配線層23を含む配線の組20がY方向に複数配列される。   As a result, a wiring layer 23 is formed between the wiring layer 21 and the wiring layer 22. The wiring layer 23 extends in the X direction. The wiring layer 23 is provided under the wiring layer 21 and the wiring layer 22. As a result, a plurality of wiring sets 20 including the wiring layer 21, the wiring layer 22, and the wiring layer 23 are arranged in the Y direction.

また、領域1b(図16(b))および周辺回路領域(図16(c))においては、マスクとしての側壁膜が設けられていない。このため、トレンチ30taのなかに設けられた導電層27、およびトレンチ30tbのなかに設けられた導電層57が除去される。さらに、下地層11と絶縁層30との接合部から10nmの深さまでオーバーエッチングが施される。その結果、下地層11のなかには、配線層23とコンタクトプラグ55とが形成される。   In the region 1b (FIG. 16B) and the peripheral circuit region (FIG. 16C), a sidewall film as a mask is not provided. Therefore, the conductive layer 27 provided in the trench 30ta and the conductive layer 57 provided in the trench 30tb are removed. Further, overetching is performed to a depth of 10 nm from the junction between the base layer 11 and the insulating layer 30. As a result, the wiring layer 23 and the contact plug 55 are formed in the base layer 11.

すなわち、領域1bでは、異方性エッチングの前に、側壁膜が除去されたため、配線層23が形成される。これに対し、領域1aでは、配線層23のほか、導電層27から分割された配線層21と配線層22とが形成される。   That is, in the region 1b, since the side wall film is removed before the anisotropic etching, the wiring layer 23 is formed. On the other hand, in the region 1a, in addition to the wiring layer 23, the wiring layer 21 and the wiring layer 22 divided from the conductive layer 27 are formed.

配線層21、22のZ方向における層厚は、例えば、40nmである。配線層21、22のX方向における幅は、例えば、20nmである。配線層23のZ方向における層厚は、例えば、40nmである。配線層23のX方向における幅は、例えば、14nmである。配線層54のZ方向における層厚は、例えば、40nmである。配線層54のY方向における幅は、配線層21、22、23のX方向におけるそれぞれの幅よりも広い。絶縁層30については、異方性エッチングの影響を受けて、その膜厚がさらに薄くなっている。   The layer thickness in the Z direction of the wiring layers 21 and 22 is 40 nm, for example. The width of the wiring layers 21 and 22 in the X direction is, for example, 20 nm. The layer thickness in the Z direction of the wiring layer 23 is, for example, 40 nm. The width of the wiring layer 23 in the X direction is, for example, 14 nm. The layer thickness in the Z direction of the wiring layer 54 is, for example, 40 nm. The width of the wiring layer 54 in the Y direction is wider than the width of each of the wiring layers 21, 22 and 23 in the X direction. The insulating layer 30 is further thinned by the influence of anisotropic etching.

次に、図17(a)〜図17(d)に表されるように、側壁膜61、62がウェットエッチングにより除去される。このウェットエッチングでは、リン酸が用いられる。これにより、ピッチP1のなかに、3つの配線層21、22、23が形成されている。   Next, as shown in FIGS. 17A to 17D, the sidewall films 61 and 62 are removed by wet etching. In this wet etching, phosphoric acid is used. Thus, three wiring layers 21, 22, and 23 are formed in the pitch P1.

この後は、図1(a)〜図1(d)に表されるように、キャップ部材としての絶縁層31が形成される。絶縁層31のZ方向における膜厚は、例えば、100nmである。   Thereafter, as shown in FIGS. 1A to 1D, an insulating layer 31 as a cap member is formed. The film thickness in the Z direction of the insulating layer 31 is, for example, 100 nm.

第1実施形態の効果を説明する前に、参考例を説明する。以下に説明する参考例も、本実施形態に含まれる。
図18(a)〜図18(d)は、参考例に係る半導体装置の製造過程を表す断面模式図である。図18(a)〜図18(d)には、上述したダブルパターニングプロセスが例示されている。
Before describing the effects of the first embodiment, a reference example will be described. Reference examples described below are also included in this embodiment.
FIG. 18A to FIG. 18D are schematic cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a semiconductor device according to a reference example. FIG. 18A to FIG. 18D illustrate the double patterning process described above.

まず、図18(a)に表されるように、下地層100の上に、絶縁層101がパターニングされる。絶縁層101はX方向に延在している。絶縁層101のY方向における1ピッチは「P1」である。   First, as shown in FIG. 18A, the insulating layer 101 is patterned on the base layer 100. The insulating layer 101 extends in the X direction. One pitch in the Y direction of the insulating layer 101 is “P1”.

次に、図18(b)に表されるように、絶縁層101の側壁に側壁膜102が形成される。   Next, as illustrated in FIG. 18B, the sidewall film 102 is formed on the sidewall of the insulating layer 101.

次に、図18(c)に表されるように、絶縁層101が除去される。   Next, as shown in FIG. 18C, the insulating layer 101 is removed.

次に、図18(d)に表されるように、側壁膜102をマスクとして、下地層100に異方性エッチングが施される。これにより、下地層100にトレンチ103が形成される。トレンチ103のなかには、例えば、配線層が形成される。なお、下地層11もしくは絶縁層30の一部に、ドライエッチング工程の精度を高めるためのストッパ層が形成されてもよい。たとえば、下地層11の最上層もしくは絶縁層30の最下層にストッパー層として、例えば、窒化シリコン(SiN)膜を使用することで、図4に示されるトレンチ30ta、30tbの深さばらつきが低減する。この場合は、側壁膜40として、例えば、アモルファスシリコン等のストッパ膜と異なる種類の膜が用いられる。   Next, as illustrated in FIG. 18D, anisotropic etching is performed on the base layer 100 using the sidewall film 102 as a mask. As a result, the trench 103 is formed in the base layer 100. For example, a wiring layer is formed in the trench 103. Note that a stopper layer for improving the accuracy of the dry etching process may be formed on a part of the base layer 11 or the insulating layer 30. For example, by using, for example, a silicon nitride (SiN) film as a stopper layer in the uppermost layer of the base layer 11 or the lowermost layer of the insulating layer 30, variations in the depth of the trenches 30ta and 30tb shown in FIG. 4 are reduced. . In this case, as the sidewall film 40, for example, a different type of film from a stopper film such as amorphous silicon is used.

参考例は、第1実施形態と組み合わせることができる。例えば、下地層100は絶縁層30に置き換えられる。この場合には、以下のフローが実施される。   The reference example can be combined with the first embodiment. For example, the base layer 100 is replaced with the insulating layer 30. In this case, the following flow is performed.

まず、絶縁層30の上に、Y方向に配列された複数のトレンチ30taの2倍のピッチで配列され、X方向に延在する複数の絶縁層(マスク層)が形成される(図18(a))。   First, on the insulating layer 30, a plurality of insulating layers (mask layers) that are arranged at a pitch twice that of the plurality of trenches 30ta arranged in the Y direction and extend in the X direction are formed (FIG. 18 ( a)).

次に、複数の絶縁層101のそれぞれの側壁に、側壁膜102(第5側壁膜)が形成される(図18(b))。   Next, a sidewall film 102 (fifth sidewall film) is formed on each sidewall of the plurality of insulating layers 101 (FIG. 18B).

次に、複数の絶縁層101が除去される(図18(c))。   Next, the plurality of insulating layers 101 are removed (FIG. 18C).

そして、側壁膜102から表出された絶縁層30をエッチングすることにより、複数のトレンチ103が形成される(図18(d))。この場合、トレンチ103がトレンチ30taに対応している。   A plurality of trenches 103 are formed by etching the insulating layer 30 exposed from the sidewall film 102 (FIG. 18D). In this case, the trench 103 corresponds to the trench 30ta.

参考例では、1ピッチがP1の絶縁層101の側壁に側壁膜102が形成され、側壁膜102をマスクとして下地層100がエッチング加工されている。このため、トレンチ103のY方向における1ピッチは、P1の1/2になる。すなわち、参考例では、ラインアンドスペースの1ピッチのなかに2つの配線層が形成されることになる。   In the reference example, a sidewall film 102 is formed on the sidewall of the insulating layer 101 having a pitch of P1, and the base layer 100 is etched using the sidewall film 102 as a mask. For this reason, one pitch in the Y direction of the trench 103 is ½ of P1. That is, in the reference example, two wiring layers are formed in one pitch of line and space.

これに対して、第1実施形態によれば、ラインアンドスペースの1ピッチのなかに3つの配線層を形成することができる(図17(a)参照)。換言すれば、参考例に係るラインアンドスペースと同じ1ピッチに対して、1/3のピッチで配線層を形成することができる。すなわち、参考例では、ラインアンドスペースの1ピッチに対して、1/2のピッチで配線が微細化されるのに対して、第1実施形態では、ラインアンドスペースの1ピッチに対して、1/3のピッチで配線が微細化される。このように、第1実施形態によれば、配線の微細化がより促進する。   On the other hand, according to the first embodiment, three wiring layers can be formed in one pitch of line and space (see FIG. 17A). In other words, the wiring layer can be formed at a pitch of 1/3 with respect to the same pitch as the line and space according to the reference example. That is, in the reference example, the wiring is miniaturized at a pitch of 1/2 with respect to one line and space pitch, whereas in the first embodiment, 1 with respect to one line and space pitch. The wiring is miniaturized at a pitch of / 3. Thus, according to the first embodiment, the miniaturization of the wiring is further promoted.

さらに、参考例に係る製造プロセスと第1実施形態に係る製造プロセスとを組み合わせることにより、ラインアンドスペースの1ピッチに対して、1/6(1/2×1/3)のピッチで配線を形成することができる。すなわち、参考例に係る製造プロセスと第1実施形態に係る製造プロセスとを組み合わせることにより、ラインアンドスペースの1ピッチに6つの配線層を形成することができる。   Furthermore, by combining the manufacturing process according to the reference example and the manufacturing process according to the first embodiment, wiring is performed at a pitch of 1/6 (1/2 × 1/3) with respect to one pitch of line and space. Can be formed. That is, by combining the manufacturing process according to the reference example and the manufacturing process according to the first embodiment, six wiring layers can be formed in one line-and-space pitch.

参考例に係る製造プロセスを2回繰り返したプロセスでも、配線層の微細化を図ることができる。しかしこの場合は、ラインアンドスペースの1ピッチに対して、1/4(1/2×1/2)のピッチで配線層が形成されるに過ぎない。これに対し、参考例に係る製造プロセスと第1実施形態に係る製造プロセスとを組み合わせることにより、ラインアンドスペースの1ピッチに対して、1/6のピッチで配線を形成することができる。すなわち、第1実施形態によれば、配線層の微細化がより確実に促進する。   Even in a process in which the manufacturing process according to the reference example is repeated twice, the wiring layer can be miniaturized. However, in this case, the wiring layer is only formed at a pitch of 1/4 (1/2 × 1/2) with respect to one line and space pitch. On the other hand, by combining the manufacturing process according to the reference example and the manufacturing process according to the first embodiment, the wiring can be formed at a pitch of 1/6 with respect to one line and space pitch. That is, according to the first embodiment, miniaturization of the wiring layer is more reliably promoted.

また、第1実施形態によれば、1ピッチにおける配線層21、22、23のうち、配線層21、22は上側に形成され、配線層23は下側に形成されている(図1(a))。さらに、配線層21、22、23の原型である導電層27は、一括で形成される(図10(a))。従って、配線層21、22(上側配線層)と配線層23(下側配線層)の相互の位置は、自己整合(セルフアライン)により決定される。   Further, according to the first embodiment, among the wiring layers 21, 22, and 23 at one pitch, the wiring layers 21 and 22 are formed on the upper side, and the wiring layer 23 is formed on the lower side (FIG. 1A )). Further, the conductive layer 27, which is a prototype of the wiring layers 21, 22, and 23, is formed in a lump (FIG. 10A). Accordingly, the mutual positions of the wiring layers 21 and 22 (upper wiring layer) and the wiring layer 23 (lower wiring layer) are determined by self-alignment.

これにより、配線層23と配線層21、22とは、Z方向において重なることがなく、且つY方向において重なることがない。すなわち、配線層23と、配線層21、22とは、上下左右において重なっていない。従って、配線層23の上に配線層21、22を積層しても、寄生容量(配線間容量)の増加が抑制される。   Thereby, the wiring layer 23 and the wiring layers 21 and 22 do not overlap in the Z direction and do not overlap in the Y direction. That is, the wiring layer 23 and the wiring layers 21 and 22 do not overlap vertically and horizontally. Therefore, even if the wiring layers 21 and 22 are stacked on the wiring layer 23, an increase in parasitic capacitance (inter-wiring capacitance) is suppressed.

また、第1実施形態では、配線層23のX方向における長さが配線層21、22のX方向における長さよりも長い(図1(d)、図17(d))。例えば、図1(d)に表されるように、配線層23は、配線層23の端部が配線層21、22の端部から突出した部分23aを有している。この部分23aは、配線層21、22によって挟まれていない。   In the first embodiment, the length of the wiring layer 23 in the X direction is longer than the length of the wiring layers 21 and 22 in the X direction (FIGS. 1D and 17D). For example, as illustrated in FIG. 1D, the wiring layer 23 includes a portion 23 a in which the end portion of the wiring layer 23 protrudes from the end portions of the wiring layers 21 and 22. This portion 23 a is not sandwiched between the wiring layers 21 and 22.

すなわち、第1実施形態では、部分23aとコンタクトプラグ等とを接続する接続構造を設けることができる。コンタクトプラグは、例えば、部分23aの上に設けられる。この接続構造を形成するには、フォトリソグラフィプロセスを経る。このフォトリソグラフィプロセスにおいては、部分23aが配線層21、22によって挟まれていないため、上側配線層(配線層21、22)からの干渉を受け難くなる。このため、この接続構造のフォトリソグラフィプロセスでは、位置合わせのズレが起き難くなる。このように、第1実施形態によれば、高集積化および寄生容量の低減化が実現する。   That is, in the first embodiment, it is possible to provide a connection structure that connects the portion 23a and a contact plug or the like. The contact plug is provided on the portion 23a, for example. In order to form this connection structure, a photolithography process is performed. In this photolithography process, since the portion 23a is not sandwiched between the wiring layers 21 and 22, it is difficult to receive interference from the upper wiring layer (wiring layers 21 and 22). For this reason, in the photolithography process of this connection structure, misalignment hardly occurs. Thus, according to the first embodiment, high integration and reduction of parasitic capacitance are realized.

(第2実施形態)
図19(a)〜図20(c)は、第2実施形態に係る半導体装置の製造過程を表す断面模式図である。ここで、各図の左図、中図、および右図は、第1実施形態の図1(a)〜図1(c)に対応している。
(Second Embodiment)
FIG. 19A to FIG. 20C are schematic cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment. Here, the left diagram, the middle diagram, and the right diagram of each figure correspond to FIGS. 1A to 1C of the first embodiment.

第2実施形態においては、まず、図19(a)に表されるように、図15(a)〜図15(c)と同じ状態が準備される。   In the second embodiment, first, as shown in FIG. 19A, the same state as that in FIGS. 15A to 15C is prepared.

次に、図19(b)に表されるように、ウェットエッチングあるいはドライエッチング等により絶縁層30がエッチバックされる。例えば、0.5%フッ酸水溶液を用いたウェットエッチングにより、絶縁層30の高さが導電層27、57の高さと同じになるように絶縁層30がエッチバックされる。   Next, as shown in FIG. 19B, the insulating layer 30 is etched back by wet etching or dry etching. For example, the insulating layer 30 is etched back by wet etching using a 0.5% hydrofluoric acid aqueous solution so that the height of the insulating layer 30 is the same as the height of the conductive layers 27 and 57.

次に、図19(c)の左図に表されるように、側壁膜61と側壁膜62との間に位置する導電層27が除去される。さらに、絶縁層30も除去される。また、図19(c)の中図および右図に表されるように、下地層11から上側の導電層27、57が除去される。さらに、絶縁層30も除去される。これらの除去手段は、例えば、異方性エッチングである。   Next, as shown in the left diagram of FIG. 19C, the conductive layer 27 located between the sidewall film 61 and the sidewall film 62 is removed. Further, the insulating layer 30 is also removed. Further, as shown in the middle and right diagrams of FIG. 19C, the upper conductive layers 27 and 57 are removed from the base layer 11. Further, the insulating layer 30 is also removed. These removing means are, for example, anisotropic etching.

図19(c)の左図においては、側壁膜61、62をマスクとして、下地層11と絶縁層30との接合部から10nmの深さまでオーバーエッチングが施される。これにより、配線層21と配線層22との間に配線層23が形成される。   In the left diagram of FIG. 19C, overetching is performed to a depth of 10 nm from the junction between the base layer 11 and the insulating layer 30 using the sidewall films 61 and 62 as a mask. As a result, a wiring layer 23 is formed between the wiring layer 21 and the wiring layer 22.

また、図19(c)の中図および右図においても、下地層11と絶縁層30との接合部から10nmの深さまでオーバーエッチングが施される。その結果、下地層11のなかには、配線層23とコンタクトプラグ55とが形成される。   In the middle and right diagrams of FIG. 19C, overetching is performed to a depth of 10 nm from the junction between the base layer 11 and the insulating layer 30. As a result, the wiring layer 23 and the contact plug 55 are formed in the base layer 11.

配線層21、22のそれぞれのZ方向に厚さは、例えば、40nmであり、Y方向の幅は、例えば、20nmである。また、配線層23のZ方向の厚さは、例えば、40nmであり、Y方向の幅は、例えば、14nmである。配線層54のZ方向の厚さは、例えば、40nmである。   The thickness of each of the wiring layers 21 and 22 in the Z direction is, for example, 40 nm, and the width in the Y direction is, for example, 20 nm. Further, the thickness of the wiring layer 23 in the Z direction is, for example, 40 nm, and the width in the Y direction is, for example, 14 nm. The thickness of the wiring layer 54 in the Z direction is 40 nm, for example.

次に、図20(a)に表されるように、リン酸を用いたウェットエッチングにより側壁膜61、62が除去される。   Next, as shown in FIG. 20A, the sidewall films 61 and 62 are removed by wet etching using phosphoric acid.

次に、絶縁層30が除去された後に、図20(b)に表されるように、配線層21および配線層22の間に、絶縁層33(第2絶縁層)が形成される。絶縁層33は、絶縁層30、31の誘電率よりも低い誘電率を有する。絶縁層33のZ方向の厚さは、例えば、100nmである。   Next, after the insulating layer 30 is removed, an insulating layer 33 (second insulating layer) is formed between the wiring layer 21 and the wiring layer 22 as shown in FIG. The insulating layer 33 has a dielectric constant lower than that of the insulating layers 30 and 31. The thickness of the insulating layer 33 in the Z direction is, for example, 100 nm.

絶縁層33の材料は、例えば、比誘電率が3.7以下のいわゆる低誘電率材が選択される。これにより、酸化シリコン(比誘電率4.0〜4.5)を絶縁層33の材料として用いた場合よりも、配線層21と配線層22との間の寄生容量がさらに低減する。   As the material of the insulating layer 33, for example, a so-called low dielectric constant material having a relative dielectric constant of 3.7 or less is selected. Thereby, the parasitic capacitance between the wiring layer 21 and the wiring layer 22 is further reduced as compared with the case where silicon oxide (relative dielectric constant: 4.0 to 4.5) is used as the material of the insulating layer 33.

低誘電率材としては、例えば、フッ素化シリコン酸化膜(FSG)、炭素含有シリコン酸化膜(SiOC)、水素シルセスキオキサン(HSQ)、メチルシルセスキオキサン(MSQ)といった無機系膜、ポリアリルエーテル、ベンゾシクロブテン、ポリテトラフロロエチレン等の有機系材、膜中に空孔構造が設けられたポーラスシリカ材等があげられる。   Examples of the low dielectric constant material include inorganic films such as fluorinated silicon oxide film (FSG), carbon-containing silicon oxide film (SiOC), hydrogen silsesquioxane (HSQ), and methyl silsesquioxane (MSQ), poly Examples thereof include organic materials such as allyl ether, benzocyclobutene, and polytetrafluoroethylene, and porous silica materials having a pore structure in the film.

あるいは、第2実施形態では、絶縁層30が除去された後に、図20(c)に表されるように、配線層21および配線層22の間に、内部に空隙31hが存在する絶縁層31を形成してもよい。絶縁層31の材料は、絶縁層33と同じであってもよい。   Alternatively, in the second embodiment, after the insulating layer 30 is removed, as illustrated in FIG. 20C, the insulating layer 31 in which a gap 31 h exists between the wiring layer 21 and the wiring layer 22. May be formed. The material of the insulating layer 31 may be the same as that of the insulating layer 33.

例えば、絶縁層31は、段差被覆性の悪いCVD条件で形成される。これにより、配線層21および配線層22の間の絶縁層31に空隙31hが形成される。その結果、配線層21と配線層22との間の寄生容量がさらに低減する。   For example, the insulating layer 31 is formed under CVD conditions with poor step coverage. As a result, a gap 31 h is formed in the insulating layer 31 between the wiring layer 21 and the wiring layer 22. As a result, the parasitic capacitance between the wiring layer 21 and the wiring layer 22 is further reduced.

(第3実施形態)
第3実施形態においては、予め、図2(a)〜図4(d)と同じ製造プロセスが実施される。但し、図2(a)に例示された絶縁層30のZ方向の厚さは、例えば、140nmとする。また、トレンチ30tbのY方向における幅は、トレンチ30taのY方向の幅よりも20nm広くなっている。
(Third embodiment)
In the third embodiment, the same manufacturing process as in FIGS. 2A to 4D is performed in advance. However, the thickness of the insulating layer 30 illustrated in FIG. 2A in the Z direction is, for example, 140 nm. Further, the width of the trench 30tb in the Y direction is 20 nm wider than the width of the trench 30ta in the Y direction.

図21(a)〜図25(c)は、第3実施形態に係る半導体装置の製造過程を表す断面模式図である。ここで、各図の左図、中図、および右図は、第1実施形態の図1(a)〜図1(c)に対応している。   FIG. 21A to FIG. 25C are schematic cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment. Here, the left diagram, the middle diagram, and the right diagram of each figure correspond to FIGS. 1A to 1C of the first embodiment.

まず、図21(a)に表されるように、図5(a)〜図5(c)と同じ状態が準備される。   First, as shown in FIG. 21A, the same state as that in FIGS. 5A to 5C is prepared.

次に、図21(b)に表されるように、トレンチ30taのなか、および絶縁層30の上面30uの上に導電層27が形成される。また、トレンチ30tbのなか、および絶縁層30の上面30uの上に導電層57が形成される。導電層27、57の厚さは、例えば、250nmである。   Next, as illustrated in FIG. 21B, the conductive layer 27 is formed in the trench 30 ta and on the upper surface 30 u of the insulating layer 30. A conductive layer 57 is formed in the trench 30tb and on the upper surface 30u of the insulating layer 30. The thickness of the conductive layers 27 and 57 is, for example, 250 nm.

次に、図22(a)に表されるように、導電層27、57がエッチバックされる。これにより、トレンチ30ta、30tbが再び形成される。導電層27、57のZ方向における厚さは、例えば、40nmである。導電層27、57の除去は、化学的機械研磨、ドライエッチング、ウェットエッチング等の少なくとも1つの手段で行われる。例えば、CMPと、ドライエッチングあるいはウェットエッチンとの組み合わせの手段によって導電層27、57が除去される。   Next, as shown in FIG. 22A, the conductive layers 27 and 57 are etched back. Thereby, the trenches 30ta and 30tb are formed again. The thickness of the conductive layers 27 and 57 in the Z direction is, for example, 40 nm. The removal of the conductive layers 27 and 57 is performed by at least one means such as chemical mechanical polishing, dry etching, and wet etching. For example, the conductive layers 27 and 57 are removed by a combination of CMP and dry etching or wet etching.

次に、図22(b)に表されるように、複数のトレンチ30taのそれぞれのなか、およびトレンチ30tbのなかに、側壁膜40が形成される。側壁膜40は、複数のトレンチ30taのそれぞれのなか、およびトレンチ30tbのなかに完全に形成されない。すなわち、トレンチ30ta、30tbが残るように側壁膜40の厚さが調整される。側壁膜40の膜厚は、例えば、20nmである。側壁膜40の材料は、例えば、窒化シリコン(SiN)である。   Next, as shown in FIG. 22B, the sidewall film 40 is formed in each of the plurality of trenches 30ta and in the trench 30tb. The sidewall film 40 is not completely formed in each of the plurality of trenches 30ta and in the trench 30tb. That is, the thickness of the sidewall film 40 is adjusted so that the trenches 30ta and 30tb remain. The film thickness of the sidewall film 40 is, for example, 20 nm. The material of the sidewall film 40 is, for example, silicon nitride (SiN).

続いて、側壁膜40に異方性エッチング(例えば、ドライエッチング)が施される。この異方性エッチングにより、絶縁層30の上面30uから上側の側壁膜40が除去されるとともに、トレンチ30ta、30tbの底部において表出している側壁膜40が除去される。この状態を、図23(a)に表す。   Subsequently, anisotropic etching (for example, dry etching) is performed on the sidewall film 40. By this anisotropic etching, the upper side wall film 40 is removed from the upper surface 30u of the insulating layer 30, and the side wall film 40 exposed at the bottoms of the trenches 30ta and 30tb is removed. This state is shown in FIG.

図23(a)に表されるように、複数のトレンチ30taのそれぞれの側面30waの上に側壁膜41が形成される。さらに、複数のトレンチ30taのそれぞれの側面30wbの上に側壁膜42が形成される。また、トレンチ30tbの側面30waの上に側壁膜43が形成される。さらに、トレンチ30tbの側面30wbの上に側壁膜44が形成される。側壁膜41〜44の材料は、側壁膜40と同じである。   As shown in FIG. 23A, the sidewall film 41 is formed on each side surface 30wa of the plurality of trenches 30ta. Further, a sidewall film 42 is formed on each side surface 30wb of the plurality of trenches 30ta. Further, a sidewall film 43 is formed on the side surface 30wa of the trench 30tb. Further, a sidewall film 44 is formed on the side surface 30wb of the trench 30tb. The material of the sidewall films 41 to 44 is the same as that of the sidewall film 40.

次に、図23(b)に表されるように、側壁膜41の下に配線層21と、側壁膜42の下に配線層22が形成される。さらに、側壁膜41と側壁膜42との間に位置する下地層11が除去される。これにより、下地層11にX方向に延在するトレンチ11taが形成される。   Next, as shown in FIG. 23B, the wiring layer 21 is formed under the sidewall film 41 and the wiring layer 22 is formed under the sidewall film 42. Further, the base layer 11 located between the sidewall film 41 and the sidewall film 42 is removed. As a result, a trench 11ta extending in the X direction is formed in the base layer 11.

すなわち、側壁膜41、42をマスクとして、側壁膜41と側壁膜42との間に位置する導電層27と、この導電層27の下の下地層11の一部が除去される。また、側壁膜43、44をマスクとして、側壁膜43と側壁膜44との間に位置する導電層57と、この導電層57の下の下地層11の一部が除去される。除去手段は、例えば、異方性エッチングである。
これにより、配線層21、22が形成される。また、導電層57は分割されて配線層57が形成される。下地層11に設けられたトレンチ11ta、11tbのZ方向の深さは、例えば、50nmである。また、絶縁層30の厚さは、異方性エッチングの影響によって減少する。
That is, using the side wall films 41 and 42 as a mask, the conductive layer 27 located between the side wall film 41 and the side wall film 42 and a part of the base layer 11 under the conductive layer 27 are removed. Further, using the side wall films 43 and 44 as a mask, the conductive layer 57 located between the side wall film 43 and the side wall film 44 and a part of the base layer 11 under the conductive layer 57 are removed. The removing means is, for example, anisotropic etching.
Thereby, the wiring layers 21 and 22 are formed. The conductive layer 57 is divided to form the wiring layer 57. The depth in the Z direction of the trenches 11ta and 11tb provided in the base layer 11 is, for example, 50 nm. Further, the thickness of the insulating layer 30 decreases due to the influence of anisotropic etching.

次に、図24(a)の左図において、マスク層90が形成される。図24(a)の中図および右図において、マスク層90は形成されない。これは、上述した、側壁膜41、42の折り返し構造を取り除くためである。   Next, in the left view of FIG. 24A, a mask layer 90 is formed. In the middle and right views of FIG. 24A, the mask layer 90 is not formed. This is to remove the folded structure of the sidewall films 41 and 42 described above.

すなわち、図24(b)に表されるように、図24(a)の中図および右図において、側壁膜41〜44が除去される。また、マスク層90も除去される。側壁膜41〜44の除去は、例えば、ドライエッチングプロセスに従う。   That is, as shown in FIG. 24B, the sidewall films 41 to 44 are removed in the middle view and the right view in FIG. The mask layer 90 is also removed. The removal of the sidewall films 41 to 44 follows, for example, a dry etching process.

次に、図25(a)に表されるように、トレンチ30ta、30tbのなか、およびトレンチ11ta、11tbのなかに導電層28、58が形成される。これにより、配線層21と配線層22との間、および側壁膜41と側壁膜42との間に導電層28(第2導電層)が形成される。導電層28、58のZ方向の厚さは、例えば、300nmである。導電層28、58の材料は、例えば、タングステン等である。   Next, as shown in FIG. 25A, conductive layers 28 and 58 are formed in the trenches 30ta and 30tb and in the trenches 11ta and 11tb. Thereby, the conductive layer 28 (second conductive layer) is formed between the wiring layer 21 and the wiring layer 22 and between the sidewall film 41 and the sidewall film 42. The thickness of the conductive layers 28 and 58 in the Z direction is, for example, 300 nm. The material of the conductive layers 28 and 58 is, for example, tungsten.

次に、図25(b)の左図に表されるように、導電層28の上面を下地層11の上面11uより降下させる。すなわち、側壁膜41、42をマスクとして、側壁膜41と側壁膜42との間の導電層28が除去される。また、側壁膜41、42をマスクとして、下地層11と絶縁層30との接合部から10nmの深さまでオーバーエッチングが施される。これにより、配線層23が配線層21と配線層22との間、および配線層21および配線層22の下に形成される。   Next, as shown in the left diagram of FIG. 25B, the upper surface of the conductive layer 28 is lowered from the upper surface 11 u of the base layer 11. That is, the conductive layer 28 between the sidewall film 41 and the sidewall film 42 is removed using the sidewall films 41 and 42 as a mask. Further, over-etching is performed to a depth of 10 nm from the junction between the base layer 11 and the insulating layer 30 using the sidewall films 41 and 42 as a mask. Thereby, the wiring layer 23 is formed between the wiring layer 21 and the wiring layer 22 and under the wiring layer 21 and the wiring layer 22.

また、図25(b)の中図に表されるように、導電層28の上面が下地層11の上面11uより降下されて、配線層53が形成される。さらに、図25(b)の右図に表されるように、導電層58の上面が下地層11の上面11uより降下されて、配線層54が形成される。   25B, the upper surface of the conductive layer 28 is lowered from the upper surface 11u of the base layer 11, and the wiring layer 53 is formed. Further, as shown in the right diagram of FIG. 25B, the upper surface of the conductive layer 58 is lowered from the upper surface 11u of the base layer 11, and the wiring layer 54 is formed.

導電層28、58の除去は、化学的機械研磨、ドライエッチング、ウェットエッチング等の少なくとも1つの手段で行われる。例えば、CMPと、ドライエッチングあるいはウェットエッチンとの組み合わせの手段によって導電層28、58が除去される。   The conductive layers 28 and 58 are removed by at least one means such as chemical mechanical polishing, dry etching, and wet etching. For example, the conductive layers 28 and 58 are removed by a combination of CMP and dry etching or wet etching.

配線層21、22のそれぞれのZ方向に厚さは、例えば、40nmであり、Y方向の幅は、20nmである。また、配線層23のZ方向の厚さは、例えば、40nmであり、Y方向の幅は、例えば、20nmである。配線層54のZ方向の厚さは、例えば、40nmである。   The thickness of each of the wiring layers 21 and 22 in the Z direction is, for example, 40 nm, and the width in the Y direction is 20 nm. Further, the thickness of the wiring layer 23 in the Z direction is, for example, 40 nm, and the width in the Y direction is, for example, 20 nm. The thickness of the wiring layer 54 in the Z direction is 40 nm, for example.

次に、図26(a)に表されるように、側壁膜41、42がリン酸を用いたウェットエッチングにより除去される。   Next, as shown in FIG. 26A, the sidewall films 41 and 42 are removed by wet etching using phosphoric acid.

次に、図26(b)に表されるように、配線層21および配線層22の間に、絶縁層33が形成される。絶縁層33は、上述したように、絶縁層30、31の誘電率よりも低い誘電率を有する。絶縁層33のZ方向の厚さは、例えば、100nmである。   Next, as illustrated in FIG. 26B, the insulating layer 33 is formed between the wiring layer 21 and the wiring layer 22. As described above, the insulating layer 33 has a dielectric constant lower than that of the insulating layers 30 and 31. The thickness of the insulating layer 33 in the Z direction is, for example, 100 nm.

あるいは、第3実施形態では、絶縁層30が除去された後に、図26(c)に表されるように、配線層21および配線層22の間に、内部に空隙31hが存在する絶縁層31を形成してもよい。絶縁層31の材料は、絶縁層33と同じであってもよい。第3実施形態においても、第1実施形態または第2実施形態と同じ効果が得られる。   Alternatively, in the third embodiment, after the insulating layer 30 is removed, as illustrated in FIG. 26C, the insulating layer 31 in which a gap 31 h exists between the wiring layer 21 and the wiring layer 22. May be formed. The material of the insulating layer 31 may be the same as that of the insulating layer 33. Also in the third embodiment, the same effect as the first embodiment or the second embodiment can be obtained.

以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明した。しかし、実施形態はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、実施形態の特徴を備えている限り、実施形態の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。   The embodiment has been described above with reference to specific examples. However, the embodiments are not limited to these specific examples. In other words, those specific examples that have been appropriately modified by those skilled in the art are also included in the scope of the embodiments as long as they include the features of the embodiments. Each element included in each of the specific examples described above and their arrangement, material, condition, shape, size, and the like are not limited to those illustrated, and can be appropriately changed.

また、「部位Aは部位Bの上に設けられている」という場合の「の上に」とは、部位Aが部位Bに接触して、部位Aが部位Bの上に設けられている場合と、部位Aが部位Bに接触せず、部位Aが部位Bの上方に設けられている場合との意味で用いられている。   In addition, in the case of “part A is provided on part B”, “on” means that part A is in contact with part B and part A is provided on part B. And the site A is not in contact with the site B, and the site A is used above the site B.

また、前述した各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて複合させることができ、これらを組み合わせたものも実施形態の特徴を含む限り実施形態の範囲に包含される。その他、実施形態の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例および修正例に想到し得るものであり、それら変更例および修正例についても実施形態の範囲に属するものと了解される。   In addition, each element included in each of the above-described embodiments can be combined as long as technically possible, and combinations thereof are also included in the scope of the embodiment as long as they include the features of the embodiment. In addition, in the category of the idea of the embodiment, those skilled in the art can conceive various changes and modifications, and it is understood that these changes and modifications also belong to the scope of the embodiment. .

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1 半導体装置、 1a、1b 領域、 10 半導体層、 10d 下面、 11 下地層、 11ta、11tb、30ta、30tb トレンチ、 11u、27u、30u 上面、 20 組、 21、22、23、53、54、57 配線層、 21d、22d、23d 下端、 21u、22u 上端、 21w、22w、30wa、30wb 側面、 23a 部分、 23w 側壁、 27、28、57、58 導電層、 30、31、33 絶縁層、 31h 空隙、 40、41、42、43、44、60、61、62、63、64、65 側壁膜、 50、51、52、55 コンタクトプラグ、 90 マスク層、 100 下地層、 101 絶縁層、 102 側壁膜、 103 トレンチ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor device, 1a, 1b area | region, 10 Semiconductor layer, 10d Lower surface, 11 Underlayer, 11ta, 11tb, 30ta, 30tb Trench, 11u, 27u, 30u Upper surface, 20 sets, 21, 22, 23, 53, 54, 57 Wiring layer, 21d, 22d, 23d Lower end, 21u, 22u Upper end, 21w, 22w, 30wa, 30wb Side surface, 23a part, 23w Side wall, 27, 28, 57, 58 Conductive layer, 30, 31, 33 Insulating layer, 31h Air gap 40, 41, 42, 43, 44, 60, 61, 62, 63, 64, 65 Side wall film, 50, 51, 52, 55 Contact plug, 90 Mask layer, 100 Underlayer, 101 Insulating layer, 102 Side wall film , 103 trench

Claims (6)

下地層と、
前記下地層の上に設けられ、第1方向に延在する第1配線と、
前記下地層の上において前記第1配線の横に設けられ、前記第1方向に延在する第2配線と、
前記第1配線と前記第2配線との間に設けられた絶縁層と、
前記下地層と前記絶縁層との間に設けられ、前記第1方向に延在する第3配線と、
を備え、
前記第1配線、前記第2配線、および前記第3配線を含む配線の組が前記第1方向に交差する第2方向に周期的に配列され、
前記第3配線の直上に、前記第1配線および前記第2配線のそれぞれが位置していない半導体装置。
An underlayer,
A first wiring provided on the underlayer and extending in a first direction;
A second wiring provided on the underlayer next to the first wiring and extending in the first direction;
An insulating layer provided between the first wiring and the second wiring;
A third wiring provided between the base layer and the insulating layer and extending in the first direction;
With
A set of wirings including the first wiring, the second wiring, and the third wiring is periodically arranged in a second direction intersecting the first direction;
A semiconductor device in which each of the first wiring and the second wiring is not located immediately above the third wiring.
下地層と、
前記下地層の上に設けられ、第1方向に延在する第1配線と、
前記下地層の上において前記第1配線の横に設けられ、前記第1方向に延在する第2配線と、
前記第1配線と前記第2配線との間に設けられた絶縁層と、
前記下地層と前記絶縁層との間に設けられ、前記第1方向に延在する第3配線と、
を備え、
前記第1配線、前記第2配線、および前記第3配線を含む配線の組が前記第1方向に交差する第2方向に周期的に配列された半導体装置。
An underlayer,
A first wiring provided on the underlayer and extending in a first direction;
A second wiring provided on the underlayer next to the first wiring and extending in the first direction;
An insulating layer provided between the first wiring and the second wiring;
A third wiring provided between the base layer and the insulating layer and extending in the first direction;
With
A semiconductor device in which a set of wirings including the first wiring, the second wiring, and the third wiring is periodically arranged in a second direction intersecting the first direction.
(a)下地層の上に第1絶縁層を形成する工程と、
(b)前記第1絶縁層の上面から前記下地層にまでに貫通し、前記第1絶縁層の前記上面に対して平行な第1方向に延在し、前記第1方向に交差する第2方向に配列された複数の第1トレンチを形成する工程と、
(c)前記複数の第1トレンチのそれぞれのなかに第1導電層を形成する工程と、
(d)前記第1導電層の上面を前記第1絶縁層の前記上面よりも降下させることにより、前記第1導電層から前記複数の第1トレンチのそれぞれの第1側面の一部と、前記第1側面に対向する第2側面の一部と、を表出させる工程と、
(e)前記第1側面の上に第1側壁膜を形成するとともに、前記第2側面の上に第2側壁膜を形成する工程と、
(f)前記第1側壁膜と前記第2側壁膜との間に位置する前記第1導電層を除去することにより、前記第1側壁膜の下に前記第1方向に延在する第1配線と、前記第2側壁膜の下に前記第1方向に延在する第2配線を形成する工程と、
を備えた半導体装置の製造方法。
(A) forming a first insulating layer on the underlayer;
(B) a second penetrating from the upper surface of the first insulating layer to the underlying layer, extending in a first direction parallel to the upper surface of the first insulating layer, and intersecting the first direction; Forming a plurality of first trenches arranged in a direction;
(C) forming a first conductive layer in each of the plurality of first trenches;
(D) by lowering the upper surface of the first conductive layer from the upper surface of the first insulating layer, a part of the first side surface of each of the plurality of first trenches from the first conductive layer; Exposing a part of the second side surface facing the first side surface;
(E) forming a first sidewall film on the first side surface and forming a second sidewall film on the second side surface;
(F) a first wiring extending in the first direction under the first sidewall film by removing the first conductive layer located between the first sidewall film and the second sidewall film; And forming a second wiring extending in the first direction under the second sidewall film;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
前記(b)工程と、前記(c)工程との間に、
(g)前記複数の第1トレンチのそれぞれの前記第1側面の上に第3側壁膜を形成するとともに、前記複数の第1トレンチのそれぞれの前記第2側面の上に第4側壁膜を形成する工程と、
(h)前記第3側壁膜と前記第4側壁膜との間に位置する前記下地層を除去することにより、前記下地層に前記第1方向に延在する第2トレンチを形成する工程と、
(i)前記第3側壁膜と前記第4側壁膜とを除去する工程と、
を、さらに備え、
前記(c)工程においては、
前記複数の第1トレンチのそれぞれのなかに加えて、前記第2トレンチのなかに前記第1導電層を形成し、
前記(f)工程においては、
前記第1側壁膜と前記第2側壁膜との間に位置する前記第1導電層を除去するとともに、前記第2トレンチのなかに設けられた前記第1導電層の上部を除去することにより、前記第1側壁膜の下に前記第1配線と、前記第2側壁膜の下に前記第2配線と、を形成し、さらに、前記第1配線と前記第2配線との間であり、前記第1配線および前記第2配線の下側に前記第1方向に延在する第3配線を形成する請求項3記載の半導体装置の製造方法。
Between the step (b) and the step (c),
(G) forming a third sidewall film on the first side surface of each of the plurality of first trenches and forming a fourth sidewall film on the second side surface of each of the plurality of first trenches; And a process of
(H) forming a second trench extending in the first direction in the foundation layer by removing the foundation layer located between the third sidewall film and the fourth sidewall film;
(I) removing the third sidewall film and the fourth sidewall film;
Further,
In the step (c),
Forming the first conductive layer in the second trench in addition to each of the plurality of first trenches;
In the step (f),
By removing the first conductive layer located between the first sidewall film and the second sidewall film and removing the upper portion of the first conductive layer provided in the second trench, Forming the first wiring under the first side wall film and the second wiring under the second side wall film; and further, between the first wiring and the second wiring, 4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein a third wiring extending in the first direction is formed below the first wiring and the second wiring.
前記(f)工程においては、
前記第1側壁膜の下に前記第1配線と、前記第2側壁膜の下に前記第2配線を形成するとともに、前記第1側壁膜と前記第2側壁膜との間に位置する前記下地層を除去することにより、前記下地層に前記第1方向に延在する第2トレンチを形成し、
前記第2トレンチを形成した後、前記第2トレンチのなか、前記第1配線と前記第2配線との間、および前記第1側壁膜と前記第2側壁膜との間に前記第2導電層を形成し、
前記第2導電層の上面を前記下地層の前記上面より降下させることによって、前記第1配線と前記第2配線との間であり、前記第1配線および前記第2配線の下側に第3配線を形成する請求項3記載の半導体装置の製造方法。
In the step (f),
Forming the first wiring under the first side wall film and the second wiring under the second side wall film, and the lower part positioned between the first side wall film and the second side wall film; Forming a second trench extending in the first direction in the underlying layer by removing a formation;
After forming the second trench, the second conductive layer in the second trench, between the first wiring and the second wiring, and between the first sidewall film and the second sidewall film. Form the
By lowering the upper surface of the second conductive layer from the upper surface of the base layer, a third is provided between the first wiring and the second wiring and below the first wiring and the second wiring. 4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the wiring is formed.
前記(b)工程は、
(j)前記第1絶縁層の上に、前記第2方向に配列された前記複数の第1トレンチの2倍のピッチで配列され、前記第1方向に延在する複数のマスク層を形成する工程と、
(k)前記複数のマスク層のそれぞれの側壁に、第5側壁膜を形成する工程と、
(l)前記複数のマスク層を除去する工程と、
(m)前記第5側壁膜から表出された前記第1絶縁層をエッチングすることにより、前記複数の第1トレンチを形成する工程と、
を有する請求項3記載の半導体装置の製造方法。
The step (b)
(J) On the first insulating layer, a plurality of mask layers arranged at a pitch twice that of the plurality of first trenches arranged in the second direction and extending in the first direction are formed. Process,
(K) forming a fifth sidewall film on each sidewall of the plurality of mask layers;
(L) removing the plurality of mask layers;
(M) forming the plurality of first trenches by etching the first insulating layer exposed from the fifth sidewall film;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein:
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