JP2015061032A - Semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents

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忍 寺田
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忍 寺田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve high speed of a semiconductor device by reducing parasitic capacitance between neighboring interconnections and between neighboring via plugs.SOLUTION: A semiconductor device comprises: a first interconnection (3) arranged on a semiconductor substrate (1); a via plug (20B) in which a via hole (9) connected to a top face of the first interconnection (3) is buried; and a second interconnection (20A) in which a trench (7) which is connected to a top face of the via plug (20B) and extends in a first direction (X) is buried. The semiconductor device comprises trench air gaps (11a, 11b) which are arranged on two lateral faces (5a, 5b), respectively, which compose the trench (7), and via air gaps (11a, 11b, 11c, 11d) which are arranged on lateral faces (4a, 4b, 4c, 4d), respectively, which compose the via hole (9).

Description

本発明は、配線構造を有する半導体装置およびその製造方法に関し、特に、ダマシン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 having a wiring structure and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device having a damascene wiring structure and a manufacturing method thereof.

近年、半導体装置は、高集積化に伴い、特許文献1に開示されるような多層配線構造が用いられている。また、小型化、微細化の傾向は加速される一方である。しかしながら、この小型化、微細化は、配線間隔の狭小化を招き、配線間の既成容量を増大させ、信号遅延を増大させるという問題を引き起こすことになる。   2. Description of the Related Art In recent years, a multilayer wiring structure as disclosed in Patent Document 1 is used in a semiconductor device with high integration. In addition, the trend toward miniaturization and miniaturization is being accelerated. However, this miniaturization and miniaturization leads to narrowing of the wiring interval, and causes a problem of increasing the existing capacity between the wirings and increasing the signal delay.

この信号遅延の問題に対処するために、特許文献2には、配線間の寄生容量を低減する目的で電極または配線層間に空洞を形成する方法が開示されている。空洞は、固体物質である絶縁膜よりも比誘電率が低いので配線の寄生容量低減に寄与することができる。   In order to cope with this problem of signal delay, Patent Document 2 discloses a method of forming a cavity between electrodes or wiring layers for the purpose of reducing parasitic capacitance between wirings. Since the cavity has a lower relative dielectric constant than the insulating film that is a solid material, it can contribute to the reduction of the parasitic capacitance of the wiring.

また、半導体装置の高速動作の要求に対処するため、配線には低抵抗の銅(Cu)が用いられ、下層配線に接続するビアプラグとビアプラグ上に配置される配線を同時に形成するCuデュアルダマシン法が用いられている。Cuデュアルダマシン法には、ビアプラグが埋設されるビアホールを先に形成するビアファースト法と、配線が埋設される配線溝(トレンチ)を先に形成するトレンチファースト法と、がある。特許文献3には、ビアファースト法の一例が開示され、特許文献4にはトレンチファースト法の一例が開示されている。   Further, in order to cope with a demand for high-speed operation of a semiconductor device, a copper dual damascene method in which low resistance copper (Cu) is used for wiring and a via plug connected to a lower layer wiring and a wiring arranged on the via plug are simultaneously formed. Is used. The Cu dual damascene method includes a via first method in which a via hole in which a via plug is embedded is formed first, and a trench first method in which a wiring groove (trench) in which a wiring is embedded is formed first. Patent Document 3 discloses an example of the via first method, and Patent Document 4 discloses an example of the trench first method.

特開2006−210648号公報JP 2006-210648 A 特開2006−135069号公報JP 2006-135069 A 特開2006−41519号公報JP 2006-41519 A 特開2009−283812号公報JP 2009-283812 A

特許文献2に記載された方法は、同一方向に延在して隣接する配線を形成した後、配線上にステップカバレージの悪い絶縁膜を形成すると、隣接する配線間の上部空間が絶縁膜で閉塞され、その結果として配線間の内部に空洞が発生する現象を利用している。特許文献2の方法では、間隔の狭い配線間には空洞を形成することができるが、間隔の広い配線間には空洞を形成できないという配線パターン依存性があり、全ての配線に対して空洞を形成できない問題があった。また、特許文献2の方法は、特許文献3に記載されたCuデュアルダマシン構造には適用できない問題があった。   In the method described in Patent Document 2, when an insulating film having poor step coverage is formed on a wiring after forming the adjacent wiring extending in the same direction, the upper space between the adjacent wirings is blocked by the insulating film. As a result, a phenomenon in which a cavity is generated inside the wiring is used. In the method of Patent Document 2, a cavity can be formed between wirings with a small interval, but there is a wiring pattern dependency that a cavity cannot be formed between wirings with a large interval. There was a problem that could not be formed. Further, the method of Patent Document 2 has a problem that it cannot be applied to the Cu dual damascene structure described in Patent Document 3.

第1の観点における半導体装置は、半導体基板上に配置される第1配線と、前記第1配線の上面に接続されるビアホールを埋設するビアプラグと、前記ビアプラグの上面に接続され第1方向に延在するトレンチを埋設する第2配線と、を有し、前記トレンチを構成する2つの側面に各々配置されるトレンチエアーギャップと、前記ビアホールを構成する側面に配置されるビアエアーギャップと、を備える構成を有する。   A semiconductor device according to a first aspect includes a first wiring disposed on a semiconductor substrate, a via plug burying a via hole connected to the upper surface of the first wiring, and an upper surface of the via plug connected in the first direction. A second wiring for burying an existing trench, and a trench air gap disposed on each of two side surfaces constituting the trench, and a via air gap disposed on a side surface constituting the via hole. It has a configuration.

他の観点における半導体装置は、半導体基板上に配置される第1配線と、前記第1配線の上面に接続されるビアホールを埋設するビアプラグと、前記ビアプラグの上面に接続され第1方向に延在するトレンチを埋設する第2配線と、前記トレンチを構成する2つの側面に各々配置されるトレンチエアーギャップと、前記ビアホールを構成する側面に配置されるビアエアーギャップと、を備え、前記トレンチの側面に配置されるトレンチエアーギャップの少なくとも一部と、前記ビアホールの側面に配置されるビアエアーギャップの少なくとも一部と、は上下方向に面一の構成を有する。   In another aspect, a semiconductor device includes: a first wiring disposed on a semiconductor substrate; a via plug embedded in a via hole connected to an upper surface of the first wiring; and a first plug connected to the upper surface of the via plug and extending in a first direction. A second wiring for burying the trench, a trench air gap disposed on each of two side surfaces constituting the trench, and a via air gap disposed on the side surface constituting the via hole, At least a part of the trench air gap arranged at the side and at least a part of the via air gap arranged at the side surface of the via hole have a configuration that is flush with the vertical direction.

また、半導体装置の製造方法は、半導体基板上に第1配線および第1層間絶縁膜を形成する工程と、前記第1配線上に第2層間絶縁膜および第3層間絶縁膜を順次形成する工程と、前記第3層間絶縁膜にトレンチを、前記第2層間絶縁膜にビアホールを形成する工程と、を有し、前記第3層間絶縁膜にトレンチを、前記第2層間絶縁膜にビアホールを形成する工程は、前記トレンチの側面の少なくとも一部と、前記ビアホールの側面の少なくとも一部と、が面一となるように形成する工程からなる。   The method for manufacturing a semiconductor device includes a step of forming a first wiring and a first interlayer insulating film on a semiconductor substrate, and a step of sequentially forming a second interlayer insulating film and a third interlayer insulating film on the first wiring. And forming a trench in the third interlayer insulating film and forming a via hole in the second interlayer insulating film, and forming a trench in the third interlayer insulating film and forming a via hole in the second interlayer insulating film. The step of forming includes a step of forming such that at least a part of the side surface of the trench and at least a part of the side surface of the via hole are flush with each other.

本発明によれば、ダマシン構造の配線において、トレンチを埋設する配線の側面と、トレンチの下に位置するビアホールを埋設するビアプラグの側面と、のいずれにもエアーギャップを配置する構成とすることができる。これにより、隣接配線間および隣接ビアプラグ間の寄生容量を低減して半導体装置の高速動作化を図れる。また、配線およびビアプラグ自体に接して個々に付随するエアーギャップを配置できるので、配線パターンのレイアウトに依存することなく、いずれの配線パターンに対してもエアーギャップを形成することができる。   According to the present invention, in the damascene structure wiring, the air gap is arranged on both the side surface of the wiring in which the trench is embedded and the side surface of the via plug in which the via hole located under the trench is embedded. it can. Thereby, the parasitic capacitance between adjacent wirings and between adjacent via plugs can be reduced, and the semiconductor device can be operated at high speed. In addition, since the air gap associated therewith can be arranged in contact with the wiring and the via plug itself, the air gap can be formed for any wiring pattern without depending on the layout of the wiring pattern.

本発明の第1実施形態に係る半導体装置の構造を示す平面図である。1 is a plan view showing a structure of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. (a)、(b)、(c)は、それぞれ、図1におけるA−A’断面図、B−B’断面図、C−C’断面図である。(A), (b), and (c) are A-A 'sectional drawing, B-B' sectional drawing, and C-C 'sectional drawing in FIG. 1, respectively. (a)、(b)、(d)は、それぞれ、本発明の第1実施形態における半導体装置の製造方法の第1配線形成工程、層間絶縁膜形成工程、およびトレンチ形成工程を示す、図1のA−A’断面図、図1のB−B’断面図、平面図である。(A), (b), (d) respectively show the 1st wiring formation process, the interlayer insulation film formation process, and the trench formation process of the manufacturing method of the semiconductor device in 1st Embodiment of this invention, FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 1, a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. (a)、(b)、(c)、(d)は、それぞれ、本発明の第1実施形態における半導体装置の製造方法のビアホール形成工程の第1のステップを示す、図1のA−A’断面図、図1のB−B’断面図、図1のC−C’断面図、平面図である。(A), (b), (c), and (d) are respectively AA of FIG. 1 showing the first step of the via hole forming step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view, a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 1, a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. (a)、(b)、(c)、(d)は、それぞれ、本発明の第1実施形態における半導体装置の製造方法のビアホール形成工程の第2のステップを示す、図1のA−A’断面図、図1のB−B’断面図、図1のC−C’断面図、平面図である。(A), (b), (c), and (d) each show a second step of the via hole forming step of the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view, a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 1, a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. (a)、(b)、(c)、(d)は、それぞれ、本発明の第1実施形態における半導体装置の製造方法のビアホール形成工程の第3のステップを示す、図1のA−A’断面図、図1のB−B’断面図、図1のC−C’断面図、平面図である。(A), (b), (c), and (d) each show a third step of the via hole forming step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view, a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 1, a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. (a)、(b)、(c)、(d)は、それぞれ、本発明の第1実施形態における半導体装置の製造方法のビアホール形成工程の第4のステップを示す、図1のA−A’断面図、図1のB−B’断面図、図1のC−C’断面図、平面図である。(A), (b), (c), and (d) are each AA in FIG. 1 showing a fourth step of the via hole forming step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view, a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 1, a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. (a)、(b)、(c)、(d)は、それぞれ、本発明の第1実施形態における半導体装置の製造方法のビアホール形成工程の第5のステップを示す、図1のA−A’断面図、図1のB−B’断面図、図1のC−C’断面図、平面図である。(A), (b), (c), and (d) each show a fifth step of the via hole forming step of the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view, a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 1, a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. (a)、(b)は、それぞれ、本発明の第1実施形態における半導体装置の製造方法のサイドウォール膜形成工程の第1のステップを示す、図1のA−A’断面図、図1のB−B’断面図である。FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views taken along the line AA ′ of FIG. 1, showing a first step of the sidewall film forming step of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, respectively. It is BB 'sectional drawing of. (a)、(b)は、それぞれ、本発明の第1実施形態における半導体装置の製造方法のサイドウォール膜形成工程の第2のステップを示す、図1のA−A’断面図、図1のB−B’断面図である。FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views taken along the line AA ′ of FIG. 1, showing a second step of the sidewall film forming process of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. It is BB 'sectional drawing of. (a)、(b)は、それぞれ、本発明の第1実施形態における半導体装置の製造方法の第1ビアプラグおよび第2配線形成工程の第1のステップを示す、図1のA−A’断面図、図1のB−B’断面図である。FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views taken along line AA ′ of FIG. 1, respectively, illustrating a first step of a first via plug and a second wiring forming process of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view taken along the line BB ′ in FIG. (a)、(b)は、それぞれ、本発明の第1実施形態における半導体装置の製造方法の第1ビアプラグおよび第2配線形成工程の第2のステップを示す、図1のA−A’断面図、図1のB−B’断面図である。FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views taken along line AA ′ of FIG. 1, respectively, showing a second step of a first via plug and a second wiring forming process of the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view taken along the line BB ′ in FIG. (a)、(b)は、それぞれ、本発明の第1実施形態における半導体装置の製造方法のエアーギャップ形成工程を示す、図1のA−A’断面図、図1のB−B’断面図である。(A), (b) is the AA 'cross section figure of FIG. 1, and the BB' cross section of FIG. 1 which shows the air gap formation process of the manufacturing method of the semiconductor device in 1st Embodiment of this invention, respectively. FIG. (a)、(b)は、それぞれ、本発明の第1実施形態における半導体装置の製造方法のキャップ絶縁膜形成工程を示す、図1のA−A’断面図、図1のB−B’断面図である。FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views taken along line AA ′ of FIG. 1 and BB ′ of FIG. 1, respectively, illustrating a cap insulating film forming step of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. It is sectional drawing. (c)、(d)は、それぞれ、本発明の第1実施形態における半導体装置の製造方法の第2ビアプラグおよび第3配線形成工程の第1のステップを示す、図1の図1のC−C’断面図、平面図である。FIGS. 1C and 1D show the first step of the second via plug and third wiring formation step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, respectively, respectively. It is C 'sectional drawing and a top view. (c)、(d)は、それぞれ、本発明の第1実施形態における半導体装置の製造方法の第2ビアプラグおよび第3配線形成工程の第2のステップを示す、図1の図1のC−C’断面図、平面図である。FIGS. 1C and 1D show the second step of the second via plug and the third wiring forming step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, respectively. It is C 'sectional drawing and a top view. 本発明の第1実施形態の比較例として、特許文献3に開示されているデュアルダマシン構造を用い、サイドウォール膜が形成された段階の鳥瞰図である。As a comparative example of the first embodiment of the present invention, the dual damascene structure disclosed in Patent Document 3 is used, and is a bird's eye view at a stage where a sidewall film is formed. 本発明の第2実施形態に係る半導体装置の、サイドウォール犠牲膜を形成した段階の鳥瞰図である。It is a bird's-eye view of the stage in which the sidewall sacrificial film was formed of the semiconductor device concerning a 2nd embodiment of the present invention. (a)、(b)は、それぞれ、第1ビアホールの形成マスクに個別のホールパターンを用いる場合の、トレンチファースト法の例、ビアファースト法の例を模式的に示す図である。(A), (b) is a figure which shows typically the example of a trench first method and the via first method in the case of using a separate hole pattern for the formation mask of a 1st via hole, respectively. 本発明の第3実施形態に係る半導体装置の構造を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment of this invention.

以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。また、XYZ座標系を設定し、各構成の配置を説明する。この座標系において、Z方向は半導体基板の表面に垂直な方向であり、X方向は半導体基板の表面と水平な面においてZ方向と直交する方向であって、Y方向は半導体基板の表面と水平な面においてX方向と直交する方向である。このように、Y方向とX方向とは、互いに直交している。X方向は第1方向とも呼ばれ、Y方向は第2方向とも呼ばれ、Z方向は第3方向とも呼ばれる。   In the following drawings, the scale and number of each structure are different from each other in order to make each configuration easy to understand. In addition, an XYZ coordinate system is set and the arrangement of each component will be described. In this coordinate system, the Z direction is a direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate, the X direction is a direction perpendicular to the Z direction in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate, and the Y direction is horizontal to the surface of the semiconductor substrate. This is a direction orthogonal to the X direction on a smooth surface. Thus, the Y direction and the X direction are orthogonal to each other. The X direction is also called the first direction, the Y direction is also called the second direction, and the Z direction is also called the third direction.

[第1実施形態]
本発明の第1実施形態について図面を参照して詳細に説明する。本第1実施形態では、トレンチファースト法を用いたCuデュアルダマシン法をベースに、トレンチ内に埋設される配線の側面、およびビアホール内に埋設されるビアプラグの側面のいずれにもエアーギャップ(Air Gap:以下、AGとも記す)を有する配線構造を備えた半導体装置およびその製造方法について説明する。
[First Embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the first embodiment, based on the Cu dual damascene method using the trench first method, an air gap (air gap) is formed on both the side surface of the wiring buried in the trench and the side surface of the via plug buried in the via hole. Hereinafter, a semiconductor device having a wiring structure having AG and a manufacturing method thereof will be described.

最初に、図1の平面図、図2の断面図を参照して、本第1実施形態の半導体装置について説明する。   First, the semiconductor device of the first embodiment will be described with reference to the plan view of FIG. 1 and the cross-sectional view of FIG.

図2(a)、(b)、(c)は、図1におけるA−A’断面図、B−B’断面図、C−C’断面図に各々対応している。   2A, 2B, and 2C correspond to the A-A 'cross-sectional view, B-B' cross-sectional view, and C-C 'cross-sectional view in FIG. 1, respectively.

トランジスタなどの半導体素子が形成された半導体基板1の上に、シリコン酸化膜からなる第1層間絶縁膜2と、第2層間絶縁膜4に埋設されY方向(第2方向)に延在する第1配線3と、が設けられている。第1配線3は下層配線であり、タングステン(W)、Cu、アルミニウム(Al)などで構成される。また、第1配線3は下層導体とのコンタクトプラグであっても良い。第1配線3の上には、例えば厚さ50nm第2層間絶縁膜4が配置される。さらに、第2層間絶縁膜4上に、例えば厚さ100nmのシリコン酸化膜からなる第3層間絶縁膜5が配置される。第2層間絶縁膜4は、第3層間絶縁膜5を構成するシリコン酸化膜に対してエッチングの選択性が確保できるシリコン酸窒化膜(SiON膜)やシリコン炭窒化膜(SiCN膜)が用いられる。また、第3層間絶縁膜5のエッチング終点検知を可能とするBPSG膜などの不純物含有シリコン酸化膜であっても良い。   A first interlayer insulating film 2 made of a silicon oxide film and a second interlayer insulating film 4 are embedded on a semiconductor substrate 1 on which a semiconductor element such as a transistor is formed and extend in the Y direction (second direction). 1 wiring 3 is provided. The first wiring 3 is a lower layer wiring and is made of tungsten (W), Cu, aluminum (Al), or the like. The first wiring 3 may be a contact plug with a lower layer conductor. On the first wiring 3, for example, a second interlayer insulating film 4 having a thickness of 50 nm is disposed. Further, a third interlayer insulating film 5 made of, for example, a silicon oxide film having a thickness of 100 nm is disposed on the second interlayer insulating film 4. As the second interlayer insulating film 4, a silicon oxynitride film (SiON film) or a silicon carbonitride film (SiCN film) that can ensure etching selectivity with respect to the silicon oxide film constituting the third interlayer insulating film 5 is used. . Further, an impurity-containing silicon oxide film such as a BPSG film that enables detection of the etching end point of the third interlayer insulating film 5 may be used.

第3層間絶縁膜5には、Y方向に垂直な方向となるX方向(第1方向)に延在する配線溝(以下、トレンチと記す)7が配置され、トレンチ7内には第2配線20Aが埋設されている。トレンチ7の底面に接してZ方向(第3方向)に延在し第1配線3の上面に接続するビアホール9が配置され、ビアホール9内には第1ビアプラグ20Bが埋設されている。第1ビアプラグ20Bによって、第2配線20Aと下層に位置する第1配線3とが接続される。第2配線20Aおよび第1ビアプラグ20Bは一体構成で配置され、いずれもCu拡散バリヤ膜20a上にCu膜20bが積層されて構成される。第2配線20Aおよび第1ビアプラグ20Bは、アルミニウムで構成されても良い。   The third interlayer insulating film 5 is provided with a wiring groove (hereinafter referred to as a trench) 7 extending in the X direction (first direction) perpendicular to the Y direction. 20A is buried. A via hole 9 extending in the Z direction (third direction) in contact with the bottom surface of the trench 7 and connected to the upper surface of the first wiring 3 is disposed, and a first via plug 20B is embedded in the via hole 9. By the first via plug 20B, the second wiring 20A and the first wiring 3 located in the lower layer are connected. The second wiring 20A and the first via plug 20B are arranged in an integrated configuration, and both are configured by laminating a Cu film 20b on the Cu diffusion barrier film 20a. The second wiring 20A and the first via plug 20B may be made of aluminum.

第2配線20Aおよび第3層間絶縁膜5の上面にはキャップ絶縁膜12が配置される。第2配線20A上に位置するキャップ絶縁膜12には、第2配線20Aの上面に接続される第2ビアプラグ13が配置される。さらに、第2ビアプラグ13の上面に接続される第3配線14が配置される。第2ビアプラグ13および第3配線14は、一体化されたアルミニウム配線で構成することができる。また、第2配線20Aと同様に、Cu拡散バリヤとCu配線の組み合わせで構成しても良い。これにより、第1配線3、第2配線20A、第3配線14からなる多層配線構造が構成される。   A cap insulating film 12 is disposed on the upper surfaces of the second wiring 20 </ b> A and the third interlayer insulating film 5. A second via plug 13 connected to the upper surface of the second wiring 20A is disposed in the cap insulating film 12 located on the second wiring 20A. Further, a third wiring 14 connected to the upper surface of the second via plug 13 is disposed. The second via plug 13 and the third wiring 14 can be configured by an integrated aluminum wiring. Further, similarly to the second wiring 20A, a combination of a Cu diffusion barrier and a Cu wiring may be used. Thus, a multilayer wiring structure including the first wiring 3, the second wiring 20A, and the third wiring 14 is configured.

上記構成において、図1および図2(a)、(c)に示すように、第2配線20Aが埋設されX方向に延在するトレンチ7は、Y方向に対向する第1側面5aと第2側面5bを有している。トレンチ7のY方向の幅W2、すなわち第1側面5aと第2側面5bとの間の間隔は60nmとする。第1側面5aと第2配線20Aの間には第1エアーギャップ(AG)11aが配置されている。また、第2側面5bと第2配線20Aの間には第2エアーギャップ(AG)11bが配置されている。   In the above configuration, as shown in FIG. 1 and FIGS. 2A and 2C, the trench 7 in which the second wiring 20 </ b> A is embedded and extends in the X direction has the first side surface 5 a and the second side facing each other in the Y direction. It has a side surface 5b. The width W2 of the trench 7 in the Y direction, that is, the distance between the first side surface 5a and the second side surface 5b is 60 nm. A first air gap (AG) 11a is disposed between the first side surface 5a and the second wiring 20A. Further, a second air gap (AG) 11b is disposed between the second side surface 5b and the second wiring 20A.

トレンチ7を構成する2つの側面5a,5bに各々配置される、第1AG11aと第2AG11bとの組み合わせは、トレンチエアーギャップとも呼ばれる。   The combination of the first AG 11a and the second AG 11b, which are respectively disposed on the two side surfaces 5a and 5b constituting the trench 7, is also called a trench air gap.

一方、図1および図2(a)、(b)に示すように、トレンチ7の底面に接するビアホール9は、Y方向に対向するビア第1側面4aおよびビア第2側面4bと、X方向に対向するビア第3側面4cおよびビア第4側面4dと、を有している。第1側面5aとビア第1側面4aは面一の連続する側面となっている。また、第2側面5bとビア第2側面4bも面一の連続する側面を構成している。このように、本第1実施形態の半導体装置は、トレンチ7と、トレンチ7の底面に接して下方に延在するビアホール9を有し、トレンチ7を構成する側面の少なくとも一部はビアホール9を構成する側面の少なくとも一部と面一の連続する側面を構成することを特徴の一つとしている。これにより、ビア第1側面4aと第1ビアプラグ20Bの間に配置されるエアーギャップ(AG)は第1AG11aに包含され、ビア第2側面4bと第1ビアプラグ20Bの間に配置されるエアーギャップ(AG)は第2AG11bに包含される構成となる。   On the other hand, as shown in FIG. 1 and FIGS. 2A and 2B, the via hole 9 in contact with the bottom surface of the trench 7 is formed in the X direction with the via first side surface 4a and the via second side surface 4b opposed to the Y direction. Opposing via third side surface 4c and via fourth side surface 4d are provided. The first side surface 5a and the first via side surface 4a are flush with each other. Further, the second side surface 5b and the via second side surface 4b also constitute a continuous side surface. As described above, the semiconductor device according to the first embodiment has the trench 7 and the via hole 9 extending in contact with the bottom surface of the trench 7, and at least a part of the side surface constituting the trench 7 has the via hole 9. One of the features is that a side surface that is continuous with at least a part of the side surface is configured. As a result, the air gap (AG) disposed between the via first side surface 4a and the first via plug 20B is included in the first AG 11a, and the air gap disposed between the via second side surface 4b and the first via plug 20B ( AG) is included in the second AG 11b.

ビア第3側面4cおよびビア第4側面4dには、各々対応する第3エアーギャップ(AG)11cおよび第4エアーギャップ(AG)11dが配置される。ビアホール9の周囲に位置する第1AG11a、第3AG11c、第2AG11b、第4AG11dは、ビアホール9の平面視コーナー部において各々接続されており、一つのリング状エアーギャップ(AG)を構成している。第1AG11aおよび第2AG11bの各々のY方向の幅と、第3AG11cおよび第4AG11dの各々のX方向の幅と、は全て同じ幅で構成される。ここでは、その幅は、例えば10nmで構成される。   Corresponding third air gap (AG) 11c and fourth air gap (AG) 11d are arranged in via third side surface 4c and via fourth side surface 4d, respectively. The first AG 11a, the third AG 11c, the second AG 11b, and the fourth AG 11d located around the via hole 9 are connected to each other at a corner portion in plan view of the via hole 9 to form one ring-shaped air gap (AG). The width in the Y direction of each of the first AG 11a and the second AG 11b and the width in the X direction of each of the third AG 11c and the fourth AG 11d are all configured to have the same width. Here, the width is, for example, 10 nm.

ビアホール9を構成する側面4a,4b,4c,4dに各々配置される、第1乃至第4のAG11a,11b,11c,11dの組み合わせは、ビアエアーギャップとも呼ばれる。   A combination of the first to fourth AGs 11a, 11b, 11c, and 11d disposed on the side surfaces 4a, 4b, 4c, and 4d constituting the via hole 9 is also referred to as a via air gap.

上記のように、トレンチ7の第1側面5aとビアホール9のビア第1側面4aは平面視で重なる位置に配置され、トレンチ7の第2側面5bとビアホール9のビア第2側面4bも平面視で重なる位置に配置される。したがって、ビアホール9のY方向の幅W2は、トレンチ7のY方向の幅W2と等しく、60nmとなっている。ビアホール9のY方向の位置は、トレンチ7のY方向の位置に整合している。ビアホール9のX方向の幅W3、すなわちビア第3側面4cとビア第4側面4dとの間の間隔は60nmとする。   As described above, the first side surface 5a of the trench 7 and the via first side surface 4a of the via hole 9 are disposed so as to overlap in plan view, and the second side surface 5b of the trench 7 and the via second side surface 4b of the via hole 9 are also viewed in plan view. It is arranged at the overlapping position. Therefore, the width W2 of the via hole 9 in the Y direction is equal to the width W2 of the trench 7 in the Y direction and is 60 nm. The position of the via hole 9 in the Y direction is aligned with the position of the trench 7 in the Y direction. The width W3 in the X direction of the via hole 9, that is, the interval between the via third side surface 4c and the via fourth side surface 4d is 60 nm.

図1に示すように、第1配線3のX方向の幅W1は、ビアホール9のX方向の幅W3よりも大きいサイズで構成する。ここでは80nmとする。これにより、リソグラフィのパターン重ね合わせ精度のマージンを考慮しても、平面視においてビアホール9を第1配線3の上面のX方向の端部からはみ出すことなく第1配線3内に配置することができる。   As shown in FIG. 1, the width W1 of the first wiring 3 in the X direction is configured to be larger than the width W3 of the via hole 9 in the X direction. Here, it is 80 nm. As a result, the via hole 9 can be arranged in the first wiring 3 without protruding from the end portion in the X direction on the upper surface of the first wiring 3 in a plan view even in consideration of a margin of lithography pattern overlay accuracy. .

かくして、本第1実施形態の半導体装置は、半導体基板(1)上に配置される第1配線(3)と、第1配線(3)の上面に接続されるビアホール(9)を埋設するビアプラグ(20B)と、ビアプラグ(20B)の上面に接続され一方向に延在するトレンチ(7)を埋設する第2配線(20A)と、を有し、トレンチ(7)を構成する2つの側面(5a,5b)に各々配置されるトレンチエアーギャップ(11a,11b)と、ビアホール(9)を構成する側面(4a,4b,4c,4d)に配置されるビアエアーギャップ(11a,11b,11c,11d)と、を有して構成されている。   Thus, in the semiconductor device of the first embodiment, the first wiring (3) disposed on the semiconductor substrate (1) and the via plug (9) connected to the upper surface of the first wiring (3) are embedded. (20B) and a second wiring (20A) for burying a trench (7) that is connected to the upper surface of the via plug (20B) and extends in one direction, and two side surfaces that constitute the trench (7) ( 5a, 5b) and the via air gaps (11a, 11b, 11c) disposed on the side surfaces (4a, 4b, 4c, 4d) constituting the via holes (9). 11d).

別言すれば、本第1実施形態の半導体装置は、半導体基板(1)上に配置される第1配線(3)と、第1配線(3)の上面に接続されるビアホール(9)を埋設するビアプラグ(20B)と、ビアプラグ(20B)の上面に接続され一方向に延在するトレンチ(7)を埋設する第2配線(20A)と、トレンチ(7)を構成する2つの側面(5a,5b)に各々配置されるトレンチエアーギャップ(11a,11b)と、ビアホール(9)を構成する側面(4a,4b,4c,4d)に配置されるビアエアーギャップ(11a,11b,11c,11d)と、を備え、トレンチ(7)の側面(5a,5b)に配置されるトレンチエアーギャップ(11a,11b)の少なくとも一部と、ビアホール(9)の側面(4a,4b,4c,4d)に配置されるビアエアーギャップ(11a,11b,11c,11d)の少なくとも一部と、は上下方向に面一で構成される。   In other words, the semiconductor device of the first embodiment includes a first wiring (3) disposed on the semiconductor substrate (1) and a via hole (9) connected to the upper surface of the first wiring (3). A via plug (20B) to be buried, a second wiring (20A) to bury a trench (7) connected to the upper surface of the via plug (20B) and extending in one direction, and two side surfaces (5a) constituting the trench (7) , 5b) and via air gaps (11a, 11b, 11c, 11d) arranged on the side surfaces (4a, 4b, 4c, 4d) constituting the via holes (9). ), And at least part of the trench air gap (11a, 11b) disposed on the side surface (5a, 5b) of the trench (7), and the side surface (4a, 4b, 4c, 4d) of the via hole (9) In Via an air gap which is location (11a, 11b, 11c, 11d) and at least a portion of, it is composed of flush in the vertical direction.

以上のように、本第1実施形態の半導体装置では、第2配線20Aと、第2配線の下に連続する第1ビアプラグ20Bと、を有し、第2配線20Aの二つの側面5a,5bおよび第1ビアプラグ20Bの4つの側面4a,4b,4c,4dのいずれにもAGを配置しているので、隣接する配線間および隣接するビアプラグ間に起因する配線の寄生容量を低減して半導体装置の高速動作化に寄与することができる。また、本第1実施形態では配線自体の側面に付随させてAGを配置するので、配線のレイアウトパターンに制約されることなくいずれの配線にもAGを配置することができる。   As described above, the semiconductor device according to the first embodiment includes the second wiring 20A and the first via plug 20B continuous below the second wiring, and the two side surfaces 5a and 5b of the second wiring 20A. Since the AG is disposed on any of the four side surfaces 4a, 4b, 4c, and 4d of the first via plug 20B, the parasitic capacitance of the wiring caused between the adjacent wirings and between the adjacent via plugs can be reduced. This can contribute to high speed operation. In the first embodiment, since the AG is arranged along with the side surface of the wiring itself, the AG can be arranged in any wiring without being restricted by the wiring layout pattern.

なお、本第1実施形態ではビアホール9を平面視矩形のパターンで示したが、これに限るものではなく、平面視円形のパターンであっても同様に構成することができる。   In the first embodiment, the via hole 9 is shown as a rectangular pattern in plan view. However, the present invention is not limited to this, and the via hole 9 can be similarly configured even in a circular pattern in plan view.

次に、図3〜図16を参照しながら、本第1実施形態における半導体装置の製造方法について説明する。各々の図における(a)図は図1のA−A’断面図、(b)図は図1のB−B’断面図、(c)図は図1のC−C’断面図を示している。また、(d)図は対応する工程の平面図を示している。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. In each figure, (a) is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 1, (b) is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. 1, and (c) is a cross-sectional view taken along line CC ′ of FIG. ing. FIG. 4D shows a plan view of the corresponding process.

(第1配線形成工程)
最初にビアプラグが接続される下層配線となる第1配線形成工程が実施される。
(First wiring formation process)
First, a first wiring forming process is performed to be a lower layer wiring to which a via plug is connected.

図3(a)、(b)に示すように、トランジスタなどの半導体素子が形成された半導体基板1の上に、第1層間絶縁膜2を形成する。第1層間絶縁膜2には例えばシリコン酸化膜(SiO膜)を用いる。なお、半導体基板1にはシリコン単結晶基板を用いるものとするが、これに限るものではない。第1層間絶縁膜2内に、Y方向(第2方向)に延在し、Y方向に垂直なX方向(第1方向)の幅がW1の第1配線3を形成する。W1は例えば80nmとする。第1配線3は、アルミニウム配線やCu配線などの配線に限らず、タングステン(W)膜やシリコン膜で構成されるコンタクトプラグであっても良い。また、第1配線3は、半導体基板1自体であっても良い。第1配線3は、厚さや平面形状などに特別な制限があるものではない。   As shown in FIGS. 3A and 3B, a first interlayer insulating film 2 is formed on a semiconductor substrate 1 on which a semiconductor element such as a transistor is formed. For example, a silicon oxide film (SiO film) is used for the first interlayer insulating film 2. The semiconductor substrate 1 is a silicon single crystal substrate, but is not limited to this. A first wiring 3 extending in the Y direction (second direction) and having a width in the X direction (first direction) perpendicular to the Y direction is formed in the first interlayer insulating film 2. W1 is, for example, 80 nm. The first wiring 3 is not limited to an aluminum wiring or a Cu wiring, but may be a contact plug made of a tungsten (W) film or a silicon film. Further, the first wiring 3 may be the semiconductor substrate 1 itself. The first wiring 3 is not particularly limited in thickness, planar shape, or the like.

(層間絶縁膜形成工程)
次に、層間絶縁膜形成工程が実施される。
(Interlayer insulation film formation process)
Next, an interlayer insulating film forming step is performed.

図3(a)に示すように、第1配線3の上面および第1層間絶縁膜2の上面に、厚さが例えば50nmの第2層間絶縁膜4と、厚さが例えば150nmの第3層間絶縁膜5と、を順次積層形成する。   As shown in FIG. 3A, a second interlayer insulating film 4 having a thickness of, for example, 50 nm and a third interlayer having a thickness of, for example, 150 nm are formed on the upper surface of the first wiring 3 and the upper surface of the first interlayer insulating film 2. The insulating film 5 is sequentially stacked.

第2層間絶縁膜4は、例えば酸窒化シリコン膜(SiON膜)を用いる。第2層間絶縁膜4は、SiON膜の他、炭窒化シリコン膜(SiCN膜)などを用いることができる。また、第2層間絶縁膜4は、ボロン、リンなどの不純物含有シリコン酸化膜(BPSG)などを用いることができる。第2層間絶縁膜4は、後述の配線溝(トレンチ)形成工程において、第3層間絶縁膜5をエッチングする際に残存させることが可能な材料であることが好ましい。すなわち、第2層間絶縁膜4は、第3層間絶縁膜5に対してエッチング選択比が確保できる、もしくは第3層間絶縁膜5のエッチング終点を検知できる材料であれば好ましい。   For example, a silicon oxynitride film (SiON film) is used as the second interlayer insulating film 4. As the second interlayer insulating film 4, a silicon carbonitride film (SiCN film) or the like can be used in addition to the SiON film. The second interlayer insulating film 4 can be made of an impurity-containing silicon oxide film (BPSG) such as boron or phosphorus. The second interlayer insulating film 4 is preferably made of a material that can be left when the third interlayer insulating film 5 is etched in a wiring trench (trench) forming process described later. That is, the second interlayer insulating film 4 is preferably a material that can ensure an etching selectivity relative to the third interlayer insulating film 5 or can detect the etching end point of the third interlayer insulating film 5.

第3層間絶縁膜5は、例えばシリコン酸化膜(SiO)を用いる。第3層間絶縁膜5は、シリコン酸化膜より誘電率の低い低誘電率材料を用いても良い。第3層間絶縁膜5をSiO膜で構成した場合、第2層間絶縁膜4として用いるSiON膜、SiCN膜、BPSG膜などには第3層間絶縁膜5には含有されていない元素が含有されている。したがって、それらの元素に起因するプラズマ発光をモニターすることにより第3層間絶縁膜5のエッチング終点を検知し、第2層間絶縁膜4を残存させることができる。また、SiON膜やSiCN膜などは、SiO膜に対してエッチングの選択比を確保することも可能である。   For example, a silicon oxide film (SiO) is used for the third interlayer insulating film 5. The third interlayer insulating film 5 may be made of a low dielectric constant material having a dielectric constant lower than that of the silicon oxide film. When the third interlayer insulating film 5 is composed of an SiO film, the SiON film, SiCN film, BPSG film, etc. used as the second interlayer insulating film 4 contain elements not contained in the third interlayer insulating film 5. Yes. Therefore, the etching end point of the third interlayer insulating film 5 can be detected by monitoring the plasma emission caused by these elements, and the second interlayer insulating film 4 can be left. In addition, the SiON film, the SiCN film, and the like can ensure etching selectivity with respect to the SiO film.

(トレンチ形成工程)
次に、第3層間絶縁膜5にトレンチを形成するトレンチ形成工程が実施される。
(Trench formation process)
Next, a trench forming step for forming a trench in the third interlayer insulating film 5 is performed.

まず、図3(a)、(d)に示すように、第3層間絶縁膜5の上面に第1マスク膜6を形成する。第1マスク膜6は、第1反射防止膜(第1BARC膜)、第1Si含有有機膜などに加え最上層に形成される第1感光性有機膜(第1ホトレジスト膜)からなる。第1マスク膜6は、他に、Siなどからなる無機のハードマスク膜を含んでも良い。   First, as shown in FIGS. 3A and 3D, a first mask film 6 is formed on the upper surface of the third interlayer insulating film 5. The first mask film 6 is composed of a first photosensitive organic film (first photoresist film) formed in the uppermost layer in addition to the first antireflection film (first BARC film), the first Si-containing organic film, and the like. In addition, the first mask film 6 may include an inorganic hard mask film made of Si or the like.

次に、図3(a)、(d)に示すように、リソグラフィと異方性ドライエッチング法により、第1マスク膜6に、X方向に延在しY方向の幅W2が例えば60nmとなるトレンチパターン6aを形成する。トレンチパターン6aは、幅W2の全体がX方向に延在する第1配線3の上面に直交して重なるように形成する。   Next, as shown in FIGS. 3A and 3D, the first mask film 6 extends in the X direction and the width W2 in the Y direction becomes 60 nm, for example, by lithography and anisotropic dry etching. A trench pattern 6a is formed. The trench pattern 6a is formed such that the entire width W2 overlaps the upper surface of the first wiring 3 extending in the X direction.

次に、図3(a)、(b)、(d)に示すように、トレンチパターン6aをマスクとし、フッ素含有プラズマを用いた異方性ドライエッチング法により第3層間絶縁膜5をエッチングする。これにより、Y方向に対向し第3層間絶縁膜5からなる第1側面5a、および第2側面5bを有しX方向に延在するトレンチ7が形成される。トレンチ7は後述の工程で配線が埋設される配線溝となる。トレンチ7の底面には第2層間絶縁膜4の上面が露出する。   Next, as shown in FIGS. 3A, 3B, and 3D, the third interlayer insulating film 5 is etched by anisotropic dry etching using fluorine-containing plasma using the trench pattern 6a as a mask. . As a result, a trench 7 is formed which has a first side surface 5a and a second side surface 5b made of the third interlayer insulating film 5 facing each other in the Y direction and extending in the X direction. The trench 7 becomes a wiring groove in which wiring is embedded in a process described later. The upper surface of the second interlayer insulating film 4 is exposed at the bottom surface of the trench 7.

次に、第1マスク膜6を除去する。   Next, the first mask film 6 is removed.

(ビアホール形成工程)
次に、トレンチ7の下方に連続し第1配線3の上面に接続するビアホール形成工程が実施される。
(Via hole formation process)
Next, a via hole forming step is performed which continues below the trench 7 and connects to the upper surface of the first wiring 3.

まず、図4(a)、(b)、(c)に示すように、トレンチ7内を埋設し、第3層間絶縁膜5の上面51を覆う第2BARC膜8(トレンチ埋設膜8)を回転塗布法により形成する。第2BARC膜8の上面81は、第3層間絶縁膜5の上面51より0〜50nm高い位置となるように形成する。   First, as shown in FIGS. 4A, 4 </ b> B, and 4 </ b> C, the inside of the trench 7 is buried, and the second BARC film 8 (trench buried film 8) that covers the upper surface 51 of the third interlayer insulating film 5 is rotated. It is formed by a coating method. The upper surface 81 of the second BARC film 8 is formed so as to be 0 to 50 nm higher than the upper surface 51 of the third interlayer insulating film 5.

次に、図4(b)、(c)に示すように、第2BARC膜8の上面に第2マスク膜8cとなる第2Si含有有機膜8aおよび第2ホトレジスト膜8bを順次積層形成する。リソグラフィ法により第2ホトレジスト膜8bに第1ビアホールパターン8Aを形成する。   Next, as shown in FIGS. 4B and 4C, a second Si-containing organic film 8a and a second photoresist film 8b to be the second mask film 8c are sequentially stacked on the upper surface of the second BARC film 8. A first via hole pattern 8A is formed in the second photoresist film 8b by lithography.

本第1実施形態の第1ビアホールパターン8Aは、図4(d)に示すように、X方向に延在するトレンチ7の少なくとも第1側面5aおよび第2側面5bに跨って形成されることが必要である。このため、ここでは、第1ビアホールパターン8Aを、Y方向に配置される複数のトレンチ7に跨って延在するラインパターンで形成した。第1ビアホールパターン8Aをトレンチ7の延在方向に直交するY方向にラインパターンで形成することにより、いずれの第1側面5a、第2側面5bも確実に第1ビアホールパターン8A内に位置することとなる。   As shown in FIG. 4D, the first via hole pattern 8A of the first embodiment is formed across at least the first side surface 5a and the second side surface 5b of the trench 7 extending in the X direction. is necessary. For this reason, here, the first via hole pattern 8A is formed in a line pattern extending across the plurality of trenches 7 arranged in the Y direction. By forming the first via hole pattern 8A as a line pattern in the Y direction perpendicular to the extending direction of the trench 7, both the first side surface 5a and the second side surface 5b are surely positioned in the first via hole pattern 8A. It becomes.

なお、第1ビアホールパターン8Aは、ラインパターンに限らず、トレンチ7をY方向の中央に含み、第1側面5aおよび第2側面5bに跨る個別の矩形パターンで形成しても良い。   The first via hole pattern 8A is not limited to the line pattern, and may be formed as an individual rectangular pattern including the trench 7 at the center in the Y direction and straddling the first side surface 5a and the second side surface 5b.

第1ビアホールパターン8Aは、X方向の幅W3が下層の第1配線3のX方向の幅W1より小さいサイズで形成され、且つ第1配線のX方向の幅W1からはみ出さない位置で重なるように形成される。これにより、後述のビアホールは、第1配線3の上面に接続され、第1配線3の上面からはみ出して形成されることを回避することができる。ここでは第1ビアホールパターン8Aの幅W3を60nmとした。   The first via hole pattern 8A is formed so that the width W3 in the X direction is smaller than the width W1 in the X direction of the first wiring 3 in the lower layer, and overlaps at a position that does not protrude from the width W1 in the X direction of the first wiring. Formed. Thereby, a via hole to be described later is connected to the upper surface of the first wiring 3 and can be prevented from being formed protruding from the upper surface of the first wiring 3. Here, the width W3 of the first via hole pattern 8A is set to 60 nm.

次に、第2ホトレジスト膜8bをマスクとして、第2Si含有有機膜8aを異方性ドライエッチングし、第2Si含有有機膜8aに第1ビアホールパターン8Aを転写する。これにより、図4(a)、(b)、(c)、(d)に示すように、第1ビアホールパターン8Aである第2マスク膜パターン8Aが形成され、そのパターン内には第2BARC膜8の上面が露出する。   Next, using the second photoresist film 8b as a mask, the second Si-containing organic film 8a is anisotropically dry-etched to transfer the first via hole pattern 8A to the second Si-containing organic film 8a. Thereby, as shown in FIGS. 4A, 4B, 4C, and 4D, a second mask film pattern 8A that is the first via hole pattern 8A is formed, and the second BARC film is included in the pattern. The upper surface of 8 is exposed.

次に、図5(a)、(b)、(c)、(d)に示すように、第1ビアホールパターン8A内に露出する第2BARC膜8を、酸素含有プラズマを用いた異方性ドライエッチング法によりエッチングし、第2ビアホールパターン8Bを形成する。酸素含有プラズマでは、第2ホトレジスト膜8bおよび第2BARC膜8などの有機膜はエッチングされるが、第3層間絶縁膜5および第2層間絶縁膜4を構成するシリコン酸化膜などの無機膜はエッチングされない。また、第2Si含有有機膜8aもエッチングされない。   Next, as shown in FIGS. 5A, 5B, 5C, and 5D, the second BARC film 8 exposed in the first via hole pattern 8A is anisotropically dried using oxygen-containing plasma. Etching is performed by an etching method to form the second via hole pattern 8B. In the oxygen-containing plasma, organic films such as the second photoresist film 8b and the second BARC film 8 are etched, but inorganic films such as a silicon oxide film constituting the third interlayer insulating film 5 and the second interlayer insulating film 4 are etched. Not. Also, the second Si-containing organic film 8a is not etched.

したがって、上記の酸素含有プラズマを用いた異方性ドライエッチング法によるエッチングを施すと、第2Si含有有機膜8aで覆われていない第1ビアホールパターン内の第2BARC膜8のみが選択的に除去される。これにより、トレンチ7を埋設していた第2BARC膜8が除去され、トレンチ7内には第2層間絶縁膜4の上面が露出する。また、Y方向に隣接するトレンチ7の間には第3層間絶縁膜5の上面が露出することとなる。   Therefore, when the anisotropic dry etching method using the oxygen-containing plasma is performed, only the second BARC film 8 in the first via hole pattern that is not covered with the second Si-containing organic film 8a is selectively removed. The As a result, the second BARC film 8 that has buried the trench 7 is removed, and the upper surface of the second interlayer insulating film 4 is exposed in the trench 7. Further, the upper surface of the third interlayer insulating film 5 is exposed between the trenches 7 adjacent in the Y direction.

したがって、第2ビアホールパターン8Bは、図5(d)に示すように、Y方向に対向し第3層間絶縁膜5からなる第1側面5aおよび第2側面5bと、X方向に対向し第2BARC膜8からなる第3側面8dおよび第4側面8eと、で区画される平面視矩形のホールパターンとなる。   Therefore, as shown in FIG. 5D, the second via hole pattern 8B is opposed to the first side surface 5a and the second side surface 5b made of the third interlayer insulating film 5 in the Y direction, and is opposed to the second BARC in the X direction. A hole pattern having a rectangular shape in plan view partitioned by the third side surface 8d and the fourth side surface 8e made of the film 8 is obtained.

次に、図6(a)、(b)、(c)、(d)に示すように、第2Si含有有機膜8aを除去する。さらに第2BARC膜8の上面をエッチバックする。これにより、図6(c)、(d)に示すように、第1ビアホールパターン8A以外の領域に位置する第3層間絶縁膜5の上面51を露出させる。第2ビアホールパターン8B以外の領域に位置するトレンチ7内は第2BARC膜8で埋設されている。   Next, as shown in FIGS. 6A, 6B, 6C, and 6D, the second Si-containing organic film 8a is removed. Further, the upper surface of the second BARC film 8 is etched back. As a result, as shown in FIGS. 6C and 6D, the upper surface 51 of the third interlayer insulating film 5 located in a region other than the first via hole pattern 8A is exposed. The trench 7 located in a region other than the second via hole pattern 8B is buried with the second BARC film 8.

次に、図7(a)、(b)、(c)、(d)に示すように、第3層間絶縁膜5および第2BARC膜8をマスクとして、第2ビアホールパターン8b内に露出している第2層間絶縁膜4をエッチングする。このエッチングは、フッ素含有プラズマを用いた異方性ドライエッチングにより実施される。この時、シリコン酸化膜で構成される第3層間絶縁膜5も同時にエッチングされる。   Next, as shown in FIGS. 7A, 7B, 7C and 7D, the third interlayer insulating film 5 and the second BARC film 8 are used as a mask to be exposed in the second via hole pattern 8b. The second interlayer insulating film 4 is etched. This etching is performed by anisotropic dry etching using fluorine-containing plasma. At this time, the third interlayer insulating film 5 made of a silicon oxide film is also etched at the same time.

もし、図6の段階で、第1ビアホールパターン8A以外の領域に位置する第3層間絶縁膜5の上面51を露出させなかった場合、結果的に第1ビアホールパターン8Aの内外に位置する第3層間絶縁膜5にエッチング段差が生じてしまい、後の工程実施に障害となってしまう。しかし、本第1実施形態では、図6の段階で第3層間絶縁膜5の上面を全面に渡って露出させているので、全面同時にエッチングされることとなりエッチング段差は生じない。   If the upper surface 51 of the third interlayer insulating film 5 located in a region other than the first via hole pattern 8A is not exposed at the stage of FIG. 6, the third inner hole located inside and outside the first via hole pattern 8A is consequently obtained. An etching step occurs in the interlayer insulating film 5, which hinders subsequent process execution. However, in the first embodiment, since the upper surface of the third interlayer insulating film 5 is exposed over the entire surface in the stage of FIG. 6, the entire surface is etched at the same time, and no etching step is generated.

これにより、第2ビアホールパターン8B内に位置する第2層間絶縁膜4がエッチングされビアホール9が形成される。ビアホール9は、第2層間絶縁膜4に形成され、Y方向に対向するビア第1側面4aおよびビア第2側面4bと、X方向に対向するビア第3側面4cおよびビア第4側面4dと、で区画される平面視矩形のホールとなる。ビア第1側面4aはトレンチ7の第1側面5aに一致し、ビア第2側面4bはトレンチ7の第2側面5bに一致する。   Thereby, the second interlayer insulating film 4 located in the second via hole pattern 8B is etched to form the via hole 9. The via hole 9 is formed in the second interlayer insulating film 4, and includes a via first side surface 4a and a via second side surface 4b facing in the Y direction, a via third side surface 4c and a via fourth side surface 4d facing in the X direction, It is a rectangular hole in plan view partitioned by The via first side surface 4 a coincides with the first side surface 5 a of the trench 7, and the via second side surface 4 b coincides with the second side surface 5 b of the trench 7.

このように、本第1実施形態のビアホール9のY方向の両端部は、トレンチ7のY方向の端部に一致する構成となる。すなわち、ビアホール9は、Y方向の幅がトレンチ7のY方向の幅に等しく、トレンチ7のY方向の位置からはみ出すことなく完全に重なって形成される。本第1実施形態のビアホール9は、第1ビアホールパターン8Aをトレンチ7の延在方向に直交する方向にラインで形成することにより、トレンチ7内に自己整合で形成される。ビアホール9の底面には第1配線3の上面が露出する。   As described above, both end portions in the Y direction of the via hole 9 according to the first embodiment are configured to coincide with end portions in the Y direction of the trench 7. That is, the via hole 9 has a width in the Y direction equal to the width in the Y direction of the trench 7 and is completely overlapped without protruding from the position in the Y direction of the trench 7. The via hole 9 of the first embodiment is formed in the trench 7 in a self-aligned manner by forming the first via hole pattern 8 </ b> A as a line in a direction orthogonal to the extending direction of the trench 7. The upper surface of the first wiring 3 is exposed on the bottom surface of the via hole 9.

次に、図8(a)、(b)、(c)、(d)に示すように、トレンチ7内に残存する第2BARC膜8を酸素含有プラズマにより除去する。これにより、X方向に延在し配線が埋設形成されるトレンチ7の下方に連続し、下層の第1配線3に接続するビアホール9が形成される。トレンチ7において、ビアホール9以外の領域の底面は第2層間絶縁膜4の上面で構成される。また、図8(a)に示すように、トレンチ7を構成する第1側面5aはビア第1側面4aと面一となり、第2側面5bはビア第2側面4bと面一となっている。   Next, as shown in FIGS. 8A, 8B, 8C, and 8D, the second BARC film 8 remaining in the trench 7 is removed by oxygen-containing plasma. As a result, a via hole 9 extending in the X direction and continuing below the trench 7 in which the wiring is buried and connected to the lower first wiring 3 is formed. In the trench 7, the bottom surface of the region other than the via hole 9 is constituted by the upper surface of the second interlayer insulating film 4. As shown in FIG. 8A, the first side surface 5a constituting the trench 7 is flush with the via first side surface 4a, and the second side surface 5b is flush with the via second side surface 4b.

かくして、本第1実施形態による半導体装置の製造方法は、半導体基板(1)上に第1配線(3)および第1層間絶縁膜(2)を形成する工程と、第1配線(3)上に第2層間絶縁膜(4)および第3層間絶縁膜(5)を順次形成する工程と、第3層間絶縁膜(5)にトレンチ(7)を、第2層間絶縁膜(4)にビアホール(9)を形成する工程と、を有し、第3層間絶縁膜(5)にトレンチ(7)を、第2層間絶縁膜(4)にビアホール(9)を形成する工程は、トレンチ(7)の側面(5a,5b)の少なくとも一部と、ビアホール(9)の側面(4a,4b,4c,4d)の少なくとも一部と、が面一となるように形成する工程からなる。   Thus, the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment includes the steps of forming the first wiring (3) and the first interlayer insulating film (2) on the semiconductor substrate (1), and the first wiring (3). Sequentially forming a second interlayer insulating film (4) and a third interlayer insulating film (5), a trench (7) in the third interlayer insulating film (5), and a via hole in the second interlayer insulating film (4). Forming the trench (7) in the third interlayer insulating film (5) and forming the via hole (9) in the second interlayer insulating film (4). ) At least a part of the side surfaces (5a, 5b) and at least a part of the side surfaces (4a, 4b, 4c, 4d) of the via hole (9).

すなわち、本第1実施形態の半導体装置の製造方法は、配線が埋設されるトレンチ7を形成する工程と、トレンチ7の底面に連続するビアホール9を形成する工程と、を有し、ビアホール9は側面4a,4b,4c,4dの少なくとも一部がトレンチ7の側面5a,5bの少なくとも一部と面一となるように形成されることを特徴の一つとしている。   That is, the manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment includes a step of forming the trench 7 in which the wiring is embedded and a step of forming the via hole 9 continuous on the bottom surface of the trench 7. One of the characteristics is that at least a part of the side surfaces 4a, 4b, 4c, and 4d is formed to be flush with at least a part of the side surfaces 5a and 5b of the trench 7.

(サイドウォール膜形成工程)
次に、トレンチ7の2つの側面5a,5bおよびビアホール9の4つの側面4a,4b,4c,4dにサイドウォール膜を形成するサイドウォール膜形成工程が実施される。
(Sidewall film forming process)
Next, a sidewall film forming step for forming sidewall films on the two side surfaces 5a and 5b of the trench 7 and the four side surfaces 4a, 4b, 4c and 4d of the via hole 9 is performed.

図9(a)、(b)に示すように、トレンチ7の内面およびビアホール9の内面を含む全面にシリコン窒化膜からなる厚さ10nmの犠牲膜10を形成する。CVD(Chemical Vapor Deposition)法、もしくはALD(Atomic Layer Deposition)法で形成するシリコン窒化膜は段差被覆性に優れるのでいずれの部分にも同じ膜厚で形成される。   As shown in FIGS. 9A and 9B, a 10 nm thick sacrificial film 10 made of a silicon nitride film is formed on the entire surface including the inner surface of the trench 7 and the inner surface of the via hole 9. A silicon nitride film formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or an ALD (Atomic Layer Deposition) method is excellent in step coverage, so that it is formed at the same thickness in any part.

これにより、トレンチ7の第1側面5aおよび第2側面5bと、ビアホール9のビア第1側面4a、ビア第2側面4b、ビア第3側面4cおよびビア第4側面4dと、トレンチ7内に位置する第2層間絶縁膜4の上面と、第3層間絶縁膜5の上面と、が犠牲膜10で覆われる。   Thus, the first side surface 5 a and the second side surface 5 b of the trench 7, the via first side surface 4 a, the via second side surface 4 b, the via third side surface 4 c and the via fourth side surface 4 d of the via hole 9 are positioned in the trench 7. The upper surface of the second interlayer insulating film 4 and the upper surface of the third interlayer insulating film 5 are covered with the sacrificial film 10.

次に、図10(a)、(b)に示すように、フッ素含有プラズマを用いた異方性ドライエッチング法により、犠牲膜10をエッチバックする。これにより水平面上に形成された犠牲膜10は除去される。すなわち、トレンチ7内に位置する第2層間絶縁膜4の上面および第3層間絶縁膜5の上面に形成された犠牲膜10が除去される。   Next, as shown in FIGS. 10A and 10B, the sacrificial film 10 is etched back by anisotropic dry etching using fluorine-containing plasma. Thereby, the sacrificial film 10 formed on the horizontal plane is removed. That is, the sacrificial film 10 formed on the upper surface of the second interlayer insulating film 4 and the upper surface of the third interlayer insulating film 5 located in the trench 7 is removed.

これにより、トレンチ7の第1側面5aには、犠牲膜10からなる第1サイドウォール膜10aが、第2側面5bには第2サイドウォール膜10bが形成される。また、ビア第1側面4aにはビア第1サイドウォール膜10c、ビア第2側面4bにはビア第2サイドウォール膜10d、ビア第3側面4cにはビア第3サイドウォール膜10e、ビア第4側面4dにはビア第4サイドウォール膜10f、が各々形成される。第1サイドウォール膜10aおよびビア第1サイドウォール膜10cは面一で連続するように形成される。第2サイドウォール膜10bおよびビア第2サイドウォール膜10dも面一で連続するように形成される。さらに、ビアホール9の側面に形成される4つのサイドウォール膜10c、10e、10d、10fは水平方向で連続する構成となる。   As a result, the first sidewall film 10a made of the sacrificial film 10 is formed on the first side surface 5a of the trench 7, and the second sidewall film 10b is formed on the second side surface 5b. Also, the via first sidewall film 10c is formed on the via first side face 4a, the via second sidewall film 10d is formed on the via second side face 4b, and the third via sidewall film 10e is formed on the third via side face 4c. Via fourth sidewall films 10f are respectively formed on the side surfaces 4d. The first sidewall film 10a and the via first sidewall film 10c are formed to be flush with each other. The second sidewall film 10b and the via second sidewall film 10d are also formed to be flush with each other. Further, the four sidewall films 10c, 10e, 10d, and 10f formed on the side surface of the via hole 9 are configured to be continuous in the horizontal direction.

したがって、後述のエアーギャップ形成工程において犠牲膜の溶液エッチングを行うと、第1サイドウォール膜10aおよび第2サイドウォール膜10bの上面から下方に向かってエッチングが進行し、ビア第1サイドウォール膜10cおよびビア第2サイドウォール膜10dに達した段階で水平方向に連続するビア第3サイドウォール膜10eおよびビア第4サイドウォール膜10fをもエッチング除去することが可能となる。   Therefore, when solution etching of the sacrificial film is performed in the air gap formation step described later, etching proceeds downward from the upper surfaces of the first sidewall film 10a and the second sidewall film 10b, and the via first sidewall film 10c. In addition, the via third sidewall film 10e and the via fourth sidewall film 10f that are continuous in the horizontal direction when reaching the via second sidewall film 10d can be removed by etching.

もし、後述の比較例(図17)で詳述するように、ビアホール9のY方向の幅がトレンチ7のY方向の幅より狭く形成された場合には、ビアホール9の端部とトレンチ7の端部との間に第2層間絶縁膜4からなる水平面部分が発生してしまう。水平面部分に形成される犠牲膜は前述のエッチバック工程で除去されてしまう。したがって、第1サイドウォール膜10aと、ビア第1サイドウォール膜10cと、は面一とならず不連続となって、エッチング溶液の進行を妨げるのでビアホール9内にエアーギャップを形成できない問題が発生する。   If the width of the via hole 9 in the Y direction is narrower than the width of the trench 7 in the Y direction, as will be described in detail in a comparative example described later (FIG. 17), the end of the via hole 9 and the trench 7 A horizontal plane portion made of the second interlayer insulating film 4 is generated between the end portions. The sacrificial film formed on the horizontal surface portion is removed by the above-described etch back process. Therefore, the first sidewall film 10a and the via first sidewall film 10c are not flush with each other and become discontinuous, which hinders the progress of the etching solution, so that there is a problem that an air gap cannot be formed in the via hole 9. To do.

(第1ビアプラグおよび第2配線形成工程)
次に、サイドウォール膜が形成されたトレンチ7およびビアホール9内を埋設するように第1ビアプラグおよび第2配線形成工程を実施する。
(First via plug and second wiring formation step)
Next, a first via plug and second wiring formation process is performed so as to fill the trench 7 and the via hole 9 in which the sidewall film is formed.

図11(a)、(b)に示すように、周知の方法によりCu拡散バリヤ膜20aとCu膜20bを形成する。   As shown in FIGS. 11A and 11B, a Cu diffusion barrier film 20a and a Cu film 20b are formed by a known method.

次に、図12(a)、(b)に示すように、第3層間絶縁膜5の上面に形成されたCu拡散バリヤ膜20aとCu膜20bとを化学機械研磨(CMP)法により除去する。これにより、トレンチ7内には第2配線20Aが形成され、トレンチ7の下方に連続するビアホール9内には第1ビアプラグ20Bが形成される。また、第3層間絶縁膜5の上面51と面一となる第1サイドウォール膜10aの上面および第2サイドウォール膜10bの上面が各々露出する。   Next, as shown in FIGS. 12A and 12B, the Cu diffusion barrier film 20a and the Cu film 20b formed on the upper surface of the third interlayer insulating film 5 are removed by a chemical mechanical polishing (CMP) method. . As a result, the second wiring 20 </ b> A is formed in the trench 7, and the first via plug 20 </ b> B is formed in the via hole 9 continuous below the trench 7. Further, the upper surface of the first sidewall film 10a and the upper surface of the second sidewall film 10b that are flush with the upper surface 51 of the third interlayer insulating film 5 are exposed.

(エアーギャップ形成工程)
次に、サイドウォール膜を除去してエアーギャップを形成するエアーギャップ形成工程を実施する。
(Air gap formation process)
Next, an air gap forming step for removing the sidewall film to form an air gap is performed.

図13(a)、(b)に示すように、第1サイドウォール膜10aの上面および第2サイドウォール膜10bの上面が各々露出している半導体基板を155〜165℃に加熱した燐酸溶液に浸漬し、シリコン窒化膜からなるサイドウォール膜を溶液エッチング法により選択的に除去する。溶液エッチングは等方的に進行する。   As shown in FIGS. 13A and 13B, the semiconductor substrate with the upper surface of the first sidewall film 10a and the upper surface of the second sidewall film 10b exposed to a phosphoric acid solution heated to 155 to 165 ° C. Immersion is performed, and the sidewall film made of the silicon nitride film is selectively removed by a solution etching method. Solution etching proceeds isotropically.

溶液エッチングの最初の段階では、トレンチ7を構成する2つの側面5a、5bに形成されている第1サイドウォール膜10aおよび第2サイドウォール膜10bの各々の上面から下方に向かってエッチングが進行する。エッチングがビア第1サイドウォール膜10cおよびビア第2サイドウォール膜10dに達した後の第2段階では、ビア第1サイドウォール膜10cおよびビア第2サイドウォール膜10dのエッチングと同時に、横方向に連続して形成されているビア第3サイドウォール膜10eおよびビア第4サイドウォール膜10fのエッチングも進行する。   In the first stage of solution etching, etching proceeds downward from the upper surface of each of the first and second sidewall films 10a and 10b formed on the two side surfaces 5a and 5b constituting the trench 7. . In the second stage after the etching reaches the via first sidewall film 10c and the via second sidewall film 10d, the lateral direction is performed simultaneously with the etching of the via first sidewall film 10c and the via second sidewall film 10d. Etching of the via third sidewall film 10e and the fourth via sidewall film 10f that are continuously formed also proceeds.

これにより、トレンチ7を構成する第1側面5aとCu拡散バリヤ膜20aとの間に位置する第1AG11aが形成され、第2側面5bとCu拡散バリヤ膜20aとの間に位置する第2AG11bが形成される。ビア第1側面4aとCu拡散バリヤ膜20aとの間に位置するビア第1AGは第1AG11aとして形成され、ビア第2側面4bとCu拡散バリヤ膜20aとの間に位置するビア第2AGは第2AG11bとして形成される。また、ビア第3側面4cとCu拡散バリヤ膜20aとの間に位置するビア第3AG11cと、ビア第4側面4dとCu拡散バリヤ膜20aとの間に位置するビア第4AG11dが形成される。   As a result, the first AG 11a is formed between the first side surface 5a constituting the trench 7 and the Cu diffusion barrier film 20a, and the second AG 11b is formed between the second side surface 5b and the Cu diffusion barrier film 20a. Is done. A first via AG positioned between the first via side surface 4a and the Cu diffusion barrier film 20a is formed as a first AG 11a, and a second via AG positioned between the second via side surface 4b and the Cu diffusion barrier film 20a is a second AG 11b. Formed as. Further, a via third AG 11c located between the via third side surface 4c and the Cu diffusion barrier film 20a, and a via fourth AG 11d located between the via fourth side surface 4d and the Cu diffusion barrier film 20a are formed.

上記のように、トレンチ7の側面に形成されるサイドウォール膜の少なくとも一部と、トレンチ7の下方に連続するビアホール9の側面に形成されるサイドウォール膜の少なくとも一部と、を面一で連続形成することにより、エッチングを進行させる溶液のトレンチ7からビアホール9に至る通路を確保することが可能となりビアホールの他の側面にもAGを形成することができる。   As described above, at least part of the sidewall film formed on the side surface of the trench 7 and at least part of the sidewall film formed on the side surface of the via hole 9 continuous below the trench 7 are flush with each other. By forming continuously, it is possible to secure a passage from the trench 7 to the via hole 9 of the solution in which etching proceeds, and AG can be formed on the other side surface of the via hole.

一方、トレンチ7の側面に形成されるサイドウォール膜とビアホール9の側面に形成されるサイドウォール膜とが不連続となっている場合には、溶液の通路が形成されないのでビアホール9の側面にAGを形成することはできない。   On the other hand, when the side wall film formed on the side surface of the trench 7 and the side wall film formed on the side surface of the via hole 9 are discontinuous, no solution passage is formed, and AG is formed on the side surface of the via hole 9. Can not form.

(キャップ絶縁膜形成工程)
次に、第3層間絶縁膜5の上面に開口しているAGの上部を閉塞させるキャップ絶縁膜形成工程を実施する。
(Cap insulation film formation process)
Next, a cap insulating film forming step for closing the upper portion of the AG opened on the upper surface of the third interlayer insulating film 5 is performed.

図14(a)、(b)に示すように、段差被覆性の悪いプラズマCVD法を用いて厚さ50nmのシリコン酸化膜からなるキャップ絶縁膜12を形成する。第1および第2AG11a、11bのY方向の幅は10nmとなっているので、段差被覆性の悪いキャップ絶縁膜12を50nm形成すると、第1および第2AG11a、11bの開口部はキャップ絶縁膜12で閉塞され、内部には空洞(AG)が残存する。   As shown in FIGS. 14A and 14B, a cap insulating film 12 made of a silicon oxide film having a thickness of 50 nm is formed using a plasma CVD method with poor step coverage. Since the width of the first and second AGs 11a and 11b in the Y direction is 10 nm, when the cap insulating film 12 having poor step coverage is formed to 50 nm, the openings of the first and second AGs 11a and 11b are formed by the cap insulating film 12. It is closed and a cavity (AG) remains inside.

(第2ビアプラグおよび第3配線形成工程)
次に、第2配線20Aの上層配線となる第3配線を形成する第2ビアプラグおよび第3配線形成工程を実施する。
(Second via plug and third wiring formation step)
Next, a second via plug and third wiring forming step for forming a third wiring to be an upper layer wiring of the second wiring 20A is performed.

図1の平面図および図15(c)、(b)に示すように、X方向に延在する第2配線20A上の任意の位置にキャップ絶縁膜12の開口13aをリソグラフィと異方性ドライエッチング法により形成する。これにより、第2配線20Aの上面が露出する。   As shown in the plan view of FIG. 1 and FIGS. 15C and 15B, the opening 13a of the cap insulating film 12 is formed at an arbitrary position on the second wiring 20A extending in the X direction by lithography and anisotropic drying. It is formed by an etching method. Thereby, the upper surface of the second wiring 20A is exposed.

次に、図16(c)、(b)に示すように、金属導体を全面に形成した後、CMP法によりキャップ絶縁膜12の上面に形成された金属導体を除去する。これにより、第2ビアプラグ13が形成される。   Next, as shown in FIGS. 16C and 16B, after forming a metal conductor on the entire surface, the metal conductor formed on the upper surface of the cap insulating film 12 is removed by CMP. Thereby, the second via plug 13 is formed.

次に、図1および図2(b)、(c)に示すように、全面にアルミニウム膜を形成し、リソグラフィとドライエッチング法によりパターニングして第2ビアプラグ13に接続する第3配線14を形成する。なお、第2ビアプラグ13および第3配線14を第1ビアプラグ20Bおよび第2配線20Bと同様にCuデュアルダマシン法で形成することもできる。   Next, as shown in FIG. 1 and FIGS. 2B and 2C, an aluminum film is formed on the entire surface, and patterned by lithography and dry etching to form a third wiring 14 connected to the second via plug 13. To do. Note that the second via plug 13 and the third wiring 14 can be formed by the Cu dual damascene method similarly to the first via plug 20B and the second wiring 20B.

以上、説明したように、第1実施形態の半導体装置の製造方法によれば、トレンチ7の第1側面5aとトレンチ7の下方に連続して配置されるビアホール9のビア第1側面4aとを面一とし、トレンチ7の第2側面5bとビアホール9のビア第2側面4bとを面一となるように形成している。これにより、第1側面5aを覆う第1サイドウォール膜10aとビア第1側面4aを覆う第3サイドウォール膜10aとを面一で形成することができる。また、第2側面5bを覆う第2サイドウォール膜10bとビア第2側面4bを覆う第4サイドウォール膜10dとを面一で形成することができる。したがって、サイドウォール膜を除去することにより、トレンチ7からビアホール9に至る連続した第1AG11a、第2AG11bを形成すると共に、ビアホール9の他の側面にも第3AG11c、第4AG11dを同時に形成することができる。AGは誘電率が極めて小さいので、配線間の寄生容量を低減して半導体装置の高速動作に寄与できる。   As described above, according to the method of manufacturing the semiconductor device of the first embodiment, the first side surface 5a of the trench 7 and the via first side surface 4a of the via hole 9 disposed continuously below the trench 7 are provided. The second side surface 5b of the trench 7 and the via second side surface 4b of the via hole 9 are formed to be flush with each other. Thereby, the first sidewall film 10a covering the first side surface 5a and the third sidewall film 10a covering the via first side surface 4a can be formed flush with each other. Further, the second sidewall film 10b covering the second side surface 5b and the fourth sidewall film 10d covering the via second side surface 4b can be formed flush with each other. Therefore, by removing the sidewall film, the continuous first AG 11a and second AG 11b from the trench 7 to the via hole 9 can be formed, and the third AG 11c and the fourth AG 11d can be simultaneously formed on the other side surfaces of the via hole 9. . Since AG has a very low dielectric constant, it can contribute to high-speed operation of a semiconductor device by reducing parasitic capacitance between wirings.

(比較例)
図17は、実施形態1の比較例として、特許文献3に開示されているデュアルダマシン構造を用い、サイドウォール膜10a、10b、10c、10d、10fが形成された段階の鳥瞰図を示している。本比較例では、トレンチ7の底面に連続するビアホール9が、トレンチ7のY方向の中央部に配置されている。このため、トレンチ7を構成しY方向に対向する第1側面5aおよび第2側面5bと、ビアホール9を構成しY方向に対向するビア第1側面4aおよびビア第2側面4bとが、平面視で重なる部分を有していない。
(Comparative example)
FIG. 17 shows a bird's eye view at a stage where the sidewall films 10a, 10b, 10c, 10d, and 10f are formed using the dual damascene structure disclosed in Patent Document 3 as a comparative example of the first embodiment. In this comparative example, a via hole 9 that is continuous with the bottom surface of the trench 7 is disposed at the center of the trench 7 in the Y direction. Therefore, the first side surface 5a and the second side surface 5b that constitute the trench 7 and face in the Y direction, and the via first side surface 4a and the via second side surface 4b that constitute the via hole 9 and face in the Y direction are viewed in plan view. There are no overlapping parts.

この結果、図9、図10と同様にサイドウォール膜を形成すると、第1側面5aに第1サイドウォール膜10aが形成され、第2側面5bに第2サイドウォール膜10bが形成される。また、ビアホール9内には、ビア第1側面4aにビア第1サイドウォール膜10cが形成され、ビア第2側面4bにビア第2サイドウォール膜10dが形成される。さらに、ビア第4側面4dにビア第4サイドウォール膜10fが形成される。   As a result, when the sidewall film is formed as in FIGS. 9 and 10, the first sidewall film 10a is formed on the first side surface 5a, and the second sidewall film 10b is formed on the second side surface 5b. In the via hole 9, a via first sidewall film 10c is formed on the first via side surface 4a, and a via second sidewall film 10d is formed on the second via side surface 4b. Further, a via fourth sidewall film 10f is formed on the fourth via side surface 4d.

しかし、第1側面5aとビア第1側面4aとは幅W4だけ離間しており、その間には第2層間絶縁膜4の上面4uが露出している。したがって、第1サイドウォール膜10aとビア第1サイドウォール膜10cとは連続していない。そのため、第2配線20Aおよび第1ビアプラグ20Bを形成した後、図13の方法にしたがってAGを形成すると、トレンチ7の第1側面5a、第2側面5bには第1AG、第2AGが各々形成されるが、第1ビアプラグ20Bの側面にはAGが形成されない。   However, the first side surface 5a and the via first side surface 4a are separated by a width W4, and the upper surface 4u of the second interlayer insulating film 4 is exposed between them. Therefore, the first sidewall film 10a and the via first sidewall film 10c are not continuous. Therefore, after forming the second wiring 20A and the first via plug 20B, if the AG is formed according to the method of FIG. 13, the first AG and the second AG are formed on the first side surface 5a and the second side surface 5b of the trench 7, respectively. However, AG is not formed on the side surface of the first via plug 20B.

すなわち、本比較例は、トレンチ7と、トレンチ7の底面に接して下方に延在するビアホール9を有しているが、トレンチ7を構成する側面の少なくとも一部とビアホール9を構成する側面の少なくとも一部とが面一の連続する側面となる構成を有していない。   In other words, the present comparative example has the trench 7 and the via hole 9 extending in contact with the bottom surface of the trench 7, but at least a part of the side surface constituting the trench 7 and the side surface constituting the via hole 9. It does not have a configuration in which at least a part is a flush side surface.

[第2実施形態]
上記第1実施形態では、トレンチ7を構成する2つの側面の両方に第1ビアホール9を構成する2つの側面が各々面一となる構成および製造方法について説明した。本第2実施形態では、トレンチ7を構成する1つの側面と第1ビアホール9を構成する1つの側面とが面一の連続する側面を構成する例について説明する。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, the configuration and the manufacturing method have been described in which the two side surfaces constituting the first via hole 9 are both flush with the two side surfaces constituting the trench 7. In the second embodiment, an example will be described in which one side surface constituting the trench 7 and one side surface constituting the first via hole 9 constitute a flush side surface.

なお、上記第1実施形態は、トレンチファースト法にのみ適用できるが、本第2実施形態はトレンチファースト法、ビアファースト法のいずれにも適用することができる。   The first embodiment can be applied only to the trench first method, but the second embodiment can be applied to either the trench first method or the via first method.

図18は、図17と同様にサイドウォール犠牲膜を形成した段階における本第2実施形態の一構成例を鳥瞰図で示している。   FIG. 18 is a bird's-eye view showing a configuration example of the second embodiment at the stage where the sidewall sacrificial film is formed as in FIG.

第1配線3の上面を露出する第1ビアホール9が配置され、第1ビアホール9の上端に接続しX方向に延在するトレンチ7が配置されている。トレンチ7は、Y方向に対向する第1側面5aおよび第2側面5bを有している。ビアホール9は、ビア第1側面4a、ビア第2側面4b、ビア第4側面4dを有している。第1側面5aには第1サイドウォール膜10aが形成され、第2側面5bには第2サイドウォール膜10bが形成される。ビア第1側面4aにはビア第1サイドウォール膜10c、ビア第2側面4bにはビア第2サイドウォール膜10d、ビア第4側面4dにはビア第4サイドウォール膜10f、が各々形成される。第1側面5aとビア第1側面4aとは面一の連続する側面で形成される。   A first via hole 9 exposing the upper surface of the first wiring 3 is disposed, and a trench 7 connected to the upper end of the first via hole 9 and extending in the X direction is disposed. The trench 7 has a first side surface 5a and a second side surface 5b that face each other in the Y direction. The via hole 9 has a via first side surface 4a, a via second side surface 4b, and a via fourth side surface 4d. A first sidewall film 10a is formed on the first side surface 5a, and a second sidewall film 10b is formed on the second side surface 5b. A via first sidewall film 10c is formed on the via first side face 4a, a via second sidewall film 10d is formed on the via second side face 4b, and a via fourth sidewall film 10f is formed on the fourth via side face 4d. . The first side surface 5a and the via first side surface 4a are formed as the same continuous side surface.

したがって、第1サイドウォール膜10aおよびビア第1サイドウォール膜10cを面一の連続するサイドウォール膜として形成することができる。ビア第1サイドウォール膜10cには、ビア第4サイドウォール膜10fおよび図示されないビア第3サイドウォール膜10eがY方向に連続して形成され、さらにビア第2サイドウォール膜10dが連続して形成される。ビア第2側面4bは第2側面5bに面一となっていないので、ビア第2サイドウォール膜10dと第2サイドウォール膜10bとはY方向に離間して形成される。   Therefore, the first sidewall film 10a and the via first sidewall film 10c can be formed as flush sidewalls. In the via first sidewall film 10c, a via fourth sidewall film 10f and a via third sidewall film 10e (not shown) are continuously formed in the Y direction, and a via second sidewall film 10d is continuously formed. Is done. Since the via second side surface 4b is not flush with the second side surface 5b, the via second sidewall film 10d and the second sidewall film 10b are formed apart from each other in the Y direction.

上記の構成では、第2配線20Aおよび第1ビアプラグ20Bを形成した後、サイドウォール膜除去工程を実施すると、第1サイドウォール膜10aの上面からエッチングが進行し、ビア第1サイドウォール膜10cに到達した段階で、横方向に連続するビア第3サイドウォール膜10e、ビア第4サイドウォール膜10fにもエッチングが進行し、さらにビア第2サイドウォール膜10dもエッチングされる。したがって、トレンチ7の一側面5aと第1ビアホールの一側面4aとの一側面同士が面一となっている構成であってもトレンチ7の2つの側面と第1ビアホール9の4側面に同時にAGを形成することができる。   In the above configuration, after the second wiring 20A and the first via plug 20B are formed, when the sidewall film removing step is performed, etching proceeds from the upper surface of the first sidewall film 10a, and the via first sidewall film 10c is formed. At this stage, the etching also proceeds to the via third sidewall film 10e and the via fourth sidewall film 10f that are continuous in the lateral direction, and the via second sidewall film 10d is also etched. Therefore, even if one side surface 5a of the trench 7 and one side surface 4a of the first via hole are flush with each other, the two side surfaces of the trench 7 and the four side surfaces of the first via hole 9 are simultaneously AG. Can be formed.

上記第1実施形態ではトレンチ7のY方向の幅と、第1ビアホール9のY方向の幅と、が同じサイズで構成される制約が生じるが、本第2実施形態では各々の幅を任意に変更してレイアウトすることができる。   In the first embodiment, there is a restriction that the width of the trench 7 in the Y direction and the width of the first via hole 9 in the Y direction are the same size, but in the second embodiment, each width is arbitrarily set. You can change the layout.

図18のような構成は、第1ビアホール9の形成マスクとして、複数の配線20Aに跨ってY方向に延在するラインパターンではなく、個別のホールパターンを用いることにより達成することができる。   The configuration as shown in FIG. 18 can be achieved by using an individual hole pattern as a formation mask for the first via hole 9 instead of a line pattern extending in the Y direction across the plurality of wirings 20A.

図19(a)、(b)は、第1ビアホール9の形成マスクに個別のホールパターンを用いる場合の例を模式的に示している。図19(a)はトレンチファースト法の例を、図19(b)はビアファースト法の例を示している。   FIGS. 19A and 19B schematically show an example in which an individual hole pattern is used for the formation mask of the first via hole 9. FIG. 19A shows an example of the trench first method, and FIG. 19B shows an example of the via first method.

まず、図19(a)を参照して、トレンチファースト法の例について説明する。   First, an example of the trench first method will be described with reference to FIG.

上記第1実施形態と同様にX方向に延在するトレンチ7を第3層間絶縁膜5に形成する。トレンチ7は、Y方向に対向する第1側面5aと第2側面5bを有している。その後、トレンチ7をBARC膜などのトレンチ埋設材25で埋設し、表面を平坦化する。次に、全面に、ハードマスク膜を含み、最上面にホトレジスト膜を有するマスク膜30を形成する。   As in the first embodiment, a trench 7 extending in the X direction is formed in the third interlayer insulating film 5. The trench 7 has a first side surface 5a and a second side surface 5b that face each other in the Y direction. Thereafter, the trench 7 is buried with a trench filling material 25 such as a BARC film, and the surface is flattened. Next, a mask film 30 including a hard mask film on the entire surface and having a photoresist film on the uppermost surface is formed.

次に、リソグラフィと異方性ドライエッチング法によりマスク膜30に矩形のビアホールパターン9aを形成する。ビアホールパターン9aは、Y方向に対向するビアパターン第1側面30aおよびビアパターン第2側面30bと、X方向に対向するビアパターン第3側面30cおよびビアパターン第4側面30dと、を有している。マスク膜30をマスクとする異方性ドライエッチング法により、第3層間絶縁膜5およびトレンチ埋設材25と、第2層間絶縁膜4と、を貫通し第1配線3に達するビアホール9が形成される。   Next, a rectangular via hole pattern 9a is formed in the mask film 30 by lithography and anisotropic dry etching. The via hole pattern 9a has a via pattern first side face 30a and a via pattern second side face 30b that face in the Y direction, and a via pattern third side face 30c and a via pattern fourth side face 30d that face in the X direction. . Via holes 9 that penetrate the third interlayer insulating film 5 and the trench burying material 25 and the second interlayer insulating film 4 and reach the first wiring 3 are formed by anisotropic dry etching using the mask film 30 as a mask. The

ビアパターン第1側面30aおよびビアパターン第2側面30bの位置は、各々ビアホール9のビア第1側面4aおよびビア第2側面4bの位置に対応している。また、ビアパターン第3側面30cおよびビアパターン第4側面30dの位置は、各々ビアホール9のビア第3側面4cおよびビア第4側面4dの位置に対応している。   The positions of the via pattern first side surface 30a and the via pattern second side surface 30b correspond to the positions of the via first side surface 4a and the via second side surface 4b of the via hole 9, respectively. The positions of the via pattern third side surface 30c and the via pattern fourth side surface 30d correspond to the positions of the via third side surface 4c and the via fourth side surface 4d of the via hole 9, respectively.

図19(a)では、トレンチ7の第1側面5aとビアパターン第1側面30aとがX方向に平行に延在している。さらに、第1側面5aがビアパターン第1側面30aとビアパターン第2側面30bとの間に位置するようにマスク膜30が形成されている。第1側面5aとビアパターン第1側面30aとが平面視で重なっていても良い。このように、ビアホールパターン9aを配置することにより、トレンチ7を構成する側面の少なくとも一部とビアホール9を構成する側面の少なくとも一部とは面一の構成で形成することができる。   In FIG. 19A, the first side surface 5a of the trench 7 and the via pattern first side surface 30a extend in parallel to the X direction. Further, the mask film 30 is formed so that the first side surface 5a is located between the via pattern first side surface 30a and the via pattern second side surface 30b. The first side surface 5a and the via pattern first side surface 30a may overlap in plan view. Thus, by arranging the via hole pattern 9a, at least a part of the side surface constituting the trench 7 and at least a part of the side surface constituting the via hole 9 can be formed in a flush configuration.

ビアホール9を形成した後、マスク膜30およびトレンチ埋設材25を除去する。次に、上記第1実施形態と同様に、サイドウォール膜を形成すると図18の構成が形成される。   After the via hole 9 is formed, the mask film 30 and the trench burying material 25 are removed. Next, as in the first embodiment, when the sidewall film is formed, the configuration of FIG. 18 is formed.

したがって、サイドウォール膜を面一で形成でき、さらにAGを面一で形成することができる。   Therefore, the sidewall film can be formed flush and the AG can be formed flush.

図19(a)の場合、ビアパターン第2側面30bは、第2側面5bに対して平面視重なりを有していない。したがって、第2側面5b側にはビアホール9に対して面一となる側面は形成されないが、第1側面5a側に形成される面一の側面を通じてビアホール9の全ての側面にAGを形成することができる。   In the case of FIG. 19A, the via pattern second side surface 30b does not have a plan view overlap with the second side surface 5b. Therefore, the side surface which is flush with the via hole 9 is not formed on the second side surface 5b side, but AG is formed on all side surfaces of the via hole 9 through the flush side surface formed on the first side surface 5a side. Can do.

図19(a)では、第1側面5a側にビアホール9との面一側面を形成するマスクパターン30の例を示したが、これに限るものではなく第2側面5b側に面一側面を形成しても良い。   FIG. 19A shows an example of the mask pattern 30 that forms the flush side surface with the via hole 9 on the first side surface 5a side, but the present invention is not limited thereto, and the flush side surface is formed on the second side surface 5b side. You may do it.

次に、図19(b)を参照して、ビアファースト法の例について説明する。   Next, an example of the via first method will be described with reference to FIG.

図19(b)では、第3層間絶縁膜5、第2層間絶縁膜4を貫通し、第1配線3に達するビアホール9を先に形成する。ビアホール9は、Y方向に対向するビア第1側面4aおよびビア第2側面4bと、X方向に対向するビア第3側面4cおよびビア第4側面4dと、を有している。   In FIG. 19B, a via hole 9 that penetrates the third interlayer insulating film 5 and the second interlayer insulating film 4 and reaches the first wiring 3 is formed first. The via hole 9 has a via first side surface 4a and a via second side surface 4b facing each other in the Y direction, and a via third side surface 4c and a via fourth side surface 4d facing each other in the X direction.

ビアホール9を形成した後、ビアホール9内をBARC膜などのビアホール埋設材25bで埋設し、表面を平坦化する。次に、全面に、ハードマスク膜を含み、最上面にホトレジスト膜を有するマスク膜40を形成する。次に、リソグラフィと異方性ドライエッチング法によりマスク膜40にX方向に延在するラインのトレンチパターン7aを形成する。   After the via hole 9 is formed, the inside of the via hole 9 is buried with a via hole burying material 25b such as a BARC film, and the surface is flattened. Next, a mask film 40 including a hard mask film on the entire surface and a photoresist film on the uppermost surface is formed. Next, a trench pattern 7a having a line extending in the X direction is formed in the mask film 40 by lithography and anisotropic dry etching.

トレンチパターン7aは、Y方向に対向するトレンチパターン第1側面40aおよびトレンチパターン第2側面40bとを有している。マスク膜40をマスクとする異方性ドライエッチング法により、第3層間絶縁膜5およびビアホール埋設材25bをエッチングし第2層間絶縁膜4に達するトレンチ7が形成される。   The trench pattern 7a has a trench pattern first side surface 40a and a trench pattern second side surface 40b that face each other in the Y direction. The trench 7 reaching the second interlayer insulating film 4 is formed by etching the third interlayer insulating film 5 and the via hole burying material 25b by anisotropic dry etching using the mask film 40 as a mask.

トレンチパターン第1側面40aおよびトレンチパターン第2側面40bの位置は、各々トレンチ7の第1側面5aおよび第2側面5bの位置に対応している。   The positions of the trench pattern first side surface 40a and the trench pattern second side surface 40b correspond to the positions of the first side surface 5a and the second side surface 5b of the trench 7, respectively.

図19(b)では、ビアホール9のビア第1側面4aとトレンチパターン第1側面40aとがX方向に平行に延在している。さらに、トレンチパターン第1側面40aがビア第1側面4aとビア第2側面4bとの間に位置するようにマスク膜40が形成されている。ビア第1側面4aとトレンチパターン第1側面40aとが平面視で重なっていても良い。   In FIG. 19B, the via first side surface 4a of the via hole 9 and the trench pattern first side surface 40a extend in parallel to the X direction. Further, the mask film 40 is formed so that the trench pattern first side surface 40a is located between the via first side surface 4a and the via second side surface 4b. The via first side surface 4a and the trench pattern first side surface 40a may overlap in plan view.

このように、トレンチパターン7aを配置しても第3層間絶縁膜5および第2層間絶縁膜4を貫通し面一となるビア第1側面4aが既に形成されているので、トレンチ7を構成する側面の少なくとも一部とビアホール9を構成する側面の少なくとも一部とは面一の構成で形成することができる。ビア第1側面4a自体が面一の側面を構成している。   Thus, even if the trench pattern 7a is arranged, the via first side surface 4a that penetrates the third interlayer insulating film 5 and the second interlayer insulating film 4 and is flush with the first side surface 4a is already formed. At least a part of the side surface and at least a part of the side surface constituting the via hole 9 can be formed to be flush with each other. The via first side surface 4a itself forms a flush side surface.

トレンチ7を形成した後、マスク膜40およびビアホール埋設材25bを除去する。次に、上記第1実施形態と同様に、サイドウォール膜を形成すると図18の構成が形成される。したがって、サイドウォール膜を面一で形成でき、さらにAGを面一で形成することができる。   After the trench 7 is formed, the mask film 40 and the via hole burying material 25b are removed. Next, as in the first embodiment, when the sidewall film is formed, the configuration of FIG. 18 is formed. Therefore, the sidewall film can be formed flush and the AG can be formed flush.

図19(b)の場合、トレンチパターン第2側面40bは、ビア第2側面4bに対して平面視重なりを有していない。したがって、ビア第2側面4b側にはトレンチ7に対して面一となる側面は形成されないが、ビア第1側面4a側に形成される面一の側面を通じてビアホール9の全ての側面にAGを形成することができる。   In the case of FIG. 19B, the trench pattern second side surface 40b does not overlap with the via second side surface 4b in plan view. Accordingly, no side surface that is flush with the trench 7 is formed on the via second side surface 4b side, but AG is formed on all side surfaces of the via hole 9 through the flush side surface formed on the via first side surface 4a side. can do.

図19(b)では、ビア第1側面4a側にトレンチ7との面一側面を形成するマスクパターン40の例を示したが、これに限るものではなくビア第2側面4b側に面一側面を形成しても良い。   FIG. 19B shows an example of the mask pattern 40 that forms a flush side surface with the trench 7 on the via first side surface 4a side, but the present invention is not limited to this. May be formed.

[第3実施形態]
上記第2実施形態の製造方法によれば、トレンチ7の下に連続して形成されるビアホール9の位置を任意に配置できるので、図1に示した第1実施形態の配線レイアウトとは異なる配線レイアウトを構成することができる。
[Third Embodiment]
According to the manufacturing method of the second embodiment, since the position of the via hole 9 continuously formed under the trench 7 can be arbitrarily arranged, the wiring is different from the wiring layout of the first embodiment shown in FIG. Layout can be configured.

図20の平面図を参照して、本発明の第3実施形態に係る半導体装置について説明する。   A semiconductor device according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to the plan view of FIG.

例えば、Y方向の一方に延在する複数の第1配線(下層配線)3Aと、Y方向の他の一方に延在する複数の第1配線(下層配線)3Bが配置される。複数の第1配線3Aの個々の配線および第1配線3Bの個々の配線は、各々平行にY方向に延在している。複数の第1配線3Aの各々は、ダマシン構造からなりX方向に延在する第1トレンチ7Aに埋設された上層の第1集合配線20A1に接続されている。同様に、複数の第1配線3Bの各々は、ダマシン構造からなりX方向に延在する第2トレンチ7Bに埋設された上層の第2集合配線20A2に接続されている。   For example, a plurality of first wirings (lower layer wirings) 3A extending in one direction in the Y direction and a plurality of first wirings (lower layer wirings) 3B extending in the other direction in the Y direction are arranged. The individual wires of the plurality of first wires 3A and the individual wires of the first wires 3B each extend in the Y direction in parallel. Each of the plurality of first wirings 3A is connected to an upper-layer first collective wiring 20A1 embedded in a first trench 7A having a damascene structure and extending in the X direction. Similarly, each of the plurality of first wirings 3B is connected to the upper second aggregate wiring 20A2 embedded in the second trench 7B having a damascene structure and extending in the X direction.

第1集合配線20A1と複数の第1配線3Aは、個々の第1配線3Aに対応する第1ビアホール9Aを埋設する第1ビアプラグ20B1を介して接続されている。第1トレンチ7Aおよび第2トレンチ7Bは、いずれもY方向に対向する第1側面5aおよび第2側面5bを有している。第1側面5aには第1AG11aが配置され、第2側面5bには第2AG11bが配置されている。第1集合配線20A1に接続する複数の第1ビアプラグ20B1は、いずれもY方向に対向するビア第1AG11eおよびビア第2AG11fと、X方向に対向するビア第3AG11cおよびビア第4AG11dを有している。ビア第2AG11fは、第2AG11bと面一の構成となっている。ビア第1AG11eは、第1AG11aから離間して配置され面一の構成にはなっていない。すなわち、第1集合配線20A1に接続される複数の第1ビアプラグ20B1は、いずれも第1トレンチ7Aの一方の側面5bに配置された第2AG11bに面一となるAGを有する構成となっている。   The first collective wiring 20A1 and the plurality of first wirings 3A are connected via a first via plug 20B1 in which a first via hole 9A corresponding to each first wiring 3A is embedded. Each of the first trench 7A and the second trench 7B has a first side surface 5a and a second side surface 5b that face each other in the Y direction. The first AG 11a is disposed on the first side surface 5a, and the second AG 11b is disposed on the second side surface 5b. Each of the plurality of first via plugs 20B1 connected to the first collective wiring 20A1 includes a first via AG11e and a second via AG11f that face each other in the Y direction, and a third via AG11c and a fourth via AG11d that face each other in the X direction. The via second AG11f is flush with the second AG11b. The via first AG 11e is spaced apart from the first AG 11a and does not have a flush configuration. That is, each of the plurality of first via plugs 20B1 connected to the first collective wiring 20A1 has an AG that is flush with the second AG 11b disposed on one side surface 5b of the first trench 7A.

一方、第2集合配線20A2に接続されるビアプラグ20Bは、上記の第1ビアプラグ20B1と、ビア第1AG11eが第1AG11aと面一となる構成を有する第2ビアプラグ20B2と、を有している。第2集合配線20A2では、第1ビアプラグ20B1と、第2ビアプラグ20B2と、がX方向に交互に配置される構成となっている。ビアプラグ20Bを平面視で千鳥状に配置することにより、各々隣接するビアプラグの対向面積を減少させることができ、寄生容量をより低減することができる。   On the other hand, the via plug 20B connected to the second collective wiring 20A2 includes the first via plug 20B1 and the second via plug 20B2 having a configuration in which the via first AG11e is flush with the first AG11a. In the second collective wiring 20A2, the first via plugs 20B1 and the second via plugs 20B2 are alternately arranged in the X direction. By arranging the via plugs 20B in a zigzag shape in plan view, it is possible to reduce the facing area between the adjacent via plugs and to further reduce the parasitic capacitance.

上記第2実施形態の構成をベースとする本第3実施形態によれば、ビアプラグのY方向の幅と、ビアプラグの上面に接続される配線のY方向の幅を一致させる必要がないので、配線レイアウトの自由度をより向上させることができる。   According to the third embodiment based on the configuration of the second embodiment, it is not necessary to match the width in the Y direction of the via plug and the width in the Y direction of the wiring connected to the upper surface of the via plug. The degree of freedom in layout can be further improved.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Needless to say, it is included in the range.

1 半導体基板
2 第1層間絶縁膜
3 第1配線
3A 第1配線(下層配線)
3B 第1配線(下層配線)
4 第2層間絶縁膜
4a ビア第1側面
4b ビア第2側面
4c ビア第3側面
4d ビア第4側面
5 第3層間絶縁膜
5a 第1側面
5b 第2側面
51 上面
6 第1マスク膜(第1BARC膜、第1Si含有有機膜、第1ホトレジスト膜)
6a トレンチパターン
7 配線溝(トレンチ)
7a トレンチパターン
7A 第1トレンチ
7B 第2トレンチ
8 第2BARC膜(トレンチ埋設膜)
81 上面
8a 第2Si含有有機膜
8b 第2ホトレジスト膜
8c 第2マスク膜
8A 第1ビアホールパターン(第2マスク膜パターン)
8B 第2ビアホールパターン
8d 第3側面
8e 第4側面
9 ビアホール
9a ビアホールパターン
9A 第1ビアホール
10 犠牲膜
10a 第1サイドウォール膜
10b 第2サイドウォール膜
10c ビア第1サイドウォール膜
10d ビア第2サイドウォール膜
10e ビア第3サイドウォール膜
10f ビア第4サイドウォール膜
11a 第1エアーギャップ(AG)
11b 第2エバーギャップ(AG)
11c 第3エアーギャップ(AG)
11d 第4エアーギャップ(AG)
12 キャップ絶縁膜
13 第2ビアプラグ
13a 開口
14 第3配線
20a Cu拡散バリヤ膜
20b Cu膜
20A 第2配線
20A1 第1集合配線
20A2 第2集合配線
20B 第1ビアプラグ(ビアプラグ)
20B1 第1ビアプラグ
20B2 第2ビアプラグ
25 トレンチ埋設材
25b ビアホール埋設材
30 マスク膜
30a ビアパターン第1側面
30b ビアパターン第2側面
30c ビアパターン第3側面
30d ビアパターン第4側面
40 マスク膜
40a トレンチパターン第1側面
40b トレンチパターン第2側面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 1st interlayer insulation film 3 1st wiring 3A 1st wiring (lower layer wiring)
3B 1st wiring (lower layer wiring)
4 2nd interlayer insulating film 4a Via first side surface 4b Via second side surface 4c Via third side surface 4d Via fourth side surface 5 Third interlayer insulating film 5a First side surface 5b Second side surface 51 Upper surface 6 First mask film (first BARC Film, first Si-containing organic film, first photoresist film)
6a Trench pattern 7 Wiring groove (trench)
7a trench pattern 7A first trench 7B second trench 8 second BARC film (trench buried film)
81 Upper surface 8a Second Si-containing organic film 8b Second photoresist film 8c Second mask film 8A First via hole pattern (second mask film pattern)
8B Second via hole pattern 8d Third side surface 8e Fourth side surface 9 Via hole 9a Via hole pattern 9A First via hole 10 Sacrificial film 10a First sidewall film 10b Second sidewall film 10c Via first sidewall film 10d Via second sidewall Film 10e Via third sidewall film 10f Via fourth sidewall film 11a First air gap (AG)
11b Second Ever Gap (AG)
11c 3rd air gap (AG)
11d 4th air gap (AG)
12 Cap insulating film 13 Second via plug 13a Opening 14 Third wiring 20a Cu diffusion barrier film 20b Cu film 20A Second wiring 20A1 First aggregate wiring 20A2 Second aggregate wiring 20B First via plug (via plug)
20B1 First via plug 20B2 Second via plug 25 Trench buried material 25b Via hole buried material 30 Mask film 30a Via pattern first side surface 30b Via pattern second side surface 30c Via pattern third side surface 30d Via pattern fourth side surface 40 Mask film 40a Trench pattern first 1 side 40b trench pattern 2nd side

Claims (14)

半導体基板上に配置される第1配線と、
前記第1配線の上面に接続されるビアホールを埋設するビアプラグと、
前記ビアプラグの上面に接続され第1方向に延在するトレンチを埋設する第2配線と、
を有し、
前記トレンチを構成する2つの側面に各々配置されるトレンチエアーギャップと、
前記ビアホールを構成する側面に配置されるビアエアーギャップと、
を共に備えることを特徴とする半導体装置。
A first wiring disposed on the semiconductor substrate;
A via plug for burying a via hole connected to the upper surface of the first wiring;
A second wiring embedded in a trench connected to the upper surface of the via plug and extending in the first direction;
Have
A trench air gap disposed on each of two side surfaces constituting the trench;
A via air gap disposed on a side surface of the via hole;
A semiconductor device comprising:
前記トレンチを構成する2つの側面は、前記第1方向と直交する第2方向に対向する第1側面および第2側面から成る、請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the two side surfaces constituting the trench include a first side surface and a second side surface facing each other in a second direction orthogonal to the first direction. 前記ビアホールは、平面視矩形のパターンから成り、
前記ビアホールを構成する側面は、前記第2方向に対向するビア第1側面およびビア第2側面と、前記第1方向に対向するビア第3側面およびビア第4側面とから成る、
請求項2に記載の半導体装置。
The via hole is composed of a rectangular pattern in plan view,
Side surfaces constituting the via hole are composed of via first side surfaces and via second side surfaces facing the second direction, and via third side surfaces and via fourth side surfaces facing the first direction.
The semiconductor device according to claim 2.
前記トレンチエアーギャップは、
前記第1側面と前記第2配線との間に配置される第1エアーギャップと、
前記第2側面と前記第2配線との間に配置される第2エアーギャップと、
から成り、
前記ビアエアーギャップは、
前記ビア第1側面と前記ビアプラグとの間に配置される前記第1エアーギャップと、
前記ビア第2側面と前記ビアプラグとの間に配置される前記第2エアーギャップと、
前記ビア第3側面と前記ビアプラグとの間に配置される第3エアーギャップと、
前記ビア第4側面と前記ビアプラグとの間に配置される第4エアーギャップと、
から成る、
請求項3に記載の半導体装置。
The trench air gap is
A first air gap disposed between the first side surface and the second wiring;
A second air gap disposed between the second side surface and the second wiring;
Consisting of
The via air gap is
The first air gap disposed between the via first side surface and the via plug;
The second air gap disposed between the via second side surface and the via plug;
A third air gap disposed between the via third side surface and the via plug;
A fourth air gap disposed between the via fourth side surface and the via plug;
Consisting of,
The semiconductor device according to claim 3.
前記第1エアーギャップ、前記第2エアーギャップ、前記第3エアーギャップ、および前記第4エアーギャップは、前記ビアホールの平面視コーナー部において各々接続され、前記ビアエアーギャップとして一つのリング状エアーギャップを構成している、請求項4に記載の半導体装置。   The first air gap, the second air gap, the third air gap, and the fourth air gap are connected to each other at a corner portion in plan view of the via hole, and a single ring-shaped air gap is used as the via air gap. The semiconductor device according to claim 4, which is configured. 前記ビアホールは、平面視円形のパターンから成る、請求項2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 2, wherein the via hole has a circular pattern in plan view. 半導体基板上に配置される第1配線と、
前記第1配線の上面に接続されるビアホールを埋設するビアプラグと、
前記ビアプラグの上面に接続され第1方向に延在するトレンチを埋設する第2配線と、
前記トレンチを構成する2つの側面に各々配置されるトレンチエアーギャップと、
前記ビアホールを構成する側面に配置されるビアエアーギャップと、を備え、
前記トレンチの側面に配置されるトレンチエアーギャップの少なくとも一部と、前記ビアホールの側面に配置されるビアエアーギャップの少なくとも一部と、は上下方向に面一で構成されることを特徴とする半導体装置。
A first wiring disposed on the semiconductor substrate;
A via plug for burying a via hole connected to the upper surface of the first wiring;
A second wiring embedded in a trench connected to the upper surface of the via plug and extending in the first direction;
A trench air gap disposed on each of two side surfaces constituting the trench;
A via air gap disposed on a side surface of the via hole, and
At least a part of the trench air gap disposed on the side surface of the trench and at least a part of the via air gap disposed on the side surface of the via hole are configured to be flush with each other. apparatus.
前記トレンチを構成する2つの側面は、前記第1方向と直交する第2方向に対向する第1側面および第2側面から成る、請求項7に記載の半導体装置。   8. The semiconductor device according to claim 7, wherein the two side surfaces constituting the trench include a first side surface and a second side surface that face each other in a second direction orthogonal to the first direction. 前記ビアホールは、平面視矩形のパターンから成り、
前記ビアホールを構成する側面は、前記第2方向に対向するビア第1側面およびビア第2側面と、前記第1方向に対向するビア第3側面およびビア第4側面とから成る、
請求項8に記載の半導体装置。
The via hole is composed of a rectangular pattern in plan view,
Side surfaces constituting the via hole are composed of via first side surfaces and via second side surfaces facing the second direction, and via third side surfaces and via fourth side surfaces facing the first direction.
The semiconductor device according to claim 8.
前記トレンチエアーギャップは、
前記第1側面と前記第2配線との間に配置される第1エアーギャップと、
前記第2側面と前記第2配線との間に配置される第2エアーギャップと、
から成り、
前記ビアエアーギャップは、
前記ビア第1側面と前記ビアプラグとの間に配置される前記第1エアーギャップと、
前記ビア第2側面と前記ビアプラグとの間に配置される前記第2エアーギャップと、
前記ビア第3側面と前記ビアプラグとの間に配置される第3エアーギャップと、
前記ビア第4側面と前記ビアプラグとの間に配置される第4エアーギャップと、
から成る、
請求項9に記載の半導体装置。
The trench air gap is
A first air gap disposed between the first side surface and the second wiring;
A second air gap disposed between the second side surface and the second wiring;
Consisting of
The via air gap is
The first air gap disposed between the via first side surface and the via plug;
The second air gap disposed between the via second side surface and the via plug;
A third air gap disposed between the via third side surface and the via plug;
A fourth air gap disposed between the via fourth side surface and the via plug;
Consisting of,
The semiconductor device according to claim 9.
前記第1エアーギャップ、前記第2エアーギャップ、前記第3エアーギャップ、および前記第4エアーギャップは、前記ビアホールの平面視コーナー部において各々接続され、前記ビアエアーギャップとして一つのリング状エアーギャップを構成している、請求項10に記載の半導体装置。   The first air gap, the second air gap, the third air gap, and the fourth air gap are connected to each other at a corner portion in plan view of the via hole, and a single ring-shaped air gap is used as the via air gap. The semiconductor device according to claim 10, which is configured. 半導体基板上に第1配線および第1層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1配線上に第2層間絶縁膜および第3層間絶縁膜を順次形成する工程と、
前記第3層間絶縁膜にトレンチを、前記第2層間絶縁膜にビアホールを形成する工程と、
を有し、
前記第3層間絶縁膜にトレンチを、前記第2層間絶縁膜にビアホールを形成する工程は、前記トレンチの側面の少なくとも一部と、前記ビアホールの側面の少なくとも一部と、が面一となるように形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a first wiring and a first interlayer insulating film on the semiconductor substrate;
Sequentially forming a second interlayer insulating film and a third interlayer insulating film on the first wiring;
Forming a trench in the third interlayer insulating film and forming a via hole in the second interlayer insulating film;
Have
In the step of forming a trench in the third interlayer insulating film and a via hole in the second interlayer insulating film, at least a part of the side surface of the trench and at least a part of the side surface of the via hole are flush with each other. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a semiconductor device.
前記トレンチの側面および前記ビアホールの側面にサイドウォール膜を形成する工程と、
前記トレンチおよび前記ビアホール内を埋設するように、それぞれ、第1ビアプラグおよび第2配線を形成する工程と、
前記サイドウォール膜を除去して、エアーギャップを形成する工程と、
を更に有する、請求項12に記載の半導体装置の製造方法。
Forming a sidewall film on a side surface of the trench and a side surface of the via hole;
Forming a first via plug and a second wiring so as to embed the trench and the via hole, respectively;
Removing the sidewall film to form an air gap;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, further comprising:
前記第3層間絶縁膜の上面に開口している前記エアーギャップの上部を閉塞させるキャップ絶縁膜を形成する工程と、
前記キャップ絶縁膜に開口を形成し、該開口に第2ビアプラグを形成する工程と、
前記キャップ絶縁膜の上面に、前記第2ビアプラグに接続する第3配線を形成する工程と、
を更に有する、請求項13に記載の半導体装置の製造方法。
Forming a cap insulating film that closes an upper portion of the air gap opening on the upper surface of the third interlayer insulating film;
Forming an opening in the cap insulating film, and forming a second via plug in the opening;
Forming a third wiring connected to the second via plug on the upper surface of the cap insulating film;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 13, further comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US11127748B2 (en) 2019-03-05 2021-09-21 Toshiba Memory Corporation Semiconductor device having contact electrode extending through void

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