JP2016009782A - Method for manufacturing semiconductor device and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device.
半導体装置に設けられるヒューズが存在する。ヒューズは例えば、集積回路から不良素子を切り離して、正常素子に置き換える処理に利用される(特許文献1参照)。 There is a fuse provided in the semiconductor device. For example, the fuse is used for a process of separating a defective element from an integrated circuit and replacing it with a normal element (see Patent Document 1).
半導体装置に設けられるヒューズには、種々のタイプが存在する。近年、銅(Cu)から形成されたヒューズが注目されている(特許文献1〜4参照)。このタイプのヒューズは、銅配線と同時に形成することができる(特許文献1〜2参照)。Cuから形成されるヒューズは、電流印加またはレーザ照射により切断される(特許文献1〜4参照)。
There are various types of fuses provided in a semiconductor device. In recent years, a fuse formed of copper (Cu) has attracted attention (see
電流印加により切断されるヒューズは、電気ヒューズと呼ばれる。Cuから形成される電気ヒューズは多くの場合、エレクトロマイグレーションにより切断される。ヒューズの切断を容易にするため、エレクトロマイグレーションを抑制する銅配線上のメタルキャップ(例えば、Co膜)を、ヒューズ上には設けない技術が報告されている(特許文献2参照)。 A fuse that is cut by applying a current is called an electric fuse. Electrical fuses formed from Cu are often cut by electromigration. In order to facilitate the cutting of the fuse, a technique has been reported in which a metal cap (for example, a Co film) on a copper wiring that suppresses electromigration is not provided on the fuse (see Patent Document 2).
ところで銅の形成に関しては、Rh,Ir,Pd,Ta,Mo,Ru,Co,OsとCuとの密着性に関する研究が報告されている(非特許文献1)。また、Pd原子層上への銅の無電解メッキに関する研究が報告されている(非特許文献2)。 By the way, regarding the formation of copper, research on the adhesion between Rh, Ir, Pd, Ta, Mo, Ru, Co, Os and Cu has been reported (Non-patent Document 1). In addition, research on electroless plating of copper on a Pd atomic layer has been reported (Non-Patent Document 2).
Cu配線は、エレクトロマイグレーションを抑制し信頼性を確保するよう形成されることが一般的であるため、Cu配線を電気ヒューズとして用いた場合に切断することが困難な場合がある。 Since Cu wiring is generally formed so as to suppress electromigration and ensure reliability, it may be difficult to cut when Cu wiring is used as an electrical fuse.
上記の問題を解決するために、本製造方法の一観点によれば、半導体基板の上方に導電膜パターンを形成する工程と、前記導電膜パターンを覆う第1絶縁層を形成する工程と、前記第1絶縁層をエッチングして、前記導電膜パターンが底に配置された溝を前記第1絶縁層に形成する工程と、前記導電膜パターン上に、銅を含み、側面が前記溝の側面と接する導電層を形成して、前記導電膜パターンと前記導電層とを備えるヒューズを形成する工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。 In order to solve the above problem, according to one aspect of the present manufacturing method, a step of forming a conductive film pattern above a semiconductor substrate, a step of forming a first insulating layer covering the conductive film pattern, Etching the first insulating layer to form a groove in which the conductive film pattern is disposed at the bottom in the first insulating layer; and copper on the conductive film pattern, and a side surface of the groove is a side surface of the groove There is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming a conductive layer in contact with each other and forming a fuse including the conductive film pattern and the conductive layer.
開示の方法によれば、切断が格段に容易な電気ヒューズが提供される。 The disclosed method provides an electrical fuse that is significantly easier to cut.
以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。尚、図面が異なっても対応する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments, but extends to the matters described in the claims and equivalents thereof. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the corresponding part even if drawings differ, and the description is abbreviate | omitted.
Cuから形成されるヒューズは、上述したように銅配線と同時に形成される。図1は、銅配線と同時に形成される電気ヒューズ1を含む半導体装置の縦断面図の一例である。図2は、実施の形態の電気ヒューズ2を含む半導体装置の縦断面図の一例である。図1及び2には、電気ヒューズ1,2を有する半導体装置の縦断面図の一部が示されている。
The fuse formed of Cu is formed simultaneously with the copper wiring as described above. FIG. 1 is an example of a longitudinal sectional view of a semiconductor device including an
図1の電気ヒューズ1は、例えば以下の手順により形成される。
The
まず半導体基板4の表面に、半導体素子(図示せず)を形成する。次に半導体基板4上に、第1層間絶縁膜6aを形成する。この第1層間絶縁膜6aに、銅配線(図示せず)に対応する溝(図示せず)と電気ヒューズ1に対応する溝8aとを形成する。これらの溝の形成後、第1層間絶縁膜6a上に、Cuの拡散を抑制するバリアメタル膜(例えば、TaN膜)とシード膜(例えば、Cu膜)とを、例えばPVD(Physical Vapor Deposition、例えばスパッタ)により形成する。
First, a semiconductor element (not shown) is formed on the surface of the
その後、銅配線(図示せず)に対応する溝(図示せず)および電気ヒューズ1に対応する溝8aを埋め込むCu膜を、シード膜上に電解メッキにより成長する。成長したCu膜のうち溝の外側の部分をCMP(Chemical Mechanical Polishing)により除去して溝8aの内部に、導電層15(以下、Cu導電層と呼ぶ)を形成する。
Thereafter, a Cu film filling the groove (not shown) corresponding to the copper wiring (not shown) and the
このCMPにより溝8aの外側のバリアメタル膜がエッチングされ、溝8aの内側にバリアメタル層10aが形成される。更にこのCMPにより溝8aの外側のシード膜がエッチングされ、溝8a内側にシード層12が形成される。これにより、導電層15の底面および側面を覆う、バリアメタル層10aとシード層12とが積層された金属膜16が形成される。
By this CMP, the barrier metal film outside the
以上により、銅配線(図示せず)および電気ヒューズ1が形成される。
Thus, a copper wiring (not shown) and the
その後、電気ヒューズ1、銅配線(図示せず)および第1層間絶縁膜6a上に、Cuの拡散を防止するバリア絶縁層14a(例えば、シリコン炭窒化膜)を形成する。このバリア絶縁層14aの上に、更に第2層間絶縁膜6bを形成する。
Thereafter, a
電気ヒューズ1の形成方法としては、溝8aを形成せずに第1層間絶縁膜6a上にバリアメタル膜とCu膜を堆積し、該バリアメタル膜と該Cu膜をドライエッチングにより成形(エッチング)して電気ヒューズ1を形成することも考えられる。しかしドライエッチングにより、Cu膜を成形(エッチング)することは困難である。
As a method for forming the
そこで、第1層間絶縁膜6aに形成した溝8aをCuで埋め込み、溝8aの外側に成長した部分をCMPで除去して、電気ヒューズ1を形成する。このため、電気ヒューズ1のCu導電層15の下面および側面は、バリアメタル層10aとシード層12とが積層された金属膜16に接する。
Therefore, the
なおバリアメタル層10aは、半導体基板4上の素子を劣化させるCuの拡散を抑制するために設けられる。バリアメタル膜(すなわち、CMP前のバリアメタル層10a)はCu膜との密着性が高いため、CMP時に加わる力によってCu膜が第1層間絶縁膜6aからの剥離を抑制する。
The
エレクトロマイグレーションは、電流が印加された金属中の原子が電子と運動量を交換して陽極に向かって徐々に移動して、陰極の近傍に欠損(ボイド)が生じる現象である。電子と運動量を交換した金属原子は、金属に含まれる微結晶間の隙間(すなわち、グレインバンダリー)や金属の自由表面などを通って移動する。この時に金属原子が通る経路は、拡散パスと呼ばれる。 Electromigration is a phenomenon in which atoms in a metal to which an electric current is applied exchange momentum with electrons and move gradually toward the anode, resulting in defects (voids) in the vicinity of the cathode. Metal atoms exchanging momentum with electrons move through gaps between microcrystals contained in the metal (that is, grain boundaries), metal free surfaces, and the like. The path through which metal atoms pass is called a diffusion path.
図1の電気ヒューズ1の導電層15のように、他の物質に囲まれた金属(例えば、Cu)には自由表面は存在しない。このような状態の金属では、金属原子は自由表面の代わりに、金属を囲む物質と金属との界面を伝わって移動する。界面における金属原子の移動し易さは、金属を囲む物質により変化する。
As in the
金属が絶縁体に接している場合、金属と絶縁体の界面には微視的な隙間が生じる。この様な隙間は、拡散パスになる。一方、金属が別の金属に接している場合、金属同士の界面には、拡散パスは形成され難い。 When the metal is in contact with the insulator, a microscopic gap is generated at the interface between the metal and the insulator. Such a gap becomes a diffusion path. On the other hand, when the metal is in contact with another metal, it is difficult to form a diffusion path at the interface between the metals.
実施の形態では図2に示すように、溝8bの底に配置された導電膜パターン18上に、例えばメッキによりCuを含む導電層20を形成する。すると、側面全体が絶縁体(図2では、第1絶縁層6a)に接する導電層20が形成される。このため、導電層20が絶縁体に接する面積は、図1の電気ヒューズ1の導電層15が絶縁体に接する面積より広くなる。従って、実施の形態によれば、エレクトロマイグレーションによる切断が格段に容易になる。
In the embodiment, as shown in FIG. 2, a
導電層20は、CVD(Chemical Vapor Deposition)により成長してもよい。メッキおよびCVDは、絶縁膜上にはCu等の金属を成長しない。このためCuを含む導電層20は、溝8b内の導電膜パターン18上に成長し、第1層間絶縁膜6aの表面には成長しない。
The
(1)全体構造
図3は、実施の形態の半導体装置22の一例を説明するブロック図である。
(1) Overall Structure FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of the
半導体装置22は例えば、CPU(Central Processing Unit、図示せず)とROM(Read Only Memory、図示せず)と複数のSRAM24a〜24c(Static Random Access Memory)と周辺回路(図示せず)とを有するシステムLSI(Large Scale Integration)である。半導体装置22は更に、予備のSRAM24d(以下、冗長SRAMと呼ぶ)とヒューズROM26と冗長選択制御部28とを有する。ヒューズROM26は、図2を参照して説明した電気ヒューズ2を有するワンタイムメモリ(One Time Programmable Read Only Memory)である。
The
(2)製造方法
図4〜図10は、実施の形態の半導体装置22の製造方法の一例を説明する縦断面図である。
(2) Manufacturing Method FIGS. 4 to 10 are longitudinal sectional views for explaining an example of a method for manufacturing the
(2−1)導電膜パターンの形成(図4(a)〜図4(b)参照)
まず図4(a)に示すように、半導体基板4(例えばシリコン基板)にSTI(Shallow Trench Isolation)29と、STI29に囲まれた半導体素子30(例えば、MOS(Metal Oxide Semiconductor)電界効果トランジスタ)とを形成する。次に、半導体基板4上に、例えばPECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)により絶縁層32b(例えば、シリコン酸化膜)を200nm〜500nm(例えば300nm)形成する。
(2-1) Formation of conductive film pattern (see FIGS. 4A to 4B)
First, as shown in FIG. 4A, an STI (Shallow Trench Isolation) 29 on a semiconductor substrate 4 (for example, a silicon substrate) and a semiconductor element 30 (for example, a metal oxide semiconductor (MOS) field effect transistor) surrounded by the
この絶縁層32bの上に、Ti、TaおよびCoの少なくとも一つの元素を含むバリアメタル膜34を、例えばPVD(例えば、スパッタ)により5nm〜15nm(好ましくは、10nm)形成する。バリアメタル膜34は好ましくは、窒化チタン膜(TiN膜)、窒化タンタル膜(TaN膜)または窒化コバルト膜(CoN膜)である。
A
その後、バリアメタル膜34上に更に、厚さ5nm〜15nm(好ましくは、10nm)の導電膜36(例えば、Ru膜,Co膜,Pd膜,Os膜,Mo膜,Rh膜,Ir膜)を形成する。導電膜36は、例えばPECVD(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition)、PEALD(Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition)およびPVD(例えば、スパッタ)のいずれにより形成してもよい。
Thereafter, a conductive film 36 (for example, Ru film, Co film, Pd film, Os film, Mo film, Rh film, Ir film) having a thickness of 5 nm to 15 nm (preferably 10 nm) is further formed on the
次に、導電膜36上に、厚さ約30nmの酸化シリコン膜38と、厚さ約30nmの反射防止膜40a(例えばシリコン窒化膜(SiN膜)、以下同様)と、厚さ約130nmのフォトレジスト膜を形成する。その後、フォトリソグラフィによりこのフォトレジスト膜を成形して、電気ヒューズ2に対応するフォトレジスト膜のパターン(以下、レジストパターンと呼ぶ)42aを形成する。
Next, on the
このレジストパターン42aを介して、反射防止膜40aと酸化シリコン膜38と導電膜36とバリアメタル膜34とをドライエッチングによりエッチングする。これにより、図4(b)に示すように、導電膜パターン44と、バリアメタル膜34のパターン46(以下、バリアメタル・パターンと呼ぶ)が形成される。その後、反射防止膜40aを除去する。
The
以上により、半導体基板4の上方に導電膜パターン44が形成される。
As a result, the
ところで、Ru,Co,Pd,Os,Mo,Rh,Irからなる群から選択された少なくとも1つの元素(以下、Ru等と呼ぶ)を含む導電膜(特に、Ru膜,Co膜,Pd膜,Os膜,Mo膜,Rh膜,Ir膜)とCuの格子定数ミスマッチ(非特許文献1参照)は小さい。具体的には、Ru等を含む導電膜とCuとの格子定数ミスマッチは、Cuの無電解メッキが可能なPd(非特許文献2参照)とCuとの格子定数ミスマッチより小さい。 Incidentally, a conductive film containing at least one element selected from the group consisting of Ru, Co, Pd, Os, Mo, Rh, and Ir (hereinafter referred to as Ru, etc.) (in particular, a Ru film, a Co film, a Pd film, Os film, Mo film, Rh film, Ir film) and Cu lattice constant mismatch (see Non-Patent Document 1) are small. Specifically, the lattice constant mismatch between the conductive film containing Ru and the like and Cu is smaller than the lattice constant mismatch between Pd (see Non-Patent Document 2) and Cu capable of electroless plating of Cu.
このため、Ru等を含む導電膜上には、Cuを含む導電層20をメッキやCVDにより容易に成長することができる。従って、導電膜パターン44は、Ru,Co,Pd,Os,Mo,Rh,Irからなる群から選択された少なくとも1つの元素を含むことが好ましい。
For this reason, the
尚、バリアメタル膜34の形成は、省略可能である(図2参照)。但し、導電膜(例えば、Ru膜)と絶縁膜(例えば、シリコン酸化膜)との密着性は、導電膜と絶縁膜の間にバリアメタル膜を設けることで向上する。従って、バリアメタル膜34の形成は省略しないことが好ましい。
The formation of the
バリアメタル膜34は、導電層20(図2参照)に含まれるCuの拡散を抑制する。従って、バリアメタル膜34の形成を省略する場合には、バリアメタル膜34の代わりに、Cuの拡散を防止するバリア絶縁膜(例えば、シリコン炭窒化膜)を形成することが好ましい。
The
導電膜パターン44のサイズが十分に大きい場合には、反射防止膜40aの形成は、省略可能である(後述するフォトリソグラフィにおいても同様)。
When the size of the
(2−2)絶縁層の形成(図4(c)参照)
次に、導電膜パターン44が形成された半導体基板4の上に、例えばPECVDにより厚さ150nm〜450nm(例えば、300nm)の酸化シリコン膜を堆積する。その後、CMP(Chemical Mechanical Polishing)により、堆積した酸化シリコン膜を平坦化する。この際、平坦化した酸化シリコン膜と導電膜パターン44の間隔が、例えば75nm〜25nm(例えば、50nm)になるように、酸化シリコン膜を平坦化する。これにより図4(c)に示すように、導電膜パターン44を覆う第1絶縁層32a(層間絶縁膜)が形成される。
(2-2) Formation of insulating layer (see FIG. 4C)
Next, a silicon oxide film having a thickness of 150 nm to 450 nm (for example, 300 nm) is deposited on the
以上の例では、第1絶縁層32aおよび導電膜パターン44の下側の絶縁層32b(以下、第2絶縁層と呼ぶ)は、酸化シリコン膜(例えば、SiO2膜)を有する絶縁層である。しかし、第1絶縁層32aおよび第2絶縁層32bは、酸化シリコン膜以外の絶縁膜(例えば、シリコン炭窒化膜(SiCN膜))を有する絶縁層であってもよい。
In the above example, the first insulating
(2−3)ビアの形成(図5(a)〜図6(a)参照)
次に第1絶縁層32aの表面に、厚さ約30nmの反射防止膜40b(図5(a)参照)と、厚さ約130nmのフォトレジスト膜を形成する。その後、フォトリソグラフィによりこのフォトレジスト膜を成形して、コンタクトホール47(図5(b)参照)に対応する開口48aを有するレジストパターン42bを形成する。
(2-3) Formation of vias (see FIGS. 5A to 6A)
Next, an
このレジストパターン42bを介して、反射防止膜40bと第1絶縁層32aと第2絶縁層32bとをドライエッチングによりエッチングして、半導体素子30(図5(b)参照)に達するコンタクトホール47を形成する。その後、反射防止膜40bを除去する。
Through the resist
次に、コンタクトホール47が形成された半導体基板4上に図5(c)に示すように、配線用のバリアメタル膜50(例えば、窒化チタン膜(TiN膜)、窒化タンタル膜(TaN膜)、窒化コバルト膜(CoN膜)等)と配線用の導電膜52(例えば、タングステン膜)を、例えばPVDまたはCVDにより堆積する。
Next, as shown in FIG. 5C, a
その後、導電膜52とバリアメタル膜50をCMPにより除去して図6(a)に示すように、コンタクトホール内に配線54a(以下、ビアと呼ぶ)を形成する。
Thereafter, the
(2−4)溝の形成(図6(b)〜図7(c)参照)
次に、第1絶縁層32aおよびビア54aの上に図6(b)に示すように、厚さ15nm〜45nm(例えば、30nm)の保護膜56(例えば、シリコン炭窒化膜)を、例えばPECVDにより形成する。保護膜56は、ビア54aを酸化から保護する絶縁膜である。
(2-4) Formation of groove (see FIGS. 6B to 7C)
Next, as shown in FIG. 6B, a protective film 56 (for example, a silicon carbonitride film) having a thickness of 15 nm to 45 nm (for example, 30 nm) is formed on the first insulating
この保護膜56上に、厚さ約30nmの反射防止膜40c(図6(c)参照)と、厚さ約130nmのフォトレジスト膜を形成する。その後フォトリソグラフィによりこのフォトレジスト膜を成形して、電気ヒューズ2に対応する開口48bを有するレジストパターン42cを形成する。
On the
このレジストパターン42cを介して、反射防止膜40cと保護膜56と第1絶縁層32aと酸化シリコン膜38とをドライエッチングによりエッチングして図7(a)に示すように、導電膜パターン44の表面を露出させる。これにより、第1絶縁層32aに溝8cが形成される。その後、反射防止膜40cを除去する。
Through the resist
次に、導電膜パターン44が露出した半導体基板4上に図7(b)に示すように、Cuの拡散を抑制する絶縁膜58(例えば、シリコン炭窒化膜)を例えばPECVDにより堆積する。この時、絶縁膜58は、ドライエッチングにより形成された、第1絶縁層32aの側面を覆う。
Next, as shown in FIG. 7B, an insulating film 58 (for example, a silicon carbonitride film) that suppresses diffusion of Cu is deposited on the
この絶縁膜58をドライエッチングにより図7(c)に示すように、導電膜パターン44が露出するまでエッチングする。すると、側面に第1絶縁層32aとは異なる第3絶縁層32c(例えば、シリコン炭窒化膜)を有する溝8bが形成される。
The insulating
以上により、導電膜パターン44が底に配置された溝8bが、第1絶縁層32aに形成される。
As described above, the
(2−5)導電層の形成(図8(a)参照)
次に、図8(a)に示すように、導電膜パターン44上に無電解メッキやCVD(化学気相成長法)により、例えば厚さ25nm〜75nm(好ましくは、50nm)の銅を含む導電層62を成長する。この時、導電層62は、絶縁膜である保護膜56とは密着性が低いため、密着性が高い導電膜パターン44上に選択的に形成される。導電層62は、図2を参照して説明した導電層20の一例である。
(2-5) Formation of conductive layer (see FIG. 8A)
Next, as shown in FIG. 8A, a conductive film containing copper having a thickness of, for example, 25 nm to 75 nm (preferably 50 nm) is formed on the
導電層62は、Ni,Sn,Ag,Co,Ge,Siからなる不純物元素の少なくとも一つを含んでもよい。不純物元素のCuに対する割合は、好ましくは10原子%以下である。
The
以上により導電膜パターン44上に、銅を含み、側面が溝8b(図7(c)参照)の側面と接する導電層62を形成する。具体的には、例えば図8(a)に示すように、第3絶縁層32cに接する導電層62を形成する。これにより、導電層62と導電膜パターン44とバリアメタル・パターン46とを備える電気ヒューズ64が形成される。
Thus, the
導電膜パターン44は、図2を参照して説明した導電膜パターン18の一例である。電気ヒューズ64は、図2を参照して説明した電気ヒューズ2の一例である。
The
なお導電層62は、溝8bから食み出さないように(すなわち、溝8b内に留まるように)形成することが好ましい。バリアメタル・パターン46は、上述したように省略可能である。
The
(2−6)上面バリア絶縁層の形成(図8(b)参照)
図8(b)に示すように、ヒューズ64が形成された半導体基板4上に、例えばPECVDにより、導電層62の上面に接する第4絶縁層32d(例えば、シリコン炭窒化膜)を形成する。
(2-6) Formation of upper surface barrier insulating layer (see FIG. 8B)
As shown in FIG. 8B, a fourth insulating
第3絶縁層32c(図8(a)参照)および第4絶縁層32dは、Cuの拡散を抑制するバリア絶縁層(例えば、シリコン炭窒化膜を有する絶縁膜)である。半導体素子30に要求される信頼性が高くない場合には、第3絶縁層32cおよび第4絶縁層32dの形成は省略することができる。
The third
(2−7)配線層の形成(図9〜図10参照)
第4絶縁層32dが形成された半導体基板4上に、層間絶縁膜66(例えば、シリコン酸化膜)を形成する。この層間絶縁膜66に、少なくともビア54aおよびヒューズ64の両端それぞれに達する複数のコンタクトホールと、コンタクトホール同士を接続する溝(以下、配線溝と呼ぶ)を形成する。
(2-7) Formation of wiring layer (see FIGS. 9 to 10)
An interlayer insulating film 66 (for example, a silicon oxide film) is formed on the
コンタクトホールと配線溝が形成された層間絶縁膜66上に、バリアメタル膜(例えば、窒化タンタル膜(TaN膜))とシード膜(例えば、Cu膜)とを例えばPVD(例えば、スパッタ)により形成する。
A barrier metal film (for example, a tantalum nitride film (TaN film)) and a seed film (for example, Cu film) are formed by, for example, PVD (for example, sputtering) on the
その後、コンタクトホールおよび配線溝を埋め込むCu膜を、例えば電解メッキによりシード膜上に成長する。成長したCu膜のうち溝の外側の部分をCMPにより除去して、ビア54bと配線70を形成する。このCMPにより溝の外側のバリアメタル膜が除去されて、ビア54bおよび配線70の底面と側面を覆うバリアメタル層10bが形成される。
Thereafter, a Cu film filling the contact hole and the wiring groove is grown on the seed film by, for example, electrolytic plating. A portion of the grown Cu film outside the trench is removed by CMP to form a via 54b and a
ビア54bと配線70が形成された層間絶縁膜66上に、例えばバリア絶縁層14bを形成する。以上により、配線層72aが形成される。
For example, the
その後、半導体装置22の構造に応じて、配線層72aに上に更に一又は複数の配線層(図示せず)を形成する。
Thereafter, one or more wiring layers (not shown) are further formed on the
最後に図10に示すように、最上層の配線層72bの上に、外部電極パッド74を形成する。外部電極パッド74は、第1絶縁層32a、第2絶縁層32bおよび配線層72a,72bに形成された配線および/またはビアを介して、半導体素子30および/または電気ヒューズ64に接続される。最上層の配線層72bは、例えばポリイミドなどのパッシベーション膜76で覆われる。
Finally, as shown in FIG. 10,
以上により、実施の形態の半導体装置22が形成される。
Thus, the
(3)ヒューズ近傍の構造
図10に示すように、実施の形態の半導体装置22は、半導体基板4と、半導体基板4上に形成された第1絶縁層32aと、第1絶縁層32aに形成された溝8b(図7(c)参照)とを有する。
(3) Structure near the fuse As shown in FIG. 10, the
半導体装置22は更に、溝8bの底に配置された導電膜パターン44と、(好ましくは、溝8bの中で)導電膜パターン44上に配置され、側面が溝8bの側面と接し銅を含む導電層62とを有する電気ヒューズ64を備えている。
The
実施の形態の半導体装置22では、銅を含む導電層62は側面が絶縁体(図10に示す例では、第3絶縁層32c)に接しているので、側面が金属膜16(図1参照)に接する導電層15より格段にエレクトロマイグレーションが起きやすい。従って、実施の形態の電気ヒューズ64は、図1を参照して説明したヒューズ1より切断が容易である。
In the
(4)使用方法
―不使用SRAM情報の記録―
図11は、後述する不使用SRAM情報をヒューズROM26(図3参照)に記録する手順を説明するフローチャートである。図12は、ヒューズROM26のブロック図の一例である。
(4) Usage -Record of unused SRAM information-
FIG. 11 is a flowchart for explaining a procedure for recording unused SRAM information to be described later in the fuse ROM 26 (see FIG. 3). FIG. 12 is an example of a block diagram of the
図12に示すように、ヒューズROM26は例えば、第1電気ヒューズ2aと第2電気ヒューズ2bとを有する。第1電気ヒューズ2aおよび第2電気ヒューズ2bは、図4〜10を参照して説明した電気ヒューズ64である。
As shown in FIG. 12, the
ヒューズROM26は更に、第1MOS電界効果トランジスタ100aと第2MOS電界効果トランジスタ100bとを有する。第1MOS電界効果トランジスタ100aのソースおよびドレインはそれぞれ、接地面102および第1電気ヒューズ2aの一端に接続されている。同様に、第2MOS電界効果トランジスタ100bのソースおよびドレインはそれぞれ、接地面102および第2電気ヒューズ2bの一端に接続されている。
The
ヒューズROM26は更に、第1電気ヒューズ2aの他端および第2電気ヒューズ2bの他端が接続された切断電源回路110を有する。切断電源回路110は、外部電源から供給される電流を出力する回路である。
The
ヒューズROM26は更に、第1切断判定回路104aと第2切断判定回路104bとを有する。第1切断判定回路104aは、第1電気ヒューズ2aの両端と第1信号線106aとに接続されている。同様に、第2切断判定回路104bは、第2電気ヒューズ2bの両端と第2信号線106bとに接続されている。第1信号線106aおよび第2信号線106bはそれぞれ、冗長選択制御部28(図3参照)に接続さている。
The
ヒューズROM26は更に、第1MOS電界効果トランジスタ100aのゲートおよび第2MOS電界効果トランジスタ100bのゲートに接続された切断制御回路108を有している。
The
不使用SRAM情報は、SRAM24a〜24cのうち使用しないことが決定されたSRAM(以下、不使用SRAMと呼ぶ)を示す情報である。不使用SRAM情報は、図11に示す手順により決定されヒューズROM26に記録される。 The unused SRAM information is information indicating an SRAM (hereinafter, referred to as an unused SRAM) that is determined not to be used among the SRAMs 24a to 24c. The unused SRAM information is determined by the procedure shown in FIG.
先ず、例えばIC(Integrated Circuit)テスターによりSRAM24a〜24cをテストする(S2)。
First, the
テストの結果、不良SRAMが検出された場合、検出した不良SRAMを使用しないSRAMに決定する(S4)。 If a defective SRAM is detected as a result of the test, the detected defective SRAM is determined as an SRAM that does not use (S4).
その後、不使用SRAM情報を作成しヒューズROM26に記録する(S6)。 Thereafter, unused SRAM information is created and recorded in the fuse ROM 26 (S6).
不使用SRAM情報は、具体的には例えばビット列である。図13は、不使用SRAM情報の一例を示す表である。図13の第1列目には、不使用SRAM情報の2桁目(以下、第2ビットと呼ぶ)が示されている。図13の第2列目には、不使用SRAM情報の1桁目(以下、第1ビットと呼ぶ)が示されている。図13の3列目には、不使用SRAMが示されている。例えば、不使用SRAM情報「01」に対応する不使用SRAMは、第1SRAM24aである。不使用SRAM情報「00」は、不使用SRAMがないことを示している。
Specifically, the unused SRAM information is, for example, a bit string. FIG. 13 is a table showing an example of unused SRAM information. The first column of FIG. 13 shows the second digit of unused SRAM information (hereinafter referred to as the second bit). The second column of FIG. 13 shows the first digit of unused SRAM information (hereinafter referred to as the first bit). In the third column of FIG. 13, unused SRAM is shown. For example, the unused SRAM corresponding to the unused SRAM information “01” is the
不使用SRAM情報は例えば以下のように、ヒューズROM26に記録される。図14は、切断された電気ヒューズの状態を説明する図である。
The unused SRAM information is recorded in the
先ず、切断制御回路108(図12参照)に不使用SRAM情報が入力される。すると、切断制御回路108は、入力された不使用SRAM情報に対応する電圧を第1MOS電界効果トランジスタ100aのゲートに印加する。同様に、切断制御回路108は、入力された不使用SRAM情報に対応する電圧を第2MOS電界効果トランジスタ100bのゲートに印加する。その後、切断制御回路108は切断電源回路110を、電流供給可能な状態にする。
First, unused SRAM information is input to the cutting control circuit 108 (see FIG. 12). Then, the
例えば、入力された不使用SRAM情報の第1ビットが「1」の場合、切断制御回路108は、第1MOS電界効果トランジスタ100aのゲートに閾値より高い電圧を印加する。すると、第1MOS電界効果トランジスタ100aが導通し、切断電源回路110から第1電気ヒューズ2aに電流が供給される。この電流供給によりエレクトロマイグレーションが起きて、第1電気ヒューズ2aの導電層62にボイド74(図14参照)が発生する。その結果、第1電気ヒューズ2aの陰極側が切断(断線)される。
For example, when the first bit of the input unused SRAM information is “1”, the
入力された不使用SRAM情報の第1ビットが「0」の場合、切断制御回路108は、第1MOS電界効果トランジスタ100aのゲートに閾値より低い電圧を印加する。この場合、第1MOS電界効果トランジスタ100aは非導通状態になるので、第1電気ヒューズ2aに電流は供給されない。従って第1電気ヒューズ2aは、切断されない。
When the first bit of the inputted unused SRAM information is “0”, the
以上により、第1電気ヒューズ2aに、不使用SRAM情報の第1ビットに対応する情報が記録される。同様に第2電気ヒューズ2bには、不使用SRAM情報の第2ビットに対応する情報が記録される。
As described above, information corresponding to the first bit of the unused SRAM information is recorded in the first
以上の手順(S2〜S6)により、ヒューズROM26に不使用SRAM情報が記録される。不使用SRAM情報の記録後、半導体装置22(図3参照)が再起動されると、ヒューズROM26は、第1信号線106aおよび第2信号線106bに不使用SRAM情報を出力する。
The unused SRAM information is recorded in the
具体的には第1切断判定回路104aが、第1電気ヒューズ2aが断線しているか否か判定する。第1切断判定回路104aは、第1電気ヒューズ2aが断線していると判定すると、第1信号線106aにハイレベル信号を出力する。一方、第1電気ヒューズ2aが断線していない判定した場合、第1切断判定回路104aは第1信号線106aにローレベル信号を出力する。同様に第2切断判定回路104bは、第2電気ヒューズ2bの状態(切断または非切断)に対応する信号(ハイレベル信号またはローレベル信号)を第2信号線106bに出力する。
Specifically, the first
―半導体装置の情報処理―
半導体装置22(図3参照)が起動され情報が入力されると、半導体装置22のCPU(図示せず)は入力された情報を処理し、その結果を出力する。その際、CPUは冗長選択制御部28(図3参照)を介してSRAM24a〜24cにアクセスする。
―Information processing of semiconductor devices―
When the semiconductor device 22 (see FIG. 3) is activated and information is input, the CPU (not shown) of the
具体的にはCPUは、アドレスバス112aを介して、メモリアドレスを冗長選択制御部28に送信する。すると、冗長選択制御部28はヒューズROM26を参照して、メモリアドレスに対応するSRAM(以下、対応SRAMと呼ぶ)が不使用SRAMであるか否か判定する。
Specifically, the CPU transmits the memory address to the redundancy
対応SRAMが不使用SRAMでない場合、冗長選択制御部28は、対応SRAMをデータバス112bに接続する。対応SRAMが不使用SRAMである場合、冗長選択制御部28は、冗長SRAM24dをデータバス112bに接続する。
When the corresponding SRAM is not an unused SRAM, the redundancy
その後CPUは、データバス112bに接続されたSRAMにデータを記録し又はデータバス112bに接続されたSRAMからデータを読み出す。尚、図3には制御バス112cも示されている。
Thereafter, the CPU records data in the SRAM connected to the
実施の形態は、例示であって制限的なものではない。 The embodiment is illustrative and not restrictive.
例えば、実施の形態の半導体装置は、電気ヒューズを有するシステムLSIである。しかし実施の形態の半導体装置は、システムLSI以外の半導体装置であってもよい。例えば、実施の形態の半導体装置は、電気ヒューズを有するPROM(Programmable Read Only Memory)であってもよい。 For example, the semiconductor device of the embodiment is a system LSI having an electrical fuse. However, the semiconductor device according to the embodiment may be a semiconductor device other than the system LSI. For example, the semiconductor device of the embodiment may be a PROM (Programmable Read Only Memory) having an electrical fuse.
また、実施の形態の第3絶縁膜および第4絶縁膜は、シリコン炭窒化膜である。しかし第1絶縁膜および第2絶縁膜は、シリコン炭窒化膜以外の絶縁膜(例えば、炭化シリコン(SiCx)膜)であってもよい。 The third insulating film and the fourth insulating film in the embodiment are silicon carbonitride films. However, the first insulating film and the second insulating film may be insulating films other than the silicon carbonitride film (for example, a silicon carbide (SiC x ) film).
以上の実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。 Regarding the above embodiment, the following additional notes are disclosed.
(付記1)
半導体基板の上方に導電膜パターンを形成する工程と、
前記導電膜パターンを覆う第1絶縁層を形成する工程と、
前記第1絶縁層をエッチングして、前記導電膜パターンが底に配置された溝を前記第1絶縁層に形成する工程と、
前記導電膜パターン上に、銅を含み、側面が前記溝の側面と接する導電層を形成して、前記導電膜パターンと前記導電層とを備えるヒューズを形成する工程とを有する
半導体装置の製造方法。
(Appendix 1)
Forming a conductive film pattern above the semiconductor substrate;
Forming a first insulating layer covering the conductive film pattern;
Etching the first insulating layer to form a groove in the first insulating layer, the conductive film pattern being disposed at the bottom;
Forming a conductive layer containing copper and having a side surface in contact with the side surface of the groove on the conductive film pattern, and forming a fuse including the conductive film pattern and the conductive layer. .
(付記2)
前記導電膜パターンは、Ru,Co,Pd,Os,Mo,Rh,Irからなる群から選択された少なくとも1つの元素を含むことを
特徴とする付記1に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 2)
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to
(付記3)
前記導電膜パターンを形成する工程では、
前記第1絶縁層とは異なる第2絶縁層上に、Ti、TaおよびCoの少なくとも一つの元素を含むバリアメタル膜を形成し、
前記バリアメタル膜上に、前記導電膜パターンに対応する導電膜を形成し、
前記導電膜と前記バリアメタル膜をエッチングして、前記導電膜パターンと前記バリアメタル膜のパターンを形成することを
特徴とする付記1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 3)
In the step of forming the conductive film pattern,
Forming a barrier metal film containing at least one element of Ti, Ta and Co on a second insulating layer different from the first insulating layer;
Forming a conductive film corresponding to the conductive film pattern on the barrier metal film;
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to
(付記4)
前記溝は側面に前記第1絶縁層とは異なる第3絶縁層を有し、前記導電層の側面は前記第3絶縁層と接することを
特徴とする付記1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 4)
4. The
(付記5)
前記導電層の上面に接する第4絶縁層を形成する工程を有することを
特徴とする付記1乃至4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 5)
The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of
(付記6)
前記第1絶縁層はシリコン酸化膜を有し、
前記第2絶縁層はシリコン酸化膜を有し、
前記第3絶縁層はシリコン炭窒化膜を有し、
前記第4絶縁層はシリコン炭窒化膜を有することを
特徴とする付記5に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 6)
The first insulating layer includes a silicon oxide film;
The second insulating layer has a silicon oxide film;
The third insulating layer has a silicon carbonitride film,
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 5, wherein the fourth insulating layer includes a silicon carbonitride film.
(付記7)
前記導電層は、無電解メッキまたは化学気相成長法により形成されることを
特徴とする付記1乃至6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 7)
The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of
(付記8)
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第1絶縁層と、
前記第1絶縁層に形成された溝と、
前記溝の底に配置された導電膜パターンと、前記導電膜パターン上に配置され側面が前記溝の側面と接し銅を含む導電層とを有するヒューズとを備えた
半導体装置。
(Appendix 8)
A semiconductor substrate;
A first insulating layer formed on the semiconductor substrate;
A groove formed in the first insulating layer;
A semiconductor device comprising: a conductive film pattern disposed at a bottom of the groove; and a fuse disposed on the conductive film pattern and having a side surface in contact with the side surface of the groove and a conductive layer containing copper.
(付記9)
前記導電膜パターンは、Ru,Co,Pd,Os,Mo,Rh,Irからなる群から選択された少なくとも1つの元素を含むことを
特徴とする付記8に記載の半導体装置。
(Appendix 9)
9. The semiconductor device according to appendix 8, wherein the conductive film pattern includes at least one element selected from the group consisting of Ru, Co, Pd, Os, Mo, Rh, and Ir.
(付記10)
前記第1絶縁層の下側に配置された第2絶縁層と、
前記第2絶縁層と前記導電膜パターンの間に配置された、Ti、TaおよびCoの少なくとも一つの元素を含むバリアメタル膜のパターンをとを有することを
特徴とする付記8又は9に記載の半導体装置。
(Appendix 10)
A second insulating layer disposed under the first insulating layer;
The barrier metal film pattern including at least one element of Ti, Ta, and Co, disposed between the second insulating layer and the conductive film pattern, Semiconductor device.
(付記11)
前記溝は、側面に前記第1絶縁層と異なる第3絶縁層を有し、
前記導電層の側面は、前記第3絶縁層に接していることを
特徴とする付記8乃至10のいずれか1項に記載の半導体装置。
(Appendix 11)
The groove has a third insulating layer different from the first insulating layer on a side surface,
11. The semiconductor device according to claim 8, wherein a side surface of the conductive layer is in contact with the third insulating layer.
(付記12)
前記導電層の上面に接する第4絶縁層を有することを
特徴とする付記8乃至11のいずれか1項に記載の半導体装置。
(Appendix 12)
The semiconductor device according to any one of appendices 8 to 11, further comprising a fourth insulating layer in contact with an upper surface of the conductive layer.
(付記13)
前記第1絶縁層はシリコン酸化膜を有し、
第2絶縁層はシリコン酸化膜を有し、
前記第3絶縁層はシリコン炭窒化膜を有し、
前記第4絶縁層はシリコン炭窒化膜を有することを
特徴とする付記12に記載の半導体装置。
(Appendix 13)
The first insulating layer includes a silicon oxide film;
The second insulating layer has a silicon oxide film,
The third insulating layer has a silicon carbonitride film,
13. The semiconductor device according to
2・・・電気ヒューズ
4・・・半導体基板
8a,8b・・・溝
18・・・導電膜パターン
20・・・導電層
22・・・半導体装置
32a・・・第1絶縁層
32b・・・第2絶縁層
32c・・・第3絶縁層
32d・・・第4絶縁層
34・・・バリアメタル膜
36・・・導電膜
44・・・導電膜パターン
46・・・バリアメタル膜のパターン
62・・・導電層
64・・・電気ヒューズ
2 ...
Claims (6)
前記導電膜パターンを覆う第1絶縁層を形成する工程と、
前記第1絶縁層をエッチングして、前記導電膜パターンが底に配置された溝を前記第1絶縁層に形成する工程と、
前記導電膜パターン上に、銅を含み、側面が前記溝の側面と接する導電層を形成して、前記導電膜パターンと前記導電層とを備えるヒューズを形成する工程とを有する
半導体装置の製造方法。 Forming a conductive film pattern above the semiconductor substrate;
Forming a first insulating layer covering the conductive film pattern;
Etching the first insulating layer to form a groove in the first insulating layer, the conductive film pattern being disposed at the bottom;
Forming a conductive layer containing copper and having a side surface in contact with the side surface of the groove on the conductive film pattern, and forming a fuse including the conductive film pattern and the conductive layer. .
特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the conductive film pattern includes at least one element selected from the group consisting of Ru, Co, Pd, Os, Mo, Rh, and Ir.
特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the groove has a third insulating layer different from the first insulating layer on a side surface, and the side surface of the conductive layer is in contact with the third insulating layer. Production method.
前記半導体基板上に形成された第1絶縁層と、
前記第1絶縁層に形成された溝と、
前記溝の底に配置された導電膜パターンと、前記導電膜パターン上に配置され側面が前記溝の側面と接し銅を含む導電層とを有するヒューズとを備えた
半導体装置。 A semiconductor substrate;
A first insulating layer formed on the semiconductor substrate;
A groove formed in the first insulating layer;
A semiconductor device comprising: a conductive film pattern disposed at a bottom of the groove; and a fuse disposed on the conductive film pattern and having a side surface in contact with the side surface of the groove and a conductive layer containing copper.
特徴とする請求項4に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 4, wherein the conductive film pattern includes at least one element selected from the group consisting of Ru, Co, Pd, Os, Mo, Rh, and Ir.
前記導電層の側面は、前記第3絶縁層に接していることを
特徴とする請求項4又は5に記載の半導体装置。 The groove has a third insulating layer different from the first insulating layer on a side surface,
The semiconductor device according to claim 4, wherein a side surface of the conductive layer is in contact with the third insulating layer.
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