JP3790469B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に関し、より詳細には、ダマシンプロセスにより製造される半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体装置の集積度の向上と共に、配線の微細化が要求されている。配線を形成する方法としては、アルミニウム膜上にバリアメタル層を形成し、これらアルミニウム膜とバリアメタル層とを直接パターニングして、アルミニウム配線を形成する方法がある。但し、この方法では、パターニングの際にアルミニウム膜のエッチングが横方向に進行するので、配線幅が不必要に狭くなるうえ、バリアメタル層がアルミニウム配線上に庇のように残存してしまう。このように、この方法では、配線を精密に加工するのが困難であり、配線の微細化を進めるのに限界が生じる。
【0003】
これに対し、いわゆるダマシンプロセスでは、上記のように金属膜を直接パターニングしない。その代わり、絶縁膜をエッチングして溝を形成し、この溝に銅等の金属を埋め込むことで配線を形成する。エッチング対象が絶縁膜だから、ダマシンプロセスでは上記のような不都合が生じず、配線を所望に微細化することができる。しかも、ダマシンプロセスでは、アルミニウム配線よりも低抵抗の銅配線を形成することができるから、半導体装置の動作速度を速めることもできる。
【0004】
係るダマシンプロセスは、大別すると、シングルダマシンプロセスとデュアルダマシンプロセスとに分けられる。
【0005】
図23は、シングルダマシンプロセスにより製造された従来例に係る半導体装置の断面図である。同図において、3は、バリアメタル層2と金属膜1とで構成される第1配線である。係る第1配線3は、絶縁膜12の配線溝12aに埋め込まれる。
【0006】
一方、8は、バリアメタル層6と金属膜7とで構成される第2配線であって、上側絶縁膜5の配線溝5aに埋め込まれる。この第2配線8と、上述の第1配線3とは、導電性プラグ11(以下プラグと言う)により電気的に接続される。係るプラグ11は、バリアメタル層9と金属膜10との2層構造を有し、下側絶縁膜4のビアホール4aに埋め込まれる。
【0007】
シングルダマシンプロセスで上記の構造を得るには、下側絶縁膜4を形成後、ビアホール4aにプラグ11を埋め込む。その後、下側絶縁膜4上に上側絶縁膜5を形成し、該上側絶縁膜5に配線溝5aを形成する。そして、この配線溝5aに、プラグ11に繋がる第2配線8を埋め込む。
【0008】
このように、シングルダマシンプロセスにおいては、プラグ11と第2配線8とが別々に形成されるので、金属膜10と金属膜7とがバリアメタル層6により隔離された構造となる。
【0009】
一方、図24は、デュアルダマシンプロセスにより製造された従来例に係る半導体装置の断面図である。同図において、図23と同じ構成部材には図23におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【0010】
デュアルダマシンプロセスでこの構造を得るには、下側絶縁膜4と上側絶縁膜5とを積層した後、これらの絶縁膜に配線溝5aとビアホール4aとを形成する。そして、この配線溝5aとビアホール4aの各内壁に、バリアメタル層13を同時に形成する。その後、このバリアメタル層13上に金属膜14を形成することにより、プラグ11と第2配線8とを同時に形成する。係るプラグ11及び第2配線8は、いずれもバリアメタル層13と金属膜14との2層構造を有する。
【0011】
このように、デュアルダマシンプロセスでは、プラグ11と第2配線8とが同時に形成される。よって、プラグ11と第2配線8とは、バリアメタル層により隔離されることなく、一体的に形成される。
【0012】
上述した如く、シングルダマシンプロセス及びデュアルダマシンプロセスのいずれの場合であっても、配線を所望に微細化できるから、半導体装置の集積度を向上させることができる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、係る半導体装置には、ストレスマイグレーション耐性を向上させるという点で、なお改善の余地がある。ストレスマイグレーションとは、金属膜14と絶縁体(上側絶縁膜5や下側絶縁膜4)との熱膨張率等の物性定数の差に起因して、ビアホール4a内で金属膜14(場合によってはバリアメタル層13も)が浮き上がり、プラグ11と第1配線3とが接続不良を起こすことを言う。
【0014】
ダマシンプロセスによってではなく、アルミニウム膜を直接パターニングすることによって形成したアルミニウム配線では、このストレスマイグレーションは配線長が長いほど生じやすいことが知られている。なお、本明細書において配線長とは、同一配線上の2つの隣接するプラグの中心間距離を言う(図24参照)。
【0015】
一方、ダマシンプロセスでは、ストレスマイグレーションがこのように配線長依存性を示すことは知られていない。
【0016】
しかし、本願発明者は、ダマシンプロセスで形成された第2配線8も上述の配線長依存性を示し、配線長が長いほどストレスマイグレーションが生じ易いことを見出した。特に、本願発明者は、シングルダマシンプロセスと比較して、デュアルダマシンプロセスで形成された配線において、ストレスマイグレーションが生じ易いことを見出した。
【0017】
これは、デュアルダマシンプロセスでは、図24に示されるように、プラグ11と第2配線8とが一体的に形成されるため、プラグ11の金属膜14が熱ストレスにより容易に第2配線8側に移動できるからである。係る事情は、プラグ11と第2配線8とがバリアメタル層6(図23参照)で隔離されるシングルダマシンプロセスでは生じ難い。
【0018】
上記のようにストレスマイグレーションが生じ易いと、製造過程中の熱プロセスにおいて不良率が増大するから、半導体装置の製造コストが高くなるという不都合が生じる。
【0019】
本発明は係る従来例の問題点に鑑みて創作されたものであり、従来よりもストレスマイグレーション耐性が向上された半導体装置を提供することを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、第1配線の表面と第1絶縁膜の表面とが連続した実質的平坦な表面の上に形成され、前記第1配線を覆う第2絶縁膜と、前記第2絶縁膜に形成される配線溝と、前記第2絶縁膜に形成され、前記配線溝から前記第1配線に至る接続孔と、前記第2絶縁膜に形成され、前記配線溝から前記第1配線の非形成領域に至るダミー接続孔と、前記第1配線と電気的に接続するように前記接続孔および前記配線溝に埋め込まれ、かつ前記ダミー接続孔にも埋め込まれてなり、その表面が前記第2絶縁膜の表面と連続した実質的平坦をなすように形成される第2配線とを備え、前記接続孔に埋め込まれた前記第2配線と、前記ダミー接続孔に埋め込まれた前記第2配線と、前記配線溝に埋め込まれた前記第2配線とが同一材料であり且つ一体化してなることを特徴とする半導体装置によって解決する。
【0021】
本発明によれば、第2絶縁膜の接続孔に埋め込まれた部位の第2配線が導電性プラグとして供され、また、第2絶縁膜のダミー接続孔に埋め込まれた部位の第2配線が導電性ダミープラグとして供される。
【0022】
以下では、これらのプラグ(導電性プラグと導電性ダミープラグとを含む)同士の位置関係を議論する場合があるが、係る議論は、上述の位置関係を接続孔(接続孔とダミー接続孔とを含む)同士の位置関係に置き換えても良いことに注意されたい。
【0023】
本発明では、隣接する導電性プラグ間の距離で元々定義される第2配線の配線長が、導電性ダミープラグを設けることにより、当該導電性ダミープラグと導電性プラグとの距離に見かけ上短くされ、配線長が長い場合に頻発するストレスマイグレーションが低減される。
【0024】
また、シミュレーション結果によれば、ベタ状の第2配線に導電性プラグを1つだけ設けた場合のように、第2配線の配線長が定義されない場合であっても、当該導電性プラグの周囲に導電性ダミープラグを複数設けることで、ストレスマイグレーションが低減されることが明らかとなった。
【0025】
更に、第1配線の非形成領域にダミー配線を設け、第2絶縁膜のダミー接続孔をこのダミー配線に至るように形成しても良い。このようにすると、導電性ダミープラグがダミー配線に接続される。そして、ダミー配線を土台にするこの導電性ダミープラグによって、第2配線が強固に支持され得るから、第2絶縁膜と第2配線との積層体の機械的強度が高められる。
【0026】
ダミー配線を設ける場合は、当該ダミー配線と第1配線とを合わせた配線占有率を面内略一定にするのが好適である。このようにすると、CMP(化学機械研磨)を行う際、ダミー配線や第1配線の研磨後の高さを所望にコントロールし易くなる。
【0027】
また、ストレスマイグレーションは、隣接する導電性ダミープラグ同士の間隔(すなわちダミー接続孔同士の間隔)p1が1μm以下の範囲で好適に低減される。
【0028】
特に、間隔p1が0.6μm以下となると、ストレスマイグレーションが一層効果的に低減される。
【0029】
同様に、隣接する導電性プラグと導電性ダミープラグ同士の間隔(すなわち接続孔とダミー接続孔同士の間隔)p2を1μm以下としても、ストレスマイグレーションが好適に低減される。
【0030】
そして、この間隔p2を0.6μm以下とすると、ストレスマイグレーションが一層効果的に低減される。
【0031】
また、一つの領域に第2配線が複数配置される場合は、隣接する第2配線の配線間容量を低減するのが好適である。これを行うには、一方の第2配線の一部の導電性プラグ又は導電性ダミープラグと、他方の第2配線の一部の導電性プラグ又は導電性ダミープラグとが、隣接する2つの第2配線のいずれか一方の延在方向の直交方向に隣り合わないようにすれば良い。このようにすると、隣接する第2配線の各プラグ(導電性プラグと導電性ダミープラグとを含む)が隣り合わないので、当該プラグ間の対向容量が低減されて、その対向容量により第2配線の配線間容量が増大するのが防がれる。
【0032】
また、第2配線の上に、更に、この第2配線を覆う第3絶縁膜を形成しても良い。この場合、第2絶縁膜と同じように、この第3絶縁膜に配線溝、接続孔、及びダミー接続孔を形成し、これらに第3配線を埋め込む。
【0033】
このように第3配線を設ける場合は、当該第3配線と先の第2配線との配線間容量を低減するのが好ましい。これを行うには、第3配線の上から見た場合に、第2配線の一部の導電性プラグ又は導電性ダミープラグと、第3配線の一部の導電性プラグ又は導電性ダミープラグとが、第2配線と第3配線のいずれか一方の延在方向の直交方向に隣り合わないようにすればよい。このようにすると、異なる配線(第2配線と第3配線)の各プラグ(導電性プラグと導電性ダミープラグとを含む)同士が隣り合わないので、当該プラグ間の対向容量が低減されて、その対向容量により第2配線と第3配線との配線間容量が増大するのが防がれる。
【0034】
また、第1絶縁膜や第2絶縁膜としては、ポリアリールエーテル系材料からなる膜を有するものが好ましい。このような絶縁膜を使用することで、配線間容量が低減され、半導体装置が高速化される。
【0035】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【0036】
(1)第1の実施の形態
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【0037】
図1において、20は下地層である。この下地層20は、例えばシリコンウエハ(半導体基板)の活性領域にMOSFETを形成した後、その表面上に絶縁膜を形成し、この絶縁膜に導電性プラグを埋め込んだ構造を有する。係る下地層20の上には、低誘電率絶縁膜23(膜厚:約250nm)とシリコン酸化膜24(膜厚:約250nm)とが積層される。そして、これら低誘電率絶縁膜23とシリコン酸化膜24により、第1絶縁膜95が構成される。
【0038】
本明細書で低誘電率膜とは、シリコン酸化膜の誘電率(4.1)よりも低い誘電率の絶縁膜を言う。そのような絶縁膜としては、例えば、ポリアリールエーテル系材料からなる絶縁膜がある。そして、このポリアリールエーテル系材料からなる絶縁膜としては、SiLK(ダウコーニング社の商標)がある。係るSiLKは、誘電率が低いため配線間容量を低減することができ、半導体装置を高速化することができる。
【0039】
これら低誘電率絶縁膜23とシリコン酸化膜24には、各々開口23a、24aが形成される。これらの開口23a、24aの内壁には、バリアメタル層21(膜厚:約50nm)が形成される。係るバリアメタル層21は、例えばTa(タンタル)等の高融点金属からなる。
【0040】
22はこのバリアメタル層21上に形成された銅膜であり、係る銅膜22とバリアメタル層21とにより第1配線36が構成される。バリアメタル層21により、銅膜22内の銅が低誘電率絶縁膜23やシリコン酸化膜24に拡散するのが防がれる。
【0041】
係る第1配線36を形成するには、まず、開口23a、24aの各内壁にバリアメタル層21を形成し、その上に銅膜22を形成する。そして、シリコン酸化膜24よりも上に形成されたこれらのバリアメタル層21と銅膜22とをCMP法(化学機械研磨法)により研磨して除去することで、上述の構造が得られる。CMPを行うので、第1配線36と第1絶縁膜95の各表面は実質的に平坦となる。
【0042】
そして、これら第1配線36と第1絶縁膜95の各表面が連続した実質的平坦な表面上に第2絶縁膜29が形成される。第1配線36は、この第2絶縁膜29によって覆われる。第2絶縁膜29は、下側絶縁膜38と上側絶縁膜28とを積層してなるが、これらの絶縁膜38、28も種々の絶縁膜を積層してなる。例えば、下側絶縁膜38は、シリコン窒化膜37(膜厚:約50nm)とシリコン酸化膜25(膜厚:約700nm)とを積層してなる。そして、上側絶縁膜28は、低誘電率絶縁膜26(膜厚:約250nm)とシリコン酸化膜27(膜厚:約250nm)とを積層してなる。このうち、低誘電率絶縁膜26としては、先の低誘電率膜23と同様の材料を使用することができ、例えばSiLK等を使用し得る。
【0043】
28aは、上側絶縁膜28に形成された配線溝である。この配線溝28aは、低誘電率絶縁膜26とシリコン酸化膜27の各開口26b、27bにより構成される。下側絶縁膜38には、この配線溝28aから第1配線36に至るビアホール(接続孔)38aと、配線溝28aから第1配線36の非形成領域に至るダミービアホール(ダミー接続孔)38bとが形成される。これらビアホール38a及びダミービアホール38bは、いずれもシリコン窒化膜37とシリコン酸化膜25の各開口37a、25aにより構成される。
【0044】
30は、ビアホール38a、及びダミービアホール38bの各内壁に形成されるバリアメタル層(膜厚:約50nm)であり、例えばTa(タンタル)等の高融点金属からなる。このバリアメタル層30は、ビアホール38aの底に露出する第1配線36上にも形成される。そして、上述のビアホール38a、ダミービアホール38b、及び配線溝28aには、バリアメタル層30を介して銅膜31が埋め込まれる。
【0045】
39は、配線溝28aに埋め込まれた第2配線であり、バリアメタル層30と銅膜31との2層構造を有する。そして、この第2配線39上には、シリコン窒化膜63が形成される。
【0046】
第2配線39は、ビアホール38a及びダミービアホール38bにも埋め込まれる。第2配線39において、ビアホール38aに埋め込まれた部位は、導電性プラグ32(以下プラグと言う)として供される。一方、第2配線39において、ダミービアホール38bに埋め込まれた部位は、導電性ダミープラグ(以下ダミープラグと言う)として供される。
【0047】
なお、以下では、プラグ(プラグ32とダミープラグ34とを含む)同士の位置関係を議論する場合があるが、係る位置関係は、ホール(ビアホール38aとダミービアホール38bとを含む)同士の位置関係に置き換えられることに注意されたい。
【0048】
この半導体装置は、後述の如く、デュアルダマシンプロセスにより製造される。従って、第2配線39は、プラグ32及びダミープラグ34と一体化してなる。係る特徴は、配線とプラグとの間にバリアメタル層が介在するシングルダマシンプロセスには見られない。
【0049】
また、プラグ32は、第1配線36にも電気的に接続されて、当該第1配線36と第2配線39とを電気的に接続するように機能する。
【0050】
一方、ダミープラグ34は本発明の一特徴をなす。図中、Lは、隣接するプラグ32、32の中心間距離である。ダミープラグ34が無い場合は、このLが第2配線39の配線長となる。
【0051】
ところが、本発明の如く、ダミービアホール38bを設け、そこにダミープラグ34を埋め込むと、隣接するプラグ(プラグ32とダミープラグ34とを含む)間の距離が、見かけ上L1やL2となり、先のLよりも短くなる。よって、本発明では、配線長が長い場合に頻発するストレスマイグレーションを抑えることができ、ビアホール38a内において銅膜31が浮き上がるのが抑えられ、プラグ32と第1配線36との接続不良を防止できる。これにより、熱プロセスにおける半導体装置の不良率が低下するから、結果的に半導体装置の歩留まりが向上し、半導体装置の製造コストを削減することができる。
【0052】
また、ダミープラグ34を設けた部位においては、第2配線39の断面積が増えるので、配線抵抗も減少させることができる。これにより、半導体装置を高速化させることも可能となる。
【0053】
更に、このダミープラグ34は、電子と共に第2配線39中を移動する銅原子の供給源ともなり得るから、銅原子が不足して第2配線39が断線する所謂エレクトロマイグレーションも防止できる。
【0054】
ダミービアホール38bの個数は限定されない。任意個数のダミービアホール38bを設けることで、上述の利点を得ることができる。
【0055】
図1において、40は、第1配線36とは異電位の異電位配線である。上述のダミービアホール38bは、この異電位配線40を外して形成するのが好ましい。これは、ダミープラグ34が異電位配線40に接続されると、第1配線36と異電位配線40とが電気的に接続されてしまい、回路が所望に機能しなくなるからである。
【0056】
なお、各プラグの平面配置は図2のようになる。図2は、本実施形態に係る半導体装置の平面図である。同図では、各プラグの配置を見やすくするため、下地層20(図1参照)や各絶縁膜を省いてある。また、先の図1は、図2のI−I線断面図に相当する。
【0057】
次に、本実施形態に関し、本願発明者が行ったシミュレーション結果について、図19(a)〜(b)及び図20(a)〜(b)を参照して説明する。
【0058】
図19(a)は、本実施形態に係る半導体装置の第1のシミュレーション結果について示すグラフであり、図19(b)は、そのシミュレーションで使用したモデルの断面図である。そして、図20(a)は、本実施形態に係る半導体装置の第2のシミュレーション結果について示すグラフであり、図20(b)は、そのシミュレーションで使用したモデルの断面図である。
【0059】
図19(a)〜(b)及び図20(a)〜(b)のシミュレーションでは、隣接するプラグ32、32の中心間距離(すなわち配線長)を10μmに固定した。そして、プラグ32及びダミープラグの34のモデルとして、直径が0.15μmで高さが0.42μmの円柱を使用した。
【0060】
第1のシミュレーション(図19(a)〜(b))では、隣接するダミープラグ34間のピッチ(間隔)p1を変化させ、プラグ32の上面と下面における応力の垂直成分の差Δσを見た。差Δσが大きいと、プラグ32にかかる垂直方向の力が大きくなるから、プラグ32が第1配線36(図1参照)から剥がれやすくなる。換言するなら、差Δσが大きいと、ストレスマイグレーションが生じやすい。
【0061】
図19(a)から分かるように、ピッチp1が1μmより小さい範囲で差Δσが減少傾向にあり、ストレスマイグレーションが生じ難くなる。特に、ピッチp1が0.6μm以下になると、差Δσが急激に小さくなる。よって、ストレスマイグレーションを防ぐには、ピッチp1は1μm以下が好適である。そして、ストレスマイグレーションを一層効果的に防ぐには、ピッチp1は0.6μm以下が好適である。
【0062】
また、第2のシミュレーション(図20(a)〜(b))では、第1ピッチp2(隣接するプラグ32とダミープラグ34の間隔)を変化させ、上述の差Δσの第1ピッチ依存性を見た。なお、隣接するダミープラグ34同士の間隔は、0.3μmに固定している。
【0063】
図20(a)から分かるように、差Δσは、第1ピッチp2が1μmより小さい範囲で減少傾向にあり、ストレスマイグレーションが生じ難くなる。特に、第1ピッチp2が0.6μm以下になると、差Δσが急激に小さくなる。よって、ストレスマイグレーションを防ぐには、第1ピッチp2は1μm以下が好適である。そして、ストレスマイグレーションを一層効果的に防ぐには、第1ピッチp2は0.6μm以下が好適である。
【0064】
(2)第2の実施形態
図3は、本実施形態に係る半導体装置の断面図である。図3において、図1で説明した部材には図1と同様の符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【0065】
本実施形態では、図3に示す如く、第1配線36の非形成領域にダミー配線41を設け、ダミービアホール38bをこのダミー配線41に至るように形成する。そして、ダミープラグ34をこのダミー配線41に接続するように形成する。なお、配線の非形成領域とは、配線が形成される層内において、当該配線が形成されない領域を言う。このダミー配線41も、第1配線39と同様に、バリアメタル層21と銅膜22との2層構造を有する。
【0066】
これによれば、ダミー配線41を土台にするダミープラグ34によって第2配線39が強固に支持され得るから、第2絶縁膜29と第2配線39との積層体の機械的強度を高めることができる。係る利点は、第2絶縁膜29全体の誘電率を下げるべく、SiLK等からなる低誘電率絶縁膜をシリコン酸化膜25に代えて使用した場合に特に有用である。この場合に本実施形態を適用すると、低誘電率絶縁膜の機械的強度の弱さに起因して、当該低誘電率絶縁膜と第2配線39との積層体の強度が落ちるのを防ぐことができる。
【0067】
なお、本実施形態での各プラグの平面配置は図4のようになる。図4は、本実施形態に係る半導体装置の平面図である。同図では、各プラグの配置を見やすくするため、下地層20(図3参照)や各絶縁膜を省いてある。また、先の図3は、図4のII−II線断面図に相当する。
【0068】
(3)第3の実施形態
図5(a)〜(c)は、本実施形態に係る半導体装置の平面図である。これらの図では、各プラグの平面配置や第2配線39の平面形状を見やすくするため、下地層20(図1、3参照)や各絶縁膜を省いてある。
【0069】
上記第1及び第2の実施の形態では、図2や図4で示したように、第2配線39の平面形状はライン状であった。しかし、第2配線39の平面形状はライン状に限定されない。その平面形状は、図5(a)〜(c)に示すようなベタ状でも良い。
【0070】
図5(a)は、ベタ状の第2配線39の中央付近にプラグ32を設け、当該プラグ32の周囲にダミープラグ34を複数設けた例である。
【0071】
図5(b)は、ベタ状の第2配線39の一縁部にプラグ32を設け、その一縁部の近傍にダミープラグ34を複数設けた例である。
【0072】
また、図5(c)は、ベタ状の第2配線39の一隅にプラグ32を設け、その一隅の近傍にダミープラグ34を複数設けた例である。
【0073】
図5(a)〜(c)のいずれの例でも、第1の実施の形態と同様の利点を得ることができる。
【0074】
次に、本実施形態に関し、本願発明者が行ったシミュレーション結果について、図21(a)〜(c)及び図22を参照して説明する。
【0075】
図21(a)〜(c)は、シミュレーションで使用したモデルの平面図である。
【0076】
図21(a)は、ダミープラグ34を設けず、ベタ状の第2配線39にプラグ32を単独で設けた場合である。
【0077】
図21(b)は、プラグ32の周囲に1重のダミープラグ34を設けた場合である。
【0078】
そして、図21(c)は、プラグ32の周囲にダミープラグ34を2重に設けた場合である。
【0079】
図21(a)〜(c)のいずれの場合においても、プラグ32及びダミープラグの34のモデルとして、直径が0.15μmで高さが0.42μmの円柱を使用した。また、第2配線39の幅は2μmに固定した。そして、隣接するプラグ(プラグ32及びプラグ34を含む)の間隔は、0.3μmに固定した。
【0080】
シミュレーション結果は図22の通りである。図22において、縦軸のΔσの意味は、図19で説明したのと同様であり、それはプラグ32の上面と下面における応力の垂直成分の差を意味する。
【0081】
図22から分かるように、プラグ32を単独で設けた場合(図21(a)参照)は、差Δσが大きく、ストレスマイグレーションが生じやすい。一方、ダミープラグ34を1重及び2重に設けた場合(図21(b)及び(c)参照)は、単独で設けた場合よりも差Δσが小さくなり、ストレスマイグレーションが生じにくいことが分かる。
【0082】
よって、ベタ状の第2配線39にプラグ32を1つだけ設けた場合のように、第2配線39の配線長が定義されない場合であっても、プラグ32の周囲にダミープラグ34を複数設けることで、ストレスマイグレーションを低減することができる。このことは、換言するなら、ビアホール38aの周囲にダミービアホール38bを複数設けることで、ストレスマイグレーションが低減されることを意味する。
【0083】
(4)第4の実施の形態
図6は、本実施形態に係る半導体装置の平面図である。図6では、各プラグや第2配線39の平面配置を見やすくするため、下地層20(図1、3参照)や各絶縁膜を省いてある。また、図7は、図6のIII−III線断面図である。後述のように、本実施形態は、半導体装置の動作速度を速めるのに好適である。
【0084】
図6に示すように、本実施形態では、1つの領域Aに第2配線39が間隔を置いて複数配置される。そして、隣接する2つの第2配線39において、一方の第2配線39のダミープラグ34と、他方の第2配線39のダミープラグ34とが、第2配線39の延在方向の直交方向に隣り合わない。ここで、延在方向とは、隣接する2つの第2配線のいずれか一方の延在方向を言う。
【0085】
これによれば、隣接する第2配線39のダミープラグ34同士が隣り合わないので、当該ダミープラグ34間の対向容量が低減され、その対向容量により第2配線39間の配線間容量が増大してしまうのを防ぐことができる。
【0086】
上記では、ダミープラグ34同士の対向容量を考えた。しかしながら、上記はプラグ32にも適用し得る。プラグ32に適用することで、隣接する第2配線39のプラグ32同士の対向容量も低減できる。更に、異種のプラグ(プラグ32とダミープラグ34)に上記を適用すれば、プラグ32とダミープラグ34の対向容量も低減できる。
【0087】
上記の利点を得るために対象となるプラグ32及びダミープラグ34の数は限定されない。各第2配線39の一部のプラグ32又はダミープラグ34に上記を適用することで、第2配線39の配線間容量を低減できる。
【0088】
(5)第5の実施の形態
図8は、本実施形態に係る半導体装置の断面図である。同図において、上記で既に説明した部材には上記と同様の符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【0089】
第1〜第4の実施の形態では、配線は、第1配線36と第2配線39の2層であったが、配線の層数は2層に限定されない。本実施形態では、図8に示すように、第2配線39よりも上に更に第3配線51を設け、配線の層数を3層にする。
【0090】
この第3配線51は、銅膜71とバリアメタル層72との2層構造を有し、配線溝69aに埋め込まれる。係る配線溝69aは、上側絶縁膜69に形成される。この上側絶縁膜69は、低誘電率絶縁膜65(膜厚:約250nm)とシリコン酸化膜66(膜厚:約250nm)とにより構成される。このうち、低誘電率絶縁膜65としては、既に説明した低誘電率膜23、26と同様の材料を使用することができ、例えばSiLK等を使用し得る。そして、先の配線溝69aは、これら低誘電率絶縁膜65とシリコン酸化膜66の各開口65b、66bにより構成される。
【0091】
図中、68は、シリコン窒化膜63(膜厚:約50nm)とシリコン酸化膜64(膜厚:約700nm)とにより構成される下側絶縁膜である。
【0092】
68aは、ビアホール(接続孔)であって、第2配線39に至るように下側絶縁膜68に形成される。係るビアホール68aは、シリコン窒化膜63とシリコン酸化膜64の各開口63a、64aにより構成される。
【0093】
また、68bはダミービアホール(ダミー接続孔)であって、第2配線39の非形成領域に至るように、下側絶縁膜68に形成される。係るダミービアホール68bは、シリコン窒化膜63とシリコン酸化膜64の各開口63b、64bにより構成される。
【0094】
第3配線51は、これらビアホール68a及びダミービアホール68bにも埋め込まれる。以下では、第3配線51において、ビアホール68aに埋め込まれた部位をプラグ53と称し、ダミービアホール68aに埋め込まれた部位をダミープラグ52と称す。
【0095】
そして、上述の下側絶縁膜68と上側絶縁膜69とにより、第3絶縁膜70が構成される。なお、73は、第3配線51を覆うシリコン窒化膜である。
【0096】
図9は、本実施形態に係る半導体装置の平面図である。
【0097】
第3配線51の平面形状は限定されない。第3配線51は、ライン状であっても良いし、図9のようにベタ状であっても良い。
【0098】
図9において、60は、第2配線39及び第3配線51とは異電位の異電位配線であって、第2配線39と同一層内に形成される。第3配線51のダミープラグ52は、この異電位配線60を外して形成するのが好ましい。これは、ダミープラグ52が異電位配線60に接続されると、第2配線39と異電位配線60とが電気的に接続されてしまい、回路が所望に機能しなくなるからである。
【0099】
そして、61は、第2配線39と同一層内に形成されたダミー配線である。ダミープラグ52は、このダミー配線61に接続されても良い。このように接続すると、第2の実施形態と同じ理由により、シリコン酸化膜64(図8参照)と第3配線51との積層体の機械的強度を高めることができる。
【0100】
また、図10は、本実施形態に係る別の半導体装置の平面図である。そして、図11は、図10のIV−IV線断面図である。
【0101】
第4の実施の形態では、同一層内の配線間容量(すなわち第2配線39同士の容量)を低減することについて説明した。配線間容量は、同一層内だけでなく、異層間でも低減するのが好ましい。
【0102】
本実施形態では、この異層間の配線間容量を低減するため、各プラグを図10のように配置する。係る配置によれば、第3配線51の上から見た場合に、第2配線39のダミープラグ34と、第3配線51のダミープラグ52とは、第2配線39の延在方向の直交方向に隣り合わない。なお、第2配線39の延在方向に代えて、第3配線51の延在方向を考えても、以下の議論は成立する。
【0103】
これによれば、第2配線39のダミープラグ34と、第3配線51のダミープラグ52とが隣り合わないので、当該ダミープラグ34、52間の対向容量が低減され、その対向容量により第2配線39と第3配線51との配線間容量が増大してしまうのを防ぐことができる。
【0104】
上記では、ダミープラグ34、52間の対向容量を考えた。しかしながら、上記と同様のことをプラグ32、53に適用すれば、これらのプラグ32、53間の対向容量も低減できる。更に、異種のプラグ(プラグ32とダミープラグ52、又はプラグ53とダミープラグ34)に上記を適用すれば、これらのプラグ間の対向容量も低減できる。
【0105】
上記の利点を得るために対象となるプラグ32、53及びダミープラグ34、52の数は限定されない。第2配線39及び第3配線51の一部のプラグ32、51及び一部のダミープラグ34、52に上記を適用することで、第2配線39と第3配線51との配線間容量を低減できる。
【0106】
(6)製造方法の説明
次に、上述の半導体装置の製造方法について、図12(a)〜(d)、図13(a)〜(c)、図14(a)〜(c)、図15(a)〜(c)、及び図16を参照して説明する。図12(a)〜(d)、図13(a)〜(c)、図14(a)〜(c)、図15(a)〜(c)、及び図16は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について示す断面図である。この製造方法は、配線とプラグとが一体的に形成される所謂デュアルダマシンプロセスである。
【0107】
まず最初に、図12(a)に示すように、下地層20上に低誘電率絶縁膜23(膜厚:約250nm)を形成する。この下地層20は、例えばシリコンウエハ(半導体基板)の活性領域にMOSFETを形成した後、その表面上に絶縁膜を形成し、この絶縁膜に導電性プラグを埋め込んだ構造を有する。
【0108】
また、低誘電率絶縁膜23としては、SiLKを使用し得る。SiLKは、スピンコートにより塗布された後、400℃、30分程度の熱処理により硬化される。
【0109】
その後、この低誘電率絶縁膜23上に、シリコン酸化膜24(膜厚:約250nm)を形成する。シリコン酸化膜24を形成するには、例えば、公知のプラズマCVD法(プラズマ化学的気相成長法)が使用される。
【0110】
そして、このシリコン酸化膜24上にフォトレジスト層54を形成する。フォトレジスト層54には、フォトリソグラフィにより、配線パターン形状を有する開口54aが形成される。
【0111】
次いで、図12(b)に示すように、フォトレジスト層54をエッチングマスクにし、シリコン酸化膜24をエッチングする。このエッチングにより、開口54aがシリコン酸化膜24に転写され、開口24aがシリコン酸化膜24に形成される。また、このエッチングは、RIE(Reactive Ion Etching)により行われ、それにはCF系のエッチングガスが使用される。
【0112】
その後、シリコン酸化膜24をエッチングマスクにし、低誘電率絶縁膜23をエッチングする。このエッチングにより、開口24aが低誘電率絶縁膜23に転写され、開口23aが低誘電率絶縁膜23に形成される。また、このエッチングにおけるエッチングガスとしては、H2とNH3との混合ガスをプラズマ化したものが使用される。係るエッチングガスに対し、フォトレジスト層54は、低誘電率絶縁膜23と略同程度のエッチングレートを有する。よって、低誘電率絶縁膜23がエッチングされるのと同時に、フォトレジスト層54が除去される。
【0113】
続いて、図12(c)に示すように、露出面全体にバリアメタル層21(膜厚:約50nm)を形成する。係るバリアメタル層21は、例えばTa(タンタル)等の高融点金属からなり、スパッタリング等により形成される。
【0114】
その後、このバリアメタル層21上に銅膜22を形成する。銅膜22は、スパッタリングにより形成され、開口23a、24aを埋め尽くす程度の膜厚(約1500nm)を有する。銅膜22の形成方法は限定されない。上記に代えて、銅のシード層をバリアメタル層21上に薄厚に形成し、このシード層を給電層にして、電解めっきにより銅膜22を形成しても良い。
【0115】
次に、図12(d)に示すように、CMP法(化学機械研磨法)により銅膜22の表面を平坦化すると共に、シリコン酸化膜24上の不要な銅膜22とバリアメタル層21とを除去する。これにより、開口23a、24a内にのみ銅膜22とバリアメタル層21とが残存する。残存する銅膜22とバリアメタル層21とは、第1配線36及びダミー配線41を構成する。このCMPによって、第1配線36と第1絶縁膜95の各表面が連続した実質的に平坦な表面が得られる。
【0116】
ところで、上記のCMPを好適に行うには、これら第1配線36とダミー配線41とを合わせた配線占有率が面内で略一定であるのが好ましい。なお、本明細書で配線占有率とは、配線層内に任意面積Aの仮想領域(形状は限定されない)を設定し、当該領域内の配線の全面積Bを面積Aで割った値(B/A)を言う。
【0117】
もし、図17のように配線の粗密が極端だと、この配線占有率は、配線が密な部位と疎な部位とで大きく異なるので、面内で一定であるとは言えない。この場合では、密な部位ではCMPの研磨剤が第1配線36やダミー配線41に分散するため、研磨量が低くなり、研磨後の配線の高さが高くなる。一方、疎な部位では、研磨剤が第1配線36に集中するため、研磨量が大きくなり、研磨後の配線の高さが低くなる。このように、配線占有率が面内で一定でないと、配線の高さにばらつきが生じ、配線の高さをコントロールするのが困難となる。
【0118】
これに対し、図12(d)のように配線占有率が略一定であると、研磨剤が第1配線36やダミー配線41に均等に分散するから、面内で研磨量がばらつくことがなく、配線の高さが所望にコントロールし易くなる。
【0119】
上述のようにCMPを行った後は、図13(a)に示す工程が行われる。この工程では、シリコン窒化膜37(膜厚:約50nm)を、第1配線36とダミー配線41とを覆うように形成する。このシリコン窒化膜37は、例えば公知のプラズマCVD法により形成される。
【0120】
そして、このシリコン窒化膜37上に、シリコン酸化膜25(膜厚:約1200nm)を形成する。このシリコン酸化膜25も公知のプラズマCVD法により形成され、それを形成後、CMP法によりその表面を平坦化する。このCMPにより、シリコン酸化膜25の残厚は約700nm程度になる。これらシリコン窒化膜37と残存するシリコン酸化膜25とにより、下側絶縁膜38が構成される。
【0121】
次いで、シリコン酸化膜25上に、低誘電率絶縁膜26(膜厚:約250nm)と、シリコン酸化膜27(膜厚:約250nm)と、金属膜55とを積層する。これらのうち、低誘電率絶縁膜26とシリコン酸化膜27とにより、上側絶縁膜28が構成される。
【0122】
低誘電率絶縁膜26としては、SiLK等を使用し得る。また、シリコン酸化膜27は、公知のプラズマCVD法により形成される。そして、金属膜55は、例えばTiN等から成り、スパッタリング等により形成される。なお、金属膜55に代えて、シリコン窒化膜等のように、シリコン酸化膜とエッチング選択比がとれる膜を使用しても良い。
【0123】
そして、金属膜55を形成後、その上にフォトレジスト層56を形成する。係るフォトレジスト層56には、フォトリソグラフィにより、配線パターン形状を有する開口56aが開口される。
【0124】
続いて、図13(b)に示すように、フォトレジスト層56をエッチングマスクにして金属膜55をエッチングする。これにより、開口56aが金属膜55に転写され、開口55aが金属膜55に形成される。このエッチングは、RIEにより行われ、Cl系のエッチングガスが使用される。このエッチングを終了後、フォトレジスト層56は、O2プラズマを使用したアッシングにより除去される。
【0125】
次に、図13(c)に示すように、新たなフォトレジスト層57を形成する。フォトレジスト層57を形成する部位は、金属膜55上と、開口55aから露出するシリコン酸化膜27上である。このフォトレジスト層57には、フォトリソグラフィにより、ビアパターン形状を有する開口57aが形成される。
【0126】
次いで、図14(a)に示すように、フォトレジスト層57をエッチングマスクにし、シリコン酸化膜27をエッチングする。係るエッチングはRIEにより行われ、CF系のエッチングガスが使用される。このエッチングガスに対し、低誘電率絶縁膜26はエッチング耐性を有するから、エッチングは低誘電率絶縁膜26の表面上で停止する。そして、このエッチングにより、フォトレジスト層57の開口57aがシリコン酸化膜27に転写され、開口27aがシリコン酸化膜27に形成される。
【0127】
続いて、図14(b)に示すように、シリコン酸化膜27をエッチングマスクにし、低誘電率絶縁膜26をエッチングする。これにより、開口27aが低誘電率絶縁膜26に転写され、開口26aが低誘電率絶縁膜26に形成される。このエッチングは、H2とNH3との混合ガスをエッチングガスとして使用するRIEにより行われる。係るエッチングガスに対し、フォトレジスト層57(図14(a)参照)は、低誘電率絶縁膜26と略同程度のエッチングレートを有する。よって、低誘電率絶縁膜26がエッチングされるのと同時に、フォトレジスト層57が除去される。
【0128】
次に、図14(c)に示すように、金属膜55をエッチングマスクにし、シリコン酸化膜27をエッチングする。これにより、開口55aがシリコン酸化膜27に転写され、開口27bがシリコン酸化膜27に形成される。このエッチングは、CF系のエッチングガスを使用したRIEにより行われる。
【0129】
このとき、低誘電率絶縁膜26の開口26aから露出しているシリコン酸化膜25も同時にエッチングされる。よって、開口26aがシリコン酸化膜25に転写され、開口25aがシリコン酸化膜25に形成される。
【0130】
次いで、図15(a)に示すように、シリコン酸化膜27をエッチングマスクにし、低誘電率絶縁膜26をエッチングする。これにより、シリコン酸化膜27の開口27bが低誘電率絶縁膜26に転写され、開口26bが低誘電率絶縁膜26に形成される。このエッチングは、H2とNH3との混合ガスをエッチングガスとして使用するRIEにより行われる。
【0131】
その後、シリコン酸化膜25をエッチングマスクにし、シリコン窒化膜37をエッチングする。このエッチングにより、シリコン酸化膜25の開口25aがシリコン窒化膜37に転写され、開口37aがシリコン窒化膜37に形成される。
【0132】
なお、低誘電率絶縁膜26とシリコン窒化膜37のエッチングは、どちらを先に行っても良い。
【0133】
ここまでの工程により、ビアホール38a、ダミービアホール38b、及び配線溝28aが完成する。このうち、配線溝28aは、開口27b及び26bにより構成される。一方、ビアホール38a、及びダミービアホール38bは、いずれも開口25a及び37aにより構成される。
【0134】
ビアホール38aは、配線溝28aから第1配線36に至るように形成される。そして、ダミービアホール38bは、第1配線36の非形成領域に至るように形成しても良いし、ダミー配線41に至るように形成しても良い。
【0135】
次に、図15(b)に示すように、バリアメタル層30を形成する。このバリアメタル層30の形成部位は、金属膜55上、配線溝28aの内壁、ビアホール38aの内壁(底面も含む)、及びダミービアホール38bの内壁(底面も含む)である。バリアメタル層30は、例えばTa(タンタル)等の高融点金属からなり、スパッタリング等により形成される。
【0136】
その後、このバリアメタル30層上に、スパッタリングにより銅膜31(膜厚:約1500nm)を形成する。銅膜31の形成方法はこれに限定されない。例えば、バリアメタル層30上に銅のシード層を薄厚に形成し、このシード層を給電層にして、電界めっきにより銅膜31を形成しても良い。
【0137】
次いで、図15(c)に示すように、CMP法により、シリコン酸化膜27よりも上に形成された銅膜31、バリアメタル層30、及び金属膜55を研磨して除去する。研磨されずに残存するバリアメタル層30と銅膜31とは、第2配線39を構成する。そして、第2配線39において、ビアホール38aに埋め込まれた部位はプラグとして供され、ダミービアホール38bに埋め込まれた部位はダミープラグとして供される。また、このCMPによって、第2配線39と第2絶縁膜29の各表面が連続した実質的に平坦な表面が得られる。
【0138】
続いて、図16に示すように、第2配線39上にシリコン窒化膜63を形成する。このシリコン窒化膜63は、公知のプラズマCVD法により形成される。
【0139】
以上により、本発明の実施の形態に係る半導体装置が完成する
なお、上記では、配線の層数が2層(第1配線36、第2配線39)の構造を得たが、上記と同様の方法を繰り返すことにより、配線は何層にも積層することができる。以下では、配線の層数が4層の場合について説明する。
【0140】
図18は、このように配線を4層にした場合の断面図である。この例では、シリコン基板96の所定領域に素子分離用溝が形成される。そして、この素子分離用溝に、酸化シリコン等の絶縁物が埋め込まれ、シャロートレンチアイソレーション(STI)による素子分離絶縁領域80が形成されている。
【0141】
素子分離絶縁領域80で画定されたウエル81の活性領域上に、絶縁ゲート電極84、サイドウォールスペーサ83が形成され、その両側にソース/ドレイン領域S/Dがイオン注入により形成される。絶縁ゲート電極84を覆うように、エッチングストッパ膜82が形成され、その上に層間絶縁膜87が形成される。層間絶縁膜87、エッチングストッパ膜82を貫通して、導電性プラグがバリアメタル層85と金属膜86とにより形成される。本実施形態や、本発明の各実施形態における下地層20は、例えば上述の部材により構成される。
【0142】
そして、この層間絶縁膜87上に、既述の方法で第1絶縁膜95を形成し、それに第1配線36を埋め込む。
【0143】
続いて、この第1配線36上に、第2絶縁膜29を既述の如く形成し、そこに第2配線39を埋め込む。既述の如く、第2配線39を埋め込んだ後は、第2配線39と第2絶縁膜29の各表面が連続した実質的に平坦な表面が得られる。
【0144】
この第2配線39上に、シリコン窒化膜63とシリコン酸化膜64とを形成する。そして、CMPを行うことにより、このシリコン酸化膜64の表面を研磨して平坦化する。
【0145】
次いで、このシリコン酸化膜64上に、低誘電率絶縁膜65とシリコン酸化膜66とを形成する。このうち、低誘電率絶縁膜65としてはSiLK等を使用し得る。そして、シリコン酸化膜66は、公知のプラズマCVD法により形成される。シリコン窒化膜63、シリコン酸化膜64、低誘電率絶縁膜65、及びシリコン酸化膜66により、第3絶縁膜70が構成される。
【0146】
そして、第2配線39を第2絶縁膜29に埋め込む方法(既述)と同様な方法で、この第3絶縁膜70に第3配線51を埋め込む。第3配線39を埋め込んだ後にはCMPが行われるから、第3配線51と第3絶縁膜70の各表面が連続した実質的に平坦な表面が得られる。
【0147】
次いで、この第3配線70上に、シリコン窒化膜73とシリコン酸化膜88とを積層する。これらは公知プラズマCVD法により形成される。そして、CMPを行うことにより、このシリコン酸化膜88の表面を研磨して平坦化する。これらシリコン窒化膜73とシリコン酸化膜88とにより、下側絶縁膜97が構成される。
【0148】
次に、この下側絶縁膜97上に、低誘電率絶縁膜89とシリコン酸化膜90とを積層する。このうち、低誘電率絶縁膜89としてはSiLK等を使用し得る。そして、シリコン酸化膜90は、公知のプラズマCVD法により形成される。これら低誘電率絶縁膜89とシリコン酸化膜90とにより上側絶縁膜98が構成される。また、この上側絶縁膜98と下側絶縁膜97とにより、第4絶縁膜99が構成される。
【0149】
そして、第2配線39を第2絶縁膜29に埋め込む方法(既述)と同様な方法で、この第4絶縁膜99に第4配線94を埋め込む。係る第4配線94は、バリアメタル層92と銅膜93との2層構造を有し、このうちバリアメタル層92は、例えばTa(タンタル)等の高融点金属からなる。第4配線94を埋め込んだ後にはCMPが行われるから、第4配線94と第4絶縁膜99の各表面が連続した実質的に平坦な表面が得られる。そして最後に、第4配線94を保護すべく、この第4配線94上にシリコン窒化膜91を形成する。
【0150】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。
【0151】
例えば、上記各実施形態において、銅膜22、31、71、93に代えて、アルミニウム膜を使用しても良い。
【0152】
更に、上側絶縁膜28は、低誘電率絶縁膜26とシリコン酸化膜27との積層構造に限定されない。上側絶縁膜28は、下側絶縁膜38のように、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜との積層体であっても良い。
【0153】
以下、本発明の特徴を付記する。
【0154】
(付記1)(1) 第1配線の表面と第1絶縁膜の表面とが連続した実質的平坦な表面の上に形成され、前記第1配線を覆う第2絶縁膜と、
前記第2絶縁膜に形成される配線溝と、
前記第2絶縁膜に形成され、前記配線溝から前記第1配線に至る接続孔と、
前記第2絶縁膜に形成され、前記配線溝から前記第1配線の非形成領域に至るダミー接続孔と、
前記第1配線と電気的に接続するように前記接続孔および前記配線溝に埋め込まれ、かつ前記ダミー接続孔にも埋め込まれてなり、その表面が前記第2絶縁膜の表面と連続した実質的平坦をなすように形成される第2配線とを備えた半導体装置。
【0155】
(付記2) 前記第1配線の非形成領域にダミー配線を設け、前記ダミー接続孔を前記ダミー配線に至るように形成したことを特徴とする付記1に記載の半導体装置。(2)
(付記3) 前記第1配線と前記ダミー配線とを合わせた配線占有率が面内略一定であることを特徴とする付記2に記載の半導体装置。(3)
(付記4) 隣接する前記ダミー接続孔同士の間隔が1μm以下であることを特徴とする付記1乃至付記3のいずれかに記載の半導体装置。(4)
(付記5) 隣接する前記ダミー接続孔同士の間隔が0.6μm以下であることを特徴とする付記1乃至付記3のいずれかに記載の半導体装置。(5)
(付記6) 隣接する前記接続孔と前記ダミー接続孔との間隔が1μm以下であることを特徴とする付記1乃至付記5のいずれかに記載の半導体装置。(6)
(付記7) 隣接する前記接続孔と前記ダミー接続孔との間隔が0.6μm以下であることを特徴とする付記1乃至付記5のいずれかに記載の半導体装置。(7)
(付記8) 前記接続孔に埋め込まれた前記第2配線と、前記ダミー接続孔に埋め込まれた前記第2配線と、前記配線溝に埋め込まれた前記第2配線とが一体化してなることを特徴とする付記1乃至付記7に記載の半導体装置。
【0156】
(付記9) 一つの領域に前記第2配線が複数配置され、隣接する2つの前記第2配線において、一方の前記第2配線が埋め込まれる一部の前記接続孔又は前記ダミー接続孔と、他方の前記第2配線が埋め込まれる一部の前記接続孔又は前記ダミー接続孔とが、前記2つの第2配線のいずれか一方の延在方向の直交方向に隣り合わないことを特徴とする付記1乃至付記8のいずれかに記載の半導体装置(8)
(付記10) 前記第2配線上に、更に、
前記第2配線を覆う第3絶縁膜と、
前記第3絶縁膜に形成される配線溝と、
前記第3絶縁膜に形成され、該第3絶縁膜の配線溝から前記第2配線に至る接続孔と、
前記第2絶縁膜に形成され、該第3絶縁膜の配線溝から前記第2配線の非形成領域に至るダミー接続孔と、
前記第2配線と電気的に接続するように前記第3絶縁膜の接続孔および配線溝に埋め込まれ、かつ前記第3絶縁膜のダミー接続孔にも埋め込まれてなり、その表面が前記第3絶縁膜の表面と連続した実質的平坦をなすように形成される第3配線とを備え、
前記第3配線の上から見た場合に、前記第2配線が埋め込まれる一部の前記接続孔又は前記ダミー接続孔と、前記第3配線が埋め込まれる一部の前記接続孔又は前記ダミー接続孔とが、前記第2配線と前記第3配線のいずれか一方の延在方向の直交方向に隣り合わないことを特徴とする付記1乃至付記9のいずれかに記載の半導体装置。(9)
(付記11) 前記第2配線がベタ状であることを特徴とする付記1乃至付記10のいずれかに記載の半導体装置。
【0157】
(付記12) 前記接続孔の周囲に前記ダミー接続孔を複数設けたことを特徴とする付記11に記載の半導体装置。
【0158】
(付記13) 前記第2絶縁膜が、ポリアリールエーテル系材料からなる膜を有することを特徴とする付記1乃至付記12のいずれかに記載の半導体装置。(10)
(付記14) 前記第2絶縁膜が、前記接続孔と前記ダミー接続孔とが形成される下側絶縁膜と、前記配線溝が形成される上側絶縁膜とを有し、
前記上側絶縁膜が、前記ポリアリールエーテル系材料からなる膜を有することを特徴とする付記13に記載の半導体装置。
【0159】
(付記15) 前記第1配線又は前記第2配線が、銅又はアルミニウムを有することを特徴とする付記1乃至付記14のいずれかに記載の半導体装置。
【0160】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る半導体装置によれば、第2絶縁膜にダミー接続孔を設け、そこに第2配線を埋め込み導電性ダミープラグにしたことで、ストレスマイグレーション耐性を向上させることができる。
【0161】
また、第1配線の非形成領域にダミー配線を設け、ダミー接続孔をこのダミー配線に至るように形成し、導電性ダミープラグをこのダミー配線に接続すると、絶縁膜と第2配線との積層体の機械的強度を高めることができる。
【0162】
このダミー配線は、それと第1配線とを合わせた配線占有率が面内略一定となるように設けることで、CMPの際、ダミー配線や第1配線の研磨後の高さを所望にコントロールし易くなる。
【0163】
また、隣接するダミー接続孔同士の間隔p1を1μm以下にすることで、ストレスマイグレーションを好適に低減することができる。
【0164】
特に、間隔p1が0.6μm以下となると、ストレスマイグレーションを一層効果的に低減できる。
【0165】
同様に、隣接する接続孔とダミー接続孔同士の間隔p2を1μm以下としても、ストレスマイグレーションを好適に低減することができる。
【0166】
そして、この間隔p2を0.6μm以下とすると、ストレスマイグレーションを一層効果的に低減することができる。
【0167】
また、隣接する第2配線において、導電性プラグや導電性ダミープラグが隣り合わないように第2配線を複数設けることで、隣接する第2配線間の配線間容量を低減することができる。
【0168】
更に、第2配線よりも上に、導電性プラグ及び導電性ダミープラグに接続した第3配線を配置しても良い。この場合、第3配線の上から見た場合に、第2配線と第3配線の各導電性プラグや導電性ダミープラグが隣り合わないように上記第3配線を設けることで、第2配線と第3配線との配線間容量を低減することができる。
【0169】
そして、絶縁膜として低誘電率絶縁膜を有するものを用いると、配線間容量を低減でき、半導体装置を高速化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の平面図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の平面図である。
【図5】本発明の第3の実施の形態に係る半導体装置の平面図である。
【図6】本発明の第4の実施の形態に係る半導体装置の平面図である。
【図7】図6のIII−III線断面図である。
【図8】本発明の第5の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【図9】本発明の第5の実施の形態に係る半導体装置の平面図である。
【図10】本発明の第5の実施の形態に係る別の半導体装置の平面図である。
【図11】図10のIV−IV線断面図である。
【図12】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について示す断面図(その1)である。
【図13】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について示す断面図(その2)である。
【図14】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について示す断面図(その3)である。
【図15】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について示す断面図(その4)である。
【図16】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について示す断面図(その5)である。
【図17】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法において、配線の粗密が極端な場合の不都合について示す断面図である。
【図18】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法において、配線を4層形成した場合の断面図である。
【図19】図19(a)は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の第1のシミュレーション結果について示すグラブであり、図19(b)は、そのシミュレーションで使用したモデルの断面図である。
【図20】図20(a)は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の第2のシミュレーション結果について示すグラブであり、図20(b)は、そのシミュレーションで使用したモデルの断面図である。
【図21】本発明の第3の実施の形態に係る半導体装置のシミュレーションで使用したモデルの平面図である。
【図22】本発明の第3の実施の形態に係る半導体装置のシミュレーション結果について示すグラブである。
【図23】シングルダマシンプロセスにより製造された従来例に係る半導体装置の断面図である。
【図24】デュアルダマシンプロセスにより製造された従来例に係る半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
1、7、10、14・・・金属膜、
2、6、9、13、21、30、72、85、92・・・バリアメタル層、
3、36・・・第1配線、
4、38、68、97・・・下側絶縁膜、
4a、38a、68a・・・ビアホール
5、28、69、98・・・上側絶縁膜、
5a、28a、69a・・・配線溝、
8、39・・・第2配線、
11、32、53・・・プラグ、
12・・・絶縁膜、
20・・・下地層、
22、31、71、93・・・銅膜、
23、26、65、89・・・低誘電率絶縁膜、
24、25、27、64、66、88、90・・・シリコン酸化膜、
29・・・第2絶縁膜、
34、52・・・ダミープラグ、
37、63、73、91・・・シリコン窒化膜、
38b、68b・・・ダミービアホール、
40、60・・・異電位配線、
41、61・・・ダミー配線、
54、57・・・フォトレジスト層、
55・・・金属膜、
80・・・素子分離絶縁領域、
81・・・ウエル、
82・・・エッチングストッパ膜、
83・・・サイドウォールスペーサ、
84・・・絶縁ゲート電極、
86・・・金属膜、
87・・・層間絶縁膜、
94・・・第4配線、
95・・・第1絶縁膜、
96・・・シリコン基板、
99・・・第4絶縁膜99、
S/D・・・ソース/ドレイン領域。
Claims (10)
- 第1配線の表面と第1絶縁膜の表面とが連続した実質的平坦な表面の上に形成され、前記第1配線を覆う第2絶縁膜と、
前記第2絶縁膜に形成される配線溝と、
前記第2絶縁膜に形成され、前記配線溝から前記第1配線に至る接続孔と、
前記第2絶縁膜に形成され、前記配線溝から前記第1配線の非形成領域に至るダミー接続孔と、
前記第1配線と電気的に接続するように前記接続孔および前記配線溝に埋め込まれ、かつ前記ダミー接続孔にも埋め込まれてなり、その表面が前記第2絶縁膜の表面と連続した実質的平坦をなすように形成される第2配線とを備え、
前記接続孔に埋め込まれた前記第2配線と、前記ダミー接続孔に埋め込まれた前記第2配線と、前記配線溝に埋め込まれた前記第2配線とが同一材料であり且つ一体化してなることを特徴とする半導体装置。 - 前記第1配線の非形成領域にダミー配線を設け、前記ダミー接続孔を前記ダミー配線に至るように形成したことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第1配線と前記ダミー配線とを合わせた配線占有率が面内略一定であることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
- 隣接する前記ダミー接続孔同士の間隔が1μm以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 隣接する前記ダミー接続孔同士の間隔が0.6μm以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 隣接する前記接続孔と前記ダミー接続孔との間隔が1μm以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 隣接する前記接続孔と前記ダミー接続孔との間隔が0.6μm以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 一つの領域に前記第2配線が複数配置され、隣接する2つの前記第2配線において、一方の前記第2配線が埋め込まれる一部の前記接続孔又は前記ダミー接続孔と、他方の前記第2配線が埋め込まれる一部の前記接続孔又は前記ダミー接続孔とが、前記2つの第2配線のいずれか一方の延在方向の直交方向に隣り合わないことを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記第2配線上に、更に、
前記第2配線を覆う第3絶縁膜と、
前記第3絶縁膜に形成される配線溝と、
前記第3絶縁膜に形成され、該第3絶縁膜の配線溝から前記第2配線に至る接続孔と、
前記第2絶縁膜に形成され、該第3絶縁膜の配線溝から前記第2配線の非形成領域に至るダミー接続孔と、
前記第2配線と電気的に接続するように前記第3絶縁膜の接続孔および配線溝に埋め込まれ、かつ前記第3絶縁膜のダミー接続孔にも埋め込まれてなり、その表面が前記第3絶縁膜の表面と連続した実質的平坦をなすように形成される第3配線とを備え、
前記第3配線の上から見た場合に、前記第2配線が埋め込まれる一部の前記接続孔又は前記ダミー接続孔と、前記第3配線が埋め込まれる一部の前記接続孔又は前記ダミー接続孔とが、前記第2配線と前記第3配線のいずれか一方の延在方向の直交方向に隣り合わないことを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の半導体装置。 - 前記第2絶縁膜が、ポリアリールエーテル系材料からなる膜を有することを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれか一項に記載の半導体装置。
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