JP4473775B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、配線間の絶縁構造に特徴を有する半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device characterized by an insulating structure between wirings and a manufacturing method thereof.
LSIの性能の向上は、基本的に、素子の集積度を高めること、即ち素子の微細化を図ることにより達成できる。しかし、素子の集積度が極端に高くなると配線間の容量が増大するため、LSIの性能(高速動作など)を向上させることが容易ではなくなる。 Improvement of LSI performance can be basically achieved by increasing the degree of integration of elements, that is, by miniaturizing elements. However, when the degree of integration of the elements becomes extremely high, the capacitance between the wirings increases, so that it is not easy to improve the performance (high-speed operation or the like) of the LSI.
従って、マイクロプロセッサなどの超大規模集積回路(ULSIC)においては、その性能の向上を達成するために集積回路の内部配線の寄生抵抗及び寄生容量を減少させることが不可欠である。 Therefore, in an ultra-large scale integrated circuit (ULLSI) such as a microprocessor, it is indispensable to reduce the parasitic resistance and parasitic capacitance of the internal wiring of the integrated circuit in order to achieve improvement in performance.
内部配線の寄生抵抗の減少は、抵抗率が低い材料により内部配線を構成することにより達成できる。現在では、アルミニウム合金に比べて抵抗率が30%以上低い銅を、アルミニウム合金に変えて内部配線に用いることが研究されている。 Reduction of the parasitic resistance of the internal wiring can be achieved by configuring the internal wiring with a material having a low resistivity. At present, research is being conducted on the use of copper, which has a resistivity of 30% or more lower than that of an aluminum alloy, for the internal wiring instead of the aluminum alloy.
内部配線の寄生容量には、二つの成分がある。 The parasitic capacitance of the internal wiring has two components.
一つめは、異なるレベルに存在する配線間に生じる容量、即ち上下の配線間に生じる容量である。この容量は、下側の配線上に形成される層間絶縁膜の厚さを増すことにより減少させることが可能である。 The first is a capacitance generated between wirings existing at different levels, that is, a capacitance generated between upper and lower wirings. This capacitance can be reduced by increasing the thickness of the interlayer insulating film formed on the lower wiring.
二つめは、同じレベルに存在する配線間に生じる容量、即ち左右の配線間に生じる容量である。この容量は、配線の間隔を広げること及び配線の厚さを減らすことにより達成できる。 The second is a capacitance generated between wirings existing at the same level, that is, a capacitance generated between the left and right wirings. This capacity can be achieved by widening the wiring interval and reducing the wiring thickness.
しかし、配線の間隔を広げると素子の集積度を低下させることになり、配線の厚さを減らすと配線抵抗が増大することになるため、かえってLSIの性能の向上を図ることができない。 However, if the wiring interval is widened, the degree of integration of the elements will be reduced, and if the wiring thickness is reduced, the wiring resistance will increase, so that the performance of the LSI cannot be improved.
そこで、現在では、内部配線の寄生容量を減少させるために、配線間の絶縁層に誘電率εの低いものを使用することが研究されている。 Therefore, at present, in order to reduce the parasitic capacitance of the internal wiring, the use of a low dielectric constant ε for the insulating layer between the wirings has been studied.
図233は、配線間に誘電率εの低い絶縁層を満たした構造の半導体装置を示すものである。 FIG. 233 shows a semiconductor device having a structure in which an insulating layer having a low dielectric constant ε is filled between wirings.
半導体基板11上には絶縁層12が形成されている。配線13は、絶縁層12上に配置されている。配線13間及び配線13上には、弗素を含むプラズマTEOS層14が形成されている。
An
この弗素を含むプラズマTEOS層14は、誘電率εが約3.3であり、弗素を含まないプラズマTEOS層に比べて誘電率εを約15%減少させている。
The
しかし、近年の素子の集積度の向上に伴い、LSIの性能の向上は、配線間の誘電率εを3.3以下にしなければ達成できない状態になっている。 However, with the recent increase in the degree of integration of elements, the improvement in LSI performance cannot be achieved unless the dielectric constant ε between wirings is 3.3 or less.
このように、従来は、LSIの性能の向上を図るため、配線間の絶縁層の誘電率を減少させることが必須である。しかし、絶縁層の誘電率を3.3以下にすることは非常に困難であるため、絶縁層の誘電率は、素子の集積度が進む中で、LSIの性能の向上の支障となっている。 Thus, conventionally, in order to improve the performance of an LSI, it is essential to reduce the dielectric constant of the insulating layer between the wirings. However, since it is very difficult to reduce the dielectric constant of the insulating layer to 3.3 or less, the dielectric constant of the insulating layer is an obstacle to improving the performance of the LSI as the degree of integration of the device advances. .
一方、近年では、同じレベルに存在する配線間を空洞にすることで、配線間の寄生容量を低減しようとする試みがなされている。 On the other hand, in recent years, attempts have been made to reduce the parasitic capacitance between wirings by making a space between wirings existing at the same level.
特許文献1は、同じレベルに存在する配線間を空洞にする技術を開示している。この技術の特徴は、予め配線間に満たしておいた氷膜を蒸発させる点にある。 Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228561 discloses a technique for making a space between wirings existing at the same level. The feature of this technique is that the ice film previously filled between the wirings is evaporated.
しかし、この技術は、材料の相転移を利用しているために以下の欠点がある。第一に、配線間の水を凍結する際に体積膨脹が生じて配線に悪影響を与える。この欠点は、配線を形成した後に、相転移を利用して材料を埋め込むことに起因しており、氷膜に限られず、文献が示す全ての材料について生じる。第二に、CMP(化学的機械研磨)により氷膜を研磨する際に、摩擦熱により氷膜の全てが溶けてしまう場合がある。第三に、固体膜の蒸発前の全ての工程を低温(氷膜の場合、摂氏零度以下)で行う必要があり、ウェハの取り扱いが困難になる。 However, this technique has the following drawbacks because it utilizes the phase transition of the material. First, volume expansion occurs when water between wirings is frozen, which adversely affects the wiring. This defect is caused by embedding the material using phase transition after forming the wiring, and is not limited to the ice film but occurs for all materials shown in the literature. Second, when the ice film is polished by CMP (Chemical Mechanical Polishing), all of the ice film may be melted by frictional heat. Third, it is necessary to perform all the steps before evaporation of the solid film at a low temperature (in the case of an ice film, less than 0 degrees Celsius), which makes handling of the wafer difficult.
また、この技術では、配線間の空洞には水蒸気が満たされることになるため、この水蒸気が配線のショ−トや腐食の原因となり、配線の信頼性に悪影響を与える。さらに、この技術では、異なるレベルに存在する配線間を空洞にする技術を開示していないため、配線間の寄生容量の低減は必ずしも十分とはいえない。
本発明の例では、配線間に誘電率が低く、配線に悪影響を与えないようなガスを満たすことにより、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成する技術を提案する。 In an example of the present invention, a technique is proposed that achieves an improvement in device integration and LSI performance at the same time by filling a gas that has a low dielectric constant between wires and does not adversely affect the wires.
本発明の例の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成される第1の絶縁層と、前記第1の絶縁層上に形成される複数の第1の配線と、前記複数の第1の配線の間が酸素を含む空洞になるように前記複数の第1の配線上に形成される第2の絶縁層と、前記複数の第1の配線上の前記第2の絶縁層にそれぞれ形成される複数の第1のコンタクトホ−ルと、前記複数の第1のコンタクトホール内及び上にそれぞれ形成される柱状の複数の導電層と、前記複数の導電層の間が酸素を含む空洞になるように前記複数の導電層上に形成される第3の絶縁層と、前記複数の導電層上の前記第3の絶縁層にそれぞれ形成される複数の第2のコンタクトホ−ルと、前記複数の第2のコンタクトホール内及び上、更に前記第3の絶縁層上にそれぞれ形成される複数の第2の配線と、前記複数の第2の配線の間が酸素を含む空洞になるように前記複数の第2の配線上に形成される第4の絶縁層とを備える。 A semiconductor device according to an example of the present invention includes a semiconductor substrate, a first insulating layer formed on the semiconductor substrate, a plurality of first wirings formed on the first insulating layer, and the plurality of the plurality of first wirings. A second insulating layer formed on the plurality of first wirings so that a space containing oxygen is formed between the first wirings; and the second insulating layer on the plurality of first wirings. A plurality of first contact holes formed respectively, a plurality of columnar conductive layers formed in and on the plurality of first contact holes, and between the plurality of conductive layers contain oxygen. A third insulating layer formed on the plurality of conductive layers so as to form a cavity, and a plurality of second contact holes respectively formed on the third insulating layer on the plurality of conductive layers; the plurality of second contact hole and the upper, respectively further to the third insulating layer A plurality of second wiring made, a fourth insulating layer between the plurality of the second wiring is formed on the second wiring of said plurality such that the cavity containing oxygen.
本発明の例に関わる半導体装置の製造方法は、半導体基板上に第1の絶縁層を形成する工程と、前記第1の絶縁層上に第1の固体層を形成する工程と、前記第1の固体層に複数の第1の溝を形成する工程と、前記複数の第1の溝内に第1の導電体を埋め込んで複数の第1の配線を形成する工程と、前記第1の固体層上及び前記複数の第1の配線上に酸素を透過させる性質を持つ第2の絶縁層を形成する工程と、前記酸素を前記第2の絶縁層を透過させて前記第1の固体層と反応させることにより前記第1の固体層を酸化し、前記第1の固体層を第1のガス層に変換する工程と、前記第2の絶縁層上に第2の固体層を形成する工程と、前記第2の固体層及び前記第2の絶縁層に前記複数の第1の配線に達する複数の第1のコンタクトホ−ルを形成する工程と、前記複数の第1のコンタクトホ−ル内に第2の導電体を埋め込んで柱状の複数の導電層を形成する工程と、前記第2の固体層上及び前記複数の導電層上に前記酸素を透過させる性質を持つ第3の絶縁層を形成する工程と、前記第3の絶縁層上に第3の固体層を形成する工程と、前記第3の固体層に複数の第2の溝を形成する工程と、前記第3の絶縁層に前記複数の導電層に達する複数の第2のコンタクトホ−ルを形成する工程と、前記複数の第2の溝内及び前記複数の第2のコンタクトホ−ル内に第3の導電体を埋め込んで複数の第2の配線を形成する工程と、前記第3の固体層上及び前記複数の第2の配線上に前記酸素を透過させる性質を持つ第4の絶縁層を形成する工程と、前記酸素を前記第3及び第4の絶縁層を透過させて前記第2及び第3の固体層と反応させることにより前記第2及び第3の固体層を酸化し、前記第2及び第3の固体層を第2及び第3のガス層に変換する工程とを備える。 A method for manufacturing a semiconductor device according to an example of the present invention includes a step of forming a first insulating layer on a semiconductor substrate, a step of forming a first solid layer on the first insulating layer, and the first Forming a plurality of first grooves in the solid layer, forming a plurality of first wirings by embedding a first conductor in the plurality of first grooves, and the first solid Forming a second insulating layer having a property of transmitting oxygen on the layer and the plurality of first wirings; and transmitting the oxygen through the second insulating layer to form the first solid layer Oxidizing the first solid layer by reacting and converting the first solid layer into a first gas layer; forming a second solid layer on the second insulating layer; Forming a plurality of first contact holes reaching the plurality of first wirings in the second solid layer and the second insulating layer. Forming a plurality of columnar conductive layers by embedding a second conductor in the plurality of first contact holes, on the second solid layer, and on the plurality of conductive layers Forming a third insulating layer having a property of allowing oxygen to permeate, forming a third solid layer on the third insulating layer, and forming a plurality of second layers on the third solid layer. Forming a plurality of grooves, forming a plurality of second contact holes reaching the plurality of conductive layers in the third insulating layer, and forming the plurality of second contact holes in the plurality of second grooves and the plurality of second layers. A step of embedding a third conductor in the two contact holes to form a plurality of second wirings, and allowing the oxygen to permeate over the third solid layer and the plurality of second wirings. Forming a fourth insulating layer having properties, and transmitting the oxygen through the third and fourth insulating layers. And reacting with the second and third solid layers to oxidize the second and third solid layers and converting the second and third solid layers into second and third gas layers. With.
本発明の例に関わる半導体装置の製造方法は、半導体基板上に第1の絶縁層を形成する工程と、前記第1の絶縁層上に第1の固体層を形成する工程と、前記第1の固体層に複数の第1の溝を形成する工程と、前記複数の第1の溝内に第1の導電体を埋め込んで複数の第1の配線を形成する工程と、前記第1の固体層上及び前記複数の第1の配線上に酸素を透過させる性質を持つ第2の絶縁層を形成する工程と、前記酸素を前記第2の絶縁層を透過させて前記第1の固体層と反応させることにより前記第1の固体層を酸化し、前記第1の固体層を第1のガス層に変換する工程と、前記第2の絶縁層上に第2の固体層を形成する工程と、前記第2の固体層上に前記酸素を透過させる性質を持つ第3の絶縁層を形成する工程と、前記第3の絶縁層上に第3の固体層を形成する工程と、前記第3の固体層に複数の第2の溝を形成する工程と、前記第3の絶縁層、前記第2の固体層及び前記第2の絶縁層に前記複数の第1の配線に達する複数のコンタクトホ−ルを形成する工程と、前記複数の第2の溝内及び前記複数のコンタクトホ−ル内に第2の導電体を埋め込んで複数の第2の配線及び柱状の複数の導電層を同時に形成する工程と、前記第3の固体層上及び前記複数の第2の配線上に前記酸素を透過する性質を持つ第4の絶縁層を形成する工程と、前記酸素を前記第3及び第4の絶縁層を透過させて前記第2及び第3の固体層と反応させることにより前記第2及び第3の固体層を酸化し、前記第2及び第3の固体層を第2及び第3のガス層に変換する工程とを備える。 A method for manufacturing a semiconductor device according to an example of the present invention includes a step of forming a first insulating layer on a semiconductor substrate, a step of forming a first solid layer on the first insulating layer, and the first Forming a plurality of first grooves in the solid layer, forming a plurality of first wirings by embedding a first conductor in the plurality of first grooves, and the first solid Forming a second insulating layer having a property of transmitting oxygen on the layer and the plurality of first wirings; and transmitting the oxygen through the second insulating layer to form the first solid layer Oxidizing the first solid layer by reacting and converting the first solid layer into a first gas layer; forming a second solid layer on the second insulating layer; Forming a third insulating layer having a property of transmitting oxygen on the second solid layer; and on the third insulating layer. A step of forming a third solid layer; a step of forming a plurality of second grooves in the third solid layer; the third insulating layer; the second solid layer; and the second insulating layer. Forming a plurality of contact holes reaching the plurality of first wirings, and embedding a second conductor in the plurality of second grooves and the plurality of contact holes. Forming a second wiring and a plurality of columnar conductive layers simultaneously, and forming a fourth insulating layer having a property of transmitting oxygen on the third solid layer and the plurality of second wirings; And oxidizing the second and third solid layers by allowing the oxygen to pass through the third and fourth insulating layers and reacting with the second and third solid layers, and to oxidize the second and third solid layers. And converting the third solid layer into second and third gas layers.
本発明の例によれば、配線間に誘電率が低く、配線に悪影響を与えないようなガスを満たすことにより、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。 According to the example of the present invention, by filling a gas that has a low dielectric constant between the wirings and does not adversely affect the wirings, it is possible to simultaneously improve the integration degree of the elements and the performance of the LSI.
以下、図面を参照しながら、本発明の例を実施するための最良の形態について詳細に説明する。 The best mode for carrying out an example of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 FIG. 1 shows a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)11上には、絶縁層(例えば、シリコン酸化層)12が形成されている。配線13は、絶縁層12上に配置されている。配線13は、銅、アルミニウム合金などの金属、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成されている。
An insulating layer (for example, silicon oxide layer) 12 is formed on the semiconductor substrate (for example, silicon wafer) 11. The
配線13間を満たすことがない板状の絶縁層(例えば、シリコン酸化層)14は、配線13を柱として、配線13上に形成されている。つまり、配線13間は、空洞(キャビティ)15になっている。空洞15内には、誘電率εが1.0程度のガス、即ち、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが主として満たされている。
A plate-like insulating layer (for example, silicon oxide layer) 14 that does not fill between the
なお、空洞内の二酸化炭素CO2 のガスの濃度は、少なくとも空気(大気)中の二酸化炭素のガスの濃度よりも高くなっている。また、空洞15を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞15内に空気を満たすようにしてもよい。
The concentration of carbon dioxide CO 2 gas in the cavity is at least higher than the concentration of carbon dioxide gas in the air (atmosphere). Further, the
上記構成の半導体装置によれば、配線13間には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス、又は空気が満たされている。この混合ガス又は空気の誘電率εは、1.0程度である。これにより、配線13間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。
According to the semiconductor device having the above configuration, the space between the
次に、図1の半導体装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device of FIG. 1 will be described.
まず、図2に示すように、半導体基板11上に絶縁層12を形成する。スパッタリング法などにより絶縁層12上に炭素(カ−ボン)層16を形成する。ここで、炭素層16の厚さは、LSIの内部配線の厚さと等しい値(例えば、約0.7〜約0.2μm)に設定される。
First, as shown in FIG. 2, the insulating
スパッタリング法又はCVD法により、炭素層16上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)17を形成する。ここで、マスク材17が酸化物により構成されている場合には、マスク材17は、スパッタリング法により形成するのがよい。CVD法を用いる場合、反応ガスに含まれる酸素により炭素層16が消滅する場合があるからである。
A mask material (for example, a silicon oxide layer or a silicon nitride layer) 17 is formed on the
次に、マスク材17上にレジストを塗布し、PEP(写真蝕刻工程)を用いてこのレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材17をパタ−ニングする。この後、レジストを剥離し、マスク材17をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層16をエッチングし、炭素層16に溝を形成する。
Next, a resist is applied on the
なお、炭素層16は、レジストをマスクにしてエッチングしてもよい。
The
レジストの剥離は、H2 SO4 とH2 O2 の薬液により行われる。レジストは、酸素プラズマ処理でも剥離できるが、酸素プラズマ処理を用いると、炭素層16も消滅してしまうからである。
The resist is peeled off with a chemical solution of H 2 SO 4 and H 2 O 2 . This is because the resist can be removed by oxygen plasma treatment, but if the oxygen plasma treatment is used, the
次に、図3に示すように、CVD法又はスパッタリング法により、半導体基板11上の全面に銅などから構成される導電層を形成する。化学機械的研磨(CMP)により、炭素層16の間の溝内にのみ導電層を残存させ、配線13を形成する。
Next, as shown in FIG. 3, a conductive layer made of copper or the like is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 11 by a CVD method or a sputtering method. The conductive layer is left only in the groove between the carbon layers 16 by chemical mechanical polishing (CMP), and the
なお、CMPの代わりに、異方性エッチング又は等方性エッチングを用いて配線13を形成するようにしてもよい。
Note that the
この後、マスク材17は、剥離される。
Thereafter, the
次に、図4に示すように、スパッタリング法により、配線13及び炭素層16上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)14を形成する。ここで、絶縁層14がシリコン酸化層のような酸化物の場合には、CVD法を用いない方がよい。なぜなら、反応ガスの中に酸素O2 が含まれているため、絶縁層14の形成時に、炭素層16が除去されてしまう可能性があるからである。
Next, as shown in FIG. 4, an insulating layer (for example, silicon oxide layer) 14 is formed on the
次に、図5及び図6に示すように、炭素層16を灰化し、炭素層16を、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが主として満たされた空洞15に変換する。なお、炭素層16の灰化は、以下の二つの方法のいずれかを使用することにより達成される。
Next, as shown in FIGS. 5 and 6, the
一つめは、酸素雰囲気中(酸素を含む雰囲気のことをいう、例えば大気中でもよい)での熱処理(温度400〜450℃、時間2h程度)である。この方法では、炭素層16が二酸化炭素CO2 に変換する反応が緩やかに進むため、炭素層16の体積の膨脹による絶縁層14の破裂を防止できる利点がある反面、処理時間が長くなる欠点がある。
The first is a heat treatment (temperature 400 to 450 ° C.,
二つめは、酸素プラズマ処理(アッシャ−)である。この方法では、炭素層16が二酸化炭素CO2 に変換する反応が速やかに進むため、処理時間が短くなる利点がある反面、炭素層16の体積の膨脹による絶縁層14の破裂が生じる可能性が高くなるという欠点がある。しかし、この欠点は、絶縁層14の質の改善や酸素プラズマ処理の温度の低下などにより回避できる。
The second is oxygen plasma treatment (asher). In this method, since the reaction of the
なお、空洞15を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞15内に空気を満たすようにしてもよい。
It should be noted that the
上述の方法によれば、配線を形成するための溝を有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。従って、容易に、図1の半導体装置を提供することができる。 According to the above method, a carbon layer is used as an insulating layer having a groove for forming a wiring, and after the wiring is formed in the groove, the carbon layer is ashed to be converted into a gas-filled cavity. ing. Therefore, the semiconductor device of FIG. 1 can be easily provided.
図7は、本発明の第2の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 FIG. 7 shows a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)21上には、フィ−ルド酸化層(例えば、シリコン酸化層)22が形成されている。フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域には、MOSトランジスタが形成されている。このMOSトランジスタは、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有している。
A field oxide layer (eg, silicon oxide layer) 22 is formed on a semiconductor substrate (eg, silicon wafer) 21. In the element region surrounded by the
絶縁層25は、MOSトランジスタを覆っている。絶縁層25は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス(BPSG)や燐ケイ酸ガラス(PSG)などから構成することができる。
The insulating
絶縁層25の表面は、平坦である。絶縁層25の表面は、化学機械的研磨(CMP)により平坦にすることができる。絶縁層25には、ソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
The surface of the insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bが埋め込まれている。但し、導電層26a,26bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W1は、絶縁層25上に配置され、導電層26a,26bに接続されている。配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属28a,28bと、この金属28a,28bの底面及び側面を覆うU字溝状のバリア層27a,27bとから構成されている。
The wiring W1 is disposed on the insulating
なお、配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層27a,27bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 Note that the wiring W1 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 27a and 27b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W1の上部には、絶縁層29,30が形成されている。この絶縁層29,30は、配線W1に支えられている。配線W1間は、空洞(キャビティ)31になっている。この空洞31には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
Insulating
なお、絶縁層29は、配線W1のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層30は、配線W1間に空洞31を設ける際に重要となると共に、絶縁層30上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層30は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
絶縁層30上には、絶縁層32が形成されている。絶縁層32は、例えば、シリコン酸化層から構成される。絶縁層32には、配線W1に達するコンタクトホ−ルが形成されている。
An insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層33a,33bが埋め込まれている。但し、導電層33a,33bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W2は、絶縁層32上に配置され、導電層33a,33bに接続されている。配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属35a,35bと、この金属35a,35bの底面及び側面を覆うU字溝状のバリア層34a,34bとから構成されている。
The wiring W2 is disposed on the insulating
なお、配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層34a,34bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 Note that the wiring W2 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of, for example, a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 34a and 34b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W2の上部には、絶縁層36,37が形成されている。この絶縁層36,37は、配線W2に支えられている。配線W2間は、空洞(キャビティ)38になっている。この空洞38には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
Insulating
なお、絶縁層36は、配線W2のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層37は、配線W2間に空洞38を設ける際に重要となると共に、絶縁層37上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層37は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
なお、空洞31,38を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞31,38内に空気を満たすようにしてもよい。
It should be noted that the
上記構成の半導体装置によれば、配線W1間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞31が形成され、配線W2間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞38が形成されている。
According to the semiconductor device having the above structure, between the wiring W1 is oxygen O 2 and the
この混合ガス又は空気の誘電率εは、1.0程度である。これにより、配線W1間及び配線W2間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。 The mixed gas or air has a dielectric constant ε of about 1.0. Thereby, the dielectric constant can be drastically reduced as compared with the case where the space between the wirings W1 and the space between the wirings W2 are filled with an insulating layer such as a silicon oxide layer.
従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。 Accordingly, it is possible to simultaneously improve the integration degree of the elements and the performance of the LSI.
次に、図7の半導体装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device of FIG. 7 will be described.
まず、図8に示すように、LOCOS法により半導体基板21上にフィ−ルド酸化層22を形成する。また、フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有するMOSトランジスタを形成する。
First, as shown in FIG. 8, a
半導体基板21上の全面に、MOSトランンジスタを完全に覆う絶縁層(BPSGやPSGなど)25を形成する。この後、化学機械的研磨(CMP)を行い、絶縁層25の表面を平坦にする。
An insulating layer (such as BPSG or PSG) 25 that completely covers the MOS transistor is formed on the entire surface of the
PEP(写真蝕刻工程)により、絶縁層25にソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層25のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bを埋め込む。
Contact holes reaching the source /
なお、絶縁層25のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
Note that a material other than the refractory metal may be embedded in the contact hole of the insulating
次に、図9に示すように、スパッタリング法により、絶縁層25上に炭素(カ−ボン)層39を形成する。ここで、炭素層39の厚さは、LSIの内部配線の厚さと等しい値(例えば、約0.7〜約0.2μm)に設定される。
Next, as shown in FIG. 9, a
次に、図10に示すように、スパッタリング法により、炭素層39上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)29を、約0.05μmの厚さで形成する。
Next, as shown in FIG. 10, a mask material (for example, a silicon oxide layer or a silicon nitride layer) 29 is formed on the
ここで、マスク材29が酸化物から構成される場合には、マスク材29は、炭素層39の消滅を防ぐため、CVD法でなく、スパッタリング法で形成するのがよい。
Here, when the
次に、図11に示すように、マスク材29上にレジストを塗布し、PEP(写真蝕刻工程)を用いてこのレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材29をパタ−ニングする。この後、レジストを剥離する。マスク材29のパタ−ンは、配線のパタ−ンと同じになる。
Next, as shown in FIG. 11, a resist is applied on the
次に、図12に示すように、マスク材29をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層39をエッチングする。
Next, as shown in FIG. 12, the
なお、本実施例では、PEPにより、直接、炭素層39をエッチングすることなく、PEPで加工したマスク材29をマスクにして炭素層39をエッチングしている。
In this embodiment, the
この理由は、以下のとおりである。PEPに用いるレジストは、酸素プラズマ処理(アッシャ−)、又はH2 SO4 とH2 O2 の薬液により除去される。しかし、酸素プラズマ処理でレジストを除去する場合は、せっかくパタ−ニングした炭素層39が同時に除去されてしまう。一方、H2 SO4 とH2 O2 の薬液によりレジストを除去する場合は、導電層(高融点金属の場合のみ)26a,26bが同時に除去されてしまう。
The reason for this is as follows. The resist used for PEP is removed by oxygen plasma treatment (asher) or a chemical solution of H 2 SO 4 and H 2 O 2 . However, when the resist is removed by the oxygen plasma treatment, the patterned
そこで、導電層26a,26bが高融点金属の場合には、PEPで加工したマスク材29をマスクにして炭素層39をエッチングするのがよい。
Therefore, when the
次に、図13に示すように、スパッタリング法又はCVD法により、例えば、チタンと窒化チタンの積層から構成されるバリア層27を、配線溝XXの内面上及びマスク材29上に形成する。
Next, as shown in FIG. 13, a
次に、図14に示すように、スパッタリング法又はCVD法により、バリア層27上に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属28を形成する。なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属であってもよい。
Next, as shown in FIG. 14, a
次に、図15に示すように、化学機械的研磨(CMP)により、炭素層39の間の溝内にのみ、バリア層27a,27b及び金属28a,28bを残存させ、配線W1を形成する。
Next, as shown in FIG. 15, the barrier layers 27a and 27b and the
なお、CMPに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングを用いて配線W1を形成してもよい。 Note that the wiring W1 may be formed by using anisotropic etching or isotropic etching instead of CMP.
次に、図16に示すように、スパッタリング法により、マスク材29上及び配線W1上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)30を形成する。
Next, as shown in FIG. 16, an insulating layer (for example, silicon oxide layer) 30 is formed on the
ここで、絶縁層30が酸化物の場合には、絶縁層30は、CVD法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層30を形成する際の反応ガス中には、酸素O2 ガスが含まれているため、絶縁層30の形成時に、炭素層39が除去されてしまう可能性があるからである。
Here, when the insulating
また、絶縁層30の厚さは、絶縁層30がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層30の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層30の種類や質などにより、絶縁層30の最適な厚さは、それぞれ異なる。
In addition, the thickness of the insulating
次に、図17及び図18に示すように、炭素層39を灰化し、炭素層39を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31に変換する。炭素層39の灰化は、以下の二つの方法のいずれかを使用することにより達成される。
Next, as shown in FIGS. 17 and 18, the
一つめは、酸素雰囲気中での熱処理(温度400〜450℃、時間2h程度)である。この方法では、炭素層39が二酸化炭素CO2 に変換する反応が緩やかに進むため、炭素層39の体積の膨脹による絶縁層29,30の破裂を防止できる利点がある反面、処理時間が長くなる欠点がある。
The first is a heat treatment in an oxygen atmosphere (temperature 400 to 450 ° C.,
二つめは、酸素プラズマ処理(アッシャ−)である。この方法では、炭素層39が二酸化炭素CO2 に変換する反応が速やかに進むため、処理時間が短くなる利点がある反面、炭素層39の体積の膨脹による絶縁層29,30の破裂が生じる可能性が高くなるという欠点がある。しかし、この欠点は、絶縁層29,30の質の改善や酸素プラズマ処理の温度の低下などにより回避できる。
The second is oxygen plasma treatment (asher). In this method, since the reaction of the
次に、図19に示すように、CVD法を用いて、絶縁層30上に低い誘電率を有する絶縁層(例えば、弗素を含むTEOSなど)32を形成する。
Next, as shown in FIG. 19, an insulating layer 32 (for example, TEOS containing fluorine) 32 having a low dielectric constant is formed on the insulating
次に、図20に示すように、PEP(写真蝕刻工程)及びRIE(反応性イオンエッチング)を用いて、配線W1に達するビアホ−ルを絶縁層30,32に設ける。
Next, as shown in FIG. 20, via holes reaching the wiring W1 are provided in the insulating
次に、図21に示すように、選択成長法を用いて、ビアホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層33a,33bを埋め込む。なお、絶縁層30,32のビアホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
Next, as shown in FIG. 21,
次に、図22に示すように、配線W1を形成する際に使用した工程と同様の工程により配線W2を形成する。 Next, as shown in FIG. 22, the wiring W2 is formed by a process similar to the process used when forming the wiring W1.
即ち、まず、スパッタリング法により、絶縁層32上に炭素(カ−ボン)層を形成する。ここで、炭素層の厚さは、配線W2の厚さと等しい値に設定されている。スパッタリング法により、炭素層上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)36を、約0.05μmの厚さで形成する。
That is, first, a carbon layer is formed on the insulating
この後、PEP(写真蝕刻工程)及び異方性エッチングを用いて、マスク材36をパタ−ニングする。また、マスク材36をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層をエッチングする。スパッタリング法又はCVD法により、例えば、チタンと窒化チタンの積層から構成されるバリア層34a,34bを形成する。
Thereafter, the
スパッタリング法又はCVD法により、バリア層34a,34b上に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属層35a,35bを形成する。化学機械的研磨(CMP)により、炭素層の間の溝内にのみ、バリア層34a,34b及び金属層35a,35bを残存させ、配線W2を形成する。
Metal layers 35a and 35b made of copper, aluminum alloy, or the like are formed on the barrier layers 34a and 34b by sputtering or CVD. By chemical mechanical polishing (CMP), the barrier layers 34a and 34b and the
なお、CMPに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線W2を形成するようにしてもよい。 Note that the wiring W2 may be formed by anisotropic etching or isotropic etching instead of CMP.
スパッタリング法により、マスク材36上及び配線W2上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)37を形成する。この後、炭素層を灰化し、炭素層を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞38に変換する。
An insulating layer (for example, silicon oxide layer) 37 is formed on the
なお、空洞31,38を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞31,38内に空気を満たすようにしてもよい。
It should be noted that the
上述の製造方法によれば、配線W1,W2を形成するための溝を有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。従って、容易に、図7の半導体装置を提供することができる。 According to the above-described manufacturing method, the carbon layer is used for the insulating layer having the grooves for forming the wirings W1 and W2, and after the wiring is formed in the grooves, the carbon layer is ashed to be filled with the gas. It has been converted into a cavity. Therefore, the semiconductor device in FIG. 7 can be easily provided.
図23は、本発明の第3の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 FIG. 23 shows a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)21上には、フィ−ルド酸化層(例えば、シリコン酸化層)22が形成されている。フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域には、MOSトランジスタが形成されている。このMOSトランジスタは、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有している。
A field oxide layer (eg, silicon oxide layer) 22 is formed on a semiconductor substrate (eg, silicon wafer) 21. In the element region surrounded by the
絶縁層25は、MOSトランジスタを覆っている。絶縁層25は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス(BPSG)や燐ケイ酸ガラス(PSG)などから構成することができる。
The insulating
絶縁層25の表面は、平坦である。絶縁層25の表面は、化学機械的研磨(CMP)により平坦にすることができる。絶縁層25には、ソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
The surface of the insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bが埋め込まれている。但し、導電層26a,26bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W1は、絶縁層25上に配置され、導電層26a,26bに接続されている。配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属28a,28bと、この金属28a,28bの底面及び側面を覆うU字溝状のバリア層27a,27bとから構成されている。
The wiring W1 is disposed on the insulating
なお、配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層27a,27bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 Note that the wiring W1 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 27a and 27b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W1の上部には、絶縁層30が形成されている。この絶縁層30は、配線W1に支えられている。配線W1間は、空洞(キャビティ)31になっている。この空洞31には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
An insulating
絶縁層30は、配線W1間に空洞31を設ける際に重要となると共に、絶縁層30上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層30は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
絶縁層30上には、絶縁層32が形成されている。絶縁層32は、例えば、シリコン酸化層から構成される。絶縁層32には、配線W1に達するコンタクトホ−ルが形成されている。
An insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層33a,33bが埋め込まれている。但し、導電層33a,33bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W2は、絶縁層32上に配置され、導電層33a,33bに接続されている。配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属35a,35bと、この金属35a,35bの底面及び側面を覆うU字溝状のバリア層34a,34bとから構成されている。
The wiring W2 is disposed on the insulating
なお、配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層34a,34bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 Note that the wiring W2 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of, for example, a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 34a and 34b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W2の上部には、絶縁層37が形成されている。この絶縁層37は、配線W2に支えられている。配線W2間は、空洞(キャビティ)38になっている。この空洞38には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
An insulating
絶縁層37は、配線W2間に空洞38を設ける際に重要となると共に、絶縁層37上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層37は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
なお、空洞31,38を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞31,38内に空気を満たすようにしてもよい。
It should be noted that the
上記構成の半導体装置によれば、配線W1間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞31が形成され、配線W2間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞38が形成されている。
According to the semiconductor device having the above structure, between the wiring W1 is oxygen O 2 and the
この混合ガス又は空気の誘電率εは、1.0程度である。これにより、配線W1間及び配線W2間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。 The mixed gas or air has a dielectric constant ε of about 1.0. Thereby, the dielectric constant can be drastically reduced as compared with the case where the space between the wirings W1 and the space between the wirings W2 are filled with an insulating layer such as a silicon oxide layer.
従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。 Accordingly, it is possible to simultaneously improve the integration degree of the elements and the performance of the LSI.
次に、図23の半導体装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device of FIG. 23 will be described.
まず、図24に示すように、絶縁層25上に炭素層39を形成するまでを、上述の第2の実施の形態における製造方法と同様の方法により行う。
First, as shown in FIG. 24, the process until the
即ち、LOCOS法により半導体基板21上にフィ−ルド酸化層22を形成する。また、フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有するMOSトランジスタを形成する。
That is, the
半導体基板21上の全面に、MOSトランンジスタを完全に覆う絶縁層(BPSGやPSGなど)25を形成する。この後、化学機械的研磨(CMP)を行い、絶縁層25の表面を平坦にする。
An insulating layer (such as BPSG or PSG) 25 that completely covers the MOS transistor is formed on the entire surface of the
PEP(写真蝕刻工程)により、絶縁層25にソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層25のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bを埋め込む。
Contact holes reaching the source /
なお、絶縁層25のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
Note that a material other than the refractory metal may be embedded in the contact hole of the insulating
スパッタリング法により、絶縁層25上に炭素(カ−ボン)層39を形成する。ここで、炭素層39の厚さは、LSIの内部配線の厚さと等しい値(例えば、約0.7〜約0.2μm)に設定される。
A
スパッタリング法により、炭素層39上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)を、約0.05μmの厚さで形成する。
A mask material (for example, a silicon oxide layer or a silicon nitride layer) is formed on the
マスク材上にレジストを塗布し、PEP(写真蝕刻工程)を用いてこのレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材をパタ−ニングする。この後、レジストを剥離し、マスク材をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層39をエッチングする。
A resist is applied on the mask material, and this resist is patterned using PEP (Photo Etching Process). Further, the mask material is patterned using the patterned resist as a mask. Thereafter, the resist is peeled off, and the
なお、PEPにより、直接、炭素層39をエッチングすることなく、PEPで加工したマスク材をマスクにして炭素層39をエッチングする理由は、上述の第2の実施の形態における製造方法で説明した理由と同じである。
The reason why the
従って、導電層26a,26bが高融点金属の場合には、PEPで加工したマスク材をマスクに炭素層39をエッチングし、導電層26a,26bがH2 SO4 とH2 O2 の薬液により腐蝕されないような材質である場合には、レジストをマスクに炭素層39をエッチングするのがよい。
Therefore, when the
この後、マスク材を除去し、スパッタリング法又はCVD法により、例えば、チタンと窒化チタンの積層から構成されるバリア層27を、配線溝XXの内面上及び炭素層39上に形成する。
Thereafter, the mask material is removed, and a
次に、図25に示すように、スパッタリング法又はCVD法により、バリア層27上に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属28を形成する。なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属であってもよい。
Next, as shown in FIG. 25, a
次に、図26に示すように、化学機械的研磨(CMP)により、炭素層39の間の溝内にのみ、バリア層27a,27b及び金属28a,28bを残存させ、配線W1を形成する。
Next, as shown in FIG. 26, the barrier layers 27a and 27b and the
なお、CMPに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線W1を形成するようにしてもよい。 Note that the wiring W1 may be formed by anisotropic etching or isotropic etching instead of CMP.
次に、図27に示すように、スパッタリング法により、炭素層39上及び配線W1上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)30を形成する。ここで、絶縁層30は、CVD法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層30を形成する際の反応ガス中には、酸素O2 ガスが含まれているため、絶縁層30の形成時に、炭素層39が除去されてしまう可能性があるからである。
Next, as shown in FIG. 27, an insulating layer (for example, a silicon oxide layer) 30 is formed on the
また、絶縁層30の厚さは、絶縁層30がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層30の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層30の種類や質などにより、絶縁層30の最適な厚さは、それぞれ異なる。
In addition, the thickness of the insulating
次に、図28及び図29に示すように、炭素層39を灰化し、炭素層39を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31に変換する。炭素層39の灰化は、以下の二つの方法のいずれかを使用することにより達成される。
Next, as shown in FIGS. 28 and 29, the
一つめは、酸素雰囲気中での熱処理(温度400〜450℃、時間2h程度)である。この方法では、炭素層39が二酸化炭素CO2 に変換する反応が緩やかに進むため、炭素層39の体積の膨脹による絶縁層30の破裂を防止できる利点がある反面、処理時間が長くなる欠点がある。
The first is a heat treatment in an oxygen atmosphere (temperature 400 to 450 ° C.,
二つめは、酸素プラズマ処理(アッシャ−)である。この方法では、炭素層39が二酸化炭素CO2 に変換する反応が速やかに進むため、処理時間が短くなる利点がある反面、炭素層39の体積の膨脹による絶縁層30の破裂が生じる可能性が高くなるという欠点がある。しかし、この欠点は、絶縁層30の質の改善や酸素プラズマ処理の温度の低下などにより回避できる。
The second is oxygen plasma treatment (asher). In this method, since the reaction of the
次に、図30に示すように、CVD法を用いて、絶縁層30上に低い誘電率を有する絶縁層(例えば、弗素を含むTEOSなど)32を形成する。
Next, as shown in FIG. 30, an insulating layer 32 (eg, TEOS containing fluorine) 32 having a low dielectric constant is formed on the insulating
次に、図31に示すように、PEP(写真蝕刻工程)及びRIE(反応性イオンエッチング)を用いて、配線W1に達するビアホ−ルを絶縁層30,32に設ける。
Next, as shown in FIG. 31, via holes reaching the wiring W1 are provided in the insulating
次に、図32に示すように、選択成長法を用いて、ビアホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層33a,33bを埋め込む。なお、絶縁層30,32のビアホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
Next, as shown in FIG. 32,
次に、図33に示すように、配線W1を形成する際に使用した工程と同様の工程により配線W2を形成する。 Next, as shown in FIG. 33, the wiring W2 is formed by the same process as that used to form the wiring W1.
即ち、まず、スパッタリング法により、絶縁層32上に炭素(カ−ボン)層を形成する。ここで、炭素層の厚さは、配線W2の厚さと等しい値に設定されている。スパッタリング法により、炭素層上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)を、約0.05μmの厚さで形成する。
That is, first, a carbon layer is formed on the insulating
この後、マスク材上にレジストを塗布し、PEP(写真蝕刻工程)を用いてこのレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材をパタ−ニングする。この後、レジストを剥離し、マスク材をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層をエッチングする。 Thereafter, a resist is applied on the mask material, and this resist is patterned by using PEP (Photo Etching Process). Further, the mask material is patterned using the patterned resist as a mask. Thereafter, the resist is peeled off, and the carbon layer is etched by anisotropic etching using the mask material as a mask.
また、マスク材を除去し、スパッタリング法又はCVD法により、例えば、チタンと窒化チタンの積層から構成されるバリア層34a,34bを形成する。
Further, the mask material is removed, and
スパッタリング法又はCVD法により、バリア層34a,34b上に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属層35a,35bを形成する。化学機械的研磨(CMP)により、炭素層の間の溝内にのみ、バリア層34a,34b及び金属層35a,35bを残存させ、配線W2を形成する。
Metal layers 35a and 35b made of copper, aluminum alloy, or the like are formed on the barrier layers 34a and 34b by sputtering or CVD. By chemical mechanical polishing (CMP), the barrier layers 34a and 34b and the
なお、CMPに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線W2を形成するようにしてもよい。 Note that the wiring W2 may be formed by anisotropic etching or isotropic etching instead of CMP.
スパッタリング法により、炭素層上及び配線W2上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)37を形成する。この後、炭素層を灰化し、炭素層を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞38に変換する。
An insulating layer (for example, silicon oxide layer) 37 is formed on the carbon layer and the wiring W2 by sputtering. Thereafter, the carbon layer is ashed, and the carbon layer is converted into a
なお、空洞31,38を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞31,38内に空気を満たすようにしてもよい。
It should be noted that the
上述の製造方法によれば、配線W1,W2を形成するための溝を有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。従って、容易に、図23の半導体装置を提供することができる。 According to the above-described manufacturing method, the carbon layer is used for the insulating layer having the grooves for forming the wirings W1 and W2, and after the wiring is formed in the grooves, the carbon layer is ashed to be filled with the gas. It has been converted into a cavity. Therefore, the semiconductor device in FIG. 23 can be easily provided.
また、マスク材は、炭素層をパタ−ニングした後、炭素層の灰化前に、除去されている。従って、炭素層の灰化を迅速かつ正確に行うことができる。 The mask material is removed after patterning the carbon layer and before ashing the carbon layer. Therefore, ashing of the carbon layer can be performed quickly and accurately.
図34は、本発明の第4の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 FIG. 34 shows a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)21上には、フィ−ルド酸化層(例えば、シリコン酸化層)22が形成されている。フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域には、MOSトランジスタが形成されている。このMOSトランジスタは、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有している。
A field oxide layer (eg, silicon oxide layer) 22 is formed on a semiconductor substrate (eg, silicon wafer) 21. In the element region surrounded by the
絶縁層25は、MOSトランジスタを覆っている。絶縁層25は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス(BPSG)や燐ケイ酸ガラス(PSG)などから構成することができる。
The insulating
絶縁層25の表面は、平坦である。絶縁層25の表面は、化学機械的研磨(CMP)により平坦にすることができる。絶縁層25には、ソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
The surface of the insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bが埋め込まれている。但し、導電層26a,26bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W1は、絶縁層25上に配置され、導電層26a,26bに接続されている。配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属28a,28bと、この金属28a,28bの底面及び側面を覆うU字溝状のバリア層27a,27bとから構成されている。
The wiring W1 is disposed on the insulating
なお、配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層27a,27bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 Note that the wiring W1 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 27a and 27b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W1の上部には、絶縁層29,30が形成されている。この絶縁層29,30は、配線W1に支えられている。配線W1間は、空洞(キャビティ)31になっている。この空洞31には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
Insulating
なお、絶縁層29は、配線W1のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層30は、配線W1間に空洞31を設ける際に重要となると共に、絶縁層30上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層30は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
絶縁層30には、配線W1に達するコンタクトホ−ルが形成されている。このコンタクトホ−ル内及びコンタクトホ−ル上には、タングステンなどの高融点金属から構成される柱状の導電層33a,33bが形成されている。
In the insulating
但し、導電層33a,33bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
However, the
柱状の導電層33a,33bの上部には、棚状の絶縁層36,37が形成されている。この絶縁層36,37は、導電層33a,33bに支えられている。柱状の導電層33a,33bの間は、空洞(キャビティ)40になっている。この空洞40には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
Shelf-like insulating
なお、絶縁層36は、導電層33a,33bの位置や断面積を決めるもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層37は、空洞40を設ける際に重要となると共に、絶縁層37上にさらに配線を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層37は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
なお、空洞31,40を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞31,40内に空気を満たすようにしてもよい。
Note that the
上記構成の半導体装置によれば、配線W1間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞31が形成され、導電層(上下配線のコンタクトプラグ)33a,33bの間にも、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞40が形成されている。
According to the semiconductor device having the above configuration, the
この混合ガス又は空気の誘電率εは、1.0程度である。これにより、配線W1間及び導電層33a,33bの間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
The mixed gas or air has a dielectric constant ε of about 1.0. Thereby, the dielectric constant can be drastically reduced as compared with the case where the wiring W1 and the
従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。 Accordingly, it is possible to simultaneously improve the integration degree of the elements and the performance of the LSI.
次に、図34の半導体装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device of FIG. 34 will be described.
まず、図35に示すように、絶縁層25上に配線W1を形成するまでを、上述の第2の実施の形態における製造方法と同様の方法により行う。
First, as shown in FIG. 35, the process until the wiring W1 is formed on the insulating
即ち、LOCOS法により半導体基板21上にフィ−ルド酸化層22を形成する。また、フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有するMOSトランジスタを形成する。
That is, the
半導体基板21上の全面に、MOSトランンジスタを完全に覆う絶縁層(BPSGやPSGなど)25を形成する。この後、化学機械的研磨(CMP)を行い、絶縁層25の表面を平坦にする。
An insulating layer (such as BPSG or PSG) 25 that completely covers the MOS transistor is formed on the entire surface of the
PEP(写真蝕刻工程)により、絶縁層25にソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層25のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bを埋め込む。
Contact holes reaching the source /
なお、絶縁層25のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
Note that a material other than the refractory metal may be embedded in the contact hole of the insulating
スパッタリング法により、絶縁層25上に炭素(カ−ボン)層を形成する。ここで、炭素層の厚さは、LSIの内部配線の厚さと等しい値(例えば、約0.7〜約0.2μm)に設定される。
A carbon (carbon) layer is formed on the insulating
スパッタリング法により、炭素層上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)29を、約0.05μmの厚さで形成する。 A mask material (for example, a silicon oxide layer or a silicon nitride layer) 29 is formed with a thickness of about 0.05 μm on the carbon layer by sputtering.
また、マスク材29上にレジストを塗布し、PEP(写真蝕刻工程)を用いてこのレジストをパタ−ニングする。パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材29をパタ−ニングする。この後、レジストを剥離し、マスク材29をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層をエッチングする。
Further, a resist is applied on the
なお、PEPにより、直接、炭素層をエッチングすることなく、PEPで加工したマスク材をマスクにして炭素層をエッチングする理由は、上述の第2の実施の形態における製造方法で説明した理由と同じである。 The reason why the carbon layer is etched by using PEP as a mask without directly etching the carbon layer by PEP is the same as the reason described in the manufacturing method in the second embodiment. It is.
従って、導電層26a,26bが高融点金属の場合には、PEPで加工したマスク材29をマスクに炭素層をエッチングし、導電層26a,26bがH2 SO4 とH2 O2 の薬液により腐蝕されないような材質である場合には、レジストをマスクに炭素層をエッチングするのがよい。
Therefore, when the
この後、スパッタリング法又はCVD法により、例えば、チタンと窒化チタンの積層から構成されるバリア層27a,27bを形成する。スパッタリング法又はCVD法により、バリア層27a,27b上に、銅、アルミニウム合金などから構成される金属層28a,28bを形成する。 Thereafter, barrier layers 27a and 27b made of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride are formed by sputtering or CVD. Metal layers 28a and 28b made of copper, aluminum alloy or the like are formed on the barrier layers 27a and 27b by sputtering or CVD.
なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属であってもよい。 The wiring is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, but may be a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a high melting point metal such as tungsten.
化学機械的研磨(CMP)により、炭素層の間の溝内にのみ、バリア層27a,27b及び金属28a,28bを残存させ、配線W1を形成する。
By chemical mechanical polishing (CMP), the barrier layers 27a and 27b and the
なお、CMPに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線W1を形成するようにしてもよい。 Note that the wiring W1 may be formed by anisotropic etching or isotropic etching instead of CMP.
スパッタリング法により、マスク材29上及び配線W1上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)30を形成する。ここで、絶縁層30は、CVD法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層30を形成する際の反応ガス中には、酸素O2 ガスが含まれているため、絶縁層30の形成時に、炭素層39が除去されてしまう可能性があるからである。
An insulating layer (for example, silicon oxide layer) 30 is formed on the
また、絶縁層30の厚さは、絶縁層30がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層30の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層30の種類や質などにより、絶縁層30の最適な厚さは、それぞれ異なる。
In addition, the thickness of the insulating
この後、炭素層を灰化し、この炭素層を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31に変換する。
Thereafter, the carbon layer is incinerated, and the carbon layer is converted into a
上述の工程により配線W1を形成した後、スパッタリング法により、絶縁層30上に炭素層41を形成する。また、スパッタリング法により、炭素層41上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)36を、約0.05μmの厚さで形成する。
After forming the wiring W1 by the above process, the
PEP(写真蝕刻工程)及び異方性エッチングを用いて、マスク材36をパタ−ニングする。このマスク材36をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層41及び絶縁層30をエッチングする。その結果、炭素層41及び絶縁層30には、配線W1に達するビアホ−ルが形成される。
The
次に、図36に示すように、選択成長法を用いて、ビアホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層33a,33bを埋め込む。なお、絶縁層30及び炭素層41のビアホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
Next, as shown in FIG. 36,
次に、図37に示すように、スパッタリング法により、マスク材36上及び導電層33a,33b上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)37を形成する。ここで、絶縁層37は、炭素層41の消滅を防ぐため、CVD法により形成しない方がよい。
Next, as shown in FIG. 37, an insulating layer (for example, silicon oxide layer) 37 is formed on the
また、絶縁層37の厚さは、絶縁層37がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層37の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層37の種類や質などにより、絶縁層37の最適な厚さは、それぞれ異なる。
The thickness of the insulating
次に、図38及び図39に示すように、炭素層41を灰化し、この炭素層41を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞40に変換する。炭素層41の灰化は、以下の二つの方法のいずれかを使用することにより達成される。
Next, as shown in FIGS. 38 and 39, the
一つめは、酸素雰囲気中での熱処理(温度400〜450℃、時間2h程度)である。この方法では、炭素層41が二酸化炭素CO2 に変換する反応が緩やかに進むため、炭素層41の体積の膨脹による絶縁層36,37の破裂を防止できる利点がある反面、処理時間が長くなる欠点がある。
The first is a heat treatment in an oxygen atmosphere (temperature 400 to 450 ° C.,
二つめは、酸素プラズマ処理(アッシャ−)である。この方法では、炭素層41が二酸化炭素CO2 に変換する反応が速やかに進むため、処理時間が短くなる利点がある反面、炭素層41の体積の膨脹による絶縁層36,37の破裂が生じる可能性が高くなるという欠点がある。しかし、この欠点は、絶縁層36,37の質の改善や酸素プラズマ処理の温度の低下などにより回避できる。
The second is oxygen plasma treatment (asher). In this method, since the reaction of the
なお、空洞31,40を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞31,40内に空気を満たすようにしてもよい。
Note that the
上述の製造方法によれば、配線W1を形成するための溝を有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。 According to the manufacturing method described above, a carbon layer is used for the insulating layer having a groove for forming the wiring W1, and after the wiring is formed in the groove, the carbon layer is ashed to form a cavity filled with gas. It has been converted.
また、導電層(上下配線のコンタクトプラグ)33a,33bを形成するためのビアホ−ルを有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、ビアホ−ル内に導電層33a,33bを形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。
Further, a carbon layer is used as an insulating layer having via holes for forming conductive layers (upper and lower wiring contact plugs) 33a and 33b, and the carbon is formed after the
これにより、多層配線構造の半導体装置において、同一層(左右)の配線間に酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気を満たし、かつ、異なる層(上下)の配線間に酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気を満たすことができる。 Thus, in the semiconductor device with a multilayer wiring structure, satisfy the same layer (left and right) mixed gas or air oxygen O 2 and carbon dioxide CO 2 in the wiring between and oxygen O 2 between the wirings of different layers (up and down) And carbon dioxide CO 2 mixed gas or air.
図40は、本発明の第5の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 FIG. 40 shows a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)21上には、フィ−ルド酸化層(例えば、シリコン酸化層)22が形成されている。フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域には、MOSトランジスタが形成されている。このMOSトランジスタは、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有している。
A field oxide layer (eg, silicon oxide layer) 22 is formed on a semiconductor substrate (eg, silicon wafer) 21. In the element region surrounded by the
絶縁層25は、MOSトランジスタを覆っている。絶縁層25は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス(BPSG)や燐ケイ酸ガラス(PSG)などから構成することができる。
The insulating
絶縁層25の表面は、平坦である。絶縁層25の表面は、化学機械的研磨(CMP)により平坦にすることができる。絶縁層25には、ソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
The surface of the insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bが埋め込まれている。但し、導電層26a,26bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W1は、絶縁層25上に配置され、導電層26a,26bに接続されている。配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属28a,28bと、この金属28a,28bの底面及び側面を覆うU字溝状のバリア層27a,27bとから構成されている。
The wiring W1 is disposed on the insulating
なお、配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層27a,27bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 Note that the wiring W1 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 27a and 27b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W1の上部には、絶縁層30が形成されている。この絶縁層30は、配線W1に支えられている。配線W1間は、空洞(キャビティ)31になっている。この空洞31には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
An insulating
絶縁層30は、配線W1間に空洞31を設ける際に重要となると共に、絶縁層30上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層30は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
絶縁層30には、配線W1に達するコンタクトホ−ルが形成されている。このコンタクトホ−ル内及びコンタクトホ−ル上には、タングステンなどの高融点金属から構成される柱状の導電層33a,33bが形成されている。
In the insulating
但し、導電層33a,33bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
However, the
柱状の導電層33a,33bの上部には、棚状の絶縁層36,37が形成されている。この絶縁層36,37は、導電層33a,33bに支えられている。柱状の導電層33a,33bの間は、空洞(キャビティ)40になっている。この空洞40には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
Shelf-like insulating
絶縁層36は、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層37は、空洞40を設ける際に重要となると共に、絶縁層37上にさらに配線を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層37は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
なお、空洞31,40を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞31,40内に空気を満たすようにしてもよい。
Note that the
上記構成の半導体装置によれば、配線W1間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞31が形成され、導電層(上下配線のコンタクトプラグ)33a,33bの間にも、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞40が形成されている。
According to the semiconductor device having the above configuration, the
この混合ガス又は空気の誘電率εは、1.0程度である。これにより、配線W1間及び導電層33a,33bの間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
The mixed gas or air has a dielectric constant ε of about 1.0. Thereby, the dielectric constant can be drastically reduced as compared with the case where the wiring W1 and the
従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。 Accordingly, it is possible to simultaneously improve the integration degree of the elements and the performance of the LSI.
次に、図40の半導体装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device of FIG. 40 will be described.
まず、図41に示すように、絶縁層25上に配線W1を形成するまでを、上述の第3の実施の形態における製造方法と同様の方法により行う。
First, as shown in FIG. 41, the process until the wiring W1 is formed on the insulating
即ち、LOCOS法により半導体基板21上にフィ−ルド酸化層22を形成する。また、フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有するMOSトランジスタを形成する。
That is, the
半導体基板21上の全面に、MOSトランンジスタを完全に覆う絶縁層(BPSGやPSGなど)25を形成する。この後、化学機械的研磨(CMP)を行い、絶縁層25の表面を平坦にする。
An insulating layer (such as BPSG or PSG) 25 that completely covers the MOS transistor is formed on the entire surface of the
PEP(写真蝕刻工程)により、絶縁層25にソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層25のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bを埋め込む。
Contact holes reaching the source /
なお、絶縁層25のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
Note that a material other than the refractory metal may be embedded in the contact hole of the insulating
スパッタリング法により、絶縁層25上に炭素(カ−ボン)層を形成する。ここで、炭素層の厚さは、LSIの内部配線の厚さと等しい値(例えば、約0.7〜約0.2μm)に設定される。
A carbon (carbon) layer is formed on the insulating
スパッタリング法により、炭素層上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)を、約0.05μmの厚さで形成する。PEP(写真蝕刻工程)及び異方性エッチングを用いて、マスク材をパタ−ニングする。このマスク材をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層をエッチングする。 A mask material (for example, a silicon oxide layer or a silicon nitride layer) is formed on the carbon layer with a thickness of about 0.05 μm by sputtering. The mask material is patterned using PEP (Photo Etching Process) and anisotropic etching. Using the mask material as a mask, the carbon layer is etched by anisotropic etching.
なお、PEPにより、直接、炭素層をエッチングすることなく、PEPで加工したマスク材をマスクにして炭素層をエッチングする理由は、上述の第2の実施の形態における製造方法で説明した理由と同じである。 The reason why the carbon layer is etched by using PEP as a mask without directly etching the carbon layer by PEP is the same as the reason described in the manufacturing method in the second embodiment. It is.
従って、導電層26a,26bが高融点金属の場合には、PEPで加工したマスク材をマスクに炭素層をエッチングし、導電層26a,26bがH2 SO4 とH2 O2 の薬液により腐蝕されないような材質である場合には、レジストをマスクに炭素層をエッチングするのがよい。
Therefore, when the
この後、マスク材を除去し、スパッタリング法又はCVD法により、例えば、チタンと窒化チタンの積層から構成されるバリア層27a,27bを形成する。スパッタリング法又はCVD法により、バリア層27a,27b上に、銅、アルミニウム合金などから構成される金属28a,28bを形成する。
Thereafter, the mask material is removed, and
なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属であってもよい。 The wiring is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, but may be a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a high melting point metal such as tungsten.
化学機械的研磨(CMP)により、炭素層の間の溝内にのみ、バリア層27a,27b及び金属28a,28bを残存させ、配線W1を形成する。なお、CMPに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線W1を形成してもよい。
By chemical mechanical polishing (CMP), the barrier layers 27a and 27b and the
スパッタリング法により、炭素層上及び配線W1上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)30を形成する。ここで、絶縁層30は、CVD法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層30を形成する際の反応ガス中には、酸素O2 ガスが含まれているため、絶縁層30の形成時に、炭素層39が除去されてしまう可能性があるからである。
An insulating layer (for example, silicon oxide layer) 30 is formed on the carbon layer and the wiring W1 by sputtering. Here, it is better not to form the insulating
また、絶縁層30の厚さは、絶縁層30がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層30の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層30の種類や質などにより、絶縁層30の最適な厚さは、それぞれ異なる。
In addition, the thickness of the insulating
この後、炭素層を灰化し、この炭素層を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31に変換する。
Thereafter, the carbon layer is incinerated, and the carbon layer is converted into a
上述の工程により配線W1を形成した後、スパッタリング法により、絶縁層30上に炭素層41を形成する。また、スパッタリング法により、炭素層41上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)36を、約0.05μmの厚さで形成する。
After forming the wiring W1 by the above process, the
マスク材36上にレジストを塗布し、PEP(写真蝕刻工程)を用いてこのレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材36をパタ−ニングする。
A resist is applied on the
この後、レジストを剥離し、マスク材36をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層41及び絶縁層30をエッチングする。その結果、炭素層41及び絶縁層30には、配線W1に達するビアホ−ルが形成される。この後、マスク材36は、除去される。
Thereafter, the resist is peeled off, and the
次に、図42に示すように、選択成長法を用いて、ビアホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層33a,33bを埋め込む。なお、絶縁層30,32のビアホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
Next, as shown in FIG. 42,
次に、図43に示すように、スパッタリング法により、炭素層41上及び導電層33a,33b上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)37を形成する。ここで、絶縁層37は、炭素層41の消滅を防ぐため、CVD法により形成しない方がよい。
Next, as shown in FIG. 43, an insulating layer (for example, silicon oxide layer) 37 is formed on the
また、絶縁層37の厚さは、絶縁層37がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層37の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層37の種類や質などにより、絶縁層37の最適な厚さは、それぞれ異なる。
The thickness of the insulating
次に、図44及び図45に示すように、炭素層41を灰化し、この炭素層41を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞40に変換する。炭素層41の灰化は、以下の二つの方法のいずれかを使用することにより達成される。
Next, as shown in FIGS. 44 and 45, the
一つめは、酸素雰囲気中での熱処理(温度400〜450℃、時間2h程度)である。この方法では、炭素層41が二酸化炭素CO2 に変換する反応が緩やかに進むため、炭素層41の体積の膨脹による絶縁層36,37の破裂を防止できる利点がある反面、処理時間が長くなる欠点がある。
The first is a heat treatment in an oxygen atmosphere (temperature 400 to 450 ° C.,
二つめは、酸素プラズマ処理(アッシャ−)である。この方法では、炭素層41が二酸化炭素CO2 に変換する反応が速やかに進むため、処理時間が短くなる利点がある反面、炭素層41の体積の膨脹による絶縁層36,37の破裂が生じる可能性が高くなるという欠点がある。しかし、この欠点は、絶縁層36,37の質の改善や酸素プラズマ処理の温度の低下などにより回避できる。
The second is oxygen plasma treatment (asher). In this method, since the reaction of the
なお、空洞31,40を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞31,40内に空気を満たすようにしてもよい。
Note that the
上述の製造方法によれば、配線W1を形成するための溝を有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。 According to the manufacturing method described above, a carbon layer is used for the insulating layer having a groove for forming the wiring W1, and after the wiring is formed in the groove, the carbon layer is ashed to form a cavity filled with gas. It has been converted.
また、導電層(上下配線のコンタクトプラグ)33a,33bを形成するためのビアホ−ルを有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、ビアホ−ル内に導電層33a,33bを形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。
Further, a carbon layer is used as an insulating layer having via holes for forming conductive layers (upper and lower wiring contact plugs) 33a and 33b, and the carbon is formed after the
これにより、多層配線構造の半導体装置において、同一層(左右)の配線間に酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気を満たし、かつ、異なる層(上下)の配線間に酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気を満たすことができる。 Thus, in the semiconductor device with a multilayer wiring structure, satisfy the same layer (left and right) mixed gas or air oxygen O 2 and carbon dioxide CO 2 in the wiring between and oxygen O 2 between the wirings of different layers (up and down) And carbon dioxide CO 2 mixed gas or air.
また、マスク材は、炭素層をパタ−ニングした後、炭素層の灰化前に、除去されている。従って、炭素層の灰化を迅速かつ正確に行うことができる。 The mask material is removed after patterning the carbon layer and before ashing the carbon layer. Therefore, ashing of the carbon layer can be performed quickly and accurately.
図46は、本発明の第6の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 FIG. 46 shows a semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)21上には、フィ−ルド酸化層(例えば、シリコン酸化層)22が形成されている。フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域には、MOSトランジスタが形成されている。このMOSトランジスタは、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有している。
A field oxide layer (eg, silicon oxide layer) 22 is formed on a semiconductor substrate (eg, silicon wafer) 21. In the element region surrounded by the
絶縁層25は、MOSトランジスタを覆っている。絶縁層25は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス(BPSG)や燐ケイ酸ガラス(PSG)などから構成することができる。
The insulating
絶縁層25の表面は、平坦である。絶縁層25の表面は、化学機械的研磨(CMP)により平坦にすることができる。絶縁層25には、ソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
The surface of the insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bが埋め込まれている。但し、導電層26a,26bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W1は、絶縁層25上に配置され、導電層26a,26bに接続されている。配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属28a,28bと、この金属28a,28bの底面及び側面を覆うU字溝状のバリア層27a,27bとから構成されている。
The wiring W1 is disposed on the insulating
なお、配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層27a,27bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 Note that the wiring W1 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 27a and 27b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W1の上部には、絶縁層29,30が形成されている。この絶縁層29,30は、配線W1に支えられている。配線W1間は、空洞(キャビティ)31になっている。この空洞31には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
Insulating
なお、絶縁層29は、配線W1のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層30は、配線W1間に空洞31を設ける際に重要となると共に、絶縁層30上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層30は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
絶縁層30には、配線W1に達するコンタクトホ−ルが形成されている。このコンタクトホ−ル内及びコンタクトホ−ル上には、タングステンなどの高融点金属から構成される柱状の導電層33a,33bが形成されている。但し、導電層33a,33bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
In the insulating
導電層33a,33bの上部には、絶縁層42,43が形成されている。この絶縁層42,43は、導電層33a,33bに支えられている。導電層33a,33bの間は、空洞(キャビティ)40になっている。この空洞40には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
Insulating
なお、絶縁層42は、導電層33a,33bの位置及び断面積を決めるもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層43は、導電層33a,33bの間に空洞40を設ける際に重要となると共に、絶縁層43上に配線W2を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層43は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
配線W2は、絶縁層43上に配置され、導電層33a,33bに接続されている。配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属35a,35bと、この金属35a,35bの底面及び側面を覆うU字溝状のバリア層34a,34bとから構成されている。
The wiring W2 is disposed on the insulating
なお、配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層34a,34bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 Note that the wiring W2 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of, for example, a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 34a and 34b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W2の上部には、絶縁層36,37が形成されている。この絶縁層36,37は、配線W2に支えられている。配線W2間は、空洞(キャビティ)38になっている。この空洞38には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
Insulating
絶縁層36は、配線W2のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層37は、配線W2間に空洞38を設ける際に重要となると共に、絶縁層37上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層37は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
なお、空洞31,38,40を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞31,38,40に空気を満たすようにしてもよい。
The
上記構成の半導体装置によれば、配線W1間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞31が形成され、配線W2間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞38が形成されている。
According to the semiconductor device having the above structure, between the wiring W1 is oxygen O 2 and the
さらに、導電層33a,33bの間、即ち、配線W1と配線W2の間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞40が形成されている。
Furthermore, a
この混合ガス又は空気の誘電率εは、1.0程度である。これにより、同一層(左右)の配線間及び異なる層(上下)の配線間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。 The mixed gas or air has a dielectric constant ε of about 1.0. As a result, the dielectric constant can be drastically reduced as compared with the case where an insulating layer such as a silicon oxide layer is filled between wirings of the same layer (left and right) and between wirings of different layers (upper and lower).
従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。 Accordingly, it is possible to simultaneously improve the integration degree of the elements and the performance of the LSI.
次に、図46の半導体装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device of FIG. 46 will be described.
まず、図47に示すように、絶縁層25上に配線W1を形成するまでを、上述の第2の実施の形態における製造方法と同様の方法により行う。
First, as shown in FIG. 47, a process similar to the manufacturing method in the second embodiment is performed until the wiring W1 is formed on the insulating
即ち、LOCOS法により半導体基板21上にフィ−ルド酸化層22を形成する。また、フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有するMOSトランジスタを形成する。
That is, the
半導体基板21上の全面に、MOSトランンジスタを完全に覆う絶縁層(BPSGやPSGなど)25を形成する。この後、化学機械的研磨(CMP)を行い、絶縁層25の表面を平坦にする。
An insulating layer (such as BPSG or PSG) 25 that completely covers the MOS transistor is formed on the entire surface of the
PEP(写真蝕刻工程)により、絶縁層25にソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層25のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bを埋め込む。
Contact holes reaching the source /
なお、絶縁層25のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
Note that a material other than the refractory metal may be embedded in the contact hole of the insulating
スパッタリング法により、絶縁層25上に炭素(カ−ボン)層を形成する。ここで、炭素層の厚さは、LSIの内部配線の厚さと等しい値(例えば、約0.7〜約0.2μm)に設定される。
A carbon (carbon) layer is formed on the insulating
スパッタリング法により、炭素層上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)29を、約0.05μmの厚さで形成する。 A mask material (for example, a silicon oxide layer or a silicon nitride layer) 29 is formed on the carbon layer with a thickness of about 0.05 μm by sputtering.
マスク材29上にレジストを塗布し、PEP(写真蝕刻工程)を用いてレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材29をパタ−ニングする。この後、レジストを剥離し、マスク材29をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層をエッチングする。
A resist is applied on the
なお、PEPにより、直接、炭素層をエッチングすることなく、PEPで加工したマスク材をマスクにして炭素層をエッチングする理由は、上述の第2の実施の形態における製造方法で説明した理由と同じである。 The reason why the carbon layer is etched by using PEP as a mask without directly etching the carbon layer by PEP is the same as the reason described in the manufacturing method in the second embodiment. It is.
従って、導電層26a,26bが高融点金属の場合には、PEPで加工したマスク材29をマスクに炭素層をエッチングし、導電層26a,26bがH2 SO4 とH2 O2 の薬液により腐蝕されないような材質である場合には、レジストをマスクに炭素層をエッチングするのがよい。
Therefore, when the
この後、スパッタリング法又はCVD法により、例えば、チタンと窒化チタンの積層から構成されるバリア層27a,27bを形成する。スパッタリング法又はCVD法により、バリア層27a,27b上に、銅、アルミニウム合金などから構成される金属28a,28bを形成する。
Thereafter, barrier layers 27a and 27b made of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride are formed by sputtering or CVD.
なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属であってもよい。 The wiring is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, but may be a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a high melting point metal such as tungsten.
化学機械的研磨(CMP)により、炭素層の間の溝内にのみ、バリア層27a,27b及び金属28a,28bを残存させ、配線W1を形成する。なお、CMPに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線W1を形成するようにしてもよい。
By chemical mechanical polishing (CMP), the barrier layers 27a and 27b and the
スパッタリング法により、マスク材29上及び配線W1上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)30を形成する。ここで、絶縁層30は、CVD法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層30を形成する際の反応ガス中には、酸素O2 ガスが含まれているため、絶縁層30の形成時に、炭素層39が除去されてしまう可能性があるからである。
An insulating layer (for example, silicon oxide layer) 30 is formed on the
また、絶縁層30の厚さは、絶縁層30がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層30の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層30の種類や質などにより、絶縁層30の最適な厚さは、それぞれ異なる。
In addition, the thickness of the insulating
この後、炭素層を灰化し、この炭素層を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31に変換する。
Thereafter, the carbon layer is incinerated, and the carbon layer is converted into a
上述の工程により配線W1を形成した後、スパッタリング法により、絶縁層30上に炭素層41を形成する。また、スパッタリング法により、炭素層41上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)42を、約0.05μmの厚さで形成する。
After forming the wiring W1 by the above process, the
PEP(写真蝕刻工程)及び異方性エッチングを用いて、マスク材42をパタ−ニングする。このマスク材42をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層41及び絶縁層30をエッチングする。その結果、炭素層41及び絶縁層30には、配線W1に達するビアホ−ルが形成される。
The
次に、図48に示すように、選択成長法を用いて、ビアホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層33a,33bを埋め込む。なお、絶縁層30及び炭素層41のビアホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
Next, as shown in FIG. 48,
次に、図49に示すように、スパッタリング法により、マスク材42及び導電層33a,33b上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)43を形成する。ここで、絶縁層43は、CVD法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層43を形成する際の反応ガス中には、酸素O2 ガスが含まれているため、絶縁層43の形成時に、炭素層41が除去されてしまう可能性があるからである。
Next, as shown in FIG. 49, an insulating layer (for example, a silicon oxide layer) 43 is formed on the
また、絶縁層43の厚さは、絶縁層43がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層43の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層43の種類や質などにより、絶縁層43の最適な厚さは、それぞれ異なる。
In addition, the thickness of the insulating
次に、図50に示すように、配線W1を形成する際に使用した工程と同様の工程により配線W2を形成する。 Next, as shown in FIG. 50, the wiring W2 is formed by the same process as that used to form the wiring W1.
即ち、まず、スパッタリング法により、絶縁層43上に炭素(カ−ボン)層44を形成する。ここで、炭素層44の厚さは、配線W2の厚さと等しい値に設定されている。スパッタリング法により、炭素層44上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)36を、約0.05μmの厚さで形成する。
That is, first, the
マスク材36上にレジストを塗布し、PEP(写真蝕刻工程)を用いてレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材36をパタ−ニングする。
A resist is applied on the
この後、レジストを剥離し、マスク材36をマスクにして異方性エッチングにより炭素層44をエッチングする。
Thereafter, the resist is peeled off, and the
スパッタリング法又はCVD法により、例えば、チタンと窒化チタンの積層から構成されるバリア層34a,34bを、絶縁層43上及びマスク材36上に形成する。
For example, barrier layers 34 a and 34 b made of a laminate of titanium and titanium nitride are formed on the insulating
スパッタリング法又はCVD法により、バリア層34a,34b上に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属層35a,35bを形成する。化学機械的研磨(CMP)により、炭素層の間の溝内にのみ、バリア層34a,34b及び金属層35a,35bを残存させ、配線W2を形成する。
Metal layers 35a and 35b made of copper, aluminum alloy, or the like are formed on the barrier layers 34a and 34b by sputtering or CVD. By chemical mechanical polishing (CMP), the barrier layers 34a and 34b and the
スパッタリング法により、マスク材36上及び配線W2上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)37を形成する。
An insulating layer (for example, silicon oxide layer) 37 is formed on the
絶縁層37の厚さは、絶縁層37がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層37の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層37の種類や質などにより、絶縁層37の最適な厚さは、それぞれ異なる。
When the insulating
次に、図51及び図52に示すように、酸素雰囲気中での熱処理又は酸素プラズマ処理により、炭素層41,44を同時に灰化し、炭素層41を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞40に変換し、炭素層44を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞38に変換する。
Next, as shown in FIGS. 51 and 52, the carbon layers 41 and 44 are simultaneously ashed by heat treatment or oxygen plasma treatment in an oxygen atmosphere, and the
なお、空洞31,38,40を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞31,38,40に空気を満たすようにしてもよい。
The
上述の製造方法によれば、配線W1,W2を形成するための溝を有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。 According to the above-described manufacturing method, the carbon layer is used for the insulating layer having the grooves for forming the wirings W1 and W2, and after the wiring is formed in the grooves, the carbon layer is ashed to be filled with the gas. It has been converted into a cavity.
また、導電層(上下配線のコンタクトプラグ)33a,33bを形成するためのビアホ−ルを有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、ビアホ−ル内に導電層33a,33bを形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。
Further, a carbon layer is used as an insulating layer having via holes for forming conductive layers (upper and lower wiring contact plugs) 33a and 33b, and the carbon is formed after the
これにより、多層配線構造の半導体装置において、同一層(左右)の配線間に酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気を満たし、かつ、異なる層(上下)の配線間に酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気を満たすことができる。 Thus, in the semiconductor device with a multilayer wiring structure, satisfy the same layer (left and right) mixed gas or air oxygen O 2 and carbon dioxide CO 2 in the wiring between and oxygen O 2 between the wirings of different layers (up and down) And carbon dioxide CO 2 mixed gas or air.
図53は、本発明の第7の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 FIG. 53 shows a semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)21上には、フィ−ルド酸化層(例えば、シリコン酸化層)22が形成されている。フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域には、MOSトランジスタが形成されている。このMOSトランジスタは、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有している。
A field oxide layer (eg, silicon oxide layer) 22 is formed on a semiconductor substrate (eg, silicon wafer) 21. In the element region surrounded by the
絶縁層25は、MOSトランジスタを覆っている。絶縁層25は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス(BPSG)や燐ケイ酸ガラス(PSG)などから構成することができる。
The insulating
絶縁層25の表面は、平坦である。絶縁層25の表面は、化学機械的研磨(CMP)により平坦にすることができる。絶縁層25には、ソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
The surface of the insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bが埋め込まれている。但し、導電層26a,26bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W1は、絶縁層25上に配置され、導電層26a,26bに接続されている。配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属28a,28bと、この金属28a,28bの底面及び側面を覆うU字溝状のバリア層27a,27bとから構成されている。
The wiring W1 is disposed on the insulating
なお、配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層27a,27bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 Note that the wiring W1 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 27a and 27b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W1の上部には、絶縁層30が形成されている。この絶縁層30は、配線W1に支えられている。配線W1間は、空洞(キャビティ)31になっている。この空洞31には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
An insulating
絶縁層30は、配線W1間に空洞31を設ける際に重要となると共に、絶縁層30上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層30は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
絶縁層30には、配線W1に達するコンタクトホ−ルが形成されている。このコンタクトホ−ル内及びコンタクトホ−ル上には、タングステンなどの高融点金属から構成される柱状の導電層33a,33bが形成されている。但し、導電層33a,33bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
In the insulating
導電層33a,33bの上部には、絶縁層43が形成されている。この絶縁層43は、導電層33a,33bに支えられている。導電層33a,33bの間は、空洞(キャビティ)40になっている。この空洞40には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
An insulating
絶縁層43は、導電層33a,33bの間に空洞40を設ける際に重要となると共に、絶縁層43上に配線W2を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層43は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
配線W2は、絶縁層43上に配置され、導電層33a,33bに接続されている。配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属35a,35bと、この金属35a,35bの底面及び側面を覆うU字溝状のバリア層34a,34bとから構成されている。
The wiring W2 is disposed on the insulating
なお、配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層34a,34bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 Note that the wiring W2 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of, for example, a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 34a and 34b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W2の上部には、絶縁層37が形成されている。この絶縁層37は、配線W2に支えられている。配線W2間は、空洞(キャビティ)38になっている。この空洞38には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
An insulating
絶縁層37は、配線W2間に空洞38を設ける際に重要となると共に、絶縁層37上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層37は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
なお、空洞31,38,40を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞31,38,40に空気を満たすようにしてもよい。
The
上記構成の半導体装置によれば、配線W1間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞31が形成され、配線W2間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞38が形成されている。
According to the semiconductor device having the above structure, between the wiring W1 is oxygen O 2 and the
さらに、導電層33a,33bの間、即ち、配線W1と配線W2の間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞40が形成されている。
Furthermore, a
この混合ガス又は空気の誘電率εは、1.0程度である。これにより、同一層(左右)の配線間及び異なる層(上下)の配線間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。 The mixed gas or air has a dielectric constant ε of about 1.0. As a result, the dielectric constant can be drastically reduced as compared with the case where an insulating layer such as a silicon oxide layer is filled between wirings of the same layer (left and right) and between wirings of different layers (upper and lower).
従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。 Accordingly, it is possible to simultaneously improve the integration degree of the elements and the performance of the LSI.
次に、図53の半導体装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device of FIG. 53 will be described.
まず、図54に示すように、絶縁層25上に配線W1を形成するまでを、上述の第3の実施の形態における製造方法と同様の方法により行う。
First, as shown in FIG. 54, a process similar to the manufacturing method in the third embodiment is performed until the wiring W1 is formed on the insulating
即ち、LOCOS法により半導体基板21上にフィ−ルド酸化層22を形成する。また、フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有するMOSトランジスタを形成する。
That is, the
半導体基板21上の全面に、MOSトランンジスタを完全に覆う絶縁層(BPSGやPSGなど)25を形成する。この後、化学機械的研磨(CMP)を行い、絶縁層25の表面を平坦にする。
An insulating layer (such as BPSG or PSG) 25 that completely covers the MOS transistor is formed on the entire surface of the
PEP(写真蝕刻工程)により、絶縁層25にソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層25のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bを埋め込む。
Contact holes reaching the source /
なお、絶縁層25のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
Note that a material other than the refractory metal may be embedded in the contact hole of the insulating
スパッタリング法により、絶縁層25上に炭素(カ−ボン)層を形成する。ここで、炭素層の厚さは、LSIの内部配線の厚さと等しい値(例えば、約0.7〜約0.2μm)に設定される。
A carbon (carbon) layer is formed on the insulating
スパッタリング法により、炭素層上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)29を、約0.05μmの厚さで形成する。PEP(写真蝕刻工程)及び異方性エッチングを用いて、マスク材29をパタ−ニングする。このマスク材29をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層をエッチングする。
A mask material (for example, a silicon oxide layer or a silicon nitride layer) 29 is formed on the carbon layer with a thickness of about 0.05 μm by sputtering. The
なお、PEPにより、直接、炭素層をエッチングすることなく、PEPで加工したマスク材をマスクにして炭素層をエッチングする理由は、上述の第2の実施の形態における製造方法で説明した理由と同じである。 The reason why the carbon layer is etched by using PEP as a mask without directly etching the carbon layer by PEP is the same as the reason described in the manufacturing method in the second embodiment. It is.
従って、導電層26a,26bが高融点金属の場合には、PEPで加工したマスク材29をマスクに炭素層をエッチングし、導電層26a,26bがH2 SO4 とH2 O2 の薬液により腐蝕されないような材質である場合には、レジストをマスクに炭素層をエッチングするのがよい。
Therefore, when the
この後、マスク材29を除去し、スパッタリング法又はCVD法により、例えば、チタンと窒化チタンの積層から構成されるバリア層27a,27bを形成する。スパッタリング法又はCVD法により、バリア層27a,27b上に、銅、アルミニウム合金などから構成される金属28a,28bを形成する。
Thereafter, the
なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属であってもよい。 The wiring is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, but may be a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a high melting point metal such as tungsten.
化学機械的研磨(CMP)により、炭素層の間の溝内にのみ、バリア層27a,27b及び金属28a,28bを残存させ、配線W1を形成する。なお、CMPに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線W1を形成するようにしてもよい。
By chemical mechanical polishing (CMP), the barrier layers 27a and 27b and the
スパッタリング法により、炭素層上及び配線W1上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)30を形成する。ここで、絶縁層30は、CVD法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層30を形成する際の反応ガス中には、酸素O2 ガスが含まれているため、絶縁層30の形成時に、炭素層39が除去されてしまう可能性があるからである。
An insulating layer (for example, silicon oxide layer) 30 is formed on the carbon layer and the wiring W1 by sputtering. Here, it is better not to form the insulating
また、絶縁層30の厚さは、絶縁層30がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層30の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層30の種類や質などにより、絶縁層30の最適な厚さは、それぞれ異なる。
In addition, the thickness of the insulating
この後、炭素層を灰化し、この炭素層を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31に変換する。
Thereafter, the carbon layer is incinerated, and the carbon layer is converted into a
上述の工程により配線W1を形成した後、スパッタリング法により、絶縁層30上に炭素層41を形成する。また、スパッタリング法により、炭素層41上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)42を、約0.05μmの厚さで形成する。
After forming the wiring W1 by the above process, the
マスク材42上にレジストを塗布し、PEP(写真蝕刻工程)を用いてレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材42をパタ−ニングする。この後、レジストを剥離し、マスク材42をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層41及び絶縁層30をエッチングする。その結果、炭素層41及び絶縁層30には、配線W1に達するビアホ−ルが形成される。
A resist is applied on the
次に、図55に示すように、選択成長法を用いて、ビアホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層33a,33bを埋め込む。なお、絶縁層30及び炭素層41のビアホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
Next, as shown in FIG. 55,
次に、図56に示すように、スパッタリング法により、炭素層41及び導電層33a,33b上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)43を形成する。ここで、絶縁層43は、CVD法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層43を形成する際の反応ガス中には、酸素O2 ガスが含まれているため、絶縁層43の形成時に、炭素層41が除去されてしまう可能性があるからである。
Next, as shown in FIG. 56, an insulating layer (for example, a silicon oxide layer) 43 is formed on the
また、絶縁層43の厚さは、絶縁層43がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層43の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層43の種類や質などにより、絶縁層43の最適な厚さは、それぞれ異なる。
In addition, the thickness of the insulating
次に、図57に示すように、配線W1を形成する際に使用した工程と同様の工程により配線W2を形成する。 Next, as shown in FIG. 57, the wiring W2 is formed by a process similar to the process used when forming the wiring W1.
即ち、まず、スパッタリング法により、絶縁層43上に炭素(カ−ボン)層44を形成する。ここで、炭素層44の厚さは、配線W2の厚さと等しい値に設定されている。スパッタリング法により、炭素層44上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)を、約0.05μmの厚さで形成する。
That is, first, the
この後、PEP(写真蝕刻工程)及び異方性エッチングを用いて、マスク材をパタ−ニングする。マスク材をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層44及び絶縁層43をエッチングする。
Thereafter, the mask material is patterned using PEP (Photo Etching Process) and anisotropic etching. Using the mask material as a mask, the
マスク材を除去し、スパッタリング法又はCVD法により、例えば、チタンと窒化チタンの積層から構成されるバリア層34a,34bを、配線溝YYの内面上及び炭素層44上に形成する。
The mask material is removed, and
スパッタリング法又はCVD法により、バリア層34a,34b上に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属層35a,35bを形成する。化学機械的研磨(CMP)により、炭素層の間の溝内にのみ、バリア層34a,34b及び金属層35a,35bを残存させ、配線W2を形成する。
Metal layers 35a and 35b made of copper, aluminum alloy, or the like are formed on the barrier layers 34a and 34b by sputtering or CVD. By chemical mechanical polishing (CMP), the barrier layers 34a and 34b and the
なお、CMPに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線W2を形成するようにしてもよい。 Note that the wiring W2 may be formed by anisotropic etching or isotropic etching instead of CMP.
スパッタリング法により、炭素層44上及び配線W2上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)37を形成する。
An insulating layer (for example, silicon oxide layer) 37 is formed on the
絶縁層37の厚さは、絶縁層37がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層37の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層37の種類や質などにより、絶縁層37の最適な厚さは、それぞれ異なる。
When the insulating
次に、図58及び図59に示すように、酸素雰囲気中での熱処理又は酸素プラズマ処理により、炭素層41,44を同時に灰化し、炭素層41を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞40に変換し、炭素層44を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞38に変換する。
Next, as shown in FIGS. 58 and 59, the carbon layers 41 and 44 are simultaneously ashed by heat treatment or oxygen plasma treatment in an oxygen atmosphere, and the
なお、空洞31,38,40を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞31,38,40に空気を満たすようにしてもよい。
The
上述の製造方法によれば、配線W1,W2を形成するための溝を有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。 According to the above-described manufacturing method, the carbon layer is used for the insulating layer having the grooves for forming the wirings W1 and W2, and after the wiring is formed in the grooves, the carbon layer is ashed to be filled with the gas. It has been converted into a cavity.
また、導電層(上下配線のコンタクトプラグ)33a,33bを形成するためのビアホ−ルを有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、ビアホ−ル内に導電層33a,33bを形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。
Further, a carbon layer is used as an insulating layer having via holes for forming conductive layers (upper and lower wiring contact plugs) 33a and 33b, and the carbon is formed after the
これにより、多層配線構造の半導体装置において、同一層(左右)の配線間に酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気を満たし、かつ、異なる層(上下)の配線間に酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気を満たすことができる。 Thus, in the semiconductor device with a multilayer wiring structure, satisfy the same layer (left and right) mixed gas or air oxygen O 2 and carbon dioxide CO 2 in the wiring between and oxygen O 2 between the wirings of different layers (up and down) And carbon dioxide CO 2 mixed gas or air.
また、マスク材は、炭素層をパタ−ニングした後、炭素層の灰化前に、除去されている。従って、炭素層の灰化を迅速かつ正確に行うことができる。 The mask material is removed after patterning the carbon layer and before ashing the carbon layer. Therefore, ashing of the carbon layer can be performed quickly and accurately.
図60は、本発明の第8の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 FIG. 60 shows a semiconductor device according to the eighth embodiment of the present invention.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)21上には、フィ−ルド酸化層(例えば、シリコン酸化層)22が形成されている。フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域には、MOSトランジスタが形成されている。このMOSトランジスタは、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有している。
A field oxide layer (eg, silicon oxide layer) 22 is formed on a semiconductor substrate (eg, silicon wafer) 21. In the element region surrounded by the
絶縁層25は、MOSトランジスタを覆っている。絶縁層25は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス(BPSG)や燐ケイ酸ガラス(PSG)などから構成することができる。
The insulating
絶縁層25の表面は、平坦である。絶縁層25の表面は、化学機械的研磨(CMP)により平坦にすることができる。絶縁層25には、ソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
The surface of the insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bが埋め込まれている。但し、導電層26a,26bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W1は、絶縁層25上に配置され、導電層26a,26bに接続されている。配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属28a,28bと、この金属28a,28bの底面及び側面を覆うU字溝状のバリア層27a,27bとから構成されている。
The wiring W1 is disposed on the insulating
なお、配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層27a,27bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 Note that the wiring W1 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 27a and 27b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W1の上部には、絶縁層29,30が形成されている。この絶縁層29,30は、配線W1に支えられている。配線W1間は、空洞(キャビティ)31になっている。この空洞31には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
Insulating
なお、絶縁層29は、配線W1のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層30は、配線W1間に空洞31を設ける際に重要となると共に、絶縁層30上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層30は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
絶縁層30には、配線W1に達するコンタクトホ−ルが形成されている。このコンタクトホ−ル内及びコンタクトホ−ル上には、銅、アルミニウム合金などの金属層35a,35bと、この金属層35a,35bの底面及び側面を覆うバリア層34a,34bとから構成される配線W2が形成されている。
In the insulating
なお、配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層34a,34bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 Note that the wiring W2 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of, for example, a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 34a and 34b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W2の上部と下部の間には、絶縁層(例えば、シリコン酸化層)43が形成されている。この絶縁層43は、配線W2に支えられている。配線W2の下部は、柱状であり、また、配線W2の上部は、線状であり、絶縁層43上に配置されている。
An insulating layer (for example, a silicon oxide layer) 43 is formed between the upper and lower portions of the wiring W2. The insulating
配線W2上には、絶縁層(例えば、シリコン酸化層)37が形成されている。配線W2の下部の間(上下の配線W1と配線W2の間)は、空洞(キャビティ)40になっている。この空洞40には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
An insulating layer (for example, silicon oxide layer) 37 is formed on the wiring W2. A space (cavity) 40 is formed between the lower portions of the wiring W2 (between the upper and lower wirings W1 and W2). The
配線W2の上部の間(左右の配線W2の間)は、空洞(キャビティ)38になっている。この空洞38には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
A space (cavity) 38 is formed between the upper portions of the wiring W2 (between the left and right wirings W2). The
なお、空洞31,38,40を製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞31,38,40内に空気を満たすようにしてもよい。
The
上記構成の半導体装置によれば、配線W1間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞31が形成され、配線W2間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞38が形成されている。
According to the semiconductor device having the above structure, between the wiring W1 is oxygen O 2 and the
さらに、導電層33a,33bの間、即ち、配線W1と配線W2の間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞40が形成されている。
Furthermore, a
この混合ガス又は空気の誘電率εは、1.0程度である。これにより、同一層(左右)の配線間及び異なる層(上下)の配線間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。 The mixed gas or air has a dielectric constant ε of about 1.0. As a result, the dielectric constant can be drastically reduced as compared with the case where an insulating layer such as a silicon oxide layer is filled between wirings of the same layer (left and right) and between wirings of different layers (upper and lower).
従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。 Accordingly, it is possible to simultaneously improve the integration degree of the elements and the performance of the LSI.
次に、図60の半導体装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device of FIG. 60 will be described.
まず、図61に示すように、絶縁層25上に配線W1を形成するまでを、上述の第2の実施の形態における製造方法と同様の方法により行う。
First, as shown in FIG. 61, the process until the wiring W1 is formed on the insulating
即ち、LOCOS法により半導体基板21上にフィ−ルド酸化層22を形成する。また、フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有するMOSトランジスタを形成する。
That is, the
半導体基板21上の全面に、MOSトランンジスタを完全に覆う絶縁層(BPSGやPSGなど)25を形成する。この後、化学機械的研磨(CMP)を行い、絶縁層25の表面を平坦にする。
An insulating layer (such as BPSG or PSG) 25 that completely covers the MOS transistor is formed on the entire surface of the
PEP(写真蝕刻工程)により、絶縁層25にソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層25のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bを埋め込む。
Contact holes reaching the source /
なお、絶縁層25のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
Note that a material other than the refractory metal may be embedded in the contact hole of the insulating
スパッタリング法により、絶縁層25上に炭素(カ−ボン)層を形成する。ここで、炭素層の厚さは、LSIの内部配線の厚さと等しい値(例えば、約0.7〜約0.2μm)に設定される。
A carbon (carbon) layer is formed on the insulating
スパッタリング法により、炭素層上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)29を、約0.05μmの厚さで形成する。 A mask material (for example, a silicon oxide layer or a silicon nitride layer) 29 is formed on the carbon layer with a thickness of about 0.05 μm by sputtering.
マスク材29上にレジストを塗布し、PEP(写真蝕刻工程)を用いてレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材29をパタ−ニングする。この後、レジストを剥離し、マスク材29をマスクにして異方性エッチングにより炭素層をエッチングする。
A resist is applied on the
なお、PEPにより、直接、炭素層をエッチングすることなく、PEPで加工したマスク材をマスクにして炭素層をエッチングする理由は、上述の第2の実施の形態における製造方法で説明した理由と同じである。 The reason why the carbon layer is etched by using PEP as a mask without directly etching the carbon layer by PEP is the same as the reason described in the manufacturing method in the second embodiment. It is.
従って、導電層26a,26bが高融点金属の場合には、PEPで加工したマスク材29をマスクに炭素層をエッチングし、導電層26a,26bがH2 SO4 とH2 O2 の薬液により腐蝕されないような材質である場合には、レジストをマスクに炭素層をエッチングするのがよい。
Therefore, when the
この後、スパッタリング法又はCVD法により、例えば、チタンと窒化チタンの積層から構成されるバリア層27a,27bを形成する。スパッタリング法又はCVD法により、バリア層27a,27b上に、銅、アルミニウム合金などから構成される金属層28a,28bを形成する。 Thereafter, barrier layers 27a and 27b made of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride are formed by sputtering or CVD. Metal layers 28a and 28b made of copper, aluminum alloy or the like are formed on the barrier layers 27a and 27b by sputtering or CVD.
なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属であってもよい。 The wiring is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, but may be a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a high melting point metal such as tungsten.
化学機械的研磨(CMP)により、炭素層の間の溝内にのみ、バリア層27a,27b及び金属28a,28bを残存させ、配線W1を形成する。なお、CMPに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線W1を形成してもよい。
By chemical mechanical polishing (CMP), the barrier layers 27a and 27b and the
スパッタリング法により、マスク材29上及び配線W1上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)30を形成する。ここで、絶縁層30は、CVD法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層30を形成する際の反応ガス中には、酸素O2 ガスが含まれているため、絶縁層30の形成時に、炭素層が除去されてしまう可能性があるからである。
An insulating layer (for example, silicon oxide layer) 30 is formed on the
また、絶縁層30の厚さは、絶縁層30がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層30の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層30の種類や質などにより、絶縁層30の最適な厚さは、それぞれ異なる。
In addition, the thickness of the insulating
この後、炭素層を灰化し、この炭素層を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31に変換する。
Thereafter, the carbon layer is incinerated, and the carbon layer is converted into a
上述の工程により配線W1を形成した後、スパッタリング法により、絶縁層30上に炭素層41を形成する。また、スパッタリング法により、炭素層41上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)43を約0.05μmの厚さで形成する。
After forming the wiring W1 by the above process, the
なお、絶縁層43は、CVD法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層43を形成する際の反応ガス中には、酸素O2 ガスが含まれているため、絶縁層43の形成時に、炭素層41が除去されてしまう可能性があるからである。
The insulating
また、絶縁層43の厚さは、絶縁層43がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層43の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層43の種類や質などにより、絶縁層43の最適な厚さは、それぞれ異なる。
In addition, the thickness of the insulating
続けて、スパッタリング法により、絶縁層43上に炭素層44を形成する。
Subsequently, a
この後、炭素層44をパタ−ニングして、配線を形成するための溝を炭素層44に設ける。炭素層44のパタ−ニングには、PEP(写真蝕刻工程)とRIEを用いる方法と、PEPとRIEで加工したマスク材をマスクにパタ−ニングする方法の2つがある。
Thereafter, the
本実施例では、PEPとRIEを用いる方法について述べる。即ち、炭素層44上にレジスト45を形成する。レジスト45をパタ−ニングした後、このレジスト45をマスクに異方性エッチングにより炭素層44をエッチングし、炭素層44に溝を形成する。
In this embodiment, a method using PEP and RIE will be described. That is, a resist 45 is formed on the
この後、H2 SO4 とH2 O2 の薬液を用いて、レジスト45を除去する。なお、酸素プラズマ処理は炭素層44の消滅を招くため、この酸素プラズマ処理はレジスト45の剥離に用いない。
Thereafter, the resist 45 is removed using a chemical solution of H 2 SO 4 and H 2 O 2 . Since the oxygen plasma treatment causes the
次に、図62に示すように、炭素層44上に再びレジスト46を形成する。レジスト46をパタ−ニングした後、このレジスト46をマスクにして、異方性エッチングにより、溝の底部に露出した絶縁層43及び炭素層41をエッチングする。
Next, as shown in FIG. 62, a resist 46 is formed again on the
この後、H2 SO4 とH2 O2 の薬液を用いて、レジスト46を除去する。なお、酸素プラズマ処理は炭素層46の消滅を招くため、この酸素プラズマ処理はレジスト46の剥離に用いない。
Thereafter, the resist 46 is removed using a chemical solution of H 2 SO 4 and H 2 O 2 . Since the oxygen plasma treatment causes the
次に、図63に示すように、異方性エッチングを用いて、溝の底部に露出した絶縁層30をエッチングし、配線W1に達するビアホ−ルを形成する。
Next, as shown in FIG. 63, the insulating
スパッタリング法又はCVD法により、例えば、チタンと窒化チタンの積層から構成されるバリア層34を、炭素層44上、炭素層44の間の溝内及び炭素層41のビアホ−ル内に形成する。また、スパッタリング法又はCVD法により、バリア層34上に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属層35を形成する。
A
次に、図64に示すように、化学機械的研磨(CMP)又はエッチングにより、炭素層44の間の溝内及び炭素層41のビアホ−ル内に、それぞれバリア層34a,34b及び金属層35a,35bを残存させる。
Next, as shown in FIG. 64, the barrier layers 34a and 34b and the
また、スパッタリング法により、炭素層44上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)37を、約0.05μmの厚さで形成する。
Further, an insulating layer (for example, silicon oxide layer) 37 is formed on the
なお、絶縁層37,43の厚さは、絶縁層37,43がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層37,43の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層37,43の種類や質などにより、絶縁層37,43の最適な厚さは、それぞれ異なる。
The thickness of the insulating
次に、図65及び図66に示すように、酸素雰囲気中での熱処理又は酸素プラズマ処理により、炭素層41,44を同時を灰化し、炭素層41を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞40に変換し、炭素層44を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞38に変換する。
Next, as shown in FIGS. 65 and 66, the carbon layers 41 and 44 are simultaneously ashed by heat treatment or oxygen plasma treatment in an oxygen atmosphere, and the
なお、空洞31,38,40を製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞31,38,40内に空気を満たすようにしてもよい。
The
上述の製造方法によれば、配線W1,W2を形成するための溝又はビアホ−ルを有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内及びビアホ−ル内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。 According to the manufacturing method described above, the carbon layer is used for the insulating layer having the grooves or via holes for forming the wirings W1 and W2, and the carbon layer is formed after the wirings are formed in the grooves and the via holes. It is converted into a cavity filled with gas by ashing.
また、配線W2は、コンタクトプラグを用いることなく、配線W1に直接接続されるため、上述の第2〜7の実施の形態における製造方法に比べて大幅に工程数を減らすことができる。 Further, since the wiring W2 is directly connected to the wiring W1 without using a contact plug, the number of steps can be greatly reduced as compared with the manufacturing methods in the second to seventh embodiments.
これにより、多層配線構造の半導体装置において、同一層(左右)の配線間に酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気を満たし、かつ、異なる層(上下)の配線間に酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気を満たすことができる。 Thus, in the semiconductor device with a multilayer wiring structure, satisfy the same layer (left and right) mixed gas or air oxygen O 2 and carbon dioxide CO 2 in the wiring between and oxygen O 2 between the wirings of different layers (up and down) And carbon dioxide CO 2 mixed gas or air.
図67は、本発明の第9の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 FIG. 67 shows a semiconductor device according to the ninth embodiment of the present invention.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)21上には、フィ−ルド酸化層(例えば、シリコン酸化層)22が形成されている。フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域には、MOSトランジスタが形成されている。このMOSトランジスタは、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有している。
A field oxide layer (eg, silicon oxide layer) 22 is formed on a semiconductor substrate (eg, silicon wafer) 21. In the element region surrounded by the
絶縁層25は、MOSトランジスタを覆っている。絶縁層25は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス(BPSG)や燐ケイ酸ガラス(PSG)などから構成することができる。
The insulating
絶縁層25の表面は、平坦である。絶縁層25の表面は、化学機械的研磨(CMP)により平坦にすることができる。絶縁層25には、ソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
The surface of the insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bが埋め込まれている。但し、導電層26a,26bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W1は、絶縁層25上に配置され、導電層26a,26bに接続されている。配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属層28a,28bと、この金属層28a,28bの底面及び側面を覆うU字溝状のバリア層27a,27bとから構成されている。
The wiring W1 is disposed on the insulating
なお、配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層27a,27bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 Note that the wiring W1 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 27a and 27b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W1の上部には、絶縁層30が形成されている。この絶縁層30は、配線W1に支えられている。配線W1間は、空洞(キャビティ)31になっている。この空洞31には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
An insulating
絶縁層30は、配線W1間に空洞31を設ける際に重要となると共に、絶縁層30上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層30は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
絶縁層30には、配線W1に達するコンタクトホ−ルが形成されている。このコンタクトホ−ル内及びコンタクトホ−ル上には、銅、アルミニウム合金などの金属層35a,35bと、この金属層35a,35bの底面及び側面を覆うバリア層34a,34bとから構成される配線W2が形成されている。
In the insulating
なお、配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層34a,34bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 Note that the wiring W2 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of, for example, a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 34a and 34b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W2の上部と下部の間には、絶縁層(例えば、シリコン酸化層)43が形成されている。この絶縁層43は、配線W2に支えられている。配線W2の下部は、柱状であり、また、配線W2の上部は、線状であり、絶縁層43上に配置されている。
An insulating layer (for example, a silicon oxide layer) 43 is formed between the upper and lower portions of the wiring W2. The insulating
配線W2上には、絶縁層(例えば、シリコン酸化層)37が形成されている。配線W2の下部の間(上下の配線W1と配線W2の間)は、空洞(キャビティ)40になっている。この空洞40には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
An insulating layer (for example, silicon oxide layer) 37 is formed on the wiring W2. A space (cavity) 40 is formed between the lower portions of the wiring W2 (between the upper and lower wirings W1 and W2). The
配線W2の上部の間(左右の配線W2の間)は、空洞(キャビティ)38になっている。この空洞38には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
A space (cavity) 38 is formed between the upper portions of the wiring W2 (between the left and right wirings W2). The
なお、空洞31,38,40を製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞31,38,40内に空気を満たすようにしてもよい。
The
上記構成の半導体装置によれば、配線W1間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞31が形成され、配線W2間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞38が形成されている。
According to the semiconductor device having the above structure, between the wiring W1 is oxygen O 2 and the
さらに、導電層35a,35bの間、即ち、配線W1と配線W2の間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞40,43が形成されている。
Furthermore,
この混合ガス又は空気の誘電率εは、1.0程度である。これにより、同一層(左右)の配線間及び異なる層(上下)の配線間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。 The mixed gas or air has a dielectric constant ε of about 1.0. As a result, the dielectric constant can be drastically reduced as compared with the case where an insulating layer such as a silicon oxide layer is filled between wirings of the same layer (left and right) and between wirings of different layers (upper and lower).
従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。 Accordingly, it is possible to simultaneously improve the integration degree of the elements and the performance of the LSI.
次に、図67の半導体装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device of FIG. 67 will be described.
まず、図68に示すように、絶縁層25上に配線W1を形成するまでを、上述の第3の実施の形態における製造方法と同様の方法により行う。
First, as shown in FIG. 68, the process until the wiring W1 is formed on the insulating
即ち、LOCOS法により半導体基板21上にフィ−ルド酸化層22を形成する。また、フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有するMOSトランジスタを形成する。
That is, the
半導体基板21上の全面に、MOSトランンジスタを完全に覆う絶縁層(BPSGやPSGなど)25を形成する。この後、化学機械的研磨(CMP)を行い、絶縁層25の表面を平坦にする。
An insulating layer (such as BPSG or PSG) 25 that completely covers the MOS transistor is formed on the entire surface of the
PEP(写真蝕刻工程)により、絶縁層25にソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層25のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bを埋め込む。
Contact holes reaching the source /
なお、絶縁層25のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
Note that a material other than the refractory metal may be embedded in the contact hole of the insulating
スパッタリング法により、絶縁層25上に炭素(カ−ボン)層を形成する。ここで、炭素層の厚さは、LSIの内部配線の厚さと等しい値(例えば、約0.7〜約0.2μm)に設定される。
A carbon (carbon) layer is formed on the insulating
スパッタリング法により、炭素層上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)を、約0.05μmの厚さで形成する。PEP(写真蝕刻工程)及び異方性エッチングを用いて、マスク材をパタ−ニングする。このマスク材をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層をエッチングする。 A mask material (for example, a silicon oxide layer or a silicon nitride layer) is formed on the carbon layer with a thickness of about 0.05 μm by sputtering. The mask material is patterned using PEP (Photo Etching Process) and anisotropic etching. Using the mask material as a mask, the carbon layer is etched by anisotropic etching.
なお、PEPにより、直接、炭素層をエッチングすることなく、PEPで加工したマスク材をマスクにして炭素層をエッチングする理由は、上述の第2の実施の形態における製造方法で説明した理由と同じである。 The reason why the carbon layer is etched by using PEP as a mask without directly etching the carbon layer by PEP is the same as the reason described in the manufacturing method in the second embodiment. It is.
従って、導電層26a,26bが高融点金属の場合には、PEPで加工したマスク材をマスクに炭素層をエッチングし、導電層26a,26bがH2 SO4 とH2 O2 の薬液により腐蝕されないような材質である場合には、レジストをマスクに炭素層をエッチングするのがよい。
Therefore, when the
この後、マスク材を除去し、スパッタリング法又はCVD法により、例えば、チタンと窒化チタンの積層から構成されるバリア層27a,27bを形成する。スパッタリング法又はCVD法により、バリア層27上に、銅、アルミニウム合金などから構成される金属層28a,28bを形成する。
Thereafter, the mask material is removed, and
なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属であってもよい。 The wiring is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, but may be a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a high melting point metal such as tungsten.
化学機械的研磨(CMP)により、炭素層の間の溝内にのみ、バリア層27a,27b及び金属層28a,28bを残存させ、配線W1を形成する。なお、CMPに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線W1を形成するようにしてもよい。
By chemical mechanical polishing (CMP), the barrier layers 27a and 27b and the
スパッタリング法により、炭素層上及び配線W1上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)30を形成する。ここで、絶縁層30は、CVD法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層30を形成する際の反応ガス中には、酸素O2 ガスが含まれているため、絶縁層30の形成時に、炭素層が除去されてしまう可能性があるからである。
An insulating layer (for example, silicon oxide layer) 30 is formed on the carbon layer and the wiring W1 by sputtering. Here, it is better not to form the insulating
また、絶縁層30の厚さは、絶縁層30がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層30の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層30の種類や質などにより、絶縁層30の最適な厚さは、それぞれ異なる。
In addition, the thickness of the insulating
この後、炭素層を灰化し、この炭素層を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31に変換する。
Thereafter, the carbon layer is incinerated, and the carbon layer is converted into a
上述の工程により配線W1を形成した後、スパッタリング法により、絶縁層30上に炭素層41を形成する。また、スパッタリング法により、炭素層41上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)43を約0.05μmの厚さで形成する。
After forming the wiring W1 by the above process, the
なお、絶縁層43は、CVD法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層43を形成する際の反応ガス中には、酸素O2 ガスが含まれているため、絶縁層43の形成時に、炭素層41が除去されてしまう可能性があるからである。
The insulating
また、絶縁層43の厚さは、絶縁層43がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層43の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層43の種類や質などにより、絶縁層43の最適な厚さは、それぞれ異なる。
In addition, the thickness of the insulating
続けて、スパッタリング法により、絶縁層43上に炭素層44を形成する。
Subsequently, a
この後、炭素層44をパタ−ニングして、配線を形成するための溝を炭素層44に設ける。炭素層44のパタ−ニングには、PEP(写真蝕刻工程)とRIEを用いる方法と、PEPとRIEで加工したマスク材をマスクにパタ−ニングする方法の2つがある。
Thereafter, the
本実施例では、PEPとRIEを用いる方法について述べる。即ち、炭素層44上にレジスト45を形成する。レジスト45をパタ−ニングした後、このレジスト45をマスクに異方性エッチングにより炭素層44をエッチングし、炭素層44に溝を形成する。
In this embodiment, a method using PEP and RIE will be described. That is, a resist 45 is formed on the
この後、H2 SO4 とH2 O2 の薬液を用いて、レジスト45を除去する。なお、酸素プラズマ処理は炭素層44の消滅を招くため、この酸素プラズマ処理はレジスト45の剥離に用いない。
Thereafter, the resist 45 is removed using a chemical solution of H 2 SO 4 and H 2 O 2 . Since the oxygen plasma treatment causes the
次に、図69に示すように、炭素層44上に再びレジスト46を形成する。レジスト46をパタ−ニングした後、このレジスト46をマスクにして異方性エッチングにより溝の底部に露出した絶縁層43及び炭素層41をエッチングする。
Next, as shown in FIG. 69, a resist 46 is formed again on the
この後、H2 SO4 とH2 O2 の薬液を用いて、レジスト46を除去する。なお、酸素プラズマ処理は炭素層46の消滅を招くため、この酸素プラズマ処理はレジスト46の剥離に用いない。
Thereafter, the resist 46 is removed using a chemical solution of H 2 SO 4 and H 2 O 2 . Since the oxygen plasma treatment causes the
次に、図70に示すように、異方性エッチングを用いて、溝の底部に露出した絶縁層30をエッチングし、配線W1に達するビアホ−ルを形成する。
Next, as shown in FIG. 70, the insulating
スパッタリング法又はCVD法により、例えば、チタンと窒化チタンの積層から構成されるバリア層34を、炭素層44上、炭素層44の間の溝内及び炭素層41のビアホ−ル内に形成する。また、スパッタリング法又はCVD法により、バリア層34上に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属層35を形成する。
A
次に、図71に示すように、化学機械的研磨(CMP)又はエッチングにより、炭素層44の間の溝内及び炭素層41のビアホ−ル内に、それぞれバリア層34a,34b及び金属層35a,35bを残存させる。
Next, as shown in FIG. 71, barrier layers 34a and 34b and a
また、スパッタリング法により、炭素層44上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)37を、約0.05μmの厚さで形成する。
Further, an insulating layer (for example, silicon oxide layer) 37 is formed on the
なお、絶縁層37,43の厚さは、絶縁層37,43がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層37,43の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層37,43の種類や質などにより、絶縁層37,43の最適な厚さは、それぞれ異なる。
The thickness of the insulating
次に、図72及び図73に示すように、酸素雰囲気中での熱処理又は酸素プラズマ処理により、炭素層41,44を同時を灰化し、炭素層41を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞40に変換し、炭素層44を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞38に変換する。
Next, as shown in FIGS. 72 and 73, the carbon layers 41 and 44 are simultaneously ashed by heat treatment or oxygen plasma treatment in an oxygen atmosphere, and the
なお、空洞31,38,40を製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞31,38,40内に空気を満たすようにしてもよい。
The
上述の製造方法によれば、配線W1,W2を形成するための溝又はビアホ−ルを有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内及びビアホ−ル内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。 According to the manufacturing method described above, the carbon layer is used for the insulating layer having the grooves or via holes for forming the wirings W1 and W2, and the carbon layer is formed after the wirings are formed in the grooves and the via holes. It is converted into a cavity filled with gas by ashing.
また、配線W2は、コンタクトプラグを用いることなく、配線W1に直接接続されるため、上述の第2〜7の実施の形態における製造方法に比べて大幅に工程数を減らすことができる。 Further, since the wiring W2 is directly connected to the wiring W1 without using a contact plug, the number of steps can be greatly reduced as compared with the manufacturing methods in the second to seventh embodiments.
これにより、多層配線構造の半導体装置において、同一層(左右)の配線間に酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気を満たし、かつ、異なる層(上下)の配線間に酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気を満たすことができる。 Thus, in the semiconductor device with a multilayer wiring structure, satisfy the same layer (left and right) mixed gas or air oxygen O 2 and carbon dioxide CO 2 in the wiring between and oxygen O 2 between the wirings of different layers (up and down) And carbon dioxide CO 2 mixed gas or air.
また、マスク材は、炭素層をパタ−ニングした後、炭素層の灰化前に、除去されている。従って、炭素層の灰化を迅速かつ正確に行うことができる。 The mask material is removed after patterning the carbon layer and before ashing the carbon layer. Therefore, ashing of the carbon layer can be performed quickly and accurately.
図74乃至図76は、本発明の第10の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 74 to 76 show a semiconductor device according to the tenth embodiment of the present invention.
この半導体装置は、図74に示すように、ウェハ47に形成される複数のチップ48の各々に形成される。
This semiconductor device is formed on each of a plurality of
図76を参照して、この実施の形態に関わる半導体装置について説明する。 A semiconductor device according to this embodiment will be described with reference to FIG.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)21上には、フィ−ルド酸化層(例えば、シリコン酸化層)22が形成されている。フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域には、MOSトランジスタが形成されている。このMOSトランジスタは、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有している。
A field oxide layer (eg, silicon oxide layer) 22 is formed on a semiconductor substrate (eg, silicon wafer) 21. In the element region surrounded by the
絶縁層25は、MOSトランジスタを覆っている。絶縁層25は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス(BPSG)や燐ケイ酸ガラス(PSG)などから構成することができる。
The insulating
絶縁層25の表面は、平坦である。絶縁層25の表面は、化学機械的研磨(CMP)により平坦にすることができる。絶縁層25には、ソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
The surface of the insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bが埋め込まれている。但し、導電層26a,26bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W1は、絶縁層25上に配置され、導電層26a,26bに接続されている。配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属層28a,28bと、この金属層28a,28bの底面及び側面を覆うU字溝状のバリア層27a,27bとから構成されている。
The wiring W1 is disposed on the insulating
なお、配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層27a,27bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 Note that the wiring W1 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 27a and 27b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W1の上部には、絶縁層29,30が形成されている。この絶縁層29,30は、配線W1に支えられている。配線W1間は、空洞(キャビティ)31になっている。この空洞31には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
Insulating
なお、絶縁層29は、配線W1のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層30は、配線W1間に空洞31を設ける際に重要となると共に、絶縁層30上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層30は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
絶縁層30上には、絶縁層32が形成されている。絶縁層32は、例えば、シリコン酸化層から構成される。絶縁層32には、配線W1に達するコンタクトホ−ルが形成されている。
An insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層33a,33bが埋め込まれている。但し、導電層33a,33bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W2は、絶縁層32上に配置され、導電層33a,33bに接続されている。配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属層35a,35bと、この金属層35a,35bの底面及び側面を覆うU字溝状のバリア層34a,34bとから構成されている。
The wiring W2 is disposed on the insulating
なお、配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層34a,34bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 Note that the wiring W2 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of, for example, a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 34a and 34b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W2の上部には、絶縁層36,37が形成されている。この絶縁層36,37は、配線W2に支えられている。配線W2間は、空洞(キャビティ)38になっている。この空洞38には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
Insulating
なお、絶縁層36は、配線W2のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層37は、配線W2間に空洞38を設ける際に重要となると共に、絶縁層37上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層37は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
また、各チップ48の縁部には、そのチップの縁に沿ってリング状のガ−ドリングGが形成されている。このガ−ドリングGは、空洞31に形成されるバリア層27c及び金属層28cと、空洞38に形成されるバリア層34c及び金属層35cと、絶縁層30,32中に形成される導電層33cとから構成される。
A ring-shaped guard ring G is formed at the edge of each
空洞31に形成されるバリア層27c及び金属層28cは、配線W1と同じ構成を有し、空洞38に形成されるバリア層34c及び金属層35cは、配線W2と同じ構成を有し、絶縁層30,32中に形成される導電層33cは、導電層 (コンタクトプラグ)33a,33bと同じ構成を有している。
The
なお、図77に示すように、絶縁層30,32中の導電層33cは、なくてもよい。
As shown in FIG. 77, the
上記構成の半導体装置によれば、配線W1間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31が形成され、配線W2間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞38が形成されている。
According to the semiconductor device having the above structure, between wires W1 are formed
この混合ガスの誘電率εは、1.0程度である。これにより、配線W1間及び配線W2間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。 The mixed gas has a dielectric constant ε of about 1.0. Thereby, the dielectric constant can be drastically reduced as compared with the case where the space between the wirings W1 and the space between the wirings W2 are filled with an insulating layer such as a silicon oxide layer.
従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。 Accordingly, it is possible to simultaneously improve the integration degree of the elements and the performance of the LSI.
さらに、チップ48の縁部には、リング状のガ−ドリングGが形成されている。従って、ウェハから個々のチップを切り出した後において、水分H2 Oがチップの縁から空洞31,38を介して配線W1,W2に達するという事態が回避できる。
Further, a ring-shaped guard ring G is formed at the edge of the
即ち、ガ−ドリングGを設けることにより、チップ内の配線W1,W2を、水分H2 Oに対して保護することができる。 That is, by providing the guard ring G, the wirings W1 and W2 in the chip can be protected against moisture H 2 O.
また、この実施の形態における半導体装置は、上述の第2の実施の形態における製造方法を用いることにより、容易に形成することができる。 In addition, the semiconductor device in this embodiment can be easily formed by using the manufacturing method in the second embodiment described above.
図78及び図79は、本発明の第11の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 78 and 79 show a semiconductor device according to the eleventh embodiment of the present invention.
この半導体装置は、図74に示すように、ウェハ47に形成される複数のチップ48の各々に形成される。
This semiconductor device is formed on each of a plurality of
図78を参照して、この実施の形態に関わる半導体装置について説明する。 A semiconductor device according to this embodiment will be described with reference to FIG.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)21上には、フィ−ルド酸化層(例えば、シリコン酸化層)22が形成されている。フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域には、MOSトランジスタが形成されている。このMOSトランジスタは、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有している。
A field oxide layer (eg, silicon oxide layer) 22 is formed on a semiconductor substrate (eg, silicon wafer) 21. In the element region surrounded by the
絶縁層25は、MOSトランジスタを覆っている。絶縁層25は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス(BPSG)や燐ケイ酸ガラス(PSG)などから構成することができる。
The insulating
絶縁層25の表面は、平坦である。絶縁層25の表面は、化学機械的研磨(CMP)により平坦にすることができる。絶縁層25には、ソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
The surface of the insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bが埋め込まれている。但し、導電層26a,26bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W1は、絶縁層25上に配置され、導電層26a,26bに接続されている。配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属28a,28bと、この金属28a,28bの底面及び側面を覆うU字溝状のバリア層27a,27bとから構成されている。
The wiring W1 is disposed on the insulating
なお、配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステン、タンタルなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層27a,27bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 Note that the wiring W1 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten or tantalum. The barrier layers 27a and 27b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W1の上部には、絶縁層30が形成されている。この絶縁層30は、配線W1に支えられている。配線W1間は、空洞(キャビティ)31になっている。この空洞31には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
An insulating
絶縁層30は、配線W1間に空洞31を設ける際に重要となると共に、絶縁層30上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層30は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
絶縁層30上には、絶縁層32が形成されている。絶縁層32は、例えば、シリコン酸化層から構成される。絶縁層32には、配線W1に達するコンタクトホ−ルが形成されている。
An insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層33a,33bが埋め込まれている。但し、導電層33a,33bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W2は、絶縁層32上に配置され、導電層33a,33bに接続されている。配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属35a,35bと、この金属35a,35bの底面及び側面を覆うU字溝状のバリア層34a,34bとから構成されている。
The wiring W2 is disposed on the insulating
なお、配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステン、タンタルなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層34a,34bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 The wiring W2 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten or tantalum. The barrier layers 34a and 34b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W2の上部には、絶縁層37が形成されている。この絶縁層37は、配線W2に支えられている。配線W2間は、空洞(キャビティ)38になっている。この空洞38には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
An insulating
絶縁層37は、配線W2間に空洞38を設ける際に重要となると共に、絶縁層37上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層37は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
また、各チップの縁部には、そのチップの縁に沿ってリング状のガ−ドリングGが形成されている。このガ−ドリングGは、空洞31に形成されるバリア層27c及び金属28cと、空洞38に形成されるバリア層34c及び金属35cと、絶縁層30,32中に形成される導電層33cとから構成される。
Further, a ring-shaped guard ring G is formed at the edge of each chip along the edge of the chip. The guard ring G includes a
空洞31に形成されるバリア層27c及び金属層28cは、配線W1と同じ構成を有し、空洞38に形成されるバリア層34c及び金属層35cは、配線W2と同じ構成を有し、絶縁層30,32中に形成される導電層33cは、導電層 (コンタクトプラグ)33a,33bと同じ構成を有している。
The
なお、図79に示すように、絶縁層30,32中の導電層33cは、なくてもよい。
79, the
上記構成の半導体装置によれば、配線W1間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31が形成され、配線W2間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞38が形成されている。
According to the semiconductor device having the above structure, between wires W1 are formed
この混合ガスの誘電率εは、1.0程度である。これにより、配線W1間及び配線W2間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。 The mixed gas has a dielectric constant ε of about 1.0. Thereby, the dielectric constant can be drastically reduced as compared with the case where the space between the wirings W1 and the space between the wirings W2 are filled with an insulating layer such as a silicon oxide layer.
従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。 Accordingly, it is possible to simultaneously improve the integration degree of the elements and the performance of the LSI.
さらに、チップ48の縁部には、リング状のガ−ドリングGが形成されている。従って、ウェハから個々のチップを切り出した後において、水分H2 Oがチップの縁から空洞31,38を介して配線W1,W2に達するという事態が回避できる。
Further, a ring-shaped guard ring G is formed at the edge of the
即ち、ガ−ドリングGを設けることにより、チップ内の配線W1,W2を、水分H2 Oに対して保護することができる。 That is, by providing the guard ring G, the wirings W1 and W2 in the chip can be protected against moisture H 2 O.
また、この実施の形態における半導体装置は、上述の第3の実施の形態における製造方法を用いることにより、容易に形成することができる。 In addition, the semiconductor device in this embodiment can be easily formed by using the manufacturing method in the above-described third embodiment.
図80は、本発明の第12の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 FIG. 80 shows a semiconductor device according to the twelfth embodiment of the present invention.
この半導体装置は、図74に示すように、ウェハ47に形成される複数のチップ48の各々に形成される。
This semiconductor device is formed on each of a plurality of
図80を参照して、この実施の形態に関わる半導体装置について説明する。 A semiconductor device according to this embodiment will be described with reference to FIG.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)21上には、フィ−ルド酸化層(例えば、シリコン酸化層)22が形成されている。フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域には、MOSトランジスタが形成されている。このMOSトランジスタは、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有している。
A field oxide layer (eg, silicon oxide layer) 22 is formed on a semiconductor substrate (eg, silicon wafer) 21. In the element region surrounded by the
絶縁層25は、MOSトランジスタを覆っている。絶縁層25は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス(BPSG)や燐ケイ酸ガラス(PSG)などから構成することができる。
The insulating
絶縁層25の表面は、平坦である。絶縁層25の表面は、化学機械的研磨(CMP)により平坦にすることができる。絶縁層25には、ソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
The surface of the insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bが埋め込まれている。但し、導電層26a,26bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W1は、絶縁層25上に配置され、導電層26a,26bに接続されている。配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属層28a,28bと、この金属層28a,28bの底面及び側面を覆うU字溝状のバリア層27a,27bとから構成されている。
The wiring W1 is disposed on the insulating
なお、配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層27a,27bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 Note that the wiring W1 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 27a and 27b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W1の上部には、絶縁層29,30が形成されている。この絶縁層29,30は、配線W1に支えられている。配線W1間は、空洞(キャビティ)31になっている。この空洞31には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
Insulating
なお、絶縁層29は、配線W1のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層30は、配線W1間に空洞31を設ける際に重要となると共に、絶縁層30上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層30は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
絶縁層30には、配線W1に達するコンタクトホ−ルが形成されている。このコンタクトホ−ル内及びコンタクトホ−ル上には、タングステンなどの高融点金属から構成される柱状の導電層33a,33bが形成されている。
In the insulating
但し、導電層33a,33bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
However, the
柱状の導電層33a,33bの上部には、棚状の絶縁層36,37が形成されている。この絶縁層36,37は、導電層33a,33bに支えられている。柱状の導電層33a,33bの間は、空洞(キャビティ)40になっている。この空洞40には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
Shelf-like insulating
なお、絶縁層36は、導電層33a,33bの位置や断面積を決めるもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層37は、空洞40を設ける際に重要となると共に、絶縁層37上にさらに配線を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層37は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
また、各チップ48の縁部には、そのチップの縁に沿ってリング状のガ−ドリングGが形成されている。このガ−ドリングGは、空洞31に形成されるバリア層27c及び金属層28cと、空洞40に形成される導電層33cとから構成されている。
A ring-shaped guard ring G is formed at the edge of each
空洞31に形成されるバリア層27c及び金属層28cは、配線W1と同じ構成を有し、空洞40に形成される導電層33cは、導電層(コンタクトプラグ)33a,33bと同じ構成を有している。
The
上記構成の半導体装置によれば、配線W1間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31が形成され、導電層(上下配線のコンタクトプラグ)33a,33bの間にも、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞40が形成されている。
According to the semiconductor device having the above configuration, the
この混合ガスの誘電率εは、1.0程度である。これにより、配線W1間及び導電層33a,33bの間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
The mixed gas has a dielectric constant ε of about 1.0. Thereby, the dielectric constant can be drastically reduced as compared with the case where the wiring W1 and the
従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。 Accordingly, it is possible to simultaneously improve the integration degree of the elements and the performance of the LSI.
さらに、チップの縁部には、リング状のガ−ドリングGが形成されている。従って、ウェハから個々のチップを切り出した後において、水分H2 Oがチップの縁から空洞31,40を介して配線W1及び導電層33a,33bに達するという事態が回避できる。
Further, a ring-shaped guard ring G is formed at the edge of the chip. Therefore, it is possible to avoid a situation in which moisture H 2 O reaches the wiring W1 and the
即ち、ガ−ドリングGを設けることにより、チップ内の配線W1及び導電層33a,33bを、水分H2 Oに対して保護することができる。
That is, by providing the guard ring G, the wiring W1 and the
また、この実施の形態における半導体装置は、上述の第4の実施の形態における製造方法を用いることにより、容易に形成することができる。 In addition, the semiconductor device in this embodiment can be easily formed by using the manufacturing method in the above-described fourth embodiment.
図81は、本発明の第13の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 FIG. 81 shows a semiconductor device according to the thirteenth embodiment of the present invention.
この半導体装置は、図74に示すように、ウェハ47に形成される複数のチップ48の各々に形成される。
This semiconductor device is formed on each of a plurality of
図81を参照して、この実施の形態に関わる半導体装置について説明する。 A semiconductor device according to this embodiment will be described with reference to FIG.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)21上には、フィ−ルド酸化層(例えば、シリコン酸化層)22が形成されている。フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域には、MOSトランジスタが形成されている。このMOSトランジスタは、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有している。
A field oxide layer (eg, silicon oxide layer) 22 is formed on a semiconductor substrate (eg, silicon wafer) 21. In the element region surrounded by the
絶縁層25は、MOSトランジスタを覆っている。絶縁層25は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス(BPSG)や燐ケイ酸ガラス(PSG)などから構成することができる。
The insulating
絶縁層25の表面は、平坦である。絶縁層25の表面は、化学機械的研磨(CMP)により平坦にすることができる。絶縁層25には、ソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
The surface of the insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bが埋め込まれている。但し、導電層26a,26bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W1は、絶縁層25上に配置され、導電層26a,26bに接続されている。配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属層28a,28bと、この金属層28a,28bの底面及び側面を覆うU字溝状のバリア層27a,27bとから構成されている。
The wiring W1 is disposed on the insulating
なお、配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層27a,27bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 Note that the wiring W1 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 27a and 27b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W1の上部には、絶縁層30が形成されている。この絶縁層30は、配線W1に支えられている。配線W1間は、空洞(キャビティ)31になっている。この空洞31には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
An insulating
絶縁層30は、配線W1間に空洞31を設ける際に重要となると共に、絶縁層30上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層30は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
絶縁層30には、配線W1に達するコンタクトホ−ルが形成されている。このコンタクトホ−ル内及びコンタクトホ−ル上には、タングステンなどの高融点金属から構成される柱状の導電層33a,33bが形成されている。
In the insulating
但し、導電層33a,33bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
However, the
柱状の導電層33a,33bの上部には、棚状の絶縁層36,37が形成されている。この絶縁層36,37は、導電層33a,33bに支えられている。柱状の導電層33a,33bの間は、空洞(キャビティ)40になっている。この空洞40には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
Shelf-like insulating
なお、絶縁層36は、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層37は、空洞40を設ける際に重要となると共に、絶縁層37上にさらに配線を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層37は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
また、各チップ48縁部には、そのチップの縁に沿ってリング状のガ−ドリングGが形成されている。このガ−ドリングGは、空洞31に形成されるバリア層27c及び金属層28cと、空洞40に形成される導電層33cとから構成されている。
Further, a ring-shaped guard ring G is formed at the edge of each
空洞31に形成されるバリア層27c及び金属層28cは、配線W1と同じ構成を有し、空洞40に形成される導電層33cは、導電層(コンタクトプラグ)33a,33bと同じ構成を有している。
The
上記構成の半導体装置によれば、配線W1間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31が形成され、導電層(上下配線のコンタクトプラグ)33a,33bの間にも、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞40が形成されている。
According to the semiconductor device having the above configuration, the
この混合ガスの誘電率εは、1.0程度である。これにより、配線W1間及び導電層33a,33bの間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
The mixed gas has a dielectric constant ε of about 1.0. Thereby, the dielectric constant can be drastically reduced as compared with the case where the wiring W1 and the
従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。 Accordingly, it is possible to simultaneously improve the integration degree of the elements and the performance of the LSI.
さらに、チップの縁部には、リング状のガ−ドリングGが形成されている。従って、ウェハから個々のチップを切り出した後において、水分H2 Oがチップの縁から空洞31,40を介して配線W1及び導電層33a,33bに達するという事態が回避できる。
Further, a ring-shaped guard ring G is formed at the edge of the chip. Therefore, it is possible to avoid a situation in which moisture H 2 O reaches the wiring W1 and the
即ち、ガ−ドリングGを設けることにより、チップ内の配線W1及び導電層33a,33bを、水分H2 Oに対して保護することができる。
That is, by providing the guard ring G, the wiring W1 and the
また、この実施の形態における半導体装置は、上述の第5の実施の形態における製造方法を用いることにより、容易に形成することができる。 In addition, the semiconductor device in this embodiment can be easily formed by using the manufacturing method in the fifth embodiment described above.
図82は、本発明の第14の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 FIG. 82 shows a semiconductor device according to the fourteenth embodiment of the present invention.
この半導体装置は、図74に示すように、ウェハ47に形成される複数のチップ48の各々に形成される。
This semiconductor device is formed on each of a plurality of
図82を参照して、この実施の形態に関わる半導体装置について説明する。 A semiconductor device according to this embodiment will be described with reference to FIG.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)21上には、フィ−ルド酸化層(例えば、シリコン酸化層)22が形成されている。フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域には、MOSトランジスタが形成されている。このMOSトランジスタは、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有している。
A field oxide layer (eg, silicon oxide layer) 22 is formed on a semiconductor substrate (eg, silicon wafer) 21. In the element region surrounded by the
絶縁層25は、MOSトランジスタを覆っている。絶縁層25は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス(BPSG)や燐ケイ酸ガラス(PSG)などから構成することができる。
The insulating
絶縁層25の表面は、平坦である。絶縁層25の表面は、化学機械的研磨(CMP)により平坦にすることができる。絶縁層25には、ソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
The surface of the insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bが埋め込まれている。但し、導電層26a,26bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W1は、絶縁層25上に配置され、導電層26a,26bに接続されている。配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属層28a,28bと、この金属層28a,28bの底面及び側面を覆うU字溝状のバリア層27a,27bとから構成されている。
The wiring W1 is disposed on the insulating
なお、配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステン、タンタルなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層27a,27bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 Note that the wiring W1 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten or tantalum. The barrier layers 27a and 27b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W1の上部には、絶縁層29,30が形成されている。この絶縁層29,30は、配線W1に支えられている。配線W1間は、空洞(キャビティ)31になっている。この空洞31には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
Insulating
なお、絶縁層29の上部は、配線W1のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層30は、配線W1間に空洞31を設ける際に重要となると共に、絶縁層30上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層30は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The upper portion of the insulating
絶縁層30には、配線W1に達するコンタクトホ−ルが形成されている。このコンタクトホ−ル内及びコンタクトホ−ル上には、タングステンなどの高融点金属から構成される柱状の導電層33a,33bが形成されている。但し、導電層33a,33bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
In the insulating
導電層33a,33b上には、絶縁層42,43が形成されている。この絶縁層42,43は、導電層33a,33bに支えられている。導電層33a,33bの間は、空洞(キャビティ)40になっている。この空洞40には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
Insulating
なお、絶縁層42は、導電層33a,33bの位置及び断面積を決めるもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層43は、導電層33a,33bの間に空洞40を設ける際に重要となると共に、絶縁層43上に配線W2を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層43は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
配線W2は、絶縁層43上に配置され、導電層33a,33bに接続されている。配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属層35a,35bと、この金属層35a,35bの底面及び側面を覆うU字溝状のバリア層34a,34bとから構成されている。
The wiring W2 is disposed on the insulating
なお、配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層34a,34bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 Note that the wiring W2 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of, for example, a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 34a and 34b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W2の上部には、絶縁層36,37が形成されている。この絶縁層36,37は、配線W2に支えられている。配線W2間は、空洞(キャビティ)38になっている。この空洞38には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
Insulating
なお、絶縁層36は、配線W2のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層37は、配線W2間に空洞38を設ける際に重要となると共に、絶縁層37上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層37は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
また、各チップの縁部には、そのチップの縁に沿ってリング状のガ−ドリングGが形成されている。このガ−ドリングGは、空洞31に形成されるバリア層27c及び金属28cと、空洞38に形成されるバリア層34c及び金属35cと、空洞40に形成される導電層33cとから構成されている。
Further, a ring-shaped guard ring G is formed at the edge of each chip along the edge of the chip. The guard ring G includes a
空洞31に形成されるバリア層27c及び金属28cは、配線W1と同じ構成を有し、空洞38に形成されるバリア層34c及び金属35cは、配線W2と同じ構成を有し、空洞40に形成される導電層33cは、導電層(コンタクトプラグ)33a,33bと同じ構成を有している。
The
上記構成の半導体装置によれば、配線W1間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31が形成され、配線W2間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞38が形成されている。
According to the semiconductor device having the above structure, between wires W1 are formed
さらに、導電層33a,33bの間、即ち、配線W1と配線W2の間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞40が形成されている。
Further, a
この混合ガスの誘電率εは、1.0程度である。これにより、同一層(左右)の配線間及び異なる層(上下)の配線間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。 The mixed gas has a dielectric constant ε of about 1.0. As a result, the dielectric constant can be drastically reduced as compared with the case where an insulating layer such as a silicon oxide layer is filled between wirings of the same layer (left and right) and between wirings of different layers (upper and lower).
従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。 Accordingly, it is possible to simultaneously improve the integration degree of the elements and the performance of the LSI.
さらに、チップの縁部には、リング状のガ−ドリングGが形成されている。従って、ウェハから個々のチップを切り出した後において、水分H2 Oがチップの縁から空洞31,38,40を介して配線W1,W2及び導電層33a,33bに達するという事態が回避できる。
Further, a ring-shaped guard ring G is formed at the edge of the chip. Accordingly, it is possible to avoid a situation where moisture H 2 O reaches the wirings W1, W2 and the
即ち、ガ−ドリングGを設けることにより、チップ内の配線W1,W2及び導電層33a,33bを、水分H2 Oに対して保護することができる。
That is, by providing the guard ring G, the wirings W1, W2 and the
また、この実施の形態における半導体装置は、上述の第6の実施の形態における製造方法を用いることにより、容易に形成することができる。 In addition, the semiconductor device in this embodiment can be easily formed by using the manufacturing method in the sixth embodiment described above.
図83は、本発明の第15の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 FIG. 83 shows a semiconductor device according to the fifteenth embodiment of the present invention.
この半導体装置は、図74に示すように、ウェハ47に形成される複数のチップ48の各々に形成される。
This semiconductor device is formed on each of a plurality of
図83を参照して、この実施の形態に関わる半導体装置について説明する。 A semiconductor device according to this embodiment will be described with reference to FIG.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)21上には、フィ−ルド酸化層(例えば、シリコン酸化層)22が形成されている。フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域には、MOSトランジスタが形成されている。このMOSトランジスタは、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有している。
A field oxide layer (eg, silicon oxide layer) 22 is formed on a semiconductor substrate (eg, silicon wafer) 21. In the element region surrounded by the
絶縁層25は、MOSトランジスタを覆っている。絶縁層25は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス(BPSG)や燐ケイ酸ガラス(PSG)などから構成することができる。
The insulating
絶縁層25の表面は、平坦である。絶縁層25の表面は、化学機械的研磨(CMP)により平坦にすることができる。絶縁層25には、ソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
The surface of the insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bが埋め込まれている。但し、導電層26a,26bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W1は、絶縁層25上に配置され、導電層26a,26bに接続されている。配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属層28a,28bと、この金属層28a,28bの底面及び側面を覆うU字溝状のバリア層27a,27bとから構成されている。
The wiring W1 is disposed on the insulating
なお、配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層27a,27bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 Note that the wiring W1 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 27a and 27b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W1の上部には、絶縁層30が形成されている。この絶縁層30は、配線W1に支えられている。配線W1間は、空洞(キャビティ)31になっている。この空洞31には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
An insulating
絶縁層30は、配線W1間に空洞31を設ける際に重要となると共に、絶縁層30上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層30は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
絶縁層30には、配線W1に達するコンタクトホ−ルが形成されている。このコンタクトホ−ル内及びコンタクトホ−ル上には、タングステンやタンタルなどの高融点金属から構成される柱状の導電層33a,33bが形成されている。但し、導電層33a,33bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
In the insulating
導電層33a,33bの上部には、絶縁層43が形成されている。この絶縁層43は、導電層33a,33bに支えられている。導電層33a,33bの間は、空洞(キャビティ)40になっている。この空洞40には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
An insulating
絶縁層43は、導電層33a,33bの間に空洞40を設ける際に重要となると共に、絶縁層43上に配線W2を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層43は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
配線W2は、絶縁層43上に配置され、導電層33a,33bに接続されている。配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属層35a,35bと、この金属層35a,35bの底面及び側面を覆うU字溝状のバリア層34a,34bとから構成されている。
The wiring W2 is disposed on the insulating
なお、配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層34a,34bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 Note that the wiring W2 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of, for example, a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 34a and 34b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W2の上部には、絶縁層37が形成されている。この絶縁層37は、配線W2に支えられている。配線W2間は、空洞(キャビティ)38になっている。この空洞38には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
An insulating
絶縁層37は、配線W2間に空洞38を設ける際に重要となると共に、絶縁層37上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層37は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
また、各チップの縁部には、そのチップの縁に沿ってリング状のガ−ドリングGが形成されている。このガ−ドリングGは、空洞31に形成されるバリア層27c及び金属層28cと、空洞38に形成されるバリア層34c及び金属層35cと、空洞40に形成される導電層33cとから構成されている。
Further, a ring-shaped guard ring G is formed at the edge of each chip along the edge of the chip. The guard ring G includes a
空洞31に形成されるバリア層27c及び金属層28cは、配線W1と同じ構成を有し、空洞38に形成されるバリア層34c及び金属層35cは、配線W2と同じ構成を有し、空洞40に形成される導電層33cは、導電層(コンタクトプラグ)33a,33bと同じ構成を有している。
The
上記構成の半導体装置によれば、配線W1間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31が形成され、配線W2間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞38が形成されている。
According to the semiconductor device having the above structure, between wires W1 are formed
さらに、導電層33a,33bの間、即ち、配線W1と配線W2の間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞40が形成されている。
Further, a
この混合ガスの誘電率εは、1.0程度である。これにより、同一層(左右)の配線間及び異なる層(上下)の配線間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。 The mixed gas has a dielectric constant ε of about 1.0. As a result, the dielectric constant can be drastically reduced as compared with the case where an insulating layer such as a silicon oxide layer is filled between wirings of the same layer (left and right) and between wirings of different layers (upper and lower).
従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。 Accordingly, it is possible to simultaneously improve the integration degree of the elements and the performance of the LSI.
さらに、チップの縁部には、リング状のガ−ドリングGが形成されている。従って、ウェハから個々のチップを切り出した後において、水分H2 Oがチップの縁から空洞31,38,40を介して配線W1,W2及び導電層33a,33bに達するという事態が回避できる。
Further, a ring-shaped guard ring G is formed at the edge of the chip. Accordingly, it is possible to avoid a situation where moisture H 2 O reaches the wirings W1, W2 and the
即ち、ガ−ドリングGを設けることにより、チップ内の配線W1,W2及び導電層33a,33bを、水分H2 Oに対して保護することができる。
That is, by providing the guard ring G, the wirings W1, W2 and the
また、この実施の形態における半導体装置は、上述の第7の実施の形態における製造方法を用いることにより、容易に形成することができる。 In addition, the semiconductor device in this embodiment can be easily formed by using the manufacturing method in the seventh embodiment described above.
図84は、本発明の第16の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 FIG. 84 shows a semiconductor device according to the sixteenth embodiment of the present invention.
この半導体装置は、図74に示すように、ウェハ47に形成される複数のチップ48の各々に形成される。
This semiconductor device is formed on each of a plurality of
図84を参照して、この実施の形態に関わる半導体装置について説明する。 With reference to FIG. 84, a semiconductor device according to this embodiment will be described.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)21上には、フィ−ルド酸化層(例えば、シリコン酸化層)22が形成されている。フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域には、MOSトランジスタが形成されている。このMOSトランジスタは、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有している。
A field oxide layer (eg, silicon oxide layer) 22 is formed on a semiconductor substrate (eg, silicon wafer) 21. In the element region surrounded by the
絶縁層25は、MOSトランジスタを覆っている。絶縁層25は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス(BPSG)や燐ケイ酸ガラス(PSG)などから構成することができる。
The insulating
絶縁層25の表面は、平坦である。絶縁層25の表面は、化学機械的研磨(CMP)により平坦にすることができる。絶縁層25には、ソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
The surface of the insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bが埋め込まれている。但し、導電層26a,26bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W1は、絶縁層25上に配置され、導電層26a,26bに接続されている。配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属層28a,28bと、この金属層28a,28bの底面及び側面を覆うU字溝状のバリア層27a,27bとから構成されている。
The wiring W1 is disposed on the insulating
なお、配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層27a,27bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 Note that the wiring W1 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 27a and 27b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W1の上部には、絶縁層29,30が形成されている。この絶縁層29,30は、配線W1に支えられている。配線W1間は、空洞(キャビティ)31になっている。この空洞31には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
Insulating
なお、絶縁層29は、配線W1のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層30は、配線W1間に空洞31を設ける際に重要となると共に、絶縁層30上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層30は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
絶縁層30には、配線W1に達するコンタクトホ−ルが形成されている。このコンタクトホ−ル内及びコンタクトホ−ル上には、銅、アルミニウム合金などの金属層35a,35bと、この金属層35a,35bの底面及び側面を覆うバリア層34a,34bとから構成される配線W2が形成されている。
In the insulating
なお、配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層34a,34bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 Note that the wiring W2 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of, for example, a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 34a and 34b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W2の上部と下部の間には、絶縁層(例えば、シリコン酸化層)43が形成されている。この絶縁層43は、配線W2に支えられている。配線W2の下部は、柱状であり、また、配線W2の上部は、線状であり、絶縁層43上に配置されている。
An insulating layer (for example, a silicon oxide layer) 43 is formed between the upper and lower portions of the wiring W2. The insulating
配線W2上には、絶縁層(例えば、シリコン酸化層)37が形成されている。配線W2の下部の間(上下の配線W1と配線W2の間)は、空洞(キャビティ)40になっている。この空洞40には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
An insulating layer (for example, silicon oxide layer) 37 is formed on the wiring W2. A space (cavity) 40 is formed between the lower portions of the wiring W2 (between the upper and lower wirings W1 and W2). The
配線W2の上部の間(左右の配線W2の間)は、空洞(キャビティ)38になっている。この空洞38には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
A space (cavity) 38 is formed between the upper portions of the wiring W2 (between the left and right wirings W2). The
また、各チップの縁部には、そのチップの縁に沿ってリング状のガ−ドリングGが形成されている。このガ−ドリングGは、空洞31に形成されるバリア層27c及び金属28cと、空洞38,40に形成されるバリア層34c及び金属35cとから構成されている。
Further, a ring-shaped guard ring G is formed at the edge of each chip along the edge of the chip. The guard ring G includes a
空洞31に形成されるバリア層27c及び金属28cは、配線W1と同じ構成を有し、空洞38,40に形成されるバリア層34c及び金属35cは、配線W2と同じ構成を有している。
The
上記構成の半導体装置によれば、配線W1間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31が形成され、配線W2間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞38が形成されている。
According to the semiconductor device having the above structure, between wires W1 are formed
さらに、導電層35a,35bの間、即ち、配線W1と配線W2の間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞40が形成されている。
Further, a
この混合ガスの誘電率εは、1.0程度である。これにより、同一層(左右)の配線間及び異なる層(上下)の配線間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。 The mixed gas has a dielectric constant ε of about 1.0. As a result, the dielectric constant can be drastically reduced as compared with the case where an insulating layer such as a silicon oxide layer is filled between wirings of the same layer (left and right) and between wirings of different layers (upper and lower).
従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。 Accordingly, it is possible to simultaneously improve the integration degree of the elements and the performance of the LSI.
さらに、チップの縁部には、リング状のガ−ドリングGが形成されている。従って、ウェハから個々のチップを切り出した後において、水分H2 Oがチップの縁から空洞31,38,40を介して配線W1,W2に達するという事態が回避できる。
Further, a ring-shaped guard ring G is formed at the edge of the chip. Therefore, it is possible to avoid a situation in which moisture H 2 O reaches the wirings W1, W2 from the edge of the chip via the
即ち、ガ−ドリングGを設けることにより、チップ内の配線W1,W2を、水分H2 Oに対して保護することができる。 That is, by providing the guard ring G, the wirings W1 and W2 in the chip can be protected against moisture H 2 O.
また、この実施の形態における半導体装置は、上述の第8の実施の形態における製造方法を用いることにより、容易に形成することができる。 In addition, the semiconductor device in this embodiment can be easily formed by using the manufacturing method in the above-described eighth embodiment.
図85は、本発明の第17の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 FIG. 85 shows a semiconductor device according to the seventeenth embodiment of the present invention.
この半導体装置は、図74に示すように、ウェハ47に形成される複数のチップ48の各々に形成される。
This semiconductor device is formed on each of a plurality of
図85を参照して、この実施の形態に関わる半導体装置について説明する。 A semiconductor device according to this embodiment will be described with reference to FIG.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)21上には、フィ−ルド酸化層(例えば、シリコン酸化層)22が形成されている。フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域には、MOSトランジスタが形成されている。このMOSトランジスタは、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有している。
A field oxide layer (eg, silicon oxide layer) 22 is formed on a semiconductor substrate (eg, silicon wafer) 21. In the element region surrounded by the
絶縁層25は、MOSトランジスタを覆っている。絶縁層25は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス(BPSG)や燐ケイ酸ガラス(PSG)などから構成することができる。
The insulating
絶縁層25の表面は、平坦である。絶縁層25の表面は、化学機械的研磨(CMP)により平坦にすることができる。絶縁層25には、ソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
The surface of the insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bが埋め込まれている。但し、導電層26a,26bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W1は、絶縁層25上に配置され、導電層26a,26bに接続されている。配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属層28a,28bと、この金属層28a,28bの底面及び側面を覆うU字溝状のバリア層27a,27bとから構成されている。
The wiring W1 is disposed on the insulating
なお、配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層27a,27bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 Note that the wiring W1 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 27a and 27b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W1の上部には、絶縁層30が形成されている。この絶縁層30は、配線W1に支えられている。配線W1間は、空洞(キャビティ)31になっている。この空洞31には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
An insulating
絶縁層30は、配線W1間に空洞31を設ける際に重要となると共に、絶縁層30上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層30は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
絶縁層30には、配線W1に達するコンタクトホ−ルが形成されている。このコンタクトホ−ル内及びコンタクトホ−ル上には、銅、アルミニウム合金などの金属層35a,35bと、この金属層35a,35bの底面及び側面を覆うバリア層34a,34bとから構成される配線W2が形成されている。
In the insulating
なお、配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層34a,34bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 Note that the wiring W2 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of, for example, a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 34a and 34b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W2の上部と下部の間には、絶縁層(例えば、シリコン酸化層)43が形成されている。この絶縁層43は、配線W2に支えられている。配線W2の下部は、柱状であり、また、配線W2の上部は、線状であり、絶縁層43上に配置されている。
An insulating layer (for example, a silicon oxide layer) 43 is formed between the upper and lower portions of the wiring W2. The insulating
配線W2上には、絶縁層(例えば、シリコン酸化層)37が形成されている。配線W2の下部の間(上下の配線W1と配線W2の間)は、空洞(キャビティ)40になっている。この空洞40には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
An insulating layer (for example, silicon oxide layer) 37 is formed on the wiring W2. A space (cavity) 40 is formed between the lower portions of the wiring W2 (between the upper and lower wirings W1 and W2). The
配線W2の上部の間(左右の配線W2の間)は、空洞(キャビティ)38になっている。この空洞38には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
A space (cavity) 38 is formed between the upper portions of the wiring W2 (between the left and right wirings W2). The
また、各チップの縁部には、そのチップの縁に沿ってリング状のガ−ドリングGが形成されている。このガ−ドリングGは、空洞31に形成されるバリア層27c及び金属28cと、空洞38,40に形成されるバリア層34c及び金属35cとから構成されている。
Further, a ring-shaped guard ring G is formed at the edge of each chip along the edge of the chip. The guard ring G includes a
空洞31に形成されるバリア層27c及び金属28cは、配線W1と同じ構成を有し、空洞38,40に形成されるバリア層34c及び金属35cは、配線W2と同じ構成を有している。
The
上記構成の半導体装置によれば、配線W1間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31が形成され、配線W2間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞38が形成されている。
According to the semiconductor device having the above structure, between wires W1 are formed
さらに、導電層35a,35bの間、即ち、配線W1と配線W2の間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞40が形成されている。
Further, a
この混合ガスの誘電率εは、1.0程度である。これにより、同一層(左右)の配線間及び異なる層(上下)の配線間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。 The mixed gas has a dielectric constant ε of about 1.0. As a result, the dielectric constant can be drastically reduced as compared with the case where an insulating layer such as a silicon oxide layer is filled between wirings of the same layer (left and right) and between wirings of different layers (upper and lower).
従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。 Accordingly, it is possible to simultaneously improve the integration degree of the elements and the performance of the LSI.
さらに、チップの縁部には、リング状のガ−ドリングGが形成されている。従って、ウェハから個々のチップを切り出した後において、水分H2 Oがチップの縁から空洞31,38,40を介して配線W1,W2に達するという事態が回避できる。
Further, a ring-shaped guard ring G is formed at the edge of the chip. Therefore, it is possible to avoid a situation in which moisture H 2 O reaches the wirings W1, W2 from the edge of the chip via the
即ち、ガ−ドリングGを設けることにより、チップ内の配線W1,W2を、水分H2 Oに対して保護することができる。 That is, by providing the guard ring G, the wirings W1 and W2 in the chip can be protected against moisture H 2 O.
また、この実施の形態における半導体装置は、上述の第9の実施の形態における製造方法を用いることにより、容易に形成することができる。 The semiconductor device in this embodiment can be easily formed by using the manufacturing method in the ninth embodiment described above.
図86は、本発明の第18の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 FIG. 86 shows a semiconductor device according to the eighteenth embodiment of the present invention.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)21上には、フィ−ルド酸化層(例えば、シリコン酸化層)22が形成されている。フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域には、MOSトランジスタが形成されている。このMOSトランジスタは、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有している。
A field oxide layer (eg, silicon oxide layer) 22 is formed on a semiconductor substrate (eg, silicon wafer) 21. In the element region surrounded by the
絶縁層25は、MOSトランジスタを覆っている。絶縁層25は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス(BPSG)や燐ケイ酸ガラス(PSG)などから構成することができる。
The insulating
絶縁層25の表面は、平坦である。絶縁層25の表面は、化学機械的研磨(CMP)により平坦にすることができる。絶縁層25には、ソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
The surface of the insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bが埋め込まれている。但し、導電層26a,26bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W1は、絶縁層25上に配置され、導電層26a,26bに接続されている。配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属層28a,28bと、この金属層28a,28bの底面及び側面を覆うU字溝状の配線保護層50a,50bとから構成されている。
The wiring W1 is disposed on the insulating
なお、配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。 Note that the wiring W1 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten.
また、配線保護層50a,50bは、例えば、窒化チタニウム、チタニウムとタングステンの合金、白金などの遷移金属又はその合金、モリブデンなどから構成することができる。即ち、配線保護層50a,50bは、導電性を有し、薬品に腐食され難く、酸化され難いものであれば何でもよい。
The wiring
配線W1の上部には、絶縁層29,30が形成されている。この絶縁層29,30は、配線W1に支えられている。配線W1間は、空洞(キャビティ)31になっている。この空洞31には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
Insulating
なお、絶縁層29は、配線W1のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層30は、配線W1間に空洞31を設ける際に重要となると共に、絶縁層30上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層30は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
絶縁層30上には、絶縁層32が形成されている。絶縁層32は、例えば、シリコン酸化層から構成される。絶縁層32には、配線W1に達するコンタクトホ−ルが形成されている。
An insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層33a,33bが埋め込まれている。但し、導電層33a,33bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W2は、絶縁層32上に配置され、導電層33a,33bに接続されている。配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属35a,35bと、この金属35a,35bの底面及び側面を覆うU字溝状の配線保護層51a,51bとから構成されている。
The wiring W2 is disposed on the insulating
なお、配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。 Note that the wiring W2 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of, for example, a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten.
また、配線保護層51a,51bは、例えば、窒化チタニウム、チタニウムとタングステンの合金、白金などの遷移金属又はその合金、モリブデンなどから構成することができる。即ち、配線保護層51a,51bは、導電性を有し、薬品に腐食され難く、酸化され難いものであれば何でもよい。
The wiring
配線W2の上部には、絶縁層36,37が形成されている。この絶縁層36,37は、配線W2に支えられている。配線W2間は、空洞(キャビティ)38になっている。この空洞38には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
Insulating
なお、絶縁層36は、配線W2のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層37は、配線W2間に空洞38を設ける際に重要となると共に、絶縁層37上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層37は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
上記構成の半導体装置によれば、配線W1間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31が形成され、配線W2間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞38が形成されている。
According to the semiconductor device having the above structure, between wires W1 are formed
この混合ガスの誘電率εは、1.0程度である。これにより、配線W1間及び配線W2間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。 The mixed gas has a dielectric constant ε of about 1.0. Thereby, the dielectric constant can be drastically reduced as compared with the case where the space between the wirings W1 and the space between the wirings W2 are filled with an insulating layer such as a silicon oxide layer.
従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。 Accordingly, it is possible to simultaneously improve the integration degree of the elements and the performance of the LSI.
また、少なくとも配線W1,W2の側面は、配線保護層50a,50b;51a,51bに覆われているため、チップの縁から空洞31,38を介して進入してきた水分H2 Oは、配線W1,W2の金属に直接到達することがない。
In addition, since at least the side surfaces of the wirings W1 and W2 are covered with the
従って、個々の配線W1,W2を水分H2 Oから保護することができる。 Therefore, the individual wirings W1 and W2 can be protected from moisture H 2 O.
また、この実施の形態における半導体装置(チップ)が搭載されるパッケ−ジに、パッケ−ジ外部と内部を接続する穴を設けておけば、空洞31,38は、空気で満たされると共に、この空気が循環することにより、チップ内で生じる熱は、パッケ−ジ外部へ効率よく排出される。
Further, if the package on which the semiconductor device (chip) in this embodiment is mounted is provided with a hole for connecting the outside and inside of the package, the
従って、熱による不良が発生し難い半導体装置を提供することができる。 Therefore, it is possible to provide a semiconductor device in which defects due to heat hardly occur.
また、配線W1,W2は、配線保護膜50a,50b;51a,51bに覆われているため、配線W1,W2にヒロックが発生し難くなる。
Further, since the wirings W1, W2 are covered with the wiring
次に、図86の半導体装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device of FIG. 86 will be described.
まず、図87に示すように、LOCOS法により半導体基板21上にフィ−ルド酸化層22を形成する。また、フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有するMOSトランジスタを形成する。
First, as shown in FIG. 87, a
半導体基板21上の全面に、MOSトランンジスタを完全に覆う絶縁層(BPSGやPSGなど)25を形成する。この後、化学機械的研磨(CMP)を行い、絶縁層25の表面を平坦にする。
An insulating layer (such as BPSG or PSG) 25 that completely covers the MOS transistor is formed on the entire surface of the
PEP(写真蝕刻工程)により、絶縁層25にソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層25のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bを埋め込む。
Contact holes reaching the source /
なお、絶縁層25のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
Note that a material other than the refractory metal may be embedded in the contact hole of the insulating
次に、図88に示すように、スパッタリング法により、絶縁層25上に炭素 (カ−ボン)層39を形成する。ここで、炭素層39の厚さは、LSIの内部配線の厚さと等しい値(例えば、約0.7〜約0.2μm)に設定される。
Next, as shown in FIG. 88, a
次に、図89に示すように、スパッタリング法により、炭素層39上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)29を、約0.05μmの厚さで形成する。ここで、マスク材29は、炭素層39の消滅を防ぐため、CVD法でなく、スパッタリング法で形成する。
Next, as shown in FIG. 89, a mask material (for example, a silicon oxide layer or a silicon nitride layer) 29 is formed with a thickness of about 0.05 μm on the
次に、図90に示すように、マスク材29上にレジストを塗布し、PEP(写真蝕刻工程)を用いてこのレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材29をパタ−ニングする。この後、レジストを剥離する。マスク材29のパタ−ンは、配線のパタ−ンと同じになる。
Next, as shown in FIG. 90, a resist is applied on the
次に、図91に示すように、マスク材29をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層39をエッチングする。
Next, as shown in FIG. 91, the
なお、本実施例では、PEPにより、直接、炭素層39をエッチングすることなく、PEPで加工したマスク材29をマスクにして炭素層39をエッチングしている。
In this embodiment, the
この理由は、以下のとおりである。PEPに用いるレジストは、酸素プラズマ処理(アッシャ−)、又はH2 SO4 とH2 O2 の薬液により除去される。しかし、酸素プラズマ処理でレジストを除去する場合は、せっかくパタ−ニングした炭素層39が同時に除去されてしまう。一方、H2 SO4 とH2 O2 の薬液によりレジストを除去する場合は、導電層(高融点金属の場合のみ)26a,26bが同時に除去されてしまう。
The reason for this is as follows. The resist used for PEP is removed by oxygen plasma treatment (asher) or a chemical solution of H 2 SO 4 and H 2 O 2 . However, when the resist is removed by the oxygen plasma treatment, the patterned
そこで、導電層26a,26bが高融点金属の場合には、PEPで加工したマスク材29をマスクにして炭素層39をエッチングするのがよい。
Therefore, when the
次に、図92に示すように、スパッタリング法又はCVD法により、例えば、モリブデンから構成される配線保護層50を、絶縁層25上及びマスク材29上に形成する。
Next, as shown in FIG. 92, a wiring
次に、図93に示すように、スパッタリング法又はCVD法により、配線保護層50上に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属28を形成する。なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属であってもよい。
Next, as shown in FIG. 93, a
次に、図94に示すように、化学機械的研磨(CMP)により、炭素層39の間の溝内にのみ、配線保護層50a,50b及び金属28a,28bを残存させ、配線W1を形成する。
Next, as shown in FIG. 94, the wiring
なお、CMPに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングを用いることにより配線W1を形成するようにしてもよい。 Note that the wiring W1 may be formed by using anisotropic etching or isotropic etching instead of CMP.
次に、図95に示すように、スパッタリング法により、マスク材29上及び配線W1上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)30を形成する。ここで、絶縁層30は、CVD法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層30を形成する際の反応ガス中には、酸素O2 ガスが含まれているため、絶縁層30の形成時に、炭素層39が除去されてしまう可能性があるからである。
Next, as shown in FIG. 95, an insulating layer (for example, silicon oxide layer) 30 is formed on the
また、絶縁層30の厚さは、絶縁層30がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層30の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層30の種類や質などにより、絶縁層30の最適な厚さは、それぞれ異なる。
In addition, the thickness of the insulating
次に、図96及び図97に示すように、炭素層39を灰化し、炭素層39を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31に変換する。炭素層39の灰化は、以下の二つの方法のいずれかを使用することにより達成される。
Next, as shown in FIGS. 96 and 97, the
一つめは、酸素雰囲気中での熱処理(温度400〜450℃、時間2h程度)である。この方法では、炭素層39が二酸化炭素CO2 に変換する反応が緩やかに進むため、炭素層39の体積の膨脹による絶縁層29,30の破裂を防止できる利点がある反面、処理時間が長くなる欠点がある。
The first is a heat treatment in an oxygen atmosphere (temperature 400 to 450 ° C.,
二つめは、酸素プラズマ処理(アッシャ−)である。この方法では、炭素層39が二酸化炭素CO2 に変換する反応が速やかに進むため、処理時間が短くなる利点がある反面、炭素層39の体積の膨脹による絶縁層29,30の破裂が生じる可能性が高くなるという欠点がある。しかし、この欠点は、絶縁層29,30の質の改善や酸素プラズマ処理の温度の低下などにより回避できる。
The second is oxygen plasma treatment (asher). In this method, since the reaction of the
次に、図98に示すように、CVD法を用いて、絶縁層30上に低い誘電率を有する絶縁層(例えば、弗素を含むTEOSなど)32を形成する。
Next, as shown in FIG. 98, an insulating layer 32 (eg, TEOS containing fluorine) 32 having a low dielectric constant is formed on the insulating
次に、図99に示すように、PEP(写真蝕刻工程)及びRIE(反応性イオンエッチング)を用いて、配線W1に達するビアホ−ルを絶縁層30,32に設ける。
Next, as shown in FIG. 99, via holes reaching the wiring W1 are provided in the insulating
次に、図100に示すように、選択成長法を用いて、ビアホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層33a,33bを埋め込む。なお、絶縁層30,32のビアホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
Next, as shown in FIG. 100,
次に、図101に示すように、配線W1を形成する際に使用した工程と同様の工程により配線W2を形成する。 Next, as shown in FIG. 101, the wiring W2 is formed by a process similar to the process used when forming the wiring W1.
即ち、まず、スパッタリング法により、絶縁層32上に炭素(カ−ボン)層を形成する。ここで、炭素層の厚さは、配線W2の厚さと等しい値に設定されている。スパッタリング法により、炭素層上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)36を、約0.05μmの厚さで形成する。
That is, first, a carbon layer is formed on the insulating
この後、PEP(写真蝕刻工程)及び異方性エッチングを用いて、マスク材36をパタ−ニングする。マスク材36をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層をエッチングする。スパッタリング法又はCVD法により、例えば、モリブデンから構成される配線保護層51a,51bを、絶縁層32上及びマスク材36上に形成する。
Thereafter, the
スパッタリング法又はCVD法により、配線保護層51a,51b上に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属35a,35bを形成する。化学機械的研磨(CMP)により、炭素層の間の溝内にのみ、配線保護層51a,51b及び金属層35a,35bを残存させ、配線W2を形成する。
なお、CMPに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより、配線W2を形成するようにしてもよい。 Note that the wiring W2 may be formed by anisotropic etching or isotropic etching instead of CMP.
スパッタリング法により、マスク材36上及び配線W2上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)37を形成する。この後、炭素層を灰化し、炭素層を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞38に変換する。
An insulating layer (for example, silicon oxide layer) 37 is formed on the
上述の製造方法によれば、配線W1,W2を形成するための溝を有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。従って、容易に、図86の半導体装置を提供することができる。 According to the above-described manufacturing method, the carbon layer is used for the insulating layer having the grooves for forming the wirings W1 and W2, and after the wiring is formed in the grooves, the carbon layer is ashed to be filled with the gas. It has been converted into a cavity. Therefore, the semiconductor device in FIG. 86 can be easily provided.
図102は、本発明の第19の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 FIG. 102 shows a semiconductor device according to the nineteenth embodiment of the present invention.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)21上には、フィ−ルド酸化層(例えば、シリコン酸化層)22が形成されている。フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域には、MOSトランジスタが形成されている。このMOSトランジスタは、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有している。
A field oxide layer (eg, silicon oxide layer) 22 is formed on a semiconductor substrate (eg, silicon wafer) 21. In the element region surrounded by the
絶縁層25は、MOSトランジスタを覆っている。絶縁層25は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス(BPSG)や燐ケイ酸ガラス(PSG)などから構成することができる。
The insulating
絶縁層25の表面は、平坦である。絶縁層25の表面は、化学機械的研磨(CMP)により平坦にすることができる。絶縁層25には、ソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
The surface of the insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bが埋め込まれている。但し、導電層26a,26bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W1は、絶縁層25上に配置され、導電層26a,26bに接続されている。配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属層28a,28bと、この金属層28a,28bの底面及び側面を覆うU字溝状の配線保護層50a,50bとから構成されている。
The wiring W1 is disposed on the insulating
なお、配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。 Note that the wiring W1 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten.
また、配線保護層50a,50bは、例えば、例えば、窒化チタニウム、チタニウムとタングステンの合金、白金などの遷移金属又はその合金、モリブデンなどから構成することができる。即ち、配線保護層50a,50bは、導電性を有し、薬品に腐食され難く、酸化され難いものであれば何でもよい。
The wiring
配線W1の上部には、絶縁層30が形成されている。この絶縁層30は、配線W1に支えられている。配線W1間は、空洞(キャビティ)31になっている。この空洞31には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
An insulating
絶縁層30は、配線W1間に空洞31を設ける際に重要となると共に、絶縁層30上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層30は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
絶縁層30上には、絶縁層32が形成されている。絶縁層32は、例えば、シリコン酸化層から構成される。絶縁層32には、配線W1に達するコンタクトホ−ルが形成されている。
An insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層33a,33bが埋め込まれている。但し、導電層33a,33bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W2は、絶縁層32上に配置され、導電層33a,33bに接続されている。配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属層35a,35bと、この金属層35a,35bの底面及び側面を覆うU字溝状の配線保護層51a,51bとから構成されている。
The wiring W2 is disposed on the insulating
なお、配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステン、タンタルなどの高融点金属から構成してもよい。 The wiring W2 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten or tantalum.
また、例えば、窒化チタニウム、チタニウムとタングステンの合金、白金などの遷移金属又はその合金、モリブデンなどから構成することができる。即ち、配線保護層51a,51bは、導電性を有し、薬品に腐食され難く、酸化され難いものであれば何でもよい。
Further, for example, it can be composed of titanium nitride, an alloy of titanium and tungsten, a transition metal such as platinum or an alloy thereof, molybdenum, or the like. That is, the wiring
配線W2の上部には、絶縁層37が形成されている。この絶縁層37は、配線W2に支えられている。配線W2間は、空洞(キャビティ)38になっている。この空洞38には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
An insulating
絶縁層37は、配線W2間に空洞38を設ける際に重要となると共に、絶縁層37上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層37は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
上記構成の半導体装置によれば、配線W1間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31が形成され、配線W2間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞38が形成されている。
According to the semiconductor device having the above structure, between wires W1 are formed
この混合ガスの誘電率εは、1.0程度である。これにより、配線W1間及び配線W2間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。 The mixed gas has a dielectric constant ε of about 1.0. Thereby, the dielectric constant can be drastically reduced as compared with the case where the space between the wirings W1 and the space between the wirings W2 are filled with an insulating layer such as a silicon oxide layer.
従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。 Accordingly, it is possible to simultaneously improve the integration degree of the elements and the performance of the LSI.
また、少なくとも配線W1,W2の側面は、配線保護層50a,50b;51a,51bに覆われているため、チップの縁から空洞31,38を介して進入してきた水分H2 Oは、配線W1,W2の金属に直接到達することがない。
In addition, since at least the side surfaces of the wirings W1 and W2 are covered with the
従って、個々の配線W1,W2を水分H2 Oから保護することができる。 Therefore, the individual wirings W1 and W2 can be protected from moisture H 2 O.
また、この実施の形態における半導体装置(チップ)が搭載されるパッケ−ジに、パッケ−ジ外部と内部を接続する穴を設けておけば、空洞31,38は、空気で満たされると共に、この空気が循環することにより、チップ内で生じる熱は、パッケ−ジ外部へ効率よく排出される。
Further, if the package on which the semiconductor device (chip) in this embodiment is mounted is provided with a hole for connecting the outside and inside of the package, the
従って、熱による不良が発生し難い半導体装置を提供することができる。 Therefore, it is possible to provide a semiconductor device in which defects due to heat hardly occur.
また、配線W1,W2は、配線保護膜50a,50b;51a,51bに覆われているため、配線W1,W2にヒロックが発生し難くなる。
Further, since the wirings W1, W2 are covered with the wiring
次に、図102の半導体装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device of FIG. 102 will be described.
まず、図103に示すように、絶縁層25上に炭素層39を形成するまでを、上述の第18の実施の形態における製造方法と同様の方法により行う。
First, as shown in FIG. 103, the process until the
即ち、LOCOS法により半導体基板21上にフィ−ルド酸化層22を形成する。また、フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有するMOSトランジスタを形成する。
That is, the
半導体基板21上の全面に、MOSトランンジスタを完全に覆う絶縁層(BPSGやPSGなど)25を形成する。この後、化学機械的研磨(CMP)を行い、絶縁層25の表面を平坦にする。
An insulating layer (such as BPSG or PSG) 25 that completely covers the MOS transistor is formed on the entire surface of the
PEP(写真蝕刻工程)により、絶縁層25にソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層25のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bを埋め込む。
Contact holes reaching the source /
なお、絶縁層25のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
Note that a material other than the refractory metal may be embedded in the contact hole of the insulating
スパッタリング法により、絶縁層25上に炭素(カ−ボン)層39を形成する。ここで、炭素層39の厚さは、LSIの内部配線の厚さと等しい値(例えば、約0.7〜約0.2μm)に設定される。
A
スパッタリング法により、炭素層39上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)を、約0.05μmの厚さで形成する。PEP(写真蝕刻工程)及び異方性エッチングを用いて、マスク材をパタ−ニングする。このマスク材をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層39をエッチングする。
A mask material (for example, a silicon oxide layer or a silicon nitride layer) is formed on the
なお、PEPにより、直接、炭素層39をエッチングすることなく、PEPで加工したマスク材をマスクにして炭素層39をエッチングする理由は、上述の第2の実施の形態における製造方法で説明した理由と同じである。
The reason why the
従って、導電層26a,26bが高融点金属の場合には、PEPで加工したマスク材をマスクに炭素層39をエッチングし、導電層26a,26bがH2 SO4 とH2 O2 の薬液により腐蝕されないような材質である場合には、レジストをマスクに炭素層39をエッチングするのがよい。
Therefore, when the
この後、マスク材を除去し、スパッタリング法又はCVD法により、例えば、モリブデンから構成される配線保護層50を、絶縁層25上及び炭素層39上に形成する。
Thereafter, the mask material is removed, and the wiring
次に、図104に示すように、スパッタリング法又はCVD法により、配線保護層50上に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属層28を形成する。なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属であってもよい。
Next, as shown in FIG. 104, a
次に、図105に示すように、化学機械的研磨(CMP)により、炭素層39の間の溝内にのみ、配線保護層50a,50b及び金属28a,28bを残存させ、配線W1を形成する。
Next, as shown in FIG. 105, the wiring
なお、CMPに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングを用いて配線W1を形成するようにしてもよい。 Note that the wiring W1 may be formed by using anisotropic etching or isotropic etching instead of CMP.
次に、図106に示すように、スパッタリング法により、炭素層39上及び配線W1上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)30を形成する。ここで、絶縁層30は、CVD法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層30を形成する際の反応ガス中には、酸素O2 ガスが含まれているため、絶縁層30の形成時に、炭素層39が除去されてしまう可能性があるからである。
Next, as shown in FIG. 106, an insulating layer (for example, a silicon oxide layer) 30 is formed on the
また、絶縁層30の厚さは、絶縁層30がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層30の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層30の種類や質などにより、絶縁層30の最適な厚さは、それぞれ異なる。
In addition, the thickness of the insulating
次に、図107及び図108に示すように、炭素層39を灰化し、炭素層39を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31に変換する。炭素層39の灰化は、以下の二つの方法のいずれかを使用することにより達成される。
Next, as shown in FIGS. 107 and 108, the
一つめは、酸素雰囲気中での熱処理(温度400〜450℃、時間2h程度)である。この方法では、炭素層39が二酸化炭素CO2 に変換する反応が緩やかに進むため、炭素層39の体積の膨脹による絶縁層30の破裂を防止できる利点がある反面、処理時間が長くなる欠点がある。
The first is a heat treatment in an oxygen atmosphere (temperature 400 to 450 ° C.,
二つめは、酸素プラズマ処理(アッシャ−)である。この方法では、炭素層39が二酸化炭素CO2 に変換する反応が速やかに進むため、処理時間が短くなる利点がある反面、炭素層39の体積の膨脹による絶縁層30の破裂が生じる可能性が高くなるという欠点がある。しかし、この欠点は、絶縁層30の質の改善や酸素プラズマ処理の温度の低下などにより回避できる。
The second is oxygen plasma treatment (asher). In this method, since the reaction of the
次に、図109に示すように、CVD法を用いて、絶縁層30上に低い誘電率を有する絶縁層(例えば、弗素を含むTEOSなど)32を形成する。
Next, as shown in FIG. 109, an insulating layer 32 (for example, TEOS containing fluorine) 32 having a low dielectric constant is formed on the insulating
次に、図110に示すように、PEP(写真蝕刻工程)及びRIE(反応性イオンエッチング)を用いて、配線W1に達するビアホ−ルを絶縁層30,32に設ける。
Next, as shown in FIG. 110, via holes reaching the wiring W1 are provided in the insulating
次に、図111に示すように、選択成長法を用いて、ビアホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層33a,33bを埋め込む。なお、絶縁層30,32のビアホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
Next, as shown in FIG. 111,
次に、図112に示すように、配線W1を形成する際に使用した工程と同様の工程により配線W2を形成する。 Next, as shown in FIG. 112, the wiring W2 is formed by a process similar to the process used when forming the wiring W1.
即ち、まず、スパッタリング法により、絶縁層32上に炭素(カ−ボン)層を形成する。ここで、炭素層の厚さは、配線W2の厚さと等しい値に設定されている。スパッタリング法により、炭素層上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)を、約0.05μmの厚さで形成する。
That is, first, a carbon layer is formed on the insulating
この後、PEP(写真蝕刻工程)及び異方性エッチングを用いて、マスク材をパタ−ニングする。マスク材をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層をエッチングする。マスク材を除去し、スパッタリング法又はCVD法により、例えば、モリブデンから構成される配線保護層51a,51bを、絶縁層32上及び炭素層上に形成する。
Thereafter, the mask material is patterned using PEP (Photo Etching Process) and anisotropic etching. The carbon layer is etched by anisotropic etching using the mask material as a mask. The mask material is removed, and wiring
スパッタリング法又はCVD法により、配線保護層51a,51b上に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属層35a,35bを形成する。化学機械的研磨(CMP)により、炭素層の間の溝内にのみ、配線保護層51a,51b及び金属層35a,35bを残存させ、配線W2を形成する。
Metal layers 35a and 35b made of copper, aluminum alloy or the like are formed on the wiring
なお、CMPに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングを用いることにより配線W2を形成するようにしてもよい。 Note that the wiring W2 may be formed by using anisotropic etching or isotropic etching instead of CMP.
スパッタリング法により、炭素層上及び配線W2上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)37を形成する。この後、炭素層を灰化し、炭素層を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞38に変換する。
An insulating layer (for example, silicon oxide layer) 37 is formed on the carbon layer and the wiring W2 by sputtering. Thereafter, the carbon layer is ashed, and the carbon layer is converted into a
上述の製造方法によれば、配線W1,W2を形成するための溝を有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。従って、容易に、図102の半導体装置を提供することができる。 According to the above-described manufacturing method, the carbon layer is used for the insulating layer having the grooves for forming the wirings W1 and W2, and after the wiring is formed in the grooves, the carbon layer is ashed to be filled with the gas. It has been converted into a cavity. Therefore, the semiconductor device in FIG. 102 can be easily provided.
また、マスク材は、炭素層をパタ−ニングした後、炭素層の灰化前に、除去されている。従って、炭素層の灰化を迅速かつ正確に行うことができる。 The mask material is removed after patterning the carbon layer and before ashing the carbon layer. Therefore, ashing of the carbon layer can be performed quickly and accurately.
図113は、本発明の第20の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 FIG. 113 shows a semiconductor device according to the twentieth embodiment of the present invention.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)21上には、フィ−ルド酸化層(例えば、シリコン酸化層)22が形成されている。フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域には、MOSトランジスタが形成されている。このMOSトランジスタは、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有している。
A field oxide layer (eg, silicon oxide layer) 22 is formed on a semiconductor substrate (eg, silicon wafer) 21. In the element region surrounded by the
絶縁層25は、MOSトランジスタを覆っている。絶縁層25は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス(BPSG)や燐ケイ酸ガラス(PSG)などから構成することができる。
The insulating
絶縁層25の表面は、平坦である。絶縁層25の表面は、化学機械的研磨(CMP)により平坦にすることができる。絶縁層25には、ソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
The surface of the insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bが埋め込まれている。但し、導電層26a,26bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W1は、絶縁層25上に配置され、導電層26a,26bに接続されている。配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属層28a,28bと、この金属層28a,28bの底面及び側面を覆うU字溝状の配線保護層50a,50bとから構成されている。
The wiring W1 is disposed on the insulating
なお、配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。 Note that the wiring W1 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten.
また、配線保護層50a,50bは、例えば、窒化チタニウム、チタニウムとタングステンの合金、白金などの遷移金属又はその合金、モリブデンなどから構成することができる。即ち、配線保護層50a,50bは、導電性を有し、薬品に腐食され難く、酸化され難いものであれば何でもよい。
The wiring
配線W1の上部には、絶縁層29,30が形成されている。この絶縁層29,30は、配線W1に支えられている。配線W1間は、空洞(キャビティ)31になっている。この空洞31には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
Insulating
なお、絶縁層29は、配線W1のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層30は、配線W1間に空洞31を設ける際に重要となると共に、絶縁層30上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層30は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
絶縁層30には、配線W1に達するコンタクトホ−ルが形成されている。このコンタクトホ−ル内及びコンタクトホ−ル上には、銅、アルミニウム合金などの金属層35a,35bと、この金属層35a,35bの底面及び側面を覆う配線保護層51a,51bとから構成される配線W2が形成されている。
In the insulating
なお、配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。 Note that the wiring W2 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of, for example, a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten.
また、配線保護層51a,51bは、例えば、窒化チタニウム、チタニウムとタングステンの合金、白金などの遷移金属又はその合金、モリブデンなどから構成することができる。即ち、配線保護層51a,51bは、導電性を有し、薬品に腐食され難く、酸化され難いものであれば何でもよい。
The wiring
配線W2の上部と下部の間には、絶縁層(例えば、シリコン酸化層)43が形成されている。この絶縁層43は、配線W2に支えられている。配線W2の下部は、柱状であり、また、配線W2の上部は、線状であり、絶縁層43上に配置されている。
An insulating layer (for example, a silicon oxide layer) 43 is formed between the upper and lower portions of the wiring W2. The insulating
配線W2上には、絶縁層(例えば、シリコン酸化層)37が形成されている。配線W2の下部の間(上下の配線W1と配線W2の間)は、空洞(キャビティ)40になっている。この空洞40には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
An insulating layer (for example, silicon oxide layer) 37 is formed on the wiring W2. A space (cavity) 40 is formed between the lower portions of the wiring W2 (between the upper and lower wirings W1 and W2). The
配線W2の上部の間(左右の配線W2の間)は、空洞(キャビティ)38になっている。この空洞38には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
A space (cavity) 38 is formed between the upper portions of the wiring W2 (between the left and right wirings W2). The
なお、空洞31,38,40を製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞31,38,40内に空気を満たすようにしてもよい。
The
上記構成の半導体装置によれば、配線W1間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞31が形成され、配線W2間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞38が形成されている。
According to the semiconductor device having the above structure, between the wiring W1 is oxygen O 2 and the
さらに、導電層35a,35bの間、即ち、配線W1と配線W2の間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞40が形成されている。
Furthermore, a
この混合ガス又は空気の誘電率εは、1.0程度である。これにより、同一層(左右)の配線間及び異なる層(上下)の配線間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。 The mixed gas or air has a dielectric constant ε of about 1.0. As a result, the dielectric constant can be drastically reduced as compared with the case where an insulating layer such as a silicon oxide layer is filled between wirings of the same layer (left and right) and between wirings of different layers (upper and lower).
従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。 Accordingly, it is possible to simultaneously improve the integration degree of the elements and the performance of the LSI.
また、少なくとも配線W1,W2の側面は、配線保護層50a,50b;51a,51bに覆われているため、チップの縁から空洞31,38,40を介して進入してきた水分H2 Oは、配線W1,W2の金属に直接到達することがない。
Further, since at least the side surfaces of the wirings W1 and W2 are covered with the
従って、個々の配線W1,W2を水分H2 Oから保護することができる。 Therefore, the individual wirings W1 and W2 can be protected from moisture H 2 O.
また、この実施の形態における半導体装置(チップ)が搭載されるパッケ−ジに、パッケ−ジ外部と内部を接続する穴を設けておけば、空洞31,38は、空気で満たされると共に、この空気が循環することにより、チップ内で生じる熱は、パッケ−ジ外部へ効率よく排出される。
Further, if the package on which the semiconductor device (chip) in this embodiment is mounted is provided with a hole for connecting the outside and inside of the package, the
従って、熱による不良が発生し難い半導体装置を提供することができる。 Therefore, it is possible to provide a semiconductor device in which defects due to heat hardly occur.
また、配線W1,W2は、配線保護膜50a,50b;51a,51bに覆われているため、配線W1,W2にヒロックが発生し難くなる。
Further, since the wirings W1, W2 are covered with the wiring
次に、図113の半導体装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device in FIG. 113 will be described.
まず、図114に示すように、絶縁層25上に配線W1を形成するまでを、上述の第18の実施の形態における製造方法と同様の方法により行う。
First, as shown in FIG. 114, the same processes as those in the eighteenth embodiment are performed until the wiring W1 is formed on the insulating
即ち、LOCOS法により半導体基板21上にフィ−ルド酸化層22を形成する。また、フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有するMOSトランジスタを形成する。
That is, the
半導体基板21上の全面に、MOSトランンジスタを完全に覆う絶縁層(BPSGやPSGなど)25を形成する。この後、化学機械的研磨(CMP)を行い、絶縁層25の表面を平坦にする。
An insulating layer (such as BPSG or PSG) 25 that completely covers the MOS transistor is formed on the entire surface of the
PEP(写真蝕刻工程)により、絶縁層25にソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層25のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bを埋め込む。
Contact holes reaching the source /
なお、絶縁層25のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
Note that a material other than the refractory metal may be embedded in the contact hole of the insulating
スパッタリング法により、絶縁層25上に炭素(カ−ボン)層を形成する。ここで、炭素層の厚さは、LSIの内部配線の厚さと等しい値(例えば、約0.7〜約0.2μm)に設定される。
A carbon (carbon) layer is formed on the insulating
スパッタリング法により、炭素層上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)29を、約0.05μmの厚さで形成する。PEP(写真蝕刻工程)及び異方性エッチングを用いて、マスク材29をパタ−ニングする。このマスク材29をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層をエッチングする。
A mask material (for example, a silicon oxide layer or a silicon nitride layer) 29 is formed on the carbon layer with a thickness of about 0.05 μm by sputtering. The
なお、PEPにより、直接、炭素層をエッチングすることなく、PEPで加工したマスク材をマスクにして炭素層をエッチングする理由は、上述の第2の実施の形態における製造方法で説明した理由と同じである。 The reason why the carbon layer is etched by using PEP as a mask without directly etching the carbon layer by PEP is the same as the reason described in the manufacturing method in the second embodiment. It is.
従って、導電層26a,26bが高融点金属の場合には、PEPで加工したマスク材29をマスクに炭素層をエッチングし、導電層26a,26bがH2 SO4 とH2 O2 の薬液により腐蝕されないような材質である場合には、レジストをマスクに炭素層をエッチングするのがよい。
Therefore, when the
この後、スパッタリング法又はCVD法により、例えば、モリブデンから構成される配線保護層50a,50bを、マスク材29上及び炭素層に形成された溝内に形成する。スパッタリング法又はCVD法により、配線保護層50a,50b上に、銅、アルミニウム合金などから構成される金属層28a,28bを形成する。
Thereafter,
なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステン、タンタルなどの高融点金属であってもよい。 The wiring is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, but may be a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten or tantalum.
化学機械的研磨(CMP)により、炭素層の間の溝内にのみ、配線保護層50a,50b及び金属層28a,28bを残存させ、配線W1を形成する。なお、CMPに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線W1を形成するようにしてもよい。
By chemical mechanical polishing (CMP), the wiring
スパッタリング法により、マスク材29上及び配線W1上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)30を形成する。ここで、絶縁層30は、CVD法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層30を形成する際の反応ガス中には、酸素O2 ガスが含まれているため、絶縁層30の形成時に、炭素層が除去されてしまう可能性があるからである。
An insulating layer (for example, silicon oxide layer) 30 is formed on the
また、絶縁層30の厚さは、絶縁層30がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層30の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層30の種類や質などにより、絶縁層30の最適な厚さは、それぞれ異なる。
In addition, the thickness of the insulating
この後、炭素層を灰化し、この炭素層を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31に変換する。
Thereafter, the carbon layer is incinerated, and the carbon layer is converted into a
上述の工程により配線W1を形成した後、スパッタリング法により、絶縁層30上に炭素層41を形成する。また、スパッタリング法により、炭素層41上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)43を約0.05μmの厚さで形成する。
After forming the wiring W1 by the above process, the
なお、絶縁層43は、CVD法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層43を形成する際の反応ガス中には、酸素O2 ガスが含まれているため、絶縁層43の形成時に、炭素層41が除去されてしまう可能性があるからである。
The insulating
また、絶縁層43の厚さは、絶縁層43がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層43の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層43の種類や質などにより、絶縁層43の最適な厚さは、それぞれ異なる。
In addition, the thickness of the insulating
続けて、スパッタリング法により、絶縁層43上に炭素層44を形成する。
Subsequently, a
この後、炭素層44をパタ−ニングして、配線を形成するための溝を炭素層44に設ける。炭素層44のパタ−ニングには、PEP(写真蝕刻工程)とRIEを用いる方法と、PEPとRIEで加工したマスク材をマスクにパタ−ニングする方法の2つがある。
Thereafter, the
本実施例では、PEPとRIEを用いる方法について述べる。即ち、炭素層44上にレジスト45を形成する。レジスト45をパタ−ニングした後、このレジスト45をマスクに異方性エッチングにより炭素層44をエッチングし、炭素層44に溝を形成する。
In this embodiment, a method using PEP and RIE will be described. That is, a resist 45 is formed on the
この後、H2 SO4 とH2 O2 の薬液を用いて、レジスト45を除去する。なお、酸素プラズマ処理は炭素層44の消滅を招くため、この酸素プラズマ処理はレジスト45の剥離に用いない。
Thereafter, the resist 45 is removed using a chemical solution of H 2 SO 4 and H 2 O 2 . Since the oxygen plasma treatment causes the
次に、図115に示すように、炭素層44上に再びレジスト46を形成する。レジスト46をパタ−ニングした後、このレジスト46をマスクにして異方性エッチングにより溝の底部に露出した絶縁層43及び炭素層41をエッチングする。
Next, as shown in FIG. 115, a resist 46 is formed again on the
この後、H2 SO4 とH2 O2 の薬液を用いて、レジスト46を除去する。なお、酸素プラズマ処理は炭素層46の消滅を招くため、この酸素プラズマ処理はレジスト46の剥離に用いない。
Thereafter, the resist 46 is removed using a chemical solution of H 2 SO 4 and H 2 O 2 . Since the oxygen plasma treatment causes the
次に、図116に示すように、異方性エッチングにより、溝の底部に露出した絶縁層30を除去し、配線W1に達するビアホ−ルを形成する。
Next, as shown in FIG. 116, the insulating
スパッタリング法又はCVD法により、例えば、モリブデンから構成される配線保護層51を、炭素層44上、炭素層44の間の溝内及び炭素層41のビアホ−ル内に形成する。また、スパッタリング法又はCVD法により、配線保護層51上に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属層35を形成する。
A wiring
次に、図117に示すように、化学機械的研磨(CMP)により、炭素層44の間の溝内及び炭素層41のビアホ−ル内に、それぞれ配線保護層51a,51b及び金属35a,35bを残存させる。
Next, as shown in FIG. 117, the wiring
また、スパッタリング法により、炭素層44上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)37を、約0.05μmの厚さで形成する。
Further, an insulating layer (for example, silicon oxide layer) 37 is formed on the
なお、絶縁層37,43の厚さは、絶縁層37,43がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層37,43の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層37,43の種類や質などにより、絶縁層37,43の最適な厚さは、それぞれ異なる。
The thickness of the insulating
次に、図118及び図119に示すように、酸素雰囲気中での熱処理又は酸素プラズマ処理により、炭素層41,44を同時を灰化し、炭素層41を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞40に変換し、炭素層44を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞38に変換する。
Next, as shown in FIGS. 118 and 119, the carbon layers 41 and 44 are simultaneously ashed by heat treatment or oxygen plasma treatment in an oxygen atmosphere, and the
上述の製造方法によれば、配線W1,W2を形成するための溝又はビアホ−ルを有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内及びビアホ−ル内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。 According to the manufacturing method described above, the carbon layer is used for the insulating layer having the grooves or via holes for forming the wirings W1 and W2, and the carbon layer is formed after the wirings are formed in the grooves and the via holes. It is converted into a cavity filled with gas by ashing.
また、配線W2は、コンタクトプラグを用いることなく、配線W1に直接接続されるため、上述の第2〜7の実施の形態における製造方法に比べて大幅に工程数を減らすことができる。 Further, since the wiring W2 is directly connected to the wiring W1 without using a contact plug, the number of steps can be greatly reduced as compared with the manufacturing methods in the second to seventh embodiments.
これにより、多層配線構造の半導体装置において、同一層(左右)の配線間に酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気を満たし、かつ、異なる層(上下)の配線間に酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気を満たすことができる。 Thus, in the semiconductor device with a multilayer wiring structure, satisfy the same layer (left and right) mixed gas or air oxygen O 2 and carbon dioxide CO 2 in the wiring between and oxygen O 2 between the wirings of different layers (up and down) And carbon dioxide CO 2 mixed gas or air.
図120は、本発明の第21の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 FIG. 120 shows a semiconductor device according to the twenty-first embodiment of the present invention.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)21上には、フィ−ルド酸化層(例えば、シリコン酸化層)22が形成されている。フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域には、MOSトランジスタが形成されている。このMOSトランジスタは、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有している。
A field oxide layer (eg, silicon oxide layer) 22 is formed on a semiconductor substrate (eg, silicon wafer) 21. In the element region surrounded by the
絶縁層25は、MOSトランジスタを覆っている。絶縁層25は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス(BPSG)や燐ケイ酸ガラス(PSG)などから構成することができる。
The insulating
絶縁層25の表面は、平坦である。絶縁層25の表面は、化学機械的研磨(CMP)により平坦にすることができる。絶縁層25には、ソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
The surface of the insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bが埋め込まれている。但し、導電層26a,26bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W1は、絶縁層25上に配置され、導電層26a,26bに接続されている。配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属層28a,28bと、この金属層28a,28bの底面及び側面を覆うU字溝状の配線保護層50a,50bとから構成されている。
The wiring W1 is disposed on the insulating
なお、配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。 Note that the wiring W1 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten.
また、配線保護層50a,50bは、例えば、例えば、窒化チタニウム、チタニウムとタングステンの合金、白金などの遷移金属又はその合金、モリブデンなどから構成することができる。即ち、配線保護層50a,50bは、導電性を有し、薬品に腐食され難く、酸化され難いものであれば何でもよい。
The wiring
配線W1の上部には、絶縁層30が形成されている。この絶縁層30は、配線W1に支えられている。配線W1間は、空洞(キャビティ)31になっている。この空洞31には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
An insulating
絶縁層30は、配線W1間に空洞31を設ける際に重要となると共に、絶縁層30上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層30は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
絶縁層30には、配線W1に達するコンタクトホ−ルが形成されている。このコンタクトホ−ル内及びコンタクトホ−ル上には、銅、アルミニウム合金などの金属層35a,35bと、この金属層35a,35bの底面及び側面を覆う配線保護層51a,51bとから構成される配線W2が形成されている。
In the insulating
なお、配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステン、タンタルなどの高融点金属から構成してもよい。 The wiring W2 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten or tantalum.
また、配線保護層51a,51bは、例えば、例えば、窒化チタニウム、チタニウムとタングステンの合金、白金などの遷移金属又はその合金、モリブデンなどから構成することができる。即ち、配線保護層51a,51bは、導電性を有し、薬品に腐食され難く、酸化され難いものであれば何でもよい。
The wiring
配線W2の上部と下部の間には、絶縁層(例えば、シリコン酸化層)43が形成されている。この絶縁層43は、配線W2に支えられている。配線W2の下部は、柱状であり、また、配線W2の上部は、線状であり、絶縁層43上に配置されている。
An insulating layer (for example, a silicon oxide layer) 43 is formed between the upper and lower portions of the wiring W2. The insulating
配線W2上には、絶縁層(例えば、シリコン酸化層)37が形成されている。配線W2の下部の間(上下の配線W1と配線W2の間)は、空洞(キャビティ)40になっている。この空洞40には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
An insulating layer (for example, silicon oxide layer) 37 is formed on the wiring W2. A space (cavity) 40 is formed between the lower portions of the wiring W2 (between the upper and lower wirings W1 and W2). The
配線W2の上部の間(左右の配線W2の間)は、空洞(キャビティ)38になっている。この空洞38には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
A space (cavity) 38 is formed between the upper portions of the wiring W2 (between the left and right wirings W2). The
上記構成の半導体装置によれば、配線W1間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31が形成され、配線W2間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞38が形成されている。
According to the semiconductor device having the above structure, between wires W1 are formed
さらに、導電層35a,35bの間、即ち、配線W1と配線W2の間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞40が形成されている。
Further, a
この混合ガスの誘電率εは、1.0程度である。これにより、同一層(左右)の配線間及び異なる層(上下)の配線間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。 The mixed gas has a dielectric constant ε of about 1.0. As a result, the dielectric constant can be drastically reduced as compared with the case where an insulating layer such as a silicon oxide layer is filled between wirings of the same layer (left and right) and between wirings of different layers (upper and lower).
従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。 Accordingly, it is possible to simultaneously improve the integration degree of the elements and the performance of the LSI.
また、少なくとも配線W1,W2の側面は、配線保護層50a,50b;51a,51bに覆われているため、チップの縁から空洞31,38,40を介して進入してきた水分H2 Oは、配線W1,W2の金属に直接到達することがない。
Further, since at least the side surfaces of the wirings W1 and W2 are covered with the
従って、個々の配線W1,W2を水分H2 Oから保護することができる。 Therefore, the individual wirings W1 and W2 can be protected from moisture H 2 O.
また、この実施の形態における半導体装置(チップ)が搭載されるパッケ−ジに、パッケ−ジ外部と内部を接続する穴を設けておけば、空洞31,38は、空気で満たされると共に、この空気が循環することにより、チップ内で生じる熱は、パッケ−ジ外部へ効率よく排出される。
Further, if the package on which the semiconductor device (chip) in this embodiment is mounted is provided with a hole for connecting the outside and inside of the package, the
従って、熱による不良が発生し難い半導体装置を提供することができる。 Therefore, it is possible to provide a semiconductor device in which defects due to heat hardly occur.
また、配線W1,W2は、配線保護膜50a,50b;51a,51bに覆われているため、配線W1,W2にヒロックが発生し難くなる。
Further, since the wirings W1, W2 are covered with the wiring
次に、図120の半導体装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device of FIG. 120 will be described.
まず、図121に示すように、絶縁層25上に配線W1を形成するまでを、上述の第19の実施の形態における製造方法と同様の方法により行う。
First, as shown in FIG. 121, the same process as the manufacturing method in the nineteenth embodiment is performed until the wiring W1 is formed on the insulating
即ち、LOCOS法により半導体基板21上にフィ−ルド酸化層22を形成する。また、フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有するMOSトランジスタを形成する。
That is, the
半導体基板21上の全面に、MOSトランンジスタを完全に覆う絶縁層(BPSGやPSGなど)25を形成する。この後、化学機械的研磨(CMP)を行い、絶縁層25の表面を平坦にする。
An insulating layer (such as BPSG or PSG) 25 that completely covers the MOS transistor is formed on the entire surface of the
PEP(写真蝕刻工程)により、絶縁層25にソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層25のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bを埋め込む。
Contact holes reaching the source /
なお、絶縁層25のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
Note that a material other than the refractory metal may be embedded in the contact hole of the insulating
スパッタリング法により、絶縁層25上に炭素(カ−ボン)層を形成する。ここで、炭素層の厚さは、LSIの内部配線の厚さと等しい値(例えば、約0.7〜約0.2μm)に設定される。
A carbon (carbon) layer is formed on the insulating
スパッタリング法により、炭素層上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)を、約0.05μmの厚さで形成する。PEP(写真蝕刻工程)及び異方性エッチングを用いて、マスク材をパタ−ニングする。このマスク材をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層をエッチングする。 A mask material (for example, a silicon oxide layer or a silicon nitride layer) is formed on the carbon layer with a thickness of about 0.05 μm by sputtering. The mask material is patterned using PEP (Photo Etching Process) and anisotropic etching. Using the mask material as a mask, the carbon layer is etched by anisotropic etching.
なお、PEPにより、直接、炭素層をエッチングすることなく、PEPで加工したマスク材をマスクにして炭素層をエッチングする理由は、上述の第2の実施の形態における製造方法で説明した理由と同じである。 The reason why the carbon layer is etched by using PEP as a mask without directly etching the carbon layer by PEP is the same as the reason described in the manufacturing method in the second embodiment. It is.
従って、導電層26a,26bが高融点金属の場合には、PEPで加工したマスク材をマスクに炭素層をエッチングし、導電層26a,26bがH2 SO4 とH2 O2 の薬液により腐蝕されないような材質である場合には、レジストをマスクに炭素層をエッチングするのがよい。
Therefore, when the
この後、マスク材を除去し、スパッタリング法又はCVD法により、例えば、モリブデンから構成される配線保護層50a,50bを、絶縁層25上及び炭素層上に形成する。スパッタリング法又はCVD法により、配線保護層50a,50b上に、銅、アルミニウム合金などから構成される金属層28a,28bを形成する。
Thereafter, the mask material is removed, and
なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステン、タンタルなどの高融点金属であってもよい。 The wiring is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, but may be a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten or tantalum.
化学機械的研磨(CMP)により、炭素層の間の溝内にのみ、配線保護層50a,50b及び金属層28a,28bを残存させ、配線W1を形成する。なお、CMPに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線W1を形成するようにしてもよい。
By chemical mechanical polishing (CMP), the wiring
スパッタリング法により、マスク材29上及び配線W1上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)30を形成する。ここで、絶縁層30は、CVD法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層30を形成する際の反応ガス中には、酸素O2 ガスが含まれているため、絶縁層30の形成時に、炭素層が除去されてしまう可能性があるからである。
An insulating layer (for example, silicon oxide layer) 30 is formed on the
また、絶縁層30の厚さは、絶縁層30がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層30の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層30の種類や質などにより、絶縁層30の最適な厚さは、それぞれ異なる。
In addition, the thickness of the insulating
この後、炭素層を灰化し、この炭素層を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31に変換する。
Thereafter, the carbon layer is incinerated, and the carbon layer is converted into a
上述の工程により配線W1を形成した後、スパッタリング法により、絶縁層30上に炭素層41を形成する。また、スパッタリング法により、炭素層41上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)43を約0.05μmの厚さで形成する。
After forming the wiring W1 by the above process, the
なお、絶縁層43は、CVD法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層43を形成する際の反応ガス中には、酸素O2 ガスが含まれているため、絶縁層43の形成時に、炭素層41が除去されてしまう可能性があるからである。
The insulating
また、絶縁層43の厚さは、絶縁層43がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層43の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層43の種類や質などにより、絶縁層43の最適な厚さは、それぞれ異なる。
In addition, the thickness of the insulating
続けて、スパッタリング法により、絶縁層43上に炭素層44を形成する。
Subsequently, a
この後、炭素層44をパタ−ニングして、配線を形成するための溝を炭素層44に設ける。炭素層44のパタ−ニングには、PEP(写真蝕刻工程)とRIEを用いる方法と、PEPとRIEで加工したマスク材をマスクにパタ−ニングする方法の2つがある。
Thereafter, the
本実施例では、PEPとRIEを用いる方法について述べる。即ち、炭素層44上にレジスト45を形成する。レジスト45をパタ−ニングした後、このレジスト45をマスクに異方性エッチングにより炭素層44をエッチングし、炭素層44に溝を形成する。
In this embodiment, a method using PEP and RIE will be described. That is, a resist 45 is formed on the
この後、H2 SO4 とH2 O2 の薬液を用いて、レジスト45を除去する。なお、酸素プラズマ処理は炭素層44の消滅を招くため、この酸素プラズマ処理はレジスト45の剥離に用いない。
Thereafter, the resist 45 is removed using a chemical solution of H 2 SO 4 and H 2 O 2 . Since the oxygen plasma treatment causes the
次に、図122に示すように、炭素層44上に再びレジスト46を形成する。レジスト46をパタ−ニングした後、このレジスト46をマスクにして異方性エッチングにより溝の底部に露出した絶縁層43及び炭素層41をエッチングする。
Next, as shown in FIG. 122, a resist 46 is formed again on the
この後、H2 SO4 とH2 O2 の薬液を用いて、レジスト46を除去する。なお、酸素プラズマ処理は炭素層46の消滅を招くため、この酸素プラズマ処理はレジスト46の剥離に用いない。
Thereafter, the resist 46 is removed using a chemical solution of H 2 SO 4 and H 2 O 2 . Since the oxygen plasma treatment causes the
次に、図123に示すように、異方性エッチングにより、溝の底部に露出した絶縁層30を除去し、配線W1に達するビアホ−ルを形成する。
Next, as shown in FIG. 123, the insulating
スパッタリング法又はCVD法により、例えば、モリブデンから構成される配線保護層51を、炭素層44上、炭素層44の間の溝内及び炭素層41のビアホ−ル内に形成する。また、スパッタリング法又はCVD法により、配線保護層51上に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属層35を形成する。
A wiring
次に、図124に示すように、化学機械的研磨(CMP)により、炭素層44の間の溝内及び炭素層41のビアホ−ル内に、それぞれ配線保護層51a,51b及び金属層35a,35bを残存させる。また、スパッタリング法により、炭素層44上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)37を、約0.05μmの厚さで形成する。
Next, as shown in FIG. 124, the wiring
なお、絶縁層37,43の厚さは、絶縁層37,43がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層37,43の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層37,43の種類や質などにより、絶縁層37,43の最適な厚さは、それぞれ異なる。
The thickness of the insulating
次に、図125及び図126に示すように、酸素雰囲気中での熱処理又は酸素プラズマ処理により、炭素層41,44を同時を灰化し、炭素層41を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞40に変換し、炭素層44を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞38に変換する。
Next, as shown in FIGS. 125 and 126, the carbon layers 41 and 44 are simultaneously ashed by heat treatment or oxygen plasma treatment in an oxygen atmosphere, and the
上述の製造方法によれば、配線W1,W2を形成するための溝又はビアホ−ルを有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内及びビアホ−ル内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。 According to the manufacturing method described above, the carbon layer is used for the insulating layer having the grooves or via holes for forming the wirings W1 and W2, and the carbon layer is formed after the wirings are formed in the grooves and the via holes. It is converted into a cavity filled with gas by ashing.
また、配線W2は、コンタクトプラグを用いることなく、配線W1に直接接続されるため、上述の第2〜7の実施の形態における製造方法に比べて大幅に工程数を減らすことができる。 Further, since the wiring W2 is directly connected to the wiring W1 without using a contact plug, the number of steps can be greatly reduced as compared with the manufacturing methods in the second to seventh embodiments.
これにより、多層配線構造の半導体装置において、同一層(左右)の配線間に酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気を満たし、かつ、異なる層(上下)の配線間に酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気を満たすことができる。 Thus, in the semiconductor device with a multilayer wiring structure, satisfy the same layer (left and right) mixed gas or air oxygen O 2 and carbon dioxide CO 2 in the wiring between and oxygen O 2 between the wirings of different layers (up and down) And carbon dioxide CO 2 mixed gas or air.
また、マスク材は、炭素層をパタ−ニングした後、炭素層の灰化前に、除去されている。従って、炭素層の灰化を迅速かつ正確に行うことができる。 The mask material is removed after patterning the carbon layer and before ashing the carbon layer. Therefore, ashing of the carbon layer can be performed quickly and accurately.
図127は、本発明の第22の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 FIG. 127 shows a semiconductor device according to the twenty-second embodiment of the present invention.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)21上には、フィ−ルド酸化層(例えば、シリコン酸化層)22が形成されている。フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域には、MOSトランジスタが形成されている。このMOSトランジスタは、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有している。
A field oxide layer (eg, silicon oxide layer) 22 is formed on a semiconductor substrate (eg, silicon wafer) 21. In the element region surrounded by the
絶縁層25は、MOSトランジスタを覆っている。絶縁層25は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス(BPSG)や燐ケイ酸ガラス(PSG)などから構成することができる。
The insulating
絶縁層25の表面は、平坦である。絶縁層25の表面は、化学機械的研磨(CMP)により平坦にすることができる。絶縁層25には、ソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
The surface of the insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bが埋め込まれている。但し、導電層26a,26bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W1は、絶縁層25上に配置され、導電層26a,26bに接続されている。配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属層28a,28bと、この金属層28a,28bの側面を覆う配線保護層50a,50bとから構成されている。
The wiring W1 is disposed on the insulating
なお、配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。 Note that the wiring W1 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten.
また、配線保護層50a,50bは、例えば、酸化シリコン、窒化シリコンなどの絶縁体、窒化チタニウム、チタニウムとタングステンの合金、白金などの遷移金属又はその合金、又はモリブデンなどから構成することができる。即ち、配線保護層50a,50bは、薬品に腐食され難く、酸化され難いものであれば何でもよい。
The wiring
配線W1の上部には、絶縁層29,30が形成されている。この絶縁層29,30は、配線W1に支えられている。配線W1間は、空洞(キャビティ)31になっている。この空洞31には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
Insulating
なお、絶縁層29は、配線W1のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層30は、配線W1間に空洞31を設ける際に重要となると共に、絶縁層30上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層30は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
絶縁層30上には、絶縁層32が形成されている。絶縁層32は、例えば、シリコン酸化層から構成される。絶縁層32には、配線W1に達するコンタクトホ−ルが形成されている。
An insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層33a,33bが埋め込まれている。但し、導電層33a,33bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W2は、絶縁層32上に配置され、導電層33a,33bに接続されている。配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属35a,35bと、この金属35a,35bの側面を覆う配線保護層51a,51bとから構成されている。
The wiring W2 is disposed on the insulating
なお、配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。 Note that the wiring W2 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of, for example, a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten.
また、配線保護層51a,51bは、例えば、酸化シリコン、窒化シリコンなどの絶縁体、窒化チタニウム、チタニウムとタングステンの合金、白金などの遷移金属又はその合金、又はモリブデンなどから構成することができる。即ち、配線保護層51a,51bは、薬品に腐食され難く、酸化され難いものであれば何でもよい。
The wiring
配線W2の上部には、絶縁層36,37が形成されている。この絶縁層36,37は、配線W2に支えられている。配線W2間は、空洞(キャビティ)38になっている。この空洞38には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
Insulating
なお、絶縁層36は、配線W2のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層37は、配線W2間に空洞38を設ける際に重要となると共に、絶縁層37上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層37は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
上記構成の半導体装置によれば、配線W1間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31が形成され、配線W2間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞38が形成されている。
According to the semiconductor device having the above structure, between wires W1 are formed
この混合ガスの誘電率εは、1.0程度である。これにより、配線W1間及び配線W2間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。 The mixed gas has a dielectric constant ε of about 1.0. Thereby, the dielectric constant can be drastically reduced as compared with the case where the space between the wirings W1 and the space between the wirings W2 are filled with an insulating layer such as a silicon oxide layer.
従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。 Accordingly, it is possible to simultaneously improve the integration degree of the elements and the performance of the LSI.
また、配線W1,W2の側面は、配線保護層50a,50b;51a,51bに覆われているため、チップの縁から空洞31,38を介して進入してきた水分H2 Oは、配線W1,W2の金属に直接到達することがない。
In addition, since the side surfaces of the wirings W1 and W2 are covered with the
従って、個々の配線W1,W2を水分H2 Oから保護することができる。 Therefore, the individual wirings W1 and W2 can be protected from moisture H 2 O.
また、この実施の形態における半導体装置(チップ)が搭載されるパッケ−ジに、パッケ−ジ外部と内部を接続する穴を設けておけば、空洞31,38は、空気で満たされると共に、この空気が循環することにより、チップ内で生じる熱は、パッケ−ジ外部へ効率よく排出される。
Further, if the package on which the semiconductor device (chip) in this embodiment is mounted is provided with a hole for connecting the outside and inside of the package, the
従って、熱による不良が発生し難い半導体装置を提供することができる。 Therefore, it is possible to provide a semiconductor device in which defects due to heat hardly occur.
また、配線W1,W2の側面は、配線保護膜50a,50b;51a,51bに覆われているため、配線W1,W2にヒロックが発生し難くなる。
Further, since the side surfaces of the wirings W1, W2 are covered with the wiring
次に、図127の半導体装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device of FIG. 127 will be described.
まず、図128に示すように、LOCOS法により半導体基板21上にフィ−ルド酸化層22を形成する。また、フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有するMOSトランジスタを形成する。
First, as shown in FIG. 128, the
半導体基板21上の全面に、MOSトランンジスタを完全に覆う絶縁層(BPSGやPSGなど)25を形成する。この後、化学機械的研磨(CMP)を行い、絶縁層25の表面を平坦にする。
An insulating layer (such as BPSG or PSG) 25 that completely covers the MOS transistor is formed on the entire surface of the
PEP(写真蝕刻工程)により、絶縁層25にソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層25のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bを埋め込む。
Contact holes reaching the source /
なお、絶縁層25のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
Note that a material other than the refractory metal may be embedded in the contact hole of the insulating
次に、図129に示すように、スパッタリング法により、絶縁層25上に炭素(カ−ボン)層39を形成する。ここで、炭素層39の厚さは、LSIの内部配線の厚さと等しい値(例えば、約0.7〜約0.2μm)に設定される。
Next, as shown in FIG. 129, a
次に、図130に示すように、スパッタリング法により、炭素層39上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)29を、約0.05μmの厚さで形成する。ここで、マスク材29は、炭素層39の消滅を防ぐため、CVD法でなく、スパッタリング法で形成する。
Next, as shown in FIG. 130, a mask material (for example, a silicon oxide layer or a silicon nitride layer) 29 is formed on the
次に、図131に示すように、PEP(写真蝕刻工程)及び異方性エッチングを用いて、マスク材29をパタ−ニングする。このマスク材29のパタ−ンは、配線のパタ−ンと同じになる。
Next, as shown in FIG. 131, the
次に、図132に示すように、マスク材29をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層39をエッチングする。
Next, as shown in FIG. 132, the
なお、本実施例では、PEPにより、直接、炭素層39をエッチングすることなく、PEPで加工したマスク材29をマスクにして炭素層39をエッチングしている。
In this embodiment, the
この理由は、以下のとおりである。PEPに用いるレジストは、酸素プラズマ処理(アッシャ−)、又はH2 SO4 とH2 O2 の薬液により除去される。しかし、酸素プラズマ処理でレジストを除去する場合は、せっかくパタ−ニングした炭素層39が同時に除去されてしまう。一方、H2 SO4 とH2 O2 の薬液によりレジストを除去する場合は、導電層(高融点金属の場合のみ)26a,26bが同時に除去されてしまう。
The reason for this is as follows. The resist used for PEP is removed by oxygen plasma treatment (asher) or a chemical solution of H 2 SO 4 and H 2 O 2 . However, when the resist is removed by the oxygen plasma treatment, the patterned
そこで、導電層26a,26bが高融点金属の場合には、PEPで加工したマスク材29をマスクにして炭素層39をエッチングするのがよい。
Therefore, when the
次に、図133に示すように、スパッタリング法又はCVD法により、例えば、酸化シリコンから構成される配線保護層50a,50bを、絶縁層25上、マスク材29上、及び炭素層39に形成された溝の側壁に形成する。また、この配線保護層50a,50bをエッチングし、配線保護層50a,50bを炭素層39に形成された溝の側壁のみに残存させる。
Next, as shown in FIG. 133,
次に、図134に示すように、スパッタリング法又はCVD法により、配線保護層50上に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属層28を形成する。なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属であってもよい。
Next, as shown in FIG. 134, a
次に、図135に示すように、化学機械的研磨(CMP)により、炭素層39の間の溝内にのみ、配線保護層50a,50b及び金属28a,28bを残存させ、配線W1を形成する。
Next, as shown in FIG. 135, the wiring
なお、CMPに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線W1を形成するようにしてもよい。 Note that the wiring W1 may be formed by anisotropic etching or isotropic etching instead of CMP.
次に、図136に示すように、スパッタリング法により、マスク材29上及び配線W1上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)30を形成する。ここで、絶縁層30は、CVD法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層30を形成する際の反応ガス中には、酸素O2 ガスが含まれているため、絶縁層30の形成時に、炭素層39が除去されてしまう可能性があるからである。
Next, as shown in FIG. 136, an insulating layer (for example, silicon oxide layer) 30 is formed on the
また、絶縁層30の厚さは、絶縁層30がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層30の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層30の種類や質などにより、絶縁層30の最適な厚さは、それぞれ異なる。
In addition, the thickness of the insulating
次に、図137及び図138に示すように、炭素層39を灰化し、炭素層39を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31に変換する。炭素層39の灰化は、以下の二つの方法のいずれかを使用することにより達成される。
Next, as shown in FIGS. 137 and 138, the
一つめは、酸素雰囲気中での熱処理(温度400〜450℃、時間2h程度)である。この方法では、炭素層39が二酸化炭素CO2 に変換する反応が緩やかに進むため、炭素層39の体積の膨脹による絶縁層29,30の破裂を防止できる利点がある反面、処理時間が長くなる欠点がある。
The first is a heat treatment in an oxygen atmosphere (temperature 400 to 450 ° C.,
二つめは、酸素プラズマ処理(アッシャ−)である。この方法では、炭素層39が二酸化炭素CO2 に変換する反応が速やかに進むため、処理時間が短くなる利点がある反面、炭素層39の体積の膨脹による絶縁層29,30の破裂が生じる可能性が高くなるという欠点がある。しかし、この欠点は、絶縁層29,30の質の改善や酸素プラズマ処理の温度の低下などにより回避できる。
The second is oxygen plasma treatment (asher). In this method, since the reaction of the
次に、図139に示すように、CVD法を用いて、絶縁層30上に低い誘電率を有する絶縁層(例えば、弗素を含むTEOSなど)32を形成する。
Next, as shown in FIG. 139, an insulating layer 32 (eg, TEOS containing fluorine) 32 having a low dielectric constant is formed on the insulating
次に、図140に示すように、PEP(写真蝕刻工程)及びRIE(反応性イオンエッチング)を用いて、配線W1に達するビアホ−ルを絶縁層30,32に設ける。
Next, as shown in FIG. 140, via holes reaching the wiring W1 are provided in the insulating
次に、図141に示すように、選択成長法を用いて、ビアホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層33a,33bを埋め込む。なお、絶縁層30,32のビアホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
Next, as shown in FIG. 141,
次に、図142に示すように、配線W1を形成する際に使用した工程と同様の工程により配線W2を形成する。 Next, as shown in FIG. 142, the wiring W2 is formed by a process similar to the process used when forming the wiring W1.
即ち、まず、スパッタリング法により、絶縁層32上に炭素(カ−ボン)層を形成する。ここで、炭素層の厚さは、配線W2の厚さと等しい値に設定されている。スパッタリング法により、炭素層上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)36を、約0.05μmの厚さで形成する。
That is, first, a carbon layer is formed on the insulating
この後、PEP(写真蝕刻工程)及び異方性エッチングを用いて、マスク材36をパタ−ニングする。マスク材36をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層をエッチングする。
Thereafter, the
スパッタリング法又はCVD法、及びRIEを用いて、例えば、酸化シリコンから構成される配線保護層51a,51bを炭素層の側壁に形成する。 Wiring protection layers 51a and 51b made of, for example, silicon oxide are formed on the side walls of the carbon layer by sputtering or CVD and RIE, for example.
スパッタリング法又はCVD法により、炭素層上及び炭素層に設けられた溝内に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属35a,35bを形成する。化学機械的研磨(CMP)により、炭素層の間の溝内にのみ、配線保護層51a,51b及び金属35a,35bを残存させ、配線W2を形成する。
なお、CMPに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線W2を形成するようにしてもよい。 Note that the wiring W2 may be formed by anisotropic etching or isotropic etching instead of CMP.
スパッタリング法により、マスク材36上及び配線W2上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)37を形成する。この後、炭素層を灰化し、炭素層を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞38に変換する。
An insulating layer (for example, silicon oxide layer) 37 is formed on the
上述の製造方法によれば、配線W1,W2を形成するための溝を有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。従って、容易に、図127の半導体装置を提供することができる。 According to the above-described manufacturing method, the carbon layer is used for the insulating layer having the grooves for forming the wirings W1 and W2, and after the wiring is formed in the grooves, the carbon layer is ashed to be filled with the gas. It has been converted into a cavity. Therefore, the semiconductor device in FIG. 127 can be easily provided.
図143は、本発明の第23の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 FIG. 143 shows a semiconductor device according to the twenty-third embodiment of the present invention.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)21上には、フィ−ルド酸化層(例えば、シリコン酸化層)22が形成されている。フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域には、MOSトランジスタが形成されている。このMOSトランジスタは、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有している。
A field oxide layer (eg, silicon oxide layer) 22 is formed on a semiconductor substrate (eg, silicon wafer) 21. In the element region surrounded by the
絶縁層25は、MOSトランジスタを覆っている。絶縁層25は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス(BPSG)や燐ケイ酸ガラス(PSG)などから構成することができる。
The insulating
絶縁層25の表面は、平坦である。絶縁層25の表面は、化学機械的研磨(CMP)により平坦にすることができる。絶縁層25には、ソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
The surface of the insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bが埋め込まれている。但し、導電層26a,26bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W1は、絶縁層25上に配置され、導電層26a,26bに接続されている。配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属層28a,28bと、この金属層28a,28bの側面を覆う配線保護層50a,50bとから構成されている。
The wiring W1 is disposed on the insulating
なお、配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。 Note that the wiring W1 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten.
また、配線保護層50a,50bは、例えば、酸化シリコン、窒化シリコンなどの絶縁体、窒化チタニウム、チタニウムとタングステンの合金、白金などの遷移金属又はその合金、又はモリブデンなどから構成することができる。即ち、配線保護層50a,50bは、薬品に腐食され難く、酸化され難いものであれば何でもよい。
The wiring
配線W1の上部には、絶縁層30が形成されている。この絶縁層30は、配線W1に支えられている。配線W1間は、空洞(キャビティ)31になっている。この空洞31には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
An insulating
絶縁層30は、配線W1間に空洞31を設ける際に重要となると共に、絶縁層30上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層30は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
絶縁層30上には、絶縁層32が形成されている。絶縁層32は、例えば、シリコン酸化層から構成される。絶縁層32には、配線W1に達するコンタクトホ−ルが形成されている。
An insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層33a,33bが埋め込まれている。但し、導電層33a,33bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W2は、絶縁層32上に配置され、導電層33a,33bに接続されている。配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属35a,35bと、この金属35a,35bの側面を覆う配線保護層51a,51bとから構成されている。
The wiring W2 is disposed on the insulating
なお、配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステン、タンタルなどの高融点金属から構成してもよい。 The wiring W2 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten or tantalum.
また、配線保護層51a,51bは、例えば、酸化シリコン、窒化シリコンなどの絶縁体、窒化チタニウム、チタニウムとタングステンの合金、白金などの遷移金属又はその合金、又はモリブデンなどから構成することができる。即ち、配線保護層51a,51bは、薬品に腐食され難く、酸化され難いものであれば何でもよい。
The wiring
配線W2の上部には、絶縁層37が形成されている。この絶縁層37は、配線W2に支えられている。配線W2間は、空洞(キャビティ)38になっている。この空洞38には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
An insulating
絶縁層37は、配線W2間に空洞38を設ける際に重要となると共に、絶縁層37上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層37は、例えば、シリコン酸化層などから構成される。
The insulating
上記構成の半導体装置によれば、配線W1間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31が形成され、配線W2間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞38が形成されている。
According to the semiconductor device having the above structure, between wires W1 are formed
この混合ガスの誘電率εは、1.0程度である。これにより、配線W1間及び配線W2間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。 The mixed gas has a dielectric constant ε of about 1.0. Thereby, the dielectric constant can be drastically reduced as compared with the case where the space between the wirings W1 and the space between the wirings W2 are filled with an insulating layer such as a silicon oxide layer.
従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。 Accordingly, it is possible to simultaneously improve the integration degree of the elements and the performance of the LSI.
また、配線W1,W2の側面は、配線保護層50a,50b;51a,51bに覆われているため、チップの縁から空洞31,38を介して進入してきた水分H2 Oは、配線W1,W2の金属に直接到達することがない。
In addition, since the side surfaces of the wirings W1 and W2 are covered with the
従って、個々の配線W1,W2を水分H2 Oから保護することができる。 Therefore, the individual wirings W1 and W2 can be protected from moisture H 2 O.
また、この実施の形態における半導体装置(チップ)が搭載されるパッケ−ジに、パッケ−ジ外部と内部を接続する穴を設けておけば、空洞31,38は、空気で満たされると共に、この空気が循環することにより、チップ内で生じる熱は、パッケ−ジ外部へ効率よく排出される。
Further, if the package on which the semiconductor device (chip) in this embodiment is mounted is provided with a hole for connecting the outside and inside of the package, the
従って、熱による不良が発生し難い半導体装置を提供することができる。 Therefore, it is possible to provide a semiconductor device in which defects due to heat hardly occur.
また、配線W1,W2の側面は、配線保護膜50a,50b;51a,51bに覆われているため、配線W1,W2にヒロックが発生し難くなる。
Further, since the side surfaces of the wirings W1, W2 are covered with the wiring
次に、図143の半導体装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device in FIG. 143 will be described.
まず、図144に示すように、絶縁層25上に炭素層39を形成するまでを、上述の第18の実施の形態における製造方法と同様の方法により行う。
First, as shown in FIG. 144, the process until the
即ち、LOCOS法により半導体基板21上にフィ−ルド酸化層22を形成する。また、フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有するMOSトランジスタを形成する。
That is, the
半導体基板21上の全面に、MOSトランンジスタを完全に覆う絶縁層(BPSGやPSGなど)25を形成する。この後、化学機械的研磨(CMP)を行い、絶縁層25の表面を平坦にする。
An insulating layer (such as BPSG or PSG) 25 that completely covers the MOS transistor is formed on the entire surface of the
PEP(写真蝕刻工程)により、絶縁層25にソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層25のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bを埋め込む。
Contact holes reaching the source /
なお、絶縁層25のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
Note that a material other than the refractory metal may be embedded in the contact hole of the insulating
スパッタリング法により、絶縁層25上に炭素(カ−ボン)層39を形成する。ここで、炭素層39の厚さは、LSIの内部配線の厚さと等しい値(例えば、約0.7〜約0.2μm)に設定される。
A
スパッタリング法により、炭素層39上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)を、約0.05μmの厚さで形成する。PEP(写真蝕刻工程)及び異方性エッチングを用いて、マスク材をパタ−ニングする。このマスク材をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層39をエッチングする。
A mask material (for example, a silicon oxide layer or a silicon nitride layer) is formed on the
なお、PEPにより、直接、炭素層39をエッチングすることなく、PEPで加工したマスク材をマスクにして炭素層39をエッチングする理由は、上述の第2の実施の形態における製造方法で説明した理由と同じである。
The reason why the
従って、導電層26a,26bが高融点金属の場合には、PEPで加工したマスク材をマスクに炭素層39をエッチングし、導電層26a,26bがH2 SO4 とH2 O2 の薬液により腐蝕されないような材質である場合には、レジストをマスクに炭素層39をエッチングするのがよい。
Therefore, when the
この後、マスク材を除去し、スパッタリング法又はCVD法により、例えば、酸化シリコンから構成される配線保護層50を、絶縁層25上及び炭素層39上に形成する。
Thereafter, the mask material is removed, and the wiring
次に、図145に示すように、RIEにより配線保護層をエッチングし、配線保護層50a,50bを炭素層39の溝の側壁のみに残存させる。スパッタリング法又はCVD法により、炭素層39上及び炭素層39に形成された溝内に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属層28を形成する。
Next, as shown in FIG. 145, the wiring protection layer is etched by RIE, and the wiring protection layers 50 a and 50 b are left only on the side walls of the grooves of the
なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステン、タンタルなどの高融点金属であってもよい。 The wiring is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, but may be a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten or tantalum.
次に、図146に示すように、化学機械的研磨(CMP)により、炭素層39の間の溝内にのみ、配線保護層50a,50b及び金属層28a,28bを残存させ、配線W1を形成する。
Next, as shown in FIG. 146, the wiring
なお、CMPに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線W1を形成するようにしてもよい。 Note that the wiring W1 may be formed by anisotropic etching or isotropic etching instead of CMP.
次に、図147に示すように、スパッタリング法により、炭素層39上及び配線W1上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)30を形成する。ここで、絶縁層30は、CVD法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層30を形成する際の反応ガス中には、酸素O2 ガスが含まれているため、絶縁層30の形成時に、炭素層39が除去されてしまう可能性があるからである。
Next, as shown in FIG. 147, an insulating layer (for example, silicon oxide layer) 30 is formed on the
また、絶縁層30の厚さは、絶縁層30がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層30の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層30の種類や質などにより、絶縁層30の最適な厚さは、それぞれ異なる。
In addition, the thickness of the insulating
次に、図148及び図149に示すように、炭素層39を灰化し、炭素層39を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31に変換する。炭素層39の灰化は、以下の二つの方法のいずれかを使用することにより達成される。
Next, as shown in FIGS. 148 and 149, the
一つめは、酸素雰囲気中での熱処理(温度400〜450℃、時間2h程度)である。この方法では、炭素層39が二酸化炭素CO2 に変換する反応が緩やかに進むため、炭素層39の体積の膨脹による絶縁層30の破裂を防止できる利点がある反面、処理時間が長くなる欠点がある。
The first is a heat treatment in an oxygen atmosphere (temperature 400 to 450 ° C.,
二つめは、酸素プラズマ処理(アッシャ−)である。この方法では、炭素層39が二酸化炭素CO2 に変換する反応が速やかに進むため、処理時間が短くなる利点がある反面、炭素層39の体積の膨脹による絶縁層30の破裂が生じる可能性が高くなるという欠点がある。しかし、この欠点は、絶縁層30の質の改善や酸素プラズマ処理の温度の低下などにより回避できる。
The second is oxygen plasma treatment (asher). In this method, since the reaction of the
次に、図150に示すように、CVD法を用いて、絶縁層30上に低い誘電率を有する絶縁層(例えば、弗素を含むTEOSなど)32を形成する。
Next, as shown in FIG. 150, an insulating layer 32 (eg, TEOS containing fluorine) 32 having a low dielectric constant is formed on the insulating
次に、図151に示すように、PEP(写真蝕刻工程)及びRIE(反応性イオンエッチング)を用いて、配線W1に達するビアホ−ルを絶縁層30,32に設ける。
Next, as shown in FIG. 151, via holes reaching the wiring W1 are provided in the insulating
次に、図152に示すように、選択成長法を用いて、ビアホ−ル内のみに、タングステンやタンタルなどの高融点金属から構成される導電層33a,33bを埋め込む。
Next, as shown in FIG. 152,
なお、絶縁層30,32のビアホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
Note that a material other than the refractory metal may be embedded in the via holes of the insulating
次に、図153に示すように、配線W1を形成する際に使用した工程と同様の工程により配線W2を形成する。 Next, as shown in FIG. 153, the wiring W2 is formed by a process similar to the process used when forming the wiring W1.
即ち、まず、スパッタリング法により、絶縁層32上に炭素(カ−ボン)層を形成する。ここで、炭素層の厚さは、配線W2の厚さと等しい値に設定されている。スパッタリング法により、炭素層上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)を、約0.05μmの厚さで形成する。
That is, first, a carbon layer is formed on the insulating
この後、PEP(写真蝕刻工程)及び異方性エッチングを用いて、マスク材をパタ−ニングする。マスク材をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層をエッチングする。マスク材を除去し、スパッタリング法又はCVD法、及びRIEを用いて、例えば、酸化シリコンから構成される配線保護層51a,51bを、炭素層の溝の側壁に形成する。
Thereafter, the mask material is patterned using PEP (Photo Etching Process) and anisotropic etching. The carbon layer is etched by anisotropic etching using the mask material as a mask. The mask material is removed, and
スパッタリング法又はCVD法により、炭素層上及び炭素層に形成された溝内に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属35a,35bを形成する。化学機械的研磨(CMP)により、炭素層の溝内にのみ、配線保護層51a,51b及び金属35a,35bを残存させ、配線W2を形成する。
スパッタリング法により、炭素層上及び配線W2上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)37を形成する。この後、炭素層を灰化し、炭素層を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞38に変換する。
An insulating layer (for example, silicon oxide layer) 37 is formed on the carbon layer and the wiring W2 by sputtering. Thereafter, the carbon layer is ashed, and the carbon layer is converted into a
上述の製造方法によれば、配線W1,W2を形成するための溝を有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。従って、容易に、図143の半導体装置を提供することができる。 According to the above-described manufacturing method, the carbon layer is used for the insulating layer having the grooves for forming the wirings W1 and W2, and after the wiring is formed in the grooves, the carbon layer is ashed to be filled with the gas. It has been converted into a cavity. Therefore, the semiconductor device in FIG. 143 can be easily provided.
また、マスク材は、炭素層をパタ−ニングした後、炭素層の灰化前に、除去されている。従って、炭素層の灰化を迅速かつ正確に行うことができる。 The mask material is removed after patterning the carbon layer and before ashing the carbon layer. Therefore, ashing of the carbon layer can be performed quickly and accurately.
図154は、本発明の第24の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 FIG. 154 shows a semiconductor device according to the twenty-fourth embodiment of the invention.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)21上には、フィ−ルド酸化層(例えば、シリコン酸化層)22が形成されている。フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域には、MOSトランジスタが形成されている。このMOSトランジスタは、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有している。
A field oxide layer (eg, silicon oxide layer) 22 is formed on a semiconductor substrate (eg, silicon wafer) 21. In the element region surrounded by the
絶縁層25は、MOSトランジスタを覆っている。絶縁層25は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス(BPSG)や燐ケイ酸ガラス(PSG)などから構成することができる。
The insulating
絶縁層25の表面は、平坦である。絶縁層25の表面は、化学機械的研磨(CMP)により平坦にすることができる。絶縁層25には、ソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
The surface of the insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bが埋め込まれている。但し、導電層26a,26bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W1は、絶縁層25上に配置され、導電層26a,26bに接続されている。配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属層28a,28bと、この金属層28a,28bの側面を覆う配線保護層50a,50bとから構成されている。
The wiring W1 is disposed on the insulating
なお、配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。 Note that the wiring W1 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten.
また、配線保護層50a,50bは、例えば、酸化シリコン、窒化シリコンなどの絶縁体、窒化チタニウム、チタニウムとタングステンの合金、白金などの遷移金属又はその合金、又はモリブデンなどから構成することができる。即ち、配線保護層50a,50bは、薬品に腐食され難く、酸化され難いものであれば何でもよい。
The wiring
配線W1の上部には、絶縁層29,30が形成されている。この絶縁層29,30は、配線W1に支えられている。配線W1間は、空洞(キャビティ)31になっている。この空洞31には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
Insulating
なお、絶縁層29は、配線W1のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層30は、配線W1間に空洞31を設ける際に重要となると共に、絶縁層30上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層30は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
絶縁層30には、配線W1に達するコンタクトホ−ルが形成されている。このコンタクトホ−ル内及びコンタクトホ−ル上には、銅、アルミニウム合金などの金属層35a,35bと、この金属層35a,35bの側面を覆う配線保護層51a,51bとから構成される配線W2が形成されている。
In the insulating
なお、配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステン、タンタルなどの高融点金属から構成してもよい。 The wiring W2 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten or tantalum.
また、配線保護層51a,51bは、例えば、酸化シリコン、窒化シリコンなどの絶縁体、窒化チタニウム、チタニウムとタングステンの合金、白金などの遷移金属又はその合金、又はモリブデンなどから構成することができる。即ち、配線保護層51a,51bは、薬品に腐食され難く、酸化され難いものであれば何でもよい。
The wiring
配線W2の上部と下部の間には、絶縁層(例えば、シリコン酸化層)43が形成されている。この絶縁層43は、配線W2に支えられている。配線W2の下部は、柱状であり、また、配線W2の上部は、線状であり、絶縁層43上に配置されている。
An insulating layer (for example, a silicon oxide layer) 43 is formed between the upper and lower portions of the wiring W2. The insulating
配線W2上には、絶縁層(例えば、シリコン酸化層)37が形成されている。配線W2の下部の間(上下の配線W1と配線W2の間)は、空洞(キャビティ)40になっている。この空洞40には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
An insulating layer (for example, silicon oxide layer) 37 is formed on the wiring W2. A space (cavity) 40 is formed between the lower portions of the wiring W2 (between the upper and lower wirings W1 and W2). The
配線W2の上部の間(左右の配線W2の間)は、空洞(キャビティ)38になっている。この空洞38には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
A space (cavity) 38 is formed between the upper portions of the wiring W2 (between the left and right wirings W2). The
なお、空洞31,38,40を製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞31,38,40内に空気を満たすようにしてもよい。
The
上記構成の半導体装置によれば、配線W1間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞31が形成され、配線W2間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞38が形成されている。
According to the semiconductor device having the above structure, between the wiring W1 is oxygen O 2 and the
さらに、導電層35a,35bの間、即ち、配線W1と配線W2の間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞40が形成されている。
Furthermore, a
この混合ガス又は空気の誘電率εは、1.0程度である。これにより、同一層(左右)の配線間及び異なる層(上下)の配線間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。 The mixed gas or air has a dielectric constant ε of about 1.0. As a result, the dielectric constant can be drastically reduced as compared with the case where an insulating layer such as a silicon oxide layer is filled between wirings of the same layer (left and right) and between wirings of different layers (upper and lower).
従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。 Accordingly, it is possible to simultaneously improve the integration degree of the elements and the performance of the LSI.
また、配線W1,W2の側面は、配線保護層50a,50b;51a,51bに覆われているため、チップの縁から空洞31,38,40を介して進入してきた水分H2 Oは、配線W1,W2の金属に直接到達することがない。
Further, since the side surfaces of the wirings W1 and W2 are covered with the
従って、個々の配線W1,W2を水分H2 Oから保護することができる。 Therefore, the individual wirings W1 and W2 can be protected from moisture H 2 O.
また、この実施の形態における半導体装置(チップ)が搭載されるパッケ−ジに、パッケ−ジ外部と内部を接続する穴を設けておけば、空洞31,38は、空気で満たされると共に、この空気が循環することにより、チップ内で生じる熱は、パッケ−ジ外部へ効率よく排出される。
Further, if the package on which the semiconductor device (chip) in this embodiment is mounted is provided with a hole for connecting the outside and inside of the package, the
従って、熱による不良が発生し難い半導体装置を提供することができる。 Therefore, it is possible to provide a semiconductor device in which defects due to heat hardly occur.
また、配線W1,W2の側面は、配線保護膜50a,50b;51a,51bに覆われているため、配線W1,W2にヒロックが発生し難くなる。
Further, since the side surfaces of the wirings W1, W2 are covered with the wiring
次に、図154の半導体装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device in FIG. 154 will be described.
まず、図155に示すように、絶縁層25上に配線W1を形成するまでを、上述の第22の実施の形態における製造方法と同様の方法により行う。
First, as shown in FIG. 155, the same processes as those in the above-described twenty-second embodiment are performed until the wiring W1 is formed on the insulating
即ち、LOCOS法により半導体基板21上にフィ−ルド酸化層22を形成する。また、フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有するMOSトランジスタを形成する。
That is, the
半導体基板21上の全面に、MOSトランンジスタを完全に覆う絶縁層(BPSGやPSGなど)25を形成する。この後、化学機械的研磨(CMP)を行い、絶縁層25の表面を平坦にする。
An insulating layer (such as BPSG or PSG) 25 that completely covers the MOS transistor is formed on the entire surface of the
PEP(写真蝕刻工程)により、絶縁層25にソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層25のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bを埋め込む。
Contact holes reaching the source /
なお、絶縁層25のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
Note that a material other than the refractory metal may be embedded in the contact hole of the insulating
スパッタリング法により、絶縁層25上に炭素(カ−ボン)層を形成する。ここで、炭素層の厚さは、LSIの内部配線の厚さと等しい値(例えば、約0.7〜約0.2μm)に設定される。
A carbon (carbon) layer is formed on the insulating
スパッタリング法により、炭素層上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)29を、約0.05μmの厚さで形成する。PEP(写真蝕刻工程)及び異方性エッチングを用いて、マスク材29をパタ−ニングする。このマスク材29をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層をエッチングする。
A mask material (for example, a silicon oxide layer or a silicon nitride layer) 29 is formed on the carbon layer with a thickness of about 0.05 μm by sputtering. The
なお、PEPにより、直接、炭素層をエッチングすることなく、PEPで加工したマスク材をマスクにして炭素層をエッチングする理由は、上述の第2の実施の形態における製造方法で説明した理由と同じである。 The reason why the carbon layer is etched by using PEP as a mask without directly etching the carbon layer by PEP is the same as the reason described in the manufacturing method in the second embodiment. It is.
従って、導電層26a,26bが高融点金属の場合には、PEPで加工したマスク材29をマスクに炭素層をエッチングし、導電層26a,26bがH2 SO4 とH2 O2 の薬液により腐蝕されないような材質である場合には、レジストをマスクに炭素層をエッチングするのがよい。
Therefore, when the
この後、スパッタリング法又はCVD法により、例えば、酸化シリコンから構成される配線保護層を、炭素層上及び炭素層に形成された溝内に形成する。RIEにより配線保護層をエッチングし、配線保護層50a,50bを炭素層に形成された溝の側壁のみに残存させる。スパッタリング法又はCVD法により、配線保護層50上に、銅、アルミニウム合金などから構成される金属層28a,28bを形成する。
Thereafter, a wiring protective layer made of, for example, silicon oxide is formed on the carbon layer and in the groove formed in the carbon layer by sputtering or CVD. The wiring protective layer is etched by RIE, and the wiring
なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステン、タンタルなどの高融点金属であってもよい。 The wiring is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, but may be a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten or tantalum.
化学機械的研磨(CMP)により、炭素層の間の溝内にのみ、配線保護層50a,50b及び金属28a,28bを残存させ、配線W1を形成する。なお、CMPに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線W1を形成するようにしてもよい。
By chemical mechanical polishing (CMP), the
スパッタリング法により、マスク材29上及び配線W1上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)30を形成する。ここで、絶縁層30は、CVD法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層30を形成する際の反応ガス中には、酸素O2 ガスが含まれているため、絶縁層30の形成時に、炭素層が除去されてしまう可能性があるからである。
An insulating layer (for example, silicon oxide layer) 30 is formed on the
また、絶縁層30の厚さは、絶縁層30がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層30の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層30の種類や質などにより、絶縁層30の最適な厚さは、それぞれ異なる。
In addition, the thickness of the insulating
この後、炭素層を灰化し、この炭素層を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31に変換する。
Thereafter, the carbon layer is incinerated, and the carbon layer is converted into a
上述の工程により配線W1を形成した後、スパッタリング法により、絶縁層30上に炭素層41を形成する。また、スパッタリング法により、炭素層41上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)43を約0.05μmの厚さで形成する。
After forming the wiring W1 by the above process, the
なお、絶縁層43は、CVD法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層43を形成する際の反応ガス中には、酸素O2 ガスが含まれているため、絶縁層43の形成時に、炭素層41が除去されてしまう可能性があるからである。
The insulating
また、絶縁層43の厚さは、絶縁層43がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層43の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層43の種類や質などにより、絶縁層43の最適な厚さは、それぞれ異なる。
In addition, the thickness of the insulating
続けて、スパッタリング法により、絶縁層43上に炭素層44を形成する。
Subsequently, a
この後、炭素層44をパタ−ニングして、配線を形成するための溝を炭素層44に設ける。炭素層44のパタ−ニングには、PEP(写真蝕刻工程)とRIEを用いる方法と、PEPとRIEで加工したマスク材をマスクにパタ−ニングする方法の2つがある。
Thereafter, the
本実施例では、PEPとRIEを用いる方法について述べる。即ち、炭素層44上にレジスト45を形成する。レジスト45をパタ−ニングした後、このレジスト45をマスクに異方性エッチングにより炭素層44をエッチングし、炭素層44に溝を形成する。
In this embodiment, a method using PEP and RIE will be described. That is, a resist 45 is formed on the
この後、H2 SO4 とH2 O2 の薬液を用いて、レジスト45を除去する。なお、酸素プラズマ処理は炭素層44の消滅を招くため、この酸素プラズマ処理はレジスト45の剥離に用いない。
Thereafter, the resist 45 is removed using a chemical solution of H 2 SO 4 and H 2 O 2 . Since the oxygen plasma treatment causes the
次に、図156に示すように、炭素層44上に再びレジスト46を形成する。レジスト46をパタ−ニングした後、このレジスト46をマスクにして異方性エッチングにより溝の底部に露出した絶縁層43及び炭素層41をエッチングする。
Next, as shown in FIG. 156, a resist 46 is formed again on the
この後、H2 SO4 とH2 O2 の薬液を用いて、レジスト46を除去する。なお、酸素プラズマ処理は炭素層46の消滅を招くため、この酸素プラズマ処理はレジスト46の剥離に用いない。
Thereafter, the resist 46 is removed using a chemical solution of H 2 SO 4 and H 2 O 2 . Since the oxygen plasma treatment causes the
次に、図157に示すように、異方性エッチングにより、溝の底部に露出した絶縁層30を除去し、配線W1に達するビアホ−ルを形成する。
Next, as shown in FIG. 157, the insulating
スパッタリング法又はCVD法により、例えば、酸化シリコンから構成される配線保護層51a,51bを、炭素層44の溝の側壁及び炭素層41のビアホ−ルの側壁に形成する。また、スパッタリング法又はCVD法により、炭素層44上、炭素層44の溝内及び炭素層41のビアホ−ル内に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属層35を形成する。
For example, wiring protection layers 51 a and 51 b made of silicon oxide are formed on the side walls of the trenches of the
次に、図158に示すように、化学機械的研磨(CMP)により、炭素層44の間の溝内及び炭素層41のビアホ−ル内に、それぞれ配線保護層51a,51b及び金属35a,35bを残存させる。また、スパッタリング法により、炭素層44上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)37を、約0.05μmの厚さで形成する。
Next, as shown in FIG. 158, the wiring
なお、絶縁層37,43の厚さは、絶縁層37,43がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層37,43の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層37,43の種類や質などにより、絶縁層37,43の最適な厚さは、それぞれ異なる。
The thickness of the insulating
次に、図159及び図160に示すように、酸素雰囲気中での熱処理又は酸素プラズマ処理により、炭素層41,44を同時を灰化し、炭素層41を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞40に変換し、炭素層44を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞38に変換する。
Next, as shown in FIGS. 159 and 160, the carbon layers 41 and 44 are simultaneously ashed by heat treatment or oxygen plasma treatment in an oxygen atmosphere, and the
上述の製造方法によれば、配線W1,W2を形成するための溝又はビアホ−ルを有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内及びビアホ−ル内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。 According to the manufacturing method described above, the carbon layer is used for the insulating layer having the grooves or via holes for forming the wirings W1 and W2, and the carbon layer is formed after the wirings are formed in the grooves and the via holes. It is converted into a cavity filled with gas by ashing.
また、配線W2は、コンタクトプラグを用いることなく、配線W1に直接接続されるため、製造工程数を減らすことができる。 Further, since the wiring W2 is directly connected to the wiring W1 without using a contact plug, the number of manufacturing steps can be reduced.
これにより、多層配線構造の半導体装置において、同一層(左右)の配線間に酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気を満たし、かつ、異なる層(上下)の配線間に酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気を満たすことができる。 Thus, in the semiconductor device with a multilayer wiring structure, satisfy the same layer (left and right) mixed gas or air oxygen O 2 and carbon dioxide CO 2 in the wiring between and oxygen O 2 between the wirings of different layers (up and down) And carbon dioxide CO 2 mixed gas or air.
図161は、本発明の第25の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 FIG. 161 shows a semiconductor device according to the twenty-fifth embodiment of the present invention.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)21上には、フィ−ルド酸化層(例えば、シリコン酸化層)22が形成されている。フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域には、MOSトランジスタが形成されている。このMOSトランジスタは、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有している。
A field oxide layer (eg, silicon oxide layer) 22 is formed on a semiconductor substrate (eg, silicon wafer) 21. In the element region surrounded by the
絶縁層25は、MOSトランジスタを覆っている。絶縁層25は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス(BPSG)や燐ケイ酸ガラス(PSG)などから構成することができる。
The insulating
絶縁層25の表面は、平坦である。絶縁層25の表面は、化学機械的研磨(CMP)により平坦にすることができる。絶縁層25には、ソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
The surface of the insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bが埋め込まれている。但し、導電層26a,26bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W1は、絶縁層25上に配置され、導電層26a,26bに接続されている。配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属層28a,28bと、この金属層28a,28bの側面を覆う配線保護層50a,50bとから構成されている。
The wiring W1 is disposed on the insulating
なお、配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステン、タンタルなどの高融点金属から構成してもよい。 Note that the wiring W1 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten or tantalum.
また、配線保護層50a,50bは、例えば、酸化シリコン、窒化シリコンなどの絶縁体、窒化チタニウム、チタニウムとタングステンの合金、白金などの遷移金属又はその合金、又はモリブデンなどから構成することができる。即ち、配線保護層50a,50bは、薬品に腐食され難く、酸化され難いものであれば何でもよい。
The wiring
配線W1の上部には、絶縁層30が形成されている。この絶縁層30は、配線W1に支えられている。配線W1間は、空洞(キャビティ)31になっている。この空洞31には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
An insulating
絶縁層30は、配線W1間に空洞31を設ける際に重要となると共に、絶縁層30上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層30は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
絶縁層30には、配線W1に達するコンタクトホ−ルが形成されている。このコンタクトホ−ル内及びコンタクトホ−ル上には、銅、アルミニウム合金などの金属層35a,35bと、この金属層35a,35bの側面を覆う配線保護層51a,51bとから構成される配線W2が形成されている。
In the insulating
なお、配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。 Note that the wiring W2 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of, for example, a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten.
また、配線保護層51a,51bは、例えば、酸化シリコン、窒化シリコンなどの絶縁体、窒化チタニウム、チタニウムとタングステンの合金、白金などの遷移金属又はその合金、又はモリブデンなどから構成することができる。即ち、配線保護層51a,51bは、薬品に腐食され難く、酸化され難いものであれば何でもよい。
The wiring
配線W2の上部と下部の間には、絶縁層(例えば、シリコン酸化層)43が形成されている。この絶縁層43は、配線W2に支えられている。配線W2の下部は、柱状であり、また、配線W2の上部は、線状であり、絶縁層43上に配置されている。
An insulating layer (for example, a silicon oxide layer) 43 is formed between the upper and lower portions of the wiring W2. The insulating
配線W2上には、絶縁層(例えば、シリコン酸化層)37が形成されている。配線W2の下部の間(上下の配線W1と配線W2の間)は、空洞(キャビティ)40になっている。この空洞40には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
An insulating layer (for example, silicon oxide layer) 37 is formed on the wiring W2. A space (cavity) 40 is formed between the lower portions of the wiring W2 (between the upper and lower wirings W1 and W2). The
配線W2の上部の間(左右の配線W2の間)は、空洞(キャビティ)38になっている。この空洞38には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
A space (cavity) 38 is formed between the upper portions of the wiring W2 (between the left and right wirings W2). The
上記構成の半導体装置によれば、配線W1間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31が形成され、配線W2間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞38が形成されている。
According to the semiconductor device having the above structure, between wires W1 are formed
さらに、導電層35a,35bの間、即ち、配線W1と配線W2の間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞40が形成されている。
Further, a
この混合ガスの誘電率εは、1.0程度である。これにより、同一層(左右)の配線間及び異なる層(上下)の配線間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。 The mixed gas has a dielectric constant ε of about 1.0. As a result, the dielectric constant can be drastically reduced as compared with the case where an insulating layer such as a silicon oxide layer is filled between wirings of the same layer (left and right) and between wirings of different layers (upper and lower).
従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。 Accordingly, it is possible to simultaneously improve the integration degree of the elements and the performance of the LSI.
また、配線W1,W2の側面は、配線保護層50a,50b;51a,51bに覆われているため、チップの縁から空洞31,38,40を介して進入してきた水分H2 Oは、配線W1,W2の金属に直接到達することがない。
Further, since the side surfaces of the wirings W1 and W2 are covered with the
従って、個々の配線W1,W2を水分H2 Oから保護することができる。 Therefore, the individual wirings W1 and W2 can be protected from moisture H 2 O.
また、この実施の形態における半導体装置(チップ)が搭載されるパッケ−ジに、パッケ−ジ外部と内部を接続する穴を設けておけば、空洞31,38は、空気で満たされると共に、この空気が循環することにより、チップ内で生じる熱は、パッケ−ジ外部へ効率よく排出される。
Further, if the package on which the semiconductor device (chip) in this embodiment is mounted is provided with a hole for connecting the outside and inside of the package, the
従って、熱による不良が発生し難い半導体装置を提供することができる。 Therefore, it is possible to provide a semiconductor device in which defects due to heat hardly occur.
また、配線W1,W2の側面は、配線保護膜50a,50b;51a,51bに覆われているため、配線W1,W2にヒロックが発生し難くなる。
Further, since the side surfaces of the wirings W1, W2 are covered with the wiring
次に、図161の半導体装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device of FIG. 161 will be described.
まず、図162に示すように、絶縁層25上に配線W1を形成するまでを、上述の第23の実施の形態における製造方法と同様の方法により行う。
First, as shown in FIG. 162, the same process as that in the above-described twenty-third embodiment is performed until the wiring W1 is formed on the insulating
即ち、LOCOS法により半導体基板21上にフィ−ルド酸化層22を形成する。また、フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有するMOSトランジスタを形成する。
That is, the
半導体基板21上の全面に、MOSトランンジスタを完全に覆う絶縁層(BPSGやPSGなど)25を形成する。この後、化学機械的研磨(CMP)を行い、絶縁層25の表面を平坦にする。
An insulating layer (such as BPSG or PSG) 25 that completely covers the MOS transistor is formed on the entire surface of the
PEP(写真蝕刻工程)により、絶縁層25にソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層25のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bを埋め込む。
Contact holes reaching the source /
なお、絶縁層25のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
Note that a material other than the refractory metal may be embedded in the contact hole of the insulating
スパッタリング法により、絶縁層25上に炭素(カ−ボン)層を形成する。ここで、炭素層の厚さは、LSIの内部配線の厚さと等しい値(例えば、約0.7〜約0.2μm)に設定される。
A carbon (carbon) layer is formed on the insulating
スパッタリング法により、炭素層上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)を、約0.05μmの厚さで形成する。PEP(写真蝕刻工程)及び異方性エッチングを用いて、マスク材をパタ−ニングする。このマスク材をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層をエッチングする。 A mask material (for example, a silicon oxide layer or a silicon nitride layer) is formed on the carbon layer with a thickness of about 0.05 μm by sputtering. The mask material is patterned using PEP (Photo Etching Process) and anisotropic etching. Using the mask material as a mask, the carbon layer is etched by anisotropic etching.
なお、PEPにより、直接、炭素層をエッチングすることなく、PEPで加工したマスク材をマスクにして炭素層をエッチングする理由は、上述の第2の実施の形態における製造方法で説明した理由と同じである。 The reason why the carbon layer is etched by using PEP as a mask without directly etching the carbon layer by PEP is the same as the reason described in the manufacturing method in the second embodiment. It is.
従って、導電層26a,26bが高融点金属の場合には、PEPで加工したマスク材をマスクに炭素層をエッチングし、導電層26a,26bがH2 SO4 とH2 O2 の薬液により腐蝕されないような材質である場合には、レジストをマスクに炭素層をエッチングするのがよい。
Therefore, when the
この後、マスク材を除去し、スパッタリング法又はCVD法により、例えば、酸化シリコンから構成される配線保護層50a,50bを、炭素層に形成された溝の側壁に形成する。スパッタリング法又はCVD法により、炭素層上及び炭素層に形成された溝内に、銅、アルミニウム合金などから構成される金属層28a,28bを形成する。
Thereafter, the mask material is removed, and wiring
なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステン、タンタルなどの高融点金属であってもよい。 The wiring is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, but may be a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten or tantalum.
化学機械的研磨(CMP)により、炭素層の間の溝内にのみ、配線保護層50a,50b及び金属28a,28bを残存させ、配線W1を形成する。なお、CMPに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線W1を形成するようにしてもよい。
By chemical mechanical polishing (CMP), the
スパッタリング法により、マスク材29上及び配線W1上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)30を形成する。ここで、絶縁層30は、CVD法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層30を形成する際の反応ガス中には、酸素O2 ガスが含まれているため、絶縁層30の形成時に、炭素層が除去されてしまう可能性があるからである。
An insulating layer (for example, silicon oxide layer) 30 is formed on the
また、絶縁層30の厚さは、絶縁層30がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層30の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層30の種類や質などにより、絶縁層30の最適な厚さは、それぞれ異なる。
In addition, the thickness of the insulating
この後、炭素層を灰化し、この炭素層を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31に変換する。
Thereafter, the carbon layer is incinerated, and the carbon layer is converted into a
上述の工程により配線W1を形成した後、スパッタリング法により、絶縁層30上に炭素層41を形成する。また、スパッタリング法により、炭素層41上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)43を約0.05μmの厚さで形成する。
After forming the wiring W1 by the above process, the
なお、絶縁層43は、CVD法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層43を形成する際の反応ガス中には、酸素O2 ガスが含まれているため、絶縁層43の形成時に、炭素層41が除去されてしまう可能性があるからである。
The insulating
また、絶縁層43の厚さは、絶縁層43がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層43の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層43の種類や質などにより、絶縁層43の最適な厚さは、それぞれ異なる。
In addition, the thickness of the insulating
続けて、スパッタリング法により、絶縁層43上に炭素層44を形成する。
Subsequently, a
この後、炭素層44をパタ−ニングして、配線を形成するための溝を炭素層44に設ける。炭素層44パタ−ニングには、PEP(写真蝕刻工程)とRIEを用いる方法と、PEPとRIEで加工したマスク材をマスクにパタ−ニングする方法の2つがある。
Thereafter, the
本実施例では、PEPとRIEを用いる方法について述べる。即ち、炭素層44上にレジスト45を形成する。レジスト45をパタ−ニングした後、このレジスト45をマスクに異方性エッチングにより炭素層44をエッチングし、炭素層44に溝を形成する。
In this embodiment, a method using PEP and RIE will be described. That is, a resist 45 is formed on the
この後、H2 SO4 とH2 O2 の薬液を用いて、レジスト45を除去する。なお、酸素プラズマ処理は炭素層44の消滅を招くため、この酸素プラズマ処理はレジスト45の剥離に用いない。
Thereafter, the resist 45 is removed using a chemical solution of H 2 SO 4 and H 2 O 2 . Since the oxygen plasma treatment causes the
次に、図163に示すように、炭素層44上に再びレジスト46を形成する。レジスト46をパタ−ニングした後、このレジスト46をマスクにして異方性エッチングにより溝の底部に露出した絶縁層43及び炭素層41をエッチングする。
Next, as shown in FIG. 163, a resist 46 is formed again on the
この後、H2 SO4 とH2 O2 の薬液を用いて、レジスト46を除去する。なお、酸素プラズマ処理は炭素層46の消滅を招くため、この酸素プラズマ処理はレジスト46の剥離に用いない。
Thereafter, the resist 46 is removed using a chemical solution of H 2 SO 4 and H 2 O 2 . Since the oxygen plasma treatment causes the
次に、図164に示すように、異方性エッチングにより、溝の底部に露出した絶縁層30をエッチングし、溝の底部の一部に配線W1に達するビアホ−ルを形成する。
Next, as shown in FIG. 164, the insulating
スパッタリング法又はCVD法により、例えば、酸化シリコンから構成される配線保護層51a,51bを、炭素層44の溝の側壁及び炭素層41のビアホ−ルの側壁に形成する。また、スパッタリング法又はCVD法により、炭素層44上、炭素層44の溝内及び炭素層41のビアホ−ル内に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属層35を形成する。
For example, wiring protection layers 51 a and 51 b made of silicon oxide are formed on the side walls of the trenches of the
次に、図165に示すように、化学機械的研磨(CMP)により、炭素層44の間の溝内及び炭素層41のビアホ−ル内に、それぞれ配線保護層51a,51b及び金属層35a,35bを残存させる。また、スパッタリング法により、炭素層44上に絶縁層(例えば、シリコン酸化層)37を、約0.05μmの厚さで形成する。
Next, as shown in FIG. 165, the wiring
なお、絶縁層37,43の厚さは、絶縁層37,43がシリコン酸化層の場合は、0.01〜0.1μmの範囲にあるのが、絶縁層37,43の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層37,43の種類や質などにより、絶縁層37,43の最適な厚さは、それぞれ異なる。
The thickness of the insulating
次に、図166及び図167に示すように、酸素雰囲気中での熱処理又は酸素プラズマ処理により、炭素層41,44を同時を灰化し、炭素層41を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞40に変換し、炭素層44を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞38に変換する。
Next, as shown in FIGS. 166 and 167, the carbon layers 41 and 44 are simultaneously ashed by heat treatment or oxygen plasma treatment in an oxygen atmosphere, and the
上述の製造方法によれば、配線W1,W2を形成するための溝又はビアホ−ルを有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内及びビアホ−ル内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。 According to the manufacturing method described above, the carbon layer is used for the insulating layer having the grooves or via holes for forming the wirings W1 and W2, and the carbon layer is formed after the wirings are formed in the grooves and the via holes. It is converted into a cavity filled with gas by ashing.
また、配線W2は、コンタクトプラグを用いることなく、配線W1に直接接続されるため、製造工程数を減らすことができる。 Further, since the wiring W2 is directly connected to the wiring W1 without using a contact plug, the number of manufacturing steps can be reduced.
これにより、多層配線構造の半導体装置において、同一層(左右)の配線間に酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気を満たし、かつ、異なる層(上下)の配線間に酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気を満たすことができる。 Thus, in the semiconductor device with a multilayer wiring structure, satisfy the same layer (left and right) mixed gas or air oxygen O 2 and carbon dioxide CO 2 in the wiring between and oxygen O 2 between the wirings of different layers (up and down) And carbon dioxide CO 2 mixed gas or air.
また、マスク材は、炭素層をパタ−ニングした後、炭素層の灰化前に、除去されている。従って、炭素層の灰化を迅速かつ正確に行うことができる。 The mask material is removed after patterning the carbon layer and before ashing the carbon layer. Therefore, ashing of the carbon layer can be performed quickly and accurately.
図168は、本発明の第26の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 FIG. 168 shows a semiconductor device according to the twenty-sixth embodiment of the present invention.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)21上には、絶縁層25が形成されている。絶縁層25上には、配線W1が形成されている。配線W1は、例えば、銅、アルミニウム合金などの金属28a,28bと、この金属28a,28bの底面及び側面を覆うU字溝状のバリア層27a,27bとから構成されている。
An insulating
なお、配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層27a,27bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 Note that the wiring W1 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 27a and 27b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
互いに隣接する配線W1の間隔は、Hである。この間隔Hが非常に広い場合、配線W1の間には、ダミ−配線D1が形成される。 The interval between the adjacent wirings W1 is H. When this interval H is very wide, a dummy wiring D1 is formed between the wirings W1.
ダミ−配線D1は、例えば、銅、アルミニウム合金などの金属層28d,28dと、この金属層28d,28dの底面及び側面を覆うU字溝状のバリア層27d,27dとから構成されている。
The dummy wiring D1 is composed of, for example,
なお、ダミ−配線D1は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層27d,27dは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 The dummy wiring D1 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of, for example, a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 27d and 27d can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W1の上部には、絶縁層29,30が形成されている。この絶縁層29,30は、配線W1及びダミ−配線D1に支えられている。配線W1及びダミ−配線D1の間は、空洞(キャビティ)31になっている。この空洞31には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
Insulating
なお、ダミ−配線D1は、絶縁層29,30が空洞31内に崩れ落ちないようにするためのものであり、通常の配線としての機能を有していない。
The dummy wiring D1 is for preventing the insulating
また、絶縁層29は、配線W1及びダミ−配線D1のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層30は、配線W1及びダミ−配線D1の間に空洞31を設ける際に重要となると共に、絶縁層30上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層30は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
絶縁層30上には、絶縁層32が形成されている。絶縁層32は、例えば、シリコン酸化層から構成される。
An insulating
絶縁層32上には、配線W2が形成されている。配線W2は、例えば、銅、アルミニウム合金などの金属層35a,35bと、この金属層35a,35bの底面及び側面を覆うU字溝状のバリア層34a,34bとから構成されている。
On the insulating
なお、配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層34a,34bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 Note that the wiring W2 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of, for example, a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 34a and 34b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
互いに隣接する配線W2の間隔は、Hである。この間隔Hが非常に広い場合、配線W2の間には、ダミ−配線D2が形成される。 The interval between the adjacent wirings W2 is H. When the distance H is very wide, a dummy wiring D2 is formed between the wirings W2.
ダミ−配線D2は、例えば、銅、アルミニウム合金などの金属層35d,35dと、この金属層35d,35dの底面及び側面を覆うU字溝状のバリア層34d,34dとから構成されている。
The dummy wiring D2 includes, for example,
なお、ダミ−配線D2は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層34d,34dは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 The dummy wiring D2 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 34d and 34d can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W2の上部には、絶縁層36,37が形成されている。この絶縁層36,37は、配線W2及びダミ−配線D2に支えられている。配線W2及びダミ−配線D2の間は、空洞(キャビティ)38になっている。この空洞38には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
Insulating
なお、ダミ−配線D2は、絶縁層36,37が空洞38内に崩れ落ちないようにするためのものであり、通常の配線としての機能を有していない。
The dummy wiring D2 is for preventing the insulating
また、絶縁層36は、配線W2及びダミ−配線D2のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層37は、配線W2及びダミ−配線D2の間に空洞38を設ける際に重要となると共に、絶縁層37上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層37は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
上記構成の半導体装置によれば、配線W1間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31が形成され、配線W2間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞38が形成されている。
According to the semiconductor device having the above structure, between wires W1 are formed
この混合ガスの誘電率εは、1.0程度である。これにより、配線W1間及び配線W2間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。 The mixed gas has a dielectric constant ε of about 1.0. Thereby, the dielectric constant can be drastically reduced as compared with the case where the space between the wirings W1 and the space between the wirings W2 are filled with an insulating layer such as a silicon oxide layer.
従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。 Accordingly, it is possible to simultaneously improve the integration degree of the elements and the performance of the LSI.
また、互いに隣接する配線W1の間隔Hが非常に広い場合に、配線W1の間には、ダミ−配線D1を形成している。同様に、互いに隣接する配線W2の間隔Hが非常に広い場合に、配線W2の間には、ダミ−配線D2を形成している。 In addition, when the interval H between adjacent wirings W1 is very wide, a dummy wiring D1 is formed between the wirings W1. Similarly, when the distance H between adjacent wirings W2 is very wide, a dummy wiring D2 is formed between the wirings W2.
従って、配線W1,W2上の絶縁膜が空洞31,38内に崩れ落ちるという事態が生じることもない。
Therefore, a situation in which the insulating film on the wirings W1 and W2 collapses into the
図169は、本発明の第27の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 FIG. 169 shows a semiconductor device according to the twenty-seventh embodiment of the present invention.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)21上には、絶縁層25が形成されている。絶縁層25上には、配線W1が形成されている。配線W1は、例えば、銅、アルミニウム合金などの金属層28a,28bと、この金属層28a,28bの底面及び側面を覆うU字溝状のバリア層27a,27bとから構成されている。
An insulating
なお、配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層27a,27bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 Note that the wiring W1 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 27a and 27b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
互いに隣接する配線W1の間隔は、Hである。この間隔Hが非常に広い場合、配線W1の間には、ダミ−配線D1が形成される。 The interval between the adjacent wirings W1 is H. When this interval H is very wide, a dummy wiring D1 is formed between the wirings W1.
ダミ−配線D1は、例えば、銅、アルミニウム合金などの金属層28d,28dと、この金属層28d,28dの底面及び側面を覆うU字溝状のバリア層27d,27dとから構成されている。
The dummy wiring D1 is composed of, for example,
なお、ダミ−配線D1は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層27d,27dは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 The dummy wiring D1 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of, for example, a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 27d and 27d can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W1の上部には、絶縁層30が形成されている。この絶縁層30は、配線W1及びダミ−配線D1に支えられている。配線W1及びダミ−配線D1の間は、空洞(キャビティ)31になっている。この空洞31には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
An insulating
なお、ダミ−配線D1は、絶縁層30が空洞31内に崩れ落ちないようにするためのものであり、通常の配線としての機能を有していない。
The dummy wiring D1 is for preventing the insulating
絶縁層30は、配線W1及びダミ−配線D1の間に空洞31を設ける際に重要となると共に、絶縁層30上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層30は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
絶縁層30上には、絶縁層32が形成されている。絶縁層32は、例えば、シリコン酸化層から構成される。
An insulating
絶縁層32上には、配線W2が形成されている。配線W2は、例えば、銅、アルミニウム合金などの金属層35a,35bと、この金属層35a,35bの底面及び側面を覆うU字溝状のバリア層34a,34bとから構成されている。
On the insulating
なお、配線W2は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層34a,34bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 Note that the wiring W2 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of, for example, a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 34a and 34b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
互いに隣接する配線W2の間隔は、Hである。この間隔Hが非常に広い場合、配線W2の間には、ダミ−配線D2が形成される。 The interval between the adjacent wirings W2 is H. When the distance H is very wide, a dummy wiring D2 is formed between the wirings W2.
ダミ−配線D2は、例えば、銅、アルミニウム合金などの金属35d,35dと、この金属35d,35dの底面及び側面を覆うU字溝状のバリア層34d,34dとから構成されている。
The dummy wiring D2 includes, for example,
なお、ダミ−配線D2は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層34d,34dは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 The dummy wiring D2 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 34d and 34d can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W2の上部には、絶縁層37が形成されている。この絶縁層37は、配線W2及びダミ−配線D2に支えられている。配線W2及びダミ−配線D2の間は、空洞(キャビティ)38になっている。この空洞38には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
An insulating
なお、ダミ−配線D2は、絶縁層37が空洞38内に崩れ落ちないようにするためのものであり、通常の配線としての機能を有していない。
The dummy wiring D2 is for preventing the insulating
絶縁層37は、配線W2及びダミ−配線D2の間に空洞38を設ける際に重要となると共に、絶縁層37上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層37は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
The insulating
上記構成の半導体装置によれば、配線W1間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31が形成され、配線W2間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞38が形成されている。
According to the semiconductor device having the above structure, between wires W1 are formed
この混合ガスの誘電率εは、1.0程度である。これにより、配線W1間及び配線W2間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。 The mixed gas has a dielectric constant ε of about 1.0. Thereby, the dielectric constant can be drastically reduced as compared with the case where the space between the wirings W1 and the space between the wirings W2 are filled with an insulating layer such as a silicon oxide layer.
従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。 Accordingly, it is possible to simultaneously improve the integration degree of the elements and the performance of the LSI.
また、互いに隣接する配線W1の間隔Hが非常に広い場合に、配線W1の間には、ダミ−配線D1を形成している。同様に、互いに隣接する配線W2の間隔Hが非常に広い場合に、配線W2の間には、ダミ−配線D2を形成している。 In addition, when the interval H between adjacent wirings W1 is very wide, a dummy wiring D1 is formed between the wirings W1. Similarly, when the distance H between adjacent wirings W2 is very wide, a dummy wiring D2 is formed between the wirings W2.
従って、配線W1,W2上の絶縁膜が空洞31,38内に崩れ落ちるという事態が生じることもない。
Therefore, a situation in which the insulating film on the wirings W1 and W2 collapses into the
図170は、本発明の第28の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 FIG. 170 shows a semiconductor device according to the twenty-eighth embodiment of the present invention.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)11上には、絶縁層(例えば、シリコン酸化層)12が形成されている。配線13は、絶縁層12上に配置されている。配線13は、銅、アルミニウム合金などの金属、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成されている。
An insulating layer (for example, silicon oxide layer) 12 is formed on the semiconductor substrate (for example, silicon wafer) 11. The
配線13間を満たすことがない板状の絶縁層14は、配線13を柱として、配線13上に形成されている。つまり、配線13間は、空洞(キャビティ)15になっている。空洞15内には、誘電率εが1.0程度のガス、即ち、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが主として満たされている。
A plate-like insulating
絶縁層14は、例えば、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化クロムなどから構成される。
The insulating
なお、空洞15を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞15内に空気を満たすようにしてもよい。
It should be noted that the
さらに、配線13と絶縁層14の間には、結合層61が形成されている。この結合層61は、配線13と絶縁層14を互いに強固に結合する役割を果たしている。
Further, a
結合層61は、配線13を構成する金属と、シリコン、ジルコニウム、ハフニウム、クロムなどの材料とから構成される。
The
上記構成の半導体装置によれば、配線13間には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス、又は空気が満たされている。この混合ガス又は空気の誘電率εは、1.0程度である。これにより、配線13間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。 According to the semiconductor device having the above configuration, the space between the wirings 13 is mainly filled with a mixed gas of oxygen O 2 and carbon dioxide CO 2 or air. The mixed gas or air has a dielectric constant ε of about 1.0. Thereby, the dielectric constant can be drastically reduced as compared with the case where the space between the wirings 13 is filled with an insulating layer such as a silicon oxide layer. Accordingly, it is possible to simultaneously improve the integration degree of the elements and the performance of the LSI.
また、配線13と絶縁層14の間には結合層61が形成されているため、配線13と絶縁層14は、この結合層61により互いに強固に結合される。従って、配線間が空洞であっても、強度的に十分な半導体装置を提供できる。
In addition, since the
次に、図170の半導体装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device of FIG. 170 will be described.
まず、図171に示すように、半導体基板11上に絶縁層12を形成する。スパッタリング法などにより絶縁層12上に炭素(カ−ボン)層16を形成する。ここで、炭素層16の厚さは、LSIの内部配線の厚さと等しい値(例えば、約0.7〜約0.2μm)に設定される。
First, as shown in FIG. 171, the insulating
スパッタリング法又はCVD法により、炭素層16上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)17を形成する。ここで、マスク材17が酸化物により構成されている場合には、マスク材17は、スパッタリング法により形成するのがよい。CVD法を用いる場合、反応ガスに含まれる酸素により炭素層16が消滅する場合があるからである。
A mask material (for example, a silicon oxide layer or a silicon nitride layer) 17 is formed on the
次に、図172に示すように、マスク材17上にレジストを塗布し、PEP (写真蝕刻工程)を用いてこのレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材17をパタ−ニングする。この後、レジストを剥離し、マスク材17をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層16をエッチングし、炭素層16に溝を形成する。
Next, as shown in FIG. 172, a resist is applied on the
なお、炭素層16は、レジストをマスクにしてエッチングしてもよい。
The
レジストの剥離は、H2 SO4 とH2 O2 の薬液により行われる。レジストは、酸素プラズマ処理でも剥離できるが、酸素プラズマ処理を用いると、炭素層16も消滅してしまうからである。
The resist is peeled off with a chemical solution of H 2 SO 4 and H 2 O 2 . This is because the resist can be removed by oxygen plasma treatment, but if the oxygen plasma treatment is used, the
次に、図173に示すように、CVD法又はスパッタリング法により、半導体基板11上の全面に銅などから構成される導電層を形成する。化学機械的研磨 (CMP)により、炭素層16の間の溝内にのみ導電層を残存させ、配線13を形成する。
Next, as shown in FIG. 173, a conductive layer made of copper or the like is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 11 by a CVD method or a sputtering method. The conductive layer is left only in the groove between the carbon layers 16 by chemical mechanical polishing (CMP), and the
なお、CMPの代わりに、異方性エッチング又は等方性エッチングを用いて配線13を形成するようにしてもよい。
Note that the
この後、マスク材17は、剥離される。
Thereafter, the
次に、図174に示すように、スパッタリング法により、配線13及び炭素層16上に、シリコン層(アモルファスシリコン、多結晶シリコンなど)60を形成する。
Next, as shown in FIG. 174, a silicon layer (amorphous silicon, polycrystalline silicon, etc.) 60 is formed on the
次に、図175及び図176に示すように、炭素層16を灰化し、炭素層16を、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが主として満たされた空洞15に変換する。なお、炭素層16の灰化は、以下の二つの方法のいずれかを使用することにより達成される。
Next, as shown in FIGS. 175 and 176, the
一つめは、酸素雰囲気中(酸素を含む雰囲気のことをいう、例えば大気中でもよい)での熱処理(温度400〜450℃、時間2h程度)である。この方法では、炭素層16が二酸化炭素CO2 に変換する反応が緩やかに進むため、炭素層16の体積の膨脹による絶縁層14の破裂を防止できる利点がある反面、処理時間が長くなる欠点がある。
The first is a heat treatment (temperature 400 to 450 ° C.,
二つめは、酸素プラズマ処理(アッシャ−)である。この方法では、炭素層16が二酸化炭素CO2 に変換する反応が速やかに進むため、処理時間が短くなる利点がある反面、炭素層16の体積の膨脹による絶縁層14の破裂が生じる可能性が高くなるという欠点がある。しかし、この欠点は、絶縁層14の質の改善や酸素プラズマ処理の温度の低下などにより回避できる。
The second is oxygen plasma treatment (asher). In this method, since the reaction of the
炭素層16の灰化の際、シリコン層60は、絶縁層(シリコン酸化層)14に変化する。即ち、炭素層16の灰化に使用する酸素がシリコン層60と反応して絶縁層14が形成される。
During the ashing of the
また、同時に、配線13と絶縁層14の間には、結合層61が形成される。この結合層61は、炭素層16の灰化時に、配線13を構成する材料(銅、アルミニウムなど)とシリコンが反応することにより形成される。
At the same time, a
なお、灰化処理前に配線13上に設ける層は、シリコン層に限られない。即ち、炭素層16の灰化時に、絶縁層に変わると共に、配線を構成する材料と反応して結合層を形成する材料であればよい。
Note that the layer provided on the
そのような材料としては、例えば、ハフニウム、ジルコニウム、クロムなどが考えられる。 As such a material, for example, hafnium, zirconium, chromium and the like can be considered.
上述の方法によれば、配線を形成するための溝を有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。従って、容易に、図170の半導体装置を提供することができる。また、炭素層の灰化時に、シリコン層が絶縁層に変化すると共に、シリコン層と配線との間に結合層が形成され、シリコン層と配線が強固に結合される。従って、配線間が空洞である半導体装置の機械的強度を改善することができる。 According to the above method, a carbon layer is used as an insulating layer having a groove for forming a wiring, and after the wiring is formed in the groove, the carbon layer is ashed to be converted into a gas-filled cavity. ing. Accordingly, the semiconductor device in FIG. 170 can be easily provided. Further, when the carbon layer is ashed, the silicon layer changes to an insulating layer, and a bonding layer is formed between the silicon layer and the wiring, so that the silicon layer and the wiring are firmly bonded. Therefore, it is possible to improve the mechanical strength of the semiconductor device in which the space between the wirings is hollow.
図177は、本発明の第29の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 FIG. 177 shows a semiconductor device according to the twenty-ninth embodiment of the invention.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)11上には、絶縁層(例えば、シリコン酸化層)12が形成されている。配線13は、絶縁層12上に配置されている。配線13は、銅、アルミニウム合金などの金属、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成されている。
An insulating layer (for example, silicon oxide layer) 12 is formed on the semiconductor substrate (for example, silicon wafer) 11. The
絶縁層12と配線13の間には、金属層62が形成されている。金属層62は、ジルコニウム、ハフニウム、ベリリウム、マグネシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、コバルト、ニッケル、イットリウム、インジウム、バリウム、ランタン、セリウム、ルテニウム、鉛、ビスマス、トリウム、クロムなどの材料から構成される。
A
配線13間は、空洞(キャビティ)15になっている。空洞15内には、誘電率εが1.0程度のガス、即ち、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが主として満たされている。
A space (cavity) 15 is formed between the wirings 13. The
配線13の側壁及び配線間の空洞15上には、酸化金属層63が形成されている。酸化金属層63は、金属層62を構成する材料の酸化物から構成される。なお、配線13の側壁及び配線間の空洞15上には、酸化金属層でなく、窒化金属層を設けてもよい。この場合、窒化金属層は、金属層62を構成する材料の窒化物から構成される。
A
配線13上及び酸化金属層63上には、絶縁層64が形成されている。絶縁層64は、例えば、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化クロムなどから構成される。
An insulating
なお、空洞15を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞15内に空気を満たすようにしてもよい。
It should be noted that the
上記構成の半導体装置によれば、配線13間には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス、又は空気が満たされている。この混合ガス又は空気の誘電率εは、1.0程度である。これにより、配線13間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。 According to the semiconductor device having the above configuration, the space between the wirings 13 is mainly filled with a mixed gas of oxygen O 2 and carbon dioxide CO 2 or air. The mixed gas or air has a dielectric constant ε of about 1.0. Thereby, the dielectric constant can be drastically reduced as compared with the case where the space between the wirings 13 is filled with an insulating layer such as a silicon oxide layer. Accordingly, it is possible to simultaneously improve the integration degree of the elements and the performance of the LSI.
また、配線13の側壁及び配線間の空洞15上には、酸化金属層63が形成されている。この酸化金属層63は、機械的強度に優れているため、配線間が空洞15であっても、強度的に十分な半導体装置を提供できる。
A
次に、図177の半導体装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device in FIG. 177 will be described.
まず、図178に示すように、半導体基板11上に絶縁層12を形成する。スパッタリング法などにより絶縁層12上に炭素(カ−ボン)層16を形成する。ここで、炭素層16の厚さは、LSIの内部配線の厚さと等しい値(例えば、約0.7〜約0.2μm)に設定される。
First, as shown in FIG. 178, the insulating
スパッタリング法又はCVD法により、炭素層16上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)17を形成する。ここで、マスク材17が酸化物により構成されている場合には、マスク材17は、スパッタリング法により形成するのがよい。CVD法を用いる場合、反応ガスに含まれる酸素により炭素層16が消滅する場合があるからである。
A mask material (for example, a silicon oxide layer or a silicon nitride layer) 17 is formed on the
次に、マスク材17上にレジストを塗布し、PEP(写真蝕刻工程)を用いてこのレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材17をパタ−ニングする。この後、レジストを剥離し、マスク材17をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層16をエッチングし、炭素層16に溝を形成する。
Next, a resist is applied on the
なお、炭素層16は、レジストをマスクにしてエッチングしてもよい。
The
レジストの剥離は、H2 SO4 とH2 O2 の薬液により行われる。レジストは、酸素プラズマ処理でも剥離できるが、酸素プラズマ処理を用いると、炭素層16も消滅してしまうからである。
The resist is peeled off with a chemical solution of H 2 SO 4 and H 2 O 2 . This is because the resist can be removed by oxygen plasma treatment, but if the oxygen plasma treatment is used, the
この後、マスク材17は、剥離される。
Thereafter, the
次に、図179に示すように、CVD法又はスパッタリング法により、半導体基板11上の全面、即ち炭素層16の溝の内面及び上面に、金属層62を形成する。この金属層62は、ジルコニウム、ハフニウム、ベリリウム、マグネシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、コバルト、ニッケル、イットリウム、インジウム、バリウム、ランタン、セリウム、ルテニウム、鉛、ビスマス、トリウム、クロムなどの材料から構成される。
Next, as shown in FIG. 179, a
続けて、CVD法又はスパッタリング法により、金属層62上に銅、アルミニウムなどから構成される導電層を形成する。化学機械的研磨(CMP)により、炭素層16の間の溝内にのみ導電層を残存させ、配線13を形成する。
Subsequently, a conductive layer made of copper, aluminum, or the like is formed on the
なお、CMPの代わりに、異方性エッチング又は等方性エッチングを用いて配線13を形成するようにしてもよい。
Note that the
次に、図180及び図181に示すように、炭素層16を灰化し、炭素層16を、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが主として満たされた空洞15に変換する。なお、炭素層16の灰化は、以下の二つの方法のいずれかを使用することにより達成される。
Next, as shown in FIGS. 180 and 181, the
一つめは、酸素雰囲気中(酸素を含む雰囲気のことをいう、例えば大気中でもよい)での熱処理(温度400〜450℃、時間2h程度)である。この方法では、炭素層16が二酸化炭素CO2 に変換する反応が緩やかに進むため、炭素層16の体積の膨脹による絶縁層14の破裂を防止できる利点がある反面、処理時間が長くなる欠点がある。
The first is a heat treatment (temperature 400 to 450 ° C.,
二つめは、酸素プラズマ処理(アッシャ−)である。この方法では、炭素層16が二酸化炭素CO2 に変換する反応が速やかに進むため、処理時間が短くなる利点がある反面、炭素層16の体積の膨脹による絶縁層14の破裂が生じる可能性が高くなるという欠点がある。しかし、この欠点は、絶縁層14の質の改善や酸素プラズマ処理の温度の低下などにより回避できる。
The second is oxygen plasma treatment (asher). In this method, since the reaction of the
次に、図182に示すように、酸素雰囲気中において、選択酸化処理(温度約450℃、時間30分程度)を行い、金属層62の一部、即ち配線13の側壁及び配線間の空洞15上に存在する金属層62を酸化する。その結果、配線13の側壁及び配線間の空洞15上の金属層62は、酸化金属層63に変化する。
Next, as shown in FIG. 182, selective oxidation treatment (temperature of about 450 ° C., time of about 30 minutes) is performed in an oxygen atmosphere, and a part of the
なお、選択酸化処理の温度、時間などは、配線13直下に存在する金属層62が酸化されないことを条件にして決定される。また、雰囲気は、H2 ,H2 O雰囲気などであってもよい。
Note that the temperature and time of the selective oxidation treatment are determined on the condition that the
また、本実施の形態では、選択酸化処理を行っているが、これに変えて窒素雰囲気中での窒化処理を行ってもよい。この場合、配線13の側壁及び配線間の空洞15上の金属層62は、窒化金属層に変化する。
In the present embodiment, the selective oxidation treatment is performed, but in place of this, a nitridation treatment in a nitrogen atmosphere may be performed. In this case, the
また、本実施の形態では、炭素層16の灰化と金属層62の酸化を別工程で行っているが、同一の工程で行うようにしてもよい。例えば、金属層62がハフニウムから構成される場合には、灰化処理を、酸素雰囲気中で、温度約400℃、時間1h程度行えば、炭素層16の灰化と同時に、配線13の側壁及び配線間の空洞15上の金属層62のみが酸化される。
In the present embodiment, the ashing of the
次に、図183に示すように、CVD法又はスパッタリング法により、配線13上及び酸化金属層63上に、低い誘電率を有する絶縁層64を形成する。この絶縁層64は、弗素が添加された酸化シリコンなどを用いることができる。
Next, as shown in FIG. 183, an insulating
上述の方法によれば、配線を形成するための溝を有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。従って、容易に、図177の半導体装置を提供することができる。また、選択酸化処理により、配線13の側壁及び配線間の空洞15上の金属層62を酸化金属層63に変換している。この酸化金属層63は、機械的強度が優れているため、配線間が空洞15であっても、この空洞15が潰れるということがない。
According to the above method, a carbon layer is used as an insulating layer having a groove for forming a wiring, and after the wiring is formed in the groove, the carbon layer is ashed to be converted into a gas-filled cavity. ing. Therefore, the semiconductor device in FIG. 177 can be easily provided. Further, the
図184は、本発明の第30の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 FIG. 184 shows a semiconductor device according to the thirtieth embodiment of the present invention.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)21上には、フィ−ルド酸化層(例えば、シリコン酸化層)22が形成されている。フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域には、MOSトランジスタが形成されている。このMOSトランジスタは、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有している。
A field oxide layer (eg, silicon oxide layer) 22 is formed on a semiconductor substrate (eg, silicon wafer) 21. In the element region surrounded by the
絶縁層25は、MOSトランジスタを覆っている。絶縁層25は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス(BPSG)や燐ケイ酸ガラス(PSG)などから構成することができる。
The insulating
絶縁層25の表面は、平坦である。絶縁層25の表面は、化学機械的研磨(CMP)により平坦にすることができる。絶縁層25には、ソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
The surface of the insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bが埋め込まれている。但し、導電層26a,26bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線W1は、絶縁層25上及び導電層26a,26b上に配置されている。また、配線W1と、絶縁層25及び導電層26a,26bとの間には、金属層62が形成されている。
The wiring W1 is disposed on the insulating
金属層62は、ジルコニウム、ハフニウム、ベリリウム、マグネシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、コバルト、ニッケル、イットリウム、インジウム、バリウム、ランタン、セリウム、ルテニウム、鉛、ビスマス、トリウム、クロムなどの材料から構成される。
The
従って、配線W1は、導電層26a,26bに電気的に接続されている。配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属28a,28bから構成される。
Accordingly, the wiring W1 is electrically connected to the
なお、配線W1は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層27a,27bは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。 Note that the wiring W1 is not limited to a metal such as copper or an aluminum alloy, and may be composed of a semiconductor such as polysilicon containing impurities, or a refractory metal such as tungsten. The barrier layers 27a and 27b can be composed of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride.
配線W1間は、空洞(キャビティ)31になっている。この空洞31には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
A space (cavity) 31 is formed between the wirings W1. The
配線W1の側壁及び配線間の空洞31上には、酸化金属層63が形成されている。この酸化金属層63は、金属層62を構成する材料を酸化したものから構成される。
A
なお、配線W1の側壁及び配線間の空洞31上には、酸化金属層63に変えて、窒化金属層を設けるようにしてもよい。この場合、窒化金属層は、金属層62を構成する材料を窒化することにより形成される。
Note that a metal nitride layer may be provided instead of the
配線W1上及び酸化金属層63上には、低い誘電率を有する絶縁層64が形成されている。絶縁層64は、例えば、弗素を含む酸化シリコンなどから構成することができる。
An insulating
上記構成の半導体装置によれば、配線W1間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞31が形成されている。
According to the semiconductor device having the above configuration, the
この混合ガス又は空気の誘電率εは、1.0程度である。これにより、配線W1間及び配線W2間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。 The mixed gas or air has a dielectric constant ε of about 1.0. Thereby, the dielectric constant can be drastically reduced as compared with the case where the space between the wirings W1 and the space between the wirings W2 are filled with an insulating layer such as a silicon oxide layer.
従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。 Accordingly, it is possible to simultaneously improve the integration degree of the elements and the performance of the LSI.
次に、図184の半導体装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device in FIG. 184 will be described.
まず、図185に示すように、LOCOS法により半導体基板21上にフィ−ルド酸化層22を形成する。また、フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有するMOSトランジスタを形成する。
First, as shown in FIG. 185, a
半導体基板21上の全面に、MOSトランンジスタを完全に覆う絶縁層(BPSGやPSGなど)25を形成する。この後、化学機械的研磨(CMP)を行い、絶縁層25の表面を平坦にする。
An insulating layer (such as BPSG or PSG) 25 that completely covers the MOS transistor is formed on the entire surface of the
PEP(写真蝕刻工程)により、絶縁層25にソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層25のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bを埋め込む。
Contact holes reaching the source /
なお、絶縁層25のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
Note that a material other than the refractory metal may be embedded in the contact hole of the insulating
次に、図186に示すように、スパッタリング法により、絶縁層25上に炭素(カ−ボン)層39を形成する。ここで、炭素層39の厚さは、LSIの内部配線の厚さと等しい値(例えば、約0.7〜約0.2μm)に設定される。
Next, as shown in FIG. 186, a
次に、図187に示すように、スパッタリング法により、炭素層39上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)29を、約0.05μmの厚さで形成する。
Next, as shown in FIG. 187, a mask material (for example, a silicon oxide layer or a silicon nitride layer) 29 is formed on the
ここで、マスク材29が酸化物から構成される場合には、マスク材29は、炭素層39の消滅を防ぐため、CVD法でなく、スパッタリング法で形成するのがよい。
Here, when the
次に、図188に示すように、マスク材29上にレジストを塗布し、PEP (写真蝕刻工程)を用いてこのレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材29をパタ−ニングする。この後、レジストを剥離する。マスク材29のパタ−ンは、配線のパタ−ンと同じになる。
Next, as shown in FIG. 188, a resist is applied on the
次に、図189に示すように、マスク材29をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層39をエッチングする。
Next, as shown in FIG. 189, the
なお、本実施例では、PEPにより、直接、炭素層39をエッチングすることなく、PEPで加工したマスク材29をマスクにして炭素層39をエッチングしている。
In this embodiment, the
この理由は、以下のとおりである。PEPに用いるレジストは、酸素プラズマ処理(アッシャ−)、又はH2 SO4 とH2 O2 の薬液により除去される。しかし、酸素プラズマ処理でレジストを除去する場合は、せっかくパタ−ニングした炭素層39が同時に除去されてしまう。一方、H2 SO4 とH2 O2 の薬液によりレジストを除去する場合は、導電層(高融点金属の場合のみ)26a,26bが同時に除去されてしまう。
The reason for this is as follows. The resist used for PEP is removed by oxygen plasma treatment (asher) or a chemical solution of H 2 SO 4 and H 2 O 2 . However, when the resist is removed by the oxygen plasma treatment, the patterned
そこで、導電層26a,26bが高融点金属の場合には、PEPで加工したマスク材29をマスクにして炭素層39をエッチングするのがよい。
Therefore, when the
この後、マスク材29は、除去される。
Thereafter, the
次に、図190に示すように、スパッタリング法又はCVD法により、炭素層39に形成された溝XXの内面及び炭素層39の上面に、金属層62を形成する。金属層62は、ジルコニウム、ハフニウム、ベリリウム、マグネシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、コバルト、ニッケル、イットリウム、インジウム、バリウム、ランタン、セリウム、ルテニウム、鉛、ビスマス、トリウム、クロムなどの材料から構成される。
Next, as shown in FIG. 190, a
次に、図191に示すように、スパッタリング法又はCVD法により、金属層62上に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属28を形成する。なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属であってもよい。
Next, as shown in FIG. 191, a
次に、図192に示すように、化学機械的研磨(CMP)により、炭素層39の間の溝内にのみ、金属28a,28bを残存させ、配線W1を形成する。なお、CMPに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングを用いて配線W1を形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 192, the
次に、図193及び図194に示すように、炭素層39を灰化し、炭素層39を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31に変換する。炭素層39の灰化は、以下の二つの方法のいずれかを使用することにより達成される。
Next, as shown in FIGS. 193 and 194, the
一つめは、酸素雰囲気中での熱処理(温度400〜450℃、時間2h程度)である。この方法では、炭素層39が二酸化炭素CO2 に変換する反応が緩やかに進むため、炭素層39の体積の膨脹による絶縁層29,30の破裂を防止できる利点がある反面、処理時間が長くなる欠点がある。
The first is a heat treatment in an oxygen atmosphere (temperature 400 to 450 ° C.,
二つめは、酸素プラズマ処理(アッシャ−)である。この方法では、炭素層39が二酸化炭素CO2 に変換する反応が速やかに進むため、処理時間が短くなる利点がある反面、炭素層39の体積の膨脹による絶縁層29,30の破裂が生じる可能性が高くなるという欠点がある。しかし、この欠点は、絶縁層29,30の質の改善や酸素プラズマ処理の温度の低下などにより回避できる。
The second is oxygen plasma treatment (asher). In this method, since the reaction of the
次に、図195に示すように、酸素雰囲気中において、選択酸化処理(温度約450℃、時間30分程度)を行い、金属層62の一部、即ち配線13の側壁及び配線間の空洞15上に存在する金属層62を酸化する。その結果、配線28a,28bの側壁及び配線間の空洞31上の金属層62は、酸化金属層63に変化する。
Next, as shown in FIG. 195, selective oxidation (temperature: about 450 ° C., time: about 30 minutes) is performed in an oxygen atmosphere, and a part of the
なお、選択酸化処理の温度、時間などは、配線28a,28b直下に存在する金属層62が酸化されないことを条件にして決定される。また、雰囲気は、H2 ,H2 O雰囲気などであってもよい。
Note that the temperature and time of the selective oxidation treatment are determined on the condition that the
また、本実施の形態では、選択酸化処理を行っているが、これに変えて窒素雰囲気中での窒化処理を行ってもよい。この場合、配線28a,28bの側壁及び配線間の空洞31上の金属層62は、窒化金属層に変化する。
In the present embodiment, the selective oxidation treatment is performed, but in place of this, a nitridation treatment in a nitrogen atmosphere may be performed. In this case, the
また、本実施の形態では、炭素層39の灰化と金属層62の酸化を別工程で行っているが、同一の工程で行うようにしてもよい。例えば、金属層62がハフニウムから構成される場合には、灰化処理を、酸素雰囲気中で、温度約400℃、時間1h程度行えば、炭素層39の灰化と同時に、配線28a,28bの側壁及び配線間の空洞31上の金属層62のみが酸化される。
In the present embodiment, the ashing of the
次に、図196に示すように、CVD法又はスパッタリング法により、配線28a,28b上及び酸化金属層63上に、低い誘電率を有する絶縁層64を形成する。この絶縁層64は、弗素が添加された酸化シリコンなどを用いることができる。
Next, as shown in FIG. 196, an insulating
上述の製造方法によれば、配線28a,28bを形成するための溝を有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。従って、容易に、図184の半導体装置を提供することができる。また、選択酸化処理により、配線28a,28bの側壁及び配線間の空洞31上の金属層62を酸化金属層63に変換している。この酸化金属層63は、機械的強度が優れているため、配線間が空洞31であっても、この空洞31が潰れるということがない。
According to the manufacturing method described above, the carbon layer is used for the insulating layer having the grooves for forming the
以上、説明してきた各実施の形態において、炭素層の灰化は、酸素雰囲気中において行われる。 As described above, in each of the embodiments described above, the ashing of the carbon layer is performed in an oxygen atmosphere.
図197及び図198は、配線に銅などの酸化され易い金属を用いた場合における炭素層の灰化工程を示すものである。 197 and 198 show the ashing process of the carbon layer in the case where a metal such as copper is used for the wiring.
配線13に銅などを用いる場合には、配線13と炭素層16の反応を防止するため、配線13の側面及び底面には、防護金属層65が形成される。この防護金属層65は、例えば、チタンと窒化チタンの積層や、窒化チタンシリコンなどから構成することができる。
When copper or the like is used for the
ところが、配線13上には、炭素層16を灰化するために、酸化シリコン層などの酸素(O2 )を透過するような絶縁層14が形成される。
However, an insulating
従って、炭素層16の灰化時には、必然的に配線13の上面も酸化され、酸化金属層66が形成される。この酸化金属層66は、配線13の抵抗値を増大させたり、配線13の信頼性を低下させる。
Therefore, when the
以下の実施の形態では、炭素層の灰化時に、配線13が酸化されることがないような半導体装置及びその製造方法を提供する。
In the following embodiments, a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device are provided in which the
図199は、本発明の第31の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 FIG. 199 shows a semiconductor device according to the thirty-first embodiment of the present invention.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)21上には、フィ−ルド酸化層(例えば、シリコン酸化層)22が形成されている。フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域には、MOSトランジスタが形成されている。このMOSトランジスタは、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有している。
A field oxide layer (eg, silicon oxide layer) 22 is formed on a semiconductor substrate (eg, silicon wafer) 21. In the element region surrounded by the
絶縁層25は、MOSトランジスタを覆っている。絶縁層25は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス(BPSG)や燐ケイ酸ガラス(PSG)などから構成することができる。
The insulating
絶縁層25の表面は、平坦である。絶縁層25の表面は、化学機械的研磨(CMP)により平坦にすることができる。絶縁層25には、ソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
The surface of the insulating
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bが埋め込まれている。但し、導電層26a,26bは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
配線28a,28bは、絶縁層25上及び導電層26a,26b上に配置されている。また、配線28a,28bの側面及び底面は、防護金属層65により覆われている。防護金属層65は、酸素を透過させないような層、例えばチタンと窒化チタンの積層や、窒化チタンシリコンなどから構成することができる。
The
また、配線28a,28bの上面は、酸素を透過させないような防護層67、例えばチタンと窒化チタンの積層や、窒化チタンシリコンなどの金属層、又は窒化シリコンなどの絶縁層から構成することができる。
The upper surfaces of the
即ち、配線28a,28bの少なくとも下面を覆う防護層は、導電層26a,26bと電気的に接続をとるため、金属層から構成される必要があるが、配線28a,28bの上面を覆う防護層は、金属層でも絶縁層でもよい。
That is, the protective layer covering at least the lower surface of the
なお、配線28a,28bは、銅などの酸化され易い金属から構成される。
The
配線28a,28b間は、空洞(キャビティ)31になっている。この空洞31には、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされている。
A space (cavity) 31 is formed between the
配線28a,28b上には、絶縁層68が形成されている。絶縁層68は、酸化シリコンなどから構成される。
An insulating
上記構成の半導体装置によれば、配線28a,28b間には、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞31が形成されている。
According to the semiconductor device having the above configuration, the
この混合ガス又は空気の誘電率εは、1.0程度である。これにより、配線W1間及び配線W2間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。 The mixed gas or air has a dielectric constant ε of about 1.0. Thereby, the dielectric constant can be drastically reduced as compared with the case where the space between the wirings W1 and the space between the wirings W2 are filled with an insulating layer such as a silicon oxide layer.
従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。 Accordingly, it is possible to simultaneously improve the integration degree of the elements and the performance of the LSI.
また、少なくとも炭素層の灰化時には、配線28a,28bは、酸素を透過しないような防護層により完全に覆われている。
Further, at least when the carbon layer is ashed, the
従って、配線28a,28bの抵抗値の増大や信頼性の低下を防止することができる。
Therefore, it is possible to prevent an increase in resistance value and a decrease in reliability of the
次に、図199の半導体装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device of FIG. 199 will be described.
まず、図200に示すように、LOCOS法により半導体基板21上にフィ−ルド酸化層22を形成する。また、フィ−ルド酸化層22に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極23及びソ−ス・ドレイン領域24a,24bを有するMOSトランジスタを形成する。
First, as shown in FIG. 200, a
半導体基板21上の全面に、MOSトランンジスタを完全に覆う絶縁層(BPSGやPSGなど)25を形成する。この後、化学機械的研磨(CMP)を行い、絶縁層25の表面を平坦にする。
An insulating layer (such as BPSG or PSG) 25 that completely covers the MOS transistor is formed on the entire surface of the
PEP(写真蝕刻工程)により、絶縁層25にソ−ス・ドレイン領域24a,24bに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層25のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層26a,26bを埋め込む。
Contact holes reaching the source /
なお、絶縁層25のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
Note that a material other than the refractory metal may be embedded in the contact hole of the insulating
次に、図201に示すように、スパッタリング法により、絶縁層25上に炭素(カ−ボン)層39を形成する。ここで、炭素層39の厚さは、LSIの内部配線の厚さと等しい値(例えば、約0.7〜約0.2μm)に設定される。
Next, as shown in FIG. 201, a
次に、図202に示すように、スパッタリング法により、炭素層39上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)29を、約0.05μmの厚さで形成する。
Next, as shown in FIG. 202, a mask material (for example, a silicon oxide layer or a silicon nitride layer) 29 is formed on the
ここで、マスク材29が酸化物から構成される場合には、マスク材29は、炭素層39の消滅を防ぐため、CVD法でなく、スパッタリング法で形成するのがよい。
Here, when the
次に、図203に示すように、マスク材29上にレジストを塗布し、PEP (写真蝕刻工程)を用いてこのレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材29をパタ−ニングする。この後、レジストを剥離する。マスク材29のパタ−ンは、配線のパタ−ンと同じになる。
Next, as shown in FIG. 203, a resist is applied on the
次に、図204に示すように、マスク材29をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層39をエッチングする。
Next, as shown in FIG. 204, the
なお、本実施例では、PEPにより、直接、炭素層39をエッチングすることなく、PEPで加工したマスク材29をマスクにして炭素層39をエッチングしている。
In this embodiment, the
この理由は、以下のとおりである。PEPに用いるレジストは、酸素プラズマ処理(アッシャ−)、又はH2 SO4 とH2 O2 の薬液により除去される。しかし、酸素プラズマ処理でレジストを除去する場合は、せっかくパタ−ニングした炭素層39が同時に除去されてしまう。一方、H2 SO4 とH2 O2 の薬液によりレジストを除去する場合は、導電層(高融点金属の場合のみ)26a,26bが同時に除去されてしまう。
The reason for this is as follows. The resist used for PEP is removed by oxygen plasma treatment (asher) or a chemical solution of H 2 SO 4 and H 2 O 2 . However, when the resist is removed by the oxygen plasma treatment, the patterned
そこで、導電層26a,26bが高融点金属の場合には、PEPで加工したマスク材29をマスクにして炭素層39をエッチングするのがよい。
Therefore, when the
この後、マスク材29は、除去される。
Thereafter, the
次に、図205に示すように、スパッタリング法又はCVD法により、炭素層39に形成された溝XXの内面及び炭素層39の上面に、防護金属層65を形成する。防護金属層65は、チタンと窒化チタンの積層や、窒化チタンシリコンなどの材料から構成される。
Next, as shown in FIG. 205, a
次に、図206に示すように、スパッタリング法又はCVD法により、防護金属層65上に、銅などの酸化され易い材料から構成される金属28を形成する。
Next, as shown in FIG. 206, a
次に、図207に示すように、化学機械的研磨(CMP)により、炭素層39の間の溝内にのみ、金属を残存させ、配線28a,28bを形成する。なお、CMPに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングを用いて配線W1を形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 207, the metal is left only in the grooves between the carbon layers 39 by chemical mechanical polishing (CMP) to form
この時、配線28a,28bの上面は、炭素層39の上面よりも僅かに低いレベルに配置されるようにする。
At this time, the upper surfaces of the
次に、図208に示すように、配線28a,28b上及び炭素層39上に、300〜600℃の範囲において酸素の透過を防止し得る防護層67を形成する。防護層67は、チタンと窒化チタンの積層や、窒化チタンシリコンなどの金属層、又は窒化シリコンなどの絶縁層から構成することができる。
Next, as shown in FIG. 208, a
なお、300〜600℃の温度範囲において酸素の透過を防止し得るとしたのは、炭素層の灰化が、かかる温度範囲で行われるからである。 The reason why oxygen permeation can be prevented in the temperature range of 300 to 600 ° C. is that the ashing of the carbon layer is performed in such a temperature range.
次に、図209に示すように、CMPを行い、配線28a,28b上にのみ、防護層67を残存させる。ここで、炭素層39の上面と防護層67の上面は、同一面に配置されることになる。
Next, as shown in FIG. 209, CMP is performed to leave the
次に、図210及び図211に示すように、CVD法又はスパッタリング法により、炭素層39上及び防護層67上に、厚さ約0.05μmの絶縁層68を形成する。ここで、絶縁層68が酸化物から構成される場合には、絶縁層68は、炭素層39の消滅を防ぐため、CVD法でなく、スパッタリング法で形成するのがよい。
Next, as shown in FIGS. 210 and 211, an insulating
この後、炭素層39を灰化し、炭素層39を、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが満たされた空洞31に変換する。炭素層39の灰化は、以下の二つの方法のいずれかを使用することにより達成される。
Thereafter, the
一つめは、酸素雰囲気中での熱処理(温度400〜450℃、時間2h程度)である。この方法では、炭素層39が二酸化炭素CO2 に変換する反応が緩やかに進むため、炭素層39の体積の膨脹による絶縁層29,30の破裂を防止できる利点がある反面、処理時間が長くなる欠点がある。
The first is a heat treatment in an oxygen atmosphere (temperature 400 to 450 ° C.,
二つめは、酸素プラズマ処理(アッシャ−)である。この方法では、炭素層39が二酸化炭素CO2 に変換する反応が速やかに進むため、処理時間が短くなる利点がある反面、炭素層39の体積の膨脹による絶縁層29,30の破裂が生じる可能性が高くなるという欠点がある。しかし、この欠点は、絶縁層29,30の質の改善や酸素プラズマ処理の温度の低下などにより回避できる。
The second is oxygen plasma treatment (asher). In this method, since the reaction of the
上述の製造方法によれば、配線28a,28bを形成するための溝を有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。従って、容易に、図199の半導体装置を提供することができる。また、少なくとも灰化処理時には、配線28a,28bは、酸素を透過しない防護層により完全に覆われている。従って、炭素層39の灰化時に配線28a,28bが酸化されることがなく、配線28a,28bの抵抗値の増大や信頼性の低下を防止することができる。
According to the manufacturing method described above, the carbon layer is used for the insulating layer having the grooves for forming the
図212は、本発明の第32の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 FIG. 212 shows a semiconductor device according to the thirty-second embodiment of the present invention.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)71上には、絶縁層(例えば、シリコン酸化層)72が形成されている。配線73は、絶縁層72上に配置されている。配線73は、銅、アルミニウム合金などの金属、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成されている。
On a semiconductor substrate (for example, a silicon wafer) 71, an insulating layer (for example, a silicon oxide layer) 72 is formed. The
絶縁層74は、配線73を完全に覆っている。但し、絶縁層74は、配線73に接触していない。従って、配線73と絶縁層74の間には、空洞(キャビティ)75が設けられている。空洞75内には、誘電率εが1.0程度のガス、即ち、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが主として満たされている。
The insulating
絶縁層74は、例えば、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化クロムなどから構成される。絶縁層74上には、低い誘電率を有する絶縁層76、例えば弗素を含む酸化シリコン層が形成されている。
The insulating
なお、77は、配線73をパタ−ニングする際に用いたマスク材である。ところで、空洞75を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞75内に空気を満たすようにしてもよい。
上記構成の半導体装置によれば、配線73は、絶縁層74に覆われている。しかも、配線73と絶縁層74の間は、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気が満たされる空洞75となっている。この混合ガス又は空気の誘電率εは、1.0程度である。
According to the semiconductor device having the above configuration, the
つまり、少なくとも電荷が集中し易い配線73の角部には、空洞75が形成されているため、配線73間をシリコン酸化層などの絶縁層で完全に満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。
That is, since the
次に、図212の半導体装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device in FIG. 212 will be described.
まず、図213に示すように、半導体基板71上に絶縁層72を形成する。スパッタリング法などにより絶縁層72上に金属層73aを形成する。ここで、金属層73aの厚さは、0.7〜0.2μmに設定される。金属層73aは、アルミニウム、銅、チタン、窒化チタンなどから構成することができる。
First, as shown in FIG. 213, the insulating
また、スパッタリング法などにより、金属層73a上に炭素層80aを形成する。さらに、スパッタリング法又はCVD法により、炭素層80a上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)77を形成する。ここで、マスク材77が酸化物により構成されている場合には、マスク材77は、スパッタリング法により形成するのがよい。CVD法を用いる場合、反応ガスに含まれる酸素により炭素層80aが消滅する場合があるからである。
Further, the carbon layer 80a is formed on the metal layer 73a by sputtering or the like. Further, a mask material (for example, a silicon oxide layer or a silicon nitride layer) 77 is formed on the carbon layer 80a by a sputtering method or a CVD method. Here, when the
次に、図214に示すように、マスク材77上にレジストを塗布し、PEP (写真蝕刻工程)を用いてこのレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材77をパタ−ニングする。この後、レジストを剥離し、マスク材77をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層及び金属層をエッチングし、配線73を形成する。
Next, as shown in FIG. 214, a resist is applied on the
なお、レジストの剥離は、H2 SO4 とH2 O2 の薬液により行われる。レジストは、酸素プラズマ処理でも剥離できるが、酸素プラズマ処理を用いると、炭素層16も消滅してしまうからである。
Note that the resist is peeled off using a chemical solution of H 2 SO 4 and H 2 O 2 . This is because the resist can be removed by oxygen plasma treatment, but if the oxygen plasma treatment is used, the
次に、図215に示すように、スパッタリング法などにより、配線73の側壁及び配線73上に炭素層80bを形成する。異方性エッチングにより、炭素層80bをエッチングし、この炭素層80bを配線73の側壁部のみに残存させる。
Next, as shown in FIG. 215, a
まず、図216及び図217に示すように、スパッタリング法又はCVD法により、半導体基板71上の全面、即ち絶縁層72上、炭素層80b上、及びマスク材77上に、厚さ約0.05μmの絶縁層(例えば、酸化シリコンなど)74を形成する。
First, as shown in FIGS. 216 and 217, a thickness of about 0.05 μm is formed on the entire surface of the
ここで、絶縁層74が酸化物により構成されている場合には、絶縁層74は、スパッタリング法により形成するのがよい。CVD法を用いる場合、反応ガスに含まれる酸素により炭素層80a,80bが消滅する場合があるからである。
Here, when the insulating
この後、炭素層80a,80bを灰化し、炭素層80a,80bを、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが主として満たされた空洞75に変換する。なお、炭素層80a,80bの灰化は、以下の二つの方法のいずれかを使用することにより達成される。
Thereafter, the carbon layers 80a and 80b are ashed, and the carbon layers 80a and 80b are converted into
一つめは、酸素雰囲気中(酸素を含む雰囲気のことをいう、例えば大気中でもよい)での熱処理(温度400〜450℃、時間2h程度)である。この方法では、炭素層80a,80bが二酸化炭素CO2 に変換する反応が緩やかに進むため、炭素層80a,80bの体積の膨脹による絶縁層74の破裂を防止できる利点がある反面、処理時間が長くなる欠点がある。
The first is a heat treatment (temperature 400 to 450 ° C.,
二つめは、酸素プラズマ処理(アッシャ−)である。この方法では、炭素層80a,80bが二酸化炭素CO2 に変換する反応が速やかに進むため、処理時間が短くなる利点がある反面、炭素層80a,80bの体積の膨脹による絶縁層74の破裂が生じる可能性が高くなるという欠点がある。しかし、この欠点は、絶縁層74の質の改善や酸素プラズマ処理の温度の低下などにより回避できる。
The second is oxygen plasma treatment (asher). In this method, since the reaction of the carbon layers 80a and 80b converting to carbon dioxide CO 2 proceeds quickly, there is an advantage in that the processing time is shortened. There is a drawback that it is more likely to occur. However, this drawback can be avoided by improving the quality of the insulating
なお、空洞75を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を開けておくことにより、空洞75内に空気を満たすようにしてもよい。
It should be noted that the
次に、図218に示すように、絶縁層74上に低い誘電率を有する絶縁層76、例えば弗素を含む酸化シリコン層を形成する。なお、絶縁層76の表面は、CMP法などにより平坦化される。
Next, as illustrated in FIG. 218, an insulating
上述の方法によれば、配線73の側面及び上面に形成された炭素層80a,80bを灰化することにより、少なくとも配線73の周辺が空洞となるようにしている。従って、容易に、図212の半導体装置を提供することができる。また、本実施の形態では、電荷が蓄積され易い配線73のエッジ部分に空洞を設けているため、配線間の寄生容量の低減に効果的である。
According to the above-described method, the carbon layers 80a and 80b formed on the side surface and the upper surface of the
図219は、本発明の第33の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 FIG. 219 shows a semiconductor device according to the thirty-third embodiment of the present invention.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)71上には、絶縁層(例えば、シリコン酸化層)72が形成されている。配線73は、絶縁層72上に配置されている。配線73は、銅、アルミニウム合金などの金属、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成されている。
On a semiconductor substrate (for example, a silicon wafer) 71, an insulating layer (for example, a silicon oxide layer) 72 is formed. The
絶縁層74は、配線73を完全に覆っている。但し、絶縁層74は、配線73に接触していない。従って、配線73と絶縁層74の間には、空洞(キャビティ)75が設けられている。空洞75内には、誘電率εが1.0程度のガス、即ち、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが主として満たされている。
The insulating
絶縁層74は、例えば、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化クロムなどから構成される。絶縁層74上には、低い誘電率を有する絶縁層76、例えば弗素を含む酸化シリコン層が形成されている。
The insulating
なお、空洞75を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞75内に空気を満たすようにしてもよい。
It should be noted that the
上記構成の半導体装置によれば、配線73は、絶縁層74に覆われている。しかも、配線73と絶縁層74の間は、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気が満たされる空洞75となっている。この混合ガス又は空気の誘電率εは、1.0程度である。
According to the semiconductor device having the above configuration, the
つまり、少なくとも電荷が集中し易い配線73の角部には、空洞75が形成されているため、配線73間をシリコン酸化層などの絶縁層で完全に満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。
That is, since the
次に、図219の半導体装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device in FIG. 219 will be described.
まず、図220に示すように、半導体基板71上に絶縁層72を形成する。スパッタリング法などにより絶縁層72上に金属層73aを形成する。ここで、金属層73aの厚さは、0.7〜0.2μmに設定される。金属層73aは、アルミニウム、銅、チタン、窒化チタンなどから構成することができる。
First, as shown in FIG. 220, the insulating
また、スパッタリング法などにより、金属層73a上に炭素層80aを形成する。さらに、スパッタリング法又はCVD法により、炭素層80a上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)77を形成する。ここで、マスク材77が酸化物により構成されている場合には、マスク材77は、スパッタリング法により形成するのがよい。CVD法を用いる場合、反応ガスに含まれる酸素により炭素層80aが消滅する場合があるからである。
Further, the carbon layer 80a is formed on the metal layer 73a by sputtering or the like. Further, a mask material (for example, a silicon oxide layer or a silicon nitride layer) 77 is formed on the carbon layer 80a by a sputtering method or a CVD method. Here, when the
次に、図221に示すように、マスク材77上にレジストを塗布し、PEP (写真蝕刻工程)を用いてこのレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材77をパタ−ニングする。この後、レジストを剥離し、マスク材77をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層及び金属層をエッチングし、配線73を形成する。この後、マスク材77が残存している場合には、このマスク材77を剥離する。
Next, as shown in FIG. 221, a resist is applied on the
なお、レジストの剥離は、H2 SO4 とH2 O2 の薬液により行われる。レジストは、酸素プラズマ処理でも剥離できるが、酸素プラズマ処理を用いると、炭素層16も消滅してしまうからである。
Note that the resist is peeled off using a chemical solution of H 2 SO 4 and H 2 O 2 . This is because the resist can be removed by oxygen plasma treatment, but if the oxygen plasma treatment is used, the
次に、図222に示すように、スパッタリング法などにより、配線73の側壁及び配線73上に炭素層80bを形成する。異方性エッチングにより、炭素層80bをエッチングし、この炭素層80bを配線73の側壁部のみに残存させる。
Next, as shown in FIG. 222, a
まず、図223及び図224に示すように、スパッタリング法又はCVD法により、半導体基板71上の全面、即ち絶縁層72上及び炭素層80a,80b上に厚さ約0.05μmの絶縁層(例えば、酸化シリコンなど)74を形成する。
First, as shown in FIGS. 223 and 224, an insulating layer (for example, about 0.05 μm thick) is formed on the entire surface of the
ここで、絶縁層74が酸化物により構成されている場合には、絶縁層74は、スパッタリング法により形成するのがよい。CVD法を用いる場合、反応ガスに含まれる酸素により炭素層80a,80bが消滅する場合があるからである。
Here, when the insulating
この後、炭素層80a,80bを灰化し、炭素層80a,80bを、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが主として満たされた空洞75に変換する。なお、炭素層80a,80bの灰化は、以下の二つの方法のいずれかを使用することにより達成される。
Thereafter, the carbon layers 80a and 80b are ashed, and the carbon layers 80a and 80b are converted into
一つめは、酸素雰囲気中(酸素を含む雰囲気のことをいう、例えば大気中でもよい)での熱処理(温度400〜450℃、時間2h程度)である。この方法では、炭素層80a,80bが二酸化炭素CO2 に変換する反応が緩やかに進むため、炭素層80a,80bの体積の膨脹による絶縁層74の破裂を防止できる利点がある反面、処理時間が長くなる欠点がある。
The first is a heat treatment (temperature 400 to 450 ° C.,
二つめは、酸素プラズマ処理(アッシャ−)である。この方法では、炭素層80a,80bが二酸化炭素CO2 に変換する反応が速やかに進むため、処理時間が短くなる利点がある反面、炭素層80a,80bの体積の膨脹による絶縁層74の破裂が生じる可能性が高くなるという欠点がある。しかし、この欠点は、絶縁層74の質の改善や酸素プラズマ処理の温度の低下などにより回避できる。
The second is oxygen plasma treatment (asher). In this method, since the reaction of the carbon layers 80a and 80b converting to carbon dioxide CO 2 proceeds quickly, there is an advantage in that the processing time is shortened. There is a drawback that it is more likely to occur. However, this drawback can be avoided by improving the quality of the insulating
なお、空洞75を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を開けておくことにより、空洞75内に空気を満たすようにしてもよい。
It should be noted that the
次に、図225に示すように、絶縁層74上に低い誘電率を有する絶縁層76、例えば弗素を含む酸化シリコン層を形成する。なお、絶縁層76の表面は、CMP法などにより平坦化される。
Next, as illustrated in FIG. 225, an insulating
上述の方法によれば、配線73の側面及び上面に形成された炭素層80a,80bを灰化することにより、少なくとも配線73の周辺が空洞となるようにしている。従って、容易に、図212の半導体装置を提供することができる。また、本実施の形態では、電荷が蓄積され易い配線73のエッジ部分に空洞を設けているため、配線間の寄生容量の低減に効果的である。
According to the above-described method, the carbon layers 80a and 80b formed on the side surface and the upper surface of the
図226は、本発明の第34の実施の形態に関わる半導体装置を示している。 FIG. 226 shows a semiconductor device according to the thirty-fourth embodiment of the present invention.
半導体基板(例えば、シリコンウェハ)71上には、絶縁層(例えば、シリコン酸化層)72が形成されている。配線73は、絶縁層72上に配置されている。配線73は、銅、アルミニウム合金などの金属、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成されている。
On a semiconductor substrate (for example, a silicon wafer) 71, an insulating layer (for example, a silicon oxide layer) 72 is formed. The
絶縁層74は、配線73を完全に覆っている。但し、絶縁層74は、配線73の上面に接触し、側面には接触していない。従って、配線73の側面と絶縁層74の間には、空洞(キャビティ)75が設けられている。空洞75内には、誘電率εが1.0程度のガス、即ち、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが主として満たされている。
The insulating
絶縁層74は、例えば、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化クロムなどから構成される。絶縁層74上には、低い誘電率を有する絶縁層76、例えば弗素を含む酸化シリコン層が形成されている。
The insulating
なお、空洞75を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞75内に空気を満たすようにしてもよい。
It should be noted that the
上記構成の半導体装置によれば、配線73は、絶縁層74に覆われている。しかも、配線73の側面と絶縁層74の間は、主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気が満たされる空洞75となっている。この混合ガス又は空気の誘電率εは、1.0程度である。従って、配線73間をシリコン酸化層などの絶縁層で完全に満たす場合に比べて誘電率を低下させることができ、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。
According to the semiconductor device having the above configuration, the
次に、図226の半導体装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device in FIG. 226 will be described.
まず、図227に示すように、半導体基板71上に絶縁層72を形成する。スパッタリング法などにより絶縁層72上に金属層73aを形成する。ここで、金属層73aの厚さは、0.7〜0.2μmに設定される。金属層73aは、アルミニウム、銅、チタン、窒化チタンなどから構成することができる。
First, as shown in FIG. 227, the insulating
スパッタリング法又はCVD法により、金属層73a上にマスク材(例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など)77を形成する。 A mask material (for example, a silicon oxide layer or a silicon nitride layer) 77 is formed on the metal layer 73a by sputtering or CVD.
次に、図228に示すように、マスク材77上にレジストを塗布し、PEP (写真蝕刻工程)を用いてこのレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材77をパタ−ニングする。この後、レジストを剥離し、マスク材77をマスクにして、異方性エッチングにより金属層をエッチングし、配線73を形成する。この後、マスク材77が残存している場合には、このマスク材77を剥離する。
Next, as shown in FIG. 228, a resist is applied on the
なお、本実施の形態では、マスク材を用いずに、レジストをマスクにして、直接、金属層73aをエッチングするようにしてもよい。 In the present embodiment, the metal layer 73a may be directly etched using a resist as a mask without using a mask material.
次に、図229に示すように、スパッタリング法などにより、配線73の側壁及び配線73上に炭素層80bを形成する。異方性エッチングにより、炭素層80bをエッチングし、この炭素層80bを配線73の側壁部のみに残存させる。
Next, as shown in FIG. 229, a
まず、図230及び図231に示すように、スパッタリング法又はCVD法により、半導体基板71上の全面、即ち絶縁層72上、炭素層80b上、及び配線73上に、厚さ約0.05μmの絶縁層(例えば、酸化シリコンなど)74を形成する。
First, as shown in FIGS. 230 and 231, a thickness of about 0.05 μm is formed on the entire surface of the
ここで、絶縁層74が酸化物により構成されている場合には、絶縁層74は、スパッタリング法により形成するのがよい。CVD法を用いる場合、反応ガスに含まれる酸素により炭素層80bが消滅する場合があるからである。
Here, when the insulating
この後、炭素層80bを灰化し、炭素層80bを、酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガスが主として満たされた空洞75に変換する。なお、炭素層80bの灰化は、以下の二つの方法のいずれかを使用することにより達成される。
Thereafter, the
一つめは、酸素雰囲気中(酸素を含む雰囲気のことをいう、例えば大気中でもよい)での熱処理(温度400〜450℃、時間2h程度)である。この方法では、炭素層80a,80bが二酸化炭素CO2 に変換する反応が緩やかに進むため、炭素層80a,80bの体積の膨脹による絶縁層74の破裂を防止できる利点がある反面、処理時間が長くなる欠点がある。
The first is a heat treatment (temperature 400 to 450 ° C.,
二つめは、酸素プラズマ処理(アッシャ−)である。この方法では、炭素層80a,80bが二酸化炭素CO2 に変換する反応が速やかに進むため、処理時間が短くなる利点がある反面、炭素層80a,80bの体積の膨脹による絶縁層74の破裂が生じる可能性が高くなるという欠点がある。しかし、この欠点は、絶縁層74の質の改善や酸素プラズマ処理の温度の低下などにより回避できる。
The second is oxygen plasma treatment (asher). In this method, since the reaction of the carbon layers 80a and 80b converting to carbon dioxide CO 2 proceeds quickly, there is an advantage in that the processing time is shortened. There is a drawback that it is more likely to occur. However, this drawback can be avoided by improving the quality of the insulating
なお、空洞75を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を開けておくことにより、空洞75内に空気を満たすようにしてもよい。
It should be noted that the
次に、図232に示すように、絶縁層74上に低い誘電率を有する絶縁層76、例えば弗素を含む酸化シリコン層を形成する。なお、絶縁層76の表面は、CMP法などにより平坦化される。
Next, as illustrated in FIG. 232, an insulating
上述の方法によれば、配線73の側面及び上面に形成された炭素層80bを灰化することにより、少なくとも配線73の側壁部が空洞となるようにしている。従って、容易に、図226の半導体装置を提供することができる。
According to the above-described method, the
以上、説明したように、本発明の半導体装置及びその製造方法によれば、次のような効果を奏する。 As described above, according to the semiconductor device and the manufacturing method thereof of the present invention, the following effects can be obtained.
左右の配線間又は上下の配線間には、それぞれ主として酸素O2 と二酸化炭素CO2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞が形成されている。この混合ガス又は空気の誘電率εは、1.0程度である。これにより、同一層(左右)の配線間及び異なる層(上下)の配線間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。 Cavities filled mainly with a mixed gas of oxygen O 2 and carbon dioxide CO 2 or air are formed between the left and right wirings or between the upper and lower wirings, respectively. The mixed gas or air has a dielectric constant ε of about 1.0. As a result, the dielectric constant can be drastically reduced as compared with the case where an insulating layer such as a silicon oxide layer is filled between wirings of the same layer (left and right) and between wirings of different layers (upper and lower).
従って、素子の集積度の向上とLSIの性能の向上を同時に達成することができる。 Accordingly, it is possible to simultaneously improve the integration degree of the elements and the performance of the LSI.
また、チップの縁部にリング状のガ−ドリングを形成しておけば、ウェハから個々のチップを切り出した後において、水分H2 Oがチップの縁から空洞を介して配線に達するという事態が回避できる。即ち、ガ−ドリングを設けることにより、チップ内の配線を水分H2 Oに対して保護することができる。 In addition, if a ring-shaped guard ring is formed at the edge of the chip, after each chip is cut out from the wafer, moisture H 2 O reaches the wiring from the edge of the chip through the cavity. Can be avoided. That is, by providing the guard ring, the wiring in the chip can be protected against moisture H 2 O.
また、少なくとも配線の側面を配線保護層で覆えば、チップの縁から空洞を介して進入してきた水分H2 Oは、配線の金属に直接到達することがない。従って、個々の配線を水分H2 Oから保護することができる。 Further, if at least the side surface of the wiring is covered with the wiring protective layer, the moisture H 2 O that has entered from the edge of the chip through the cavity does not reach the wiring metal directly. Therefore, each wiring can be protected from moisture H 2 O.
上述のような半導体装置(チップ)が搭載されるパッケ−ジに、パッケ−ジ外部と内部を接続する穴を設けておけば、空洞内の空気が循環し、チップ内で生じる熱は、パッケ−ジ外部へ効率よく排出される。従って、熱による不良が発生し難い半導体装置を提供することができる。 If a package for mounting a semiconductor device (chip) as described above is provided with a hole for connecting the outside and inside of the package, the air in the cavity circulates and the heat generated in the chip -Efficiently discharged outside. Therefore, it is possible to provide a semiconductor device in which defects due to heat hardly occur.
また、配線を配線保護層で覆うことによりヒロックを防止できる。 Further, hillocks can be prevented by covering the wiring with a wiring protective layer.
また、配線間の空洞は、酸素雰囲気中でのアニ−ル又は酸素プラズマ処理を用いて炭素層を灰化することにより簡単に形成できる。 The cavities between the wirings can be easily formed by ashing the carbon layer using annealing or oxygen plasma treatment in an oxygen atmosphere.
半導体装置の機械的強度を増すためには、炭素層上及び配線上に、シリコンなどの配線と反応する材料を設ければよい。また、空洞上に酸化金属層を設けることによっても、半導体装置の機械的強度を増すことができる。 In order to increase the mechanical strength of the semiconductor device, a material that reacts with the wiring such as silicon may be provided on the carbon layer and the wiring. Also, the mechanical strength of the semiconductor device can be increased by providing a metal oxide layer on the cavity.
また、炭素層の灰化時に、配線の酸化を防止するためには、配線を、酸素を透過しない防護層により取り囲めばよい。 In order to prevent the wiring from being oxidized during the ashing of the carbon layer, the wiring may be surrounded by a protective layer that does not transmit oxygen.
配線の周囲を空洞で取り囲んでしまえば、同一のレベルにおける配線間の寄生容量の低減に効果的である。 Surrounding the wiring with a cavity is effective in reducing the parasitic capacitance between the wirings at the same level.
本発明の例は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、各構成要素を変形して具体化できる。また、上述の実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を構成できる。例えば、上述の実施の形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施の形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。 The example of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be embodied by modifying each component without departing from the scope of the invention. Various inventions can be configured by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above-described embodiments. For example, some constituent elements may be deleted from all the constituent elements disclosed in the above-described embodiments, or constituent elements of different embodiments may be appropriately combined.
11,71: 半導体基板、 12,14,72,74,76: 絶縁層、 13,73,W1,W2: 配線、 15,75: 空洞、 16,39,41,44,80a,80b: 炭素層、 17,77: マスク材、 21: 半導体基板、 22: フィ−ルド酸化層、 23: ゲ−ト電極、 24a,24b: ソ−ス・ドレイン領域、 25,32: 絶縁層、 26a〜26c,33a〜33c: 導電層、 27a〜27d,34a〜34d: バリア層、 28a〜28d,35a〜35d: 金属、 29,30,36,37,42,43: 絶縁層、 31,38,40: 空洞、 32: 絶縁層、 45,46: レジスト、 47: ウェハ、 48: チップ、 49: ダイシングライン、 50a,50b,51a,51b: 配線保護層、 60: シリコン層、 61: 合金層、 62: 金属層、 63: 酸化金属層、 64,68: 絶縁層、 65: 防護金属層、 66: 酸化層、 67: 防護層、 G: ガ−ドリング、 D1: ダミ−配線。
11, 71: Semiconductor substrate, 12, 14, 72, 74, 76: Insulating layer, 13, 73, W1, W2: Wiring, 15, 75: Cavity, 16, 39, 41, 44, 80a, 80b:
Claims (17)
前記複数の第1の配線の構成と同様の構成を有し、前記複数の第1の配線を取り囲むように前記第1の絶縁層上に形成される部分、
前記複数の第2の配線の構成と同様の構成を有し、前記複数の第2の配線を取り囲むように前記第3の絶縁層上に形成される部分、及び
前記複数の導電層の構成と同様の構成を有し、前記複数の導電層を取り囲むように前記複数の第1の配線と前記複数の第2の配線の間に形成される部分
とから構成されるガ−ドリングを具備することを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
A portion having a configuration similar to the configuration of the plurality of first wirings and formed on the first insulating layer so as to surround the plurality of first wirings;
A portion formed on the third insulating layer so as to surround the plurality of second wires, and a configuration of the plurality of conductive layers; A guard ring having a similar configuration and including a portion formed between the plurality of first wirings and the plurality of second wirings so as to surround the plurality of conductive layers; A semiconductor device characterized by the above.
前記複数の第1の配線の構成と同様の構成を有し、前記複数の第1の配線の間に形成され、前記第2の絶縁層を支えるダミー配線と、
前記複数の第2の配線の構成と同様の構成を有し、前記複数の第2の配線の間に形成され、前記第4の絶縁層を支えるダミー配線と
を具備することを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
A dummy wiring having a configuration similar to the configuration of the plurality of first wirings, formed between the plurality of first wirings, and supporting the second insulating layer;
A semiconductor device having a configuration similar to the configuration of the plurality of second wirings, and a dummy wiring formed between the plurality of second wirings and supporting the fourth insulating layer. apparatus.
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