JP5023723B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、複数の配線層を具備する半導体装置及びその製造方法に関する。特に本発明は、配線層相互間で絶縁破壊が生じることを抑制でき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 having a plurality of wiring layers and a method for manufacturing the same. In particular, the present invention relates to a semiconductor device capable of suppressing dielectric breakdown between wiring layers and a method for manufacturing the same.
図5は、従来の半導体装置の構成を説明するための断面図である。本図に示す半導体装置は、第1導電型の半導体基板100の第1素子領域100aに低耐圧トランジスタを有しており、第2素子領域100bに高耐圧トランジスタを有している。第1素子領域100a及び第2素子領域100b上には第1層目の層間絶縁膜109、第1層目の配線層、第2層目の層間絶縁膜112、及び第2層目の配線層がこの順に積層されている。
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the configuration of a conventional semiconductor device. The semiconductor device shown in this figure has a low breakdown voltage transistor in the
第1層目の配線層は、第1素子領域100aの上方に位置するAl合金配線111a,111c、及び第2素子領域100bの上方に位置するAl合金配線111b,111dを有している。Al合金配線111aは、低耐圧トランジスタの一部(例えばソース又はドレインとなる第2導電型の不純物領域107a)に電気的に接続しており、Al合金配線111cは、基板電位を与える為の第1導電型の不純物領域108aに電気的に接続している。またAl合金配線111bは、高耐圧トランジスタの一部(例えばソース又はドレインとなる第2導電型の不純物領域107b)に電気的に接続しており、Al合金配線111dは、基板電位を与える為の第1導電型の不純物領域108bに電気的に接続している。
The first wiring layer has
第2層目の配線層は、第1素子領域100aの上方に位置するAl合金配線114a,114c、及び第2素子領域100bの上方に位置するAl合金配線114b,114dを有している。Al合金配線114aはAl合金配線111aに電気的に接続しており、Al合金配線114cはAl合金配線111cに電気的に接続している。またAl合金配線114bはAl合金配線111bに電気的に接続しており、Al合金配線114dはAl合金配線111dに電気的に接続している。これに類似する半導体装置が特許文献1に記載されている。
The second wiring layer has
近年、低耐圧トランジスタの微細化が進んでおり、層間絶縁膜の低誘電化及び薄膜化が進んでいる。一方、上記した従来技術では、すべての配線層において、低耐圧トランジスタが形成されている第1素子領域、及び高耐圧トランジスタが形成されている第2素子領域それぞれの上方に配線が配置されている。しかし、第2素子領域の上方に配置される配線には、高電圧が加わる配線(例えば高耐圧トランジスタに接続されている配線)と、低電圧が加わる配線(例えば設置用の配線)がある。このため、層間絶縁膜が低誘電化及び薄膜化している状態において、高電圧が加わる配線と低電圧が加わる配線とが一層の層間絶縁膜を介して上下に配置された場合、層間絶縁膜の耐圧が不十分となり、配線層相互間で絶縁破壊を起こす可能性があった。 In recent years, miniaturization of low breakdown voltage transistors has progressed, and interlayer dielectric films have been made low dielectric and thin. On the other hand, in the above-described conventional technology, in all the wiring layers, the wiring is arranged above the first element region where the low breakdown voltage transistor is formed and the second element region where the high breakdown voltage transistor is formed. . However, the wiring arranged above the second element region includes a wiring to which a high voltage is applied (for example, a wiring connected to a high voltage transistor) and a wiring to which a low voltage is applied (for example, a wiring for installation). For this reason, in the state where the interlayer insulating film is low dielectric and thin, when the wiring to which a high voltage is applied and the wiring to which a low voltage is applied are arranged above and below through a single interlayer insulating film, the interlayer insulating film Insufficient breakdown voltage could cause dielectric breakdown between the wiring layers.
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、配線層相互間で絶縁破壊が生じることを抑制できる半導体装置及びその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of suppressing the occurrence of dielectric breakdown between wiring layers and a method for manufacturing the same.
上記課題を解決するため、本発明に係る半導体装置は、半導体基板の第1素子領域及び第2素子領域の上方に形成された第1層間絶縁膜と、
前記第1層間絶縁膜上に形成された第1配線層と、
前記第1層間絶縁膜上及び前記第1配線層上に形成された第2層間絶縁膜と、
前記第2層間絶縁膜上に形成された第2配線層と、
前記第2層間絶縁膜上及び前記第2配線層上に形成された第3層間絶縁膜と、
前記第3層間絶縁膜上に形成された第3配線層と、
を具備し、
前記第1配線層は、前記第1素子領域の上方に位置する第1配線と、前記第2素子領域の上方に位置する第2配線と、前記第2素子領域の上方に位置していて前記第2配線とは異なる電位になる第3配線を具備し、
前記第2配線層は、前記第1素子領域の上方に位置していて前記第1配線に電気的に接続している第4配線と、前記第3配線の一部の上方に位置していて前記第3配線に電気的に接続している接続用導電パターンを具備し、
前記第3配線層は、前記第1素子領域の上方に位置していて前記第4配線に電気的に接続している第5配線と、前記第2素子領域の上方に位置していて前記接続用導電パターンを介して前記第3配線に電気的に接続する第6配線を具備し、
前記第2配線層は、前記第2素子領域の上方には配線を具備していない。
In order to solve the above problems, a semiconductor device according to the present invention includes a first interlayer insulating film formed above a first element region and a second element region of a semiconductor substrate,
A first wiring layer formed on the first interlayer insulating film;
A second interlayer insulating film formed on the first interlayer insulating film and the first wiring layer;
A second wiring layer formed on the second interlayer insulating film;
A third interlayer insulating film formed on the second interlayer insulating film and the second wiring layer;
A third wiring layer formed on the third interlayer insulating film;
Comprising
The first wiring layer is located above the first element region, the second wiring located above the second element region, and the second element region. A third wiring having a potential different from that of the second wiring;
The second wiring layer is located above the first element region and is electrically connected to the first wiring and a part of the third wiring. Comprising a conductive pattern for connection electrically connected to the third wiring;
The third wiring layer is located above the first element region and electrically connected to the fourth wiring, and is located above the second element region and the connection A sixth wiring electrically connected to the third wiring through the conductive pattern for electrical use;
The second wiring layer has no wiring above the second element region.
この半導体装置によれば、前記第1素子領域の上方では各配線層に配線が形成されており、異なる電位が印加される複数の配線を具備する前記第2素子領域の上方では、一層おきに配線が形成される。このため、前記第2素子領域の上方において、配線層相互間で絶縁破壊が生じることを抑制できる。 According to this semiconductor device, wiring is formed in each wiring layer above the first element region, and every other layer above the second element region having a plurality of wirings to which different potentials are applied. A wiring is formed. For this reason, it is possible to suppress dielectric breakdown between the wiring layers above the second element region.
前記第2層間絶縁膜は、上面及び下面相互間の電位差が前記第2配線と前記第3配線の電位差以上の場合には絶縁破壊を生じる厚さであっても良い。
前記第3配線と電気的に接続している前記第6配線は、一部が前記第2配線の上方に位置していてもよい。この場合においても、配線層相互間で絶縁破壊が生じることを抑制できる。前記第3配線と前記第2配線の電位差は、前記第1配線と基板電位の電位差より大きくてもよい。
The second interlayer insulating film may have a thickness that causes dielectric breakdown when the potential difference between the upper surface and the lower surface is greater than or equal to the potential difference between the second wiring and the third wiring.
A part of the sixth wiring electrically connected to the third wiring may be located above the second wiring. Even in this case, it is possible to suppress the occurrence of dielectric breakdown between the wiring layers. The potential difference between the third wiring and the second wiring may be larger than the potential difference between the first wiring and the substrate potential.
前記第1素子領域に位置する前記半導体基板に形成された第1トランジスタと、前記第2素子領域に位置する前記半導体基板に形成され、前記第1トランジスタより動作電圧が高い第2トランジスタとを具備してもよい。この場合、前記第2配線は、例えば前記第1トランジスタのソース又はドレインと、前記第2トランジスタのゲート電極を電気的に接続しており、前記第3配線は、例えば前記第2トランジスタのソース又はドレインに接続している。 A first transistor formed on the semiconductor substrate located in the first element region; and a second transistor formed on the semiconductor substrate located in the second element region and having an operating voltage higher than that of the first transistor. May be. In this case, for example, the second wiring electrically connects the source or drain of the first transistor and the gate electrode of the second transistor, and the third wiring includes, for example, the source or drain of the second transistor. Connected to the drain.
前記第1層間絶縁膜、前記第2層間絶縁膜、及び前記第3層間絶縁膜は、炭素含有シリカ、フッ素含有シリカ、及びシルセスキオキサン系化合物のうちの少なくとも一種から構成されていてもよい。 The first interlayer insulating film, the second interlayer insulating film, and the third interlayer insulating film may be made of at least one of carbon-containing silica, fluorine-containing silica, and a silsesquioxane compound. .
本発明に係る他の半導体装置は、半導体基板の第1素子領域に形成された第1トランジスタと、
前記半導体基板の第2素子領域に形成され、前記第1トランジスタより駆動電圧が高い第2トランジスタと、
前記第1素子領域及び前記第2素子領域上に形成された第1層間絶縁膜と、
前記第1層間絶縁膜上に形成された第1配線層と、
前記第1層間絶縁膜上及び前記第1配線層上に形成された第2層間絶縁膜と、
前記第2層間絶縁膜上に形成された第2配線層と、
を具備し、
前記第1配線層は、前記第1素子領域の上方に位置する第1配線を具備し、
前記第2配線層は、前記第1素子領域の上方に位置していて前記第1配線に電気的に接続している第2配線と、前記第2素子領域の上方に位置していて前記第2配線とは異なる電位になる第3配線と、
を具備し、前記第1配線層は、前記第2素子領域の上方には配線を具備していない。
Another semiconductor device according to the present invention includes a first transistor formed in a first element region of a semiconductor substrate,
A second transistor formed in a second element region of the semiconductor substrate and having a drive voltage higher than that of the first transistor;
A first interlayer insulating film formed on the first element region and the second element region;
A first wiring layer formed on the first interlayer insulating film;
A second interlayer insulating film formed on the first interlayer insulating film and the first wiring layer;
A second wiring layer formed on the second interlayer insulating film;
Comprising
The first wiring layer includes a first wiring located above the first element region,
The second wiring layer is located above the first element region and electrically connected to the first wiring, and is located above the second element region and the second element layer. A third wiring having a different potential from the two wirings;
And the first wiring layer has no wiring above the second element region.
この半導体装置によれば、前記第1素子領域の上方では各配線層に配線が形成されており、前記第2配線とは異なる電位になる前記第3配線を有する前記第2素子領域の上方では、前記第1配線層に配線が形成されない。このため、前記第2素子領域の上方において、配線層相互間で絶縁破壊が生じることを抑制できる。 According to this semiconductor device, wiring is formed in each wiring layer above the first element region, and above the second element region having the third wiring having a potential different from that of the second wiring. No wiring is formed on the first wiring layer. For this reason, it is possible to suppress dielectric breakdown between the wiring layers above the second element region.
前記第3配線は、一部が前記第2トランジスタのゲート電極又はゲート配線の上方に位置していてもよい。
前記第1層間絶縁膜及び前記第2層間絶縁膜は、炭素含有シリカ、フッ素含有シリカ、及びシルセスキオキサン系化合物のうちの少なくとも一種から構成されてもよい。
A part of the third wiring may be located above the gate electrode or the gate wiring of the second transistor.
The first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film may be composed of at least one of carbon-containing silica, fluorine-containing silica, and a silsesquioxane-based compound.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の第1素子領域及び第2素子領域の上方に、第1層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1層間絶縁膜上に第1配線層を形成する工程と、
前記第1層間絶縁膜上及び前記第1配線層上に第2層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第2層間絶縁膜上に第2配線層を形成する工程と、
前記第2層間絶縁膜上及び前記第2配線層上に第3層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第3層間絶縁膜上に第3配線層を形成する工程と、
を具備し、
前記第1配線層を形成する工程において、前記第1素子領域の上方に位置する第1配線と、前記第2素子領域の上方に位置する第2配線と、前記第2素子領域の上方に位置していて前記第2配線とは異なる電位になる第3配線を形成し、
前記第2配線層を形成する工程において、前記第1素子領域の上方に位置していて前記第1配線に電気的に接続している第4配線を形成し、前記第2素子領域の上方かつ前記第3配線の一部の上方に位置していて前記第3配線に電気的に接続している接続用導電パターンを形成し、かつ前記第2素子領域の上方に位置する配線を形成せず、
前記第3配線層を形成する工程において、前記第1素子領域の上方に位置していて前記第4配線に電気的に接続している第5配線と、前記第2素子領域の上方に位置していて前記接続用導電パターンを介して前記第3配線に接続する第6配線を形成する。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a first interlayer insulating film above a first element region and a second element region of a semiconductor substrate,
Forming a first wiring layer on the first interlayer insulating film;
Forming a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film and the first wiring layer;
Forming a second wiring layer on the second interlayer insulating film;
Forming a third interlayer insulating film on the second interlayer insulating film and the second wiring layer;
Forming a third wiring layer on the third interlayer insulating film;
Comprising
In the step of forming the first wiring layer, a first wiring located above the first element region, a second wiring located above the second element region, and a position above the second element region And forming a third wiring having a potential different from that of the second wiring,
In the step of forming the second wiring layer, a fourth wiring that is located above the first element region and is electrically connected to the first wiring is formed, and the fourth wiring layer is formed above the second element region and A conductive pattern for connection that is located above a part of the third wiring and is electrically connected to the third wiring is formed, and a wiring that is located above the second element region is not formed. ,
In the step of forming the third wiring layer, a fifth wiring located above the first element region and electrically connected to the fourth wiring, and located above the second element region. Then, a sixth wiring connected to the third wiring through the connection conductive pattern is formed.
本発明に係る他の半導体装置の製造方法は、半導体基板の第1素子領域に第1トランジスタを形成し、かつ前記半導体基板の第2素子領域に、前記第1トランジスタより駆動電圧が高い第2トランジスタを形成する工程と、
前記第1素子領域及び前記第2素子領域上に第1層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1層間絶縁膜上に第1配線層を形成する工程と、
前記第1層間絶縁膜上及び前記第1配線層上に第2層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第2層間絶縁膜上に第2配線層を形成する工程と、
を具備し、
前記第1配線層を形成する工程において、前記第1素子領域の上方に位置する第1配線を形成し、かつ前記第2素子領域の上方には配線を形成せず、
前記第2配線層を形成する工程において、前記第1素子領域の上方に位置していて前記第1配線に電気的に接続している第2配線と、前記第2素子領域の上方に位置していて前記第2配線とは異なる電位になる第3配線を形成する。
In another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a first transistor is formed in a first element region of a semiconductor substrate, and a second driving voltage is higher in the second element region of the semiconductor substrate than the first transistor. Forming a transistor;
Forming a first interlayer insulating film on the first element region and the second element region;
Forming a first wiring layer on the first interlayer insulating film;
Forming a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film and the first wiring layer;
Forming a second wiring layer on the second interlayer insulating film;
Comprising
In the step of forming the first wiring layer, the first wiring located above the first element region is formed, and the wiring is not formed above the second element region,
In the step of forming the second wiring layer, the second wiring is located above the first element region and is electrically connected to the first wiring, and the second wiring layer is located above the second element region. Then, a third wiring having a potential different from that of the second wiring is formed.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1の各図は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する断面図である。本実施形態によって製造される半導体装置は、第1導電型のシリコン基板1の第1素子領域1aに低耐圧トランジスタを有しており、シリコン基板1の第2素子領域1bに高耐圧トランジスタを有している。低耐圧トランジスタの動作電圧は、例えば5V以下であり、高耐圧トランジスタの動作電圧は、例えば30V以上である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Each drawing in FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. The semiconductor device manufactured according to the present embodiment has a low breakdown voltage transistor in the
まず図1(A)に示すように、第2素子領域1bに位置するシリコン基板1のうち、高耐圧トランジスタのチャネル領域とソースの間、及びチャネル領域とドレインの間それぞれに位置する部分に第2導電型の不純物を選択的に導入し、低濃度不純物領域6bを形成する。
First, as shown in FIG. 1A, in the
次いで、第2素子領域1bに位置するシリコン基板1に素子分離膜2bを、LOCOS酸化法により形成する。これにより、高耐圧トランジスタが形成される領域、及び基板電位を与える配線が接続される領域は素子分離膜2bによって他の領域から分離される。また、第2素子領域1bにおいて高耐圧トランジスタのチャネル領域となる部分、ソースとなる部分、及びドレインとなる部分それぞれは、素子分離膜2bによって他の領域から分離される。
Next, an
次いで、第1素子領域1aに位置するシリコン基板1に溝を形成し、この溝に絶縁膜を埋め込む。これにより、素子分離膜2aが形成される。素子分離膜2aは、低耐圧トランジスタが形成される領域、及び基板電位を与える配線が接続される領域を他の領域から分離する。
Next, a groove is formed in the
次いで、シリコン基板1を熱酸化する。これにより、第2素子領域1bのチャネル領域に位置するシリコン基板1には、高耐圧トランジスタのゲート絶縁膜3bが形成される。また、第1素子領域1aに位置するシリコン基板1にも熱酸化膜(図示せず)が形成される。
Next, the
次いで、第1素子領域1a及び第2素子領域1bを含む全面上に、フォトレジスト膜(図示せず)を塗布し、このフォトレジスト膜を露光及び現像する。これにより、第1素子領域1a上に位置するフォトレジスト膜が除去される。次いで、このフォトレジスト膜をマスクとしたエッチングにより、第1素子領域1aに位置する熱酸化膜を除去する。その後、フォトレジスト膜を除去する。
Next, a photoresist film (not shown) is applied on the entire surface including the
次いで、シリコン基板1を再び熱酸化する。これにより、第1素子領域1aに位置するシリコン基板1には、低耐圧トランジスタのゲート絶縁膜3aが形成される。また、ゲート絶縁膜3bも厚くなる。
なお、上記した2つの熱酸化工程において、高耐圧トランジスタのソース及びドレインとなる領域、及び基板電位を与える配線が接続される領域それぞれに位置するシリコン基板1にも、熱酸化膜(図示せず)が形成される。
Next, the
In the two thermal oxidation steps described above, a thermal oxide film (not shown) is also formed on the
次いで、素子分離膜2a,2b及びゲート絶縁膜3a,3bを含む全面上に、ポリシリコン膜をCVD法により形成し、このポリシリコン膜を選択的に除去する。これにより、ゲート絶縁膜3a上には低耐圧トランジスタのゲート電極4aが形成され、ゲート絶縁膜3b上には高耐圧トランジスタのゲート電極4bが形成される。またゲート配線(図示せず)も形成される。
Next, a polysilicon film is formed on the entire surface including the
次いで、基板電位を与える配線が接続される領域をレジストパターン(図示せず)で覆い、このレジストパターン、素子分離膜2a,2b、及びゲート電極4a,4bをマスクとして、シリコン基板1に第2導電型の不純物を注入する。これにより、第1素子領域1aに位置するシリコン基板1には、低濃度不純物領域6aが形成される。その後、レジストパターンを除去する。
Next, a region to which a wiring for applying a substrate potential is connected is covered with a resist pattern (not shown), and a second pattern is formed on the
次いで、ゲート電極4a,4bを含む全面上に、酸化シリコン膜を形成し、この酸化シリコン膜をエッチバックする。これにより、ゲート電極4a,4bそれぞれの側壁にはサイドウォール5が形成される。なお、このエッチング工程において、高耐圧トランジスタのソース及びドレインとなる領域、及び基板電位を与える配線が接続される領域それぞれに形成されていた熱酸化膜が除去される。
Next, a silicon oxide film is formed on the entire surface including the
次いで、基板電位を与える配線が接続される領域をレジストパターン(図示せず)で覆い、このレジストパターン、素子分離膜2a,2b、ゲート電極4a,4b、及びサイドウォール5をマスクとして、シリコン基板1に第2導電型の不純物を注入する。これにより、シリコン基板1には、低耐圧トランジスタのソース及びドレインとなる2つの不純物領域7a、及び高耐圧トランジスタのソース及びドレインとなる2つの不純物領域7b、が形成される。その後、レジストパターンを除去する。
このようにして、低耐圧トランジスタ及び高耐圧トランジスタが形成される。
Next, a region to which wiring for applying a substrate potential is connected is covered with a resist pattern (not shown), and a silicon substrate is formed using the resist pattern,
In this way, a low breakdown voltage transistor and a high breakdown voltage transistor are formed.
次いで、低耐圧トランジスタ及び高耐圧トランジスタをレジストパターン(図示せず)で覆い、このレジストパターン及び素子分離膜2a,2bをマスクとして、シリコン基板1に第1導電型の不純物を注入する。これにより、基板電位を与える配線が接続される領域には、不純物領域8a,8bが形成される。その後、レジストパターンを除去する。
Next, the low breakdown voltage transistor and the high breakdown voltage transistor are covered with a resist pattern (not shown), and impurities of the first conductivity type are implanted into the
次いで、低耐圧トランジスタ、高耐圧トランジスタ、不純物領域8a,8b、及び素子分離膜2a,2bそれぞれ上に厚さが1μm以下の層間絶縁膜20を形成する。層間絶縁膜20は低誘電率の絶縁膜、例えば炭素含有シリカ、フッ素含有シリカ、及びシルセスキオキサン系化合物のうちの少なくとも一種から構成される。具体的には、シリカ(SiOx) 、ハイドロジェンシルセスキオキサン(HSQ)及びメチルシルセスキオキサン(MSQ)等のシルセスキオキサン系化合物等のシリコン酸化物等のシリコン系化合物、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、及びポリブテン等のオレフィン系樹脂、ポリスチレン、ポリアミドイミド、ポリビニルフェニレン、ポリカーボネート(PC)、及びポリジクロロパラキシリレン等のポリパラキシリレン系化合物、ポリメチルメタクリレート(PMMA)等のアクリル系樹脂、フッ素化ポリイミド等のポリイミド系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素系樹脂等の熱可塑性樹脂、ベンゾシクロブテン(BCB)等のベンゾシクロブテン系樹脂、ポリビニルフェノールあるいはノボラック樹脂等のフェノール系樹脂等の熱可塑性樹脂、又はアモルファスカーボン等の炭素系化合物である。
Next, an
次いで層間絶縁膜20上に複数の接続孔を形成する。次いでこれら接続孔内及び層間絶縁膜20上に、タングステン膜を形成し、層間絶縁膜20上に位置するタングステン膜をCMP法により研磨除去する。これにより、層間絶縁膜20にはタングステンプラグ21a,21b,21c,21dが埋め込まれる。タングステンプラグ21a 21cは第1素子領域1aの上方に位置しており、それぞれ低耐圧トランジスタの不純物領域7a、不純物領域8bに電気的に接続している。タングステンプラグ21b,21dは第2素子領域1bの上方に位置しており、それぞれ高耐圧トランジスタの不純物領域7b、不純物領域8bに電気的に接続している。
Next, a plurality of connection holes are formed on the
次いで、層間絶縁膜20上及びタングステンプラグ21a〜21dそれぞれ上に、Al合金膜を形成し、このAl合金膜を選択的に除去する。これにより、層間絶縁膜9上にはAl合金配線22a,22c、及びAl合金パターン22b,22dが形成される。Al合金配線21aは第1素子領域1aの上方に位置しており、タングステンプラグ21aを介して低耐圧トランジスタの不純物領域7aに接続している。Al合金パターン21bは第2素子領域1bの上方に位置しており、タングステンプラグ21bを介して高耐圧トランジスタの不純物領域7bに接続している。Al合金配線21cは第1素子領域1aの上方に位置しており、タングステンプラグ21cを介して不純物領域8aに接続している。Al合金パターン22dは第2素子領域1bの上方に位置しており、タングステンプラグ21dを介して不純物領域8bに接続している。なお、Al合金パターン22b,22dは、タングステンプラグ21b,21dを、後述するタングステンプラグ10b,10dに電気的に接続する為に形成されたものであり、その大きさは、各タングステンプラグの横断面よりやや大きい程度である。
Next, an Al alloy film is formed on the
次いで、層間絶縁膜20、Al合金配線22a,22c、及びAl合金パターン22b,22dそれぞれ上に、層間絶縁膜9を形成する。層間絶縁膜9の構成は、層間絶縁膜20と同様である。次いで、層間絶縁膜9にタングステンプラグ10a,10b,10c,10dを埋め込む。タングステンプラグ10aは第1素子領域1aの上方に位置しており、Al合金配線22aに電気的に接続している。タングステンプラグ10bは第2素子領域1bの上方に位置しており、Al合金パターン22bに電気的に接続している。タングステンプラグ10cは第1素子領域1aの上方に位置しており、Al合金配線22cに電気的に接続している。タングステンプラグ10dは第2素子領域1bの上方に位置しており、Al合金パターン22dに電気的に接続している。タングステンプラグ10a〜10dの埋め込み方法は、タングステンプラグ21a〜21dを埋め込む方法と略同様である。
Next, the
次いで、層間絶縁膜9上にAl合金配線11a,11b,11c,11dを形成する。Al合金配線11a,11b,11c,11dの形成方法は、Al合金配線22a,22b及びAl合金パターン22b,22dの形成方法と同様である。Al合金配線11aは第1素子領域1aの上方に位置しており、タングステンプラグ10aを介してAl合金配線22aに電気的に接続している。Al合金配線11bは第2素子領域1bの上方に位置しており、タングステンプラグ10bを介してAl合金パターン22bに電気的に接続している。Al合金配線11cは第1素子領域1aの上方に位置しており、タングステンプラグ10cを介してAl合金配線22cに電気的に接続している。Al合金配線11dは第2素子領域1bの上方に位置しており、タングステンプラグ10dを介してAl合金パターン22dに接続している。
Next, Al alloy wirings 11 a, 11 b, 11 c and 11 d are formed on the
次いで、図1(B)に示すように、層間絶縁膜9上及びAl合金配線11a〜11d上に、層間絶縁膜12を形成する。層間絶縁膜12の構成は、層間絶縁膜20の構成と同様である。次いで、層間絶縁膜12にタングステンプラグ13a,13b,13cを埋め込む。タングステンプラグ13aは第1素子領域1aの上方に位置しており、Al合金配線11aに電気的に接続している。タングステンプラグ13bは第2素子領域1bの上方に位置しており、Al合金配線11bに電気的に接続している。タングステンプラグ13cは第1素子領域1aの上方に位置しており、Al合金配線11cに電気的に接続している。タングステンプラグ13a〜13cの埋め込み方法は、タングステンプラグ21a〜21dを埋め込む方法と略同様である。また本工程において、層間絶縁膜12には、Al合金配線11d上に位置するタングステンプラグA(図示せず)も埋め込まれる。
Next, as shown in FIG. 1B, an
次いで、層間絶縁膜12上にAl合金配線14a,14c及びAl合金パターン14bを形成する。Al合金配線14a,14cは第1素子領域1aの上方に位置しており、それぞれタングステンプラグ13a,13cを介してAl合金配線11a,11cに接続している。Al合金パターン14bは第2素子領域1bの上方に位置しており、タングステンプラグ13bを介してAl合金配線11bに接続している。なおAl合金パターン14bは、タングステンプラグ13bを、後述するタングステンプラグ16bに電気的に接続する為に形成されたものであり、その大きさは、タングステンプラグ13bの横断面よりやや大きい程度である。Al合金配線11a,11c及びAl合金パターン14bの形成方法は、Al合金配線22a,22b及びAl合金パターン22b,22dの形成方法と同様である。また本工程において、層間絶縁膜12には、上記したタングステンプラグAを介してAl合金配線11dに電気的に接続するAl合金パターンB(図示せず)も形成される。Al合金パターンBは、タングステンプラグAを後述のタングステンプラグCに接続する為に設けられ、その構成はAl合金パターン14bの構成と略同様である。
Next, Al alloy wirings 14 a and 14 c and an
次いで、図1(C)に示すように、層間絶縁膜12上、Al合金配線14a,14c上、及びAl合金パターン14b上に、層間絶縁膜15を形成する。層間絶縁膜15の構成は、層間絶縁膜20の構成と同様である。次いで、層間絶縁膜15にタングステンプラグ16a,16bを埋め込む。タングステンプラグ16aは第1素子領域1aの上方に位置しており、Al合金配線14aに電気的に接続している。タングステンプラグ16bは第2素子領域1bの上方に位置しており、Al合金パターン14bに電気的に接続している。なお、タングステンプラグ16a,16bの埋め込み方法は、タングステンプラグ21a〜21dを埋め込む方法と略同様である。また本工程において、層間絶縁膜15には、上記のAl合金パターンB上に位置するタングステンプラグC(図示せず)も埋め込まれる。
Next, as shown in FIG. 1C, an
次いで、層間絶縁膜15上にAl合金配線17a,17bを形成する。Al合金配線17a,17bの形成方法は、Al合金配線22a,22b及びAl合金パターン22b,22dの形成方法と同様である。Al合金配線17aは第1素子領域1aの上方に位置しており、タングステンプラグ16aを介してAl合金配線14aに接続している。Al合金配線17aは、一部がAl合金配線14cの上方に位置している。Al合金配線14cは基板電位を与える配線であり、Al合金配線17aは低耐圧トランジスタの不純物領域7aに接続する配線である。上記したように層間絶縁膜15は1μm以下であり、その誘電率は低いが、Al合金配線17a、Al合金配線14c相互間の電位差は大きくない為、層間絶縁膜15が絶縁破壊を起こすことはない。
Next, Al alloy wirings 17 a and 17 b are formed on the
一方、Al合金配線17bは第2素子領域1bの上方に位置しており、タングステンプラグ16b、Al合金パターン14b、タングステンプラグ10b、Al合金パターン22b、及びタングステンプラグ21bを介して高耐圧トランジスタの不純物領域7bに接続している。Al合金配線17bは、一部がAl合金配線11dの上方に位置している。Al合金配線11dは基板電位を与える配線であるため、Al合金配線17b、Al合金配線11d相互間の電位差は大きく、層間絶縁膜12単層、又は層間絶縁膜15単層である場合には、層間絶縁膜が絶縁破壊を生じる場合がある。しかし、Al合金配線17b、Al合金配線11dの間には層間絶縁膜15,12の2層の絶縁膜が存在しているため、層間絶縁膜15,12が低誘電率の絶縁膜であり、かつそれぞれの厚さが1μm以下であっても、Al合金配線17b、Al合金配線11dの間で絶縁破壊が生じることは抑制される。
On the other hand, the
なお、層間絶縁膜15上には、上記したタングステンプラグC上に位置するAl合金配線D(図示せず)も形成される。Al合金配線Dは、一部がAl合金配線11bの上方に位置しているが、Al合金配線17bとAl合金配線11dの場合と同様の作用により、Al合金配線DとAl合金配線11bの間で絶縁破壊が生じることは抑制される。
On the
以上、本発明の実施形態によれば、低耐圧トランジスタが形成される第1素子領域1aの上方では、各配線層に、低耐圧トランジスタに電気的に接続する配線と、基板に電気的に接続する配線の双方が形成され、低耐圧トランジスタの微細化を達成できる。これに対し、高耐圧トランジスタが形成される第2素子領域1aの上方では、一層おきに配線が形成される。このため、層間絶縁膜が低誘電化し、かつ薄くなっても、第2素子領域1aの上方に位置する配線層相互間で絶縁破壊が生じることを抑制できる。
As described above, according to the embodiment of the present invention, above the
図2の各図は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。以下、第1の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。また各構成要素の製造方法は、第1の実施形態と同様である。 Each drawing in FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. Hereinafter, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. The manufacturing method of each component is the same as that of the first embodiment.
まず図2(A)に示すように、第1の実施形態と同様の構成を有する低耐圧トランジスタ及び高耐圧トランジスタを形成し、さらに層間絶縁膜20、タングステンプラグ21a,21b,21c,21e,Al合金配線22a,22c、Al合金パターン22b,22e、層間絶縁膜9,及びタングステンプラグ10a,10b,10c,10eを形成する。タングステンプラグ21eは第2素子領域1bに位置する層間絶縁膜20に埋め込まれており、高耐圧トランジスタのゲート電極4bに電気的に接続している。Al合金パターン22eは第2素子領域1bの層間絶縁膜20上に位置しており、タングステンプラグ21eに電気的に接続している。またタングステンプラグ10eは層間絶縁膜9に埋め込まれており、Al合金パターン22eに電気的に接続している。次いで層間絶縁膜9上にAl合金配線11a,11b,11cを形成する。本実施形態においてAl合金配線11aは、図示していない部分を介してタングステンプラグ10a,10eを相互に電気的に接続している。
First, as shown in FIG. 2A, a low breakdown voltage transistor and a high breakdown voltage transistor having the same configuration as in the first embodiment are formed, and further, an
次いで図2(B)に示すように、層間絶縁膜12、タングステンプラグ13a,13b,13c、Al合金配線14a,14c、及びAl合金パターン14bを形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, an
次いで図2(C)に示すように、層間絶縁膜15、タングステンプラグ16a,16b、及びAl合金配線17a,17bを形成する。Al合金配線17bは、一部がAl合金配線11aの上方に位置しているが、これらの間には層間絶縁膜15,12が位置しているため、これらの配線相互間で絶縁破壊が生じることを抑制できる。
Next, as shown in FIG. 2C, an
また、上記した工程によって、第1の実施形態で説明したタングステンプラグA、Al合金パターンB,タングステンプラグC,及びAl合金配線Dが形成される。
以上、本実施形態においても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
Further, the tungsten plug A, the Al alloy pattern B, the tungsten plug C, and the Al alloy wiring D described in the first embodiment are formed by the above-described steps.
As described above, also in this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
図3は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置を説明するための断面図である。本実施形態に係る半導体装置は、タングステンプラグ21bが高耐圧トランジスタのゲート電極4bに接続している点を除いて、第1の実施形態によって製造される半導体装置と同様の構成である。またこの半導体装置の製造方法は、第1の実施形態と同様である。
本実施形態によっても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. The semiconductor device according to the present embodiment has the same configuration as that of the semiconductor device manufactured according to the first embodiment except that the
Also according to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
図4の各図は、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。以下、第1の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。また各構成要素の製造方法は、第1の実施形態と同様である。 Each drawing in FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. Hereinafter, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. The manufacturing method of each component is the same as that of the first embodiment.
図4(A)に示すように、第1の実施形態と同様の構成を有する低耐圧トランジスタ及び高耐圧トランジスタを形成し、さらに層間絶縁膜20を形成する。次いで層間絶縁膜20に、タングステンプラグ21a,21b,21c,21fを形成する。タングステンプラグ21fは、高耐圧トランジスタのゲート電極4bに電気的に接続する。次いで層間絶縁膜20上にAl合金配線22a,22c及びAl合金パターン22b,22fを形成する。Al合金パターン22fはタングステンプラグ21fを、後述するタングステンプラグ10fに電気的に接続する為に形成されたものであり、その大きさは、各タングステンプラグの横断面よりやや大きい程度である。
As shown in FIG. 4A, a low breakdown voltage transistor and a high breakdown voltage transistor having the same configuration as in the first embodiment are formed, and an
次いで図4(B)に示すように、層間絶縁膜9、タングステンプラグ10a〜10c,10f、及びAl合金配線11a〜11c,11fを形成する。Al合金配線11bはタングステンプラグ10bに電気的に接続しており、図示していない部分がゲート電極4b又はゲート配線(図示せず)の上方に位置している。しかし、Al合金配線10bとゲート電極4bの間には層間絶縁膜20,9が位置しているため、これらの配線相互間で絶縁破壊が生じることを抑制できる。なお、Al合金配線11fは、タングステンプラグ10fに電気的に接続している。
Next, as shown in FIG. 4B, an
以上、本実施形態によっても、高耐圧トランジスタが形成される第2素子領域1aの上方では、一層おきに配線が形成される。このため、ゲート電極4bに加わる電圧と不純物領域7bに加わる電圧の差が大きい場合において、層間絶縁膜が低誘電化し、かつ薄くなっても、第2素子領域1aの上方に位置する配線層相互間で絶縁破壊が生じることを抑制できる。
As described above, also in this embodiment, wiring is formed every other layer above the
尚、本実施形態においてAl合金パターン22bは、タングステンプラグ21bではなく第1の実施形態で示したタングステンプラグ21dに電気的に接続しても良い。この場合、ゲート電極4bに加わる電圧と基板電位の差が大きい場合において、層間絶縁膜が低誘電化し、かつ薄くなっても、第2素子領域1aの上方に位置する配線層相互間で絶縁破壊が生じることを抑制できる。
In this embodiment, the
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば上記した各実施形態では、配線としてAl合金配線を用いたがダマシン法により層間絶縁膜に埋め込まれる配線(例えばCu配線)を用いてもよい。また高耐圧トランジスタの構成は上記した構成に限定されず、低耐圧トランジスタと同様の構成であってもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in each of the embodiments described above, Al alloy wiring is used as the wiring, but wiring (for example, Cu wiring) embedded in the interlayer insulating film by the damascene method may be used. The configuration of the high breakdown voltage transistor is not limited to the above configuration, and may be the same configuration as the low breakdown voltage transistor.
1,100…シリコン基板、1a,100a…第1素子領域、1b,100b…第2素子領域、2a,2b…素子分離膜、3a,3b…ゲート絶縁膜、4a,4b…ゲート電極、5…サイドウォール、6a,6b…低濃度不純物領域、7a,7b,8a,8b,107a,107b,108a,108b…不純物領域、9,12,15,20,109,112…層間絶縁膜、10a〜10f,13a〜13e,16a,16b,21a〜21e…タングステンプラグ、11a〜11d,14a,14c〜14e,17a,17b,22a,22c,111a〜111d,114a〜114d…Al合金配線、11e,11f,14b,22b,22d,22e…Al合金パターン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,100 ... Silicon substrate, 1a, 100a ... 1st element area | region, 1b, 100b ... 2nd element area | region, 2a, 2b ... Element isolation film, 3a, 3b ... Gate insulating film, 4a, 4b ... Gate electrode, 5 ... Side walls, 6a, 6b ... low concentration impurity regions, 7a, 7b, 8a, 8b, 107a, 107b, 108a, 108b ... impurity regions, 9, 12, 15, 20, 109, 112 ... interlayer insulation films, 10a-10f , 13a to 13e, 16a, 16b, 21a to 21e ... tungsten plug, 11a to 11d, 14a, 14c to 14e, 17a, 17b, 22a, 22c, 111a to 111d, 114a to 114d ... Al alloy wiring, 11e, 11f, 14b, 22b, 22d, 22e ... Al alloy pattern
Claims (7)
前記第1層間絶縁膜上に形成された第1配線層と、
前記第1層間絶縁膜上及び前記第1配線層上に形成された第2層間絶縁膜と、
前記第2層間絶縁膜上に形成された第2配線層と、
前記第2層間絶縁膜上及び前記第2配線層上に形成された第3層間絶縁膜と、
前記第3層間絶縁膜上に形成された第3配線層と、
を具備し、
前記第1配線層は、前記第1素子領域の上方に位置する第1配線と、前記第2素子領域の上方に位置する第2配線と、前記第2素子領域の上方に位置していて前記第2配線とは異なる電位になる第3配線を具備し、
前記第2配線層は、前記第1素子領域の上方に位置していて前記第1配線に電気的に接続している第4配線と、前記第3配線の一部の上方に位置していて前記第3配線に電気的に接続している接続用導電パターンを具備し、
前記第3配線層は、前記第1素子領域の上方に位置していて前記第4配線に電気的に接続している第5配線と、前記第2素子領域の上方に位置していて前記接続用導電パターンを介して前記第3配線に電気的に接続する第6配線を具備し、
前記第2配線層は、前記第2素子領域の上方には配線を具備していない半導体装置。 A first interlayer insulating film formed above the first element region and the second element region of the semiconductor substrate;
A first wiring layer formed on the first interlayer insulating film;
A second interlayer insulating film formed on the first interlayer insulating film and the first wiring layer;
A second wiring layer formed on the second interlayer insulating film;
A third interlayer insulating film formed on the second interlayer insulating film and the second wiring layer;
A third wiring layer formed on the third interlayer insulating film;
Comprising
The first wiring layer is located above the first element region, the second wiring located above the second element region, and the second element region. A third wiring having a potential different from that of the second wiring;
The second wiring layer is located above the first element region and is electrically connected to the first wiring and a part of the third wiring. Comprising a conductive pattern for connection electrically connected to the third wiring;
The third wiring layer is located above the first element region and electrically connected to the fourth wiring, and is located above the second element region and the connection A sixth wiring electrically connected to the third wiring through the conductive pattern for electrical use;
The second wiring layer is a semiconductor device having no wiring above the second element region.
前記第2素子領域に位置する前記半導体基板に形成され、前記第1トランジスタより動作電圧が高い第2トランジスタと、
を具備し、
前記第2配線は、前記第1トランジスタのソース又はドレインと、前記第2トランジスタのゲート電極を電気的に接続しており、
前記第3配線は、前記第2トランジスタのソース又はドレインに接続している請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体装置。 A first transistor formed on the semiconductor substrate located in the first element region;
A second transistor formed on the semiconductor substrate located in the second element region and having a higher operating voltage than the first transistor;
Comprising
The second wiring electrically connects the source or drain of the first transistor and the gate electrode of the second transistor,
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the third wiring is connected to a source or a drain of the second transistor.
前記第1層間絶縁膜上に第1配線層を形成する工程と、
前記第1層間絶縁膜上及び前記第1配線層上に第2層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第2層間絶縁膜上に第2配線層を形成する工程と、
前記第2層間絶縁膜上及び前記第2配線層上に第3層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第3層間絶縁膜上に第3配線層を形成する工程と、
を具備し、
前記第1配線層を形成する工程において、前記第1素子領域の上方に位置する第1配線と、前記第2素子領域の上方に位置する第2配線と、前記第2素子領域の上方に位置していて前記第2配線とは異なる電位になる第3配線を形成し、
前記第2配線層を形成する工程において、前記第1素子領域の上方に位置していて前記第1配線に電気的に接続している第4配線を形成し、前記第2素子領域の上方かつ前記第3配線の一部の上方に位置していて前記第3配線に電気的に接続している接続用導電パターンを形成し、かつ前記第2素子領域の上方に位置する配線を形成せず、
前記第3配線層を形成する工程において、前記第1素子領域の上方に位置していて前記第4配線に電気的に接続している第5配線と、前記第2素子領域の上方に位置していて前記接続用導電パターンを介して前記第3配線に接続する第6配線を形成する半導体装置の製造方法。 Forming a first interlayer insulating film above the first element region and the second element region of the semiconductor substrate;
Forming a first wiring layer on the first interlayer insulating film;
Forming a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film and the first wiring layer;
Forming a second wiring layer on the second interlayer insulating film;
Forming a third interlayer insulating film on the second interlayer insulating film and the second wiring layer;
Forming a third wiring layer on the third interlayer insulating film;
Comprising
In the step of forming the first wiring layer, a first wiring located above the first element region, a second wiring located above the second element region, and a position above the second element region And forming a third wiring having a potential different from that of the second wiring,
In the step of forming the second wiring layer, a fourth wiring that is located above the first element region and is electrically connected to the first wiring is formed, and the fourth wiring layer is formed above the second element region and A conductive pattern for connection that is located above a part of the third wiring and is electrically connected to the third wiring is formed, and a wiring that is located above the second element region is not formed. ,
In the step of forming the third wiring layer, a fifth wiring located above the first element region and electrically connected to the fourth wiring, and located above the second element region. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a sixth wiring connected to the third wiring via the connection conductive pattern.
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