JP6094320B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関するものであり、例えば、再配線構造形成の際における短絡防止に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and relates to, for example, prevention of a short circuit when forming a rewiring structure.

近年、電子機器に対する小型化、高性能化及び低価格化等の要求に伴い、半導体チップの微細化や多端子化とともに、半導体チップを搭載する回路基板の微細化、多層化、及び該回路基板上での電子部品の高密度実装化が進められている。そのため、半導体チップの多端子化、これら端子の狭ピッチ化に伴い、多層回路基板にも微細配線化が求められている。   In recent years, along with demands for downsizing, high performance, and low prices for electronic devices, along with miniaturization and multi-terminals of semiconductor chips, miniaturization and multilayering of circuit boards on which semiconductor chips are mounted, and the circuit boards High-density mounting of electronic components is being promoted. For this reason, with the increase in the number of terminals of semiconductor chips and the narrowing of the pitch of these terminals, fine wiring is also required for multilayer circuit boards.

このような要請に応えるために、複数種の半導体チップをモールド樹脂で一体化する疑似SOC(System On Chip)が注目を集めている(例えば、特許文献1参照)。このような疑似SOCを形成する際には、その表面に再配線構造を形成する必要がある。   In order to meet such demands, pseudo SOC (System On Chip) in which a plurality of types of semiconductor chips are integrated with a mold resin has attracted attention (for example, see Patent Document 1). When forming such a pseudo SOC, it is necessary to form a rewiring structure on the surface thereof.

このような再配線構造を形成する際には、ダマシン法を用いて埋め込みCu配線を形成することが検討されている。しかし、ダマシン法によりCu配線を形成した場合には、配線の密な領域は、エロージョン(浸食)が進み配線或いはビアの高さが低くなるが、配線の疎な領域では、配線或いはビアの高さが高くなってしまうという問題がある。   When such a rewiring structure is formed, it has been studied to form a buried Cu wiring by using a damascene method. However, when Cu wiring is formed by the damascene method, the erosion (erosion) proceeds in the dense wiring area and the height of the wiring or via decreases, but the wiring or via height increases in the sparse wiring area. There is a problem that becomes high.

そこで、このような問題を解決するために、配線が密な部分に研磨ストッパ膜を設けることが提案されている(例えば、特許文献2参照)。ここで、図9を参照して、従来の改良型ダマシン法による配線形成方法を説明する。まず、図9(a)に示すように、シリコン基板(図示は省略)上に、樹脂層81を介して配線82,83を設け、再び樹脂層84で被覆する。次いで、表面にSiN等の研磨ストッパ膜85を設ける。   Therefore, in order to solve such a problem, it has been proposed to provide a polishing stopper film in a portion where wiring is dense (see, for example, Patent Document 2). Here, with reference to FIG. 9, a conventional wiring forming method by the improved damascene method will be described. First, as shown in FIG. 9A, wirings 82 and 83 are provided on a silicon substrate (not shown) through a resin layer 81 and covered again with the resin layer 84. Next, a polishing stopper film 85 such as SiN is provided on the surface.

次いで、図9(b)に示すように、配線が密な領域以外の研磨ストッパ膜85を選択的エッチングにより除去する。次いで、図9(c)に示すように、配線82,83に達する配線用のトレンチ86或いはビアホール87を形成する。   Next, as shown in FIG. 9B, the polishing stopper film 85 other than the region where the wiring is dense is removed by selective etching. Next, as shown in FIG. 9C, wiring trenches 86 or via holes 87 reaching the wirings 82 and 83 are formed.

次いで、図9(d)に示すように、全面に、バリア膜及びめっきシード層(いずれも図示を省略)を設けたのち、電解めっき法によりCuめっき膜を堆積させる。次いで、CMP(化学機械研磨)法により、余分なCuめっき膜を除去して、ビア88或いは埋込配線89を形成する。なお、研磨は研磨ストッパ膜85で停止して、研磨ストッパ膜85をエッチングで除去しても良いし或いは研磨ストッパ膜85自体を研磨により除去しても良い。   Next, as shown in FIG. 9D, a barrier film and a plating seed layer (both not shown) are provided on the entire surface, and then a Cu plating film is deposited by an electrolytic plating method. Next, the excess Cu plating film is removed by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method, and the via 88 or the embedded wiring 89 is formed. The polishing may be stopped at the polishing stopper film 85, and the polishing stopper film 85 may be removed by etching, or the polishing stopper film 85 itself may be removed by polishing.

このように、配線が密な領域に研磨ストッパ膜を設けることによって、Cu配線或いはビアの高さの均一化が可能になる。   In this way, by providing the polishing stopper film in a region where the wiring is dense, the height of the Cu wiring or via can be made uniform.

特開2009−064954号公報JP 2009-064954 A 特開2001−230251号公報JP 2001-230251 A

しかし、上述のように配線が密な領域に研磨ストッパ膜を設けた場合に、配線が疎な領域において、CMP工程後にメタルが残る場合がある。そして、この残るパターンを予想することが困難であり、この残渣が配線間を短絡させてしまう可能性がある。   However, when the polishing stopper film is provided in a region where the wiring is dense as described above, the metal may remain in the region where the wiring is sparse after the CMP process. And it is difficult to predict this remaining pattern, and this residue may short-circuit between the wirings.

即ち、従来、LSI再配線、ウェーハレベルパッケージ、或いは、疑似SOCにおいて、樹脂からなる層間絶縁膜に形成したトレンチ内にCuを充填してダマシン配線を形成する際に、樹脂上にバリアメタル兼メッキシードとしてTi/Cuを成膜している。   In other words, in conventional LSI rewiring, wafer level package, or pseudo SOC, when a damascene wiring is formed by filling Cu in a trench formed in an interlayer insulating film made of resin, a barrier metal and plating is formed on the resin. Ti / Cu is formed as a seed.

しかし、配線が疎の領域においてはトレンチ間の間隔が広いため、Ti膜の研磨が不十分となり残渣が発生する場合があり、この残渣が配線間のショートや耐圧の劣化の原因となっていた。ここで、この事情を図10を参照して説明する。   However, since the spacing between the trenches is wide in a region where the wiring is sparse, the Ti film is not sufficiently polished and a residue may be generated. This residue causes a short circuit between the wires and deterioration of the breakdown voltage. . Here, this situation will be described with reference to FIG.

図10は、従来の改良ダマシン法における問題点の説明図であり、図10(a)は概念的平面図であり、図10(b)は、図10(a)におけるA-Bを結ぶ一点鎖線に沿った概念的断面図である。埋込配線95が疎な領域においては、研磨速度が遅くなるので埋込配線95の間にバリア膜残渣96が生じてしまう。なお、図における符号91,92,93は、夫々接続ポスト、樹脂層及び永久絶縁膜であり、図9をより現実的な構成として示している。   FIG. 10 is an explanatory diagram of problems in the conventional improved damascene method, FIG. 10 (a) is a conceptual plan view, and FIG. 10 (b) is a point connecting AB in FIG. 10 (a). It is a conceptual sectional view along a chain line. In a region where the embedded wiring 95 is sparse, the polishing rate is low, and thus a barrier film residue 96 is generated between the embedded wiring 95. Reference numerals 91, 92, and 93 in the figure are a connection post, a resin layer, and a permanent insulating film, respectively, and FIG. 9 shows a more realistic configuration.

したがって、半導体装置及びその製造方法において、再配線形成に伴う金属残渣による配線間のショートや耐圧の低下を防止することを目的とする。   Accordingly, it is an object of the semiconductor device and the manufacturing method thereof to prevent a short circuit between wirings and a decrease in breakdown voltage due to a metal residue accompanying rewiring formation.

開示する一観点からは、素子が形成された半導体基板と、前記半導体基板の表面に形成された埋込配線と、前記埋込配線が疎な領域に表面にバリア膜が形成された凹部パターンを有し、前記凹部パターンに前記バリア膜以外の金属が埋め込まれていないことを特徴とする半導体装置が提供される。 From one aspect disclosed, a semiconductor substrate on which an element is formed, an embedded wiring formed on a surface of the semiconductor substrate, and a recess pattern in which a barrier film is formed on a surface in a region where the embedded wiring is sparse Yes, and the semiconductor device, wherein a metal other than the barrier layer in the recess pattern is not embedded are provided.

また、開示する別の観点からは、素子及び外部接続用ランドが形成された半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に少なくとも埋込配線形成用のトレンチと、前記トレンチの密度が疎な領域に凹部パターンを形成する工程と、前記トレンチ及び前記凹部パターンを含む露出表面にバリア膜及びめっきシード層を形成する工程と、少なくとも前記凹部パターンを除く領域にCuを最大成分とするCu系導電体をめっき法により選択的に成膜して前記トレンチを完全に埋め込む工程と、前記Cu系導電体、めっきシード層及びバリア膜の不要部分を研磨により除去して埋込配線を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。   From another viewpoint to be disclosed, a step of forming an insulating film on a semiconductor substrate on which an element and an external connection land are formed, a trench for forming at least embedded wiring in the insulating film, and a density of the trench Forming a recess pattern in a sparse region, forming a barrier film and a plating seed layer on the exposed surface including the trench and the recess pattern, and at least Cu in the region excluding the recess pattern. A process of selectively depositing a Cu-based conductor by plating to completely fill the trench, and removing unnecessary portions of the Cu-based conductor, plating seed layer and barrier film by polishing to form a buried wiring There is provided a method of manufacturing a semiconductor device characterized by comprising the steps of:

開示の半導体装置及びその製造方法によれば、再配線形成に伴う金属残渣による配線間のショートや耐圧の低下を防止することが可能になる。 According to the disclosed semiconductor device and the manufacturing method thereof, it is possible to prevent a short circuit between wirings and a decrease in breakdown voltage due to a metal residue accompanying rewiring formation.

本発明の実施の形態の半導体装置の説明図である。It is explanatory drawing of the semiconductor device of embodiment of this invention. 凹部パターンの密度の説明図である。It is explanatory drawing of the density of a recessed part pattern. 本発明の実施例1の半導体装置の製造工程の途中までの説明図である。It is explanatory drawing to the middle of the manufacturing process of the semiconductor device of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の半導体装置の製造工程の図3以降の途中までの説明図である。FIG. 4 is an explanatory view up to the middle of FIG. 3 and subsequent steps of the manufacturing process of the semiconductor device of Example 1 of the present invention. 本発明の実施例1の半導体装置の製造工程の図4以降の途中までの説明図である。FIG. 5 is an explanatory view up to the middle of FIG. 4 and subsequent steps of the manufacturing process of the semiconductor device of Example 1 of the present invention. 本発明の実施例1の半導体装置の製造工程の図5以降の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of the semiconductor device manufacturing process of Example 1 of the present invention after FIG. 本発明の実施例1の半導体装置のCMP直後の説明図である。It is explanatory drawing immediately after CMP of the semiconductor device of Example 1 of this invention. 本発明の実施例2の疑似SOCの概念的断面図である。It is a conceptual sectional view of pseudo SOC of Example 2 of the present invention. 従来の改良型ダマシン法による配線形成方法説明図である。It is explanatory drawing of the wiring formation method by the conventional improved damascene method. 従来の改良型ダマシン法における問題点の説明図である。It is explanatory drawing of the problem in the conventional improved damascene method.

ここで、図1を参照して、本発明の実施の形態の半導体装置を説明する。図1は本発明の実施の形態の半導体装置の説明図であり、図1(a)は概念的平面図であり、図1(b)は、図1(a)におけるA−Bを結ぶ一点鎖線に沿った概略的断面図である。図1に示すように、素子が形成された半導体基板1の表面に形成された絶縁層5に埋め込まれた埋込配線9が疎な領域に表面に研磨促進パターンとなるバリア膜8が形成された凹部パターン7を設ける。なお、図1における符号2,3,4,6は、それぞれ、外部接続用ランド、カバー膜、接続ポスト、トレンチである。   Here, a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an explanatory diagram of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, FIG. 1 (a) is a conceptual plan view, and FIG. 1 (b) is a point connecting AB in FIG. 1 (a). It is a schematic sectional drawing in alignment with the dashed line. As shown in FIG. 1, a barrier film 8 serving as a polishing promotion pattern is formed on the surface in a region where the embedded wiring 9 embedded in the insulating layer 5 formed on the surface of the semiconductor substrate 1 on which the element is formed is sparse. A concave pattern 7 is provided. Reference numerals 2, 3, 4, and 6 in FIG. 1 denote an external connection land, a cover film, a connection post, and a trench, respectively.

この場合、凹部パターン7の平面形状は、矩形または円状形のいずれかとし、矩形の短辺または、円状形の短軸長を埋込配線9の最小配線幅Wの3倍以上とすることが望ましい。したがって、埋込配線9の最小配線幅Wが5μmの場合、凹部パターン7の最短部長Lは15μm以上にする。典型的には、一辺が15μm乃至50μmの正方形或いは直径が15μm×50μmの円形とするが、長方形でも、台形でも、楕円でもどのような形状でも良い。   In this case, the planar shape of the concave pattern 7 is either a rectangle or a circle, and the short side of the rectangle or the short axis length of the circle is three times or more the minimum wiring width W of the embedded wiring 9. It is desirable. Therefore, when the minimum wiring width W of the embedded wiring 9 is 5 μm, the shortest portion length L of the concave pattern 7 is set to 15 μm or more. Typically, a square with a side of 15 μm to 50 μm or a circle with a diameter of 15 μm × 50 μm is used, but it may be rectangular, trapezoidal, elliptical, or any shape.

また、凹部パターン7と埋込配線9の間隔dは、埋込配線9の高さの2倍以上とすることが望ましい。即ち、絶縁層5が樹脂層である場合に、樹脂層にトレンチ6と凹部パターン7を形成する際のキュア工程において、両者の間隔dが狭い場合、キュア時の絶縁膜の収縮による応力によりトレンチ6の深さが深いほど、トレンチ6の側壁が傾き、埋込配線9の形状が歪むことになる。したがって、埋込配線9を設計通りに形成するためには、両者の間隔dをトレンチ6の高さの2倍以上とする必要がある。   Further, the distance d between the concave pattern 7 and the embedded wiring 9 is preferably set to be twice or more the height of the embedded wiring 9. That is, when the insulating layer 5 is a resin layer, in the curing step when the trench 6 and the recess pattern 7 are formed in the resin layer, if the distance d between the two is narrow, the trench is caused by the stress due to the shrinkage of the insulating film during the curing. As the depth of 6 increases, the sidewall of the trench 6 is inclined and the shape of the embedded wiring 9 is distorted. Therefore, in order to form the buried wiring 9 as designed, the distance d between them needs to be at least twice the height of the trench 6.

また、凹部パターン7の密度は、最少配線幅で形成された埋込配線9の最大密度部分の10%乃至100%、より好適には40%乃至100%にすることが望ましい。ここで、図2を参照して凹部パターン7の密度を説明する。埋込配線9が1:1のL&Sパターンで形成される場合を最大密度とすると、埋込配線の面積占有率は50%になる。   The density of the concave pattern 7 is preferably 10% to 100%, more preferably 40% to 100% of the maximum density portion of the embedded wiring 9 formed with the minimum wiring width. Here, the density of the concave pattern 7 will be described with reference to FIG. If the maximum density is when the embedded wiring 9 is formed with a 1: 1 L & S pattern, the area occupation ratio of the embedded wiring is 50%.

上述のように、埋込配線9の最小配線幅Wが5μmの場合、凹部パターン7の最短部長Lは15μm以上となるので、凹部パターン7を一辺が15μmの正方形とした場合を考える。互いに隣接する凹部パターン7の中心の間隔D′を21.3μmにした場合には、凹部パターン7の面積占有率は約50%になり、最少配線幅で形成された埋込配線9の最大密度部分の100%に相当する。また、互いに隣接する凹部パターン7の中心の間隔D′を67.1μmにした場合には、凹部パターン7の面積占有率は約5%になり、最少配線幅で形成された埋込配線9の最大密度部分の10%に相当する。最少配線幅で形成された埋込配線9の最大密度部分の40%にするためには、互いに隣接する凹部パターン7の中心の間隔D′を33.6μmにすれば良い。 As described above, when the minimum wiring width W of the embedded wiring 9 is 5 μm, the shortest portion length L of the concave pattern 7 is 15 μm or more. When the distance D ′ between the centers of the recess patterns 7 adjacent to each other is 21.3 μm, the area occupation ratio of the recess patterns 7 is about 50%, and the maximum density of the embedded wiring 9 formed with the minimum wiring width. It corresponds to 100% of the part. Further, when the distance D ′ between the centers of the recess patterns 7 adjacent to each other is set to 67.1 μm, the area occupation ratio of the recess pattern 7 is about 5%, and the embedded wiring 9 formed with the minimum wiring width is formed. It corresponds to 10% of the maximum density part. In order to obtain 40% of the maximum density portion of the embedded wiring 9 formed with the minimum wiring width, the distance D ′ between the centers of the recess patterns 7 adjacent to each other may be set to 33.6 μm.

このような、研磨促進パターンとなる凹部パターン7を設けることによって、埋込配線9が疎な領域の平坦部において、バリア膜8の残渣が発生することがなく、それによって、配線間の短絡や耐圧の低下が発生することがない。   By providing such a concave pattern 7 serving as a polishing promoting pattern, no residue of the barrier film 8 is generated in a flat portion in a region where the embedded wiring 9 is sparse, thereby preventing a short circuit between the wirings. There is no reduction in breakdown voltage.

このように、表面にバリア膜8を有する凹部パターン7を形成するためには、トレンチ6をCuを最大成分とするCu系導電体で埋め込む工程において、凹部パターンをめっき防止膜で覆って電解メッキを行えば良い。なお、互いに隣接する凹部パターン7の間の領域は、めっき防止膜を設けずにCu系導電体が成膜するようにすることが望ましく、それによって、めっきの膜厚の均一性が向上する。   Thus, in order to form the concave pattern 7 having the barrier film 8 on the surface, in the step of embedding the trench 6 with a Cu-based conductor having Cu as the maximum component, the concave pattern is covered with a plating prevention film and electrolytic plating is performed. Just do it. In addition, it is desirable that a Cu-based conductor is formed in the region between the concave patterns 7 adjacent to each other without providing a plating prevention film, thereby improving the uniformity of the plating film thickness.

このような、再配線構造に伴う研磨促進用の凹部パターンの適用は単一の半導体装置に限られるものではなく、少なくとも一つの特性が他と異なる複数の半導体チップを樹脂モールドにより一体化した擬似SOCにも適用されるものである。さらには、多層回路基板にも設けられるものである。   The application of the recess pattern for promoting polishing accompanying the rewiring structure is not limited to a single semiconductor device, but a pseudo-chip in which a plurality of semiconductor chips having at least one characteristic different from others are integrated by a resin mold. It is also applicable to SOC. Furthermore, it is also provided on a multilayer circuit board.

次に、図3乃至図7を参照して、本発明の実施例1の半導体装置の製造工程を説明する。まず、図3(a)に示すように、内部に素子を形成したLSIチップ21の表面に外部接続用ランド22を設け、SiNからなるカバー膜23で覆う。   Next, with reference to FIGS. 3 to 7, the manufacturing process of the semiconductor device of Example 1 of the present invention will be described. First, as shown in FIG. 3A, an external connection land 22 is provided on the surface of an LSI chip 21 in which elements are formed, and is covered with a cover film 23 made of SiN.

次いで、図3(b)に示すように、Cuポスト24を選択めっきで形成した後、ポリイミド樹脂からなる樹脂絶縁膜25を設け、Cuポスト24の頂面を露出させる。次いで、図4(c)に示すように、全面に感光性絶縁樹脂WPR−1201(JSR社製商品型番)をポストベーク後の厚さが6〜7μmになるように塗布して感光性樹脂絶縁膜26を形成する。   Next, as shown in FIG. 3B, after the Cu post 24 is formed by selective plating, a resin insulating film 25 made of polyimide resin is provided, and the top surface of the Cu post 24 is exposed. Next, as shown in FIG. 4 (c), a photosensitive insulating resin WPR-1201 (product model number manufactured by JSR) is applied over the entire surface so that the thickness after post-baking is 6 to 7 μm. A film 26 is formed.

次いで、図4(d)に示すように、最小線幅が5μmになるように、露光・現像してトレンチ27を形成する。この時、配線が疎な領域には研磨促進用の凹部パターン28を同時に形成する。ここでは、トレンチ27と凹部パターン28との間隔がトレンチ27の深さの2倍以上になるように、15μmの間隙を設ける。また、凹部パターン28の平面形状は15μm×15μmの正方形とし、互いに隣接する凹部パターン28の間隔は30μmとする。   Next, as shown in FIG. 4D, the trench 27 is formed by exposure and development so that the minimum line width is 5 μm. At this time, a recess pattern 28 for promoting polishing is simultaneously formed in a region where wiring is sparse. Here, a gap of 15 μm is provided so that the distance between the trench 27 and the recess pattern 28 is at least twice the depth of the trench 27. The planar shape of the concave pattern 28 is a square of 15 μm × 15 μm, and the interval between the concave patterns 28 adjacent to each other is 30 μm.

次いで、200℃で1時間のキュアを行って感光性樹脂絶縁膜26を永久絶縁膜29にする。この時、トレンチ27と凹部パターン28との間隔を15μmとしているので、トレンチ27の形状が凹部パターン28に引っ張られて歪むことがなく、幅が5μmで高さが5.5〜6.5μmのトレンチ27となる。   Next, curing is performed at 200 ° C. for 1 hour to make the photosensitive resin insulating film 26 into a permanent insulating film 29. At this time, since the interval between the trench 27 and the recess pattern 28 is 15 μm, the shape of the trench 27 is not pulled and distorted by the recess pattern 28, and the width is 5 μm and the height is 5.5 to 6.5 μm. A trench 27 is formed.

次いで、図5(e)に示すように、スパッタ法を用いて、厚さが30nm〜200nmのTi膜30を密着層兼バリア膜とし、厚さが30nm〜200nmのCu膜31をめっきシード層として順次成膜する。なお、ここでは、Ti膜30及びCu膜31の厚さは、50nm及び100nmとする。   Next, as shown in FIG. 5E, by using a sputtering method, a Ti film 30 having a thickness of 30 nm to 200 nm is used as an adhesion layer / barrier film, and a Cu film 31 having a thickness of 30 nm to 200 nm is used as a plating seed layer. Are sequentially formed. Here, the thickness of the Ti film 30 and the Cu film 31 is 50 nm and 100 nm.

次いで、図5(f)に示すように、凹部パターン28を覆うようにレジストを用いてめっき防止膜32を形成する。この時、成膜するめっき層の膜厚を均一にするために、隣接凹部パターン28の間にはめっき防止膜32を設けずに、Cu膜31を露出させる。   Next, as shown in FIG. 5 (f), a plating prevention film 32 is formed using a resist so as to cover the concave pattern 28. At this time, in order to make the thickness of the plating layer to be formed uniform, the Cu film 31 is exposed without providing the plating prevention film 32 between the adjacent recess patterns 28.

次いで、図6(g)に示すように、電解めっき法により厚さが10μm以上のCuめっき膜33を堆積させて、トレンチ27を完全に埋め込む。   Next, as shown in FIG. 6G, a Cu plating film 33 having a thickness of 10 μm or more is deposited by electrolytic plating to completely fill the trench 27.

次いで、図6(h)に示すように、めっき防止膜32を除去したのち、CuスラリHS−3C935(日立化成製商品型番)のみを用いて永久絶縁膜29の厚さが5μmとなるまでCMPを行うことで、最小配線間隔が5μm、配線高さが5μmの矩形断面の埋込配線34が形成される。図7はCMP直後の半導体装置の説明図であり、図7(a)は概念的平面図であり、図7(b)は図7(a)におけるA−A′を結ぶ一点鎖線に沿った概念的断面図である。この時、凹部パターン28が研磨促進パターンとなるので、埋込配線34が疎な領域の平坦部の表面にバリア膜残渣が残ることがない。   Next, as shown in FIG. 6 (h), after removing the plating prevention film 32, CMP is performed using only Cu slurry HS-3C935 (Hitachi Chemical Co., Ltd. product model number) until the thickness of the permanent insulating film 29 becomes 5 μm. As a result, the embedded wiring 34 having a rectangular cross section with a minimum wiring interval of 5 μm and a wiring height of 5 μm is formed. FIG. 7 is an explanatory diagram of the semiconductor device immediately after the CMP, FIG. 7A is a conceptual plan view, and FIG. 7B is along the alternate long and short dash line connecting AA ′ in FIG. It is a conceptual sectional view. At this time, since the recess pattern 28 becomes a polishing promoting pattern, no barrier film residue remains on the surface of the flat portion in the region where the embedded wiring 34 is sparse.

以上、説明したように、本発明の実施例1においては、配線が疎な領域に研磨促進用の凹部パターンを設けているので、配線が疎な領域において研磨が十分に行われ、バリア膜残渣が発生することがなく、それによって、配線間の短絡や耐圧低下が防止される。   As described above, in the first embodiment of the present invention, since the concave pattern for promoting polishing is provided in a region where wiring is sparse, the polishing is sufficiently performed in the region where wiring is sparse, and the barrier film residue Does not occur, thereby preventing a short circuit between wires and a decrease in breakdown voltage.

次に、図8を参照して、本発明の実施例2の疑似SOCを説明するが、配線及び研磨促進パターンの形成工程は上記の実施例1と同様であるので、ここでは再配線形成後の疑似SOCの断面図のみを示す。   Next, the pseudo SOC of the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 8. Since the process of forming the wiring and the polishing promoting pattern is the same as that of the first embodiment, here, after the rewiring is formed. Only the sectional view of the pseudo SOC is shown.

図8は、本発明の実施例2の疑似SOCの概念的断面図であり、まず、支持基板(図示は省略)上に、接続用ランド42〜42を形成した複数の異種の半導体チップ411〜41を貼り付けてモールド樹脂43でモールドする。ここでは、半導体チップ41〜41をそれぞれCPU、センサ、メモリとする。 Figure 8 is a schematic cross-sectional view of a pseudo-SOC according to the second embodiment of the present invention, first, on the support substrate (not shown), a plurality of different types of semiconductor chips which form a connection land 42 1-42 3 41 1 to 41 3 are attached and molded with the mold resin 43. Here, the semiconductor chips 41 1 to 41 3 are assumed to be a CPU, a sensor, and a memory, respectively.

支持基板から剥離した後、接続用ランド42〜42にCuポスト44を形成したのち、ポリイミド樹脂から樹脂絶縁膜45で覆うとともに、Cuポスト44の頂面を露出させる。以降は、上記の実施例1と同様に、最終的には永久絶縁膜51となる感光性絶縁膜を塗布したのち、露光・現像してトレンチ及び研磨促進用の凹部パターン52を形成する。次いで、密着層53及びめっきシード層54を介してCuめっき膜で埋め込んだのち、CMP法により平坦化して埋込配線55を形成する。 After peeling from the support substrate, Cu posts 44 are formed on the connecting lands 42 1 to 42 3 , and then covered with a resin insulating film 45 from polyimide resin, and the top surfaces of the Cu posts 44 are exposed. Thereafter, similarly to the first embodiment, after applying a photosensitive insulating film that will eventually become the permanent insulating film 51, exposure and development are performed to form a trench and a recess pattern 52 for promoting polishing. Next, after being embedded with a Cu plating film via the adhesion layer 53 and the plating seed layer 54, the embedded wiring 55 is formed by planarization by a CMP method.

次いで、再び、最終的には永久絶縁膜56となる感光性絶縁膜を塗布したのち、露光・現像してビアホールを形成する。次いで、密着層58及びめっきシード層59を介してCuめっき膜で埋め込んだのち、CMP法により平坦化してプラグ60を形成する。この時、プラグが疎な領域に研磨促進用の凹部パターン57を設けても良い。   Next, a photosensitive insulating film that will eventually become a permanent insulating film 56 is applied again, and then exposed and developed to form a via hole. Next, after filling with a Cu plating film via the adhesion layer 58 and the plating seed layer 59, the plug 60 is formed by planarization by CMP. At this time, a recess pattern 57 for promoting polishing may be provided in a region where the plug is sparse.

次いで、最終的には永久絶縁膜61となる感光性絶縁膜を塗布したのち、露光・現像してトレンチ及び研磨促進用の凹部パターン62を形成する。次いで、密着層63及びめっきシード層64を介してCuめっき膜で埋め込んだのち、CMP法により平坦化して埋込配線65を形成する。このような工程を必要とする層数だけ繰り返す。   Next, after a photosensitive insulating film that will eventually become a permanent insulating film 61 is applied, exposure and development are performed to form trenches and a recess pattern 62 for promoting polishing. Next, after embedding with a Cu plating film via the adhesion layer 63 and the plating seed layer 64, the buried wiring 65 is formed by flattening by a CMP method. Such a process is repeated as many times as necessary.

次いで、最終的には永久絶縁膜66となる感光性絶縁膜を塗布したのち、露光・現像してビアホールを形成する。次いで、密着層67及びめっきシード層68を介してCuめっき膜で埋め込んだのち、CMP法により平坦化してプラグ69を形成する。最後に、パッド70を形成し、このパッド70の周囲にソルダーレジスト71を設けることにより疑似SOCが完成する。   Next, a photosensitive insulating film that will eventually become a permanent insulating film 66 is applied, and then exposed and developed to form via holes. Next, after filling with a Cu plating film through the adhesion layer 67 and the plating seed layer 68, the plug 69 is formed by flattening by a CMP method. Finally, a pad 70 is formed, and a solder resist 71 is provided around the pad 70 to complete the pseudo SOC.

このように、本発明の実施例2では、疑似SOCの再配線構造を形成する際に、研磨促進用の凹部パターンを設けているので、埋込配線間の短絡を防止することができる。また、研磨ストッパを設ける必要もない。   As described above, in the second embodiment of the present invention, when the pseudo-SOC rewiring structure is formed, the concave pattern for promoting polishing is provided, so that a short circuit between the embedded wirings can be prevented. Further, it is not necessary to provide a polishing stopper.

ここで、実施例1及び実施例2を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
(付記1)素子が形成された半導体基板と、前記半導体基板の表面に形成された埋込配線と、前記埋込配線が疎な領域に表面にバリア膜が形成された凹部パターンを有し、前記凹部パターンに前記バリア膜以外の金属が埋め込まれていないことを特徴とする半導体装置。
(付記2)前記凹部パターンの平面形状が、矩形または円状形のいずれかであり、前記矩形の短辺または、円状形の短軸長が前記埋込配線の最小配線幅の3倍以上であることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(付記3)前記凹部パターンの密度が、前記最少配線幅で形成された配線の最大密度部分の10%乃至100%であることを特徴とする付記1または付記2に記載の半導体装置。(付記4)前記凹部パターンと前記埋込配線を形成する凹部を設ける絶縁層が樹脂層であり、前記凹部パターンと前記埋込配線の間隔が、前記埋込配線の高さの2倍以上であることを特徴とする付記1乃至付記3のいずれか1に記載の半導体装置。
(付記)素子が形成された少なくとも一つが異なった種類の複数の半導体チップと、前記複数の半導体チップをモールドして一体化する樹脂層と、前記半導体チップの表面に形成され前記複数の半導体チップ間を電気的に接続する埋込配線と、前記埋込配線が疎な領域に表面にバリア膜が形成された凹部パターンを有することを特徴とする半導体装置。
(付記)素子及び外部接続用ランドが形成された半導体基板上に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層に少なくとも埋込配線形成用のトレンチと、前記トレンチの密度が疎な領域に凹部パターンを形成する工程と、前記トレンチ及び前記凹部パターンを含む露出表面にバリア膜及びめっきシード層を形成する工程と、少なくとも前記凹部パターンを除く領域にCuを最大成分とするCu系導電体をめっき法により選択的に成膜して前記トレンチを完全に埋め込む工程と、前記Cu系導電体、めっきシード層及びバリア膜の不要部分を研磨により除去して埋込配線を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記)前記トレンチを埋め込む工程において、互いに隣接する前記凹部パターンの間に前記Cu系導電体を成膜させることを特徴とする付記に記載の半導体装置の製造方法。
(付記)前記凹部パターンと前記埋込配線の間隔が、前記埋込配線の高さの2倍以上であることを特徴とする付記または付記に記載の半導体装置の製造方法。
(付記)素子が形成された少なくとも一つが異なった種類の複数の半導体チップを樹脂でモールとする工程と、前記複数の半導体チップ及び樹脂の表面に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に少なくとも前記複数の半導体チップ間を電気的に接続する埋込配線形成用のトレンチと、前記トレンチの密度が疎な領域に凹部パターンを形成する工程と、前記トレンチ及び前記凹部パターンを含む露出表面にバリア膜及びめっきシード層を形成する工程と、少なくとも前記凹部パターンを除く領域にCuを最大成分とするCu系導電体をめっき法により選択的に成膜して前記トレンチを完全に埋め込む工程と、前記Cu系導電体、めっきシード層及びバリア膜の不要部分を研磨により除去して埋込配線を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Here, the following supplementary notes are attached to the embodiments of the present invention including Example 1 and Example 2.
It possesses (Supplementary Note 1) and the semiconductor substrate in which elements are formed, and the buried wiring formed on the surface of the semiconductor substrate, the recess pattern barrier film on the buried wiring surface sparse regions are formed, A semiconductor device , wherein a metal other than the barrier film is not embedded in the recess pattern .
(Additional remark 2) The planar shape of the said recessed part pattern is either a rectangle or circular shape, and the short side of the said rectangle or the short axis length of a circular shape is 3 times or more of the minimum wiring width of the said embedded wiring. The semiconductor device according to appendix 1, wherein:
(Additional remark 3) The semiconductor device of Additional remark 1 or Additional remark 2 characterized by the density of the said recessed part pattern being 10% thru | or 100% of the maximum density part of the wiring formed with the said minimum wiring width. (Additional remark 4) The insulating layer which provides the recessed part which forms the said recessed part pattern and the said embedded wiring is a resin layer, and the space | interval of the said recessed pattern and the said embedded wiring is more than twice the height of the said embedded wiring. 4. The semiconductor device according to any one of appendix 1 to appendix 3, wherein the semiconductor device is provided.
(Supplementary Note 5 ) A plurality of semiconductor chips of at least one type in which elements are formed, a resin layer that molds and integrates the plurality of semiconductor chips, and the plurality of semiconductors formed on the surface of the semiconductor chip A semiconductor device comprising: embedded wiring for electrically connecting chips; and a recess pattern having a barrier film formed on a surface in a region where the embedded wiring is sparse.
(Appendix 6 ) A step of forming an insulating layer on a semiconductor substrate on which an element and an external connection land are formed, a trench for forming an embedded wiring at least in the insulating layer, and a recess in a region where the density of the trench is low A step of forming a pattern, a step of forming a barrier film and a plating seed layer on the exposed surface including the trench and the recess pattern, and plating a Cu-based conductor having Cu as a maximum component at least in a region excluding the recess pattern And selectively embedding the trench to form a buried wiring by removing unnecessary portions of the Cu-based conductor, plating seed layer, and barrier film by polishing. A method of manufacturing a semiconductor device.
(Supplementary note 7 ) The method for manufacturing a semiconductor device according to supplementary note 6 , wherein in the step of filling the trench, the Cu-based conductor is formed between the recess patterns adjacent to each other.
(Supplementary note 8 ) The method of manufacturing a semiconductor device according to supplementary note 6 or appendix 7 , wherein an interval between the concave pattern and the embedded wiring is at least twice the height of the embedded wiring.
(Supplementary Note 9 ) A step of molding a plurality of semiconductor chips of at least one different type formed with an element with resin, a step of forming an insulating film on the surface of the plurality of semiconductor chips and resin, and the insulating film A trench for forming an embedded wiring that electrically connects at least the plurality of semiconductor chips, a step of forming a concave pattern in a region where the density of the trench is low, and an exposed surface including the trench and the concave pattern A step of forming a barrier film and a plating seed layer, and a step of selectively depositing a Cu-based conductor containing Cu as a maximum component in a region excluding at least the recess pattern by a plating method to completely fill the trench. And a step of forming an embedded wiring by removing unnecessary portions of the Cu-based conductor, plating seed layer and barrier film by polishing. A method for manufacturing a semiconductor device.

1 半導体基板
2 外部接続用ランド
3 カバー膜
4 接続ポスト
5 絶縁層
6 トレンチ
7 凹部パターン
8 バリア膜
9 埋込配線
21 LSIチップ
22 外部接続用ランド
23 カバー膜
24 Cuポスト
25 樹脂絶縁膜
26 感光性樹脂絶縁膜
27 トレンチ
28 凹部パターン
29 永久絶縁膜
30 Ti膜
31 Cu膜
32 めっき防止膜
33 Cuめっき膜
34 埋込配線
41〜41 半導体チップ
42〜42 接続用ランド
43 モールド樹脂
44 Cuポスト
45 樹脂絶縁膜
51,56,61,66 永久絶縁膜
52,57,62 凹部パターン
53,58,63,67 密着層
54,59,64,68 めっきシード層
55,65 埋込配線
60,69 プラグ
70 パッド
71 ソルダーレジスト
81 樹脂層
82,83 配線
84 樹脂層
85 研磨ストッパ膜
86 トレンチ
87 ビアホール
88 ビア
89 埋込配線
91 接続ポスト
92 樹脂層
93 永久絶縁膜
94 バリア膜
95 埋込配線
96 バリア膜残渣
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 External connection land 3 Cover film 4 Connection post 5 Insulation layer 6 Trench 7 Recess pattern 8 Barrier film 9 Embedded wiring 21 LSI chip 22 External connection land 23 Cover film 24 Cu post 25 Resin insulation film 26 Photosensitivity Resin insulation film 27 Trench 28 Recess pattern 29 Permanent insulation film 30 Ti film 31 Cu film 32 Plating prevention film 33 Cu plating film 34 Embedded wiring 41 1 to 41 3 Semiconductor chip 42 1 to 42 3 Connection land 43 Mold resin 44 Cu Post 45 Resin insulating film 51, 56, 61, 66 Permanent insulating film 52, 57, 62 Recess pattern 53, 58, 63, 67 Adhesion layer 54, 59, 64, 68 Plating seed layer 55, 65 Embedded wiring 60, 69 Plug 70 Pad 71 Solder resist 81 Resin layer 82, 83 Wiring 84 Resin layer 85 Polishing stopper film 86 Wrench 87 hole 88 via 89 embedded wiring 91 connecting post 92 resin layer 93 permanent insulating film 94 barrier film 95 buried wiring 96 barrier Makuzan渣

Claims (5)

素子が形成された半導体基板と、
前記半導体基板の表面に形成された埋込配線と、
前記埋込配線が疎な領域に表面にバリア膜が形成された凹部パターンを有し、前記凹部パターンに前記バリア膜以外の金属が埋め込まれていないことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate on which an element is formed;
Embedded wiring formed on the surface of the semiconductor substrate;
Wherein a said barrier layer on the surface the buried wiring sparse areas have a concave pattern is formed, a metal other than the barrier layer in the recess pattern is not embedded.
前記凹部パターンの平面形状が、矩形または円状形のいずれかであり、
前記矩形の短辺または、円状形の短軸長が前記埋込配線の最小配線幅の3倍以上であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
The planar shape of the concave pattern is either rectangular or circular,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the short side of the rectangle or the short axis of the circular shape is at least three times the minimum wiring width of the embedded wiring.
前記凹部パターンの密度が、前記最少配線幅で形成された配線の最大密度部分の10%乃至100%であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a density of the recess pattern is 10% to 100% of a maximum density portion of a wiring formed with the minimum wiring width. 前記凹部パターンと前記埋込配線を形成する凹部を設ける絶縁層が樹脂層であり、前記凹部パターンと前記埋込配線の間隔が、前記埋込配線の高さの2倍以上であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の半導体装置。 The insulating layer for providing the recess pattern and the recess for forming the embedded wiring is a resin layer, and the interval between the recess pattern and the embedded wiring is at least twice the height of the embedded wiring. The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3. 素子及び外部接続用ランドが形成された半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜に少なくとも埋込配線形成用のトレンチと、前記トレンチの密度が疎な領域に凹部パターンを形成する工程と、
前記トレンチ及び前記凹部パターンを含む露出表面にバリア膜及びめっきシード層を形成する工程と、
少なくとも前記凹部パターンを除く領域にCuを最大成分とするCu系導電体をめっき法により選択的に成膜して前記トレンチを完全に埋め込む工程と、
前記Cu系導電体、めっきシード層及びバリア膜の不要部分を研磨により除去して埋込配線を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an insulating film on the semiconductor substrate on which the element and the external connection land are formed;
Forming at least a trench for forming an embedded wiring in the insulating film, and forming a recess pattern in a region where the density of the trench is low;
Forming a barrier film and a plating seed layer on an exposed surface including the trench and the recess pattern;
A step of selectively embedding a Cu-based conductor having Cu as a maximum component in a region excluding at least the concave pattern by a plating method to completely fill the trench;
And a step of removing unnecessary portions of the Cu-based conductor, plating seed layer and barrier film by polishing to form a buried wiring.
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