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JP2000082739A - Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device

Info

Publication number
JP2000082739A
JP2000082739A JP11074043A JP7404399A JP2000082739A JP 2000082739 A JP2000082739 A JP 2000082739A JP 11074043 A JP11074043 A JP 11074043A JP 7404399 A JP7404399 A JP 7404399A JP 2000082739 A JP2000082739 A JP 2000082739A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wiring
semiconductor device
columnar structure
layer
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11074043A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuyuki Azuma
和幸 東
Noriaki Matsunaga
範昭 松永
Akihiro Kajita
明広 梶田
Tetsuro Matsuda
哲朗 松田
Tadashi Iijima
匡 飯島
Hisafumi Kaneko
尚史 金子
Hideki Shibata
英毅 柴田
Naofumi Nakamura
直文 中村
Bii Anando Emu
エム・ビー・アナンド
Katsuya Okumura
勝弥 奥村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP11074043A priority Critical patent/JP2000082739A/en
Publication of JP2000082739A publication Critical patent/JP2000082739A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 改良された半導体装置の製造方法及びその製
造装置によって製造された半導体装置を提供すること。 【解決手段】 半導体基板上に形成された第1の絶縁膜
に形成された凹部内に下層配線を形成し、前記下層配線
を被覆するように前記半導体基板上に形成された少なく
とも1層の導電層導電層上に少なくとも1層の薄膜を形
成して、前記薄膜をパターニングしてハードマスクを形
成し、前記ハードマスクをエッチングマスクとして前記
導電層のエッチングを行い、前記下層配線上に上面が前
記ハードマスクで被覆された導電性の柱状構造物を形成
して、前記柱状構造物が埋め込まれるように、前記半導
体基板上に第2の絶縁膜を形成し、少なくとも前記ハー
ドマスクが露出する配線溝を形成して、前記ハードマス
クを除去してから前記配線溝に導体を埋め込み、前記配
線溝に上層配線を形成するようにした。
An object of the present invention is to provide an improved semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device manufactured by the manufacturing apparatus. SOLUTION: A lower wiring is formed in a concave portion formed in a first insulating film formed on the semiconductor substrate, and at least one conductive layer formed on the semiconductor substrate so as to cover the lower wiring. Forming at least one thin film on the layer conductive layer, patterning the thin film to form a hard mask, etching the conductive layer using the hard mask as an etching mask, and forming an upper surface on the lower wiring. Forming a conductive columnar structure covered with a hard mask, forming a second insulating film on the semiconductor substrate so that the columnar structure is embedded, and forming a wiring groove at least exposing the hard mask; After removing the hard mask, a conductor is buried in the wiring groove to form an upper layer wiring in the wiring groove.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ロジックLSI
(Logical Large Scale Inte
grated Circuit)、DRAM(Dyna
mic Random Access Memor
y)、SRAM(StaticRAM)、CMOS(C
omplementary Metal Oxide
Semicoductor)もしくはバイポーラトラン
ジスタ(Bipolar Transistor)等の
多層配線構造の半導体装置に係り、特に、配線形成と導
電性柱状構造物(ピラー)を用いたビアコンタクト形成
を含む多層配線の形成及び多層配線構造を有する半導体
装置に関する。
The present invention relates to a logic LSI.
(Logical Large Scale Inte
graded Circuit), DRAM (Dyna
mic Random Access Memory
y), SRAM (StaticRAM), CMOS (C
elementary Metal Oxide
The present invention relates to a semiconductor device having a multilayer wiring structure such as a semiconductor device or a bipolar transistor, and more particularly to a multilayer wiring structure including a wiring formation and a via contact formation using a conductive columnar structure (pillar) and a multilayer wiring structure. The present invention relates to a semiconductor device having the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来において、半導体装置の多層配線構
造における上層及び下層の配線間を電気的に接続する接
続プラグを形成する場合、層間絶縁膜に反応性イオンエ
ッチング(RIE(Reactive Ion Etc
hing))法等を用いて接続孔を開け、そこに金属な
どの導電性材料を埋め込むことにより形成する方法が一
般に用いられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, when a connection plug for electrically connecting upper and lower wirings in a multilayer wiring structure of a semiconductor device is formed, reactive ion etching (RIE (Reactive Ion Etc) is performed on an interlayer insulating film.
hing)) method is generally used in which a connection hole is formed by using a method or the like and a conductive material such as metal is buried therein.

【0003】この従来技術は、以下のような問題を有す
る。RIE時に、エッチングガスやスパッタされた粒子
により接続孔の底面に露出した下層配線表面に物理的ダ
メージや腐蝕が生じる。エッチング残滓やスパッタリン
グされた粒子が付着することにより、上記接続プラグと
下層配線間の接触抵抗の上昇をもたらす。また、接続孔
を形成する際に下層配線パターンとの合わせずれが発生
して所望の位置に接続孔が形成されなかった場合には、
RIEにより下層配線側面及びその下の層間絶縁膜が過
剰にエッチングされる。さらに下層の配線との短絡が生
じたり、微細配線周辺に空洞が残ったりする。その結
果、信頼性が低下する。
[0003] This prior art has the following problems. At the time of RIE, physical damage and corrosion occur on the lower wiring surface exposed at the bottom surface of the connection hole due to the etching gas and sputtered particles. The adhesion of the etching residue and the sputtered particles causes an increase in the contact resistance between the connection plug and the lower wiring. Further, when a misalignment with the lower wiring pattern occurs when the connection hole is formed and the connection hole is not formed at a desired position,
The side surface of the lower wiring and the interlayer insulating film thereunder are excessively etched by RIE. Further, a short circuit may occur with a lower wiring, or a cavity may remain around the fine wiring. As a result, the reliability decreases.

【0004】下層配線を形成する場合において、導電性
柱状構造物(ピラー)と下層配線を同時に形成する方法
が知られている。これは、半導体基板上の絶縁膜に金属
膜を堆積させ、フォトリソグラフィとRIEなどのエッ
チング法により接続プラグを形成するとともに、凹部内
に金属膜を残置させ、下層配線を形成する方法である。
しかし、下層配線と接続プラグの材質が同じであり、両
者の材料を変えて材料の選択の幅を広げることができな
い。また接続プラグをエッチングする際に下層配線をオ
ーバーエッチングされることがある。さらに接続プラグ
と上層配線とを接続する場合に合わせずれが生ずる恐れ
がある。
[0004] When forming a lower wiring, a method of forming a conductive columnar structure (pillar) and a lower wiring at the same time is known. This is a method in which a metal film is deposited on an insulating film on a semiconductor substrate, a connection plug is formed by an etching method such as photolithography and RIE, and the metal film is left in a recess to form a lower wiring.
However, since the material of the lower wiring and the connection plug are the same, it is not possible to widen the range of material selection by changing both materials. When the connection plug is etched, the lower wiring may be over-etched. Further, there is a possibility that misalignment may occur when the connection plug and the upper wiring are connected.

【0005】最近はデバイスに高速性が要求されるよう
になってきた。そのため配線材料もより抵抗の低いもの
が求められている。この様な要求に対して銅(Cu)が
それに応えるものとして注目されるようになり、多用さ
れるようになっている。銅の抵抗率は、1.8μΩcm
であり、配線材料の中では、格段に抵抗が低い。この他
に良く使われている抵抗材料としては、タングステン
(W)が10〜20μΩcmであり、アルミニウム(A
l)が3〜4μΩcmである。したがって、例えば、詳
細は後述する図4における下層配線12、接続プラグ
(導体ピラー)14及び上層配線18は、いずれもAl
Cu合金を用いているが、下層配線12及び上層配線1
8にCuを用い、接続プラグ14にはAlを用いて配線
抵抗を小さくすることが考えられる。
Recently, high-speed devices have been required. Therefore, a wiring material having a lower resistance is required. Copper (Cu) has been attracting attention to meet such demands and has been widely used. The resistivity of copper is 1.8μΩcm
And, among the wiring materials, the resistance is remarkably low. Other commonly used resistance materials include tungsten (W) having a thickness of 10 to 20 μΩcm and aluminum (A).
l) is 3 to 4 μΩcm. Accordingly, for example, the lower wiring 12, the connection plug (conductor pillar) 14, and the upper wiring 18 in FIG.
Although the Cu alloy is used, the lower wiring 12 and the upper wiring 1
It is conceivable to reduce the wiring resistance by using Cu for 8 and Al for the connection plug 14.

【0006】しかし、Cuをそのまま用いては不都合な
ことが起こる場合がある。まず、Cuは、絶縁膜に被覆
されていると絶縁膜中を原子の状態で拡散する性質があ
る。とくにデバイスの使用時やその製造中の熱処理工程
で加熱されると、Cuの移動は活発になり、配線が破壊
されて段線や短絡事故を起こし易くなる。また、Cuを
露出しておくと表面が酸化され、その低抵抗性が損なわ
れる。
However, inconvenient cases may occur when Cu is used as it is. First, Cu, when covered with an insulating film, has a property of diffusing in the insulating film in an atomic state. In particular, when the device is heated during use or during a heat treatment step during its manufacture, the movement of Cu becomes active, and the wiring is destroyed, which easily causes line breaks and short circuit accidents. Further, if Cu is exposed, the surface is oxidized, and its low resistance is impaired.

【0007】また、上記のピラー技術において、柱状構
造物(ピラー)が下層配線と上層配線との接続部位にし
か形成されないので、柱状構造物が形成される領域の割
合は全体の数%程度以下と非常に小さなものとなる。し
たがって、例えばドライエッチングの際に柱状構造物が
過剰にエッチングされ、柱状構造物の加工が困難にな
る。また、柱状構造物の加工後に形成される層間絶縁膜
の平坦性が悪化する。
Further, in the above pillar technology, the columnar structure (pillar) is formed only at the connecting portion between the lower wiring and the upper wiring, so that the ratio of the region where the columnar structure is formed is about several percent or less of the whole. And will be very small. Therefore, for example, the columnar structure is excessively etched during dry etching, and it becomes difficult to process the columnar structure. In addition, the flatness of the interlayer insulating film formed after the processing of the columnar structure is deteriorated.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】このように、下層配線
と上層配線との接続工程にピラー技術を用いる場合、柱
状構造物が形成される領域の割合が非常に小さいため、
柱状構造物の加工制御性が悪い、層間絶縁膜の平坦性が
悪いといった課題がある。
As described above, when the pillar technology is used in the step of connecting the lower wiring and the upper wiring, the ratio of the region where the columnar structure is formed is very small.
There are problems such as poor processing controllability of the columnar structure and poor flatness of the interlayer insulating film.

【0009】本発明の目的は、以下の通りである。The objects of the present invention are as follows.

【0010】(1) 層間絶縁膜を堆積させる前に上層
配線・下層配線間のコンタクト構造を配置する空間を確
保することができ、接続孔下の配線表面におけるRIE
時のダメージや不純物の介在を防止でき、且つ接続孔に
合せずれが生じても下層配線のコンタクトとの信頼性を
確保できる多層配線構造を有する半導体装置の製造方法
を提供すること。
(1) Before depositing an interlayer insulating film, a space for arranging a contact structure between an upper wiring and a lower wiring can be secured, and RIE on the wiring surface below the connection hole can be secured.
Provided is a method of manufacturing a semiconductor device having a multi-layered wiring structure that can prevent damage at the time and the interposition of impurities, and can ensure the reliability of a lower wiring contact even if misalignment occurs in a connection hole.

【0011】(2) 大幅な工程増大もなく配線材料の
絶縁膜中への拡散を抑制するため(もしくは配線材料の
酸化を抑止するため)の保護膜を堆積させることができ
る配線間を接続する多層配線構造を有する半導体装置の
製造方法及びこの製造方法により製造された半導体装置
を提供すること。
(2) Connecting between wirings on which a protective film for suppressing the diffusion of the wiring material into the insulating film (or for suppressing the oxidation of the wiring material) can be deposited without a significant increase in the number of steps. A method of manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure and a semiconductor device manufactured by the method.

【0012】(3) 下層配線と上層配線との接続工程
にピラー技術を用いる場合に、柱状構造物(ピラー)の
加工制御性や層間絶縁膜の平坦性を向上させることが可
能な製造方法を提供すること。
(3) When the pillar technology is used in the step of connecting the lower wiring and the upper wiring, a manufacturing method capable of improving the processing controllability of the columnar structure (pillar) and the flatness of the interlayer insulating film. To provide.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために次のような手段を講じた。
According to the present invention, the following means have been taken in order to solve the above-mentioned problems.

【0014】本発明の第1の局面では、半導体装置又は
半導体装置の製造方法において、柱状構造物(ピラー)
により下層配線(第1の埋め込み配線)と上層配線(第
2の配線)とを接続し、ピラーの上部にハードマスクを
形成して、このハードマスクを残してプロセスを進め、
上層配線と接続する直前にハードマスクを除去してい
る。ここにおいて、前記柱状構造物を形成した後に、少
なくとも前記柱状構造物によって覆われていない前記下
層配線の表面に保護膜を形成することが好ましい。な
お、この第1の局面において、ハードマスクに替えて保
護膜のみを用いても良い。また、ピラーは上層配線を接
続するための凹部内に突出した構造であっても良いし、
ピラーの上部が凹部の底面より低くても構わない。
According to a first aspect of the present invention, in a semiconductor device or a method of manufacturing a semiconductor device, a columnar structure (pillar) is provided.
Connects the lower layer wiring (first embedded wiring) and the upper layer wiring (second wiring), forms a hard mask on the upper part of the pillar, and proceeds with the process while leaving the hard mask.
The hard mask is removed just before connecting to the upper wiring. Here, it is preferable that after forming the columnar structure, a protective film is formed on at least a surface of the lower wiring that is not covered by the columnar structure. In the first aspect, only the protective film may be used instead of the hard mask. Further, the pillar may have a structure protruding into a concave portion for connecting an upper layer wiring,
The top of the pillar may be lower than the bottom of the recess.

【0015】前記ハードマスクは、シリコン酸化物、シ
リコン窒化物、又はタングステンであっても良い。
[0015] The hard mask may be silicon oxide, silicon nitride, or tungsten.

【0016】本発明の第1局面は、次のような特徴を備
えている。まず第1の層間絶縁膜にCuからなる第1の
埋め込み配線(下層配線)を形成した後、例えば、Al
/W/WNもしくはCuなどからなる接続プラグが形成
される導電層を形成する。次に、この導電層をリソグラ
フィー技術及びRIE法によって接続プラグに加工す
る。すなわち本発明の第1局面では、接続プラグを形成
する導電層上に接続プラグ形成用のシリコン窒化膜やシ
リコン酸化膜などのハードマスク材をエッチングマスク
として堆積している。接続プラグを形成した後に、必要
に応じてシリコン窒化膜(Si34 )などのCuなど
の拡散を抑制する効果や表面の酸化を抑止する効果のあ
る保護膜を接続プラグ及び第1の層間絶縁膜上にCVD
法、反応性スパッタリング法などで所望の膜厚だけ堆積
する。その後第2の層間絶縁膜を堆積し、上層配線を第
2の層間絶縁膜に埋め込んで下層配線及び上層配線を接
続プラグで接続する。
The first aspect of the present invention has the following features. First, after forming a first embedded wiring (lower wiring) made of Cu in the first interlayer insulating film, for example, Al
A conductive layer is formed on which a connection plug made of / W / WN or Cu is formed. Next, the conductive layer is processed into a connection plug by lithography and RIE. That is, in the first aspect of the present invention, a hard mask material such as a silicon nitride film or a silicon oxide film for forming a connection plug is deposited as an etching mask on a conductive layer for forming a connection plug. After forming the connection plug, if necessary, a protective film having an effect of suppressing diffusion of Cu or the like such as a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) or an effect of suppressing surface oxidation is formed on the connection plug and the first interlayer. CVD on insulating film
A desired film thickness is deposited by a sputtering method or a reactive sputtering method. Thereafter, a second interlayer insulating film is deposited, the upper wiring is embedded in the second interlayer insulating film, and the lower wiring and the upper wiring are connected by a connection plug.

【0017】更に、第1の埋め込み配線(下層配線)上
の接続プラグが存在しない領域にはCu拡散防止効果や
酸化抑止効果のある保護膜が堆積されており、従来のよ
うに第1の埋め込み配線(下層配線)と層間絶縁膜は接
していないので、複雑な工程を要することなく良好な特
性が得られる。このハードマスクは第2の配線溝の加工
時に深さ方向のバラツキ裕度を大きくする働きもある。
Further, a protective film having a Cu diffusion preventing effect and an oxidation suppressing effect is deposited in a region where no connection plug is present on the first buried wiring (lower layer wiring). Since the wiring (lower wiring) is not in contact with the interlayer insulating film, good characteristics can be obtained without requiring complicated steps. This hard mask also has a function of increasing the variation tolerance in the depth direction when the second wiring groove is processed.

【0018】従って、本発明により、深さ方向のばらつ
き裕度を大きくし、上層配線のバリアメタルのカバレッ
ジ不良を防止する。更に、下層配線のCu拡散を防止す
ることができる。
Therefore, according to the present invention, the tolerance for variation in the depth direction is increased, and poor coverage of the barrier metal of the upper layer wiring is prevented. Further, it is possible to prevent Cu diffusion in the lower wiring.

【0019】また、ハードマスクを残してプロセスを進
めることによって、配線と電気的接触を取るためのピラ
ー上面がプロセスの過程で酸化したり、汚染を受けた
り、化学反応を受けたりすることを防止できる。
Further, by proceeding the process while leaving the hard mask, the upper surface of the pillar for making electrical contact with the wiring is prevented from being oxidized, contaminated, or subjected to a chemical reaction during the process. it can.

【0020】本発明の第2局面では、半導体装置は下層
配線が埋め込まれた凹部を有する第1の絶縁層が形成さ
れた半導体基板と、前記下層配線上に形成されたバリア
メタル機能を含む成分を有する導電層と、前記導電層と
接続され前記半導体基板上に形成された導電性の柱状構
造物と、前記柱状構造物を取り囲むように前記半導体基
板上に形成された第2の絶縁層とを備え、前記第2の絶
縁層は、前記柱状構造物の上部が露出するように形成さ
れた凹部を有している。そして、前記凹部内には前記柱
状構造物と電気的に接続された上層配線が形成されてい
る。
According to a second aspect of the present invention, a semiconductor device includes a semiconductor substrate on which a first insulating layer having a recess embedded with a lower wiring is formed, and a component having a barrier metal function formed on the lower wiring. And a conductive columnar structure connected to the conductive layer and formed on the semiconductor substrate, and a second insulating layer formed on the semiconductor substrate so as to surround the columnar structure. And the second insulating layer has a concave portion formed so that an upper portion of the columnar structure is exposed. An upper wiring electrically connected to the columnar structure is formed in the recess.

【0021】第2の局面の好ましい実施態様は以下の通
りである。
A preferred embodiment of the second aspect is as follows.

【0022】(1) 前記導電層は少なくとも2つの層
を有する。又は、前記導電層はWNを含み、好ましくは
前記導電層は更にWを含む。第1の埋め込み配線(下層
配線)上の接続プラグは、例えば、主材料となるAlと
Alを柱状構造物へRIE加工する際に第1の埋め込み
配線へのオーバーエッチングを防止することを目的とし
た導電層とからなる。更に、第1の埋め込み配線と、接
続プラグの主材料が異なる場合には、例えば、第1の埋
め込み配線がCuであり、接続プラグの主材料がAlの
場合には、プロセス中の熱処理により、CuとAlが反
応することを防止するために、前記導電層にバリア性を
持たせる。例えば、この要件を満たす導電層としては、
WNが考えられるが、WNは比抵抗が高く、ストッパー
機能と両立させるために、必要な膜厚を形成した場合、
接続プラグの全体の抵抗を上昇させてしまう。従って、
好ましくは、ストッパー機能のみを有し、比抵抗が小さ
いWを積層する。これにより、WとWN積層膜として、
ストッパー機能とバリア機能を両立させながら、かつ、
低抵抗の接続プラグを形成できる。すなわち、前記導電
層は少なくとも第1及び第2の層を有し、前記導電層の
第1の層は前記柱状構造物を加工する際のエッチングス
トッパー及びバリア層として機能し、前記導電層の第2
の層は前記導電層の第1の層よりも低抵抗であり、前記
柱状構造物を加工する際のエッチングストッパーとして
機能することにより、上記の効果が得られる。
(1) The conductive layer has at least two layers. Alternatively, the conductive layer includes WN, and preferably, the conductive layer further includes W. The connection plug on the first buried interconnect (lower interconnect) is intended to prevent overetching of the first buried interconnect when RIE processing Al and Al as main materials into a columnar structure, for example. And a conductive layer. Furthermore, when the first embedded wiring and the main material of the connection plug are different, for example, when the first embedded wiring is Cu and the main material of the connection plug is Al, the heat treatment during the process causes In order to prevent Cu and Al from reacting, the conductive layer has a barrier property. For example, as a conductive layer satisfying this requirement,
WN is conceivable, but WN has a high specific resistance, and when a necessary film thickness is formed to be compatible with the stopper function,
This increases the overall resistance of the connection plug. Therefore,
Preferably, W having only a stopper function and having a small specific resistance is laminated. Thereby, as a W and WN laminated film,
While balancing the stopper function and the barrier function, and
A low-resistance connection plug can be formed. That is, the conductive layer has at least first and second layers, the first layer of the conductive layer functions as an etching stopper and a barrier layer when processing the columnar structure, and the first layer of the conductive layer 2
This layer has a lower resistance than the first layer of the conductive layer, and functions as an etching stopper when processing the columnar structure, whereby the above-described effect is obtained.

【0023】(2) 前記下層配線と前記第1の絶縁層
の表面はほぼ同一平面であり、前記導電層は、少なくと
も前記下層配線の一部に接続されるように形成され、前
記半導体装置は、更に、少なくとも前記柱状構造物によ
って覆われていない前記下層配線の表面を覆い、前記柱
状構造物の上部に堆積するように形成された保護膜を具
備する。第2の配線溝底面とピラー上面の深さ方向の位
置合わせ裕度として、保護膜を利用できるので、その裕
度が大きくなる。
(2) The surface of the lower wiring and the surface of the first insulating layer are substantially flush with each other, and the conductive layer is formed so as to be connected to at least a part of the lower wiring. And a protective film formed so as to cover at least a surface of the lower wiring not covered by the columnar structure and to be deposited on an upper portion of the columnar structure. Since the protective film can be used as the alignment margin in the depth direction between the bottom surface of the second wiring groove and the upper surface of the pillar, the margin is increased.

【0024】(3) 前記導電層は、前記下層配線の表
面をすべて覆うように前記凹部内に形成されている。
(2)では、Cu拡散防止のために、保護膜で下層配線
を覆っていたが、ここでは、誘電率の高い保護膜(例え
ば、SiN)で配線上面を覆う必要がなくなるので、配
線間容量を低減する効果がある。
(3) The conductive layer is formed in the recess so as to cover the entire surface of the lower wiring.
In (2), the lower wiring is covered with a protective film in order to prevent Cu diffusion. However, in this case, it is not necessary to cover the upper surface of the wiring with a protective film having a high dielectric constant (for example, SiN). Has the effect of reducing

【0025】(4) 前記導電層は、前記第1の絶縁膜
に対し選択的にエッチング可能な材料を含む。ここにお
いて、前記柱状構造物の水平断面は、前記導電層の水平
断面よりも狭い。前記柱状構造物又は導電層は末広がり
の形状を有する。前記柱状構造物の側壁、前記下層配線
及び前記第1の絶縁層を覆うように形成された保護膜が
更に提供される。
(4) The conductive layer contains a material that can be selectively etched with respect to the first insulating film. Here, a horizontal cross section of the columnar structure is narrower than a horizontal cross section of the conductive layer. The columnar structure or the conductive layer has a divergent shape. There is further provided a protective film formed to cover a side wall of the columnar structure, the lower wiring, and the first insulating layer.

【0026】(5) 前記柱状構造物は、銅もしくはそ
の合金を含む。
(5) The columnar structure contains copper or an alloy thereof.

【0027】(6) 前記導電層は、前記下層配線をC
MPにより形成するときのCMPストッパーとして用い
られる。
(6) The conductive layer is formed by connecting the lower wiring to C
It is used as a CMP stopper when forming by MP.

【0028】本発明の第2局面により、第1の埋め込み
配線(下層配線)上の接続プラグが存在しない領域には
Cu拡散防止効果や酸化抑止効果のある保護膜が堆積さ
れており、従来のように第1の埋め込み配線(下層配
線)と層間絶縁膜は接していないので、複雑な工程を要
することなく良好な特性が得られる。さらに接続プラグ
上に堆積されたシリコン窒化膜からなる保護膜は、ハー
ドマスクと共に第2の配線溝の加工時に深さ方向のバラ
ツキ裕度を大きくする働きもある。
According to the second aspect of the present invention, a protective film having a Cu diffusion preventing effect and an oxidation suppressing effect is deposited in a region where no connection plug exists on the first embedded wiring (lower wiring). As described above, since the first embedded wiring (lower wiring) is not in contact with the interlayer insulating film, good characteristics can be obtained without requiring a complicated process. Further, the protective film made of the silicon nitride film deposited on the connection plug also has a function of increasing the variation tolerance in the depth direction when the second wiring groove is processed together with the hard mask.

【0029】また上層配線の底の位置が接続プラグの最
上面より低くなってしまった場合に生じる接続プラグと
第2の配線溝の側面でつくる狭い空間の発生リスクに対
する裕度があるので、この部分での上層配線のバリアメ
タルのカバレッジ不良などを防止する。
In addition, there is a margin for the risk of generating a narrow space formed by the side surface of the connection plug and the second wiring groove when the bottom position of the upper wiring is lower than the uppermost surface of the connection plug. Prevention of poor coverage of the barrier metal of the upper layer wiring at the part.

【0030】また接続プラグが下層配線とボーダレス
(合わせ余裕のない)で形成される場合、接続プラグの
底部の一部は下層配線からはずれてしまう。そこでこの
部位の保護膜形成を確実に実現するために第1の層間絶
縁膜上に柱状構造物よりも広い水平断面を有する導電層
を形成することにより接続プラグの下部にオーバーハン
グを作為的に設けて接続プラグを確実に被覆保護するこ
とのできる信頼性の高い保護膜を形成する。
When the connection plug is formed borderless with the lower layer wiring (there is no room for alignment), a part of the bottom of the connection plug is separated from the lower layer wiring. Therefore, in order to surely realize the formation of the protective film at this portion, a conductive layer having a horizontal cross section wider than the columnar structure is formed on the first interlayer insulating film, so that an overhang is intentionally formed below the connection plug. A highly reliable protective film that can be provided to reliably cover and protect the connection plug is formed.

【0031】本発明により、ピラー状の接続プラグを用
いて相互接続した多層配線構造において、ピラー全体を
被覆する保護膜の形成が可能となる。このことから接続
プラグとして選択できる金属材料の可能性が広がり、例
えば、銅のようなきわめて抵抗率の低い材料を選択でき
るようになる。
According to the present invention, it is possible to form a protective film covering the entire pillar in a multilayer wiring structure interconnected by using pillar-shaped connection plugs. This expands the possibilities of metal materials that can be selected as connection plugs, and allows selection of a material with extremely low resistivity, such as copper, for example.

【0032】本発明の第3局面では、半導体装置は、下
層配線と上層配線とを電気的に接続する接続領域に形成
された複数の柱状構造物と、前記接続領域以外の所定の
領域に形成された複数のダミー柱状構造物と、前記複数
の柱状構造物を覆うように形成された層間絶縁膜とを備
え前記所定の領域に形成される前記ダミー柱状構造物の
配置位置のデータは、前記下層配線の配置位置の配置情
報及び前記上層配線の配置位置の配置情報に基づき両情
報に対応したデータの論理和否定処理によって得られ
る。ここにおいて、前記接続領域及び前記所定の領域に
形成される柱状構造物を導電体によって形成する。
In a third aspect of the present invention, a semiconductor device comprises a plurality of columnar structures formed in a connection region for electrically connecting a lower wiring and an upper wiring, and a plurality of columnar structures formed in a predetermined region other than the connection region. A plurality of dummy columnar structures, and an interlayer insulating film formed so as to cover the plurality of columnar structures, the data of the arrangement position of the dummy columnar structures formed in the predetermined region, Based on the arrangement information of the arrangement positions of the lower-layer wirings and the arrangement information of the arrangement positions of the upper-layer wirings, it is obtained by performing a logical OR negation of data corresponding to both information. Here, the columnar structure formed in the connection region and the predetermined region is formed of a conductor.

【0033】また、本発明の第3局面に係る他の半導体
装置は、下層配線と上層配線とを電気的に接続する接続
領域に形成された複数の柱状構造物と、前記接続領域以
外の所定の領域に形成された複数のダミー柱状構造物
と、前記複数の柱状構造物を覆うように形成された層間
絶縁膜とを備え前記所定の領域に形成される柱状構造物
の配置位置のデータは、前記接続領域の配置位置の配置
情報に基づき該情報に対応したデータの論理否定処理に
よって得られる。
In another semiconductor device according to a third aspect of the present invention, a plurality of columnar structures formed in a connection region for electrically connecting a lower wiring and an upper wiring, and a predetermined structure other than the connection region are provided. A plurality of dummy columnar structures formed in the region, and an interlayer insulating film formed so as to cover the plurality of columnar structures, the data of the arrangement position of the columnar structure formed in the predetermined region is , Based on the arrangement information of the arrangement position of the connection area, by logically negating data corresponding to the information.

【0034】本発明の第3局面の好ましい実施態様は以
下の通りである。
A preferred embodiment of the third aspect of the present invention is as follows.

【0035】(1) 前記接続領域に形成される柱状構
造物は前記層間絶縁膜を形成する後に除去される。
(1) The columnar structure formed in the connection region is removed after forming the interlayer insulating film.

【0036】(2) 前記接続領域及び前記所定の領域
に形成される前記ダミー柱状構造物を絶縁体によって形
成する。
(2) The dummy columnar structure formed in the connection region and the predetermined region is formed of an insulator.

【0037】(3) 前記所定の領域に形成される前記
ダミー柱状構造物を予め決められた特定領域を除いた領
域に形成する。
(3) The dummy columnar structure formed in the predetermined area is formed in an area excluding a predetermined specific area.

【0038】発明の第3局面によれば、下層配線と上層
配線とを電気的に接続する接続領域以外の領域にも柱状
構造物(ピラー)が形成される。したがって、局所的に
も全体的にも柱状構造物が形成される領域の割合を大幅
に増大させることができ、従来困難であった柱状構造物
の加工制御性を向上させることができるとともに、層間
絶縁膜の平坦性を向上させることが可能となる。
According to the third aspect of the present invention, a columnar structure (pillar) is formed in a region other than the connection region for electrically connecting the lower wiring and the upper wiring. Therefore, the ratio of the region where the columnar structure is formed locally and entirely can be greatly increased, and the process controllability of the columnar structure, which has been difficult in the past, can be improved. The flatness of the insulating film can be improved.

【0039】前記接続領域以外の所定の領域に形成され
る柱状構造物(ダミーの柱状構造物)の配置位置は、以
下に示すような演算処理によって決めることができる。
An arrangement position of a columnar structure (dummy columnar structure) formed in a predetermined area other than the connection area can be determined by the following arithmetic processing.

【0040】第1の演算処理方法は、下層配線の配置位
置の配置情報及び上層配線の配置位置の配置情報に基づ
き両情報に対応したデータの論理和否定処理(NOR処
理)を行うものである。このような演算処理によって得
られたデータと接続領域に対応するデータとの論理和処
理(OR)を行い、この論理和処理によって得られたデ
ータに基づいて柱状構造物を形成するためのマスクを作
製することになる。なお、例えば論理和否定処理によっ
て得られたデータに対応する領域を互いに離間した複数
の島状領域に分割する処理を行うことにより、ダミーの
柱状構造物に対応したマスクパターンデータを発生させ
ることができる。
The first arithmetic processing method performs a logical OR operation (NOR processing) on data corresponding to both information based on the layout information of the layout position of the lower layer wiring and the layout information of the layout position of the upper layer wiring. . A logical sum process (OR) is performed between the data obtained by such an arithmetic process and the data corresponding to the connection area, and a mask for forming a columnar structure is formed based on the data obtained by the logical sum process. It will be manufactured. For example, mask pattern data corresponding to a dummy columnar structure can be generated by performing a process of dividing a region corresponding to data obtained by a logical sum negation process into a plurality of island-shaped regions separated from each other. it can.

【0041】このようにして作製したマスクを用いてパ
ターン転写を行うことにより、下層配線と上層配線との
接続領域の他に、下層配線及び上層配線のいずれもが配
置されない領域にも柱状構造物が形成されることにな
り、局所的にも全体的にも柱状構造物が形成される領域
の割合を増大させることができる。
By performing pattern transfer using the mask manufactured in this manner, the columnar structure is formed not only in the connection region between the lower wiring and the upper wiring but also in a region where neither the lower wiring nor the upper wiring is arranged. Is formed, and the ratio of the region where the columnar structure is formed locally and entirely can be increased.

【0042】なお、前記第1の演算処理方法により作製
したマスクを用いて柱状構造物を形成した場合には、下
層配線や上層配線が配置される領域には柱状構造物は形
成されないため、層間絶縁膜を形成した後に柱状構造物
を除去せずに残置しておくことも可能である。したがっ
て、接続領域及び接続領域以外の所定の領域に形成され
る柱状構造物を導電体によって形成し、接続領域に形成
された柱状構造物を下層配線と上層配線との接続部材と
して用いることが可能である。
When the columnar structure is formed using the mask prepared by the first arithmetic processing method, the columnar structure is not formed in the region where the lower wiring and the upper wiring are arranged. It is also possible to leave the columnar structure without removing it after forming the insulating film. Therefore, the columnar structure formed in the connection region and a predetermined region other than the connection region can be formed of a conductor, and the columnar structure formed in the connection region can be used as a connection member between the lower wiring and the upper wiring. It is.

【0043】第2の演算処理方法は、下層配線と上層配
線との接続領域の配置位置の配置情報に基づき該情報に
対応したデータの論理否定処理(NOT処理)を行うも
のである。このような演算処理によって得られたデータ
と接続領域に対応するデータとの論理和処理(OR)を
行い、この論理和処理によって得られたデータに基づい
て柱状構造物を形成するためのマスクを作製することに
なる。なお、例えば論理否定処理によって得られたデー
タに対応する領域を互いに離間した複数の島状領域に分
割する処理を行うことにより、ダミーの柱状構造物に対
応したマスクパターンデータを発生させることができ
る。
In the second arithmetic processing method, based on the arrangement information of the arrangement position of the connection region between the lower layer wiring and the upper layer wiring, logical NOT processing (NOT processing) of data corresponding to the information is performed. A logical sum process (OR) is performed between the data obtained by such an arithmetic process and the data corresponding to the connection area, and a mask for forming a columnar structure is formed based on the data obtained by the logical sum process. It will be manufactured. For example, mask pattern data corresponding to a dummy columnar structure can be generated by performing a process of dividing a region corresponding to data obtained by a logical negation process into a plurality of island regions separated from each other. .

【0044】このようにして作製したマスクを用いてパ
ターン転写を行うことにより、下層配線と上層配線との
接続領域以外のすべての領域に柱状構造物を形成するこ
とが可能となる。すなわち、第1の演算処理方法とは異
なり、下層配線や上層配線が配置される領域にも柱状構
造物を形成することが可能となる。したがって、第1の
演算処理方法よりもさらに柱状構造物が形成される領域
の割合を増大させることができる。
By performing pattern transfer using the mask manufactured in this manner, it becomes possible to form columnar structures in all regions other than the connection region between the lower wiring and the upper wiring. That is, unlike the first arithmetic processing method, the columnar structure can be formed also in the region where the lower layer wiring and the upper layer wiring are arranged. Therefore, the ratio of the region where the columnar structure is formed can be further increased as compared with the first arithmetic processing method.

【0045】なお、前記製造方法、例えば第1の演算処
理方法或いは第2の演算処理方法によって接続領域以外
の所定の領域に柱状構造物を形成する場合、この所定の
領域において柱状構造物は予め決められた特定領域(特
定回路領域)を除いた領域にのみ形成するようにしても
よい。
In the case where a columnar structure is formed in a predetermined area other than the connection area by the above-mentioned manufacturing method, for example, the first arithmetic processing method or the second arithmetic processing method, the columnar structure is previously formed in the predetermined area. It may be formed only in the region excluding the determined specific region (specific circuit region).

【0046】すなわち、演算処理によって柱状構造物の
配置位置を決める際に、予め決められた特定領域に対し
ては柱状構造物のダミーパターンを発生させないように
するものである。具体的には、ダミーの柱状構造物を形
成することが回路性能やチップ特性からみて好ましくな
い特定領域に対しては、ダミーパターン発生させないよ
うにする。
That is, when the arrangement position of the columnar structure is determined by the arithmetic processing, a dummy pattern of the columnar structure is not generated in a predetermined specific region. Specifically, a dummy pattern is prevented from being generated in a specific region where formation of a dummy columnar structure is not preferable in terms of circuit performance and chip characteristics.

【0047】なお、ダミーパターンを発生させない特定
領域としては、例えば以下の領域があげられる。まず、
層間絶縁膜によって生じる寄生容量によって影響を受け
る回路が配置される領域をあげることができる。また、
予備回路部や冗長回路部並びに回路部に配置されたヒュ
ーズ部が形成される領域もあげられる。さらに、外部接
続用端子部(PAD部)が形成される領域、その他ダイ
シングライン部が設けられる領域も特定領域としてあげ
ることができる。
The specific area where the dummy pattern is not generated is, for example, the following area. First,
A region where a circuit affected by the parasitic capacitance generated by the interlayer insulating film is arranged can be given. Also,
There is also an area where a spare circuit section, a redundant circuit section, and a fuse section arranged in the circuit section are formed. Further, a region where an external connection terminal portion (PAD portion) is formed and a region where a dicing line portion is provided can also be given as specific regions.

【0048】上記のように、本発明によれば、下層配線
と上層配線とを電気的に接続する接続領域以外の領域に
も柱状構造物が形成される。したがって、局所的にも全
体的にも柱状構造物が形成される領域の割合を大幅に増
大させることができ、従来困難であった柱状構造物の加
工制御性を向上させることができるとともに、層間絶縁
膜の平坦性を向上させることが可能となる。
As described above, according to the present invention, the columnar structure is also formed in a region other than the connection region for electrically connecting the lower wiring and the upper wiring. Therefore, the ratio of the region where the columnar structure is formed locally and entirely can be greatly increased, and the process controllability of the columnar structure, which has been difficult in the past, can be improved. The flatness of the insulating film can be improved.

【0049】[0049]

【発明の実施の形態】図面を参照して本発明の実施の形
態を説明する。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0050】以下、図面を参照して発明の実施形態を説
明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0051】本発明の第1の実施形態を図1から図4を
参照して説明する。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0052】第1の実施形態にかかる半導体装置の製造
方法は、半導体装置の製造時に絶縁膜に溝状あるいは穴
状の凹部を加工し、そこに金属などの導電材料を堆積さ
せることにより埋め込み配線を形成する工程(以下、ダ
マシン(Damascene)工程という)に適用され
る。そこで、上層配線及び下層配線をつなぐ接続配線
(以下、「接続プラグ」という)を形成する際に接続プ
ラグとなる部分に任意の材料で柱状の仮接続プラグ(柱
状構造物:ピラー(Pillar))を形成する。その
後に層間絶縁膜を堆積させる。仮接続プラグ材に導体を
用いる場合はそのまま接続配線として残す。上層配線用
配線溝加工及び配線材料の埋め込みを行う工程あるいは
柱状構造物を接続配線材料と置換する場合はその置換工
程を上層配線の溝加工を行う前あるいは加工後に行い、
その後あるいは同時に上層配線の配線材料の埋め込みを
行う。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, a groove-shaped or hole-shaped concave portion is formed in an insulating film at the time of manufacturing a semiconductor device, and a conductive material such as a metal is deposited thereon to form an embedded wiring. (Hereinafter, referred to as a damascene process). Therefore, when forming a connection wiring (hereinafter, referred to as a “connection plug”) that connects the upper layer wiring and the lower layer wiring, a columnar temporary connection plug (pillar structure: Pillar) is formed in a portion to be the connection plug with an arbitrary material. To form After that, an interlayer insulating film is deposited. When a conductor is used for the temporary connection plug material, it is left as connection wiring as it is. In the case of replacing the columnar structure with the connection wiring material, or performing the step of performing wiring groove processing for the upper layer wiring and embedding the wiring material, or performing the replacement step before or after processing the groove processing of the upper layer wiring,
Thereafter or at the same time, the wiring material of the upper layer wiring is embedded.

【0053】この方法を用いることにより層間絶縁膜を
堆積させる前に上層配線・下層配線間のコンタクトを配
置する空間を確保することが可能となる。また、従来の
接続孔開口工程で問題となっていた接続孔下の配線表面
におけるRIE時のダメージや不純物の介在を防止でき
るため低抵抗の接続プラグを形成することが可能とな
る。また、接続孔に合せずれが生じても下層配線とコン
タクトの信頼性を確保することができる。同様の理由で
従来接続孔の径は下層配線以下である必要があったが、
ピラー工程を用いることにより、このような制約がなく
なり、加工裕度を大きくすることができる。ここで、
「裕度」とは、配線と接続プラグとの横方向の位置合わ
せ裕度(許容度)をいう。
By using this method, it is possible to secure a space for arranging the contact between the upper wiring and the lower wiring before depositing the interlayer insulating film. In addition, it is possible to form a low-resistance connection plug because damage to the surface of the wiring below the connection hole at the time of RIE and the inclusion of impurities can be prevented, which have been problems in the conventional connection hole opening step. Further, even if the connection hole is misaligned, the reliability of the lower wiring and the contact can be ensured. For the same reason, conventionally the diameter of the connection hole had to be smaller than the lower wiring,
By using the pillar process, such restrictions are eliminated, and the processing margin can be increased. here,
The “margin” refers to a margin (tolerance) of the horizontal alignment between the wiring and the connection plug.

【0054】以下、図面を参照して本実施形態を説明す
る。この例では導体ピラーを用いて接続プラグを形成
し、この接続プラグに接続される上層配線を形成する方
法について述べる。図1から図4は、本実施形態の半導
体装置の製造工程断面図及び平面図である。図1(a)
及び図4(a)には、半導体基板10を示しているがそ
の他の図では省略している。半導体基板10には、例え
ば、シリコン半導体が用いられる。
Hereinafter, this embodiment will be described with reference to the drawings. In this example, a method of forming a connection plug using a conductor pillar and forming an upper wiring connected to the connection plug will be described. 1 to 4 are a cross-sectional view and a plan view of a manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment. FIG. 1 (a)
FIG. 4A shows the semiconductor substrate 10, but is omitted in other drawings. For example, a silicon semiconductor is used for the semiconductor substrate 10.

【0055】半導体基板10上にCVD(Chemic
al Vapour Deposition)法などに
より形成したシリコン酸化膜などからなる第1の絶縁膜
11を形成する。第1の絶縁膜11を平坦化し、その表
面に下層配線の配線パターンと同じ形状の第1の配線溝
を形成する。この第1の配線溝に、例えば、AlCu合
金からなる金属を埋め込んで第1の配線である下層配線
12を形成する(図1)。ここで、下層配線12の材料
としては、配線材料として一般的に用いられているアル
ミニウム合金(AlSiCu)、Cu、W等を用いても
良い。次に、第1の絶縁膜11及び下層配線12上にA
lCu金属層をスパッタリング法等で形成する。その
後、このAlCu金属層をRIE法などによりエッチン
グを行って柱状構造物(以下、ピラーという)14のパ
ターンを形成する。ここではピラー材料としてAlCu
を用いたが、金属層は、微細金属配線として使用可能な
低い比抵抗を有する材料が良く、例えば、Al、AlS
iCu、Cu等を用いることができる。
On the semiconductor substrate 10, a CVD (Chemic)
A first insulating film 11 made of a silicon oxide film or the like formed by an Al Vapor Deposition method or the like is formed. The first insulating film 11 is flattened, and a first wiring groove having the same shape as the wiring pattern of the lower wiring is formed on the surface thereof. The lower wiring 12 as the first wiring is formed by burying a metal made of, for example, an AlCu alloy in the first wiring groove (FIG. 1). Here, as a material of the lower wiring 12, an aluminum alloy (AlSiCu), Cu, W, or the like generally used as a wiring material may be used. Next, A is formed on the first insulating film 11 and the lower wiring 12.
An lCu metal layer is formed by a sputtering method or the like. Thereafter, the AlCu metal layer is etched by RIE or the like to form a pattern of columnar structures (hereinafter, referred to as pillars) 14. Here, AlCu is used as the pillar material.
However, the metal layer is preferably made of a material having a low specific resistance that can be used as a fine metal wiring, for example, Al, AlS
iCu, Cu, or the like can be used.

【0056】次に、前記金属層からなる導体ピラー14
のパターンを埋めるようにシリコン酸化膜等からなる第
2の絶縁膜15をCVD法やスピンコート法等で形成す
る。埋め込む絶縁膜の平坦性を向上させる目的や埋め込
み時の段差被覆性を向上させる目的のために、第2の絶
縁膜15を形成するステップを数回に分け、その間に熱
処理などを施して絶縁膜の改質を行う工程を入れても良
い。また第2の絶縁膜15として数種類の異なる絶縁膜
の積層構造を用いても良い。さらに、形成された第2の
絶縁膜15の表面の凹凸を減少させるために、化学的機
械的研磨(CMP:Chemical Mechani
cal Polishing)法やレジストエッチバッ
ク法等を用いて平坦化する工程を追加することもでき
る。第2の絶縁膜15の膜厚を導体ピラー14の高さよ
り低くしてピラー14の先端が露出するようにし、CM
P法等を用いて導体ピラー14の露出する上部を除去す
ると同時に表面の平坦化を行うようにすることもできる
(図2)。
Next, the conductor pillar 14 made of the metal layer is used.
A second insulating film 15 made of a silicon oxide film or the like is formed by a CVD method, a spin coating method, or the like so as to fill the pattern. For the purpose of improving the flatness of the buried insulating film and the step coverage at the time of burying, the step of forming the second insulating film 15 is divided into several steps, and heat treatment or the like is performed during the step. May be included. Alternatively, a stacked structure of several different insulating films may be used as the second insulating film 15. Further, in order to reduce irregularities on the surface of the formed second insulating film 15, chemical mechanical polishing (CMP) is performed.
(Cal Polishing), a resist etch-back method, or the like can be added. The thickness of the second insulating film 15 is made lower than the height of the conductor pillar 14 so that the tip of the pillar 14 is exposed.
The exposed upper portion of the conductor pillar 14 may be removed by using the P method or the like, and the surface may be flattened at the same time (FIG. 2).

【0057】次に、前記第2の絶縁膜15表面に上層配
線の配線パターンと同じ形状の第2の配線溝16を、例
えば、RIE法により形成する(図3)。この溝形成の
際には、前記導体ピラー14の少なくとも一部が露出す
る深さ以上の深さまで掘り下げる。また第2の配線溝1
6を形成後CDE(Chemical Dry Etc
hing)法やウェットエッチング法あるいは不活性ガ
スによるスパッタエッチング法等を用いて露出した導体
ピラー14の表面をクリーニングする工程を追加しても
良い。
Next, a second wiring groove 16 having the same shape as the wiring pattern of the upper wiring is formed on the surface of the second insulating film 15 by, eg, RIE (FIG. 3). In forming the groove, the conductor pillar 14 is dug down to a depth that is at least partially exposed. Second wiring groove 1
6 after forming CDE (Chemical Dry Etc)
(hing) method, wet etching method, sputter etching method using an inert gas, or the like, a step of cleaning the exposed surface of the conductor pillar 14 may be added.

【0058】次に、第2の絶縁膜15上及び第2の配線
溝にAlCu金属層をスパッタリング法等を用いて形成
する。この説明ではAlCu合金を用いているが、金属
層にはAl、AlSiCu、Cu等を用いても良い。金
属層の形成後、CMP法やCDE法等を用いて第2の配
線溝16部分以外の金属層を除去して第2の配線である
上層配線18を形成する(図4)。
Next, an AlCu metal layer is formed on the second insulating film 15 and in the second wiring groove by using a sputtering method or the like. Although an AlCu alloy is used in this description, Al, AlSiCu, Cu, or the like may be used for the metal layer. After the formation of the metal layer, the metal layer other than the second wiring groove 16 is removed using a CMP method, a CDE method, or the like to form an upper wiring 18 as a second wiring (FIG. 4).

【0059】本発明の第1の実施形態によれば、従来の
接続孔形成方法で用いられてきた接続孔開口のためのド
ライエッチングを行う必要がなくなるため、接続孔底部
での接触抵抗の上昇やパターン合わせずれ時の過剰エッ
チングの問題がなくなる。その結果、電気特性が優れて
おり且つ信頼性の高い多層配線構造を形成することが可
能となる。
According to the first embodiment of the present invention, it is not necessary to perform dry etching for opening a connection hole, which has been used in the conventional method for forming a connection hole, so that the contact resistance at the bottom of the connection hole is increased. And the problem of excessive etching at the time of pattern misalignment is eliminated. As a result, it is possible to form a multilayer wiring structure having excellent electrical characteristics and high reliability.

【0060】図5から図7を参照して第2の実施形態を
説明する。
The second embodiment will be described with reference to FIGS.

【0061】第2の実施形態は接続プラグとなる導電性
ピラーの上面にハードマスクを形成してその加工性を向
上させたことを特徴とする。図5及び図6は、半導体装
置の製造工程断面図である。図7は、図6(j)に示す
製造工程断面図の平面図を示す。図5(a)及び図6
(j)には、例えば、シリコン半導体からなる半導体基
板10を示しているが、その他の図では省略されてい
る。
The second embodiment is characterized in that a hard mask is formed on the upper surface of a conductive pillar serving as a connection plug to improve its workability. 5 and 6 are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of the semiconductor device. FIG. 7 shows a plan view of the manufacturing process sectional view shown in FIG. FIG. 5 (a) and FIG.
(J) shows a semiconductor substrate 10 made of, for example, a silicon semiconductor, but is omitted in other drawings.

【0062】まず、半導体基板10上にCVD法などに
より形成したシリコン酸化膜などからなる第1の絶縁膜
11を形成する。第1の絶縁膜11の表面を平坦化し、
その表面に下層配線の配線パターンと同じ形状の第1の
配線溝を形成する。そして、この第1の配線溝に、例え
ば、AlCu合金からなる金属を埋め込んで、第1の配
線である下層配線12を形成する(図5(a))。次
に、第1の絶縁膜11及び下層配線12上にAlCu金
属層13をスパッタリング法等で形成した後に、プラズ
マCVD法等を用いてシリコン窒化膜(Si3 4 )か
らなるハードマスク131を形成する(図5(b))。
次に、フォトリソグラフィー法を用いてフォトレジスト
(図示せず)をパターニングする。このフォトレジスト
をマスクとして、例えば、CF4 系ガスのRIE法によ
り前記シリコン窒化膜のハードマスク131をパターニ
ングして、ハードマスク132へパターン加工する(図
5(c))。続いてCl2 系ガスを用いたRIE法によ
りAlCu層13を柱状構造物である金属からなる導体
ピラー14に加工する。Cl2 系ガスに対するシリコン
窒化膜のエッチング速度は、AlCu(アルミニウム合
金)のエッチング速度に比べて十分小さいので、比較的
厚いAlCu層のピラー形状への加工精度を、フォトレ
ジストのみをエッチングマスクとした場合よりも、向上
させることができる。例えば、0.2μm径の柱状構造
物において、フォトレジストのみをエッチングマスクと
した場合、製造可能な高さは1000Åであるのに対
し、SiN等のハードマスクを使用した場合、9000
Å以上の高さが実現可能である。
First, a first insulating film 11 made of a silicon oxide film or the like formed on a semiconductor substrate 10 by a CVD method or the like is formed. Flatten the surface of the first insulating film 11,
A first wiring groove having the same shape as the wiring pattern of the lower wiring is formed on the surface. Then, a metal made of, for example, an AlCu alloy is buried in the first wiring groove to form the lower wiring 12 as the first wiring (FIG. 5A). Next, after forming an AlCu metal layer 13 on the first insulating film 11 and the lower wiring 12 by a sputtering method or the like, a hard mask 131 made of a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) is formed by a plasma CVD method or the like. It is formed (FIG. 5B).
Next, a photoresist (not shown) is patterned using a photolithography method. Using this photoresist as a mask, for example, the hard mask 131 of the silicon nitride film is patterned by the RIE method using a CF 4 -based gas, and is patterned into a hard mask 132 (FIG. 5C). Subsequently, the AlCu layer 13 is processed into a conductive pillar 14 made of metal, which is a columnar structure, by an RIE method using a Cl 2 -based gas. Since the etching rate of the silicon nitride film with respect to the Cl 2 -based gas is sufficiently smaller than the etching rate of AlCu (aluminum alloy), the processing accuracy of the relatively thick AlCu layer into a pillar shape is determined by using only the photoresist as an etching mask. It can be improved more than the case. For example, in the case of a columnar structure having a diameter of 0.2 μm, when only a photoresist is used as an etching mask, the height that can be manufactured is 1000 °, whereas when a hard mask such as SiN is used, 9000 is used.
Heights of Å or more are feasible.

【0063】ハードマスク131に用いる材料は金属層
13のエッチング速度に比べ十分低いエッチング速度を
有する材料であれば良く、更に後述のようにCDE法や
ウェットエッチング法で容易に除去できるのが好まし
い。例えば、ハードマスク131の材料としてはシリコ
ン酸化物、シリコン窒化物、有機シロキサン、無機シロ
キサン、タングステン,C、ニオブもしくはニオブ窒化
物等が挙げられる。ここでC膜やCを多量に含む有機シ
ロキサン膜及びその他有機膜をハードマスクとして使用
した場合には、前記AlCuピラー加工時にエッチング
反応生成物によるピラー側壁の保護効果が期待できるの
で、AlCuピラーの加工精度を向上させることができ
る。また金属層13としてAl,AlSiCu,Cu等
を用いても良い(図5(d))。次に、金属ピラー14
及びハードマスク132を埋めるようにシリコン酸化膜
などの第2の絶縁膜15をCVD法やスピンコート法等
で形成する。なお、この第2の絶縁膜35を形成するス
テップを数回に分け、その間に熱処理などを施して絶縁
膜の改質を行う工程を入れるようにしても良い。また、
この第2の絶縁膜15として数種類の異なる絶縁膜の積
層構造を用いても良い(図5(e))。このように、第
2の絶縁膜15を形成後、その段差の平坦化を目的とし
てCMP法による第2の絶縁膜15のエッチバックを行
う。この時少なくともハードマスク132の一部が露出
するまで第2の絶縁膜15をエッチバックする。
The material used for the hard mask 131 may be a material having an etching rate sufficiently lower than the etching rate of the metal layer 13, and it is preferable that the material can be easily removed by a CDE method or a wet etching method as described later. For example, examples of the material of the hard mask 131 include silicon oxide, silicon nitride, organic siloxane, inorganic siloxane, tungsten, C, niobium, and niobium nitride. Here, when a C film, an organic siloxane film containing a large amount of C, and other organic films are used as a hard mask, an effect of protecting the side walls of the pillars by the etching reaction product during the AlCu pillar processing can be expected. Processing accuracy can be improved. Alternatively, Al, AlSiCu, Cu, or the like may be used as the metal layer 13 (FIG. 5D). Next, the metal pillar 14
Then, a second insulating film 15 such as a silicon oxide film is formed by a CVD method, a spin coating method, or the like so as to fill the hard mask 132. Note that the step of forming the second insulating film 35 may be divided into several steps, and a step of performing a heat treatment or the like to modify the insulating film may be inserted between the steps. Also,
As the second insulating film 15, a stacked structure of several different insulating films may be used (FIG. 5E). After the second insulating film 15 is thus formed, the second insulating film 15 is etched back by the CMP method for the purpose of flattening the step. At this time, the second insulating film 15 is etched back until at least a part of the hard mask 132 is exposed.

【0064】さらに、ウェハ表面に部分的に露出したハ
ードマスク132は、シリコン窒化膜からなるために、
シリコン酸化膜等の前記第2の絶縁膜15のCMP時に
エッチングストッパーとして利用することができる(図
5(f))。次に、第2の絶縁膜15内の凹部にハード
マスク132が被覆された金属ピラー14の先端部分が
露出するように、第2の配線溝16をRIE法などで形
成する(図5(g))。続いてハードマスク132をR
IE法やCDE法を用いて、第2の絶縁膜15及び金属
ピラー14に対して選択的に除去する。このハードマス
ク132の除去後に、第2の配線溝16の内部に露出し
た金属ピラー14の表面をCDE法、ウェットエッチン
グ法、RIE法、不活性ガスによるスパッタエッチング
法などのいずれかを用いてクリーニングする工程を追加
しても良い(図6(h))。次に、第2の絶縁膜15上
及び第2の配線溝16にAlCu金属層17をスパッタ
リング法等を用いて形成する(図6(i))。
Further, since the hard mask 132 partially exposed on the wafer surface is made of a silicon nitride film,
It can be used as an etching stopper at the time of CMP of the second insulating film 15 such as a silicon oxide film (FIG. 5F). Next, the second wiring groove 16 is formed by the RIE method or the like so that the tip portion of the metal pillar 14 in which the hard mask 132 is covered in the concave portion in the second insulating film 15 is exposed (FIG. 5 (g)). )). Subsequently, the hard mask 132 is set to R
The second insulating film 15 and the metal pillars 14 are selectively removed by using the IE method or the CDE method. After removing the hard mask 132, the surface of the metal pillar 14 exposed inside the second wiring groove 16 is cleaned by using any one of a CDE method, a wet etching method, an RIE method, and a sputter etching method using an inert gas. (FIG. 6 (h)). Next, an AlCu metal layer 17 is formed on the second insulating film 15 and the second wiring groove 16 by using a sputtering method or the like (FIG. 6I).

【0065】その後、CMP法等を用いて第2の配線溝
16内部以外の金属層17を除去し、第2の配線である
上層配線18を形成する(図6(j)及び図7)。
Then, the metal layer 17 other than the inside of the second wiring groove 16 is removed by using the CMP method or the like, and an upper wiring 18 as a second wiring is formed (FIGS. 6J and 7).

【0066】第2の実施形態を用いることにより、従来
の形成方法で用いられてきた接続孔開口のためのドライ
エッチングを行う必要がなくなる。従って、接続孔底部
での接触抵抗の上昇やパターン合わせずれ時の過剰エッ
チングの問題がなくなり、電気特性が優れかつ信頼性の
高い多層配線構造を形成することが可能となる。また、
金属ピラーの加工時にハードマスクを使用するためピラ
ーの加工が容易になると共に加工精度が向上する。さら
に、このハードマスクを、その後の工程である絶縁膜の
CMPエッチバック平坦化時にエッチングストッパーと
して利用できるので平坦化の精度を上げることが可能と
なる。
By using the second embodiment, it becomes unnecessary to perform dry etching for opening a connection hole, which has been used in the conventional formation method. Therefore, the problem of the increase in contact resistance at the bottom of the connection hole and the problem of excessive etching at the time of pattern misalignment are eliminated, and a multilayer wiring structure having excellent electrical characteristics and high reliability can be formed. Also,
Since a hard mask is used at the time of processing the metal pillar, the processing of the pillar is facilitated and the processing accuracy is improved. Further, since this hard mask can be used as an etching stopper at the time of flattening the CMP of the insulating film in the subsequent step, the accuracy of the flattening can be improved.

【0067】上記の第2の実施形態において、第2の配
線溝16を形成する際に、金属ピラー14の側壁を露出
させるようにエッチングを行ったが、金属ピラー14の
側壁の上部(ハードマスク132の途中)まで第2の配
線溝16を形成しても良い。この場合には、ハードマス
クを取り除くと図8に示すようになる。なお、図8は図
6(h)と同一工程を示している。その他は、図5及び
図6に示す手順と同じである。
In the second embodiment, when the second wiring groove 16 is formed, the etching is performed so that the side wall of the metal pillar 14 is exposed. The second wiring groove 16 may be formed up to (on the way of 132). In this case, when the hard mask is removed, the result is as shown in FIG. FIG. 8 shows the same step as FIG. 6 (h). Others are the same as the procedure shown in FIG. 5 and FIG.

【0068】上記のように、ハードマスク132を用い
ることにより、プロセス中におけるピラー上部面の保護
効果が得られるとともに、第2の配線溝16の深さのば
らつきの裕度を大きくする。更に図9に示すようなプロ
セスを使用した場合には、合わせずれに対する吸収層と
して機能する。
As described above, by using the hard mask 132, the effect of protecting the upper surface of the pillar during the process can be obtained, and the tolerance of the variation in the depth of the second wiring groove 16 can be increased. Further, when a process as shown in FIG. 9 is used, it functions as an absorption layer against misalignment.

【0069】従って、接続プラグと第2の配線溝との間
でマスク合わせずれが生じた場合でも電気的接触面とな
るピラー上面の面積を一定にすることが可能となり、電
気的特性のバラツキを抑制できる。
Therefore, even if a mask misalignment occurs between the connection plug and the second wiring groove, the area of the upper surface of the pillar serving as an electrical contact surface can be made constant, and the variation in electrical characteristics can be reduced. Can be suppressed.

【0070】図10及び図11を参照して第3の実施形
態を説明する。
The third embodiment will be described with reference to FIGS.

【0071】図10及び図11は、半導体装置の製造工
程断面図である。シリコンなどの半導体基板10上に、
SiO2 などからなる第1の層間絶縁膜11を積層す
る。第1の層間絶縁膜11としてスピンオン法による膜
厚500nmのシリコン酸化膜(SiO2 )を用いる。
次に、フォトリソグラフィ及び異方性エッチング(RI
E)により第1の配線溝121を形成する。第1の配線
溝121を形成後にバリアメタルとしてPVDチタン窒
化膜122を5nm程度、PVD銅膜12を800nm
程度順次第1の配線溝121の内壁上に堆積させる(図
10(a))。次に、半導体基板10を熱処理して配線
材料の溝への充填度を増した後に、チタン窒化膜122
及びPVD銅膜12の余剰部分をCMP法で研磨するこ
とにより除去して第1の配線溝121にチタン窒化膜1
22に囲まれた下層配線12を形成する。
FIG. 10 and FIG. 11 are cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor device. On a semiconductor substrate 10 such as silicon,
A first interlayer insulating film 11 made of SiO 2 or the like is laminated. As the first interlayer insulating film 11, a 500-nm-thick silicon oxide film (SiO 2 ) is used by a spin-on method.
Next, photolithography and anisotropic etching (RI
The first wiring groove 121 is formed by E). After the first wiring groove 121 is formed, the PVD titanium nitride film 122 is formed as a barrier metal by about 5 nm, and the PVD copper film 12 is formed by 800 nm.
Degrees are sequentially deposited on the inner wall of the first wiring groove 121 (FIG. 10A). Next, after the semiconductor substrate 10 is heat-treated to increase the filling degree of the wiring material into the grooves, the titanium nitride film 122 is formed.
And an excess portion of the PVD copper film 12 is removed by polishing by a CMP method so that the titanium nitride film 1 is formed in the first wiring groove 121.
The lower wiring 12 surrounded by 22 is formed.

【0072】これら材料の堆積方法は、特に限定しない
がここではスパッタリング法によって堆積している。な
おこの配線の下層にすでに形成されている半導体素子、
配線や層間接続配線などは省略する(図10(b))。
続いて接続プラグ用材料をW/WN膜(バリア層)12
3、Al膜(金属ピラー)14の順にスパッタリング法
により第1の層間絶縁膜11上に堆積させる(図10
(c))。このバリア層123は、Cuの拡散防止用に
用いられるが、それに加えて、金属ピラー14のエッチ
ング時における過剰エッチングの防止用のストッパーと
しても用いられる。本発明においてはバリア層123
は、この材料に限るものではない。本実施形態のよう
に、下層配線12と金属ピラー14が異なる金属である
ような場合には、本実施形態における下層配線12の材
料であるCuが拡散しないように、2層とする必要があ
るが、同種金属である場合には、1層でかまわない。そ
の場合には、金属ピラー14のエッチング時における過
剰エッチング防止用のストッパーとして機能する。
The method of depositing these materials is not particularly limited, but is here deposited by sputtering. In addition, the semiconductor element already formed under this wiring,
Wiring and interlayer connection wiring are omitted (FIG. 10B).
Subsequently, the material for the connection plug is changed to a W / WN film (barrier layer) 12.
3. An Al film (metal pillar) 14 is deposited on the first interlayer insulating film 11 by sputtering in this order (FIG. 10).
(C)). The barrier layer 123 is used for preventing diffusion of Cu, and in addition, is used as a stopper for preventing excessive etching during etching of the metal pillar 14. In the present invention, the barrier layer 123
Is not limited to this material. When the lower interconnect 12 and the metal pillar 14 are made of different metals as in the present embodiment, it is necessary to form two layers so that Cu, which is the material of the lower interconnect 12 in the present embodiment, does not diffuse. However, when they are the same kind of metal, one layer may be sufficient. In that case, it functions as a stopper for preventing excessive etching when etching the metal pillar 14.

【0073】次に、接続プラグ用材料123,金属ピラ
ー14上にシリコン窒化膜(Si34 )からなるハー
ドマスク材132を堆積する。このハードマスク材13
2の上にフォトレジスト133を塗布した後、フォトレ
ジスト133をリソグラフィにより接続プラグ形状にパ
ターニングする。その後パターニングされたフォトレジ
スト133をマスクにしてRIEによってハードマスク
材132,金属ピラー14及びバリア層123をエッチ
ングしてバリアメタル層(W/WN)123を下部に配
置し、ハードマスク132に被覆された金属ピラー14
が形成される。W/WN膜のエッチング工程部分だけC
DE(Chemical Dry Etching)を
用いても良い。以上に示した接続プラグの形成工程は、
第2の実施形態とほぼ同様の内容である(図10
(d))。ここで、バリア層123はW/WNとした
が、他にもWN/W、W/WN/Wなどの適用が可能で
ある。なお、第3の実施形態(それ以降の実施形態も含
む)において、ハードマスクを用いているが、本実施形
態においては、必ずしも必要ではない。従って、第3の
実施形態以降の実施形態において、裕度を持たせるため
にハードマスクを用いた実施形態を説明しているが、ハ
ードマスクの形成を省略した実施形態にも適用可能であ
る。
Next, a hard mask material 132 made of a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) is deposited on the connection plug material 123 and the metal pillars 14. This hard mask material 13
After a photoresist 133 is applied on the substrate 2, the photoresist 133 is patterned into a connection plug shape by lithography. Thereafter, the hard mask material 132, the metal pillars 14, and the barrier layer 123 are etched by RIE using the patterned photoresist 133 as a mask, and the barrier metal layer (W / WN) 123 is disposed at the lower portion. Metal pillar 14
Is formed. W / WN film etching process only C
You may use DE (Chemical Dry Etching). The connection plug forming process described above
The contents are almost the same as those of the second embodiment (FIG. 10).
(D)). Here, the barrier layer 123 is W / WN, but other applications such as WN / W and W / WN / W are also applicable. Although a hard mask is used in the third embodiment (including the following embodiments), it is not always necessary in the present embodiment. Therefore, in the third and subsequent embodiments, an embodiment using a hard mask for giving a margin is described, but the present invention is also applicable to an embodiment in which the formation of the hard mask is omitted.

【0074】次に、第1の層間絶縁膜11及びバリアメ
タル層122に取り囲まれた下層配線(第1の配線)1
2及び金属ピラー14上にシリコン窒化膜(Si3
4 )からなり、Cuの拡散を抑制する作用を有するか配
線の酸化を抑止する保護膜19をCVD法で堆積する
(図10(e))。これに続いて金属ピラー14を被覆
するようにCVD法により第2の層間絶縁膜(SiO
2 )15を堆積する。このとき第2の層間絶縁膜15は
後に第2の配線用溝が形成できるように金属ピラー14
よりも厚く堆積する。そして、第2の層間絶縁膜15を
CMPにより平坦化する(図10(f))。なお、図1
0(e)において、保護膜19は、連続膜として形成さ
れる必要はない。例えば、詳細は後述するが、図12に
示すように、金属ピラー14と保護膜19との間に隙間
ができないように金属ピラー14の底部が覆われていれ
ばCuが拡散することはないので、金属ピラー14の側
壁に保護膜19が形成されていなくても良いし、保護膜
19が側壁に形成されている場合であっても側壁の保護
膜19が底部の保護膜19に比べて薄くてもかまわな
い。但し、金属ピラー14としてCuを適用する場合
は、金属ピラー14の側壁にも適正な厚みの保護膜19
を形成する必要がある。
Next, the lower wiring (first wiring) 1 surrounded by the first interlayer insulating film 11 and the barrier metal layer 122
2 and a silicon nitride film (Si 3 N) on the metal pillars 14.
4 ), a protective film 19 having the function of suppressing the diffusion of Cu or suppressing the oxidation of the wiring is deposited by the CVD method (FIG. 10E). Subsequently, a second interlayer insulating film (SiO 2) is formed by CVD so as to cover the metal pillars 14.
2 ) Deposit 15. At this time, the second interlayer insulating film 15 is formed on the metal pillar 14 so that a second wiring groove can be formed later.
Deposits thicker. Then, the second interlayer insulating film 15 is planarized by CMP (FIG. 10F). FIG.
At 0 (e), the protective film 19 does not need to be formed as a continuous film. For example, although details will be described later, as shown in FIG. 12, if the bottom of the metal pillar 14 is covered so that no gap is formed between the metal pillar 14 and the protective film 19, Cu does not diffuse. The protective film 19 may not be formed on the side wall of the metal pillar 14, and even when the protective film 19 is formed on the side wall, the protective film 19 on the side wall is thinner than the protective film 19 on the bottom. It doesn't matter. However, when Cu is used as the metal pillar 14, a protective film 19 having an appropriate thickness is also provided on the side wall of the metal pillar 14.
Need to be formed.

【0075】次に、通常の方法で第2の配線溝16を形
成する。この配線溝の底面には保護膜19の少なくとも
一部が露出している(図11(g))。第2の層間絶縁
膜15に形成された第2の配線溝16の内底面に露出し
ている保護膜19及びその下のハードマスク132をエ
ッチング除去してバリア層としてPVD法を用いて10
nm程度のチタン窒化膜(TiN)135を形成し、さ
らに配線材料として銅膜17を埋め込みこれを上層配線
17とし、余剰部分をCMP法で研磨して層間絶縁膜1
5を平坦化する(図11(h))。
Next, the second wiring groove 16 is formed by a usual method. At least a part of the protective film 19 is exposed at the bottom of the wiring groove (FIG. 11G). The protective film 19 exposed on the inner bottom surface of the second wiring groove 16 formed in the second interlayer insulating film 15 and the hard mask 132 thereunder are removed by etching to form a barrier layer by PVD using PVD.
A titanium nitride film (TiN) 135 of about nm is formed, a copper film 17 is buried as a wiring material, and this is used as an upper layer wiring 17, and a surplus portion is polished by a CMP method to form an interlayer insulating film 1.
5 is flattened (FIG. 11H).

【0076】以上の方法により、下層配線上にはCu拡
散防止効果や酸化抑止効果のあるシリコン窒化膜からな
る保護膜が堆積されており層間絶縁膜にコンタクトホー
ルを開口する工程が存在しないので複雑な工程を要する
ことなく良好な接続が得られる。さらに接続プラグ上に
堆積されたシリコン窒化膜からなる保護膜は、第2の実
施形態で述べたハードマスクと共に第2の配線溝の加工
時に深さ方向のバラツキ裕度を大きくする働きもある。
According to the above method, a protective film made of a silicon nitride film having a Cu diffusion preventing effect and an oxidation suppressing effect is deposited on the lower wiring, and there is no step of opening a contact hole in the interlayer insulating film. Good connection can be obtained without requiring a complicated process. Further, the protective film made of a silicon nitride film deposited on the connection plug also has a function of increasing the variation tolerance in the depth direction at the time of processing the second wiring groove together with the hard mask described in the second embodiment.

【0077】第3の実施形態の第1の変形例を説明す
る。第3の実施形態では、図11(g)及び図11
(h)の工程において、第2の配線溝16を形成して保
護膜19を露出させた後に、エッチングで保護膜19と
ハードマスク132を除去して金属ピラー14を露出さ
せている。
A first modification of the third embodiment will be described. In the third embodiment, FIGS.
In the step (h), after the second wiring groove 16 is formed to expose the protective film 19, the protective film 19 and the hard mask 132 are removed by etching to expose the metal pillar 14.

【0078】第1の変形例では、図11(f′)に示す
ように、例えば、CMP法により、保護膜19が露出す
るように、第2の層間絶縁膜15を平坦化する。その
後、その上部に第3の層間絶縁膜15′を堆積して、マ
スク材を第3の層間絶縁膜15′上に形成する。そし
て、第2の配線溝16を形成し、保護膜19とハードマ
スク132の除去を行う。他の処理は第3の実施形態と
同様である。従って、この場合には、層間絶縁膜15と
15′とは別の材料を使用することが可能である。例え
ば、第2の層間絶縁膜としてCVDにより形成したSi
を用いることができる。第1の変形例によれば、例
えば、異なる誘電率の層間絶縁膜の積層が可能となる。
In the first modification, as shown in FIG. 11F, the second interlayer insulating film 15 is planarized by, eg, CMP so that the protective film 19 is exposed. Thereafter, a third interlayer insulating film 15 'is deposited thereon, and a mask material is formed on the third interlayer insulating film 15'. Then, the second wiring groove 16 is formed, and the protection film 19 and the hard mask 132 are removed. Other processes are the same as in the third embodiment. Therefore, in this case, it is possible to use a different material from the interlayer insulating films 15 and 15 '. For example, Si formed by CVD as a second interlayer insulating film
O 2 can be used. According to the first modification, for example, it is possible to stack interlayer insulating films having different dielectric constants.

【0079】第3の実施形態の第2の変形例を図13を
参照して説明する。図13(a)に示すように、下層配
線を形成した後に、下層配線の上部をエッチングによっ
て除去する。その後、バリア層123(以降、キャップ
と称する)を堆積してストッパー層とする(図13
(b))。そして、例えば、CMP法により表面を平坦
にする(図13(c))。その後、柱状構造物を形成す
る工程は第3の実施形態と同様であるので、説明を省略
する。そして、この場合には、第3の実施形態に示すよ
うな保護膜19を形成することなく、第2の層間絶縁膜
15を形成する。以降の工程は、第3の実施形態である
ので、説明は省略する。第2の変形例では、保護層19
を形成することなく、バリア層123をストッパー層と
して用いると同時に上部層との接触を防ぐことによりC
uの拡散を防いでいる。このため、保護膜19を不要に
している。この効果は次の通りである。保護膜19は基
本的にSiNで形成される。しかし、SiNは誘電率が
高いので、動作速度が遅くなる。しかし、本変形例によ
れば、保護膜19がないので、第3の実施形態と比較し
て動作速度が速くなる長所を有する。
A second modification of the third embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 13A, after the lower wiring is formed, the upper part of the lower wiring is removed by etching. Thereafter, a barrier layer 123 (hereinafter referred to as a cap) is deposited to form a stopper layer (FIG. 13).
(B)). Then, for example, the surface is flattened by the CMP method (FIG. 13C). After that, the process of forming the columnar structure is the same as that of the third embodiment, and the description is omitted. In this case, the second interlayer insulating film 15 is formed without forming the protective film 19 as shown in the third embodiment. Subsequent steps are the third embodiment, and a description thereof will be omitted. In the second modification, the protective layer 19
Without using the barrier layer 123 as a stopper layer and preventing contact with the upper layer without forming C.
It prevents the diffusion of u. Therefore, the protective film 19 is not required. This effect is as follows. The protection film 19 is basically formed of SiN. However, since the dielectric constant of SiN is high, the operating speed is reduced. However, according to the present modification, since there is no protective film 19, there is an advantage that the operation speed is higher than that of the third embodiment.

【0080】第3の実施形態の第3の変形例を説明す
る。第3の変形例は、第1の変形例において、第2の変
形例と同様にキャップを設けたことを特徴としている。
この場合の効果は第2の変形例と同様である。
A third modification of the third embodiment will be described. The third modified example is characterized in that a cap is provided in the first modified example, similarly to the second modified example.
The effect in this case is similar to that of the second modification.

【0081】図14から図16を参照して第4の実施形
態を説明する。
The fourth embodiment will be described with reference to FIGS.

【0082】図14を参照しながら下層配線12を半導
体基板10上の層間絶縁膜11の上に形成した状態から
下層配線12の上に金属ピラー14を形成する工程を説
明する。接続プラグを柱状に形成する工程には様々な方
式があるがここでは無電解メッキを用いた方法を述べ
る。
The process of forming the metal pillar 14 on the lower wiring 12 from the state where the lower wiring 12 is formed on the interlayer insulating film 11 on the semiconductor substrate 10 will be described with reference to FIG. There are various methods for forming the connection plug into a column shape. Here, a method using electroless plating will be described.

【0083】層間絶縁膜11上に接続プラグに相当する
パターンをフォトレジストにより形成する。接続プラグ
となるコンタクト孔内に無電解メッキで下層配線12表
面をメッキ発生核として銅層を成長させる。その後フォ
トレジストを有機溶媒で剥離すると金属ピラー14とし
て銅の柱状構造物が形成される。そして金属ピラー14
及び層間絶縁膜11をシリコン窒化膜などの保護膜19
で被覆する。さらに半導体基板10表面にスピンオン法
により、SiO2 からなる層間絶縁膜15を形成し、そ
の上部に上層配線用の溝を形成する。この配線溝にバリ
ア層としてPVD法を用いて10nm程度のチタン窒化
膜(TiN)135を形成し、さらに配線材料として銅
膜17を埋め込み余剰部分をCMP法で研磨し平坦化す
る。
A pattern corresponding to a connection plug is formed on the interlayer insulating film 11 by using a photoresist. A copper layer is grown in a contact hole serving as a connection plug by electroless plating using the surface of the lower wiring 12 as a plating generation nucleus. Thereafter, when the photoresist is stripped with an organic solvent, a copper pillar structure is formed as the metal pillar 14. And metal pillar 14
And a protective film 19 such as a silicon nitride film for the interlayer insulating film 11.
Cover with. Further, an interlayer insulating film 15 made of SiO 2 is formed on the surface of the semiconductor substrate 10 by a spin-on method, and a groove for an upper layer wiring is formed thereon. A titanium nitride film (TiN) 135 having a thickness of about 10 nm is formed as a barrier layer in the wiring groove by using the PVD method.

【0084】以上が第4の実施形態に基づいた配線間を
接続する一連の工程の説明である。良く知られているよ
うに銅は層間絶縁膜の中を拡散してデバイス素子に悪影
響を及ぼす。そこで銅表面をすべて拡散抑止膜(バリア
層)や保護膜でくるむ必要がある。ところが図14で示
した工程を経た構造では、金属ピラー14の層間絶縁膜
11との接触面のすべてを覆おうことができない。これ
は、金属ピラー14のリソグラフィーステップで合わせ
余裕のないアライメントを行うと顕著に起きる(図14
の13の部位)。そこで実際的な工程を経た基板は前記
アライメントズレのため、前記部位13で銅が漏れ拡散
してしまう(銅は、熱と電界によって二酸化シリコン膜
などの層間絶縁膜中を拡散してデバイス特性の劣化を引
き起こすことが知られており、そのための拡散抑止膜で
覆うことが重要である)。
The above is the description of the series of steps for connecting the wirings based on the fourth embodiment. As is well known, copper diffuses in an interlayer insulating film and adversely affects device elements. Therefore, it is necessary to cover the entire copper surface with a diffusion suppressing film (barrier layer) or a protective film. However, in the structure after the process shown in FIG. 14, it is not possible to cover all the contact surfaces of the metal pillars 14 with the interlayer insulating film 11. This occurs remarkably when the metal pillars 14 are subjected to lithography steps with no margin for alignment (FIG. 14).
13 sites). Therefore, in a substrate that has undergone a practical process, copper leaks and diffuses at the portion 13 due to the misalignment (copper diffuses in an interlayer insulating film such as a silicon dioxide film due to heat and an electric field, thereby degrading device characteristics). It is known to cause deterioration, so it is important to cover with a diffusion suppressing film).

【0085】次に、図15及び図16を参照して第4の
実施形態の半導体装置の製造工程を説明する。まずシリ
コンなどの半導体基板200上に、SiO2 などからな
る第1の層間絶縁膜211、犠牲膜212を順次積層す
る。犠牲膜212は、シリコン窒化膜からなる薄膜で良
い。ここでは、第1の層間絶縁膜211としてスピンオ
ン法による膜厚500nmのシリコン酸化膜(SiO
2 )を用いる。また、犠牲膜212としてプラズマCV
D(Chemical Vapour Deposit
ion)による膜厚20nmのシリコン窒化膜(Si3
4 )を用いる。本発明に用いる犠牲膜は、絶縁薄膜で
ある必要はなく、例えば、カーボンなどの導電薄膜であ
っても良い。次に、フォトリソグラフィ及び異方性エッ
チング(RIE:Reactive Ion Etch
ing)により第1の配線溝213を形成する。
Next, with reference to FIGS. 15 and 16, a description will be given of a manufacturing process of the semiconductor device according to the fourth embodiment. First, a first interlayer insulating film 211 made of SiO 2 or the like and a sacrificial film 212 are sequentially stacked on a semiconductor substrate 200 made of silicon or the like. The sacrificial film 212 may be a thin film made of a silicon nitride film. Here, a 500 nm-thick silicon oxide film (SiO 2 film) is formed by a spin-on method as the first interlayer insulating film 211.
2 ) is used. Also, the plasma CV is used as the sacrificial film 212.
D (Chemical Vapor Deposit)
ion), a silicon nitride film (Si 3
N 4 ). The sacrificial film used in the present invention does not need to be an insulating thin film, and may be, for example, a conductive thin film such as carbon. Next, photolithography and anisotropic etching (RIE: Reactive Ion Etch)
ing) to form a first wiring groove 213.

【0086】この工程において犠牲膜212をエッチン
グのマスク材として用いても良い。すなわちフォトレジ
ストパターンをマスクに犠牲膜212を加工し、さらに
加工された犠牲膜212をマスクにして第1の層間絶縁
膜211を加工する。この方法により第1の層間絶縁膜
211の加工に用いるエッチング条件に自由度がでる。
つまりフォトレジストは加工中に変形又は消失してもよ
い(図15(a))。第1の配線溝213を形成後にバ
リアメタルとしてPVDチタン窒化膜14を5nm程
度、PVD銅膜215を800nm程度順次第1の配線
溝213の内壁上に堆積させて下層配線215とし、余
剰部分をCMPにより研磨・除去する。さらに銅表面に
保護膜として選択成長によりタングステン膜216をC
VD法で5nm堆積させる。この膜は、下層配線215
がアルミニウムのときは不要である(図15(b))。
In this step, the sacrificial film 212 may be used as a mask material for etching. That is, the sacrificial film 212 is processed using the photoresist pattern as a mask, and the first interlayer insulating film 211 is further processed using the processed sacrificial film 212 as a mask. With this method, the degree of freedom in the etching conditions used for processing the first interlayer insulating film 211 is increased.
That is, the photoresist may deform or disappear during processing (FIG. 15A). After the formation of the first wiring groove 213, a PVD titanium nitride film 14 as a barrier metal and a PVD copper film 215 are sequentially deposited on the inner wall of the first wiring groove 213 to a thickness of about 5 nm and about 800 nm to form a lower wiring 215. Polishing and removal by CMP. Further, a tungsten film 216 is formed on the copper surface by selective growth as a protective film.
Deposit 5 nm by VD method. This film is used for the lower wiring 215.
This is not necessary when is aluminum (FIG. 15B).

【0087】このようにして設けられた下層配線となる
銅膜215が埋め込まれた第1の層間絶縁膜211及び
犠牲膜212の上にフォトレジスト217を形成し、こ
のフォトレジスト217に接続プラグ用のコンタクト孔
を形成する。フォトレジスト217の膜厚は、最終的に
必要な接続プラグの高さを考慮して決める。ここではそ
の膜厚を800nmとする。
A photoresist 217 is formed on the first interlayer insulating film 211 and the sacrificial film 212 in which the copper film 215 serving as the lower layer wiring buried as described above is buried. Is formed. The thickness of the photoresist 217 is determined in consideration of the finally required height of the connection plug. Here, the thickness is 800 nm.

【0088】その後、硫酸銅を主成分とし、ホルマリン
を還元剤として用いた無電解メッキ液を用いて銅のメッ
キを行う。無電解メッキは、基本的に金属上に対す選択
的膜成長であり、フォトレジスト217の開口部分の底
部に露出した金属部分(タングステン膜216)に成長
し、コンタクト孔をメッキで埋め込む。場合によりフォ
トレジスト217上の欠陥やゴミなどを核として銅が不
必要部分にも形成されることがあるが、この不必要な銅
の粒子は、CMPやウェット処理で除くことが出来る
(図15(c))。
Thereafter, copper plating is performed using an electroless plating solution containing copper sulfate as a main component and formalin as a reducing agent. The electroless plating is basically a selective film growth on a metal, grows on a metal portion (tungsten film 216) exposed at the bottom of the opening of the photoresist 217, and fills a contact hole by plating. In some cases, copper may be formed in unnecessary portions by using defects or dust on the photoresist 217 as nuclei. However, the unnecessary copper particles can be removed by CMP or wet processing (FIG. 15). (C)).

【0089】次にフォトレジスト217を有機溶媒で剥
離すると、コンタクト孔を埋めた銅のメッキにより接続
プラグ218が形成される。さらに、ダウンストリーム
エッチングで等方的に犠牲膜212であるシリコン窒化
膜の露出部分をエッチングする。この工程により、接続
プラグ218の下部には空洞220が形成される。この
状態で選択成長CVDによるタングステン膜219を5
nm程度、露出した接続プラグ218全体に堆積させ、
Cu拡散の抑制膜もしくは酸化抑止膜として用いられる
保護膜219とする。当然保護膜219は、空洞220
内にも形成される(図15(d))。
Next, when the photoresist 217 is peeled off with an organic solvent, a connection plug 218 is formed by plating of copper filling the contact hole. Further, the exposed portion of the silicon nitride film serving as the sacrificial film 212 is isotropically etched by downstream etching. By this step, a cavity 220 is formed below the connection plug 218. In this state, the tungsten film 219 by selective growth CVD
deposited on the entire exposed connection plug 218 by about nm.
The protective film 219 is used as a Cu diffusion suppressing film or an oxidation suppressing film. Naturally, the protective film 219 is
(FIG. 15D).

【0090】さらに接続プラグ218を埋め込むように
第1の層間絶縁膜211上に膜厚800nm程度の第2
の層間絶縁膜221をスピンオフ法により形成し、この
上に膜厚20nm程度のSi34 からなる第3の層間
絶縁膜222をプラズマCVD法により形成する(図1
6(e))。第3の層間絶縁膜222は、上層配線より
さらに上の配線をこの上層配線と接続する接続プラグを
形成する際に用いられ、図15(a)、図15(b)の
犠牲膜212と同じ作用をする。
Further, a second film having a thickness of about 800 nm is formed on first interlayer insulating film 211 so as to bury connection plug 218.
Is formed by a spin-off method, and a third interlayer insulating film 222 made of Si 3 N 4 having a thickness of about 20 nm is formed thereon by a plasma CVD method (FIG. 1).
6 (e)). The third interlayer insulating film 222 is used when forming a connection plug for connecting a wiring higher than the upper wiring to the upper wiring, and is the same as the sacrificial film 212 in FIGS. 15A and 15B. Works.

【0091】次に、層間絶縁膜221,222の上部に
上層配線用の配線溝を形成する。この配線溝にバリア層
としてPVD法を用いて約10nmのチタン窒化膜(T
iN)224を形成し、さらに配線材料として銅膜から
なる上層配線223を埋め込み形成し、余剰部分をCM
P法で研磨して除去する。上記のように保護膜219は
空洞220内にも形成されている(図16(f))。以
下、デバイスを形成するまでは通常の工程を用いて行
う。
Next, a wiring groove for an upper wiring is formed on the interlayer insulating films 221 and 222. An about 10 nm titanium nitride film (T
iN) 224, and an upper layer wiring 223 made of a copper film as a wiring material is buried and a surplus portion is CM
It is polished and removed by the P method. As described above, the protective film 219 is also formed in the cavity 220 (FIG. 16F). Hereinafter, the process is performed using a normal process until a device is formed.

【0092】以上が一連の工程の説明である。本実施形
態によれば、配線材料(とくに接続プラグ材料)に用い
られるCuは、十分に拡散抑止膜や酸化抑止膜などの保
護膜で覆われているので、層間絶縁膜中を拡散してデバ
イスに悪影響を及ぼすことがなく、またCuが酸化され
ることが抑止される。
The above is the description of the series of steps. According to the present embodiment, Cu used as a wiring material (particularly, a connection plug material) is sufficiently covered with a protective film such as a diffusion suppressing film or an oxidation suppressing film, so that it diffuses in the interlayer insulating film to make a device. And Cu oxidation is suppressed.

【0093】本実施形態で用いた各種材料は、本発明の
主旨を逸脱しない限り適宜の材質での置き換えが可能で
ある。また、工程上のステップも、例えば、銅表面に保
護膜として選択成長されるタングステン膜216なども
省略しても良い。この場合接続プラグ218の表面に形
成される選択的タングステン219を形成する際に下層
配線215表面に同時に延在して形成させることも可能
である。形成方法も選択成長CVDに限らず、金属薄膜
を非選択で形成し、その後銅との合金反応をおこして、
銅との接触部分だけに残置する方法、無電解メッキによ
り選択的に金属膜成長を行う方法など様々な形成法が可
能である。
The various materials used in the present embodiment can be replaced with appropriate materials without departing from the gist of the present invention. Also, the steps in the process, for example, the tungsten film 216 selectively grown as a protective film on the copper surface may be omitted. In this case, when the selective tungsten 219 formed on the surface of the connection plug 218 is formed, it can be formed so as to extend simultaneously on the surface of the lower wiring 215. The formation method is not limited to the selective growth CVD, but a metal thin film is formed in a non-selective manner, and then an alloy reaction with copper is performed.
Various formation methods are possible, such as a method in which the metal film is left only at the contact portion with copper and a method in which a metal film is selectively grown by electroless plating.

【0094】第3の実施形態では、接続プラグ218の
形成は、フォトレジストマスクを利用した無電解メッキ
を用いて銅を形成したが、例えば、PVDで一旦一様に
銅膜を形成し、これを柱状にリソグラフィと異方性エッ
チングで加工してもよい。
In the third embodiment, the connection plug 218 is formed by forming copper using electroless plating using a photoresist mask. However, for example, a copper film is formed uniformly once by PVD. May be processed into a columnar shape by lithography and anisotropic etching.

【0095】次に、図17及び図18を参照して第5の
実施形態を説明する。
Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIGS.

【0096】図17は、第5の実施形態の製造工程断面
図である。また、図18は、第5の実施形態に従わない
が、配線溝の深さ方向にばらつきがある場合の製造工程
断面図である。第5の実施形態は、接続プラグ上にCu
拡散抑制効果や酸化抑止効果のあるシリコン窒化膜から
なる保護膜を堆積後、接続プラグの上面に堆積した保護
膜及びハードマスクに用いたシリコン窒化膜の積層の厚
み分を、その後に行われる第2の配線用溝加工の深さ加
工余裕として利用することに特徴がある。
FIG. 17 is a sectional view showing the manufacturing process of the fifth embodiment. FIG. 18 is a cross-sectional view of a manufacturing process in a case where the wiring groove does not follow the fifth embodiment but varies in the depth direction of the wiring groove. In the fifth embodiment, Cu is placed on the connection plug.
After depositing a protective film made of a silicon nitride film having a diffusion suppressing effect and an oxidation suppressing effect, the thickness of the laminated layer of the protective film deposited on the upper surface of the connection plug and the silicon nitride film used for the hard mask is determined by the following steps. It is characterized in that it is used as a depth machining allowance for the wiring groove machining of No. 2.

【0097】第5の実施形態は、第2の層間絶縁膜を形
成するまでは第4の実施形態と同じである(つまり、図
10(f)までは第3の実施形態と同じである)。
The fifth embodiment is the same as the fourth embodiment up to the formation of the second interlayer insulating film (that is, the same as the third embodiment up to FIG. 10F). .

【0098】第2の層間絶縁膜319をエッチング加工
して第2の配線用溝321を形成するときに接続プラグ
320の表面までエッチングしないでシリコン窒化膜の
保護膜318が露出したところで第2の層間絶縁膜31
9のシリコン酸化膜(SiO2 )のエッチングを止める
(図17(a))。その後シリコン酸化膜よりもシリコ
ン窒化物の方がエッチング速度の大きくなる条件で再度
エッチングを進め接続プラグ320の表面を露出させる
(図17(b))。その後第2の配線である上層配線
(TaNからなるバリア層322及び銅層323)をこ
の配線溝321に形成する。以上のような工程をとるこ
とで、第2の配線用溝321の深さばらつきをシリコン
窒化膜316,318の厚さで吸収することができる。
なお、図18において、右側の凹部においては、第2の
層間絶縁膜319をピラー側壁が露出するようにエッチ
ングしているので、ピラー上部の保護膜を残してピラー
の側壁の保護膜が除去されているように描かれている。
しかし、実際には、側壁の保護膜は完全に除去されるこ
となく一部分残ることもある(以下同様である)。
When the second interlayer insulating film 319 is etched to form the second wiring groove 321, the silicon nitride film protective film 318 is exposed when the surface of the connection plug 320 is not etched without etching to the surface of the connection plug 320. Interlayer insulating film 31
The etching of the silicon oxide film (SiO2) 9 is stopped (FIG. 17A). Thereafter, etching is again performed under the condition that the etching rate of the silicon nitride is higher than that of the silicon oxide film to expose the surface of the connection plug 320 (FIG. 17B). Thereafter, an upper layer wiring (a barrier layer 322 made of TaN and a copper layer 323) as a second wiring is formed in the wiring groove 321. With the steps described above, the variation in the depth of the second wiring groove 321 can be absorbed by the thickness of the silicon nitride films 316 and 318.
In FIG. 18, in the concave portion on the right side, the second interlayer insulating film 319 is etched so as to expose the side wall of the pillar, so that the protective film on the side wall of the pillar is removed except for the protective film above the pillar. It is drawn as if.
However, actually, the protective film on the side wall may remain partially without being completely removed (the same applies hereinafter).

【0099】次に、図19を参照して第6の実施形態を
説明する。
Next, a sixth embodiment will be described with reference to FIG.

【0100】図19は、半導体装置の断面図である。第
5の実施形態では、接続プラグ420とCuからなる下
層配線415との接合部付近でのCu拡散抑制作用もし
くは酸化抑止作用を有するシリコン窒化膜からなる保護
膜418のカバレッジ改善のためにその部分で裾広がり
の形状(図19(a))又は下方向に段(バリア層41
6の部分)が広がっている構造(図19(b))に加工
されている。いずれの場合も保護膜418はこの部分を
十分被覆することが可能になる。すなわち接続プラグ4
20とその下の下層配線415との接触部以外の部分に
おける保護膜418のカバレッジを改善しその信頼性を
高めることができる。
FIG. 19 is a sectional view of a semiconductor device. In the fifth embodiment, in order to improve the coverage of the protective film 418 made of a silicon nitride film having a Cu diffusion suppressing action or an oxidation suppressing action near the junction between the connection plug 420 and the lower wiring 415 made of Cu, (FIG. 19 (a)) or a downward step (barrier layer 41).
6 (a part of FIG. 19B). In any case, the protective film 418 can sufficiently cover this portion. That is, connection plug 4
It is possible to improve the coverage of the protective film 418 in a portion other than the contact portion between the protective film 20 and the lower wiring 415 thereunder, and to enhance the reliability thereof.

【0101】なお、第6の実施形態では、カバレッジの
改善のために、バリア層416が裾広がりの形状になっ
ているか又は段構造になっている。しかし、これに限ら
ず、例えば、接続プラグ420自身が下部に広くなって
いるような構造であってもかまわない。その場合には、
接続プラグ420が上部から下部になるにつれてその断
面積が増加するような構造になっているか、裾広がりの
構造であればよい。
In the sixth embodiment, in order to improve coverage, the barrier layer 416 has a flared shape or a stepped structure. However, the present invention is not limited to this, and for example, a structure in which the connection plug 420 itself is wider at the bottom may be used. In that case,
Any structure may be used as long as the cross-sectional area of the connection plug 420 increases from the upper part to the lower part, or the structure expands toward the bottom.

【0102】次に、図20及び図21を参照して第7の
実施形態を説明する。
Next, a seventh embodiment will be described with reference to FIGS.

【0103】図20及び図21は、様々な形状の保護膜
を有する半導体装置の断面図である。Cuからなる下層
配線515との接合部付近でのCu拡散抑制作用もしく
は酸化抑止作用を有するシリコン窒化膜からなる保護膜
518は、Cuからなる下層配線515と第1の層間絶
縁膜511上に堆積されていればCuの拡散抑制効果を
有する。この場合、Cuの拡散抑制効果は、接続プラグ
520上への保護膜518の堆積の仕方には拘らない。
例えば、図20(a)は、接続プラグ520の側面には
薄く堆積させ、他の部分は一様に厚くしている。また、
下層配線515上とその付近の第1の層間絶縁膜511
上に保護膜518が堆積していれば必要に応じて第1の
層間絶縁膜511上に堆積された保護膜518の一部が
除去されていても良い(図20(b))。図21では、
保護膜518は、接続プラグ520の上は薄く、層間絶
縁膜511の上は厚く堆積させている。このように、保
護膜518の形成方法は、種々変形が可能であって、第
7の実施形態の堆積方法以外にもCuの拡散防止ができ
れば、どのような構造で形成してもかまわない。
FIGS. 20 and 21 are cross-sectional views of a semiconductor device having protective films of various shapes. A protective film 518 made of a silicon nitride film having a Cu diffusion suppressing action or an oxidation suppressing action near a junction with the Cu lower wiring 515 is deposited on the Cu lower wiring 515 and the first interlayer insulating film 511. If it is, it has an effect of suppressing Cu diffusion. In this case, the effect of suppressing the diffusion of Cu does not depend on the method of depositing the protective film 518 on the connection plug 520.
For example, in FIG. 20A, a thin film is deposited on the side surface of the connection plug 520, and the other portions are uniformly thick. Also,
First interlayer insulating film 511 on and near lower wiring 515
If the protective film 518 is deposited thereon, a part of the protective film 518 deposited on the first interlayer insulating film 511 may be removed as needed (FIG. 20B). In FIG. 21,
The protective film 518 is deposited thin on the connection plug 520 and thick on the interlayer insulating film 511. As described above, the method of forming the protective film 518 can be variously modified, and may be formed in any structure as long as the diffusion of Cu can be prevented other than the deposition method of the seventh embodiment.

【0104】図22は、本発明の第8の実施形態に係る
製造方法を示した工程断面図である。なお、図22に示
した工程図は、素子分離及びMOSFET等については
省略しており、ダミーパターン発生の論理演算処理及び
多層金属配線の形成に係る工程を主として示している。
FIG. 22 is a process sectional view showing a manufacturing method according to the eighth embodiment of the present invention. Note that the process diagram shown in FIG. 22 omits the element isolation, the MOSFET, and the like, and mainly shows the processes related to the logical operation processing for generating the dummy pattern and the formation of the multilayer metal wiring.

【0105】まず、図22(a)に示すように、シリコ
ン基板等の半導体基板600上に絶縁分離層610を介
して低誘電率膜620を形成し、その後高融点金属膜6
31及び金属膜632からなる下層側の金属配線(下層
配線630)を形成する。第8の実施形態では、下層配
線630として埋め込み型のAl−Cu合金金属配線
(Al-Cu Damascene )を用いた場合について、説明す
る。
First, as shown in FIG. 22A, a low dielectric constant film 620 is formed on a semiconductor substrate 600 such as a silicon substrate via an insulating separation layer 610, and then a high melting metal film 6 is formed.
A lower-layer metal wiring (lower-layer wiring 630) including the metal film 31 and the metal film 632 is formed. In the eighth embodiment, a case in which a buried Al-Cu alloy metal wiring (Al-Cu Damascene) is used as the lower wiring 630 will be described.

【0106】まず、半導体基板600上に絶縁分離層6
10を介して比誘電率k値が3.9以下の低誘電率膜6
20を形成する。この低誘電率膜620に対してはいく
つかの材料と形成手法が考えられる。例えば、低誘電率
膜620の形成として、減圧プラズマCVD法によりフ
ッ素(F)もしくはホウ素(B)を添加した酸化シリコ
ン膜を形成したものを用いることができる。また、塗布
法により形成するシリケイト系膜やポリマー系膜を用い
ることもできる。シリケイト系膜には、有機成分を含む
有機系膜或いは有機成分を含まない無機系膜のいずれも
用いることができる。その他、蒸着重合法によって得ら
れる有機系膜を用いることもできる。なお、半導体装置
によっては絶縁膜の低誘電率化が必要でないものも存在
することから、これらに対しては一般的に用いられるC
VD法によるSiO2 膜やホウ素(B)、リン(P)を
含有したBPSG、PSG膜等を用いてもよい。第7の
実施形態においては、塗布法によって形成した有機SO
G膜を低誘電率膜として用いるものとする。この場合に
は、下層配線630の膜厚相当として0.5μmの膜厚
で有機SOGを塗布した後、450℃で熱処理を行って
有機SOGを硬化、安定化させる。
First, the insulating separation layer 6 is formed on the semiconductor substrate 600.
10, a low dielectric constant film 6 having a relative dielectric constant k value of 3.9 or less
20 is formed. Several materials and forming methods can be considered for the low dielectric constant film 620. For example, as the formation of the low dielectric constant film 620, a film in which a silicon oxide film to which fluorine (F) or boron (B) is added by a low-pressure plasma CVD method can be used. Alternatively, a silicate-based film or a polymer-based film formed by a coating method can be used. As the silicate-based film, either an organic-based film containing an organic component or an inorganic-based film containing no organic component can be used. Alternatively, an organic film obtained by a vapor deposition polymerization method can be used. Note that some semiconductor devices do not require an insulating film to have a low dielectric constant.
A SiO2 film, a BPSG or PSG film containing boron (B) or phosphorus (P) by a VD method may be used. In the seventh embodiment, an organic SO formed by a coating method is used.
The G film is used as a low dielectric constant film. In this case, the organic SOG is applied in a thickness of 0.5 μm corresponding to the thickness of the lower wiring 630 and then heat-treated at 450 ° C. to cure and stabilize the organic SOG.

【0107】上記有機SOG膜620を形成した後、有
機SOG膜620に対してリソグラフィー及びRIEに
よって溝を形成し、この溝に下層配線となる金属材を充
填する。この充填工程としては、例えば高融点金属であ
るチタン窒化膜(TiN膜)14aを10nmスパッタ
法にて堆積した後、450℃にてAl−Cu合金膜63
2を0.6μm堆積する。その後、化学的機械研磨(C
MP)により溝外の余剰金属を除去するとともに表面の
平坦化を行い、溝内に埋め込まれた下層配線630を形
成する。このようにして、図22(a)に示すような構
造が得られる。
After forming the organic SOG film 620, a groove is formed in the organic SOG film 620 by lithography and RIE, and the groove is filled with a metal material to be a lower wiring. In this filling step, for example, a titanium nitride film (TiN film) 14a, which is a high melting point metal, is deposited by a 10 nm sputtering method, and then the Al—Cu alloy film 63 is formed at 450 ° C.
2 is deposited at 0.6 μm. Thereafter, chemical mechanical polishing (C
Excess metal outside the groove is removed by MP) and the surface is flattened to form a lower wiring 630 embedded in the groove. Thus, a structure as shown in FIG. 22A is obtained.

【0108】次に、図22(b)に示すように、ピラー
640及び層間絶縁膜650を形成する工程を行う。
Next, as shown in FIG. 22B, a step of forming pillars 640 and an interlayer insulating film 650 is performed.

【0109】従来技術では、コンタクトやビアとなる部
分に対してのみピラーを形成していたが、ピラーを形成
することによりホールパターンのリソグラフィーを行わ
なくてもよく、解像力からくる問題が回避可能とされて
いる。しかしながら、半導体装置におけるコンタクトホ
ールやビアホールのパターン密度、言い換えるとピラー
の被覆密度(被覆率、占有率)は5%未満程度と極めて
小さく、リソグラフィー後に柱状にピラーを加工する工
程でピラーのパターンが過剰にエッチングされる現象が
発生する。また、ピラー形成後に層間絶縁膜を堆積して
平坦化を施すと、パターン依存性が大きくなり平坦化特
性が劣化する。したがって、数百μm領域で規格化され
るローカルな領域の規格的な被覆率の差によって平坦化
状態が変化してしまう。すなわち、ローカルな領域の規
格的な被覆率が高い部分では層間絶縁膜の膜厚が厚くな
り、ローカルな領域の規格的な被覆率が低い部分では、
層間絶縁膜の膜厚が薄くなってしまうという問題が発生
する。特に、塗布型の形成手法を用いて層間絶縁膜を形
成する場合にはこの影響が大きい。
In the prior art, pillars are formed only for portions that become contacts or vias. However, by forming pillars, lithography of a hole pattern may not be performed, and it is possible to avoid the problem of resolution. Have been. However, the pattern density of contact holes and via holes in a semiconductor device, in other words, the coverage density (coverage, occupancy) of the pillars is extremely low, less than about 5%, and the pillar pattern is excessively formed in the step of processing the pillars into pillars after lithography. Phenomenon occurs. In addition, when an interlayer insulating film is deposited after pillar formation and planarization is performed, pattern dependency increases and planarization characteristics deteriorate. Therefore, the flattened state changes due to the difference in the standard coverage of the local region standardized in the region of several hundred μm. That is, the thickness of the interlayer insulating film is large in a portion where the standard coverage of the local region is high, and in a portion where the standard coverage of the local region is low,
There is a problem that the thickness of the interlayer insulating film is reduced. This effect is particularly significant when an interlayer insulating film is formed using a coating type forming technique.

【0110】そこで、このような問題を解決すべく、製
造プロセスの補助的な役割を有するダミーパターンを、
半導体装置の設計情報をもとにして論理演算処理によっ
て発生させ、このダミーパターンすなわちダミーピラー
を配置することにより、ローカルな領域の規格的な被覆
率と半導体装置全体に対する被覆率を増大させるように
する。
In order to solve such a problem, a dummy pattern having an auxiliary role in the manufacturing process is provided by:
The dummy pattern is generated by a logical operation based on the design information of the semiconductor device, and the dummy pattern, that is, the dummy pillar is arranged to increase the standard coverage of the local area and the coverage of the entire semiconductor device. .

【0111】上記論理演算処理にはいくつかの手法が考
えられるが、本実施形態においては以下の演算処理を行
う。図23は、この演算処理の流れを示した説明図であ
り、以下これを参照して説明する。
Several methods are conceivable for the logical operation processing. In the present embodiment, the following operation processing is performed. FIG. 23 is an explanatory diagram showing the flow of this arithmetic processing, which will be described below with reference to FIG.

【0112】まず、上層配線(n配線)及び下層配線
(n−1配線)の配線データに基づいてこれら2層のデ
ータに対して論理和否定(NOR)の論理演算処理を行
う。この論理和否定の演算処理により、上層配線及び下
層配線のいずれも配置されない領域のデータD11が抽
出される。次に、この抽出領域に対しマイナスの変換差
(例えば、ΔL=−1.0μm)を加え、これによって
得られるデータをD12とする。このように、データD
11に対応した領域に対して例えば1μmの変換差を設
けることで、上層配線及び下層配線の少なくとも一方が
配置される領域の境界から1μm以上離れた領域が抽出
される。この処理においては、マイナス変換差を施す前
段階で短辺が2μm以下の領域であったものはデータD
12からは削除される。次に、データD12に対応した
領域を島状パターンに分割して抽出する演算処理を行
い、これによって得られるデータをD13とする。な
お、このときの分割処理は、同層で用いられる本来の接
続パターン設計規則に法り、統一した寸法に分割するこ
とが望ましい。例えば、島状パターンを一辺が1μmの
正方形とし、互いに隣り合った島状パターンの間隔を1
μmとする。
First, based on the wiring data of the upper layer wiring (n wiring) and the lower layer wiring (n-1 wiring), a logical operation of NOR (NOR) is performed on the data of these two layers. By this logical OR operation, data D11 in an area where neither the upper layer wiring nor the lower layer wiring is arranged is extracted. Next, a negative conversion difference (for example, ΔL = −1.0 μm) is added to this extraction region, and the data obtained by this is set as D12. Thus, the data D
By providing a conversion difference of, for example, 1 μm with respect to the region corresponding to 11, a region separated by 1 μm or more from the boundary of the region where at least one of the upper layer wiring and the lower layer wiring is arranged is extracted. In this processing, the area where the short side is 2 μm or less before the negative conversion difference is applied is the data D
12 is deleted. Next, a calculation process is performed to divide the region corresponding to the data D12 into island-shaped patterns and extract the data, and the data obtained by this is referred to as D13. In this case, it is desirable that the division process is performed according to the original connection pattern design rules used in the same layer, and is divided into uniform dimensions. For example, the island pattern is a square having a side of 1 μm, and the interval between adjacent island patterns is 1
μm.

【0113】次に、上記一連の演算処理によって得られ
たデータD13と、本来の接続用のホールパターンのデ
ータの論理否定(NOT)によって得られるデータD1
4との論理和(OR)の演算処理を行い、これによって
得られたデータを最終的なデータD15とする。
Next, the data D13 obtained by the above series of arithmetic processing and the data D1 obtained by logical NOT (NOT) of the original connection hole pattern data.
4 is calculated, and the data obtained by this operation is used as final data D15.

【0114】なお、上記演算処理の手順に関しては、交
換律(X+Y=Y+X、X・Y=Y・X)、結合律(X
+(Y+Z)=(X+Y)+Z、X・(Y・Z)=(X
・Y)・Z)、分配律(X+Y・Z=(X+Y)・(X
+Z)、X・(Y+Z)=X・Y+X・Z)、吸収律
(X・(X+Y)=X・X+X・Y=X)、ド・モルガ
ンの定理(de Morgan's theorem )等に基づいた論理変
換により、同様の結果を得る手法が種々考えられる。
Note that, regarding the procedure of the above-mentioned arithmetic processing, the exchange rule (X + Y = Y + X, XY = Y × X), the combination rule (X
+ (Y + Z) = (X + Y) + Z, X · (Y · Z) = (X
· Y) · Z), distribution rule (X + Y · Z = (X + Y) · (X
+ Z), X · (Y + Z) = X · Y + X · Z), absorption rule (X · (X + Y) = X · X + XY · X = X), logical transformation based on de Morgan's theorem, etc. Therefore, various methods for obtaining the same result can be considered.

【0115】以上のようにして得られたデータD15
は、本来の接続用のホールパターン部と論理演算にて得
られたダミーパターン部の両方の領域にパターンが存在
することになり、リソグラフィー時にはこれらの領域に
レジストが残る。したがって、半導体装置全域における
パターンの被覆率を高めることができる。例えば、ある
マイクロプロセッサの場合には、その被覆率は19%で
ある。
The data D15 obtained as described above
In, the pattern exists in both regions of the original connection hole pattern portion and the dummy pattern portion obtained by the logical operation, and the resist remains in these regions at the time of lithography. Therefore, the coverage of the pattern over the entire semiconductor device can be increased. For example, in the case of a certain microprocessor, its coverage is 19%.

【0116】図22(b)の工程に説明を戻すと、例え
ばスパッタ法により全面にAl−Cu膜をビアホールの
深さ以上の膜厚(例えば0.7μm)で堆積する。続い
て、リソグラフィー技術により、前記演算処理で得られ
たデータに基づいて作成したマスクを用いてピラーのパ
ターンをレジストに転写し、パターン形成されたレジス
トマスクを用いてRIEによりAl−Cu膜のピラー6
40を形成する。その後、層間絶縁膜650となる有機
SOGを上層配線の膜厚相当として厚さ1.1μm塗布
した後、450℃で熱処理を行って有機SOG650を
硬化、安定化させる。
Returning to the description of FIG. 22B, for example, an Al—Cu film is deposited on the entire surface by a sputtering method so as to have a thickness (for example, 0.7 μm) equal to or larger than the depth of the via hole. Subsequently, the pattern of the pillar is transferred to the resist using a mask created based on the data obtained by the arithmetic processing by lithography technology, and the pillar of the Al-Cu film is formed by RIE using the patterned resist mask. 6
40 is formed. After that, an organic SOG to be the interlayer insulating film 650 is applied to a thickness of 1.1 μm corresponding to the thickness of the upper wiring, and then heat-treated at 450 ° C. to cure and stabilize the organic SOG 650.

【0117】次に、層間絶縁膜650表面に生じている
ピラー11の配置に同調した膜厚差を除去するために、
CMPを用いて層間絶縁膜650の平坦化を行う。続い
て、高融点金属であるTiN膜661及びAl−Cu合
金膜662からなる埋め込み型の上層配線17を、先に
説明した下層配線630の形成と同様にして形成するこ
とにより、図22(c)に示すような2層金属配線構造
が作製される。
Next, in order to remove a film thickness difference generated in the surface of the interlayer insulating film 650 and tuned to the arrangement of the pillars 11,
The interlayer insulating film 650 is planarized by using CMP. Subsequently, the buried type upper layer wiring 17 composed of the TiN film 661 and the Al—Cu alloy film 662, which are high melting point metals, is formed in the same manner as the formation of the lower layer wiring 630 described above. A two-layer metal wiring structure as shown in FIG.

【0118】本発明の第9の実施形態について、図24
及び図25を参照して説明する。
FIG. 24 shows a ninth embodiment of the present invention.
This will be described with reference to FIG.

【0119】第8の実施形態では、形成された柱状構造
物(ピラー)をそのまま残し、これに上層配線を直接接
続する例を示したが、柱状構造物をその後の工程で除去
可能である場合は、ダミーパターン発生の論理演算処理
を第8の実施形態で説明した手法よりも単純化すること
が可能である。図24は、この演算処理の流れを示した
説明図であり、以下これを参照して説明する。
In the eighth embodiment, an example is shown in which the formed columnar structure (pillar) is left as it is and the upper layer wiring is directly connected to the columnar structure. However, the columnar structure can be removed in a subsequent step. Can simplify the logical operation processing for generating the dummy pattern as compared with the method described in the eighth embodiment. FIG. 24 is an explanatory diagram showing the flow of this arithmetic processing, which will be described below with reference to FIG.

【0120】まず、上層配線(n配線)と下層配線(n
−1配線)の接続領域となるコンタクトもしくはビアホ
ールといったホールデータD21に対してマイナスの変
換差(例えば、ΔL=−1.0μm)を加え、これによ
って得られるデータをD22とする。この場合、データ
D21に対応した領域に対して例えば1μmの変換差を
設けることで、上層配線と下層配線の接続領域が配置さ
れる領域の境界から1μm以上離れた領域が抽出され
る。この処理においては、マイナス変換差を施す前段階
で短辺が2μm以下の領域であったものはデータD22
からは削除される。次に、データD22に対応した領域
を島状パターンに分割して抽出する演算処理を行い、こ
れによって得られるデータをD23とする。なお、この
ときの分割処理は、同層で用いられる本来の接続パター
ン設計規則に法り、統一した寸法に分割することが望ま
しい。例えば、島状パターンを一辺が1μmの正方形と
し、互いに隣り合った島状パターンの間隔を1μmとす
る。
First, the upper wiring (n wiring) and the lower wiring (n wiring)
A minus conversion difference (for example, ΔL = −1.0 μm) is added to the hole data D21 such as a contact or a via hole which is a connection region of (−1 wiring), and the data obtained by this is referred to as D22. In this case, by providing a conversion difference of, for example, 1 μm with respect to the region corresponding to the data D21, a region separated by 1 μm or more from the boundary of the region where the connection region between the upper wiring and the lower wiring is arranged is extracted. In this processing, the area where the short side is 2 μm or less before the minus conversion difference is applied is the data D22.
Is removed from. Next, a calculation process is performed to divide the region corresponding to the data D22 into island-shaped patterns and extract the data, and the data obtained thereby is referred to as D23. In this case, it is preferable that the division process is performed according to the original connection pattern design rules used in the same layer, and is divided into uniform dimensions. For example, the island pattern is a square having a side of 1 μm, and the interval between the adjacent island patterns is 1 μm.

【0121】次に、上記一連の演算処理によって得られ
たデータD23と、本来の接続用のホールパターンのデ
ータの論理否定(NOT)によって得られるデータD2
4との論理和(OR)の演算処理を行い、これによって
得られたデータを最終的なデータD25とする。
Next, the data D23 obtained by the above series of arithmetic processing and the data D2 obtained by logical NOT (NOT) of the data of the original hole pattern for connection.
Then, a logical sum (OR) operation is performed with the data D.4, and the data obtained thereby is used as final data D25.

【0122】以上のようにして得られたデータD25
は、本来の接続用のホールパターン部と論理演算にて得
られたダミーパターン部の両方の領域にパターンが存在
することになり、リソグラフィー時にはこれらの領域に
レジストが残る。したがって、半導体装置全域における
パターンの被覆率を高めることができる。例えば、ある
マイクロプロセッサの場合には、その被覆率は42%で
ある。
The data D25 obtained as described above
In, the pattern exists in both regions of the original connection hole pattern portion and the dummy pattern portion obtained by the logical operation, and the resist remains in these regions at the time of lithography. Therefore, the coverage of the pattern over the entire semiconductor device can be increased. For example, in the case of a certain microprocessor, its coverage is 42%.

【0123】以下、上記の論理演算処理を用いた製造方
法について、図25及び図26に示した工程断面図を参
照して説明する。なお、これらの工程図は、素子分離及
びMOSFET等については省略してあり、ダミーパタ
ーン発生の論理演算処理及び2層からなる多層金属配線
(a Double-Level-Metal:DLM)の形成に係る工程を
主として示している。
Hereinafter, a manufacturing method using the above-described logical operation processing will be described with reference to the process sectional views shown in FIGS. Note that these process drawings omit element isolation and MOSFET, etc., and relate to a logic operation process for generating a dummy pattern and a process related to formation of a double-level metal wiring (a Double-Level-Metal: DLM) composed of two layers. Is mainly shown.

【0124】まず、図25(a)に示すように、第8の
実施形態と同様にして、シリコン基板等の半導体基板6
00上に絶縁分離層610を介して低誘電率膜620を
形成し、その後高融点金属膜631及び金属膜632か
らなる下層側の埋め込み型金属配線(下層配線630)
を形成する。
First, as shown in FIG. 25A, a semiconductor substrate 6 such as a silicon substrate is formed in the same manner as in the eighth embodiment.
A low-dielectric-constant film 620 is formed on the metal layer 00 via an insulating separation layer 610, and then a lower-layer buried metal wiring (lower-layer wiring 630) composed of a high-melting metal film 631 and a metal film 632 is formed.
To form

【0125】次に、図25(b)に示すように、全面に
減圧プラズマCVD法により厚さ5nmのSiO2 膜7
01を堆積し、続いてHSQ(Hydrogen Silsesquioxan
e )702をビアホールの深さ以上の膜厚で堆積し、さ
らに減圧プラズマCVD法により厚さ10nmのSiO
2 703を堆積する。
Next, as shown in FIG. 25B, a 5 nm-thick SiO2 film 7 is formed on the entire surface by low-pressure plasma CVD.
01 and subsequently HSQ (Hydrogen Silsesquioxan
e) 702 is deposited to a thickness equal to or greater than the depth of the via hole, and then a 10 nm thick SiO
2 703 is deposited.

【0126】次に、リソグラフィー技術により、前述の
演算処理によって得られたデータに基づいて作成したマ
スクを用いて、パターンをレジストに転写する。続い
て、形成されたレジストパターンをマスクとして、RI
E技術よりSiO2 膜701、HSQ膜702及びSi
O2 703からなる積層膜をエッチングすることによ
り、図25(c)に示すように、ピラー700を形成す
る。
Next, the pattern is transferred to the resist by lithography using a mask created based on the data obtained by the above-described arithmetic processing. Subsequently, using the formed resist pattern as a mask, RI
SiO2 film 701, HSQ film 702 and Si
By etching the laminated film made of O2 703, pillars 700 are formed as shown in FIG.

【0127】その後、図25(d)に示すように、層間
絶縁膜710となる有機SOGを上層配線の膜厚相当と
して厚さ1.1μm塗布した後、450℃で熱処理を行
って有機SOG710を硬化、安定化させる。
Thereafter, as shown in FIG. 25D, an organic SOG to be an interlayer insulating film 710 is applied to a thickness of 1.1 μm corresponding to the film thickness of the upper layer wiring, and then heat-treated at 450 ° C. to form the organic SOG 710. Cure and stabilize.

【0128】次に、層間絶縁膜710表面に生じている
下地ピラー材700の配置に同調した膜厚差を除去する
ために、CMPを用いて層間絶縁膜710の平坦化を行
う。その後、層間絶縁膜710上に下層配線と上層配線
との接続領域に開孔を形成するためのレジストパターン
720を形成する。続いて、このレジストパターン72
0をマスクとして、層間絶縁膜710及びその下のピラ
ー700を除去する。ピラー700を除去する際には、
上部のSiO2 膜をフロロカーボンを含むガスを用いて
RIEし、続いてHSQ膜を1:100に希釈した希H
Fもしくはアルカリ系の溶剤にて除去し、さらに下部の
SiO2 膜をフロロカーボンを含むガスを用いてRIE
する。この工程により、図26(e)の構造が得られ
る。
Next, the interlayer insulating film 710 is planarized by using CMP in order to remove a difference in film thickness generated on the surface of the interlayer insulating film 710 in accordance with the arrangement of the base pillar material 700. After that, a resist pattern 720 for forming an opening in a connection region between the lower wiring and the upper wiring is formed on the interlayer insulating film 710. Subsequently, the resist pattern 72
By using 0 as a mask, the interlayer insulating film 710 and the pillar 700 thereunder are removed. When removing the pillar 700,
The upper SiO2 film is subjected to RIE using a gas containing fluorocarbon, and then the HSQ film is diluted with diluted H
F or an alkaline solvent, and the lower SiO2 film is removed by RIE using a gas containing fluorocarbon.
I do. By this step, the structure of FIG. 26E is obtained.

【0129】その後、高融点金属であるTiN膜731
及びAl−Cu合金膜732からなる埋め込み型の上層
配線730を形成することにより、図26(f)に示す
ようなDLM構造が作製される。
Thereafter, a TiN film 731 which is a high melting point metal is used.
By forming the buried type upper layer wiring 730 made of the Al—Cu alloy film 732 and the DLM structure as shown in FIG.

【0130】第8の実施形態では、先に説明した論理演
算処理を採用することにより、下層配線と上層配線との
接続部を除いて、下層配線及び上層配線が形成されてい
る領域にもダミーとなるピラーが残存する。したがっ
て、ピラーとして低誘電率の絶縁体を用いることが望ま
しい。
In the eighth embodiment, by adopting the above-described logical operation processing, dummy regions are formed also in the regions where the lower layer wiring and the upper layer wiring are formed except for the connection between the lower layer wiring and the upper layer wiring. Pillars remain. Therefore, it is desirable to use an insulator having a low dielectric constant as the pillar.

【0131】本発明の第10の実施形態について、図2
8から図30を参照して説明する。
Referring to the tenth embodiment of the present invention, FIG.
This will be described with reference to FIGS.

【0132】第9の実施形態は、予め決められた特定領
域に対してはダミーパターンを発生させないような処理
を行う実施形態である。すなわち、ダミーパターン(ダ
ミーピラー)を形成することが回路性能やチップ特性か
らみて好ましくない領域に対しては、ダミーパターンを
発生させないようにしている。この場合、全レイヤの特
定領域に対してダミーパターンを発生させないようにし
てもよいし、特定レイヤの特定領域に対してのみダミー
パターン発生させないようにしてもよい。このようにダ
ミーパターンを発生させない特定領域の例としては、例
えば以下の領域があげられる。
The ninth embodiment is an embodiment in which processing is performed so as not to generate a dummy pattern in a predetermined specific area. That is, a dummy pattern (dummy pillar) is not generated in a region where it is not preferable from the viewpoint of circuit performance and chip characteristics. In this case, a dummy pattern may not be generated for a specific region of all layers, or a dummy pattern may not be generated only for a specific region of a specific layer. Examples of the specific area in which the dummy pattern is not generated as described above include, for example, the following areas.

【0133】まず、層間絶縁膜によって生じる寄生容量
に敏感な回路等が形成される領域を特定領域としてあげ
ることができる。また、予備回路部や冗長回路部並びに
回路部に配置されたヒューズ部が形成される領域もあげ
られる。さらに、外部接続用端子部(PAD部)が形成
される領域、ダイシングライン部が設けられる領域も特
定領域としてあげることができる。
First, a region where a circuit or the like sensitive to a parasitic capacitance generated by an interlayer insulating film is formed can be given as a specific region. In addition, a region where a spare circuit portion, a redundant circuit portion, and a fuse portion arranged in the circuit portion are formed is also included. Furthermore, the area where the external connection terminal section (PAD section) is formed and the area where the dicing line section is provided can also be given as specific areas.

【0134】具体的には、例えば、第8の実施形態或い
は第9の実施形態で得られるダミーパターンから前記特
定領域を除いた領域に対してダミーパターンを発生させ
るようにすればよい。
Specifically, for example, a dummy pattern may be generated for a region excluding the specific region from the dummy pattern obtained in the eighth or ninth embodiment.

【0135】図27及び図28は、第9の実施形態で得
られるダミーパターンから特定領域を除いた領域に対し
てダミーパターンを発生させる場合の演算処理の流れを
示した図である。図27は変換差ΔLを差し引く処理を
した後に特定領域を除去する処理を行った場合の例であ
り、図28は、図24に示した演算処理で得られたデー
タに対して特定領域を除去する処理を行った場合の例で
ある。
FIGS. 27 and 28 are diagrams showing the flow of arithmetic processing when a dummy pattern is generated for an area excluding a specific area from the dummy pattern obtained in the ninth embodiment. FIG. 27 shows an example in which the processing for removing the specific area is performed after the processing for subtracting the conversion difference ΔL, and FIG. This is an example of a case where the processing of FIG.

【0136】図29及び図30は、図27或いは図28
に示した演算処理で得られたデータに基づいてDLM構
造を作製したときの工程断面図を示したものである。図
29及び図30の工程はそれぞれ第9の実施形態に係る
図25及び図26の工程に対応したものである。したが
って、各工程の詳細な説明は第9の実施形態を参照する
ものとし、ここでは本実施形態の特徴的な箇所のみ説明
する。
FIGS. 29 and 30 correspond to FIG. 27 or FIG.
3 is a process sectional view when a DLM structure is manufactured based on the data obtained by the arithmetic processing shown in FIG. The steps in FIGS. 29 and 30 correspond to the steps in FIGS. 25 and 26, respectively, according to the ninth embodiment. Therefore, the detailed description of each step refers to the ninth embodiment, and here, only the characteristic portions of the present embodiment will be described.

【0137】本実施形態では、すでに説明したように特
定領域を除去する処理が行われるが、特定領域を除去す
る工程は図29(c)の工程で行われる。すなわち、図
25(c)に示した第9の実施形態とは異なり、図29
(c)の工程では特定領域Sにはダミーとなるピラーは
形成されない。その結果、図30(f)に示される最終
的に得られる構造においても特定領域にはダミーとなる
ピラーが形成されていないことになる。
In the present embodiment, the process of removing the specific region is performed as described above. The process of removing the specific region is performed in the process of FIG. That is, unlike the ninth embodiment shown in FIG.
In the step (c), no pillar serving as a dummy is formed in the specific region S. As a result, even in the finally obtained structure shown in FIG. 30 (f), no dummy pillar is formed in the specific region.

【0138】本発明は、上記の発明の実施の形態に限定
されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で
種々変形して実施できるのは勿論である。
The present invention is not limited to the above embodiments of the present invention, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

【0139】[0139]

【発明の効果】本発明によれば次のような効果が得られ
る。
According to the present invention, the following effects can be obtained.

【0140】まず、本発明では、次のような特徴を備え
ている。まず第1の層間絶縁膜にCuからなる第1の埋
め込み配線(下層配線)を形成した後、例えば、Al/
W/WNもしくはCuなどからなる接続プラグが形成さ
れる導電層を形成する。次に、この導電層をリソグラフ
ィー技術及びRIE法によって接続プラグに加工する。
すなわち本発明の第1局面では、接続プラグを形成する
導電層上に接続プラグ形成用のシリコン窒化膜やシリコ
ン酸化膜などのハードマスク材をエッチングマスクとし
て堆積している。接続プラグを形成した後に、必要に応
じてシリコン窒化膜(Si34 )などのCuなどの拡
散を抑制する効果や表面の酸化を抑止する効果のある保
護膜を接続プラグ及び第1の層間絶縁膜上にCVD法、
反応性スパッタリング法などで所望の膜厚だけ堆積す
る。その後第2の層間絶縁膜を堆積し、上層配線を第2
の層間絶縁膜に埋め込んで下層配線及び上層配線を接続
プラグで接続する。
First, the present invention has the following features. First, after forming a first embedded wiring (lower wiring) made of Cu in the first interlayer insulating film, for example, Al /
A conductive layer is formed on which a connection plug made of W / WN or Cu is formed. Next, the conductive layer is processed into a connection plug by lithography and RIE.
That is, in the first aspect of the present invention, a hard mask material such as a silicon nitride film or a silicon oxide film for forming a connection plug is deposited as an etching mask on a conductive layer for forming a connection plug. After forming the connection plug, if necessary, a protective film having an effect of suppressing diffusion of Cu or the like such as a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) or an effect of suppressing surface oxidation is formed on the connection plug and the first interlayer. CVD method on the insulating film,
A desired film thickness is deposited by a reactive sputtering method or the like. Thereafter, a second interlayer insulating film is deposited, and the upper wiring is
The lower wiring and the upper wiring are connected by a connection plug.

【0141】更に、第1の埋め込み配線(下層配線)上
の接続プラグが存在しない領域にはCu拡散防止効果や
酸化抑止効果のある保護膜が堆積されており、従来のよ
うに第1の埋め込み配線(下層配線)と層間絶縁膜は接
していないので、複雑な工程を要することなく良好な特
性が得られる。このハードマスクは第2の配線溝の加工
時に深さ方向のバラツキ裕度を大きくする働きもある。
Further, in a region where no connection plug exists on the first buried wiring (lower layer wiring), a protective film having a Cu diffusion preventing effect and an oxidation suppressing effect is deposited. Since the wiring (lower wiring) is not in contact with the interlayer insulating film, good characteristics can be obtained without requiring complicated steps. This hard mask also has a function of increasing the variation tolerance in the depth direction when the second wiring groove is processed.

【0142】従って、本発明により、深さ方向のばらつ
き裕度を大きくし、上層配線のバリアメタルのカバレッ
ジ不良を防止する。更に、下層配線のCu拡散を防止す
ることができる。
Therefore, according to the present invention, the degree of variation in the depth direction is increased, and poor coverage of the barrier metal of the upper layer wiring is prevented. Further, it is possible to prevent Cu diffusion in the lower wiring.

【0143】また、ハードマスクを残してプロセスを進
めることによって、配線と電気的接触を取るためのピラ
ー上面がプロセスの過程で酸化したり、汚染を受けた
り、化学反応を受けたりすることを防止できる。
Further, by proceeding the process while leaving the hard mask, the upper surface of the pillar for making electrical contact with the wiring is prevented from being oxidized, contaminated, or subjected to a chemical reaction during the process. it can.

【0144】更に、本発明により、第1の埋め込み配線
(下層配線)上の接続プラグが存在しない領域にはCu
拡散防止効果や酸化抑止効果のある保護膜が堆積されて
おり、従来のように第1の埋め込み配線(下層配線)と
層間絶縁膜は接していないので、複雑な工程を要するこ
となく良好な特性が得られる。さらに接続プラグ上に堆
積されたシリコン窒化膜からなる保護膜は、ハードマス
クと共に第2の配線溝の加工時に深さ方向のバラツキ裕
度を大きくする働きもある。
Further, according to the present invention, a region where no connection plug exists on the first buried wiring (lower wiring) is
A protective film having a diffusion preventing effect and an oxidation suppressing effect is deposited, and the first buried wiring (lower wiring) and the interlayer insulating film are not in contact with each other as in the related art, so that a good characteristic can be obtained without a complicated process. Is obtained. Further, the protective film made of the silicon nitride film deposited on the connection plug also has a function of increasing the variation tolerance in the depth direction when the second wiring groove is processed together with the hard mask.

【0145】また上層配線の底の位置が接続プラグの最
上面より低くなってしまった場合に生じる接続プラグと
第2の配線溝の側面でつくる狭い空間の発生リスクに対
する裕度があるので、この部分での上層配線のバリアメ
タルのカバレッジ不良などを防止する。
In addition, there is a margin for the risk of a small space created by the side surface of the connection plug and the second wiring groove, which is generated when the bottom position of the upper wiring is lower than the top surface of the connection plug. Prevention of poor coverage of the barrier metal of the upper layer wiring at the part.

【0146】また接続プラグが下層配線とボーダレス
(合わせ余裕のない)で形成される場合、接続プラグの
底部の一部は下層配線からはずれてしまう。そこでこの
部位の保護膜形成を確実に実現するために第1の層間絶
縁膜上に柱状構造物よりも広い水平断面を有する導電層
を形成することにより接続プラグの下部にオーバーハン
グを作為的に設けて接続プラグを確実に被覆保護するこ
とのできる信頼性の高い保護膜を形成する。
When the connection plug is formed borderless with the lower layer wiring (there is no room for alignment), a part of the bottom of the connection plug is separated from the lower layer wiring. Therefore, in order to surely realize the formation of the protective film at this portion, a conductive layer having a horizontal cross section wider than the columnar structure is formed on the first interlayer insulating film, so that an overhang is intentionally formed below the connection plug. A highly reliable protective film that can be provided to reliably cover and protect the connection plug is formed.

【0147】本発明により、ピラー状の接続プラグを用
いて相互接続した多層配線構造において、ピラー全体を
被覆する保護膜の形成が可能となる。このことから接続
プラグとして選択できる金属材料の可能性が広がり、例
えば、銅のようなきわめて抵抗率の低い材料を選択でき
るようになる。
According to the present invention, it is possible to form a protective film covering the entire pillar in a multilayer wiring structure interconnected by using pillar-shaped connection plugs. This expands the possibilities of metal materials that can be selected as connection plugs, and allows selection of a material with extremely low resistivity, such as copper, for example.

【0148】また、上記のように本発明によれば、下層
配線と上層配線とを電気的に接続する接続領域以外の領
域にも柱状構造物が形成される。したがって、局所的に
も全体的にも柱状構造物が形成される領域の割合を大幅
に増大させることができ、従来困難であった柱状構造物
の加工制御性を向上させることができるとともに、層間
絶縁膜の平坦性を向上させることが可能となる。
As described above, according to the present invention, a columnar structure is formed in a region other than a connection region for electrically connecting a lower wiring and an upper wiring. Therefore, the ratio of the region where the columnar structure is formed locally and entirely can be greatly increased, and the process controllability of the columnar structure, which has been difficult in the past, can be improved. The flatness of the insulating film can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1の実施形態の半導体装置の製造工程断面図
及び平面図。
FIGS. 1A and 1B are a cross-sectional view and a plan view illustrating a manufacturing process of a semiconductor device according to a first embodiment.

【図2】第1の実施形態の半導体装置の製造工程断面図
及び平面図。
2A and 2B are a cross-sectional view and a plan view illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment.

【図3】第1の実施形態の半導体装置の製造工程断面図
及び平面図。
3A and 3B are a cross-sectional view and a plan view illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment.

【図4】第1の実施形態の半導体装置の製造工程断面図
及び平面図。
4A and 4B are a cross-sectional view and a plan view illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment.

【図5】本発明の第2の実施形態の製造工程断面図。FIG. 5 is a sectional view showing a manufacturing process according to the second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第2の実施形態の製造工程断面図。FIG. 6 is a sectional view showing a manufacturing process according to the second embodiment of the present invention.

【図7】図6(j)の製造工程断面図の平面図。FIG. 7 is a plan view of a sectional view of the manufacturing process in FIG. 6 (j).

【図8】図6(h)の工程における他の実施形態を示す
図。
FIG. 8 is a view showing another embodiment in the step of FIG. 6 (h).

【図9】第2の実施形態において上界面の合わせずれが
ある場合を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing a case where there is misalignment of an upper interface in the second embodiment.

【図10】第3の実施形態による半導体装置の製造工程
断面図。
FIG. 10 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment;

【図11】第3の実施形態による半導体装置の製造工程
断面図。
FIG. 11 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment;

【図12】図10(e)の工程における他の実施形態を
示す図。
FIG. 12 is a view showing another embodiment in the step of FIG.

【図13】第3の実施形態の第2の変形例を示す図。FIG. 13 is a view showing a second modification of the third embodiment;

【図14】第4の実施形態を説明する半導体装置の断面
図。
FIG. 14 is a sectional view of a semiconductor device illustrating a fourth embodiment;

【図15】第4の実施形態による半導体装置の製造工程
断面図。
FIG. 15 is a sectional view of the manufacturing process of the semiconductor device according to the fourth embodiment;

【図16】第4の実施形態による半導体装置の製造工程
断面図。
FIG. 16 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the fourth embodiment;

【図17】第5の実施形態による半導体装置の製造工程
断面図。
FIG. 17 is a sectional view illustrating the manufacturing process of the semiconductor device according to the fifth embodiment;

【図18】第5の実施形態による半導体装置の製造工程
断面図。
FIG. 18 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the fifth embodiment;

【図19】第6の実施形態による半導体装置の製造工程
断面図。
FIG. 19 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the sixth embodiment;

【図20】第7の実施形態による半導体装置の製造工程
断面図。
FIG. 20 is a sectional view of the semiconductor device according to the seventh embodiment during the manufacturing process;

【図21】第7の実施形態による半導体装置の製造工程
断面図。
FIG. 21 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the seventh embodiment;

【図22】本発明の第8の実施形態に係る製造方法につ
いて、その工程を順を追って示した工程断面図。
FIG. 22 is a process cross-sectional view showing the process in order in the manufacturing method according to the eighth embodiment of the present invention.

【図23】本発明の第8の実施形態について、ピラーを
形成するためのマスクデータの発生手順を示した図。
FIG. 23 is a diagram showing a procedure for generating mask data for forming pillars according to the eighth embodiment of the present invention.

【図24】本発明の第9の実施形態について、ピラーを
形成するためのマスクデータの発生手順を示した図。
FIG. 24 is a diagram showing a procedure for generating mask data for forming pillars according to the ninth embodiment of the present invention.

【図25】本発明の第9の実施形態に係る製造方法につ
いて、その工程を順を追って示した工程断面図。
FIG. 25 is a process sectional view showing the process in order in the manufacturing method according to the ninth embodiment of the present invention.

【図26】本発明の第9の実施形態に係る製造方法につ
いて、その工程を順を追って示した工程断面図。
FIG. 26 is a process cross-sectional view showing the process sequentially in the manufacturing method according to the ninth embodiment of the present invention.

【図27】本発明の第10の実施形態について、ピラー
を形成するためのマスクデータの発生手順を示した図。
FIG. 27 is a diagram showing a procedure for generating mask data for forming pillars according to the tenth embodiment of the present invention.

【図28】本発明の第10の実施形態について、ピラー
を形成するためのマスクデータの発生手順を示した図。
FIG. 28 is a diagram showing a procedure for generating mask data for forming pillars according to the tenth embodiment of the present invention.

【図29】本発明の第10の実施形態に係る製造方法に
ついて、その工程を順を追って示した工程断面図。
FIG. 29 is a process cross-sectional view showing the process in order in the manufacturing method according to the tenth embodiment of the present invention.

【図30】本発明の第10の実施形態に係る製造方法に
ついて、その工程を順を追って示した工程断面図。
FIG. 30 is a process cross-sectional view showing the process in order in the manufacturing method according to the tenth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…半導体基板 11…第1の絶縁膜 12…第1の配線(下層配線) 14…ピラー(柱状構造物) 15…第2の絶縁膜 18…第2の配線(上層配線) DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Semiconductor substrate 11 ... 1st insulating film 12 ... 1st wiring (lower wiring) 14 ... pillar (columnar structure) 15 ... 2nd insulating film 18 ... 2nd wiring (upper wiring)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梶田 明広 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 松田 哲朗 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 飯島 匡 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 金子 尚史 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 柴田 英毅 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 中村 直文 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 エム・ビー・アナンド 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 奥村 勝弥 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Akihiro Kajita 8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba Yokohama Office (72) Inventor Tetsuro Matsuda 8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama, Kanagawa Inside the Toshiba Yokohama Office (72) Inventor Tadashi Iijima 8 Shinsugitacho, Isogo-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba Yokohama Office (72) Naofumi Kaneko 8 Shinsugitacho, Isogo-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture Toshiba Corporation Inside Yokohama Works (72) Inventor Hideki Shibata 8-8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside Toshiba Yokohama Works (72) Inventor Naofumi Nakamura 8-8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Toshiba Yokohama Business Co., Ltd. (72) Inventor M.B.A.ANDANDO 8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Company Toshiba Yokohama workplace (72) inventor Katsuya Okumura Yokohama, Kanagawa Prefecture Isogo-ku, Shinsugita-cho, address 8 Co., Ltd. Toshiba Yokohama workplace

Claims (28)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に形成された第1の絶縁膜
に凹部を形成し、前記凹部内に下層配線を形成する工程
と、 前記下層配線を被覆するように前記半導体基板上に少な
くとも1層の導電層を形成する工程と、 前記導電層上に少なくとも1層の薄膜を形成する工程
と、 前記薄膜をパターニングしてハードマスクを形成する工
程と、 前記ハードマスクをエッチングマスクとして前記導電層
のエッチングを行い、前記下層配線上に上面が前記ハー
ドマスクで被覆された導電性の柱状構造物を形成する工
程と、 前記柱状構造物が埋め込まれるように、前記半導体基板
上に第2の絶縁膜を形成する工程と、 少なくとも前記ハードマスクが露出する配線溝を形成す
る工程と、 前記ハードマスクを除去してから前記配線溝に導体を埋
め込み、前記配線溝に上層配線を形成する工程を備えた
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A step of forming a recess in a first insulating film formed on a semiconductor substrate and forming a lower wiring in the recess; and forming at least one lower wiring on the semiconductor substrate so as to cover the lower wiring. Forming a conductive layer of a layer, forming at least one thin film on the conductive layer, patterning the thin film to form a hard mask, and forming the conductive layer using the hard mask as an etching mask. Forming a conductive columnar structure, the upper surface of which is covered with the hard mask, on the lower wiring, and forming a second insulating layer on the semiconductor substrate so that the columnar structure is embedded. Forming a film; forming a wiring groove at least exposing the hard mask; removing the hard mask and embedding a conductor in the wiring groove; The method of manufacturing a semiconductor device characterized by comprising a step of forming an upper wiring trench.
【請求項2】 請求項1に記載の半導体装置の製造方法
において、前記ハードマスクが露出する配線溝を形成す
る工程は、前記第2の絶縁層表面を選択的にエッチング
する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of forming a wiring groove exposing the hard mask includes a step of selectively etching a surface of the second insulating layer. A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項3】 請求項1に記載の半導体装置の製造方法
において、前記ハードマスクが露出する配線溝を形成す
る工程は、前記第2の絶縁層を形成する工程の後に、前
記第2の絶縁層上に第3の絶縁層を形成する工程と、前
記第3の絶縁層表面を選択的にエッチングする工程を含
むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of forming a wiring groove exposing the hard mask includes the step of forming the second insulating layer after the step of forming the second insulating layer. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a third insulating layer on a layer; and selectively etching the surface of the third insulating layer.
【請求項4】 請求項1に記載の半導体装置の製造方法
において、前記柱状構造物を形成した後に、少なくとも
前記柱状構造物の上面と前記柱状構造物によって覆われ
ていない前記下層配線の表面に保護膜を形成する工程を
更に具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein after forming the columnar structure, at least an upper surface of the columnar structure and a surface of the lower wiring not covered by the columnar structure. A method for manufacturing a semiconductor device, further comprising a step of forming a protective film.
【請求項5】 下層配線が埋め込まれた凹部を有する第
1の絶縁層が形成された半導体基板と、 前記下層配線と接続され前記半導体基板上に形成された
導電性の柱状構造物と、 少なくとも前記柱状構造物によって覆われていない前記
下層配線の表面を覆い、前記柱状構造物の少なくとも上
部に堆積するように形成された保護膜と、 前記柱状構造物を取り囲むように前記半導体基板上に形
成され、選択的にエッチングされて少なくとも前記保護
膜の上部を露出させ、更に前記保護膜の少なくとも上部
の一部を除去して形成された溝からなる少なくとも1つ
の凹部を有する第2の絶縁層と前記凹部内に埋め込まれ
て形成され、前記柱状構造物と電気的に接続された上層
配線を備えたことを特徴とする半導体装置。
5. A semiconductor substrate on which a first insulating layer having a concave portion in which a lower wiring is embedded is formed; a conductive columnar structure connected to the lower wiring and formed on the semiconductor substrate; A protective film that covers a surface of the lower wiring that is not covered by the columnar structure and is formed to be deposited on at least an upper part of the columnar structure; and a protective film formed on the semiconductor substrate so as to surround the columnar structure. A second insulating layer having at least one concave portion formed by selectively etching to expose at least an upper portion of the protective film and further removing at least a part of the upper portion of the protective film. A semiconductor device, comprising: an upper wiring formed to be embedded in the recess and electrically connected to the columnar structure.
【請求項6】 下層配線が埋め込まれた凹部を有する第
1の絶縁層が形成された半導体基板と、 前記下層配線と接続され前記半導体基板上に形成され、
その上部にハードマスクとなる薄膜を形成して、前記ハ
ードマスクをマスクとして形成された導電性の柱状構造
物と、 前記柱状構造物を取り囲むように前記半導体基板上に形
成され、選択的にエッチングされて少なくとも前記ハー
ドマスクを露出させ、更に前記ハードマスクを除去して
形成された溝からなる少なくとも1つの凹部を有する第
2の絶縁層と前記凹部内に埋め込まれて形成され、前記
柱状構造物と電気的に接続された上層配線を備えたこと
を特徴とする半導体装置。
6. A semiconductor substrate on which a first insulating layer having a concave portion in which a lower wiring is buried is formed; and a semiconductor substrate connected to the lower wiring and formed on the semiconductor substrate;
A thin film serving as a hard mask is formed thereon, and a conductive columnar structure formed using the hard mask as a mask, and formed on the semiconductor substrate so as to surround the columnar structure, and selectively etched. A second insulating layer having at least one recess formed of a groove formed by removing at least the hard mask and removing the hard mask, and the columnar structure formed by being embedded in the recess. A semiconductor device comprising an upper wiring electrically connected to the semiconductor device.
【請求項7】 請求項6に記載の半導体装置において、
少なくとも前記柱状構造物の上面と前記柱状構造物によ
って覆われていない前記下層配線の表面に保護膜を形成
した後に前記柱状構造物の上面の保護膜を除去すること
によって、前記第2の絶縁層内の少なくとも1つの凹部
が形成されたことを特徴とする半導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 6, wherein
Forming a protective film on at least the upper surface of the columnar structure and the surface of the lower wiring not covered by the columnar structure, and then removing the protective film on the upper surface of the columnar structure to form the second insulating layer. A semiconductor device in which at least one concave portion is formed.
【請求項8】 下層配線が埋め込まれた凹部を有する第
1の絶縁層が形成された半導体基板と、 前記下層配線と接続され前記半導体基板上に形成された
導電性の柱状構造物と、 前記柱状構造物を取り囲むように前記半導体基板上に形
成された第2の絶縁層と、 前記柱状構造物と電気的に接続された上層配線を備え前
記第2の絶縁層もしくは前記第2の絶縁層上に形成され
た第3の絶縁層表面に、前記柱状構造物と同じ水平断面
形状を有する第1の凹部と、前記第1の凹部の上部に形
成され、前記柱状構造物の水平断面の断面積より大きい
水平断面積を有する第2の凹部が形成されており、 前記上層配線は前記第1の凹部及び第2の凹部内に形成
されていることを特徴とする半導体装置。
8. A semiconductor substrate on which a first insulating layer having a recess in which a lower wiring is embedded is formed; a conductive columnar structure connected to the lower wiring and formed on the semiconductor substrate; A second insulating layer formed on the semiconductor substrate so as to surround the columnar structure; and an upper wiring electrically connected to the columnar structure, the second insulating layer or the second insulating layer being provided. A first concave portion having the same horizontal cross-sectional shape as the columnar structure is formed on the surface of the third insulating layer formed thereon, and a horizontal cross section of the columnar structure is formed above the first concave portion. A semiconductor device, wherein a second concave portion having a horizontal cross-sectional area larger than an area is formed, and the upper wiring is formed in the first concave portion and the second concave portion.
【請求項9】 請求項8に記載の半導体装置において、
少なくとも前記柱状構造物によって覆われていない前記
下層配線の表面に形成された保護膜を更に備えたことを
特徴とする半導体装置。
9. The semiconductor device according to claim 8, wherein
A semiconductor device further comprising a protective film formed on at least a surface of the lower wiring not covered by the columnar structure.
【請求項10】 下層配線が埋め込まれた凹部を有する
第1の絶縁層が形成された半導体基板と、 前記下層配線上に形成されたバリアメタル機能を含む成
分を有する導電層と、 前記導電層と接続され前記半導体基板上に形成された導
電性の柱状構造物と、 前記柱状構造物を取り囲むように前記半導体基板上に形
成され、前記柱状構造物の上部が露出するように形成さ
れた凹部を有する第2の絶縁層と、 前記凹部内に形成され、前記柱状構造物と電気的に接続
された上層配線を備えたことを特徴とする半導体装置。
10. A semiconductor substrate on which a first insulating layer having a recess in which a lower wiring is embedded is formed, a conductive layer having a component having a barrier metal function formed on the lower wiring, and the conductive layer A conductive columnar structure connected to the semiconductor substrate and formed on the semiconductor substrate; and a recess formed on the semiconductor substrate to surround the columnar structure and formed so that an upper portion of the columnar structure is exposed. A second insulating layer having: and an upper wiring formed in the recess and electrically connected to the columnar structure.
【請求項11】 請求項10記載の半導体装置におい
て、前記導電層は少なくとも2つの層を有することを特
徴とする半導体装置。
11. The semiconductor device according to claim 10, wherein said conductive layer has at least two layers.
【請求項12】 請求項11記載の半導体装置におい
て、前記導電層は少なくとも第1及び第2の層を有し、
前記導電層の第1の層は前記柱状構造物を加工する際の
エッチングストッパー及びバリア層として機能し、前記
導電層の第2の層は前記導電層の第1の層よりも低抵抗
であり、前記柱状構造物を加工する際のエッチングスト
ッパーとして機能することを特徴とする半導体装置。
12. The semiconductor device according to claim 11, wherein the conductive layer has at least first and second layers,
The first layer of the conductive layer functions as an etching stopper and a barrier layer when processing the columnar structure, and the second layer of the conductive layer has a lower resistance than the first layer of the conductive layer. A semiconductor device that functions as an etching stopper when processing the columnar structure.
【請求項13】 請求項10記載の半導体装置におい
て、前記導電層はWNを含むことを特徴とする半導体装
置。
13. The semiconductor device according to claim 10, wherein said conductive layer contains WN.
【請求項14】 請求項11記載の半導体装置におい
て、前記導電層はWを含むことを特徴とする半導体装
置。
14. The semiconductor device according to claim 11, wherein said conductive layer contains W.
【請求項15】 請求項10に記載の半導体装置におい
て、 前記下層配線と前記第1の絶縁層の表面はほぼ同一平面
であり、 前記導電層は、少なくとも前記下層配線の一部に接続さ
れるように形成され、 前記半導体装置は、更に、少なくとも前記柱状構造物に
よって覆われていない前記下層配線の表面を覆い、前記
柱状構造物の上部に堆積するように形成された保護膜を
備えたことを特徴とする半導体装置。
15. The semiconductor device according to claim 10, wherein the lower wiring and a surface of the first insulating layer are substantially flush with each other, and the conductive layer is connected to at least a part of the lower wiring. The semiconductor device further includes a protective film formed so as to cover at least a surface of the lower wiring not covered by the columnar structure and to be deposited on an upper portion of the columnar structure. A semiconductor device characterized by the above-mentioned.
【請求項16】 請求項10に記載の半導体装置におい
て、前記導電層は、前記下層配線の表面をすべて覆うよ
うに前記凹部内に形成されていることを特徴とする半導
体装置。
16. The semiconductor device according to claim 10, wherein said conductive layer is formed in said recess so as to cover the entire surface of said lower wiring.
【請求項17】 請求項10に記載の半導体装置におい
て、前記導電層は、前記第1の絶縁膜に対し選択的にエ
ッチング可能な材料を含むことを特徴とする半導体装
置。
17. The semiconductor device according to claim 10, wherein the conductive layer contains a material that can be selectively etched with respect to the first insulating film.
【請求項18】 請求項10又は請求項17に記載の半
導体装置において、前記下層配線は、銅もしくはその合
金を含むことを特徴とする半導体装置。
18. The semiconductor device according to claim 10, wherein said lower layer wiring contains copper or an alloy thereof.
【請求項19】 請求項10に記載の半導体装置におい
て、前記柱状構造物の水平断面は、前記導電層の水平断
面よりも狭いことを特徴とする半導体装置。
19. The semiconductor device according to claim 10, wherein a horizontal cross section of said columnar structure is narrower than a horizontal cross section of said conductive layer.
【請求項20】 請求項10に記載の半導体装置におい
て、前記柱状構造物又は導電層は末広がりの形状を有す
ることを特徴とする半導体装置。
20. The semiconductor device according to claim 10, wherein the columnar structure or the conductive layer has a divergent shape.
【請求項21】 請求項10に記載の半導体装置におい
て、前記柱状構造物の側壁、前記下層配線及び前記第1
の絶縁層を覆うように形成された保護膜を更に備えたこ
とを特徴とする半導体装置。
21. The semiconductor device according to claim 10, wherein the side wall of the columnar structure, the lower layer wiring, and the first layer are formed.
A semiconductor device further comprising a protective film formed so as to cover the insulating layer.
【請求項22】 請求項10に記載の半導体装置におい
て、前記導電層は、前記下層配線をCMPにより形成す
るときのCMPストッパーとして用いられることを特徴
とする半導体装置。
22. The semiconductor device according to claim 10, wherein the conductive layer is used as a CMP stopper when the lower wiring is formed by CMP.
【請求項23】 下層配線と上層配線とを電気的に接続
する接続領域に形成された複数の柱状構造物と、 前記接続領域以外の所定の領域に形成された複数のダミ
ー柱状構造物と、 前記複数の柱状構造物を覆うように形成された層間絶縁
膜とを備え前記所定の領域に形成される前記ダミー柱状
構造物の配置位置のデータは、前記下層配線の配置位置
の配置情報及び前記上層配線の配置位置の配置情報に基
づき両情報に対応したデータの論理和否定処理によって
得られることを特徴とする半導体装置。
23. A plurality of columnar structures formed in a connection region for electrically connecting a lower wiring and an upper wiring, a plurality of dummy columnar structures formed in a predetermined region other than the connection region, An inter-layer insulating film formed so as to cover the plurality of columnar structures, the data of the arrangement position of the dummy columnar structure formed in the predetermined region includes the arrangement information of the arrangement position of the lower wiring and the A semiconductor device which is obtained by performing a logical sum negation process on data corresponding to both information based on arrangement information of an arrangement position of an upper layer wiring.
【請求項24】 請求項23に記載の半導体装置におい
て、前記接続領域及び前記所定の領域に形成される柱状
構造物を導電体によって形成することを特徴とする半導
体装置。
24. The semiconductor device according to claim 23, wherein the columnar structure formed in the connection region and the predetermined region is formed of a conductor.
【請求項25】 下層配線と上層配線とを電気的に接続
する接続領域に形成された複数の柱状構造物と、 前記接続領域以外の所定の領域に形成された複数のダミ
ー柱状構造物と、 前記複数の柱状構造物を覆うように形成された層間絶縁
膜とを備え前記所定の領域に形成される柱状構造物の配
置位置のデータは、前記接続領域の配置位置の配置情報
に基づき該情報に対応したデータの論理否定処理によっ
て得られることを特徴とする半導体装置。。
25. A plurality of columnar structures formed in a connection region for electrically connecting a lower wiring and an upper wiring, a plurality of dummy columnar structures formed in a predetermined region other than the connection region, An inter-layer insulating film formed so as to cover the plurality of columnar structures; and data of arrangement positions of the columnar structures formed in the predetermined region is based on the arrangement information of the arrangement positions of the connection regions. A semiconductor device obtained by performing a logical negation process on data corresponding to. .
【請求項26】 請求項25に記載の半導体装置におい
て、前記接続領域に形成される柱状構造物は前記層間絶
縁膜を形成する後に除去されることを特徴とする半導体
装置。。
26. The semiconductor device according to claim 25, wherein the columnar structure formed in the connection region is removed after forming the interlayer insulating film. .
【請求項27】 請求項26に記載の半導体装置におい
て、前記接続領域及び前記所定の領域に形成される前記
ダミー柱状構造物を絶縁体によって形成することを特徴
とする半導体装置。。
27. The semiconductor device according to claim 26, wherein the dummy columnar structure formed in the connection region and the predetermined region is formed of an insulator. .
【請求項28】 請求項23又は請求項25に記載の半
導体装置において、前記所定の領域に形成される前記ダ
ミー柱状構造物を予め決められた特定領域を除いた領域
に形成することを特徴とする半導体装置。。
28. The semiconductor device according to claim 23, wherein the dummy columnar structure formed in the predetermined region is formed in a region excluding a predetermined specific region. Semiconductor device. .
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JP2011035343A (en) * 2009-08-06 2011-02-17 Toshiba Corp Method of manufacturing semiconductor device

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