JP2009170544A - Semiconductor apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、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 semiconductor device having a multilayer wiring structure.
たとえば、集積度の高いLSIには、半導体基板上に複数の配線層を積層した、いわゆる多層配線構造が採用されている。
図5A〜5Fは、多層配線構造を有する半導体装置の製造方法を工程順に示す図解的な断面図である。
まず、図示しない半導体基板(たとえば、シリコン基板)上に、層間絶縁膜101が形成される。その後、図5Aに示すように、層間絶縁膜101上に、TiN(窒化チタン)層102、Al(アルミニウム)合金層103およびTiN層104が、半導体基板側からこの順に積層される。
For example, a highly integrated LSI employs a so-called multilayer wiring structure in which a plurality of wiring layers are stacked on a semiconductor substrate.
5A to 5F are schematic sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure in the order of steps.
First, an interlayer
次いで、TiN層102、Al合金層103およびTiN層104が選択的にエッチングされることにより、図5Bに示すように、配線105が所定のパターンで形成される。配線105は、Al合金からなる主配線層(Al合金層103)を、TiNからなる反射防止膜(TiN層104)およびバリア膜(TiN層102)で挟み込んだ積層構造を有している。
Next, the
その後、図5Cに示すように、層間絶縁膜101および配線105上に、SiO2(酸化シリコン)からなる下地膜106が形成される。下地膜106は、配線105間の間隔よりも小さい膜厚を有し、層間絶縁膜101および配線105の表面を覆っている。これにより、配線105間には、下地膜106によって区画される凹部110が形成される。すなわち、対向する配線105の側面に形成された下地膜106は、凹部110の側面をなし、配線105間における層間絶縁膜101の表面に形成された下地膜106は、凹部110の底面をなす。
Thereafter, as shown in FIG. 5C, a
次いで、図5Dに示すように、下地膜106上に、有機SOG材料(たとえば、メチルシルセスキシオキサン:MSQ)からなるSOG層107が回転塗布される。このSOG層107は、下地膜106によって区画される凹部110を埋め尽くし、下地膜106における配線105上に形成された部分を覆う厚さに形成される。
その後、エッチバックにより、図5Eに示すように、SOG層107における配線105上に形成された部分が除去され、配線105上において、下地膜106の表面が露出する。
Next, as shown in FIG. 5D, an
Thereafter, as shown in FIG. 5E, the portion formed on the
そして、SOG層107および下地膜106上に層間絶縁膜109が積層されることにより、図5Fに示す半導体装置が得られる。
下地膜106の材料であるSiO2は、O(酸素)を多く含んでいる。そのため、エッチバック工程(図5E参照)の際に、SOG層107から露出した下地膜106がエッチングガスに曝されると、下地膜106中に含まれるOがエッチングガス中に混入する。このエッチングガス中に混入したOは、SOG層107のエッチング速度を増加させるため、下地膜106が露出する部分(下地膜における配線105上に形成された部分)の周囲では、他の部分よりもSOG層107のエッチングが進行する。これにより、図5Eに示すように、SOG層107にその表面から半導体基板側に向かう方向の凹み108が形成される。
SiO 2 that is a material of the
特に、配線105が密集している部分では、下地膜106の露出面積が大きくなり、エッチングガス中に混入するOの量も増加する。したがって、配線105が密集している部分では、SOG層107のエッチング速度の増加が特に大きくなるため、SOG層107に生じる凹み108の深さが大きくなる。
このような凹み108が生じていると、図5Fに示すように、層間絶縁膜109の表面の平坦性が損なわれる。そのため、層間絶縁膜109上の全面に配線材料膜を形成し、これをエッチングにより部分的に除去して、層間絶縁膜109上に上層配線のパターンを得るときに、配線材料膜の所望しないエッチング残りが生じ、これによる配線間ショートの問題を生じるおそれがある。また、層間絶縁膜109にビアホールを形成する際や、層間絶縁膜109上に上層配線を形成する際のフォトリソグラフィ工程において、焦点深さが定まらず、いわゆるフォーカス不良が生じるおそれがある。
In particular, in the portion where the
If such a
そこで、本発明の目的は、SOG層の表面を平坦に形成することができる、半導体装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of forming the surface of the SOG layer flat.
前記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に所定のパターンに形成された配線と、前記層間絶縁膜および前記配線上にそれらの表面に沿って形成されたSiOC膜と、前記SiOC膜上に形成され、前記SiOC膜における前記配線上に形成された部分を露出させ、その露出した前記SiOC膜の表面と面一をなす表面を有するSOG層とを備える、半導体装置である。
In order to achieve the above object, an invention according to
この構成によれば、層間絶縁膜上には、配線が所定のパターンで形成されている。層間絶縁膜および配線上には、それらの表面に沿ってSiOC膜が形成されている。SiOC膜上には、SOG層が形成されている。SOG層は、SiOC膜における配線上に形成された部分を露出させ、その露出したSiOC膜の表面と面一をなす表面を有している。
SiOC膜の材料であるSiOC(炭素が添加された酸化シリコン)は、SiO2と比較してOの含有率が低い。そのため、SiOC膜上にSOG層の材料からなる堆積層が形成され、この堆積層がエッチバックされることによりSOG層が形成される場合に、SiOC膜がエッチングガスに曝されても、エッチングガス中に大量のOが混入しないので、SOG層のエッチング速度の増加を防止することができる。したがって、SiOC膜が露出する部分(SiOC膜における配線上に形成された部分)の周囲であっても、SOG層のエッチング速度が増加することがなく、SOG層に凹みが生じない。その結果、SOG層の表面を平坦に形成することができる。
According to this configuration, the wiring is formed in a predetermined pattern on the interlayer insulating film. A SiOC film is formed along the surface of the interlayer insulating film and the wiring. An SOG layer is formed on the SiOC film. The SOG layer exposes a portion of the SiOC film formed on the wiring, and has a surface that is flush with the exposed surface of the SiOC film.
SiOC (silicon oxide to which carbon is added), which is a material of the SiOC film, has a lower O content than SiO 2 . Therefore, when a deposition layer made of the material of the SOG layer is formed on the SiOC film and the SOG layer is formed by etching back this deposition layer, even if the SiOC film is exposed to the etching gas, the etching gas Since a large amount of O is not mixed therein, an increase in the etching rate of the SOG layer can be prevented. Therefore, the etching rate of the SOG layer does not increase and the dent does not occur in the SOG layer even around the portion where the SiOC film is exposed (portion formed on the wiring in the SiOC film). As a result, the surface of the SOG layer can be formed flat.
また、請求項2に記載のように、前記SiOC膜は、10原子%以上40原子%以下のC(炭素)を含有していることが好ましい。
Cの含有率が10原子%以上であることにより、相対的にOの含有率を低下させることができる。そのため、エッチングガス中にOが混入するのを効果的に抑制することができ、SOG層のエッチング速度の増加を良好に防止することができる。
In addition, as described in
When the C content is 10 atomic% or more, the O content can be relatively reduced. Therefore, it is possible to effectively suppress the mixing of O in the etching gas, and it is possible to satisfactorily prevent an increase in the etching rate of the SOG layer.
また、Cの含有率が40原子%以下であることにより、SiOC膜に必要な膜強度と、SiOC膜の下層に対する密着性とを確保することができる。
また、請求項3に記載のように、前記SiOC膜と前記層間絶縁膜および前記配線との間には、SiO2膜が介在されていてもよい。
SiO2膜の材料であるSiO2は、SiOCと比較して強度が高いため、SiO2膜が、SiOC膜と層間絶縁膜および配線との間に介在されていることにより、SiOC膜のみでSOG層の下地膜(層間絶縁膜および配線とSOG層との間に介在される下地膜)を形成した場合と比較して、SiOC膜とSiO2膜とを積層して構成される下地膜の強度を維持しながら、膜厚を小さくすることができる。
Moreover, when the C content is 40 atomic% or less, the film strength necessary for the SiOC film and the adhesion to the lower layer of the SiOC film can be ensured.
According to a third aspect of the present invention, an SiO 2 film may be interposed between the SiOC film, the interlayer insulating film, and the wiring.
SiO 2 is a material of SiO 2 film has a higher strength as compared with SiOC, SiO 2 film, by being interposed between the SiOC film and the interlayer insulating film and the wiring, SOG only SiOC film Compared to the case of forming a base film (interlayer insulating film and a base film interposed between the wiring and the SOG layer), the strength of the base film formed by laminating the SiOC film and the SiO 2 film The film thickness can be reduced while maintaining the above.
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。
半導体装置1は、図示しない半導体基板(たとえば、シリコン基板)を備えている。半導体基板上には、SiO2からなる層間絶縁膜2が形成されている。層間絶縁膜2上には、配線3が所定の配線パターンで形成されている。配線3は、Alからなる主配線層4を、TiNからなるバリア膜5および反射防止膜6で挟み込んだ積層構造を有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
The
層間絶縁膜2および配線3上には、SiOCからなるSiOC膜7が形成されている。SiOC膜7には、たとえば、10原子%以上40原子%以下のCが含まれている。SiOC膜7は、隣り合う配線3間の間隔よりも小さい膜厚を有し、層間絶縁膜2および配線3の表面に沿って形成されている。これにより、配線3間には、SiOC膜7によって区画される凹部15が形成されている。すなわち、対向する配線3の側面に形成されたSiOC膜7は、凹部15の側面をなし、配線3間における層間絶縁膜2の表面に形成されたSiOC膜は、凹部15の底面をなしている。
A SiOC
SiOC膜7によって区画される凹部15は、有機SOG材料(たとえば、MSQ)からなるSOG層8によって埋め尽くされている、SOG層8の表面は、SiOC膜7における配線3上に形成された部分の表面とほぼ面一をなしている。
SiOC膜7およびSOG層8上には、SiO2からなる層間絶縁膜9が形成されている。層間絶縁膜9には、配線3の所定部分と対向する部分に、層間絶縁膜9の上面から配線3の上面に達するビアホール10が貫通形成されている。ビアホール10には、W(タングステン)からなるビア11が埋設されている。層間絶縁膜9上には、図示しない上層配線が形成され、ビア11を介して、配線3と上層配線とが電気的に接続されている。
The
An interlayer insulating
図2A〜2Fは、半導体装置1の製造方法を工程順に説明するための図解的な断面図である。
まず、図示しない半導体基板(たとえば、シリコン基板)上に、層間絶縁膜2が形成される。その後、図2Aに示すように、スパッタ法により、層間絶縁膜2上に、TiN層12、Al合金層13およびTiN層14が、半導体基板側からこの順に積層される。
2A to 2F are schematic sectional views for explaining the manufacturing method of the
First, an
次いで、TiN層12、Al合金層13およびTiN層14が選択的にエッチングされることにより、図2Bに示すように、配線3が所定のパターンで形成される。
その後、図2Cに示すように、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition:化学的気相成長)法により、層間絶縁膜2および配線3上に、SiOC膜7が形成される。SiOC膜7は、配線3間の間隔よりも小さい膜厚を有し、層間絶縁膜2および配線3の表面を覆うように形成される。
Next, the
Thereafter, as shown in FIG. 2C, a
次いで、図2Dに示すように、SiOC膜7上に、SOG層8の材料が回転塗布されることにより、SOG層8の材料からなる堆積層16が形成される。この堆積層16は、SiOC膜7によって区画される凹部15を埋め尽くし、SiOC膜7における配線3上に形成された部分を覆う厚さに形成される。
その後、エッチバックにより、図2Eに示すように、堆積層16における配線3上に形成された部分が除去される。これにより、配線3上において、SiOC膜7の表面が露出し、凹部15内に、このSiOC膜7とほぼ面一な表面を有するSOG層8が形成される。このエッチバック工程は、CF4(四フッ化炭素)ガスとCHF3(三フッ化メタン)ガスとを、CF4:CHF3=1:1〜0.8の比率で混合した混合ガスをエッチングガス(エッチャント)として用いたドライエッチングにより行われる。
Next, as shown in FIG. 2D, the material of the
Thereafter, the portion formed on the
次に、図2Fに示すように、SOG層8およびSiOC膜7上に、CVD法により、層間絶縁膜9が積層される。
その後、層間絶縁膜9が選択的にエッチングされることによってビアホール10が形成される。そして、このビアホール10にWからなるビア11が埋設されることにより、図1に示す半導体装置1が得られる。
Next, as shown in FIG. 2F, an
Thereafter, the via
以上のように、層間絶縁膜2上には、配線3が所定のパターンで形成されている。層間絶縁膜2および配線3上には、それらの表面に沿ってSiOC膜7が形成されている。SiOC膜7上には、SOG層8が形成されている。SOG層8は、SiOC膜7における配線3上に形成された部分を露出させ、その露出したSiOC膜7の表面と面一をなす表面を有している。
As described above, the
SiOC膜7の材料であるSiOCは、SiO2と比較してOの含有率が低い。そのため、SiOC膜7上にSOG層8の材料からなる堆積層16が形成され、この堆積層16がエッチバックされることによりSOG層8が形成されると、SiOC膜7がエッチングガスに曝されても、エッチングガス中に大量のOが混入しないので、SOG層8のエッチング速度の増加を防止することができる。したがって、SiOC膜7が露出する部分(SiOC膜7における配線3上に形成された部分)の周囲であっても、SOG層8のエッチング速度が増加することがなく、SOG層8に凹みが生じない。その結果、SOG層8の表面を平坦に形成することができる。
また、SiOC膜7におけるCの含有率が10原子%以上であることにより、相対的にOの含有率を低下させることができる。そのため、エッチングガス中にOが混入するのを効果的に抑制することができ、SOG層8のエッチング速度の増加を良好に防止することができる。
また、SiOC膜7におけるCの含有率が40原子%以下であることにより、SiOC膜7に必要な膜強度と、層間絶縁膜2に対する密着性とを確保することができる。
Further, when the C content in the
Further, when the C content in the
図2Eに示すエッチバック工程において、SOG層8(堆積層16)と下地膜(この実施形態においては、SiOC膜7)とのエッチングレートが近ければ、SOG層8および下地膜の表面を平坦に形成することができる。このエッチングレートは、エッチングガスにおけるCF4およびCHF3の混合比率を変えることによって調整される。たとえば、下地膜がSiO2からなる場合には、CHF3ガスの比率を増すことにより、SOG層8のエッチングレートと下地膜のエッチングレートとを近づけることができ、SOG層8および下地膜の表面の平坦性を高めることができる。しかし、CHF3ガスの比率を増しすぎると、エッチングが停止してしまう場合があった。
In the etch-back process shown in FIG. 2E, if the etching rates of the SOG layer 8 (deposition layer 16) and the underlying film (in this embodiment, the SiOC film 7) are close, the surfaces of the
この実施形態において、SOG層8および下地膜であるSiOC膜7は、ともに有機材料(炭素を含む材料)からなるため、膜質が似ており、エッチングレートが近い。よって、エッチングガスにおけるCHF3の比率を極端に増すことなく、SOG層8のエッチングレートとSiOC膜7のエッチングレートとを合わせることができる。その結果、エッチングの停止などの問題を生じることなく、SOG層8およびSiOC膜7の表面を平坦に形成することができる。
In this embodiment, since the
図3は、本発明の他の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。
半導体装置51は、図示しない半導体基板(たとえば、シリコン基板)を備えている。半導体基板上には、SiO2からなる層間絶縁膜52が形成されている。層間絶縁膜52上には、配線53が所定の配線パターンで形成されている。配線53は、Alからなる主配線層54を、TiNからなるバリア膜55および反射防止膜56で挟み込んだ積層構造を有している。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.
The
層間絶縁膜52および配線53上には、下地膜67が形成されている。下地膜67は、SiO2からなり、層間絶縁膜52および配線53の表面に沿って形成されるSiO2膜57と、SiOCからなり、SiO2膜57の表面に沿って形成されるSiOC膜58とが積層された構成を有している。SiOC膜58には、たとえば、10原子%以上40原子%以下のCが含まれている。
A
下地膜67は、隣り合う配線53間の間隔よりも小さい膜厚を有している。たとえば、隣り合う配線53間の間隔が0.6μmである場合、SiO2膜57は、配線53上において100nmの膜厚を有し、SiOC膜58は、配線53上において300nmの膜厚を有している。これにより、配線53間には、下地膜67によって区画される凹部66が形成されている。すなわち、対向する配線53の側面に形成された下地膜67(SiOC膜58)は、凹部66の側面をなし、配線53間における層間絶縁膜52の表面に形成された下地膜67(SiOC膜58)は、凹部66の底面をなしている。
The
下地膜67によって区画される凹部66は、有機SOG材料(たとえば、MSQ)からなるSOG層59によって埋め尽くされている、SOG層59の表面は、下地膜67(SiOC膜58)における配線53上に形成された部分の表面とほぼ面一をなしている。
下地膜67およびSOG層59上には、SiO2からなる層間絶縁膜60が形成されている。層間絶縁膜60には、配線53の所定部分と対向する部分に、層間絶縁膜60の上面から配線53の上面に達するビアホール61が貫通形成されている。ビアホール61には、Wからなるビア62が埋設されている。層間絶縁膜60上には、図示しない上層配線が形成され、ビア62を介して、配線53と上層配線とが電気的に接続されている。
The
On the
図4A〜4Gは、半導体装置51の製造方法を工程順に説明するための図解的な断面図である。
まず、図示しない半導体基板上に、層間絶縁膜52が形成される。その後、図4Aに示すように、スパッタ法により、層間絶縁膜52上に、TiN層63、Al合金層64およびTiN層65が、半導体基板側からこの順に積層される。
4A to 4G are schematic sectional views for explaining the method for manufacturing the
First, an
次いで、TiN層63、Al合金層64およびTiN層65が選択的にエッチングされることにより、図4Bに示すように、配線53が所定のパターンで形成される。
その後、図4Cに示すように、プラズマCVD法により、層間絶縁膜52および配線53上に、SiO2膜57が形成される。
次いで、図4Dに示すように、プラズマCVD法により、SiO2膜57上に、SiOC膜58が形成される。これにより、SiO2膜57およびSiOC膜58からなる下地膜67が形成される。
Next, the TiN layer 63, the
Thereafter, as shown in FIG. 4C, a SiO 2 film 57 is formed on the
Next, as shown in FIG. 4D, a
その後、図4Eに示すように、下地膜67上に、SOG層59の材料が回転塗布されることにより、SOG層59の材料からなる堆積層68が形成される。この堆積層68は、下地膜67によって区画される凹部66を埋め尽くし、SiOC膜58における配線53上に形成された部分を覆う厚さに形成される。
その後、エッチバックにより、図4Fに示すように、堆積層68における配線53上に形成された部分が除去される。これにより、配線53上において、下地膜67の表面が露出し、凹部66内に、この下地膜67における配線3上に形成された部分の表面とほぼ面一な表面を有するSOG層59が形成される。このエッチバック工程は、CF4とCHF3との混合ガスをエッチングガスとして用いたドライエッチングにより行われる。
Thereafter, as shown in FIG. 4E, the material of the
Thereafter, the portion formed on the
次に、図4Gに示すように、SOG層59および下地膜67上に、CVD法により、層間絶縁膜60が積層される。
その後、層間絶縁膜60が選択的にエッチングされることによってビアホール61が形成される。そして、このビアホール61にWからなるビア62が埋設されることにより、図3に示す半導体装置51が得られる。
Next, as shown in FIG. 4G, an
Thereafter, the via
以上のように、層間絶縁膜52上には、配線53が所定のパターンで形成されている。層間絶縁膜52および配線53上には、それらの表面に沿って下地膜67が形成されている。下地膜67は、層間絶縁膜52および配線53に接するSiO2膜57と、SiO2膜57の表面を被覆するSiOC膜58とを備えている。下地膜67上には、SOG層59が形成されている。SOG層59は、下地膜67における配線53上に形成された部分を露出させ、その露出した下地膜67(SiOC膜58)の表面と面一をなす表面を有している。
As described above, the
SiOC膜58の材料であるSiOCは、SiO2と比較してOの含有率が低い。そのため、SiOC膜58上にSOG層59の材料からなる堆積層68が形成され、この堆積層68がエッチバックされることによりSOG層59が形成されると、SiOC膜58がエッチングガスに曝されても、エッチングガス中に大量のOが混入しないので、SOG層59のエッチング速度の増加を防止することができる。したがって、SiOC膜58が露出する部分(下地膜67における配線53上に形成された部分)の周囲であっても、SOG層59のエッチング速度が増加することがなく、SOG層59に凹みが生じない。その結果、SOG層59の表面を平坦に形成することができる。
SiOC which is a material of the
また、SiOC膜58におけるCの含有率が、10原子%以上であることにより、相対的にOの含有率を低下させることができる。そのため、エッチングガス中にOが混入するのを効果的に抑制することができ、SOG層59のエッチング速度の増加を良好に防止することができる。
また、SiOC膜58におけるCの含有率が、40原子%以下であることにより、積層下地膜67に必要な膜強度と、層間絶縁膜52に対する密着性とを確保することができる。
Further, when the C content in the
Further, when the C content in the
また、SiO2膜57の材料であるSiO2は、SiOCと比較して強度が高いため、SiO2膜57が、SiOC膜58と層間絶縁膜52および配線53との間に介在されていることにより、SiOC膜58のみでSOG層59の下地膜(層間絶縁膜52および配線53とSOG層59との間に介在される下地膜)を形成した場合と比較して、下地膜67の強度を維持しながら、その膜厚を小さくすることができる。また、SiO2は、SiOCと比較してデポジション・レートが大きいため、SiOC膜58のみで下地膜を形成した場合と比較して、半導体装置51(下地膜67)の製造時間を短縮することができる。
Further, SiO 2 which is a material of SiO 2 film 57 has a higher strength as compared with SiOC, the SiO 2 film 57 is interposed between the
以上、本発明の2つの実施形態について説明したが、本発明は、さらに他の形態で実施することもできる。
たとえば、上記の実施形態では、SOG層8,59の材料として、有機SOG材料(たとえば、MSQ)を用いたが、SOG層8,59の材料としては、Si(OH)4(シラノール)などの無機SOG材料が用いられてもよい。
As mentioned above, although two embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form.
For example, in the above embodiment, an organic SOG material (for example, MSQ) is used as the material of the SOG layers 8 and 59, but the material of the SOG layers 8 and 59 is Si (OH) 4 (silanol) or the like. Inorganic SOG materials may be used.
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 In addition, various design changes can be made within the scope of the matters described in the claims.
1 半導体装置
2 層間絶縁膜
3 配線
7 SiOC膜
8 SOG層
51 半導体装置
52 層間絶縁膜
53 配線
57 SiO2膜
58 SiOC膜
59 SOG層
1
Claims (3)
前記層間絶縁膜上に所定のパターンに形成された配線と、
前記層間絶縁膜および前記配線上にそれらの表面に沿って形成されたSiOC膜と、
前記SiOC膜上に形成され、前記SiOC膜における前記配線上に形成された部分を露出させ、その露出した前記SiOC膜の表面と面一をなす表面を有するSOG層とを備える、半導体装置。 An interlayer insulating film;
Wiring formed in a predetermined pattern on the interlayer insulating film;
A SiOC film formed along the surface of the interlayer insulating film and the wiring;
A semiconductor device comprising: an SOG layer formed on the SiOC film, exposing a portion of the SiOC film formed on the wiring, and having a surface flush with the exposed surface of the SiOC film.
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