JP2008300385A - Wiring structure, and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wiring structure where an inter-wiring capacity is reduced while keeping a mechanical strength or breakdown voltage of an interlayer insulation film, in an interlayer insulation film including a low permittivity insulating material. <P>SOLUTION: In this wiring structure where a wiring layer is embedded in an interlayer insulation film, the interlayer adjoining to a wiring layer has a three-layer structure consisting of a diffusion prevention film, a porous insulation film and a cap film, and the cap film is made of SiOC or SiO<SB>2</SB>. The method of manufacturing the wiring structure includes an etching step to selectively etch a first cap film and a step to form a second cap film made of SiOC or SiO<SB>2</SB>to cover the upper surface of a semiconductor substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、配線構造およびその製造方法に関し、特に、配線間容量を低減した配線構造およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a wiring structure and a manufacturing method thereof, and more particularly to a wiring structure having a reduced inter-wiring capacitance and a manufacturing method thereof.

半導体装置の微細化にともない配線層のピッチが小さくなり、隣接する配線間容量の増加に起因する信号応答速度の遅延が問題となっている。これに対して、テクノロジーノードが65nm程度の微細構造では、隣接する配線間容量を低くするために、層間絶縁膜に例えばSiOCからなるポーラス低誘電率(Low−k)膜が用いられる。このような微細構造では、半導体素子を覆う絶縁膜上に、SiCからなるCu拡散防止膜、ポーラスSiOCからなる低誘電率(Low−k)絶縁膜、SiCOからなるキャップ膜(kは約3.5)からなる積層構造が形成され、この積層構造に設けられた孔部にTiNからなるバリアメタルとCuからなる金属層からなる配線層が設けられている。   As the semiconductor device is miniaturized, the pitch of the wiring layer is reduced, and a delay in signal response speed due to an increase in capacitance between adjacent wirings becomes a problem. On the other hand, in a fine structure having a technology node of about 65 nm, a porous low dielectric constant (Low-k) film made of, for example, SiOC is used as an interlayer insulating film in order to reduce the capacitance between adjacent wirings. In such a fine structure, a Cu diffusion prevention film made of SiC, a low dielectric constant (Low-k) insulation film made of porous SiOC, and a cap film made of SiCO (k is about 3. 5) is formed, and a wiring layer made of a barrier metal made of TiN and a metal layer made of Cu is provided in the hole provided in the laminated structure.

かかる微細構造では、隣接する配線間の層間絶縁膜が、Cu拡散防止膜/低誘電率絶縁膜/キャップ膜の3層構造からなり、更に、配線間容量を低くするためには、低誘電率絶縁膜をよりポーラス(低密度)にする必要がある。
S.M.Jang et al., Prov. VLSI, pp.18 (2002)
In such a fine structure, the interlayer insulating film between adjacent wirings has a three-layer structure of Cu diffusion preventing film / low dielectric constant insulating film / cap film. Further, in order to reduce the capacitance between wirings, a low dielectric constant It is necessary to make the insulating film more porous (low density).
SMJang et al., Prov. VLSI, pp.18 (2002)

しかしながら、低誘電率絶縁膜を更にポーラスにすると、低誘電率絶縁膜の機械的強度や耐圧が低下するため、ポーラス化による配線間容量の低減には限界があった。
これに対して、発明者が検討したところ、このようなCu拡散防止膜/低誘電率絶縁膜/キャップ膜の3層構造からなる層間絶縁膜では、Cu拡散防止膜やキャップ膜のフリンジ容量(Cu拡散防止膜やキャップ膜を通して、隣接する配線層に容量結合する配線層端部の容量)が大きいことがわかった。このため、低誘電率絶縁膜をポーラス化する代わりに、フリンジ容量を小さくすることにより、配線間容量を低減できることを見出し、本発明を完成した。
However, if the low dielectric constant insulating film is made more porous, the mechanical strength and withstand voltage of the low dielectric constant insulating film are lowered, so that there is a limit to the reduction in inter-wiring capacitance due to the porous structure.
On the other hand, when the inventor examined, in such an interlayer insulating film having a three-layer structure of Cu diffusion preventing film / low dielectric constant insulating film / cap film, the fringe capacitance of the Cu diffusion preventing film and the cap film ( It was found that the capacitance of the end portion of the wiring layer capacitively coupled to the adjacent wiring layer through the Cu diffusion prevention film and the cap film was large. For this reason, it was found that the inter-wiring capacitance can be reduced by reducing the fringe capacitance instead of making the low dielectric constant insulating film porous, and the present invention has been completed.

即ち、本発明は、低誘電率絶縁材料を含む層間絶縁膜において、層間絶縁膜の機械的強度や耐圧を維持しつつ配線間容量を低減した配線構造を提供することを目的とする。   That is, an object of the present invention is to provide a wiring structure in which an interlayer insulating film containing a low dielectric constant insulating material has a reduced inter-wiring capacitance while maintaining the mechanical strength and breakdown voltage of the interlayer insulating film.

本発明は、層間絶縁膜に配線層が埋め込まれた配線構造であって、配線層に隣接する層間絶縁膜が、拡散防止膜、多孔質絶縁膜、およびキャップ膜の3層構造からなり、キャップ膜がSiOCまたはSiOからなることを特徴とする配線構造である。 The present invention is a wiring structure in which a wiring layer is embedded in an interlayer insulating film, and the interlayer insulating film adjacent to the wiring layer has a three-layer structure of a diffusion prevention film, a porous insulating film, and a cap film, The wiring structure is characterized in that the film is made of SiOC or SiO 2 .

また、本発明は、半導体基板上に、絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜上に、拡散防止膜、多孔質絶縁膜、およびSiOCまたはSiOからなる第1キャップ膜を順次形成する工程と、第1キャップ膜から多孔質絶縁膜を通って拡散防止膜に至る孔部を形成する工程と、半導体基板の上に、バリアメタル層を形成し、更に、孔部を埋めるように配線金属層を形成する工程と、配線金属層とバリアメタル層を、第1キャップ膜が露出するまで上方からエッチングして膜厚を減じ、開口部に埋め込まれるようにバリアメタル層と配線金属層とを残して配線層とする工程と、第1キャップ膜を選択的にエッチングするエッチング工程と、半導体基板の上面を覆うように、SiOCまたはSiOからなる第2キャップ膜を形成する工程とを含むことを特徴とする配線構造の製造方法でもある。 The present invention also includes a step of forming an insulating film on a semiconductor substrate, a step of sequentially forming a diffusion barrier film, a porous insulating film, and a first cap film made of SiOC or SiO 2 on the insulating film. A step of forming a hole from the first cap film through the porous insulating film to the diffusion preventing film, a barrier metal layer is formed on the semiconductor substrate, and a wiring metal layer is formed so as to fill the hole Etching the wiring metal layer and the barrier metal layer from above until the first cap film is exposed to reduce the film thickness, leaving the barrier metal layer and the wiring metal layer to be embedded in the opening. this include the steps of the wiring layers, an etching step of selectively etching the first cap layer, so as to cover the upper surface of the semiconductor substrate, and forming a second cap layer made of SiOC or SiO 2 Te It is also a method for manufacturing a wiring structure according to claim.

本発明によれば、層間絶縁膜の機械的強度や耐圧を維持しつつ、信号応答速度の遅延を防止した配線構造の提供が可能となる。   According to the present invention, it is possible to provide a wiring structure that prevents a delay in signal response speed while maintaining the mechanical strength and breakdown voltage of an interlayer insulating film.

以下に、図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、「上」、「下」、「左」、「右」およびこれらの用語を含む名称を適宜使用するが、これらの方向は図面を参照した発明の理解を容易にするために用いるものであり、実施形態を上下反転、あるいは任意の方向に回転した形態も、当然に本願発明の技術的範囲に含まれる。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, “top”, “bottom”, “left”, “right” and names including these terms are used as appropriate, but these directions make it easy to understand the invention with reference to the drawings. Therefore, a mode in which the embodiment is inverted upside down or rotated in an arbitrary direction is naturally included in the technical scope of the present invention.

図1は、全体が100で表される、本発明の実施の形態にかかる半導体装置の断面図である。半導体装置100は、例えばトランジスタのような半導体素子10を含む。半導体素子10は、シリコン基板1を含み、シリコン基板1の上には、例えば酸化シリコンからなるゲート絶縁膜2を介して、例えばアルミニウムからなるゲート電極3が設けられている。ゲート電極3の側壁には、例えば酸化シリコンからなるサイドウォール4が設けられている。また、シリコン基板1には、ゲート電極3を挟むようにソース/ドレイン領域5が設けられている。半導体素子10の上は、例えば酸化シリコンからなる層間絶縁膜11で覆われている。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, indicated as a whole by 100. The semiconductor device 100 includes a semiconductor element 10 such as a transistor. The semiconductor element 10 includes a silicon substrate 1, and a gate electrode 3 made of, for example, aluminum is provided on the silicon substrate 1 via a gate insulating film 2 made of, for example, silicon oxide. On the side wall of the gate electrode 3, a side wall 4 made of, for example, silicon oxide is provided. A source / drain region 5 is provided on the silicon substrate 1 so as to sandwich the gate electrode 3. The semiconductor element 10 is covered with an interlayer insulating film 11 made of, for example, silicon oxide.

層間絶縁膜11の上には、例えばSiCからなる拡散防止膜12が設けられている。拡散防止膜12には、SiCの他にSiCO、SiCN、SiN等を用いることができ、誘電率kは約3.2〜8.0、膜厚は約25nmである。   On the interlayer insulating film 11, a diffusion preventing film 12 made of, for example, SiC is provided. In addition to SiC, SiCO, SiCN, SiN, or the like can be used for the diffusion prevention film 12, and the dielectric constant k is about 3.2 to 8.0 and the film thickness is about 25 nm.

拡散防止膜12の上には、例えばポーラスSiOCからなる低誘電率(low−k)絶縁膜(多孔質絶縁膜)13が設けられている。低誘電率絶縁膜13の誘電率は約2.7以下であり、膜厚は約100〜150nmである。ポーラスSiOCは、SiOC材料中に多数の気泡を形成し、誘電率を空気(k=1)に近づけるものであり、導入される気泡の量により誘電率が調整できる。   On the diffusion preventing film 12, a low dielectric constant (low-k) insulating film (porous insulating film) 13 made of, for example, porous SiOC is provided. The low dielectric constant insulating film 13 has a dielectric constant of about 2.7 or less and a film thickness of about 100 to 150 nm. Porous SiOC forms a large number of bubbles in the SiOC material and has a dielectric constant close to that of air (k = 1). The dielectric constant can be adjusted by the amount of bubbles introduced.

拡散防止膜12および低誘電率絶縁膜13の中には、層間絶縁膜11の表面が露出するように孔部20が設けられている。孔部20の中には、例えばTaからなるバリアメタル層21と例えばCuからなる金属層22が設けられている。バリアメタル層21と金属層22から、配線層25が形成される。バリアメタル層21には、Taの他にTaN、Ti、TiN等を用いても構わない。バリアメタル層21および金属層22からなる配線層25の上端は、低誘電率絶縁膜13の表面より、例えば10nm程度突出している。   A hole 20 is provided in the diffusion preventing film 12 and the low dielectric constant insulating film 13 so that the surface of the interlayer insulating film 11 is exposed. In the hole 20, a barrier metal layer 21 made of Ta, for example, and a metal layer 22 made of Cu, for example, are provided. A wiring layer 25 is formed from the barrier metal layer 21 and the metal layer 22. For the barrier metal layer 21, TaN, Ti, TiN or the like may be used in addition to Ta. The upper end of the wiring layer 25 composed of the barrier metal layer 21 and the metal layer 22 protrudes from the surface of the low dielectric constant insulating film 13 by, for example, about 10 nm.

低誘電率絶縁膜13および配線層25を覆うように、SiCからなり拡散防止膜を兼ねたキャップ膜30が設けられている。キャップ膜30は、配線層25の側面および上面を覆うように形成されている。   A cap film 30 made of SiC and also serving as a diffusion prevention film is provided so as to cover the low dielectric constant insulating film 13 and the wiring layer 25. The cap film 30 is formed so as to cover the side surface and the upper surface of the wiring layer 25.

このように、本実施の形態にかかる半導体装置100では、低誘電率絶縁膜13の上の、配線層25の間には、例えばSiOやSiOCからなるキャップ膜30が設けられ、その誘電率は約2.8〜4.0程度であり、好ましくは2.8〜3.0程度である。 Thus, in the semiconductor device 100 according to the present embodiment, the cap film 30 made of, for example, SiO 2 or SiOC is provided between the wiring layers 25 on the low dielectric constant insulating film 13, and the dielectric constant thereof. Is about 2.8 to 4.0, preferably about 2.8 to 3.0.

次に、図2を参照しながら、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法について説明する。図2中、図1と同一符号は同一又は相当箇所を示し、層間絶縁膜11の下部に形成される半導体素子10については省略してある。かかる製造方法は、以下の工程1〜7を含む。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 2, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts, and the semiconductor element 10 formed below the interlayer insulating film 11 is omitted. This manufacturing method includes the following steps 1 to 7.

工程1:図2(a)に示すように、半導体素子(図示せず)の上に、例えば酸化シリコンからなる層間絶縁膜11を、CVD法を用いて堆積する。
続いて、例えばSiCからなる拡散防止膜12、ポーラスSiOCからなる低誘電率絶縁膜13を順次形成する。拡散防止膜12、低誘電率絶縁膜13の形成には、例えばPE−CVD(Plasma Enhanced-CVD)法のようなCVD法が用いられる。
更に、低誘電率絶縁膜13の上に、例えばSiOやSiOCからなるキャップ絶縁膜(第1キャップ膜)14がCVD法で形成される。キャップ絶縁膜14の上には、アルミニウム等の配線金属15を形成し、更に、レジストマスク16を形成する。そして、レジストマスク16を用いて、配線金属15のパターニングを行う。
Step 1: As shown in FIG. 2A, an interlayer insulating film 11 made of, for example, silicon oxide is deposited on a semiconductor element (not shown) using a CVD method.
Subsequently, for example, a diffusion preventing film 12 made of SiC and a low dielectric constant insulating film 13 made of porous SiOC are sequentially formed. For the formation of the diffusion preventing film 12 and the low dielectric constant insulating film 13, for example, a CVD method such as a PE-CVD (Plasma Enhanced-CVD) method is used.
Further, a cap insulating film (first cap film) 14 made of, for example, SiO 2 or SiOC is formed on the low dielectric constant insulating film 13 by a CVD method. A wiring metal 15 such as aluminum is formed on the cap insulating film 14, and a resist mask 16 is further formed. Then, the wiring metal 15 is patterned using the resist mask 16.

工程2:図2(b)に示すように、配線金属15をパターニングしたレジストマスク16を用いて、キャップ絶縁膜14、低誘電率絶縁膜13、および拡散防止膜12をエッチングし、孔部20を形成する。エッチングは、例えばドライエッチングで行われ、低誘電率絶縁膜13に比較してエッチング速度の遅い拡散防止膜12が、エッチングストッパ層として働く。エッチングは、層間絶縁膜11の表面が露出するまで行われる。   Step 2: As shown in FIG. 2B, the cap insulating film 14, the low dielectric constant insulating film 13, and the diffusion preventing film 12 are etched using the resist mask 16 obtained by patterning the wiring metal 15, and the hole 20 is formed. Form. Etching is performed by dry etching, for example, and the diffusion prevention film 12 whose etching rate is slower than that of the low dielectric constant insulating film 13 serves as an etching stopper layer. Etching is performed until the surface of the interlayer insulating film 11 is exposed.

工程3:図2(c)に示すように、H/He混合ガスを用いたプラズマアッシングにより、レジストマスク16および不要な配線金属15を除去する。かかるアッシング工程では低誘電率絶縁膜13の表面はキャップ絶縁膜14に覆われているため、低誘電率絶縁膜13にはダメージが入らない。 Step 3: As shown in FIG. 2C, the resist mask 16 and unnecessary wiring metal 15 are removed by plasma ashing using a H 2 / He mixed gas. In such an ashing process, since the surface of the low dielectric constant insulating film 13 is covered with the cap insulating film 14, the low dielectric constant insulating film 13 is not damaged.

工程4:図2(d)に示すように、全面を覆うように、例えばTiからなるバリアメタル層21を形成した後、例えばCuからなる金属配線層22を、孔部20を埋めるように形成する。バリアメタル層21、金属配線層22の形成には、スパッタ法や蒸着法が用いられる。   Step 4: As shown in FIG. 2D, after forming a barrier metal layer 21 made of Ti, for example, so as to cover the entire surface, a metal wiring layer 22 made of Cu, for example, is formed so as to fill the hole 20. To do. A sputtering method or a vapor deposition method is used for forming the barrier metal layer 21 and the metal wiring layer 22.

工程5:図2(e)に示すように、CMP法を用いて、バリアメタル層21、金属配線層22を上面から研磨除去し、孔部20に埋め込まれるようにバリアメタル層21、金属配線層22を残す。研磨除去工程は、低誘電率絶縁膜13にキャップ絶縁膜14が残った状態で終了する。これにより研磨除去工程で低誘電率絶縁膜13にダメージが入るのを防止できる。   Step 5: As shown in FIG. 2E, the barrier metal layer 21 and the metal wiring layer 22 are polished and removed from the upper surface by using the CMP method, and the barrier metal layer 21 and the metal wiring are embedded in the hole 20. Leave layer 22. The polishing removal process ends with the cap insulating film 14 remaining on the low dielectric constant insulating film 13. This can prevent the low dielectric constant insulating film 13 from being damaged in the polishing removal step.

工程6:図2(f)に示すように、例えばCF、CCl等のCF系ガスを用いたドライエッチングにより、キャップ絶縁膜14を選択的に除去する。かかるキャップ絶縁膜14のエッチング工程では、下地の低誘電率絶縁膜13の表面もエッチングされるが、エッチング量は少量であり、100nm以下である。低誘電率絶縁膜13の表面より上部に突出した配線層25の高さは、少なくとも10nmである。 Step 6: As shown in FIG. 2F, the cap insulating film 14 is selectively removed by dry etching using, for example, a CF-based gas such as CF 4 or CCl 2 F 2 . In the etching process of the cap insulating film 14, the surface of the underlying low dielectric constant insulating film 13 is also etched, but the etching amount is small and is 100 nm or less. The height of the wiring layer 25 protruding above the surface of the low dielectric constant insulating film 13 is at least 10 nm.

工程7:図2(g)に示すように、低誘電率絶縁膜13の表面をNHプラズマで処理した後、例えばCVD法を用いてSiOやSiOCからなるキャップ膜(第2キャップ膜)30を形成する。キャップ膜30は、例えばCuからなる配線金属層22から、Cu元素が拡散して移動するのを防止する拡散防止層としても機能する。 Step 7: As shown in FIG. 2G, after the surface of the low dielectric constant insulating film 13 is treated with NH 3 plasma, a cap film (second cap film) made of SiO 2 or SiOC using, for example, a CVD method. 30 is formed. The cap film 30 also functions as a diffusion preventing layer that prevents Cu elements from diffusing and moving from the wiring metal layer 22 made of Cu, for example.

以上の工程により、図1に示すような、本実施の形態にかかる半導体装置100が完成する。   Through the above steps, the semiconductor device 100 according to the present embodiment as shown in FIG. 1 is completed.

図3は、本実施の形態にかかる半導体装置100の断面写真であり、図2(g)に相当する断面である。また、図4は、層間絶縁膜が下から順にCu拡散防止膜/低誘電率絶縁膜/SiCOキャップ膜の3層構造となっている従来構造の半導体装置の断面写真である。   FIG. 3 is a cross-sectional photograph of the semiconductor device 100 according to the present embodiment, and is a cross-section corresponding to FIG. FIG. 4 is a cross-sectional photograph of a semiconductor device having a conventional structure in which the interlayer insulating film has a three-layer structure of Cu diffusion prevention film / low dielectric constant insulating film / SiCO cap film in order from the bottom.

図5は、本実施の形態にかかる半導体装置100の配線層と、従来構造の半導体装置(層間絶縁膜が下から順にCu拡散防止膜/低誘電率絶縁膜/SiCOキャップ膜の3層構造)の配線層の、配線抵抗を示す。図5において、横軸は配線層のシート抵抗、縦軸は累積確率を示し、○で表すのが従来構造の半導体装置、△で表すのが本実施の形態にかかる半導体装置100である。配線層の幅(L)と配線層の間隔(S)は共に100nmである。   FIG. 5 shows a wiring layer of the semiconductor device 100 according to the present embodiment and a semiconductor device having a conventional structure (interlayer insulating film having a three-layer structure of Cu diffusion preventing film / low dielectric constant insulating film / SiCO cap film in order from the bottom). The wiring resistance of the wiring layer is shown. In FIG. 5, the horizontal axis represents the sheet resistance of the wiring layer, the vertical axis represents the cumulative probability, and the semiconductor device 100 according to the present embodiment is represented by a circle, and the semiconductor device 100 according to the present embodiment is represented by a triangle. Both the width (L) of the wiring layer and the spacing (S) between the wiring layers are 100 nm.

図5から、半導体装置100においても、配線層20のシート抵抗は、従来構造の半導体装置と略一致していることがわかる。   From FIG. 5, it can be seen that also in the semiconductor device 100, the sheet resistance of the wiring layer 20 substantially matches that of the semiconductor device having the conventional structure.

図6は、本実施の形態にかかる半導体装置100の配線層と、従来構造の半導体装置の配線層の、配線間容量の比較である。図6において、横軸は配線間隔の逆数、縦軸は配線間容量を示し、○で表すのが従来構造の半導体装置、△で表すのが本実施の形態にかかる半導体装置100である。図6から分かるように、本実施の形態にかかる構造とすることにより、配線間容量を小さくできることがわかる。即ち、従来構造のSiCOキャップ膜(k=3.5)を除去し、代わりにSiCからなるキャップ膜30(k=2.8〜3.0)とすることにより、配線層の上端部におけるフリンジ容量を低減し、その結果、配線間容量を低減することができる。   FIG. 6 is a comparison of the wiring capacitance between the wiring layer of the semiconductor device 100 according to the present embodiment and the wiring layer of the semiconductor device having the conventional structure. In FIG. 6, the horizontal axis represents the reciprocal of the wiring interval, the vertical axis represents the inter-wiring capacitance, the semiconductor device 100 according to the present embodiment is represented by a circle, and the semiconductor device 100 according to the present embodiment is represented by a triangle. As can be seen from FIG. 6, the inter-wiring capacitance can be reduced by employing the structure according to this embodiment. That is, the fringe at the upper end portion of the wiring layer is obtained by removing the SiCO cap film (k = 3.5) of the conventional structure and replacing it with a cap film 30 made of SiC (k = 2.8 to 3.0). As a result, the capacitance between the wirings can be reduced.

特に、図5から分かるように配線層のシート抵抗は変化しないため、配線間容量の低減は、フリンジ容量の低減に起因していることがわかる。   In particular, as can be seen from FIG. 5, since the sheet resistance of the wiring layer does not change, it can be seen that the reduction of the inter-wiring capacitance is caused by the reduction of the fringe capacitance.

図7は、信号応答速度の遅延を決定する配線抵抗(R)と配線間容量(C)の積算値(R×C)の値についての、本実施の形態にかかる半導体装置100の配線層と、従来構造の半導体装置の配線層の比較を示す。図7において、横軸は積算値(R×C)、縦軸は累積確立を示し、○で表すのが従来構造の半導体装置、△で表すのが本実施の形態にかかる半導体装置100である。配線層の幅(L)と配線層の間隔(S)は共に100nmである。   FIG. 7 shows the wiring layer of the semiconductor device 100 according to the present embodiment regarding the value of the integrated value (R × C) of the wiring resistance (R) and inter-wiring capacitance (C) that determines the delay of the signal response speed. The comparison of the wiring layer of the semiconductor device of a conventional structure is shown. In FIG. 7, the horizontal axis indicates the integrated value (R × C), the vertical axis indicates the cumulative probability, the symbol ○ indicates the semiconductor device of the conventional structure, and Δ indicates the semiconductor device 100 according to the present embodiment. . Both the width (L) of the wiring layer and the spacing (S) between the wiring layers are 100 nm.

図7から分かるように、本実施の形態にかかる半導体装置100では、従来構造の半導体装置より積算値(R×C)が小さくなる。この結果、信号応答速度の遅延を低減することができる。   As can be seen from FIG. 7, in the semiconductor device 100 according to the present embodiment, the integrated value (R × C) is smaller than that of the conventional semiconductor device. As a result, a delay in signal response speed can be reduced.

以上のように、本実施の形態にかかる半導体装置100では、従来構造の半導体装置と比較して、配線間容量を低減することができ、これにより、信号応答速度の遅延を低減することができる。これは、配線層の上端部において、配線層間に挟まれる層間絶縁膜を従来構造のSiCOからSiCに換えて低誘電率の材料とすることにより、フリンジ容量を低減したことによる。
特に、配線層の上端部は電界が集中するため、この部分の誘電率を小さくすることにより、配線間容量を大幅に低減することができる。
As described above, in the semiconductor device 100 according to the present embodiment, the inter-wiring capacitance can be reduced as compared with the semiconductor device having the conventional structure, and thereby the delay of the signal response speed can be reduced. . This is because, at the upper end of the wiring layer, the interlayer insulating film sandwiched between the wiring layers is made of a material having a low dielectric constant instead of SiCO having a conventional structure, thereby reducing the fringe capacitance.
In particular, since the electric field concentrates on the upper end portion of the wiring layer, the capacitance between wirings can be greatly reduced by reducing the dielectric constant of this portion.

本発明の実施の形態にかかる半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造工程の断面図である。It is sectional drawing of the manufacturing process of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の断面写真である。It is a cross-sectional photograph of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. 従来構造の半導体装置の断面写真である。It is a cross-sectional photograph of a semiconductor device having a conventional structure. 配線抵抗の比較である。It is a comparison of wiring resistance. 配線間容量の比較である。This is a comparison of capacitance between wirings. 配線抵抗(R)と配線間容量(C)の積算値(R×C)の比較である。This is a comparison of the integrated value (R × C) of the wiring resistance (R) and the capacitance between wirings (C).

符号の説明Explanation of symbols

1 シリコン基板、2 ゲート絶縁膜、3 ゲート電極、4 サイドウォール、5 ソース/ドレイン領域、10 半導体素子、11 層間絶縁膜、12 拡散防止膜、13 低誘電率絶縁膜、20 孔部、21 バリアメタル層、22 金属配線層、30 キャップ膜、100 半導体装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate, 2 Gate insulating film, 3 Gate electrode, 4 Side wall, 5 Source / drain region, 10 Semiconductor element, 11 Interlayer insulating film, 12 Diffusion prevention film, 13 Low dielectric constant insulating film, 20 Hole part, 21 Barrier Metal layer, 22 Metal wiring layer, 30 Cap film, 100 Semiconductor device.

Claims (7)

層間絶縁膜に配線層が埋め込まれた配線構造であって、
配線層に隣接する層間絶縁膜が、拡散防止膜、多孔質絶縁膜、およびキャップ膜の3層構造からなり、
該キャップ膜がSiOCまたはSiOからなることを特徴とする配線構造。
A wiring structure in which a wiring layer is embedded in an interlayer insulating film,
The interlayer insulating film adjacent to the wiring layer has a three-layer structure of a diffusion prevention film, a porous insulating film, and a cap film,
A wiring structure in which the cap film is made of SiOC or SiO 2 .
上記キャップ膜が、上記配線層を覆う拡散防止膜を兼ねることを特徴とする請求項1に記載の配線構造。   The wiring structure according to claim 1, wherein the cap film also serves as a diffusion prevention film covering the wiring layer. 上記多孔質絶縁膜の上面より上部に突出した配線層の高さが、10nm以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の配線構造。   The wiring structure according to claim 1 or 2, wherein a height of the wiring layer protruding upward from the upper surface of the porous insulating film is 10 nm or more. 上記多孔質絶縁膜が、ポーラスSiOCからなり、上記拡散防止膜が、SiC、SiCN、またはSiNからなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の配線構造。   The wiring structure according to claim 1, wherein the porous insulating film is made of porous SiOC, and the diffusion prevention film is made of SiC, SiCN, or SiN. 半導体基板上に、絶縁膜を形成する工程と、
該絶縁膜上に、拡散防止膜、多孔質絶縁膜、およびSiOCまたはSiOからなる第1キャップ膜を順次形成する工程と、
該第1キャップ膜から該多孔質絶縁膜を通って該拡散防止膜に至る孔部を形成する工程と、
該半導体基板の上に、バリアメタル層を形成し、更に、孔部を埋めるように配線金属層を形成する工程と、
該配線金属層と該バリアメタル層を、該第1キャップ膜が露出するまで上方からエッチングして膜厚を減じ、該開口部に埋め込まれるようにバリアメタル層と配線金属層とを残して配線層とする工程と、
該第1キャップ膜を選択的にエッチングするエッチング工程と、
該半導体基板の上面を覆うように、SiOCまたはSiOからなる第2キャップ膜を形成する工程とを含むことを特徴とする配線構造の製造方法。
Forming an insulating film on the semiconductor substrate;
Sequentially forming a diffusion barrier film, a porous insulating film, and a first cap film made of SiOC or SiO 2 on the insulating film;
Forming a hole from the first cap film through the porous insulating film to the diffusion preventing film;
Forming a barrier metal layer on the semiconductor substrate and further forming a wiring metal layer so as to fill the hole;
The wiring metal layer and the barrier metal layer are etched from above until the first cap film is exposed to reduce the film thickness, leaving the barrier metal layer and the wiring metal layer so as to be embedded in the opening. A layering process;
An etching step of selectively etching the first cap film;
Forming a second cap film made of SiOC or SiO 2 so as to cover the upper surface of the semiconductor substrate.
上記エッチング工程が、CF系ガスを用いたドライエッチングにより上記第1キャップ膜を選択的に除去する工程であることを特徴とする請求項5に記載の配線構造の製造方法。   6. The method for manufacturing a wiring structure according to claim 5, wherein the etching step is a step of selectively removing the first cap film by dry etching using a CF-based gas. 上記エッチング工程が、上記多孔質絶縁膜のエッチング量を100nm以下に抑えながら、該多孔質絶縁膜の上の上記第1キャップ膜を選択的にエッチングする工程であることを特徴とする請求項5または6に記載の配線構造の製造方法。   6. The etching step is a step of selectively etching the first cap film on the porous insulating film while suppressing an etching amount of the porous insulating film to 100 nm or less. Or the manufacturing method of the wiring structure of 6.
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