JP2004356521A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ビアの断面形状において、ビアの側壁の任意の点における第1の配線の表面と平行な線がビアの中心軸と交わる点と上記任意の点と上記任意の点における接線が上記中心軸と交わる点とを結んで形成される角度であるビア側壁角について、第1の配線の表面と平行な線からの俯角を正の角度とし、第1の配線と平行な線からの仰角を負の角度とすると、ビア側壁角が正の角度であり、かつ上記ビアの断面形状の2つの側壁のうち少なくとも一方の側壁におけるビアの頂部から底部の間にビア側壁角が極大値となる点を少なくとも2つ有する構成である。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線と、配線同士を接続するためのビアとを有する半導体装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
メモリやロジック等の半導体装置には、配線同士をビアで接続した配線構造を有するものがある。そして、その配線構造におけるビアの形状がストレスマイグレーションに影響を及ぼすことについて開示されている(例えば、非特許文献1参照)。
【0003】
【非特許文献1】
T.Oshima,et al.,“Suppression ofStress−Induced Voiding in Copper Interconnects”,IEDM(2002)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の文献では、ビアの形状がストレスマイグレーションに影響することが言及されているものの、その解決方法は一切開示されておらず、どのようにすればストレスマイグレーションを低減できるのかが不明である。
【0005】
本発明は上記したような従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、ストレスマイグレーションを低減した半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の半導体装置は、第1の配線と、該第1の配線に接続されたビアと、該ビアと一体に形成された第2の配線とを有する半導体装置であって、
前記ビアの断面形状において、該ビアの側壁の任意の点における前記第1の配線の表面と平行な線が前記ビアの中心軸と交わる点と該任意の点と該任意の点における接線が前記中心軸と交わる点とを結んで形成される角度であるビア側壁角について、前記第1の配線の表面と平行な線からの俯角を正の角度とし、該第1の配線と平行な線からの仰角を負の角度とすると、前記ビア側壁角が正の角度であり、かつ前記ビアの断面形状の2つの側壁のうち少なくとも一方の側壁における該ビアの頂部から底部の間に該ビア側壁角が極大値となる点を少なくとも2つ有する構成である。この場合、前記ビアの側壁の任意の点における前記ビア側壁角が正の角度であることとしてもよい。
【0007】
また、上記本発明の半導体装置において、前記ビア側壁角が90度以下であることとしてもよく、前記ビア側壁角が前記極大値の間で連続的な値であることとしてもよく、前記ビア側壁角が前記極大値の間の極小値となる前記ビアの側壁上の点と前記ビアの底部との間における該ビア側壁角が90度よりも小さいこととしてもよい。
【0008】
さらに、上記本発明の半導体装置において、前記第1の配線上に形成された金属拡散防止膜を有し、
前記金属拡散防止膜における前記ビア側壁角が90度よりも小さいこととしてもよい。
【0009】
一方、上記目的を達成するための本発明の半導体装置の製造方法は、第1の配線と、該第1の配線に接続されたビアと、該ビアに接続された第2の配線とを有する半導体装置の製造方法であって、
前記第1の配線上に第1の金属拡散防止膜、層間絶縁膜、エッチングストッパ膜および層内絶縁膜を順に形成し、
公知のリソグラフィ工程およびエッチング工程により、前記層間絶縁膜、前記エッチングストッパ膜および前記層内絶縁膜に所定の開孔パターンの第1の開孔を形成し、
前記第1の配線により光が反射するのを防ぐための反射防止膜を塗布して、該反射防止膜の上面の位置が前記エッチングストッパ膜の下面よりも低くなるように前記第1の開孔内に該反射防止膜を埋め込んだ第2の開孔を形成し、
前記層内絶縁膜上に所定のパターンの溝状開孔を有するレジストを形成し、
前記レジストをマスクにしてエッチングすることにより、前記層内絶縁膜に溝状開孔を形成し、前記第2の開孔の前記層間絶縁膜の側壁を該第2の開孔の底部側よりも頂部側ほど該第2の開孔の直径が大きくなるように形成し、
前記レジストおよび前記反射防止膜を除去し、
前記層内絶縁膜に形成された溝状開孔からエッチングすることにより、露出した前記エッチングストッパ膜および前記第1の金属拡散防止膜を除去して前記第2の開孔を含む前記ビアの開孔と前記第2の配線の溝状開孔を形成し、
前記ビアの開孔と前記第2の配線の溝状開孔に金属を埋め込んで前記ビアと前記第2の配線を形成した後、第2の金属拡散防止膜を形成するものである。
【0010】
この場合、前記ビアの開孔を形成した後の該ビアの断面形状において、該ビアの側壁の任意の点における前記第1の配線の表面と平行な線が前記ビアの中心軸と交わる点と該任意の点と該任意の点における接線が前記中心軸と交わる点とを結んで形成される角度であるビア側壁角について、前記第1の配線の表面と平行な線からの俯角を正の角度とし、該第1の配線と平行な線からの仰角を負の角度とすると、該ビア側壁角が正の角度であり、かつ前記ビアの断面形状の2つの側壁のうち少なくとも一方の側壁における該ビアの頂部から底部の間に該ビア側壁角が極大値となる点を少なくとも2つ有することとしてもよい。
【0011】
(作用)
上記本発明では、ビア側壁角が負の角度にならないため、応力の集中を発生させる原因となる形状がビア側壁になく、ストレスマイグレーションを低減し、配線の信頼性がより高くなる。また、ビア側壁角に少なくとも2つの極大値を持ち、これらの極大値間に極小値を有することから、ビア側壁の中間部でビア開孔径が急激に大きくなり、単純なテーパー形状よりもビア開孔の実質的なアスペクト比が小さくなる。そのため、金属の埋め込み性が改善する。
【0012】
また、本発明では、ビアの側壁の任意の点についてビア側壁角が正の角度であるため、ビア側壁に沿った全周にわたって応力の集中を発生させる原因となる形状がない。
【0013】
また、本発明では、ビア側壁角が90度以下であるため、ビア側壁がビア内への金属の埋め込み性のよい形状になる。そのため、ボイドの発生が抑制される。
【0014】
また、本発明では、ビア側壁角が極大値の間で連続的な値をとるため、ビア側壁角が90度により近くなる極大値をとっても、ビア側壁角が極大値となる側壁上の点の間でビア側壁はなだらかな形状になる。そのため、90度により近い異なる傾斜の間に応力の集中を発生させる原因となる形状がなく、ストレスマイグレーションがさらに低減される。
【0015】
また、本発明では、ビア側壁角が極小値となるビアの側壁の点とビアの底部の間におけるビア側壁角が90度よりも小さいため、ビア内への金属の埋め込み性がより向上する。そのため、ボイドの発生をより防止できる。
【0016】
また、本発明では、第1の配線上の金属拡散防止膜でのビア側壁角が90度よりも小さいため、ビア内への金属の埋め込み性がさらに向上する。そのため、ボイドの発生をさらに防止できる。
【0017】
さらに、本発明では、第1の開孔内に反射防止膜を反射防止膜の上面の位置がエッチングストッパ膜の下面よりも低くなるように埋め込んだ第2の開孔を形成し、その後のエッチング工程により第2の開孔の側壁が開孔の底部側よりも頂部側ほど開孔の直径が大きくなるように形成されるため、第2の開孔を含んで形成されるビア開孔への金属の埋め込み性がよくなる。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体装置は、配線と、配線下面に接続されたビアとが一体に形成された配線構造において、ビア側壁面に応力の集中の原因となる形状を有しないことを特徴とする。
【0019】
(第1実施例)
本発明の半導体装置の構成について説明する。なお、半導体基板上には、トランジスタ、抵抗、容量等の半導体素子が形成されるが、半導体素子の構成については従来の半導体装置と同様なため、その構成についての詳細な説明を省略する。
【0020】
図1(a)は本発明の半導体装置の一構成例を示す断面図であり、図1(b)はその平面図である。
【0021】
図1(a)に示すように、半導体装置は、図に示さない半導体基板上に形成された下地絶縁膜110上に第1の配線120と、第1の配線120に接続されたビア130と、ビア130に接続された第2の配線140とを有する構成である。ビア130と第2の配線140は一体となって形成されている。第1の配線120、ビア130および第2の配線140は、導電性材料の銅(Cu)と、銅の拡散を防止するためのバリアメタル膜とを有する。
【0022】
第1の配線120と同一層に形成される配線同士を絶縁するための第1の層内絶縁膜112が下地絶縁膜110上に形成されている。第1の配線120上面は、ビア130との接続部位を除いて銅拡散防止のための金属拡散防止膜となるCap−SiCN膜152で覆われている。第2の配線140は第2の層内絶縁膜116に形成され、第1の配線120と第2の配線140の間には層間絶縁膜114が形成されている。第2の配線140の上には金属拡散防止膜のCap−SiCN膜156が形成されている。
【0023】
下地絶縁膜110と第1の層内絶縁膜112の間にはエッチングストッパ膜としての役目を果たすStopper−SiC膜150が形成され、層間絶縁膜114と第2の層内絶縁膜116の間にもエッチングストッパ膜となるStopper−SiC膜154が形成されている。
【0024】
第1の層内絶縁膜112および第2の層内絶縁膜116は梯子型の水素化シロキサン(Hydrogen Siloxane)であるLadder Oxide(以下、L−Ox(NECエレクトロニクス株式会社の商標(出願中))と称する)膜であり、層間絶縁膜114はシリコン酸化膜である。
【0025】
次に、図1に示した半導体装置の断面形状においてビア側壁の角度について説明する。
【0026】
図2はビアの断面形状を示す模式図である。
【0027】
図2では、第1の配線120にビア130が接続されている。ビア側壁の任意の点dにおける接線をLtとし、点dにおける第1の配線の表面と平行な線をLpとしている。また、Lcはビア130の中心軸である。点dにおける直線Lpが中心軸Lcと交わる点を点eとし、点dにおける接線Ltが中心軸Lcと交わる点を点fとする。そして、点eと点dと点fとを結んで形成される角度をビア側壁角θとする。また、このビア側壁角について、直線Lpからの俯角を正の角度とし、直線Lpからの仰角を負の角度とする。
【0028】
上記ビア側壁角は、図1に示した半導体装置で、第2の配線底部のビア頂部からビア底部まで0度よりも大きく正の角度の90度以下になっている。このことを、ビア側壁形状を示すグラフを用いて以下に説明する。
【0029】
図3は図1に示した半導体装置のビア側壁形状を示すグラフである。縦軸はビア側壁角の値を示し、横軸は、図1(a)に示したビア側壁をなぞったときのビア頂部からの距離を示す。点aはビア頂部を示し、点cはビア底部を示す。点bは点aと点cの間の中継点を示す。
【0030】
図3のグラフに示すように、ビア側壁角は点aの0度から少しずつ大きくなり、極大値を過ぎると少しずつ小さくなる。点bで極小値になった後、再び少しずつ大きくなって極大値を過ぎると小さくなって点cに至る。このようにビア側壁角は負の角度になることがないため、ビア側壁がなめらかに形成されている。また、グラフに示すように、ビア側壁角は2つの極大値を有し、2つの極大値の間では連続的な値をとり、不連続点を持たない。ビア側壁角が極小値となる点bにおいても、急激に変化することなく、点bの前後でなだらかに変化している。なお、このグラフでは90度に達していないが、90度になる点があってもよい。
【0031】
上記ビア側壁形状のように、ビア側壁角が負の角度にならないため、応力集中の原因となる部位が存在しない。そのため、ストレスマイグレーションが低減される。また、ビア側壁角に少なくとも2つの極大値を持ち、これらの極大値間に極小値を有することから、ビア側壁の中間部でビア開孔の直径(以下、「ビア開孔径」と称する)が急激に大きくなり、単純なテーパー形状よりもビア開孔の実質的なアスペクト比が小さくなる。そのため、ビア開孔への銅の埋め込みの際に埋め込み性がよくなる。これらのことから、ビア内のストレスマイグレーションを低減し、高信頼性を有する配線が得られる。
【0032】
なお、図1(b)は第2の配線とビアのパターンを示す平面図である。図1(b)の点aはビア頂部を示し、点cはビア底部を示す。図1(b)に示すように、上述したビア側壁角が同心円上に形成されている。
【0033】
上記ビア側壁形状について従来の場合について説明する。
【0034】
図4は従来の半導体装置の一構成例を示す断面図である。なお、従来の半導体装置の膜構成は図1に示した本発明の半導体装置と同様なため、その詳細な説明を省略する。
【0035】
図4に示すように、ビア230の側壁には、点b’で示す位置に突起が形成されている。この形状についてビア側壁角を示すグラフで説明する。
【0036】
図5は図4に示した半導体装置のビア側壁形状を示すグラフである。
【0037】
図5に示すように、ビア側壁角は、ビア頂部を示す点a’から一旦大きくなるが極大値を過ぎると小さくなって点b’で負の角度になる。点b’からは再び大きくなってほぼ一定の値が続いた後、急激に下がって点c’(0度)に至る。このように、ビア側壁角が負の角度になる位置に突起が形成されている。そのため、突起に応力が集中してストレスマイグレーションが起こりやすくなる。また、ビア開孔への銅の埋め込み性が悪くなるため、ボイドが発生しやすくなる。ボイドが形成されてしまうと、製品の歩留まりが低下したり、半導体装置の長期間使用によりボイドが成長し、第1の配線120と第2の配線140とが断線に至るおそれがある。
【0038】
次に、図1に示した半導体装置と図4に示した半導体装置の配線構造についてストレスマイグレーションの評価を行ったので説明する。なお、ここでは、図1に示した半導体装置の配線構造による試料を試料Aとし、図4に示した半導体装置の配線構造による試料を試料Bとする。また、第1の配線を下層配線と称し、第2の配線を上層配線(Upper−metal)と称する。
【0039】
評価には、下層配線、ビア、および上層配線の接続を所定の回数繰り返して形成されたビアチェーンTEG(Test Element Group)を用いた。また、配線の平面パターンにおいて配線の長手方向と垂直な方向を配線幅とすると、上層配線の配線幅に0.2〜10μmの範囲から数通りの条件を設定した。なお、下層配線の配線幅は一定とした。
【0040】
上記条件毎にビアチェーンTEGを複数形成した試料Aと試料Bを温度150℃で168時間保管した後、ビアチェーンTEGに電圧を印加して電流が流れるか否かを調べ、電流が流れない場合をストレスマイグレーション不良とした。
【0041】
ここで、上層配線の配線幅に上記条件を設けて評価を行うのは、上層配線の配線幅が大きいほどストレスマイグレーション不良が発生しやすくなるためである。その理由について以下に説明する。
【0042】
半導体装置の製造段階における熱処理によって、配線には引っ張り応力が残留する。この引っ張り応力を緩和するために、金属原子が配線やビアを移動する現象がストレスマイグレーションである。ビア内にボイドが発生して上層配線の応力を緩和しようとするが、上層配線の配線幅が小さい場合にはボイドの体積が小さくても応力が緩和されるのに対して、配線幅が大きい場合には応力を緩和するために体積のより大きいボイドが必要となる。そして、ビア内に体積の大きいボイドが発生すると、ビアの断線不良を起こすことになる。
【0043】
次に、ストレスマイグレーションの評価結果について説明する。
【0044】
図6はストレスマイグレーション不良率についての上層配線の配線幅依存性を示すグラフである。横軸は上層配線の配線幅であり、縦軸はストレスマイグレーション不良率(以下、単に「不良率」と称する)である。不良率の値を、試料Aについては「▽」でプロットし、試料Bについては「●」でプロットした。
【0045】
図6に示すように、試料Aでは、上層配線の配線幅が0.2μmから10μmまで大きくなっても、不良率は0であった。これに対して、試料Bでは、上層配線の配線幅が1μmより大きくなると不良が発生し、配線幅が大きくなるにしたがって不良率も増加している。上述の理由から、試料Bでは上層配線の配線幅が1μmを超えるとビアの断線を招くボイドが発生していると考えられる。
【0046】
図6に示した結果から、試料Aの方が試料Bよりもストレスマイグレーション特性に優れていることがわかる。これは、試料Aはビア側壁角が負の角度にならないため応力集中の原因となる部位が存在しないのに対し、試料Bはビア側壁角が負の角度になる位置に突起が形成されているためである。
【0047】
次に、図1に示した半導体装置の製造方法について説明する。ここでは、ビア130と第2の配線140が一体に形成されるデュアルダマシン法の場合で説明する。
【0048】
図7乃至図11は本発明の半導体装置の製造方法を示す断面図である。なお、図に示さない半導体基板上にトランジスタおよび抵抗等の半導体素子を形成しているが、半導体素子の構成については従来と同様なため、その形成方法についての説明を省略する。
【0049】
図7(a)に示すように、上記半導体素子を形成した後、下地絶縁膜110としてプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法によりシリコン酸化膜を400〜700nm形成する。続いて、Stopper−SiC膜150を50〜70nm、第1の層内絶縁膜112としてL−Ox膜を400〜700nm順に形成し、その上にレジストを塗布する。そして、公知のリソグラフィ工程によりレジストに溝状開孔を形成した後、レジストをマスクにして公知のエッチング工程によりStopper−SiC膜150と第1の層内絶縁膜112を除去し、その後、レジストを除去する。
【0050】
続いて、バリアメタル膜122を形成した後(図7(b))、Cuシード層を形成し、電解メッキ法によりCuシード層の上に銅124を形成する(図7(c))。
【0051】
図7(d)に示すように、CMP(Chemical MechanicalPolishing)法により第1の層内絶縁膜112上面が露出するまで銅124を研磨して第1の配線120を形成する。
【0052】
続いて、図8(e)に示すように、Cap−SiCN膜152を50〜70nm、層間絶縁膜114としてシリコン酸化膜を400〜700nm、Stopper−SiC膜154を50〜70nm、第2の層内絶縁膜116としてL−Ox膜を400〜700nm順に形成する。
【0053】
図8(f)に示すように、公知のリソグラフィ工程とエッチング工程により、Cap−SiCN膜152の上面の所定の部位が露出するまで、層間絶縁膜114、Stopper−SiC膜154および第2の層内絶縁膜116を除去して、ビア形成のための第1の開孔134を形成する。
【0054】
続いて、この後のリソグラフィ工程で第1の配線120による反射光がレジストを感光しないようにするために、反射防止膜(Anti−Reflective Coating:以下、単にARCと称する)160を塗布する(図8(g))。その際、図8(f)に示した第1の開孔134内ではARC160の上面の位置がStopper−SiC膜154の下面よりも低くなるようにする。以下では、このようにして第1の開孔134にARC160が埋め込まれた開孔を第2の開孔135と称する。また、ARC160は、ポリイミドやノボラック等をベース樹脂にポリビニルフェノールやポリメチルメタクリレートを添加した有機膜である。
【0055】
図9(h)に示すように公知のリソグラフィ工程によりレジスト162を塗布した後、レジスト162に第2の配線形成のための溝状開孔148を形成する(図9(i))。
【0056】
レジスト162をマスクにして溝状開孔148から、CF4とArの混合ガスを用いて、ガス混合比CF4:Ar=1:5、圧力13.3〜53.2Pa(100〜400mTorr)の条件でプラズマエッチングすることにより、Stopper−SiC膜154上面が露出するまで溝状開孔148の第2の層内絶縁膜116を除去し、第2の開孔135の層間絶縁膜114の側壁が開孔の底部側よりも頂部側ほど開孔径が大きくなるように層間絶縁膜114を削る(図9(j))。その際、層間絶縁膜114をARC160上面よりも低い位置までエッチングしないようにする。なお、第2の開孔下のARC160はビア側壁へのエッチングによる削れを防ぐための保護膜となる。
【0057】
その後、図10(k)に示すように、O2プラズマアッシング処理と有機剥離液処理を行って、レジスト162とARC160を除去する。続いて、第2の層内絶縁膜116に形成された溝状開孔から、CHF3とO2とArの混合ガスを用いたプラズマエッチングをすることにより、露出したStopper−SiC膜154とCap−SiCN膜152を除去してビア開孔137と第2の配線の溝状開孔を形成する(図10(l))。このとき、Cap−SiCN膜152におけるビア開孔137の側壁について上記ビア側壁角が正の角度の90度よりも小さくなってもよい。
【0058】
そして、バリアメタル膜142とCuシード層を順に形成し、電解メッキ法により銅144をビア開孔137と第2の配線の溝状開孔に埋め込む(図10(m))。このとき、ビア開孔径はビア底部よりもビア頂部側ほど大きいため、ビア開孔内に形成されたCuシード層およびバリアメタル膜142のステップカバレッジ(段差被覆性)がよく、銅144の埋め込み性がよい。
【0059】
続いて、第2の層内絶縁膜116の上面が露出するまでCMP法により銅144を研磨して第2の配線140を形成した後、第2の配線140の上面を覆うCap−SiCN膜156を形成する(図11(n))。このようにして、図1に示した半導体装置が形成される。なお、図1に示した構造を形成した後、さらに層間絶縁膜を形成して、上層に配線を形成してもよい。
【0060】
上述の製造方法により、ビア開孔の側壁がビア頂部からビア底部に向かって単調に落ちてゆく形状になっている。そのため、ビア底部へ向かって落ちてゆく側壁の途中で水平方向より上を向くような形状が存在しない。さらに、ビア側壁の中間部でビア開孔径を急激に大きくできる。
【0061】
上記本実施例の半導体装置は、ビア側壁がより滑らかになり、かつビア開孔の実質的なアスペクト比が小さくなることにより、バリアメタル膜形成時のステップカバレッジが向上し、銅の埋め込みが良好でボイドが内在しないビアおよび配線が形成される。また、このような構造ではビア内部での応力集中が発生しにくく、ボイド核生成の起点をなくすことができると考えられる。そのため、ビア内のストレスマイグレーションを低減し、信頼性のより高い配線が得られる。特に、第2の配線の幅が大きいことにより応力が大きくなっても、応力集中が発生しにくいため、ストレスマイグレーション不良が発生しない。さらに、ビア側壁の任意の点についてビア側壁角が正の角度になるようにすることで、ビア側壁に沿った全周にわたって応力の集中を発生させる原因となる形状が形成されない。
【0062】
なお、図9(j)に示したエッチング工程において、エッチングレートが層間絶縁膜114よりもARC160の方が大きくなるエッチングガスとしてCF4とArの混合ガスを用いたが、エッチングレートが層間絶縁膜114よりもARC160の方が小さくなるC4F8とArの混合ガスを用いてもよい。また、CF4のガスに代えてC2F6のガスであってもよい。
【0063】
(第2実施例)
本実施例は、第1実施例のビア側壁形状を一部に有するビアを備えた半導体装置である。
【0064】
本実施例の半導体装置について説明する。なお、第1実施例と同様の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、製造方法については、第1実施例と同様なため、その説明を省略する。
【0065】
図12(a)は本実施例の半導体装置の構成を示す断面図であり、図12(b)はその平面図である。
【0066】
図12(a)に示すように、本実施例の半導体装置は、第1の配線120と、第1の配線120に接続されたビア136と、ビア136と一体に形成された第2の配線146とを有する構成である。図12(a)に示すビア側壁の断面形状について、図の左側は第1実施例と同様な形状であるが、図の右側は第2の配線146の上面からビア136の底部までビア側壁角が一定である。なお、図の右側の側壁のビア側壁角は0度よりも大きく正の90度以下の範囲であればよい。
【0067】
図12(b)は第2の配線とビアのパターンを示す平面図である。図12(b)の点a’’はビア頂部を示し、点c’’はビア底部を示す。図12(b)に示すように、第2の配線146のパターンがビア136から図の左側に伸びている。そのため、第1実施例で示したようなビア側壁形状が図の右側の側壁部には形成されていない。
【0068】
本実施例のように、ビア側壁において少なくともビア頂部からビア底部にかけて第1実施例と同様の形状を有していれば、第1実施例と同様の効果が得られる。
【0069】
なお、上記第1実施例および第2実施例において、上記第1の配線、ビア、および第2の配線の材料に銅の金属を用いたが、金属は銅を含む合金であってもよく、また、アルミニウムやタングステン等の他の金属であってもよい。
【0070】
また、層内絶縁膜に、シリコン酸化膜よりも誘電率の低い低誘電率絶縁膜としてL−Ox膜を用いたが、L−Ox膜に限らず、SiOF膜およびカーボン含有シリコン酸化膜(SiOC膜)等の無機絶縁膜ならびにメチル基含有シリコン酸化膜および高分子膜等の有機絶縁膜のうちいずれかであってもよく、これらの低誘電率絶縁膜を含む積層膜であってもよい。また、層間絶縁膜114をシリコン酸化膜としたが、層間絶縁膜114が上記低誘電率絶縁膜を含む膜であってもよい。層内絶縁膜や層間絶縁膜に低誘電率絶縁膜を用いることで、配線間の容量が低減される。
【0071】
また、エッチングストッパ膜は上記SiC膜に限らず、層内絶縁膜とのエッチング選択比の大きいSiCN膜やシリコン窒化膜であってもよい。さらに、金属拡散防止膜は上記SiCN膜に限らず、金属の拡散を防止する役目を果たすSiC膜やシリコン窒化膜等の絶縁膜であってもよい。
【0072】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように構成されているので、以下に記載する効果を奏する。
【0073】
本発明の半導体装置では、応力の集中を発生させる原因となる形状がビア側壁に形成されていないため、ビア内への金属の埋め込み性がよくなり、ボイドの発生を防げる。
【0074】
また、ビア側壁に応力の集中を発生させる原因となる形状が形成されないため、ストレスマイグレーションを低減し、配線の信頼性がより高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の一構成例を示す断面図および平面図である。
【図2】ビアの断面形状を示す模式図である。
【図3】図1に示した半導体装置のビア側壁形状を示すグラフである。
【図4】従来の半導体装置の一構成例を示す断面図である。
【図5】図4に示した半導体装置のビア側壁形状を示すグラフである。
【図6】ストレスマイグレーション不良率についての上層配線の配線幅依存性を示すグラフである。
【図7】本発明の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図8】本発明の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図9】本発明の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図10】本発明の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図11】本発明の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図12】第2実施例の半導体装置の構成を示す断面図および平面図である。
【符号の説明】
110 下地絶縁膜
112 第1の層内絶縁膜
114 層間絶縁膜
116 第2の層内絶縁膜
120 第1の配線
122、142 バリアメタル膜
124、144 銅
130、136、230 ビア
134 第1の開孔
135 第2の開孔
137 ビア開孔
140、146 第2の配線
148 溝状開孔
150、154 Stopper−SiC膜
152、156 Cap−SiCN膜
160 ARC(反射防止膜)
162 レジスト
Lp 第1の配線の表面と平行な線
Lc 中心軸
Lt 接線
Claims (8)
- 第1の配線と、該第1の配線に接続されたビアと、該ビアと一体に形成された第2の配線とを有する半導体装置であって、
前記ビアの断面形状において、該ビアの側壁の任意の点における前記第1の配線の表面と平行な線が前記ビアの中心軸と交わる点と該任意の点と該任意の点における接線が前記中心軸と交わる点とを結んで形成される角度であるビア側壁角について、前記第1の配線の表面と平行な線からの俯角を正の角度とし、該第1の配線と平行な線からの仰角を負の角度とすると、前記ビア側壁角が正の角度であり、かつ前記ビアの断面形状の2つの側壁のうち少なくとも一方の側壁における該ビアの頂部から底部の間に該ビア側壁角が極大値となる点を少なくとも2つ有する半導体装置。 - 前記ビアの側壁の任意の点における前記ビア側壁角が正の角度である請求項1記載の半導体装置。
- 前記ビア側壁角が90度以下である請求項1または2記載の半導体装置。
- 前記ビア側壁角が前記極大値の間で連続的な値である請求項1乃至3のいずれか1項記載の半導体装置。
- 前記ビア側壁角が前記極大値の間の極小値となる前記ビアの側壁上の点と前記ビアの底部との間における該ビア側壁角が90度よりも小さい請求項1乃至4のいずれか1項記載の半導体装置。
- 前記第1の配線上に形成された金属拡散防止膜を有し、
前記金属拡散防止膜における前記ビア側壁角が90度よりも小さい請求項1乃至5のいずれか1項記載の半導体装置。 - 第1の配線と、該第1の配線に接続されたビアと、該ビアに接続された第2の配線とを有する半導体装置の製造方法であって、
前記第1の配線上に第1の金属拡散防止膜、層間絶縁膜、エッチングストッパ膜および層内絶縁膜を順に形成し、
公知のリソグラフィ工程およびエッチング工程により、前記層間絶縁膜、前記エッチングストッパ膜および前記層内絶縁膜に所定の開孔パターンの第1の開孔を形成し、
前記第1の配線により光が反射するのを防ぐための反射防止膜を塗布して、該反射防止膜の上面の位置が前記エッチングストッパ膜の下面よりも低くなるように前記第1の開孔内に該反射防止膜を埋め込んだ第2の開孔を形成し、
前記層内絶縁膜上に所定のパターンの溝状開孔を有するレジストを形成し、
前記レジストをマスクにしてエッチングすることにより、前記層内絶縁膜に溝状開孔を形成し、前記第2の開孔の前記層間絶縁膜の側壁を該第2の開孔の底部側よりも頂部側ほど該第2の開孔の直径が大きくなるように形成し、
前記レジストおよび前記反射防止膜を除去し、
前記層内絶縁膜に形成された溝状開孔からエッチングすることにより、露出した前記エッチングストッパ膜および前記第1の金属拡散防止膜を除去して前記第2の開孔を含む前記ビアの開孔と前記第2の配線の溝状開孔を形成し、
前記ビアの開孔と前記第2の配線の溝状開孔に金属を埋め込んで前記ビアと前記第2の配線を形成した後、第2の金属拡散防止膜を形成する半導体装置の製造方法。 - 前記ビアの開孔を形成した後の該ビアの断面形状において、該ビアの側壁の任意の点における前記第1の配線の表面と平行な線が前記ビアの中心軸と交わる点と該任意の点と該任意の点における接線が前記中心軸と交わる点とを結んで形成される角度であるビア側壁角について、前記第1の配線の表面と平行な線からの俯角を正の角度とし、該第1の配線と平行な線からの仰角を負の角度とすると、該ビア側壁角が正の角度であり、かつ前記ビアの断面形状の2つの側壁のうち少なくとも一方の側壁における該ビアの頂部から底部の間に該ビア側壁角が極大値となる点を少なくとも2つ有する請求項7記載の半導体装置の製造方法。
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