JPH11340321A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH11340321A
JPH11340321A JP10145538A JP14553898A JPH11340321A JP H11340321 A JPH11340321 A JP H11340321A JP 10145538 A JP10145538 A JP 10145538A JP 14553898 A JP14553898 A JP 14553898A JP H11340321 A JPH11340321 A JP H11340321A
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JP
Japan
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opening pattern
film
insulating film
dielectric constant
inorganic insulating
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JP10145538A
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Toshiaki Hasegawa
利昭 長谷川
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Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10W20/40Interconnections external to wafers or substrates, e.g. back-end-of-line [BEOL] metallisations or vias connecting to gate electrodes
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 有機系の低誘電率膜から発生する脱離ガスに
より、低誘電率膜もしくはその上の無機系絶縁膜に形成
されるビアホールや配線溝への材料層の埋め込みに不良
が発生していた。 【解決手段】 低誘電率膜16(22)上に無機系絶縁
膜17(23)を備え、この無機系絶縁膜17(23)
を少なくとも貫通するビアホールや配線溝からなる開口
パターン18(24)が形成された半導体装置におい
て、無機系絶縁膜17(23)を貫通する状態に形成さ
れたダミー開口パターン19(25)を備えたものであ
り、ダミー開口パターン19(25)は開口パターン1
8(24)のパターン密度の低い領域に形成されている
ものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置および
その製造方法に関し、詳しくは比誘電率が1.0以上
3.0以下の低誘電率膜上に無機系絶縁膜を備えていて
その無機系絶縁膜を少なくとも貫通する開口パターンを
形成した半導体装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の微細化にともなって、配線
幅の微細化、配線間隔の縮小化が必要になっている。ま
た、同時に、低消費電力化および高速化などの要求にと
もない、層間絶縁膜の低誘電率化が必要になってきた。
特にロジック系デバイスでは、微細配線による抵抗上
昇、配線容量の増加がデバイスの信号伝達速度の劣化に
つながるため、低誘電率膜を層間絶縁膜とした微細な多
層配線が必要になっている。
【0003】配線幅の微細化、配線間隔の縮小化は、配
線の縦横比を大きくするだけではなく、配線間のアスペ
クト比を大きくし、結果として、縦に細長い微細配線を
形成する技術、微細な配線間を層間絶縁膜で埋め込む技
術などに負担をかけ、プロセスを複雑にするとともに、
プロセス数の増大を招いている。
【0004】アルミニウムリフロースパッタ法によりビ
アホールと配線溝とを同時に埋め込み、化学的機械研磨
(以下、CMPという、CMPはChemical Mechanical
Polishing の略)により余分なアルミニウムを研磨し
て、ビアホール内にアルミニウムプラグを形成するとと
もに配線溝内にアルミニウム配線を形成するダマシンプ
ロセスでは、高アスペクト比のアルミニウム配線をエッ
チングで形成することも、配線間の狭隙を層間絶縁膜で
埋め込む必要もなく、大幅にプロセス数を減らすことが
可能になる。このダマシンプロセスは、配線のアスペク
ト比が高くなるほど、配線総数が増大するほど、総コス
トの削減に大きく寄与することになる。
【0005】一方、層間絶縁膜の低誘電率化は、配線間
の容量を低減する効果がある。ところが、0.18μm
ルール以下のデバイスに適用されようとしている比誘電
率が3.0以下の低誘電率膜は、従来のデバイスに用い
られている酸化シリコン膜と膜質が大きく異なってい
る。そのため、低誘電率膜のプロセス技術の開発が求め
られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般
に、比誘電率が3.0以下の低誘電率膜は、有機材料か
らなるものが多く、耐熱性が低いため、低温(200℃
〜400℃)で脱離ガスが発生するという問題がある。
この脱離ガスの発生現象は、従来から層間絶縁膜に用い
られているシリコン系絶縁膜では現れていない。
【0007】通常、低誘電率膜を用いた層間絶縁膜にビ
アホールや配線溝を形成した後、そのビアホールや配線
溝にプラグや配線等が形成される。その際、低誘電率膜
から放出されるガスが、配線等を形成する金属膜の成膜
プロセスに影響を及ぼし、例えば埋め込み不良を発生さ
せる。低誘電率膜から放出されるガスとは、低誘電率膜
が分解されたものではなく、酸化などの劣化によるもの
である。そのため、低誘電率膜の本来の耐熱性よりも低
い温度でガスが発生する。例えば、フッ化ポリアリルエ
ーテル系樹脂〔例えばFLARE(商品名)〕は、ガラ
ス転移温度が400℃、熱分解温度が500℃程度であ
るが、酸化などの劣化により、200℃〜400℃程度
の温度で微小量のガスを発生する。
【0008】微小量のガスは、パターン密度が低い箇所
に多く発生して不良を生じさせる。すなわち、低誘電率
膜の上に形成されているシリコン系の絶縁膜がいわゆる
蓋の機能を果して、ビアホールや配線溝のパターン密度
が低い領域では、低誘電率膜が開放されている面積が狭
いため、1か所当たりのビアホールや配線溝からの脱ガ
スの流量が多くなり、その部分を中心に不良が発生す
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた半導体装置およびその製造方法で
あって、その半導体装置は、比誘電率が1.0以上3.
0以下の低誘電率膜上に無機系絶縁膜を備え、その無機
系絶縁膜を少なくとも貫通する開口パターンが形成され
た半導体装置において、無機系絶縁膜を貫通するダミー
開口パターンが形成されたものであり、このダミー開口
パターンは、開口パターンのパターン密度の低い領域に
形成されたものである。
【0010】上記半導体装置では、開口パターンのパタ
ーン密度の低い領域に、無機系絶縁膜を貫通するダミー
開口パターンが形成されていることから、低誘電率膜か
らの脱ガスは、開口パターンおよびダミー開口パターン
を通して発生する。そのため、脱ガスがダミー開口パタ
ーンにも分散されるため、開口パターンに集中すること
がなくなり、開口パターン1か所当たりの低誘電率膜か
らのガス放出量が低減される。
【0011】半導体装置の製造方法は、比誘電率が1.
0以上3.0以下の低誘電率膜上に無機系絶縁膜を形成
した後、無機系絶縁膜を貫通する開口パターンを形成す
る際にダミー開口パターンを形成する製造方法であっ
て、開口パターンのパターン密度の低い領域にダミー開
口パターンを形成する。
【0012】上記半導体装置の製造方法では、開口パタ
ーンのパターン密度の低い領域に無機系絶縁膜を貫通す
るダミー開口パターンを形成することから、開口パター
ンおよびダミー開口パターンを通して低誘電率膜からの
脱ガスは生じる。そのため、脱ガスは、ダミー開口パタ
ーンにも分散されるため、開口パターンに集中すること
がなくなり、開口パターン1か所当たりから発生する低
誘電率膜の脱ガス量が低減される。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明の半導体装置に係わる実施
形態の一例を、図1の概略構成図によって説明する。図
1の(1)では、配線を形成する場合に設けるダミー開
口パターンの一例を示し、図1の(2)では、ビアプラ
グを形成する場合に設けるダミー開口パターンの一例を
示す。
【0014】図1の(1)に示すように、シリコン基板
11には、トランジスタ等の素子(図示省略)、素子分
離絶縁膜12が形成され、さらにそのシリコン基板11
上には下層層間絶縁膜13が形成されている。この下層
層間絶縁膜13にはコンタクトホール14が形成され、
そのコンタクトホール14の内部にはコンタクトプラグ
15が形成されている。ここでは、下層層間絶縁膜13
は、例えば、リン、もしくはホウ素、もしくはリンとホ
ウ素とをドーピングしたシリコン酸化膜を含むシリコン
系酸化膜で形成されていて、上記コンタクトプラグ15
は例えばタングステンで形成されている。
【0015】上記下層層間絶縁膜13上には、層間絶縁
膜として、有機系の低誘電率膜16が例えば500nm
の厚さに形成されている。この低誘電率膜16には、比
誘電率が3.0以下である、例えば、フルオロカーボン
膜、アリルエーテル系樹脂、ベンゾシクロブテン、ポリ
イミド、アモルファスカーボン、または有機SOG(Sp
in on glass )を用いる。上記フルオロカーボン膜の材
料としては、環状フッ素樹脂・シロキサン共重合体、テ
フロン(PTFE)、ポリテトラフルオロエチレン系樹
脂〔例えばデュポン社製:テフロンAF(商品名)〕、
ポリアリルエーテル系樹脂〔例えばFLARE(商品
名)〕、またはフッ化ポリイミドが用いられる。
【0016】上記ポリテトラフルオロエチレン系樹脂は
(1)式で表される化学式の構造を有するものであれば
いかなるものであってもよい。
【0017】
【化1】
【0018】また、上記低誘電率膜16としては、比誘
電率が3.0以下であるシクロポリマライズドフロリネ
ーテッドポリマー系樹脂〔例えばサイトップ(商品
名)〕でもよい。このシクロポリマライズドフロリネー
テッドポリマー系樹脂は(2)式で表される化学式の構
造を有するものであればいかなるものであってもよい。
【0019】
【化2】
【0020】上記ポリアリルエーテル系樹脂は(3)式
で表される化学式の構造を有するものであればいかなる
ものであってもよい。もしくは、構造式の図示はしない
が、フッ素を含むポリアリルエーテルであってもよい。
【0021】
【化3】
【0022】上記低誘電率膜16上には無機系絶縁膜1
7が例えば100nmの厚さに形成されている。この無
機系絶縁膜17は、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒
化膜、シリコン酸窒化膜のうちの少なくとも1種により
形成されている。
【0023】上記無機系絶縁膜17および低誘電率膜1
6には配線溝からなる開口パターン18が形成されてい
る。上記開口パターン18は配線溝からなるものであっ
たが、例えば、接続孔(ビアホール、コンタクトホール
等)であり、または配線溝およびその底部に形成された
接続孔であってもよい。上記無機系絶縁膜17は、この
実施の形態では、シリコン酸化膜で形成されているが、
窒化チタン、酸窒化チタン、窒化タンタル、酸化タンタ
ル、酸窒化タンタル、タングステン、チタン、タンタル
等で形成してもよい。
【0024】上記無機系絶縁膜17にはダミー開口パタ
ーン19が形成されている。このダミー開口パターン1
9は、配線間、素子間、配線と素子間等の接続に寄与し
ない溝または孔からなり、上記開口パターン18と合わ
せたパターン密度がほぼ一様になるように配置されてい
る。ここでは、ダミー開口パターン19は溝で形成さて
いる。
【0025】具体的には、ダミー開口パターン19と開
口パターン18との間隔は、設計上許される最小間隔以
上に設定し、特に性能を重視する場合には、設計上許さ
れる最小間隔の2倍以上の間隔に設定する。このよう
に、ダミー開口パターン19と開口パターン18との間
隔を設計上許される最小間隔の2倍以上とすることで、
その後に開口パターン18とダミー開口パターン19と
に形成される配線とダミー配線との配線間の容量をおよ
そ半分にすることが可能になる。
【0026】このように、低誘電率膜16上に形成され
た無機系絶縁膜17に、開口パターン18の他にダミー
開口パターン19が形成されたことから、その後の配線
材料層の形成の際に、低誘電率膜16からの脱ガスが、
開口パターン18とダミー開口パターン19の両方から
生じるようになる。そのため、開口パターン18の1個
当たりの低誘電率膜16からの脱ガス量が低減される。
【0027】さらに上記開口パターン18内には配線材
料層からなる配線20が形成されているとともに、ダミ
ー開口パターン19内には配線材料層からなるダミーパ
ターン21が形成されている。
【0028】さらに図示はしないが、上記配線20上に
シリコン窒化膜、シリコン酸化膜もしくはシリコン酸窒
化膜からなるエッチングストッパ層(図示省略)が形成
されている。このエッチングストッパ層は、ビアコンタ
クトホールを開口する時にエッチングストッパとして用
いるため、エッチングストッパとしての機能を果たす厚
さを確保しつつできうるかぎり薄く形成することが好ま
しい。この実施の形態では、シリコン窒化膜(図示省
略)を10nm程度の厚さに形成した。
【0029】上記説明した半導体装置では、開口パター
ン18のパターン密度の低い領域に無機系絶縁膜17を
貫通するダミー開口パターン19が形成されていること
から、低誘電率膜16からの脱ガスは、開口パターン1
8およびダミー開口パターン19を通して発生する。そ
のため、脱ガスが開口パターン18に集中することがな
くダミー開口パターン19にも分散されるため、開口パ
ターン18の1か所当たりの低誘電率膜16からのガス
放出量が低減され、配線材料層の形成の際における埋め
込み不良が低減される。
【0030】図1の(2)に示すように、前記(1)に
より説明した半導体装置の無機系絶縁膜17上に、上記
配線20、ダミーパターン21等を覆う低誘電率膜22
が例えば500nmの厚さに形成されている。この低誘
電率膜22には、装置の性能を重要視した場合には、例
えばフルオロカーボン膜、アリルエーテル系樹脂、ベン
ゾシクロブテン、ポリイミド、アモルファスカーボン、
または有機SOG(Spin on glass )を用いる。上記フ
ルオロカーボン膜の材料としては、環状フッ素樹脂・シ
ロキサン共重合体、テフロン(PTFE)、ポリテトラ
フルオロエチレン系樹脂〔例えばデュポン社製:テフロ
ンAF(商品名)〕、フッ化ポリアリルエーテル系樹脂
〔例えばFLARE(商品名)〕、またはフッ化ポリイ
ミドを用いる。または、比較的誘電率の高い有機SOG
膜、シリコンフッ化酸化膜等を用いることも可能であ
る。
【0031】上記低誘電率膜22上には、シリコン窒化
膜、シリコン酸化膜もしくはシリコン酸窒化膜からなる
無機系絶縁膜23が形成されている。
【0032】上記無機系絶縁膜23および低誘電率膜2
2にはビアホールからなる開口パターン24が形成され
ている。さらに上記無機系絶縁膜23にはダミービアホ
ールからなるダミー開口パターン25が形成されてい
る。ダミー開口パターンの配置条件は、原理的には、設
計最小ルールで配置が可能であるが、エッチングなどの
均一性、および配線容量が増加することが考えられるの
で、ホールのパターン密度(開口密度)を均一化させる
ように配置することが好ましい。また、当然のことでは
あるが、上層配線をショートさせることなく配置され
る。
【0033】このように、低誘電率膜22上に形成され
た無機系絶縁膜23に、開口パターン24の他にダミー
開口パターン25が形成されたことから、その後の配線
材料層の形成の際に、低誘電率膜22からの脱ガスが、
開口パターン24とダミー開口パターン25の両方から
生じるようになる。そのため、開口パターン24の1か
所当たりの低誘電率膜22からの脱ガス量が低減され
る。
【0034】さらに開口パターン24およびダミー開口
パターン25には例えば銅からなるプラグ材料層が埋め
込まれてビアコンタクトプラグ26およびダミーパター
ン27が形成されている。上記プラグ材料層には、銅の
他に、例えばタングステン、アルミニウム、アルミニウ
ム合金、アルミニウム−シリコン、または銅−ジルコニ
ウムのような銅合金を用いることも可能である。
【0035】さらに、必要に応じて、上記配線層、プラ
グ層を積層状態に設けることは可能である。なお、上記
ダミー開口パターン18を孔で形成することも可能であ
り、さらにダミー開口パターン25を溝で形成すること
も可能である。
【0036】上記説明した半導体装置では、開口パター
ン24のパターン密度の低い領域に無機系絶縁膜23を
貫通するダミー開口パターン25が形成されていること
から、低誘電率膜22からの脱ガスは、開口パターン2
4およびダミー開口パターン25を通して発生する。そ
のため、脱ガスが開口パターン24に集中することがな
くダミー開口パターン25にも分散されるため、開口パ
ターン24の1か所当たりの低誘電率膜22からのガス
放出量が低減され、プラグ材料層の形成の際における埋
め込み不良が低減される。
【0037】次に、本発明の半導体装置の製造方法に係
わる実施形態の一例を、図2および図3の製造工程図に
よって説明する。図2および図3では、配線を形成する
場合に設けるダミー開口パターンの形成方法の一例、お
よびビアプラグを形成する場合に設けるダミー開口パタ
ーンの形成方法の一例を示す。
【0038】図2の(1)に示すように、シリコン基板
11にトランジスタ等の素子(図示省略)、素子分離絶
縁膜12を形成した後、そのシリコン基板11上に下層
層間絶縁膜13を形成する。さらに下層層間絶縁膜13
にコンタクトホール14を形成した後、そのコンタクト
ホール14の内部にコンタクトプラグ15を形成する。
上記トランジスタ等の素子、素子分離絶縁膜12、下層
層間絶縁膜13、コンタクトプラグ15等は、既存の技
術を用いて作製する。ここでは、下層層間絶縁膜13
は、例えば、リン、もしくはホウ素、もしくはリンとホ
ウ素とをドーピングしたシリコン酸化膜を含むシリコン
系酸化膜で形成される。上記コンタクトプラグ15は例
えばタングステンを用いて形成される。上記のようにし
て基体10が構成される。
【0039】次いで図2の(2)に示すように、上記下
層層間絶縁膜13上に、層間絶縁膜として、有機系の低
誘電率膜16を例えば500nmの厚さに形成する。こ
の低誘電率膜16には、例えば、フルオロカーボン膜、
アリルエーテル系樹脂 、ベンゾシクロブテン、ポリイ
ミド、アモルファスカーボン、または有機SOG(Spin
on glass )を用いる。上記フルオロカーボン膜の材料
としては、環状フッ素樹脂・シロキサン共重合体、テフ
ロン(PTFE)、ポリテトラフルオロエチレン系樹脂
〔例えばデュポン社製:テフロンAF(商品名)〕、ポ
リアリルエーテル系樹脂〔例えばFLARE(商品
名)〕、またはフッ化ポリイミドを用いる。
【0040】上記ポリテトラフルオロエチレン系樹脂は
前記(1)式で表される化学式の構造を有するものであ
ればいかなるものであってもよい。
【0041】上記低誘電率膜16の形成方法の一例を以
下に説明する。まず回転塗布法により、低誘電率膜の前
駆体を成膜した後、300℃〜450℃でキュアを行っ
て、低誘電率膜16を形成する。一方、アモルファスカ
ーボン等の材料は、アセチレン、必要に応じてフルオロ
カーボンガスを用い、プラズマCVD(以下、CVDは
Chemical Vapor Deposition の略であり、化学的気相成
長をいう)装置により低誘電率16を成膜する。この場
合も、CVD後、300℃〜450℃でキュアを行う。
【0042】また、上記低誘電率膜16としては、シク
ロポリマライズドフロリネーテッドポリマー系樹脂〔例
えばサイトップ(商品名)〕でもよい。このシクロポリ
マライズドフロリネーテッドポリマー系樹脂は前記
(2)式で表される化学式の構造を有するものであれば
いかなるものであってもよい。
【0043】上記ポリアリルエーテル系樹脂は前記
(3)式で表される化学式の構造を有するものであれば
いかなるものであってもよい。もしくは、構造式の図示
はしないが、フッ素を含むポリアリルエーテルであって
もよい。
【0044】次いで上記低誘電率膜16上に無機系絶縁
膜17を例えば100nmの厚さに形成する。この無機
系絶縁膜17には、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒
化膜、シリコン酸窒化膜のうちの少なくとも1種により
形成する。このとき、通常のプラズマCVD法を用いて
成膜するが、その際、還元性雰囲気にして成膜を行う。
もし、酸化性雰囲気のCVDにより上記無機系絶縁膜1
7の成膜を行うと、低誘電率膜16が酸化され、膜が剥
がれる等の現象が起こる。したがって、還元性雰囲気に
して成膜を行うことが必要になる。
【0045】例えば、シリコン酸化膜を成膜する場合に
は、プラズマCVD装置を用い、プロセスガスにモノシ
ラン(SiH4 )(供給流量:50sccm)と一酸化
二窒素(N2 O)ガス(供給流量:100sccm)を
用い、例えば、プラズマパワーを500W、成膜雰囲気
の圧力を1.33kPa、成膜温度を350℃に設定す
る。
【0046】次いでレジスト塗布およびリソグラフィー
技術により配線溝を形成するためのエッチングマスク
(図示省略)を形成し、それを用いてエッチングを行
い、上記無機系絶縁膜17および低誘電率膜16に配線
溝からなる開口パターン18を形成する。上記開口パタ
ーン18は配線溝からなるものであったが、例えば、接
続孔(ビアホール、コンタクトホール等)であり、また
は配線溝およびその底部に形成された接続孔であっても
よい。
【0047】上記無機系絶縁膜17がシリコン酸化膜の
場合のエッチング条件は、一例として、エッチングガス
にヘキサフルオロエタン(C2 6 )(供給流量:14
sccm)と一酸化炭素(CO)(供給流量:180s
ccm)とアルゴン(Ar)(供給流量:240scc
m)と酸素(O2 )(供給流量:6sccm)とを用
い、RFプラズマを1.5kWに設定した。
【0048】上記低誘電率膜16のエッチング条件は、
一例として、エッチングガスにトリフルオロメタン(C
HF3 )(供給流量:5sccm)と酸素(O2 )(供
給流量:50sccm)とヘリウム(He)(供給流
量:200sccm)とを用い、RFプラズマを500
W、エッチング温度を−10℃に設定した。
【0049】そして上層の無機系絶縁膜17は低誘電率
膜16をエッチングする際のエッチングマスクになる。
すなわち、低誘電率膜16をエッチングする際には、レ
ジストマスクもエッチングされることになる。この実施
の形態では、無機系絶縁膜17のシリコン酸化膜がエッ
チングマスクになっているが、レジストで形成したエッ
チングマスクの代わりに、窒化チタン、酸窒化チタン、
窒化タンタル、酸化タンタル、酸窒化タンタル、タング
ステン、チタン、タンタル等の膜をエッチングマスクに
用いることも可能である。
【0050】その後、エッチングマスクを除去する。再
びレジスト塗布およびリソグラフィー技術によりダミー
開口パターンを形成するためのエッチングマスク(図示
省略)を形成し、それを用いてエッチングを行い、上記
無機系絶縁膜17にダミー開口パターン19を形成す
る。このダミー開口パターン19は、配線間、素子間、
配線と素子間等の接続に寄与しない溝または孔からな
り、上記配線溝からなる開口パターン18と合わせたパ
ターン密度がほぼ一様になるように配置される。
【0051】具体的には、ダミー開口パターン19と開
口パターン18との間隔は、設計上許される最小間隔以
上に設定し、特に性能を重視する場合には、設計上許さ
れる最小間隔の2倍以上の間隔に設定する。このよう
に、ダミー開口パターン19と開口パターン1。との間
隔を設計上許される最小間隔の2倍以上とすることで、
配線間の容量を約半分にすることが可能になる。
【0052】このように、低誘電率膜16上に形成され
た無機系絶縁膜17に開口パターン18の他にダミー開
口パターン19を形成することから、その後の配線材料
層の形成の際には、低誘電率膜16からの脱ガスが、開
口パターン18とダミー開口パターン19の両方から生
じるようになる。その結果、開口パターン18の1個当
たりの低誘電率膜16からの脱ガス量が低減される。
【0053】その後、上記エッチングマスクを除去す
る。次に図2の(3)に示すように、ダマシン法により
配線を形成する。まず、スパッタリングまたはCVD法
により、無機系絶縁膜17上に配線溝からなる開口パタ
ーン18およびダミー開口パターン19を埋め込む配線
材料層を例えば銅を堆積して形成する。続いてCMPに
より無機系絶縁膜17上の余分な銅を研磨して除去す
る。さらに上記無機系絶縁膜17を50nm程度の厚さ
分だけ研磨する。この無機系絶縁膜17のCMPによ
り、完全に無機系絶縁膜17上から銅を完全に除去する
とともに無機系絶縁膜17に入ったスクラッチを除去す
る。その結果、開口パターン18内に配線材料層からな
る配線20が形成されるとともに、ダミー開口パターン
19内に埋め込まれた配線材料層からなるダミーパター
ン21が形成される。
【0054】次いで、図示はしないが、一般的なマグネ
トロン方式のエッチング装置と、ヘキサフルオロエタン
(C2 6 )〔供給流量:14sccm〕と一酸化炭素
(CO)〔供給流量:180sccm〕とアルゴン(A
r)〔供給流量:240sccm〕とからなるエッチン
グガスとを用い、無機系絶縁膜17をエッチングする。
上記エッチングガスでは、有機膜はほとんどエッチング
されることはない。なお、装置の性能よりも装置の信頼
性を重要視する場合には、上記無機系絶縁膜17のエッ
チング除去工程は省略しても差し支えはない。
【0055】次いで図示はしないが、上記配線20上に
シリコン窒化膜、シリコン酸化膜もしくはシリコン酸窒
化膜からなるエッチングストッパ層(図示省略)を形成
する。このエッチングストッパ層は、ビアコンタクトホ
ールを開口する時にエッチングストッパとして用いるた
め、エッチングストッパとしての機能を果たす厚さを確
保しつつできうるかぎり薄く形成することが好ましい。
この実施の形態では、シリコン窒化膜(図示省略)を1
0nm程度の厚さに形成した。
【0056】次いで図3の(1)に示すように、一般的
なCVD装置もしくは回転塗布装置を用いて、上記無機
系絶縁膜17上に、配線20、ダミーパターン21等を
覆う低誘電率膜22を例えば500nmの厚さに形成す
る。この低誘電率膜22には、装置の性能を重要視した
場合には、例えばフルオロカーボン膜、アリルエーテル
系樹脂、ベンゾシクロブテン、ポリイミド、アモルファ
スカーボン、または有機SOG(Spin on glass )を用
いる。上記フルオロカーボン膜の材料としては、環状フ
ッ素樹脂・シロキサン共重合体、テフロン(PTF
E)、ポリテトラフルオロエチレン系樹脂〔例えばデュ
ポン社製:テフロンAF(商品名)〕、ポリアリルエー
テル系樹脂〔例えばFLARE(商品名)〕、またはフ
ッ化ポリイミドを用いる。または、比較的誘電率の高い
有機SOG膜、シリコンフッ化酸化膜等を用いることも
可能である。
【0057】次いで、上記低誘電率膜22上にシリコン
窒化膜、シリコン酸化膜もしくはシリコン酸窒化膜から
なる無機系絶縁膜23を形成する。この無機系絶縁膜2
3は、一般にはCVD装置を用いて形成するが、回転塗
布装置、蒸着装置、スパッタリング装置等を用いて形成
することも可能である。
【0058】次いでレジスト塗布およびリソグラフィー
技術によりビアホールからなる開口パターンを形成する
ためのエッチングマスク(図示省略)を形成し、それを
用いてエッチングを行い、上記無機系絶縁膜23および
低誘電率膜22にビアホールからなる開口パターン24
を形成する。このエッチングでは、例えば一般的なマグ
ネトロン方式のエッチング装置を用いる。
【0059】このエッチング条件としては、例えば無機
系絶縁膜23をエッチングする場合には、ヘキサフルオ
ロエタン(C2 6 )〔供給流量:14sccm〕と一
酸化炭素(CO)〔供給流量:180sccm〕とアル
ゴン(Ar)〔供給流量:240sccm〕と酸素(O
2 )〔供給流量:6sccm〕とからなるエッチングガ
スとを用い、RFプラズマを1.5kWに設定した。ま
た低誘電率膜をエッチングする場合には、エッチングガ
スに、トリフルオロメタン(CHF3 )〔供給流量:5
sccm〕と酸素(O2 )〔供給流量:50sccm〕
とヘリウム(He)〔供給流量:200sccm〕とか
らなるエッチングガスとを用い、RFプラズマを500
W、エッチング温度を−10℃に設定した。
【0060】上記低誘電率膜22をエッチングする際に
は、上記無機系絶縁膜23がエッチングマスクになる。
すなわち、低誘電率膜22をエッチングする条件では、
レジストもエッチングされるためである。この実施の形
態では、シリコン酸化膜からなる無機系絶縁膜23を低
誘電率膜22のエッチングマスクに用いたが、無機系絶
縁膜23とは別に、窒化チタン、酸窒化チタン、窒化タ
ンタル、酸化タンタル、酸窒化タンタル、タングステ
ン、チタン、またはタンタルからなる膜を形成し、それ
をエッチングマスクとして用いることも可能である。
【0061】その後、上記エッチングマスクを除去す
る。次いでレジスト塗布およびリソグラフィー技術によ
りダミー開口パターンを形成するためのエッチングマス
ク(図示省略)を形成する。このエッチングマスクにお
けるダミー開口パターンを形成するためのホールの配置
条件は、原理的には、設計最小ルールで配置が可能であ
るが、エッチングなどの均一性、および配線容量が増加
することが考えられるので、ホールのパターン密度(開
口密度)を均一化させるように配置することが好まし
い。また、当然のことではあるが、上層配線をショート
させることなく配置される。
【0062】次いで上記エッチングマスク(図示省略)
を用いてエッチングを行い、上記無機系絶縁膜23にダ
ミービアホールからなるダミー開口パターン25を形成
する。このエッチングでは、例えば一般的なマグネトロ
ン方式のエッチング装置を用い、無機系絶縁膜23をエ
ッチングする。
【0063】このエッチング条件としては、例えば、ヘ
キサフルオロエタン(C2 6 )〔供給流量:14sc
cm〕と一酸化炭素(CO)〔供給流量:180scc
m〕とアルゴン(Ar)〔供給流量:240sccm〕
と酸素(O2 )〔供給流量:6sccm〕とからなるエ
ッチングガスとを用い、RFプラズマを1.5kWに設
定した。
【0064】その後、上記エッチングマスクを除去す
る。次いで図示はしないが、一般的なマグネトロン方式
のエッチング装置を用いて、上記無機系絶縁膜23を除
去する。このときのエッチングガスにはヘキサフルオロ
エタン(C2 6 )〔供給流量:14sccm〕と一酸
化炭素(CO)〔供給流量:180sccm〕とアルゴ
ン(Ar)〔供給流量:240sccm〕とを用いた。
このエッチングガスでは、有機膜はほとんどエッチング
されない。なお、装置の性能よりも装置の信頼性を重要
視する場合には、この無機系絶縁膜23の除去加工を省
略することも可能である。
【0065】このように、低誘電率膜22上に形成され
た無機系絶縁膜23に開口パターン24の他にダミー開
口パターン25を形成することから、その後の配線材料
層を形成する際に、低誘電率膜22からの脱ガスが、開
口パターン24とダミー開口パターン25の両方から生
じるようになる。その結果、開口パターン24の1か所
当たりの低誘電率膜22からの脱ガス量が低減される。
【0066】次に図3の(2)に示すように、ダマシン
法によりビアコンタクトプラグを形成する。まず、スパ
ッタリングまたはCVD法により、無機系絶縁膜23上
にビアホールからなる開口パターン24およびダミー開
口パターン25を埋め込むプラグ材料層を例えば銅を堆
積して形成する。続いてCMPにより無機系絶縁膜23
上に余分な銅を研磨して除去する。さらに上記無機系絶
縁膜23を50nm程度の厚さ分だけ研磨する。この無
機系絶縁膜23のCMPにより、完全に無機系絶縁膜2
3上から銅を除去するとともに無機系絶縁膜23に入っ
たスクラッチを除去する。その結果、開口パターン24
内にプラグ材料層からなるビアコンタクトプラグ26が
形成されるとともに、ダミー開口パターン25内にもプ
ラグ材料層が埋め込まれてダミーパターン27が形成さ
れる。
【0067】上記プラグ材料層には、銅を用いたが、例
えばタングステン、アルミニウム、アルミニウム合金、
アルミニウム−シリコン、銅−ジルコニウムのような銅
合金等を用いることも可能である。
【0068】その後、必要に応じて、上記配線を形成す
るためのプロセス、プラグを形成するためのプロセスを
繰り返し行ってもよい。
【0069】上記説明した半導体装置の製造方法では、
開口パターン18のパターン密度の低い領域に無機系絶
縁膜17を貫通するダミー開口パターン19を形成する
ことから、低誘電率膜16からの脱ガスは開口パターン
18およびダミー開口パターン19を通して生じる。そ
のため、脱ガスは開口パターン18に集中することがな
くダミー開口パターン19にも分散されるため、開口パ
ターン18の1か所当たりの低誘電率膜16から発生す
る脱ガス量が低減され、配線材料層の形成の際における
埋め込み不良が低減される。同様に、開口パターン24
のパターン密度の低い領域に無機系絶縁膜23を貫通す
るダミー開口パターン25を形成することから、低誘電
率膜22からの脱ガスは開口パターン24およびダミー
開口パターン25を通して生じる。そのため、脱ガスは
開口パターン24に集中することがなくダミー開口パタ
ーン25にも分散されるため、開口パターン24の1か
所当たりの低誘電率膜16から発生する脱ガス量が低減
され、プラグ材料層の形成の際における埋め込み不良が
低減される。
【0070】上記各実施の形態では、低誘電率膜16,
22を有機膜で形成したが、例えば無機材料のキセロゲ
ルで形成してもよい。この場合も、ダミー開口パターン
19,25を形成する効果が得られる。なお、低誘電率
膜としてキセロゲル等の無機膜を用いる場合には、その
低誘電率膜をエッチングする際に用いるエッチングマス
クには、シリコン窒化膜のような組成の異なるものを用
いる。またレジストマスクを用いることも可能である。
【0071】なお、ダミー開口パターン19,25は低
誘電率膜16,22を貫通してもかまわないが、上記実
施の形態で説明したように、無機系絶縁膜17,23だ
けエッチングすれば、ダミーの発生ルールを大幅に緩め
られ、低誘電率膜16,22の脱ガス効果が大きい。す
なわち、下層の配線の短絡を気にすることなく、ビアホ
ール若しくは配線の層だけを考慮して、ダミー開口パタ
ーン19,25を形成することが可能である。
【0072】
【発明の効果】以上、説明したように本発明の半導体装
置によれば、開口パターンのパターン密度の低い領域
に、無機系絶縁膜を貫通するダミー開口パターンが形成
されているので、低誘電率膜からの脱ガスは、ダミー開
口パターンにも分散されて放出される。そのため、開口
パターンの1か所当たりの低誘電率膜からのガス放出量
が低減されるので、その開口パターンに形成される配線
やプラグは信頼性の高いものとなる。
【0073】本発明の半導体装置の製造方法によれば、
開口パターンのパターン密度の低い領域に無機系絶縁膜
を貫通するダミー開口パターンを形成するので、低誘電
率膜からの脱ガスをダミー開口パターンにも分散して放
出することができる。その結果、開口パターン1か所当
たりから発生する低誘電率膜の脱ガス量を低減すること
ができるので、開口パターンに対する材料層の埋め込み
不良を無くすことができる。よって、低誘電率膜を含む
層間絶縁膜に対してダマシンプロセスを適用しても、配
線間容量の小さい多層配線を高歩留りに形成することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置に係わる実施形態の一例を
説明する製造工程図である。
【図2】本発明の半導体装置の製造方法に係わる実施形
態の一例を説明する製造工程図である。
【図3】本発明の半導体装置の製造方法に係わる実施形
態の一例を説明する製造工程図(続き)である。
【符号の説明】
16,22…低誘電率膜、17,23…無機系絶縁膜、
18,24…開口パターン、19,25…ダミー開口パ
ターン

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 低誘電率膜上に無機系絶縁膜を備え、該
    無機系絶縁膜を少なくとも貫通する開口パターンが形成
    された半導体装置において、 前記無機系絶縁膜を貫通する状態に形成されたダミー開
    口パターンを備えたことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体装置において、 前記ダミー開口パターンは前記開口パターンのパターン
    密度の低い領域に形成されていることを特徴とする半導
    体装置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の半導体装置において、 前記ダミー開口パターンは溝または孔からなることを特
    徴とする半導体装置。
  4. 【請求項4】 請求項2記載の半導体装置において、前
    記ダミー開口パターンは溝または孔からなることを特徴
    とする半導体装置。
  5. 【請求項5】 低誘電率膜上に無機系絶縁膜を形成した
    後、 前記無機系絶縁膜を少なくとも貫通する開口パターンを
    形成する工程と、 前記無機系絶縁膜を貫通するダミー開口パターンを形成
    する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
  6. 【請求項6】 請求項5記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記開口パターンのパターン密度の低い領域に前記ダミ
    ー開口パターンを形成することを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
  7. 【請求項7】 請求項5記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記ダミー開口パターンは溝または孔で形成することを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 請求項6記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記ダミー開口パターンは溝または孔で形成することを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
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