(57)【要約】【課題】低誘電率材料を用いた層間絶縁膜を有する半導体装置に関し、層間絶縁膜界面或いは層間絶縁膜内部にクラックや剥離が生じるのを効果的に防止しうる半導体装置を提供する。【解決手段】ポリアリルエーテル系樹脂からなる膜を主体とする絶縁膜１１４と、絶縁膜１１４に埋め込まれ、溝状のビア部と、ビア部上に形成され、端部が庇状に張り出した配線部とを有する配線構造体１１６と、配線構造体１１６が埋め込まれた絶縁膜１１４上に形成され、オルガノシリケートグラスからなる膜を主体とする絶縁膜１１８と、絶縁膜１１８に埋め込まれ、配線構造体１１６に接続された配線構造体１２０とを有する。これにより、絶縁膜に加わる応力が低減され、配線構造体端に発生する応力により絶縁膜界面或いは絶縁膜内部にクラックや剥離が生じるのを効果的に防止することができる。【選択図】      図３
2004152939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜に埋め込まれ、溝状のビア部と、前記ビア部上に形成され、端部が庇状に張り出した配線部とを有し、前記配線部の張り出し部分の長さが前記ビア部の高さの３倍以上である第１の配線構造体と、
前記第１の配線構造体が埋め込まれた前記第１の絶縁膜上に形成され、熱膨張係数が前記第１の絶縁膜を構成する絶縁材料の５分の１以下である絶縁材料により構成された第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜に埋め込まれ、前記第１の配線構造体に接続された第２の配線構造体と
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
半導体基板上に形成され、ポリアリルエーテル系樹脂からなる膜を主体とする第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜に埋め込まれ、溝状のビア部と、前記ビア部上に形成され、端部が庇状に張り出した配線部とを有する第１の配線構造体と、
前記第１の配線構造体が埋め込まれた前記第１の絶縁膜上に形成され、オルガノシリケートグラスからなる膜を主体とする第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜に埋め込まれ、前記第１の配線構造体に接続された第２の配線構造体と
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項２記載の半導体装置において、
前記第１の配線構造体は、前記配線部の張り出し部分の長さが前記ビア部の高さの３倍以上である
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記ビア部及び前記配線部は、同一の導電層により構成されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第１の配線構造体及び前記第２の配線構造体により、ガードリングの少なくとも一部が構成されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第１の配線構造体及び前記第２の配線構造体は、銅を主体とする導電性材料により構成されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第１の絶縁膜は、前記ポリアリルエーテル系樹脂からなる膜と、銅の拡散防止として及び／又は前記ポリアリルエーテル系樹脂からなる膜に対してエッチングストッパとして機能する膜との積層膜である
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第２の絶縁膜は、前記オルガノシリケートグラスからなる膜と、銅の拡散防止として及び／又は前記オルガノシリケートグラスからなる膜に対してエッチングストッパとして機能する膜との積層膜である
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
半導体基板上に形成された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜の少なくとも表面側に埋め込まれた第１の配線構造体と、
前記第１の配線構造体が埋め込まれた前記第１の絶縁膜上に形成され、熱膨張係数が前記第１の絶縁膜を構成する絶縁材料の５倍以上である絶縁材料により構成された第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜に埋め込まれ、前記第１の配線構造体に接続された溝状のビア部と、前記ビア部上に形成され、端部が庇状に張り出した配線部とを有し、前記配線部の張り出し部分の長さが前記ビア部の高さの３倍以上である第２の配線構造体と
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
半導体基板上に形成され、オルガノシリケートグラスからなる膜を主体とする第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜の少なくとも表面側に埋め込まれた第１の配線構造体と、
前記第１の配線構造体が埋め込まれた前記第１の絶縁膜上に形成され、ポリアリルエーテル系樹脂からなる膜を主体とする第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜に埋め込まれ、前記第１の配線構造体に接続された溝状のビア部と、前記ビア部上に形成され、端部が庇状に張り出した配線部とを有する第２の配線構造体と
を有することを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低誘電率材料を用いた層間絶縁膜を有する半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造プロセスでは、一の半導体ウェーハ上に多数の素子を形成した後、半導体ウェーハをダイシングラインに沿って切断し、個々のＬＳＩチップに分離する。このダイシングライン部の側壁には、素子の形成過程で積層した数々の層間絶縁膜の界面が露出する。この界面は水分の浸入経路となり、半導体装置の誤動作や破壊など、信頼性上の問題を引き起こすこともある。また、ダイシングの際の応力や封止樹脂との間の熱膨張係数差に基づく応力等により層間絶縁膜にクラックが発生し、このクラックが水分の浸入経路となることもある。
【０００３】
このため、各ＬＳＩのチップ周縁部に、ダイシングラインの内側を全周に渡って囲む構造体を設け、層間絶縁膜界面からの水分の浸入や、層間絶縁膜のクラックがチップ内部に伝搬するのを防止している。このような構造体は、内部回路を構成する配線層と同一の層からなるダミーパターンを積層することにより構成したものであり、ガードリング、シールリング、耐湿リング等と呼ばれている。水分の浸入やクラックを防止するための構造体は、例えば特許文献１乃至８に記載されている。
【０００４】
一方、半導体装置の大規模高集積化に伴い、配線の設計ルールも世代と共に縮小化されている。従来、配線層は、配線材料を堆積した後、リソグラフィー及びドライエッチングを用いてパターニングすることにより形成されてきたが、世代が進むにつれて技術的な限界が生じ始めている。このため、従来の配線層の形成プロセスに代わる新たな形成プロセスとして、層間絶縁膜に溝パターンやホールパターンを形成した後、この溝やホールに配線材料を埋め込む、いわゆるダマシンプロセスと呼ばれる手法が利用されつつある。ダマシンプロセスは、反応性エッチングが困難な銅などの低抵抗材料を用いて配線層を形成することも容易であり、微細パターンを有する低抵抗の配線層を形成するうえで極めて有効である。
【０００５】
また、配線層の微細化に伴って配線間隔も狭まっており、層間絶縁膜を介して構成される寄生容量の増加が半導体装置の高速化を妨げる要因の一つともなっている。そこで、層間絶縁膜として、従来のシリコン酸化膜やシリコン窒化膜よりも誘電率の低い有機系絶縁材料（ｌｏｗ−ｋ材料）を用いることが検討されている。なお、有機系絶縁材料としては、有機ＳＯＧ材料である、ダウ・ケミカル社製の有機系ポリマーＳｉＬＫ（登録商標）、ハネウェル社製の有機系ポリマーＦＬＡＲＥ（登録商標）等が知られている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２３２０８１号公報
【特許文献２】
特開２０００−２３２１０４号公報
【特許文献３】
特開２０００−２３２１０５号公報
【特許文献４】
特開２０００−２７７４６５号公報
【特許文献５】
特開２０００−２７７７１３号公報
【特許文献６】
特開２００１−０５３１４８号公報
【特許文献７】
特開２００１−１６８０９３号公報
【特許文献８】
特開２００２−１３４５０６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記有機系絶縁材料などの低誘電率材料は、シロキサン結合を有する従来のシリコン酸化膜を元にした材料と比較して、ヤング率、硬さ、熱膨張率といった物理的特性が大きく異なっている。一般に、低誘電率化を図るには、原子或いは分子といった材料内部の構造変化が必要である。原子間距離或いは分子間距離が増加するほどに誘電率を低くできるが、原子間距離或いは分子間距離の増加は結合力の低下をもたらすことになる。したがって、低誘電率材料を用いて多層配線構造を形成した場合、シロキサン結合を有する従来のシリコン酸化膜を元にした絶縁材料を用いる場合と比較して、層間絶縁膜界面の密着性が低下するとともに、膜自体の機械的強度も低下する。
【０００８】
このため、低誘電率材料を用いた層間絶縁膜を有する半導体装置は、従来の絶縁膜材料を用いた半導体装置と比較して機械的強度が弱く、ガードリングなど比較的広い領域に導電体が埋め込まれてなる構造体の近傍、特にパターンが鋭角に曲がる角部近傍において、層間絶縁膜にクラックや剥離が生じやすいことが判明した。異なる絶縁材料を主体とする層間絶縁膜を積層した場合、これら層間絶縁膜の界面近傍においてクラックや剥離が更に生じやすかった。
【０００９】
層間絶縁膜に発生したクラックはデバイス機能を損なうものではないが、デバイスの使用中にクラックが拡大するなどし、信頼性上で重大な問題を引き起こすことがある。このため、低誘電率材料を用いた半導体装置においてクラックや剥離を効果的に防止しうる構造及び製造方法が望まれている。
【００１０】
本発明の目的は、低誘電率材料を用いた層間絶縁膜を有する半導体装置に関し、層間絶縁膜界面或いは層間絶縁膜内部にクラックや剥離が生じるのを効果的に防止しうる半導体装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、半導体基板上に形成された第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜に埋め込まれ、溝状のビア部と、前記ビア部上に形成され、端部が庇状に張り出した配線部とを有し、前記配線部の張り出し部分の長さが前記ビア部の高さの３倍以上である第１の配線構造体と、前記第１の配線構造体が埋め込まれた前記第１の絶縁膜上に形成され、熱膨張係数が前記第１の絶縁膜を構成する絶縁材料の５分の１以下である絶縁材料により構成された第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜に埋め込まれ、前記第１の配線構造体に接続された第２の配線構造体とを有することを特徴とする半導体装置によって達成される。
【００１２】
また、上記目的は、半導体基板上に形成され、ポリアリルエーテル系樹脂からなる膜を主体とする第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜に埋め込まれ、溝状のビア部と、前記ビア部上に形成され、端部が庇状に張り出した配線部とを有する第１の配線構造体と、前記第１の配線構造体が埋め込まれた前記第１の絶縁膜上に形成され、オルガノシリケートグラスからなる膜を主体とする第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜に埋め込まれ、前記第１の配線構造体に接続された第２の配線構造体とを有することを特徴とする半導体装置によっても達成される。
【００１３】
また、上記目的は、半導体基板上に形成された第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜の少なくとも表面側に埋め込まれた第１の配線構造体と、前記第１の配線構造体が埋め込まれた前記第１の絶縁膜上に形成され、熱膨張係数が前記第１の絶縁膜を構成する絶縁材料の５倍以上である絶縁材料により構成された第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜に埋め込まれ、前記第１の配線構造体に接続された溝状のビア部と、前記ビア部上に形成され、端部が庇状に張り出した配線部とを有し、前記配線部の張り出し部分の長さが前記ビア部の高さの３倍以上である第２の配線構造体とを有することを特徴とする半導体装置によっても達成される。
【００１４】
また、上記目的は、半導体基板上に形成され、オルガノシリケートグラスからなる膜を主体とする第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜の少なくとも表面側に埋め込まれた第１の配線構造体と、前記第１の配線構造体が埋め込まれた前記第１の絶縁膜上に形成され、ポリアリルエーテル系樹脂からなる膜を主体とする第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜に埋め込まれ、前記第１の配線構造体に接続された溝状のビア部と、前記ビア部上に形成され、端部が庇状に張り出した配線部とを有する第２の配線構造体とを有することを特徴とする半導体装置によっても達成される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［本発明の原理］
半導体チップの周縁部やヒューズ回路領域の周縁部に設けられるガードリングなど、比較的広い領域に導電体が埋め込まれる領域では、層間絶縁膜にクラックや剥離などが生じやすい。特に、有機系絶縁材料等の低誘電率材料は機械的強度が低いため、このような材料を用いて層間絶縁膜を構成する場合には影響は極めて大きい。
【００１６】
また、熱膨張係数が大きく異なる絶縁材料を、隣接する層間絶縁膜に適用した場合、層間絶縁膜に加わる応力が更に増加し、層間絶縁膜のクラックや剥離が増長されることが本願発明者等により初めて明らかとなった。
【００１７】
以下、ガードリング形状と層間絶縁膜に加わる応力との関係について、応力シミュレーションを行った結果を用いて説明する。
【００１８】
ガードリングを、ビア部と、ビア部上に形成された配線部とを有するリングパターンを積層することにより形成する場合、配線部の両端にそれぞれビア部を配置する構造と、配線部の中央にビア部を配置する構造とが考えられる。
【００１９】
まず、配線部の両端にそれぞれビア部を配置した構造を有するガードリングの場合について説明する。
【００２０】
図１（ａ）は、ビア部を配線部の両端にそれぞれ配置した構造を有するガードリングを示す概略断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の構造について応力シミュレーションを行った結果を示す図である。図２は、ガードリング端部における応力をグラフ化したものである。
【００２１】
シミュレーションに用いたガードリングの構造は、図１（ａ）に示すように、基板１００上に５層の銅配線層１０４，１０８，１１２，１１６，１２０を積層することにより構成したものであり、第１〜第４層目までの銅配線層１０４，１０８，１１２，１１６が埋め込まれた層間絶縁膜１０２，１０６，１１０，１１４は、ＳｉＣ膜／ＳｉＬＫ膜／ＳｉＣ膜の積層構造を想定している。また、第５層目の銅配線層１２０が埋め込まれた層間絶縁膜１１８は、ＳｉＯＣ膜／ＳｉＣ膜／ＳｉＯＣ膜／ＳｉＣ膜の積層構造を想定している。なお、シミュレーションに用いた構造では、ビア部の幅は０．１４μｍ、配線部の幅は２μｍとした。各層の膜厚など、シミュレーションに用いた層間絶縁膜の具体的な構造は、後述の実施形態に記載の構造と同様である。
【００２２】
図１（ｂ）は図１（ａ）の構造について応力シミュレーションを行った結果であり、明るい領域ほど応力が大きい領域を示している。図１（ｂ）に示すように、層間絶縁膜に加えられる応力のピーク位置は、第４銅配線層１１６が埋め込まれた層間絶縁膜１１４と第５銅配線層１２０が埋め込まれた層間絶縁膜１１８との間の界面付近のガードリング端部（図中、点線部）である。
【００２３】
ガードリング端部における応力は、図２に示すように、第４銅配線層Ｍ４Ｌまでは約５０ＭＰａ以下であるが、第４銅配線層Ｍ４Ｌと第５銅配線層Ｍ５Ｌとの界面近傍では約２００ＭＰａ以上と、４倍以上に急激に増加する。なお、図２に示すように、配線部の幅が４μｍの場合も、応力値はほぼ同様であった。
【００２４】
第４銅配線層と第５銅配線層との間における応力の急激な増加は、層間絶縁膜材料の変化に基づくものであると考えられる。第１〜第４銅配線層までは、ＳｉＬＫ膜を主体とした層間絶縁膜に埋め込まれ、第５銅配線層はＳｉＯＣ膜を主体とした層間絶縁膜に埋め込まれている。ここで、ＳｉＬＫやＦＬＡＲＥなどのポリアリルエーテル系樹脂からなる有機系絶縁材料は熱膨張係数が極めて大きく、ＳｉＬＫの場合で約６０ｐｐｍ／Ｋである。これに対し、オルガノシリケートグラスからなる絶縁材料は、ＳｉＯＣの場合で約１２ｐｐｍ／Ｋ、ＳｉＯ２の場合で約０．６ｐｐｍ／Ｋであり、ポリアリルエーテル系樹脂からなる絶縁材料と比較して約５分の１以下である。このため、ＳｉＬＫ膜を主体とする層間絶縁膜とＳｉＯＣ膜を主体とする層間絶縁膜とが隣接する界面近傍に、熱膨張係数差に基づく応力が集中するものと考えられる。
【００２５】
次に、配線部の中央にビア部を配置した構造を有するガードリングの場合について説明する。
【００２６】
図３（ａ）は、ビア部を配線部の中央に配置した構造のガードリングの構造を示す概略断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の構造について応力シミュレーションを行った結果を示す断面図である。図４は、図３（ｂ）における応力のピーク値をグラフ化したものである。
【００２７】
シミュレーションに用いたガードリングの構造は、図３に示すように、基板１００上に５層の銅配線層１０４，１０８，１１２，１１６，１２０を積層することにより構成したものであり、第１〜第４層目までの銅配線層１０４，１０８，１１２，１１６が埋め込まれた層間絶縁膜１０２，１０６，１１０，１１２は、ＳｉＣ膜／ＳｉＬＫ膜／ＳｉＣ膜の積層構造を想定している。また、第５層目の銅配線層１２０が埋め込まれた層間絶縁膜１１８は，ＳｉＯＣ膜／ＳｉＣ膜／ＳｉＯＣ膜／ＳｉＣ膜の積層構造を想定している。なお、シミュレーションに用いた構造では、ビア部の幅は０．１４μｍ、配線部の幅は２μｍとした。各層の膜厚など、シミュレーションに用いた層間絶縁膜の具体的な構造は、後述の実施形態に記載の構造と同様である。
【００２８】
図３（ｂ）に示すように、層間絶縁膜に加わる応力のピーク位置は、第４銅配線層１１６が埋め込まれた層間絶縁膜１１４と第５銅配線層１２０が埋め込まれた層間絶縁膜１１８との間の界面付近のガードリング端部（図中、点線部）である。この点、図１に示すガードリングの場合と同様である。
【００２９】
しかしながら、この領域における応力は、図４（ａ）に示すように、高くても１００ＭＰａ程度であり、図１に示す構造のガードリングと比較すると応力を約半分以下に押さえることができる。なお、なお、図４（ａ）に示すように、配線部の幅が２μｍより広い場合も、応力値はほぼ同様であった。一方、配線部の幅を２μｍよりも狭くしていくと、図４（ｂ）に示すように、応力の値は徐々に増加し、０．５μｍの場合には１５０ＭＰａ以上にまで増加した。
【００３０】
このように、ポリアリルエーテル系樹脂からなる層間絶縁膜とオルガノシリケートグラスからなる層間絶縁膜とを隣接して設ける場合、層間絶縁膜に加わる応力を低減するためには、少なくともポリアリルエーテル系樹脂からなる層間絶縁膜に埋め込まれた配線層について、配線層の端部を溝状ビアの端部から離間した構造を有するガードリングを適用することが望ましい。配線層の端部を溝状ビアの端部から離間した構造を有するガードリングは、熱膨張係数の大きい側の層間絶縁膜に設ければよく、オルガノシリケートグラスからなる層間絶縁膜に埋め込まれた配線層については、必ずしも同様の形状とする必要はない。
【００３１】
また、ポリアリルエーテル系樹脂からなる層間絶縁膜とオルガノシリケートグラスからなる層間絶縁膜との上下関係が逆の場合においても、ポリアリルエーテル系樹脂からなる層間絶縁膜に埋め込まれた配線層について、配線層の端部を溝状ビアの端部から離間した構造を有するガードリングを適用することにより、層間絶縁膜に加わる応力を低減することができる。
【００３２】
本願発明者等が検討を行ったところでは、ポリアリルエーテル系樹脂からなる層間絶縁膜とオルガノシリケートグラスからなる層間絶縁膜とを隣接して設ける場合、ビア部の高さとビア部の側部に張り出す配線部の庇部分の長さとの比を３以上、すなわち配線部の庇部分の長さをビア部の高さの３倍以上に設定することにより、層間絶縁膜に加わる応力を効果的に低減できることが判った。
【００３３】
但し、層間絶縁膜に加わる応力は、層間絶縁膜の材料、構造及び膜厚、ガードリングの形状等により変動する。また、層間絶縁膜の破壊強度は、層間絶縁膜の材料、構造及び膜厚等により異なる。このため、ガードリングの形状を具体的に規定することは困難である。ガードリングの形状を規定する諸パラメータは、ガードリング端に発生する応力が層間絶縁膜界面或いは層間絶縁膜自体の破壊強度以下になるように、適宜設定することが望ましい。
【００３４】
［一実施形態］
本発明の一実施形態による半導体装置について図５を用いて説明する。
【００３５】
図５は本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【００３６】
シリコン基板１０上には、素子分離膜１２が形成されている。素子分離膜１２が形成されたシリコン基板１０上には、ゲート電極１４及びソース／ドレイン拡散層１６を有するＭＯＳトランジスタが形成されている。ＭＯＳトランジスタが形成されたシリコン基板１０上には、例えばアンドープ又はＰ（燐）やＢ（ボロン）をドープした酸化シリコンよりなる層間絶縁膜１８が形成されている。層間絶縁膜１８には、例えばバリアメタルとＷ（タングステン）とからなるコンタクトプラグ２２が埋め込まれている。
【００３７】
層間絶縁膜１８上には、例えば膜厚３０ｎｍのＳｉＣ膜２４ａと、膜厚４５０ｎｍのＳｉＬＫ膜２４ｂと、膜厚５０ｎｍのＳｉＣ膜２４ｃとの積層構造よりなる層間絶縁膜２４が形成されている。なお、ＳｉＣ膜２４ａはＣｕ拡散防止兼エッチングストッパとしての膜であり、ＳｉＣ膜２４ｃは、ハードマスクとしての膜である。
【００３８】
層間絶縁膜２４には、配線溝及びビアホールが形成されており、内部回路領域に配線層３８ａが、ダミーパターン形成領域にダミーパターン３８ｂが、ガードリング形成領域にリングパターン３８ｃが、それぞれ埋め込まれている。配線層３８ａ、ダミーパターン３８ｂ及びリングパターン３８ｃは、バリアメタル層とＣｕ層とからなる同一の導電層により構成されている。リングパターン３８ｃは、ビア部の幅が０．１４μｍ、配線部の幅が２μｍである。また、ビア部の高さが０．３μｍ、庇部分の長さが１μｍであり、ビア部の高さに対する庇部分の長さの比（庇部分の長さ／ビア部の高さ）が約３．３である。
【００３９】
層間絶縁膜２４上には、層間絶縁膜２４と同様の積層構造よりなる層間絶縁膜４０，４４，４８が形成されている。層間絶縁膜４０には、層間絶縁膜２４の場合と同様に、配線層４２ａ、ダミーパターン４２ｂ、リングパターン４２ｃが埋め込まれている。層間絶縁膜４４には、層間絶縁膜２４の場合と同様に、配線層４６ａ、ダミーパターン４６ｂ、リングパターン４６ｃが埋め込まれている。層間絶縁膜４８には、層間絶縁膜２４の場合と同様に、配線層５０ａ、ダミーパターン５０ｂ、リングパターン５０ｃが埋め込まれている。リングパターン４２ｃ，４６ｃ，５０ｃのパターンサイズは、リングパターン３８ｃと同じある。
【００４０】
層間絶縁膜４８上には、例えば膜厚７０ｎｍのＳｉＣ膜５２ａと、膜厚３５０ｎｍのＳｉＯＣ膜５２ｂと、膜厚３０ｎｍのＳｉＣ膜５２ｃと、膜厚３７０ｎｍのＳｉＯＣ膜５２ｄとの積層構造よりなる層間絶縁膜５２が形成されている。なお、ＳｉＣ膜５２ａはＣｕ拡散防止用の膜であり、ＳｉＣ膜２４ｃはエッチングストッパとしての膜である。
【００４１】
層間絶縁膜５２には、層間絶縁膜２４の場合と同様に、配線層６４ａ、ダミーパターン６４ｂ、リングパターン６４ｃが埋め込まれている。配線層６４ａ、ダミーパターン６４ｂ及びリングパターン６４ｃは、バリアメタル層とＣｕ層とからなる同一の導電層により構成されている。リングパターン６４ｃは、ビア部の幅が０．２２μｍ、配線部の幅が２μｍである。また、ビア部の高さが０．４μｍ、庇部分の長さが１μｍであり、ビア部の高さに対する庇部分の長さの比（庇部分の長さ／ビア部の高さ）が約２．５である。
【００４２】
層間絶縁膜５２上には、層間絶縁膜５２と同様の積層構造よりなる層間絶縁膜６６，７０，７４が形成されている。層間絶縁膜６６には、層間絶縁膜２４の場合と同様に、配線層６８ａ、ダミーパターン６８ｂ、リングパターン６８ｃが埋め込まれている。層間絶縁膜７０には、層間絶縁膜２４の場合と同様に、配線層７２ａ、ダミーパターン７２ｂ、リングパターン７２ｃが埋め込まれている。層間絶縁膜７４には、層間絶縁膜２４の場合と同様に、配線層７６ａ、ダミーパターン７６ｂ、リングパターン７６ｃが埋め込まれている。リングパターン６８ｃ，７２ｃ，７６ｃのパターンサイズは、ビア部の幅が０．２８μｍ、配線部の幅が２μｍである。また、ビア部の高さが０．４μｍ、庇部分の長さが１μｍであり、ビア部の高さに対する庇部分の長さの比（庇部分の長さ／ビア部の高さ）が約２．５である。
【００４３】
層間絶縁膜７４上には、例えば膜厚７０ｎｍのＳｉＣ膜７８ａと、膜厚５３０ｎｍのＳｉＯ２膜７８ｂと、膜厚３０ｎｍのＳｉＣ膜７８ｃと、膜厚８７０ｎｍのＳｉＯ２膜７８ｄとの積層構造よりなる層間絶縁膜７８が形成されている。なお、ＳｉＣ膜７８ａはＣｕ拡散防止用の膜であり、ＳｉＣ膜７８ｃはエッチングストッパとしての膜である。
【００４４】
層間絶縁膜７８には、層間絶縁膜２４の場合と同様に、配線層８０ａ、ダミーパターン８０ｂ、リングパターン８０ｃが埋め込まれている。配線層８０ａ、ダミーパターン８０ｂ及びリングパターン８０ｃは、バリアメタル層とＣｕ層とからなる同一の導電層により構成されている。層間絶縁膜７８上には、層間絶縁膜７８と同様の積層構造よりなる層間絶縁膜８２が形成されている。層間絶縁膜８２には、層間絶縁膜２４の場合と同様に、配線層８４ａ、ダミーパターン８４ｂ、リングパターン８４ｃが埋め込まれている。リングパターン８０ｃ，８４ｃのパターンサイズは、ビア部の幅が０．４２μｍ、配線部の幅が２μｍである。また、ビア部の高さが０．６μｍ、庇部分の長さが１μｍであり、ビア部の高さに対する庇部分の長さの比（庇部分の長さ／ビア部の高さ）が約１．７である。
【００４５】
層間絶縁膜８２上には、例えば膜厚７０ｎｍのＳｉＣ膜８６ａと、膜厚４３０ｎｍのＳｉＯ２膜８６ｂとの積層構造よりなる層間絶縁膜８６が形成されている。層間絶縁膜８６には、例えばバリアメタルとＷとからなるコンタクトプラグ８８が埋め込まれている。層間絶縁膜８６上には、ＴｉＮ／Ａｌ／ＴｉＮ構造よりなりコンタクトプラグに接続されたリングパターン９０ｃが形成されている。リングパターン９０ｃが形成された層間絶縁膜８６上には、膜厚９００ｎｍのＳｉＯ２膜９２ａと膜厚５００ｎｍのＳｉＮ膜９２ｂとの積層構造よりなるカバー膜９２が形成されている。
【００４６】
本実施形態による半導体装置では、コンタクトプラグ２２、リングパターン３８ｃ，４２ｃ，４６ｃ，５０ｃ，６４ｃ，６８ｃ，７２ｃ，７６ｃ，８０ｃ，８４ｃ、コンタクトプラグ８８及びリングパターン９０ｃが、層厚方向に接続されてなる積層構造体により、ガードリングが構成されている。
【００４７】
ここで、ガードリングを構成する各リングパターンのうち、隣接する層間絶縁膜の熱膨張係数よりも５倍程度以上大きい熱膨張係数を有する層間絶縁膜に埋め込まれたリングパターンが、溝状に形成されたビア部と、ビア部上に形成され側部がビア部の側部よりも張り出した配線部とを有し、ビア部の高さに対する庇部分の長さの比（庇部分の長さ／ビア部の高さ）が３以上であり、層間絶縁膜に加わる応力を効果的に低減することができる。したがって、ガードリング端に発生する応力により層間絶縁膜界面或いは層間絶縁膜内部にクラックや剥離が生じるのを効果的に防止することができる。
【００４８】
このように、本実施形態によれば、層間絶縁膜に加わる応力を効果的に低減することができ、ガードリング端に発生する応力により層間絶縁膜界面或いは層間絶縁膜内部にクラックや剥離が生じるのを効果的に防止することができる。
【００４９】
［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００５０】
例えば、上記実施形態では、ポリアリルエーテル系樹脂からなる絶縁材料としてＳｉＬＫを用い、オルガノシリケートグラスからなる絶縁材料としてＳｉＯＣを用いているが、絶縁材料の組み合わせはこれに限定されるものではない。例えば、ポリアリルエーテル系樹脂としてＦＬＡＲＥ等の他の有機系絶縁材料を用い、オルガノシリケートグラスとしてＳｉＯ２を用いてもよい。
【００５１】
また、上記実施形態では、銅の拡散防止及びエッチングストッパとして用いる膜としてＳｉＣ膜を適用したが、ＳｉＮ膜等の他の膜を用いてもよい。
【００５２】
また、上記実施形態では、ポリアリルエーテル系樹脂からなる膜を主体とする層間絶縁膜とオルガノシリケートグラスからなる膜を主体とする層間絶縁膜とが隣接する場合を示したが、これら絶縁膜と同様の熱膨張係数差を有する絶縁膜材料が隣接する場合、すなわち一方の絶縁膜材料の熱膨張係数が他方の絶縁膜材料の熱膨張係数の約１／５以下であるような場合においても、本発明によるガードリングの構造を適用することができる。
【００５３】
また、上記実施形態では、ガードリングを１つ設けた場合を示したが、隣接して２以上のガードリングを配置するようにしてもよい。なお、本願発明者等が検討を行ったところ、ガードリングの数を増加した場合においても、層間絶縁膜に加わる応力はガードリングを１つ設けた場合とほぼ同じであった。したがって、２以上のガードリングを設ける場合においても、本発明の構造を適用することにより層間絶縁膜に加わる応力を効果的に低減することができる。
【００５４】
また、上記実施形態では、本発明をガードリングに適用した場合について説明したが、本発明を適用しうる構造体はガードリングに限定されるものではない。例えば、スパイラルインダクタでは、ガードリングと同様の積層構造体を用いることがある。このような場合、本発明を適用することにより、インダクタ周辺部の層間絶縁膜にクラックや剥離が生じるのを防止することができる。また、ガードリングは、チップ周縁部を囲うガードリングのみならず、例えばヒューズ回路領域を囲うガードリングであっても差し支えない。
【００５５】
以上詳述した通り、本発明の特徴をまとめると以下の通りとなる。
【００５６】
（付記１）  半導体基板上に形成された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜に埋め込まれ、溝状のビア部と、前記ビア部上に形成され、端部が庇状に張り出した配線部とを有し、前記配線部の張り出し部分の長さが前記ビア部の高さの３倍以上である第１の配線構造体と、
前記第１の配線構造体が埋め込まれた前記第１の絶縁膜上に形成され、熱膨張係数が前記第１の絶縁膜を構成する絶縁材料の５分の１以下である絶縁材料により構成された第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜に埋め込まれ、前記第１の配線構造体に接続された第２の配線構造体と
を有することを特徴とする半導体装置。
【００５７】
（付記２）  半導体基板上に形成され、ポリアリルエーテル系樹脂からなる膜を主体とする第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜に埋め込まれ、溝状のビア部と、前記ビア部上に形成され、端部が庇状に張り出した配線部とを有する第１の配線構造体と、
前記第１の配線構造体が埋め込まれた前記第１の絶縁膜上に形成され、オルガノシリケートグラスからなる膜を主体とする第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜に埋め込まれ、前記第１の配線構造体に接続された第２の配線構造体と
を有することを特徴とする半導体装置。
【００５８】
（付記３）  付記２記載の半導体装置において、
前記第１の配線構造体は、前記配線部の張り出し部分の長さが前記ビア部の高さの３倍以上である
ことを特徴とする半導体装置。
【００５９】
（付記４）  付記１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記ビア部及び前記配線部は、同一の導電層により構成されている
ことを特徴とする半導体装置。
【００６０】
（付記５）  付記１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第１の配線構造体及び前記第２の配線構造体により、ガードリングの少なくとも一部が構成されている
ことを特徴とする半導体装置。
【００６１】
（付記６）  付記１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第１の配線構造体及び前記第２の配線構造体は、銅を主体とする導電性材料により構成されている
ことを特徴とする半導体装置。
【００６２】
（付記７）  付記１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第１の絶縁膜は、前記ポリアリルエーテル系樹脂からなる膜と、銅の拡散防止として及び／又は前記ポリアリルエーテル系樹脂からなる膜に対してエッチングストッパとして機能する膜との積層膜である
ことを特徴とする半導体装置。
【００６３】
（付記８）  付記１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第２の絶縁膜は、前記オルガノシリケートグラスからなる膜と、銅の拡散防止として及び／又は前記オルガノシリケートグラスからなる膜に対してエッチングストッパとして機能する膜との積層膜である
ことを特徴とする半導体装置。
【００６４】
（付記９）  半導体基板上に形成された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜の少なくとも表面側に埋め込まれた第１の配線構造体と、
前記第１の配線構造体が埋め込まれた前記第１の絶縁膜上に形成され、熱膨張係数が前記第１の絶縁膜を構成する絶縁材料の５倍以上である絶縁材料により構成された第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜に埋め込まれ、前記第１の配線構造体に接続された溝状のビア部と、前記ビア部上に形成され、端部が庇状に張り出した配線部とを有し、前記配線部の張り出し部分の長さが前記ビア部の高さの３倍以上である第２の配線構造体と
を有することを特徴とする半導体装置。
【００６５】
（付記１０）  半導体基板上に形成され、オルガノシリケートグラスからなる膜を主体とする第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜の少なくとも表面側に埋め込まれた第１の配線構造体と、
前記第１の配線構造体が埋め込まれた前記第１の絶縁膜上に形成され、ポリアリルエーテル系樹脂からなる膜を主体とする第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜に埋め込まれ、前記第１の配線構造体に接続された溝状のビア部と、前記ビア部上に形成され、端部が庇状に張り出した配線部とを有する第２の配線構造体と
を有することを特徴とする半導体装置。
【００６６】
（付記１１）  付記２又は１０記載の半導体装置において、
前記ポリアリルエーテル系樹脂からなる膜は、ＳｉＬＫ膜又はＦＬＡＲＥ膜である
ことを特徴とする半導体装置。
【００６７】
（付記１２）  付記２又は１０記載の半導体装置において、
前記オルガノシリケートグラスからなる膜は、ＳｉＯＣ膜又はＳｉＯ２膜である
ことを特徴とする半導体装置。
【００６８】
（付記１３）  付記７記載の半導体装置において、
銅の拡散防止として及び／又は前記ポリアリルエーテル系樹脂からなる膜に対してエッチングストッパとして機能する膜は、ＳｉＣ膜又はＳｉＮ膜である
ことを特徴とする半導体装置。
【００６９】
（付記１４）  付記８記載の半導体装置において、
銅の拡散防止として及び／又は前記オルガノシリケートグラスからなる膜に対してエッチングストッパとして機能する膜は、ＳｉＣ膜又はＳｉＮ膜である
ことを特徴とする半導体装置。
【００７０】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、ポリアリルエーテル系樹脂からなる膜を主体とする第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜の少なくとも表面側に埋め込まれた第１の配線構造体と、第１の配線構造体が埋め込まれた前記第１の絶縁膜上に形成され、オルガノシリケートグラスからなる膜を主体とする第２の絶縁膜と、第２の絶縁膜に埋め込まれ、第１の配線構造体に接続された溝状のビア部と、ビア部上に形成され、端部が庇状に張り出した配線部とを有する第２の配線構造体とを有するようにガードリングを構成するので、層間絶縁膜に加わる応力を効果的に低減することができ、ガードリング端に発生する応力により層間絶縁膜界面或いは層間絶縁膜内部にクラックや剥離が生じるのを効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】応力シミュレーションに用いた半導体装置の構造及び応力シミュレーションの結果を示す図（その１）である。
【図２】図１の半導体装置のガードリング端部における応力の高さ方向の変化を示すグラフである。
【図３】応力シミュレーションに用いた半導体装置の構造及び応力シミュレーションの結果を示す図（その２）である。
【図４】図３の半導体装置のガードリング端部における応力の高さ方向の変化を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０…シリコン基板
１２…素子分離膜
１４…ゲート電極
１６…ソース／ドレイン拡散層
１８，２４，４０，４４，４８，５２，６６，７０，７４，７８，８２，８６…層間絶縁膜
２２，８８…コンタクトプラグ
２４ａ，２４ｃ，５２ａ，５２ｃ，７８ａ，７８ｃ，８６ａ…ＳｉＣ膜
２４ｂ…ＳｉＬＫ膜
３８ａ，４２ａ，４６ａ，５０ａ，６４ａ，６８ａ，７２ａ，７６ａ，８０ａ，８８ａ…配線層
３８ｂ，４２ｂ，４６ｂ，５０ｂ，６４ｂ，６８ｂ，７２ｂ，７６ｂ，８０ｂ，８８ｂ…ダミーパターン
３８ｃ，４２ｃ，４６ｃ，５０ｃ，６４ｃ，６８ｃ，７２ｃ，７６ｃ，８０ｃ，８８ｃ，９０ｃ…リングパターン
５２ｂ，５２ｄ…ＳｉＯＣ膜
７８ｂ，７８ｄ…ＳｉＯ２膜
９２…カバー膜
１００…基板
１０２，１０６，１１０，１１４，１１８…層間絶縁膜
１０４，１０８，１１２，１１６，１２０…配線層
【図１】
2004152939.tif 000003
【図２】
2004152939.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004152939.tif 000006
【図５】
2004152939.tif 000007