(57)【要約】【課題】ビアの断線不良の発生を防止することができる、半導体装置を提供する。【解決手段】第２層間絶縁膜７およびＳｉＣ膜６を挟んで、Ｃｕからなる下層配線４および上層配線１１ａ，１１ｂが形成されている。下層配線４と上層配線１１ａとは、Ｃｕからなるビア１２ａにより電気的に接続されている。また、下層配線４と上層配線１１ｂとは、Ｃｕからなるビア１２ｂにより電気的に接続されている。そして、下層配線４には、Ｃｕからなり、下層配線４と上層配線１１ａ，１１ｂとの電気接続に寄与しないダミービア１３が接続されている。ダミービア１３は、ビア１２ａ，１２ｂよりも小さなビア径を有している。【選択図】図１
2009060034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕを主成分とする材料からなる第１配線と、
Ｃｕを主成分とする材料からなる第２配線と、
前記第１配線と第２配線との間に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜を貫通し、前記第１配線および前記第２配線に接続され、Ｃｕを主成分とする材料からなるビアと、
Ｃｕを主成分とする材料からなり、前記ビアよりも小さいビア径を有し、前記第１配線に接続され、前記第１配線と前記第２配線との電気接続に寄与しないダミービアとを含む、半導体装置。
【請求項２】
前記第１配線は、前記層間絶縁膜の下方に設けられており、
前記ダミービアは、その下端が前記第１配線の上面に接続されている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１配線は、前記層間絶縁膜の上方に設けられており、
前記ダミービアは、その上端が前記第１配線の下面に接続されている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記ビアは、複数設けられており、
前記ダミービアは、各前記ビアに対応して設けられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、多層配線構造を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。この多層配線構造において、配線抵抗を低減させるための配線材料として、従来から用いられてきたＡｌ（アルミニウム）に代えて、より導電性の高いＣｕ（銅）が適用されてきている。
Ｃｕ配線材料を用いた多層配線構造（Ｃｕ配線構造）では、ＳｉＯ２（酸化シリコン）からなる第１層間絶縁膜に、その上面から掘り下がった第１溝が形成され、この第１溝に、Ｃｕからなる下層配線が埋設されている。下層配線と第１層間絶縁膜との間には、Ｃｕの絶縁膜への拡散を防止するためのバリア膜が形成されている。このバリア膜の材料としては、たとえば、Ｔａ（タンタル）またはＴａＮ（窒化タンタル）などを用いることができる。すなわち、第１層間絶縁膜に形成される第１溝には、Ｔａ系のバリア膜を介して、Ｃｕからなる下層配線が埋設されている。
【０００３】
第１層間絶縁膜および下層配線上には、Ｃｕの拡散に対するバリア性を有するＳｉＣ（炭化シリコン）からなるＳｉＣ膜が形成されている。ＳｉＣ膜上には、ＳｉＯ２からなる第２層間絶縁膜が形成されている。第２層間絶縁膜には、その上面から掘り下がった第２溝が形成されている。また、第２層間絶縁膜およびＳｉＣ膜には、第２溝の底面から下層配線の上面に達するビアホールが貫通形成されている。そして、第２溝およびビアホールの内面ならびに下層配線のビアホールに臨む部分上には、Ｔａ系のバリア膜が被着され、このバリア膜を介して、第２溝にＣｕからなる上層配線が埋設されるとともに、ビアホールにＣｕからなるビアが埋設されている。これにより、上層配線と下層配線とは、ビアホールおよびビアの底面と上層配線との間のバリア膜を介して電気的に接続されている。
【特許文献１】特開２００４−１１９９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、Ｃｕ配線構造では、ストレスが加わると、ビアの底部にボイド（ビア内ボイド）が形成されたり、Ｃｕからなる下層配線中におけるビアの直下にボイド（ビア下ボイド）が形成されたりする、いわゆるＳＩＶ（Stress Induced Voiding）を生じるおそれがある。ＳＩＶが進み、ビア内ボイドまたはビア下ボイドが大きく成長すると、上層配線と下層配線との間での電気接続が切断されてしまう。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、ビアの断線不良の発生を防止することができる、半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、Ｃｕを主成分とする材料からなる第１配線と、Ｃｕを主成分とする材料からなる第２配線と、前記第１配線と第２配線との間に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜を貫通し、前記第１配線および前記第２配線に接続され、Ｃｕを主成分とする材料からなるビアと、Ｃｕを主成分とする材料からなり、前記ビアよりも小さいビア径を有し、前記第１配線に接続され、前記第１配線と前記第２配線との電気接続に寄与しないダミービアとを含む、半導体装置である。
【０００７】
この構成によれば、層間絶縁膜を挟んで、Ｃｕを主成分とする材料からなる第１配線および第２配線が形成されている。第１配線と第２配線とは、Ｃｕを主成分とする材料からなるビアにより電気的に接続されている。また、第１配線には、Ｃｕを主成分とする材料からなり、第１配線と第２配線との電気接続に寄与しないダミービアが接続されている。ダミービアは、ビアよりも小さなビア径を有している。
【０００８】
ＳＩＶは、ビア径が小さいほど、その発生率が高いので、ＳＩＶによるボイドは、ビアよりも、ダミービアの底部または直下に形成されやすい。ダミービアの底部または直下にボイドが形成されることにより、ビアの底部および直下におけるボイドの形成が防止される。その結果、ビアの断線不良の発生を防止することができ、配線信頼性を向上させることができる。また、ダミービアは、第１配線と第２配線との電気接続に寄与しないので、ダミービアの底部または直下にボイドが形成されても、第１配線と第２配線との電気接続に何ら影響はない。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記第１配線は、前記層間絶縁膜の下方に設けられており、前記ダミービアは、その下端が前記第１配線の上面に接続されている、請求項１に記載の半導体装置である。
この構成によれば、第１配線は、層間絶縁膜を挟んで第２配線の下方に設けられ、ビアおよびダミービアは、第１配線の上面に接続されている。したがって、ダミービアが設けられていることにより、第１配線におけるビアの直下にボイドが形成されるのを防止することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前記第１配線は、前記層間絶縁膜の上方に設けられており、前記ダミービアは、その上端が前記第１配線の下面に接続されている、請求項１に記載の半導体装置である。
この構成によれば、第１配線は、層間絶縁膜を挟んで第２配線の上方に設けられ、ビアおよびダミービアは、第１配線の下面に接続されている。したがって、ダミービアが設けられていることにより、ビアの底部にボイドが形成されるのを防止することができる。
【００１１】
また、請求項４に記載のように、ビアが複数設けられている場合、各ビアに対応してダミービアが設けられていることが好ましい。
この構成では、各ビアの近傍にストレスが加わったときに、そのストレスに起因するＳＩＶを各ビアに対応して設けられたダミービアに生じさせることができ、各ビアの底部または各ビアの直下にボイドが形成されるのを良好に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構造を示す模式的な断面図である。なお、図１以降の各図では、図面の煩雑化を回避するために、導電性を有する材料からなる部分以外の各部についてはハッチングを省略している。
半導体装置１において、図示しない半導体基板上には、ＳｉＯ２からなる第１層間絶縁膜２が積層されている。
【００１３】
第１層間絶縁膜２には、第１溝３がその上面から掘り下げて形成されている。第１溝３には、Ｃｕからなる第１配線としての下層配線４が埋設されている。また、下層配線４の側面および底面は、Ｃｕの拡散に対するバリア性を有するＴａ系材料からなるバリア膜５により覆われている。なお、Ｔａ系材料としては、たとえば、ＴａまたはＴａＮを例示することができる。
【００１４】
第１層間絶縁膜２および下層配線４上には、Ｃｕの拡散に対するバリア性を有するＳｉＣからなるＳｉＣ膜６が積層されている。また、ＳｉＣ膜６上には、ＳｉＯ２からなる第２層間絶縁膜７が積層されている。
第２層間絶縁膜７には、第１溝３と膜厚方向に対向する位置に、２つの第２溝８ａ，８ｂがその上面から掘り下げて形成されている。第２溝８ａ，８ｂには、それぞれＣｕからなる第２配線としての上層配線１１ａ，１１ｂが埋設されている。
【００１５】
下層配線４と上層配線１１ａとの間には、ビアホール９ａがＳｉＣ膜６および第２層間絶縁膜７を貫通して形成されている。また、下層配線４と上層配線１１ｂとの間には、ビアホール９ｂがＳｉＣ膜６および第２層間絶縁膜７を貫通して形成されている。ビアホール９ａ，９ｂには、それぞれＣｕからなるビア１２ａ，１２ｂが設けられている。
ビア１２ａの上端は、上層配線１１ａの底面に接続されている。そして、上層配線１１ａと第２溝８ａとの間、ならびにビア１２ａとビアホール９ａの内面および下層配線４との間には、Ｔａ系材料からなるバリア膜１４ａが連続して形成されている。言い換えれば、Ｔａ系材料からなるバリア膜１４ａは、上層配線１１ａおよびビア１２ａの底面および側面を連続して被覆している。ビア１２ａの下端は、バリア膜１４ａを介して下層配線４に接続されている。
【００１６】
ビア１２ｂの上端は、上層配線１１ｂの底面に接続されている。そして、上層配線１１ｂと第２溝８ｂとの間、ならびにビア１２ｂとビアホール９ｂの内面および下層配線４との間には、Ｔａ系材料からなるバリア膜１４ｂが連続して形成されている。言い換えれば、Ｔａ系材料からなるバリア膜１４ｂは、上層配線１１ｂおよびビア１２ｂの底面および側面を連続して被覆している。ビア１２ｂの下端は、バリア膜１４ｂを介して下層配線４に接続されている。
【００１７】
また、下層配線４上には、上層配線１１ａ，１１ｂ間（第２溝８ａ，８ｂ間）において、ダミービアホール１０がＳｉＣ膜６および第２層間絶縁膜７を貫通して形成されている。ダミービアホール１０は、ビアホール９ａ，９ｂよりも径が小さく形成されている。そして、ダミービアホール１０には、Ｃｕからなり、ビア１２ａ，１２ｂよりも小さいビア径を有するダミービア１３が設けられている。そして、ダミービア１３の側面および底面は、Ｔａ系材料からなるバリア膜１５により被覆され、ダミービア１３の下端は、バリア膜１５を介して下層配線４に接続されている。一方、ダミービア１３の上端は、上層配線１１ａ，１１ｂに接続されておらず、ダミービア１３は、上層配線１１ａ，１１ｂと下層配線４との電気接続に寄与していない。
【００１８】
このように、下層配線４の上面には、Ｃｕからなり、下層配線４と上層配線１１ａ，１１ｂとの電気接続に寄与しないダミービア１３が接続されている。ダミービア１３は、ビア１２ａ，１２ｂよりも小さなビア径を有している。ＳＩＶは、ビア径が小さいほど、その発生率が高いので、ＳＩＶによるボイドは、ビア１２ａ，１２ｂよりも、ダミービア１３の直下に形成されやすい。図１に破線で示すように、ダミービア１３の直下に、ボイド１６が形成されることにより、ビア１２ａ，１２ｂの直下におけるボイドの形成が防止される。その結果、ビア１２ａ，１２ｂの断線不良の発生を防止することができ、配線信頼性を向上させることができる。また、ダミービア１３は、下層配線４と上層配線１１ａ，１１ｂとの電気接続に寄与しないので、ダミービア１３の直下にボイド１６が形成されても、下層配線４と上層配線１１ａ，１１ｂとの電気接続に何ら影響はない。
【００１９】
図２は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の構造を示す模式的な断面図である。図２において、図１に示す各部に対応する部分には、それらの各部と同一の参照符号を付している。また、以下では、同一の参照符号を付した部分についての詳細な説明を省略する。
この半導体装置２１では、下層配線４上には、２つのダミービアホール１０ａ，１０ｂがＳｉＣ膜６および第２層間絶縁膜７を貫通して形成されている。ダミービアホール１０ａ，１０ｂは、上層配線１１ａ，１１ｂの間において、それぞれビア１２ａ，１２ｂに対応づけて、その対応するビア１２ａ，１２ｂの近傍に設けられている。一方のダミービアホール１０ａには、Ｃｕからなり、ビア１２ａよりも小さなビア径を有するダミービア１３ａが設けられている。他方のダミービアホール１０ｂには、Ｃｕからなり、ビア１２ｂよりも小さなビア径を有するダミービア１３ｂが設けられている。
【００２０】
ダミービア１３ａの側面および底面は、Ｔａ系材料からなるバリア膜１５ａにより被覆され、ダミービア１３ａの下端は、バリア膜１５ａを介して下層配線４に接続されている。ダミービア１３ｂの側面および底面は、Ｔａ系材料からなるバリア膜１５ｂにより被覆され、ダミービア１３ｂの下端は、バリア膜１５ｂを介して下層配線４に接続されている。一方、ダミービア１３ａ，１３ｂの上端は、上層配線１１ａ，１１ｂに接続されておらず、ダミービア１３ａ，１３ｂは、上層配線１１ａ，１１ｂと下層配線４との電気接続に寄与していない。
【００２１】
このように、半導体装置２１では、各ビア１２ａ，１２ｂに対応づけて、ダミービア１３ａ，１３ｂが設けられている。そのため、図２に破線で示すように、ビア１２ａまたはビア１２ｂの近傍にストレスが加わったときに、そのストレスに起因するボイド１６ａ，１６ｂをダミービア１３ａまたはダミービア１３ｂの直下に生じさせることができる。その結果、各ビア１２ａ，１２ｂの直下にボイドが形成されるのを良好に防止することができる。
【００２２】
図３は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の構造を示す模式的な断面図である。
半導体装置４１において、図示しない半導体基板上には、ＳｉＯ２からなる第１層間絶縁膜４２が積層されている。
第１層間絶縁膜４２には、第１溝４３がその上面から掘り下げて形成されている。第１溝４３には、Ｃｕからなる第２配線としての下層配線４４が埋設されている。また、下層配線４４の側面および底面は、Ｃｕの拡散に対するバリア性を有するＴａ系材料からなるバリア膜４５により覆われている。
【００２３】
第１層間絶縁膜４２および下層配線４４上には、Ｃｕの拡散に対するバリア性を有するＳｉＣからなるＳｉＣ膜４６が積層されている。また、ＳｉＣ膜４６上には、ＳｉＯ２からなる第２層間絶縁膜４７が積層されている。
第２層間絶縁膜４７には、第１溝４３と膜厚方向に対向する位置に、第２溝４８がその上面から掘り下げて形成されている。第２溝４８には、Ｃｕからなる第１配線としての上層配線５１が埋設されている。
【００２４】
下層配線４４と上層配線５１との間には、ビアホール４９が第２層間絶縁膜４７およびＳｉＣ膜４６を貫通して形成されている。ビアホール４９には、Ｃｕからなるビア５２が設けられている。ビア５２の上端は、上層配線５１の底面に接続されている。
また、上層配線５１の下方において、下層配線４４と膜厚方向に対向しない部分に、ダミービアホール５０が第２層間絶縁膜４７およびＳｉＣ膜４６を貫通して形成されている。ダミービアホール５０には、Ｃｕからなり、ビア５２よりも小さいビア径を有するダミービア５３が設けられている。ダミービア５３の上端は、上層配線５１に接続されている。
【００２５】
上層配線５１と第２溝４８の内面との間、ビア５２とビアホール４９の内面および下層配線４４の上面との間、ならびにダミービア５３とダミービアホール５０の内面との間には、Ｔａ系材料からなるバリア膜５４が連続して形成されている。言い換えれば、Ｔａ系材料からなるバリア膜５４は、上層配線５１、ビア５２およびダミービア５３の側面および底面を連続して被覆している。ビア５２の下端は、バリア膜５４を介して下層配線４に接続されている。一方、ダミービア５３の下端は、下層配線４４に接続されておらず、ダミービア５３は、上層配線５１と下層配線４４との電気接続に寄与していない。
【００２６】
このように、上層配線５１の下面には、Ｃｕからなり、下層配線４４と上層配線５１との電気接続に寄与しないダミービア５３が接続されている。ダミービア５３は、ビア５２よりも小さなビア径を有している。ＳＩＶは、ビア径が小さいほど、その発生率が高いので、ＳＩＶによるボイドは、ビア５２よりも、ダミービア５３の底部に形成されやすい。図３に破線で示すように、ダミービア５３の底部に、ボイド５６が形成されることにより、ビア５２の底部におけるボイドの形成が防止される。その結果、ビア５２の断線不良の発生を防止することができ、配線信頼性を向上させることができる。また、ダミービア５３は、下層配線４４と上層配線５１との電気接続に寄与しないので、ダミービア５３の底部にボイド５６が形成されても、下層配線４４と上層配線５１との電気接続に何ら影響はない。
【００２７】
以上、本発明の３つの実施形態を説明したが、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、第２の実施形態では、各ビア１２ａ，１２ｂに対応して、１つのダミービア１３ａ，１３ｂが形成されているが、ダミービア１３は、各ビア１２ａ，１２ｂに対応して２つ以上設けられていてもよい。これにより、ビア１２ａ，１２ｂの直下におけるボイドの形成をより良好に防止することができる。その結果、ビア１２ａ，１２ｂの断線不良の発生を一層防止することができ、配線信頼性をさらに向上させることができる。
【００２８】
また、下層配線４，４４、上層配線１３，５３、ビア１２ａ，１２ｂ，５２およびダミービア１３，１３ａ，１３ｂ，５３は、Ｃｕからなるとしたが、Ｃｕを主成分として含む材料で形成されるとよく、Ｃｕのみで形成される必要はない。
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。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構造を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の構造を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の構造を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１      半導体装置
４      下層配線
７      第２層間絶縁膜
１１ａ  上層配線
１１ｂ  上層配線
１２ａ  ビア
１２ｂ  ビア
１３    ダミービア
１３ａ  ダミービア
１３ｂ  ダミービア
２１    半導体装置
４１    半導体装置
４４    下層配線
４７    第２層間絶縁膜
５１    上層配線
５２    ビア
５３    ダミービア
【図１】
2009060034.tif 000003
【図２】
2009060034.tif 000004
【図３】
2009060034.tif 000005