JP2001023983A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JP2001023983A
JP2001023983A JP11192924A JP19292499A JP2001023983A JP 2001023983 A JP2001023983 A JP 2001023983A JP 11192924 A JP11192924 A JP 11192924A JP 19292499 A JP19292499 A JP 19292499A JP 2001023983 A JP2001023983 A JP 2001023983A
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Japan
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metal wiring
layer
film
semiconductor device
pattern
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Naoko Tamada
直子 玉田
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Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a semiconductor device, having a microfabricated pattern structure and low-resistance metal interconnections on a base insulating layer formed on a silicon substrate, as well as a method for manufacturing the same. SOLUTION: This semiconductor device has, on an insulating-film base layer 2 of a silicon substrate 1, metal interconnection layers and an insulating layer 6 in grooves between the adjacent metal interconnection layers as a microfabricated pattern. In this semiconductor device, the metal interconnection layer is a multi-level metal interconnection layer which forms at least a second metal interconnection film 7 on a first metal interconnection film 3. The thickness of the multi-level metal interconnection layer is set to a value in a vicinity of 2, in terms of the aspect ratio that expresses the thickness by the ratio of the depth of a pattern groove, with respect to a prescribed metal interconnection layer width.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に関し、より詳細には、微細化パターン構造
を有する半導体装置であって、シリコン基板上の下地絶
縁層上に低抵抗の金属配線層を有する半導体装置及びそ
の製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device having a miniaturized pattern structure, wherein a low-resistance metal wiring is formed on a base insulating layer on a silicon substrate. The present invention relates to a semiconductor device having a layer and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路の高集積化、微細化、高
機能化、高性能化に伴い、シリコン基板上に形成する金
属配線膜の設計ルール微細化、金属配線膜の低抵抗化及
びエレクトロマイグレーション(EM;電流による金属
原子が移動する現象)耐性向上の要求が高くなってい
る。
2. Description of the Related Art Along with the high integration, miniaturization, high functionality, and high performance of a semiconductor integrated circuit, the design rules of a metal wiring film formed on a silicon substrate have been miniaturized, the resistance of the metal wiring film has been reduced, and the electric resistance has been reduced. There is an increasing demand for improved resistance to migration (EM: phenomenon in which metal atoms move due to electric current).

【0003】そこで、従来から、この金属配線膜の低抵
抗化及びEM耐性向上のためには、金属配線層の厚膜化
が有効である。また、その他の対応としては、新しい配
線材料の適用も検討されている。例えば、銅配線膜の場
合、従来のアルミ合金配線膜に比べて、抵抗が2/3、
EM耐性が1〜2桁程度向上する。しかしながら、銅配
線は加工技術の難しさから微細化に適しておらず、他に
適材となる配線材料も見出されていないため、新しい配
線材料の適用は困難であるのが実状である。
Therefore, conventionally, in order to reduce the resistance of the metal wiring film and improve the EM resistance, it is effective to increase the thickness of the metal wiring layer. As other measures, application of a new wiring material is also being considered. For example, in the case of a copper wiring film, the resistance is 2/3,
The EM resistance is improved by about one to two digits. However, copper wiring is not suitable for miniaturization due to the difficulty of processing technology, and no other suitable wiring material has been found, so that it is difficult to apply a new wiring material.

【0004】そのため、従来のアルミ合金配線膜を用い
て、金属配線層の微細化とその厚膜化を同時に可能にす
る製造方法が必要とされている。すなわち、半導体装置
の微細化構造(又は形成)下に、より金属配線膜のアス
ペクト比を高くすることが求められているのである。
[0004] Therefore, there is a need for a manufacturing method that can simultaneously miniaturize a metal wiring layer and increase its thickness using a conventional aluminum alloy wiring film. That is, it is required that the aspect ratio of the metal wiring film be further increased under the miniaturized structure (or formation) of the semiconductor device.

【0005】従来の技術では、所望のアルミ合金配線膜
をスパッタ法やCVD法により形成した後、フォトリソ
グラフィー技術によりフォトレジストをパターニング
し、このフォトレジストをマスクとし異方性エッチング
を行い、金属配線を形成する。このような従来方法にお
いて、微細化を実現させるため、金属配線層の設計ルー
ル(基準)を維持したまま、単純に、例えば、単層で厚
膜化した場合、エッチング領域のアスペクト比が高くな
るため、金属配線層のエッチング不足やサイドエッチ、
電子シェーディングによるチャージダメージといった問
題が生じさせるのが一般的である(図4を参照)。
In the prior art, after a desired aluminum alloy wiring film is formed by a sputtering method or a CVD method, a photoresist is patterned by a photolithography technique, and anisotropic etching is performed using the photoresist as a mask to form a metal wiring. To form In such a conventional method, in order to realize miniaturization, if the thickness of the metal wiring layer is simply increased, for example, by a single layer while maintaining the design rule (reference), the aspect ratio of the etching region increases. Therefore, insufficient etching of the metal wiring layer, side etching,
Generally, problems such as charge damage due to electronic shading occur (see FIG. 4).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】以上のような状況下に
あって、半導体装置の高集積化、微細化、高機能化等を
達成するために、半導体装置の微細構造パターンを製造
する条件下に、金属配線層の低抵抗化を実現することが
重要課題になっている。
Under the circumstances described above, in order to achieve high integration, miniaturization, high functionality, and the like of a semiconductor device, the conditions under which a fine structure pattern of the semiconductor device is manufactured. In addition, it has become an important issue to reduce the resistance of the metal wiring layer.

【0007】そのために、従来から、金属配線層の厚膜
化、すなわち、金属配線層の高アスペクト比化が検討さ
れている。しかしながら、従来方法では、金属配線層設
計ルールと同程度の膜厚が限界であった。例えば、金属
配線層設計ルールとしては、0.5μmの場合に、その
厚膜化の限界はO.5μmである。従って、金属配線層
のアスペクト比を1以上に高めることは、極めて困難で
あり、一般的に、金属配線層の微細化と厚膜化を同時に
達成されていないのが実状である。
[0007] For this purpose, conventionally, an attempt has been made to increase the thickness of the metal wiring layer, that is, to increase the aspect ratio of the metal wiring layer. However, in the conventional method, the film thickness is almost the same as the metal wiring layer design rule. For example, as a design rule for a metal wiring layer, when the thickness is 0.5 μm, the limit of the thick film is O.D. 5 μm. Therefore, it is extremely difficult to increase the aspect ratio of the metal wiring layer to 1 or more, and in general, the actual situation is that miniaturization and thickening of the metal wiring layer are not simultaneously achieved.

【0008】そこで、本発明の目的は、上述する課題を
達成するために、金属配線材として従来から公知である
通常のアルミ合金等を用いて、しかも、半導体装置の微
細化製造条件下に得られる低抵抗化された金属配線層を
有する半導体装置及びその製造方法を提供することであ
る。
Therefore, an object of the present invention is to use a conventional aluminum alloy or the like which is conventionally known as a metal wiring material, and to obtain the same under the conditions for miniaturizing a semiconductor device. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a low resistance metal wiring layer and a method of manufacturing the same.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題に
鑑みて、鋭意検討した結果、リソグラフィ工程−パター
ンマスク−エッチング除去等の処理工程を介して、金属
配線層の多層成膜に着目して、種々検討した結果、微細
化パターン下に、金属配線膜を厚膜にする方法を見出し
て、本発明を完成するに至ったのである。
Means for Solving the Problems In view of the above problems, the present inventor has made intensive studies and, as a result, has focused on multilayer film formation of a metal wiring layer through processing steps such as a lithography process, a pattern mask and an etching removal. As a result of various studies, a method for thickening the metal wiring film under the miniaturized pattern was found, and the present invention was completed.

【0010】すなわち、本発明は、シリコン基板上の絶
縁膜を下地に微細化パターン構造として厚膜の金属配線
層とその金属配線層間に形成されるパターン溝に絶縁層
を有する半導体装置において、この金属配線層を多層成
膜によって、微細化と厚膜化、すなわち、金属配線層の
高アスペクト比化により、この金属配線層の抵抗を低下
できる微細構造にしているものである。
That is, the present invention relates to a semiconductor device having a thick metal wiring layer having a fine pattern structure with an insulating film on a silicon substrate as a base and an insulating layer in a pattern groove formed between the metal wiring layers. The metal wiring layer has a fine structure capable of reducing the resistance of the metal wiring layer by making the metal wiring layer finer and thicker by multi-layer film formation, that is, by increasing the aspect ratio of the metal wiring layer.

【0011】そのために、この厚膜金属配線層が、第1
層の金属配線膜上に、少なくとも第2層の金属配線膜を
積層させてなる多層金属配線膜であって、この多層金属
配線膜の厚さを、パターン形成時の所定の金属配線膜幅
に対する前記パターン溝深さの比(深さ/幅)で表すア
スペクト比で、少なくとも2近傍になる膜厚であり、且
つ微細構造パターンとしての金属配線膜が、多層成膜に
よる高アスペクト比を有することを特徴とする半導体装
置を提供する。
For this purpose, the thick metal wiring layer is formed by the first metal wiring layer.
A multilayer metal wiring film formed by laminating at least a second layer metal wiring film on a layer metal wiring film, wherein the thickness of the multilayer metal wiring film is determined with respect to a predetermined metal wiring film width at the time of pattern formation. An aspect ratio represented by a ratio of the pattern groove depth (depth / width), a thickness close to at least 2, and a metal wiring film as a fine structure pattern having a high aspect ratio by multilayer film formation; A semiconductor device is provided.

【0012】このように金属配線膜を、高アスペクト比
の厚膜にすることで、低抵抗化を可能にすることがで
き、EM耐性の向上をもたらし、LSI半導体装置とし
ての高集積化、微細化、高性能化を可能にする半導体装
置である。
By making the metal wiring film a thick film having a high aspect ratio as described above, it is possible to reduce the resistance, to improve the EM resistance, to achieve high integration and fineness as an LSI semiconductor device. This is a semiconductor device that enables higher performance and higher performance.

【0013】また、本発明によれば、このような半導体
装置の製造方法として、シリコン基板上の絶縁膜下地上
に、多層厚膜化の金属配線層とその配線層間にできる微
細構造のパターン溝に、その厚膜金属配線層高と同等高
の絶縁膜を形成する、以下の工程(1)〜(5)よりな
る製造方法を提供する。すなわち、 (1)前記基板上に、金属配線膜の第1層材を成膜し、
次いでシリコン窒化膜を積層成膜し、更にフォトレジス
ト膜を介して、所定の金属配線層パターンマスクで、前
記シリコン窒化膜を異方性エッチングさせて除去して、
金属配線間絶縁膜を形成するためのパターン溝の前段構
造を形成する。 (2)次いで残留するシリコン窒化膜をマスクパターン
として、更に工程(1)で得られる前記溝部位上の前記
金属配線膜の第1層材を異方性エッチングで除去され
て、前記絶縁層用のパターン溝を完成する。 (3)そこで、前記パターン溝内を含めて、全面上に絶
縁材をコートし、残留する前記金属配線膜パターン部位
下のシリコン窒化膜面に合うように、平坦化させて、前
記金属配線間絶縁層を形成する。 (4)次いで前記金属配線膜パターン部位の金属配線第
1層を残して、前工程で未だ残留させている全シリコン
窒化膜を選択的エッチング除去して、金属配線膜の第2
層形成用のパターン溝を形成する。 (5)次いで工程(4)で形成される前記パターン溝内
を含めて、全面上に金属配線膜の第2層材をコートす
る。次いで、前工程(3)で形成された金属配線間絶縁
層面に合うように、平坦化することで、少なくとも2層
からなる多層金属配線層を形成する。
Further, according to the present invention, as a method for manufacturing such a semiconductor device, a multi-layered metal wiring layer and a fine-structure pattern groove formed between the wiring layers are formed on an insulating film base on a silicon substrate. A method of forming an insulating film having the same height as the thickness of the thick metal wiring layer is provided, comprising the following steps (1) to (5). That is, (1) forming a first layer material of a metal wiring film on the substrate,
Next, a silicon nitride film is stacked and formed, and the silicon nitride film is removed by anisotropic etching with a predetermined metal wiring layer pattern mask via a photoresist film,
A pre-structure of a pattern groove for forming an inter-metal-wiring insulating film is formed. (2) Next, using the remaining silicon nitride film as a mask pattern, the first layer material of the metal wiring film on the groove portion obtained in the step (1) is removed by anisotropic etching to form the insulating layer. To complete the pattern groove. (3) Then, an insulating material is coated on the entire surface including the inside of the pattern groove, and is flattened so as to match the remaining silicon nitride film surface below the metal wiring film pattern portion. An insulating layer is formed. (4) Next, the entire silicon nitride film still remaining in the previous step is selectively removed by etching, leaving the first layer of the metal wiring in the metal wiring film pattern portion.
A pattern groove for forming a layer is formed. (5) Next, a second layer material of the metal wiring film is coated on the entire surface including the inside of the pattern groove formed in the step (4). Next, a multi-layered metal wiring layer composed of at least two layers is formed by flattening so as to match the surface of the metal wiring insulating layer formed in the previous step (3).

【0014】このように本発明によれば、シリコン基板
上には、微細構造パターンを有し、しかも、形成されて
いる金属配線膜が、厚膜であって、アスペクト比として
2近傍の高アスペクト比を有する半導体装置が得られ
る。また、これを可能にする本発明による製造方法にお
いて、金属配線膜を多層に積層成膜させて、厚膜化を可
能にする製造工程として、第1層の金属配線膜上に、リ
ソグラフィ技術−パターンマスク処理を介して、最終的
に除去するシリコン窒化膜層を形成する中間工程を施す
ことが、従来法と異なる顕著な特徴である。
As described above, according to the present invention, the silicon substrate has a fine structure pattern, and the formed metal wiring film is a thick film having a high aspect ratio of about 2 as the aspect ratio. A semiconductor device having a ratio is obtained. Further, in the manufacturing method according to the present invention which enables this, a lithography technique is performed on the first-layer metal wiring film as a manufacturing process for forming a multi-layered metal wiring film so as to make the film thicker. An intermediate step of forming a silicon nitride film layer to be finally removed through a pattern mask process is a remarkable feature different from the conventional method.

【0015】従って、この中間工程を介することで、こ
の第1層の金属配線膜上に、少なくとも第2層の金属配
線膜を多層に厚膜化され、本発明においては、この中間
工程を繰り返すことにより、更に多層、厚膜化を可能に
するものである。
Therefore, through this intermediate step, at least the second-layer metal wiring film is formed into a multilayer on the first-layer metal wiring film. In the present invention, this intermediate step is repeated. Thereby, it is possible to further increase the number of layers and the thickness.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下に、既に上述する本発明によ
る微細構造パターン条件下に形成する多層厚膜化、低抵
抗の金属配線層を有する半導体装置及びその製造方法の
実施形態を更に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a semiconductor device having a multi-layer thick film and a low-resistance metal wiring layer formed under the above-described fine structure pattern conditions according to the present invention and a method of manufacturing the same will be further described. .

【0017】本発明において、既に上述する製造方法に
おいて、所定の金属配線膜幅として、0.35μm近傍
以上で、0.5μm近傍以下に、適宜微細化ルールとし
て対処できる。この下限値を下まると、高アスペクト比
を得ることは困難であり、また、上限値を超えるルール
では、微細化、特に超微細化を満たすには不十分であ
る。
According to the present invention, in the above-described manufacturing method, a predetermined metal wiring film width can be appropriately set to a rule of miniaturization of about 0.35 μm or more and about 0.5 μm or less. Below this lower limit, it is difficult to obtain a high aspect ratio, and rules exceeding the upper limit are not sufficient to satisfy miniaturization, especially ultrafineness.

【0018】また、本発明の製造方法において、上述す
る如く、金属配線膜間に配す絶縁層を形成するパターン
溝深さを、多層金属配線層を形成するための中間工程に
おいて、シリコン基板上の絶縁膜下地上に形成する第1
層の金属配線膜とシリコン窒化膜との積層構造厚に相当
するように形成し、しかも、少なくとも2層に形成され
る多層金属配線層厚にも相当するように形成する工程で
あることを特徴とするものである。
Further, in the manufacturing method of the present invention, as described above, the depth of the pattern groove for forming the insulating layer disposed between the metal wiring films can be adjusted by changing the depth of the silicon substrate in the intermediate step for forming the multilayer metal wiring layer. First formed on the insulating film base
Forming a layer so as to correspond to the thickness of the laminated structure of the metal wiring film and the silicon nitride film of the layers, and forming the layer so as to correspond to the thickness of the multilayer metal wiring layer formed in at least two layers. It is assumed that.

【0019】また、上述するパターン溝深さに係わり、
既に上述する金属配線層の第1層と更にシリコン窒化膜
層との積層構造においては、好ましくは、それぞれの膜
厚を、少なくとも0.5μm近傍の層厚にすることが好
適であり、ここで、本発明において、金属配線膜材とし
ては、特に限定されないが、特別な特性を有さず、従来
から公知であるアルミ又はアルミ合金を適宜好適に使用
することができる。
Further, in connection with the above-mentioned pattern groove depth,
In the laminated structure of the first layer of the metal wiring layer and the silicon nitride film layer already described above, it is preferable that each film thickness is at least about 0.5 μm. In the present invention, the material of the metal wiring film is not particularly limited, but conventionally known aluminum or aluminum alloy which does not have special characteristics and can be suitably used.

【0020】また、本発明において、パターン溝に形成
する金属配線間絶縁層の膜厚や、この溝を形成するもの
でもある多層金属配線層の膜厚等は、既に上述する製造
工程を介すことによって、これらの膜厚を、少なくとも
1μm近傍又は必要に応じて、1μmを超える膜厚にす
ることができるものである。
In the present invention, the film thickness of the inter-metal wiring insulating layer formed in the pattern groove, the film thickness of the multilayer metal wiring layer forming the groove, and the like are determined through the above-described manufacturing steps. Thereby, the film thickness can be made to be at least around 1 μm or more than 1 μm as necessary.

【0021】ここで、上述する第2層の金属配線膜材と
しては、本発明において、第1層の金属配線材との接
着、相容性等を著しく損ねない限りにおいて、例えば、
銅、タングステン、銀、金又はアルミ、アルミ合金等を
挙げることができ、これらの中から、適宜に何れかの1
種を用いることができる。
In the present invention, the second-layer metal wiring film material described above may be, for example, as long as it does not significantly impair the adhesion and compatibility with the first-layer metal wiring material.
Examples thereof include copper, tungsten, silver, gold, aluminum, and aluminum alloys.
Seeds can be used.

【0022】そこで、図1〜図4を参照して高アスペク
ト比の多層厚膜化によってなる、低抵抗の金属配線膜を
有する半導体装置について、その製造実施形態をより詳
細に説明する。
A manufacturing embodiment of a semiconductor device having a low-resistance metal wiring film made of a multilayer film having a high aspect ratio will be described in more detail with reference to FIGS.

【0023】図1(a)〜(d)において、下地の絶縁
膜2を施したシリコン基板1上に、図1(b)に示す如
く、例えば、Al、Al合金、好ましくはAl合金膜を
第1の金属配線層3としてスパッタ法で成膜し、次い
で、シリコン窒化膜4を積層成膜する。この第1の金属
配線膜の膜厚は、金属配線の設計ルールが0.5μmの
場合、0.5μm程度で実施される。ここで、第1の金
属配線膜3上に、CVD法で成膜したシリコン窒化膜4
の膜厚は、0.5μm程度形成する。このシリコン窒化
膜は、第1の金属配線膜を異方性エッチングする際、エ
ッチングマスクとして利用する。
1 (a) to 1 (d), for example, as shown in FIG. 1 (b), an Al, Al alloy, preferably an Al alloy film is formed on a silicon substrate 1 on which a base insulating film 2 is provided. A first metal wiring layer 3 is formed by a sputtering method, and then a silicon nitride film 4 is stacked. The thickness of the first metal wiring film is about 0.5 μm when the design rule of the metal wiring is 0.5 μm. Here, a silicon nitride film 4 formed by a CVD method on the first metal wiring film 3
Is formed to a thickness of about 0.5 μm. This silicon nitride film is used as an etching mask when anisotropically etching the first metal wiring film.

【0024】次いで、シリコン窒化膜4上に、フオトリ
ソグラフィー技術によりフォトレジスト5をスピンコー
ト後、フォトレジストをマスクに所定のパターニング
で、シリコン窒化膜を異方性エッチングする(図1
(c)を参照)。次いで、残留するフォトレジストを剥
離後、図1(d)に示す如く、シリコン窒化膜4をマス
クにして、第1層の金属配線膜を異方性エッチングする
ことで、金属配線層間絶縁層を形成するための高アスペ
クトの溝を形成される。
Next, after a photoresist 5 is spin-coated on the silicon nitride film 4 by photolithography, the silicon nitride film is anisotropically etched by a predetermined patterning using the photoresist as a mask (FIG. 1).
(C)). Next, after the remaining photoresist is removed, as shown in FIG. 1D, the first metal wiring film is anisotropically etched using the silicon nitride film 4 as a mask to form a metal wiring interlayer insulating layer. A high aspect groove to be formed is formed.

【0025】ここで、上述する図1(a)〜(d)のよ
うな積層成膜、微細化パターニング下において、多段に
エッチング工程を実施することで、従来法の厚膜化金属
配線層を形成するに、厚膜金属配線層間に生ずる、エッ
チング不足、サイドエッチ、等の発生を防止できる。
Here, a multi-layered etching process is performed under the above-described laminated film formation and fine patterning as shown in FIGS. 1A to 1D, so that the thick metal wiring layer of the conventional method can be formed. In the formation, insufficient etching, side etching, and the like, which occur between the thick metal wiring layers, can be prevented.

【0026】すなわち、従来法による厚膜化金属配線層
を形成及び形成工程で起こる傾向にあるエッチング不
足、サイドエッチ等を示す図4を参照すると、従来例の
図4に示す金属配線層13と本発明例における図1
(d)に示す第1金属配線層3+シリコン窒化膜4との
膜厚は、両者が目的とする金属配線層の厚膜化層高であ
る。そこで、図4に示す従来法のようにして、その上の
フォトレジスト膜を介して、フォトリソグラフィー技術
により、所定のマスクパターニング、金属配線層13を
膜を異方性エツチングすると、厚膜化目的のため、微細
化パターニング下にエッチング領域のアスペクト比が、
著しく高いため、エッチング不足15やサイドエッチ1
6を生じてしまう。
That is, referring to FIG. 4 showing insufficient etching, side etching, and the like, which tend to occur in the step of forming and forming a thickened metal wiring layer by the conventional method, the metal wiring layer 13 shown in FIG. FIG. 1 in the present invention example
The thickness of the first metal wiring layer 3 + silicon nitride film 4 shown in FIG. 3D is the thickness of the metal wiring layer intended for both. Therefore, as in the conventional method shown in FIG. 4, a predetermined mask patterning and anisotropic etching of the metal wiring layer 13 through a photoresist film thereover by photolithography technology to obtain a thick film. Therefore, the aspect ratio of the etching area under miniaturization patterning,
Extremely high, insufficient etching 15 and side etch 1
6 occurs.

【0027】ところが、本発明例では既に説明するよう
に、図示していないが、図1(b)に示すシリコン窒化
膜4上に、フォトレジスト5をコートすることを介し
て、図1(c)工程と図1(d)工程を実施すること
で、同様の微細化パターン条件下に、厚膜化金属配線層
に相当する金属配線層間の高アスペクト溝であるにもか
かわらず、図4に示すようなエッチング不足やサイドエ
ッチを生じることがない。それは、従来の方法では、図
4からも明らかなように、本発明が目標とする厚膜金属
配線膜を単層として、所定厚にするのではない。この段
階では、本発明では、目標厚値の、例えば、約1/2厚
に相当する第1層の金属配線膜をエッチング除去するこ
とで形成することができるからである。
However, as already described in the present invention, although not shown, the photoresist 5 is coated on the silicon nitride film 4 shown in FIG. 1) and the step of FIG. 1 (d), under the same miniaturization pattern conditions, despite the fact that the trench is a high aspect groove between metal wiring layers corresponding to a thicker metal wiring layer, There is no insufficient etching or side etching as shown. That is, in the conventional method, as is apparent from FIG. 4, the thick metal wiring film targeted by the present invention is not made a single layer to have a predetermined thickness. At this stage, in the present invention, it can be formed by etching and removing the first-layer metal wiring film corresponding to, for example, about 厚 of the target thickness value.

【0028】そこで、図2(e)に示す如く、シリコン
窒化膜4を残したまま、シリコン酸化膜6をCVD法に
より形成する。これにより、図1(d)に示した金属配
線間のパターン溝内を所定の絶縁材で埋めることができ
る。次いで、このように全面に形成したシリコン酸化膜
を、通常に用いられているCMP処理によって、シリコ
ン窒化膜の表面が現れるようにして、研削して全体を平
坦化させて、図2(f)に示す如く、シリコン基板上に
所定の微細化パターンに基づく、金属配線間の絶縁膜が
形成される。このように形成される絶縁膜の膜厚は、既
に上述する如く、第1層金属配線膜3とその上に未だ残
留するシリコン窒化膜4との合わせ膜厚に相当すること
になる。
Therefore, as shown in FIG. 2E, a silicon oxide film 6 is formed by a CVD method while the silicon nitride film 4 is left. Thereby, the inside of the pattern groove between the metal wirings shown in FIG. 1D can be filled with the predetermined insulating material. Next, the silicon oxide film thus formed on the entire surface is ground and flattened by a commonly used CMP process so that the surface of the silicon nitride film appears, and FIG. As shown in (1), an insulating film between metal wirings is formed on a silicon substrate based on a predetermined miniaturized pattern. As described above, the thickness of the insulating film formed in this manner corresponds to the combined thickness of the first-layer metal wiring film 3 and the silicon nitride film 4 still remaining thereon.

【0029】次いで、図示していないが、図2(f)に
示す如く、第1層金属配線膜3上に積層残留するシリコ
ン窒化膜4を異方性エッチングにより選択除去すること
により、第1層金属配線膜面が現れて、既に形成された
金属配線間絶縁膜6間に、第2層金属配線膜を埋め込む
パターン溝が形成される。次いで、図2(g)に示す如
く、この溝構造に、第2層金属配線膜材7をスパッタ法
又はCVD法により、この溝を埋め込むように且つ全面
を覆う程度にコートする。次いで、同様に通常のCMP
処理で、絶縁膜のシリコン酸化膜面が現れるように研削
して、全面を平坦化させる。
Then, although not shown, as shown in FIG. 2 (f), the silicon nitride film 4 remaining stacked on the first metal wiring film 3 is selectively removed by anisotropic etching to obtain the first metal wiring film 3. The surface of the layer metal wiring film appears, and a pattern groove for burying the second layer metal wiring film is formed between the already formed metal wiring insulating films 6. Then, as shown in FIG. 2 (g), the groove structure is coated with a second-layer metal wiring film material 7 by sputtering or CVD so as to fill the groove and cover the entire surface. Then, similarly to the normal CMP
In the treatment, the silicon oxide film surface of the insulating film is ground so as to appear, and the entire surface is flattened.

【0030】これにより、図3(h)に示す如く、第1
層金属配線膜3に第2層金属配線膜7を積層されてなる
多層厚膜化金属配線膜8が形成される。これにより、配
線設計ルールが0.5μmの微細化条件下に、本実施に
より、膜厚1.0μmの金属配線膜が形成される。その
結果、この配線膜は、アスペクト比2なる微細厚膜構造
として形成されたことになる。
As a result, as shown in FIG.
A multilayer thick metal wiring film 8 is formed by laminating the second metal wiring film 7 on the layer metal wiring film 3. As a result, a metal wiring film having a thickness of 1.0 μm is formed by this embodiment under the miniaturization condition of 0.5 μm in the wiring design rule. As a result, this wiring film is formed as a fine thick film structure having an aspect ratio of 2.

【0031】しかも、既に説明する如く、図4に示す従
来例のように、微細化パターン条件下に、高アスペクト
の厚膜金属配線膜を形成させても、エッチング不足15
や、サイドエッチ16を生ぜずに製造することができる
のである。従って、多段成膜、多段エッチング等を組合
わせることにより、更に第2層金属配線膜に、第3層金
属配線膜を積層成膜させられ、より多層、より厚膜で高
アスペクト比の金属配線層を形成することが可能であ
る。
Further, as already described, even if a high aspect ratio thick metal wiring film is formed under a miniaturized pattern condition as in the conventional example shown in FIG.
In addition, it can be manufactured without generating the side etch 16. Therefore, by combining multi-stage film formation, multi-stage etching, and the like, a third-layer metal wiring film can be further stacked and formed on a second-layer metal wiring film. It is possible to form a layer.

【0032】以上から明らかなように、微細構造パター
ン下に、金属配線層を多層厚膜にするために、本発明に
おいて、第1層の金属配線層上に、シリコン窒化膜を中
間材として成膜使用していることが製造上での特徴でも
ある。
As is apparent from the above, in order to make the metal wiring layer a multilayer thick film under the fine structure pattern, in the present invention, a silicon nitride film is formed on the first metal wiring layer as an intermediate material. The use of the membrane is also a feature in manufacturing.

【0033】そこで、本発明においては、上述するシリ
コン窒化膜に代えて、SiON膜やSiOF膜、HSQ
膜(水素含有SOG膜)、有機SOG膜、有機高分子膜
等の低誘電率絶縁膜を適宜好適に使用することができ
る。ここで、特に、前者のSiON膜は、フォトリソグ
ラフィ工程で、反射防止膜となるため解像度向上がはか
れ、その結果、0.35um以下の微細な設計ルールに
おいても厚膜化を実現することができる。
Therefore, in the present invention, a SiON film, a SiOF film, an HSQ
A low-dielectric-constant insulating film such as a film (hydrogen-containing SOG film), an organic SOG film, or an organic polymer film can be appropriately used as appropriate. Here, in particular, the former SiON film becomes an anti-reflection film in a photolithography process, so that the resolution is improved. As a result, it is possible to realize a thick film even with a fine design rule of 0.35 μm or less. it can.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上から、本発明によれば、微細構造パ
ターンを構成する金属配線層を、その製造工程で、シリ
コン窒化膜等の中間材を介して、多数回に分けて多段に
積層成膜することにより、従来法では不可能であった金
属配線層を、微細化構造下に、高アスペクト厚膜の金属
配線層を形成させることができる。
As described above, according to the present invention, the metal wiring layer constituting the fine structure pattern is formed in a large number of times in multiple steps through an intermediate material such as a silicon nitride film in the manufacturing process. By forming a film, a metal wiring layer having a high aspect thickness can be formed under a miniaturized structure from a metal wiring layer which was impossible by the conventional method.

【0035】しかも、このような中間材を介することに
より、通常のリソグラフィ技術−パターンマスク−エッ
チング処理等を効果的に組合わせられて、金属配線層の
多段多層化厚膜化を容易にさせ、且つ従来法に見られる
異方性エッチング時のエッチング不足やサイドエッチ等
のトラブルを効果的に防止又は抑制させて、微細化厚膜
による低抵抗金属配線層を有する半導体放置及びその製
造方法を提供することができる。
Moreover, by interposing such an intermediate material, ordinary lithography technology-pattern mask-etching process and the like can be effectively combined, so that the metal wiring layer can be easily multi-layered and thickened. In addition, the present invention provides a semiconductor storage having a low-resistance metal wiring layer formed of a finely-divided thick film and a method for manufacturing the same by effectively preventing or suppressing problems such as insufficient etching and side etching during anisotropic etching which are found in conventional methods. can do.

【0036】これにより、半導体装置の高集積化、微細
化を維持したまま金属配線層の低抵抗化、及びエレクト
ロマイグレーション耐性向上を実現でき、電子シェーデ
ィングによるチャージダメージを従来法に比べて小さく
できるものである。
As a result, the resistance of the metal wiring layer can be reduced and the electromigration resistance can be improved while maintaining high integration and miniaturization of the semiconductor device, and charge damage due to electron shading can be reduced as compared with the conventional method. It is.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による微細構造パターン下における厚膜
金属配線層を形成する半導体装置の製造工程を示す断面
概念図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device for forming a thick metal wiring layer under a fine structure pattern according to the present invention.

【図2】図1に示す製造工程のつづきを示す概念断面図
である。
FIG. 2 is a conceptual cross-sectional view showing a continuation of the manufacturing process shown in FIG.

【図3】図1及び図2に示す製造工程で得られる本発明
の厚膜多層金属配線層を有する半導体装置の概念断面図
である。
FIG. 3 is a conceptual cross-sectional view of a semiconductor device having a thick-film multilayer metal wiring layer of the present invention obtained by the manufacturing steps shown in FIGS. 1 and 2;

【図4】従来の単層形成による厚膜金属配線層の形成方
法とその問題点を示す半導体装置の概念断面図である。
FIG. 4 is a conceptual cross-sectional view of a semiconductor device showing a conventional method for forming a thick metal wiring layer by forming a single layer and its problems.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、11・・・シリコン基板、2、12・・・下地絶縁膜、
3・・・金属配線膜の第1層、4・・・シリコン窒化
膜、5、14・・・フォトレジスト膜、6・・・シリコン
酸化膜又は金属配線層間絶縁膜、7・・・多層用の金属
配線膜の第2層、8・・・多層金属配線層、13・・・厚
膜単層金属配線層、15・・・エッチング不足(残留
物)、16・・・サイドエッチ、17・・・電子シェーディ
ングによるチャージダメージ
1, 11: silicon substrate, 2, 12: base insulating film,
3 ... First layer of metal wiring film, 4 ... Silicon nitride film, 5, 14 ... Photoresist film, 6 ... Silicon oxide film or metal wiring interlayer insulating film, 7 ... Multilayer The second layer of the metal wiring film, 8: Multi-layer metal wiring layer, 13: Thick single-layer metal wiring layer, 15: Insufficient etching (residue), 16: Side etch, 17 ..Charge damage due to electronic shading

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコン基板の絶縁膜下地上に微細構造
パターンとして金属配線層と金属配線層膜間のパターン
溝内に絶縁層を配す半導体装置において、前記金属配線
層が第1層の金属配線膜上に少なくとも第2層の金属配
線膜を形成する多層厚膜金属配線層であって、且つ前記
多層金属配線層の厚さを所定の金属配線層幅に対する前
記パターン溝深さの比(深さ/幅)で表すアスペクト比
で、少なくとも2近傍であることを特徴とする半導体装
置。
1. A semiconductor device in which an insulating layer is arranged in a pattern groove between a metal wiring layer and a metal wiring layer as a fine structure pattern on an insulating film base of a silicon substrate, wherein the metal wiring layer is formed of a metal of a first layer. A multilayer thick metal wiring layer for forming at least a second metal wiring film on the wiring film, wherein the thickness of the multilayer metal wiring layer is a ratio of the pattern groove depth to a predetermined metal wiring layer width ( A semiconductor device having an aspect ratio represented by (depth / width) of at least about 2.
【請求項2】 前記所定の金属配線層幅を、0.35μ
m近傍以上で、0.5μm近傍以下であることを特徴と
する請求項1に記載の半導体装置。
2. The method according to claim 1, wherein the predetermined metal wiring layer width is 0.35 μm.
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the distance is not less than about m and not more than about 0.5 μm.
【請求項3】 前記金属配線層間に配す前記絶縁膜を形
成する前記パターン溝深さが、前記多層金属配線層を形
成するための中間工程において、前記下地上に形成する
第1層の金属配線膜とシリコン窒化膜との積層構造厚に
相当し、且つ多層に形成する前記多層金属配線層厚に相
当することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
3. A first layer metal formed on said base in an intermediate step for forming said multilayer metal wiring layer, wherein said pattern groove depth for forming said insulating film disposed between said metal wiring layers is formed. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device has a thickness corresponding to a thickness of a stacked structure of a wiring film and a silicon nitride film and a thickness of the multilayer metal wiring layer formed in multiple layers.
【請求項4】 前記パターン溝深さに係わるアルミ又は
アルミ合金の前記金属配線層第1層と前記シリコン窒化
膜との積層構造において、前記それぞれの層厚を、少な
くとも0.5μm近傍にすることを特徴とする請求項3
に記載の半導体装置。
4. In a laminated structure of the first metal wiring layer of aluminum or aluminum alloy and the silicon nitride film related to the depth of the pattern groove, each of the layer thicknesses is set to at least about 0.5 μm. Claim 3 characterized by the following:
3. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項5】 前記パターン溝に形成する金属配線間絶
縁層厚を、少なくとも1μm近傍にすることを特徴とす
る請求項1に記載の半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the thickness of the insulating layer between metal wirings formed in the pattern groove is at least about 1 μm.
【請求項6】 前記多層金属配線層厚を、少なくとも1
μm近傍にすることを特徴とする請求項1に記載の半導
体装置。
6. The method according to claim 1, wherein said multilayer metal wiring layer has a thickness of at least one.
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the distance is set to about μm.
【請求項7】 前記第2層の金属配線膜を、銅、タング
ステン、銀、金の群から選ばれる何れかの1種にするこ
とを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second-layer metal wiring film is any one selected from the group consisting of copper, tungsten, silver, and gold.
【請求項8】 シリコン基板上の絶縁膜下地上に微細化
パターン構造として、少なくとも2層からなる金属配線
膜を積層する多層厚膜金属配線層と金属配線膜間絶縁層
との微細構造パターンを有する半導体装置の製造方法に
おいて、 (1)前記基板上に、金属配線膜の第1層材を成膜し、
次いでシリコン窒化膜を積層成膜し、更にフォトレジス
ト形成を介して、所定の金属配線膜パターンマスクで前
記シリコン窒化膜を異方性エッチングで除去して、前記
金属配線間絶縁膜を形成するパターン溝の前段構造を形
成する工程と、 (2)次いで残留するシリコン窒化膜をマスクパターン
として、更に前記溝部位(又は前記前段溝構造)に当た
る前記金属配線膜第1層材を異方性エッチングで除去し
て、前記絶縁層用のパターン溝を形成する工程と、 (3)前記パターン溝内を含めて、全面に絶縁材をコー
トし、残留する前記金属配線膜パターン部位下のシリコ
ン窒化膜面に合わせて平坦化させて、前記金属配線間絶
縁層を形成する工程と、 (4)次いで残留する前記金属配線膜パターン部位の金
属配線第1層を下地とする全シリコン窒化膜を選択的エ
ッチングで除去して、金属配線膜の第2層を施すパター
ン溝を形成する工程と、 (5)次いで前記パターン溝内を含めて、全面に金属配
線の第2層材をコート後、前記工程(3)で形成された
金属配線間絶縁膜面に合わせて平坦化させて、少なくと
も2層からなる多層金属配線膜を形成する工程と、を有
して、微細構造パターン条件下に厚膜多層金属配線膜を
形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. A fine structure pattern of a multi-layer thick metal wiring layer and a metal wiring inter-layer insulating layer in which a metal wiring film composed of at least two layers is laminated as a fine pattern structure on an insulating film base on a silicon substrate. (1) forming a first layer material of a metal wiring film on the substrate,
Next, a silicon nitride film is laminated and further formed through a photoresist, and the silicon nitride film is removed by anisotropic etching with a predetermined metal wiring film pattern mask to form the metal wiring insulating film. Forming a pre-structure of the groove; and (2) using the remaining silicon nitride film as a mask pattern, and further anisotropically etching the first layer material of the metal wiring film corresponding to the groove portion (or the pre-groove structure). Removing and forming a pattern groove for the insulating layer; and (3) an insulating material is coated on the entire surface including the inside of the pattern groove, and the surface of the silicon nitride film below the portion of the metal wiring film pattern remaining. Forming the above-mentioned metal-to-metal wiring insulating layer by flattening according to: Removing the nitride film by selective etching to form a pattern groove for applying the second layer of the metal wiring film; and (5) then forming a second layer material of the metal wiring on the entire surface including the inside of the pattern groove. Forming a multi-layer metal wiring film composed of at least two layers by flattening the surface to match the surface of the inter-metal wiring insulating film formed in the step (3) after coating. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming a thick multilayer metal wiring film below.
【請求項9】 前記多層金属配線層厚を所定の金属配線
層幅に対する前記パターン溝深さの比(深さ/幅)で表
すアスペクト比として、少なくとも2近傍である多層厚
膜金属配線層として形成することを特徴とする請求項8
に記載の半導体装置の製造方法。
9. A multi-layer thick metal wiring layer having an aspect ratio of the multi-layer metal wiring layer thickness as an aspect ratio expressed by a ratio (depth / width) of the pattern groove depth to a predetermined metal wiring layer width. 9. The method as claimed in claim 8, wherein
13. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 5.
【請求項10】 前記前段溝構造内に、第2層の金属配
線材を積層成膜し、且つ前記金属配線間絶縁膜面に合わ
せて平坦化させて、少なくとも1μm近傍の層厚にする
ことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方
法。
10. A second-layer metal wiring material is laminated and formed in said pre-groove structure, and is flattened in accordance with the surface of said inter-metal-wiring insulating film to have a layer thickness of at least about 1 μm. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein:
【請求項11】 前記工程(3)で形成する金属配線間
絶縁膜を、シリコン酸化材にして、且つ少なくとも1μ
m近傍の層厚に形成することを特徴とする請求項8に記
載の半導体装置の製造方法。
11. The method according to claim 1, wherein the insulating film between metal wires formed in the step (3) is made of a silicon oxide material and has a thickness of at least 1 μm.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the semiconductor device is formed with a layer thickness near m.
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