JP2002313791A - 回路配線およびその製造方法 - Google Patents

回路配線およびその製造方法

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Yasufumi Izutsu
康文 井筒
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱ストレスによる配線自身の信頼性劣化を防
止する。 【解決手段】 基板上に配線層の下地として絶縁膜20
2を形成する。次に、製造工程終了時において圧縮ある
いは伸張応力の生じるAlあるいはPtからなる第1の
配線層203を形成する。次に、第1の配線層の直上
に、製造工程終了時において応力方向が第1の配線層と
逆向きとなる第2の配線層204を形成する。次に、第
2の配線層204をパターンニングして、第1の配線層
203上の複数の所定位置に孤立配置して形成する。次
に、第1の配線層203をパターンニングして、回路配
線を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、回路配線、特に半
導体装置に用いる回路配線に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から半導体装置に用いる回路配線と
して、主層としてのAl以外にTiやTiN等の異種膜
を積層することにより、上層膜あるいは下層膜から受け
る応力緩和および密着性、加工性の向上が図られてい
る。また、Al配線の配置を平面的に曲げたり、配線幅
を変化させたり、下層にAlダミーパターンを形成し、
ダミーパターンの段差を利用してAl配線を上下に湾曲
させることで、応力の緩和を図っている。
【0003】以下、従来の半導体装置に用いる回路配線
について図面を参照しながら説明する。
【0004】図6は、従来の半導体装置に用いる回路配
線における配線部の断面図である。
【0005】図6に示すように、シリコン基板601上
に形成された絶縁膜602の表面に回路的には何ら意味
を持たないダミーのAlパターン603が形成されてい
る。前記ダミーパターンの上部には全域に層間絶縁膜6
04が形成されており、本来のAl配線605は、前記
ダミーパターンにより形成された段差を通り、上下に湾
曲する形で回路の一部として構成されている。前記Al
配線605の上部には、上層の絶縁膜606または表面
保護膜が形成されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構造は配線自身により生じる応力を緩和するもので
なく、下層あるいは上層の絶縁膜から受ける応力を緩和
するものであったり、チップ面積の大型化や配線抵抗の
増大等の欠点を伴うものであった。そのため、製造プロ
セスにおける熱処理の高温化、長時間化により増大する
配線自身の応力に対しては、効率の良い構造であるとは
云えなかった。
【0007】例えば、近年開発が盛んになっている強誘
電体メモリ装置においては、配線および強誘電体キャパ
シタの電極に用いられているPtは、熱処理による収縮
率が大きく、長い配線や広い面積の配線では、収縮によ
る配線自身の剥離やコンタクトホールにおける配線間の
剥離断線が起こってしまうという欠点があった。
【0008】本発明では、以上のことを考慮して、高温
あるいは長時間熱処理を必要とする製造プロセスにおい
ても、配線材料の選択範囲を拡大することができ、配線
としての特性、信頼性劣化の生じない優れた回路配線お
よびその製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第1の回路配線は、基板上に形成された圧
縮応力または伸張応力を有する第1の配線層と、第1の
配線層直上に形成され、第1の配線層とは逆方向の応力
を有する、複数の所定位置に孤立配置された第2の配線
層とを備えている。
【0010】また、本発明の第2の回路配線は、基板上
に形成された圧縮応力または伸張応力を有する第1の配
線層と、第1の配線層とは逆方向の応力を有する第2の
配線層とを備え、第1の配線層表面には、第1の配線層
底面まで貫通しない複数のホールが所定位置に孤立配置
され、ホール内に第2の配線層が埋め込まれている。
【0011】これらの構成によれば、大きな応力が生じ
る配線材料を用いても、長配線化等による歪応力の発生
を低減することができ、また、単位長当たりの応力が相
乗されることを抑制することができる。
【0012】また、本発明の第1または第2の回路配線
において、第1および第2の配線層の直上に、前記第1
の配線層と同方向の応力を有する第3の配線層をさらに
備えていることが好ましい。
【0013】この構成によれば、第2の配線層によるパ
ターンを上面と側面方向から支持する形で第1の配線層
に固定することができ、回路配線の信頼性を更に向上さ
せることができる。
【0014】また、本発明の第1の回路配線の製造方法
は、基板上に第1の配線層を形成する工程と、第1の配
線層直上に複数の所定位置に孤立配置された第2の配線
層を形成する工程とを備え、第1および第2の配線層
は、製造工程完了時において互いに逆方向の応力を有し
ている。
【0015】また、本発明の第2の回路配線の製造方法
は、基板上に第1の配線層を形成する工程と、第1の配
線層表面に、第1の配線層底面まで貫通しない複数のホ
ールを、所定位置に孤立配置して形成する工程と、ホー
ル内に第2の配線層を埋め込んで形成する工程とを備
え、第1および第2の配線層は、製造工程完了時におい
て互いに逆方向の応力を有している。
【0016】これらの製造方法によれば、第1および第
2の配線層による応力が相殺あるいは緩和され、配線全
体としての応力を低減することができる。
【0017】また、本発明の第1または第2の回路配線
の製造方法において、第1および第2の配線層の直上に
第3の配線層をさらに備え、第3の配線層は、製造工程
完了時において第1の配線層と同方向の応力を有してい
ることが好ましい。
【0018】この製造方法によれば、第1、第3の配線
層による応力と、間に挟まれた第2の配線層による応力
が相殺あるいは緩和され、配線全体としての応力を低減
することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した一実施形
態について、図面を参照しながら説明する。
【0020】(第1の実施形態)図1は、本発明の第1
の実施形態に係る半導体装置の配線部分に関する断面図
である。
【0021】図1に示すように、シリコン基板101の
上全面にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜からなる
下層の絶縁膜102を形成する。その後、AlまたはP
tを第1の配線層103として全面に形成する。
【0022】次に、前記第1の配線層が例えばPtであ
る場合には、TiN等の収縮率の小さな材料を第2の配
線層104として形成する。尚、前記第2の配線層の膜
厚は、前記第1の配線層および、後述する第3の配線層
105の膜厚に対して1/2以上であることが望まし
い。
【0023】続いて、前記第1の配線層と同じくPt
か、あるいは適用するプロセス条件において、応力方向
が前記第1の配線層と同方向となる成膜条件あるいは材
料を用いて第3の配線層105を形成し、配線とする部
分をフォトレジストで覆った後、第1、第2、第3の配
線層をドライエッチングによってパターンニングする。
【0024】尚、前記第2の配線層が絶縁膜あるいは高
抵抗の材料である場合には、前記第1の配線層と前記第
3の配線層の間が高抵抗となるが、他の配線層とのコン
タクトホールを貫通させることにより、断面方向から容
易に接続することができる。
【0025】以上説明したように、第1の実施形態によ
ると、第1の配線層および第3の配線層の応力を第2の
配線層で相殺あるいは緩和することができ、配線および
配線につながるコンタクトホール部において信頼性の高
い、半導体装置を製造することができる。
【0026】(第2の実施形態)図2は、本発明の第2
の実施形態に係る半導体装置の配線部分に関し、図2
(a)は平面図、図2(b)は図2(a)中の断面
(b)線に沿った断面図である。
【0027】図2に示すように、シリコン基板201の
上全面にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜からなる
下層の絶縁膜202を形成する。その後、AlまたはP
tを第1の配線層203として全面に形成する。
【0028】次に、前記第1の配線層が例えばPtであ
る場合には、TiN等の収縮率の小さな材料を第2の配
線層204として形成する。尚、前記第2の配線層20
4の膜厚は、前記第1の配線層203の膜厚に対して1
/2以上であることが望ましい。
【0029】続いて、回路配線とする領域内で、前記第
1の配線層203により形成する回路配線の幅に対して
1/2以上の線幅で、且つ1倍以上の長さで、且つ1/
4以下の間隔を置いて配置するよう前記第2の配線層2
04をドライエッチング等によりパターン形成する。更
に、前記回路配線とする部分をフォトレジストで覆った
後、第1の配線層203をドライエッチングによってパ
ターンニングする。
【0030】以上説明したように、第2の実施形態によ
ると、第1の配線層により生じる応力を第2の配線層で
相殺あるいは緩和することができ、配線および配線につ
ながるコンタクトホール部において信頼性の高い、半導
体装置を得ることができる。
【0031】(第3の実施形態)図3は、本発明の第3
の実施形態に係る半導体装置の配線部分に関し、図3
(a)は平面図、図3(b)は図3(a)中の断面
(b)線に沿った断面図である。
【0032】図3に示すように、本実施形態は、前記第
2の実施形態に引き続き、以下の工程を施したものであ
る。
【0033】第1の配線層303が例えばPtである場
合には、前記第1の配線層と同じくPtか、あるいは適
用するプロセス条件において、応力方向が前記第1の配
線層303と同方向となる成膜条件あるいは材料を用い
て第3の配線層305を形成し、配線とする部分をフォ
トレジストで覆った後、第1、第3の配線層をドライエ
ッチングによってパターンニングする。
【0034】以上説明したように、第3の実施形態によ
ると、第3の配線層305で第2の配線層304を覆う
ことにより、第1の配線層303への固定能力が向上
し、配線および配線につながるコンタクトホール部にお
ける信頼性をより高めることができる。
【0035】(第4の実施形態)図4は、本発明の第4
の実施形態に係る半導体装置の配線部分に関し、図4
(a)は平面図、図4(b)は図4(a)中の断面
(b)線に沿った断面図である。
【0036】図4に示すように、シリコン基板401の
上全面にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜からなる
下層の絶縁膜402を形成する。その後、AlまたはP
tを第1の配線層403として全面に形成し、その後、
前記第1の配線層403の幅に対して1/2以上の線幅
で、且つ1倍以上の長さで、線幅の1/4以下の間隔を
置いて、深さが前記配線層膜厚の3/4未満となるよう
ドライエッチングによって窪みを形成する。
【0037】次に、前記第1の配線層が例えばPtであ
る場合には、TiN等の収縮率の小さな材料を第2の配
線層404として形成する。尚、前記第2の配線層40
4の膜厚は、前記窪みの深さと同程度の膜厚が望まし
い。
【0038】続いて、前記第2の配線層404を窪みに
埋め込んだ部分を除き、エッチング、あるいは研磨等に
よって除去する。
【0039】更に、回路配線とする部分をフォトレジス
トで覆った後、第1の配線層403をドライエッチング
によってパターンニングする。
【0040】以上説明したように、第4の実施形態によ
ると、第2の配線層によるパターンが底面と側面により
第1の配線層に接し、第1の配線層に対する密着性を高
めることができる。また、前記第2の配線層の断面方向
で支持するため、密着力のみで固定する場合と比べ、格
段に固定能力が向上する。このことにより、製造プロセ
スにより大きな応力が生じる配線材料を用いても、長配
線化による歪応力の発生を抑制することができ、また、
単位長当たりの応力が相乗されることを低減することが
できる。加えて、貫通しないホールによる埋め込み方式
を用いるため、電気抵抗の上昇を抑制できる上、配線全
体としての膜厚が大きくなることを回避でき、配線およ
び配線につながるコンタクトホール部において信頼性の
高い、半導体装置を得ることができる。
【0041】(第5の実施形態)図5は、本発明の第5
の実施形態に係る半導体装置の配線部分に関し、図5
(a)は平面図、図5(b)は図5(a)中の断面
(b)線に沿った断面図である。
【0042】図5に示すように、本実施形態は、前記第
4の実施形態に引き続き、以下の工程を施したものであ
る。
【0043】第1の配線層503が例えばPtである場
合には、前記第1の配線層503と同じくPtか、ある
いは適用するプロセス条件において、応力方向が前記第
1の配線層503と同方向となる成膜条件あるいは材料
を用いて第3の配線層505を形成し、配線とする部分
をフォトレジストで覆った後、第1、第3の配線層をド
ライエッチングによってパターンニングする。
【0044】以上説明したように、第5の実施形態によ
ると、第3の配線層505で第2の配線層504を覆う
ことにより、第1の配線層503への固定能力が向上
し、配線および配線につながるコンタクトホール部にお
ける信頼性をより高めることができる。
【0045】尚、第1〜第5の実施形態においては、下
層の絶縁膜、第1の配線層、第2の配線層、第3の配線
層および上層膜との間に、密着性を高めるためにTi等
の密着強化層を挿入することで、更に本発明の効果を高
めることができる。
【0046】
【発明の効果】本発明に係る回路配線およびその製造方
法により、大きな応力が生じる配線材料を用いても、長
配線化等による歪応力の発生を低減することができ、ま
た、単位長当たりの応力が相乗されることを抑制するこ
とができるため、回路配線の信頼性を向上させることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態における配線の断面図
【図2】本発明の第2の実施形態における配線の平面図
および断面図
【図3】本発明の第3の実施形態における配線の平面図
および断面図
【図4】本発明の第4の実施形態における配線の平面図
および断面図
【図5】本発明の第5の実施形態における配線の平面図
および断面図
【図6】従来の半導体装置における配線の断面図
【符号の説明】
101 シリコン基板 102 下層の絶縁膜 103 第1の配線層 104 第2の配線層 105 第3の配線層 201 シリコン基板 202 下層の絶縁膜 203 第1の配線層 204 第2の配線層 301 シリコン基板 302 下層の絶縁膜 303 第1の配線層 304 第2の配線層 305 第3の配線層 401 シリコン基板 402 下層の絶縁膜 403 第1の配線層 404 第2の配線層 501 シリコン基板 502 下層の絶縁膜 503 第1の配線層 504 第2の配線層 505 第3の配線層 601 シリコン基板 602 下層の絶縁膜 603 ダミーのAlパターン 604 Al配線下の層間絶縁膜 605 回路を構成するAl配線 606 上層の絶縁膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F033 HH07 HH08 HH18 HH33 MM05 MM08 MM12 MM20 QQ08 QQ11 QQ32 QQ46 RR04 RR07 TT02 VV16 XX10 XX13 XX19

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に形成された圧縮応力または伸張
    応力を有する第1の配線層と、前記第1の配線層直上に
    形成され、前記第1の配線層とは逆方向の応力を有す
    る、複数の所定位置に孤立配置された第2の配線層とを
    備えていることを特徴とする回路配線。
  2. 【請求項2】 基板上に形成された圧縮応力または伸張
    応力を有する第1の配線層と、前記第1の配線層とは逆
    方向の応力を有する第2の配線層とを備え、前記第1の
    配線層表面には、該第1の配線層底面まで貫通しない複
    数のホールが所定位置に孤立配置され、前記ホール内に
    前記第2の配線層が埋め込まれていることを特徴とする
    回路配線。
  3. 【請求項3】 第1および第2の配線層の直上に、前記
    第1の配線層と同方向の応力を有する第3の配線層をさ
    らに備えていることを特徴とする請求項1または2に記
    載の回路配線。
  4. 【請求項4】 基板上に第1の配線層を形成する工程
    と、前記第1の配線層直上に複数の所定位置に孤立配置
    された第2の配線層を形成する工程とを備え、前記第1
    および第2の配線層は、製造工程完了時において互いに
    逆方向の応力を有していることを特徴とする回路配線の
    製造方法。
  5. 【請求項5】 基板上に第1の配線層を形成する工程
    と、前記第1の配線層表面に、該第1の配線層底面まで
    貫通しない複数のホールを、所定位置に孤立配置して形
    成する工程と、前記ホール内に第2の配線層を埋め込ん
    で形成する工程とを備え、前記第1および第2の配線層
    は、製造工程完了時において互いに逆方向の応力を有し
    ていることを特徴とする回路配線の製造方法。
  6. 【請求項6】 第1および第2の配線層の直上に第3の
    配線層をさらに備え、前記第3の配線層は、製造工程完
    了時において前記第1の配線層と同方向の応力を有して
    いることを特徴とする請求項4または5に記載の回路配
    線の製造方法。
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