JP2005311087A - Formation method of aluminum wiring - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the formation method of aluminum wiring which realizes formation of aluminum wirings, by filling in opening parts of different sizes, including a fine groove and hole at a normal pressure, and enables the fine groove and hole for wiring to be charged with aluminum by plating. <P>SOLUTION: In the formation method of aluminum wiring, an insulating layer with an opening is provided to a wiring substrate surface; a seed metal layer is deposited at the bottom and a sidewall surface inside the opening and in the surface of the insulating layer; the opening is charged with aluminum or aluminum alloy through plating; and a metal layer, containing aluminum or aluminum alloy other than the inside of the opening, is removed. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体集積回路装置に使用されるアルミニウム配線の形成方法に関し、特に低抵抗なアルミニウム配線の形成に有効な技術に関するものである。   The present invention relates to a method for forming an aluminum wiring used in a semiconductor integrated circuit device, and particularly to a technique effective for forming a low resistance aluminum wiring.

近年、半導体集積回路装置における配線の微細化に伴って、配線が100nm以下に微細化してきている。100nm以下の微細な配線においては、低抵抗化を実現するためにもアルミニウムを用いた配線が有効であることが知られている。   In recent years, with the miniaturization of wiring in a semiconductor integrated circuit device, the wiring has been miniaturized to 100 nm or less. For fine wiring of 100 nm or less, it is known that wiring using aluminum is effective in order to realize low resistance.

しかし、従来、アルミニウム配線の形成方法として用いられてきたアルミニウムをエッチングするプロセスでは微細化が困難なため、実用上の課題となっていた。この課題に対していくつかの改善策が提案されている。   However, the process of etching aluminum, which has been conventionally used as a method for forming aluminum wiring, has been a practical problem because it is difficult to reduce the size. Several improvements have been proposed for this issue.

特開平10−90039号公報では、高圧リフローによってデュアルダマシン構造の配線を形成する方法が開示されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-90039 discloses a method of forming a dual damascene wiring by high-pressure reflow.

特開平11−145143号公報では、化学気相成長法(Chemical Vapor Deposition:CVD)を用いてリフローにより配線を形成する方法が開示されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-145143 discloses a method of forming wirings by reflow using chemical vapor deposition (CVD).

特開平11−307477号公報では、めっき法により配線を形成する方法が開示されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-307477 discloses a method of forming a wiring by a plating method.

特開平10−090039号公報JP-A-10-090039 特開平11−145143号公報JP-A-11-145143 特開平11−307477号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-307477

従来、アルミニウムを用いて配線を形成する方法は種々検討されているが、それぞれ問題点を有する。   Conventionally, various methods for forming wiring using aluminum have been studied, but each has problems.

例えば、リフローで埋め込むものでは、配線幅の3倍以上の膜厚を必要とするため、余分なアルミニウムの成膜に時間がかかり、或いはCVD法を用いているものでは成膜速度が遅い。また、膜厚が薄い段階でリフローを行うものは、幅や深さの異なる配線を一度に埋め込むことができない。   For example, a film that is embedded by reflow requires a film thickness that is three times or more the wiring width, so that it takes a long time to form an extra aluminum film, or a film that uses a CVD method has a low film formation speed. In addition, in the case where reflow is performed at a stage where the film thickness is thin, wirings having different widths and depths cannot be embedded at a time.

CVD法やスパッタリング法などは、0.1Pa 以下の圧力の低い条件で成膜する装置から、リフローに用いる106Pa 程度の圧力の高い条件で成膜する装置へと、基板を移動する必要がある。 In the CVD method or the sputtering method, it is necessary to move the substrate from an apparatus for forming a film under a low pressure condition of 0.1 Pa or less to an apparatus for forming a film under a high pressure condition of about 10 6 Pa used for reflow. is there.

このため、めっき法によってアルミニウムを埋め込む方法が検討されているが、アルミニウムは非常に酸化され易いため、めっきを行うまでに表面が酸化して絶縁性の膜となり、均一にめっきを行うことが難しい。   For this reason, a method of embedding aluminum by a plating method has been studied. However, since aluminum is very easily oxidized, the surface is oxidized to form an insulating film before plating, and it is difficult to perform uniform plating. .

本発明は、常圧で微細な溝や孔を含む大きさの異なる開口部を埋め込んでアルミニウム配線を形成することを可能にする点にあり、配線用の微細な溝や孔に、めっきによりアルミニウムを充填できるアルミニウム配線の形成方法をするものである。   The present invention lies in that it is possible to form an aluminum wiring by embedding openings of different sizes including fine grooves and holes under normal pressure, and aluminum is formed by plating the fine grooves and holes for wiring. This is a method of forming an aluminum wiring that can be filled.

以下に、本発明の実施態様の代表的なものの概要を説明する。   Below, the outline | summary of the typical thing of the embodiment of this invention is demonstrated.

本発明のアルミニウム配線の形成方法は、配線基板表面に開口部を有する絶縁層を設け、開口部内の底部及び側壁表面並びに絶縁層の表面にシード金属層を堆積し、めっきにより開口部内をアルミニウム又はアルミニウム合金で充填し、開口部内以外のアルミニウム又はアルミニウム合金を含む金属層を除去することを特徴とする。   In the method for forming an aluminum wiring according to the present invention, an insulating layer having an opening is provided on the surface of the wiring substrate, a seed metal layer is deposited on the bottom and side wall surfaces and the surface of the insulating layer in the opening, and the inside of the opening is plated or plated by plating. Filling with an aluminum alloy and removing the metal layer containing aluminum or aluminum alloy other than in the opening.

また、開口部内の底部及び側壁表面並びに絶縁層の表面に接着層を堆積した後に、接着層の表面にシード金属層を堆積する工程を含むことが好ましい。   Further, it is preferable to include a step of depositing a seed metal layer on the surface of the adhesive layer after depositing the adhesive layer on the bottom and side wall surfaces in the opening and the surface of the insulating layer.

また、シード金属層の厚さが、5〜30nmであることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the thickness of a seed metal layer is 5-30 nm.

更に、本発明のアルミニウム配線の形成方法は、配線基板表面に開口部を有する絶縁層を設け、開口部内の底部及び側壁表面並びに絶縁層の表面にシード金属層を堆積し、シード層表面を真空中もしくは不活性雰囲気中に保持したままシード層をめっき液中に浸漬し、めっきにより開口部内をアルミニウム又はアルミニウム合金で充填し、開口部内以外のアルミニウム又はアルミニウム合金を含む金属層を除去することを特徴とする。   Furthermore, in the method for forming an aluminum wiring according to the present invention, an insulating layer having an opening is provided on the surface of the wiring substrate, a seed metal layer is deposited on the bottom and sidewall surfaces in the opening and the surface of the insulating layer, and the surface of the seed layer is vacuumed. The seed layer is immersed in a plating solution while being maintained in an inert atmosphere, and the inside of the opening is filled with aluminum or an aluminum alloy by plating, and the metal layer containing aluminum or aluminum alloy other than the inside of the opening is removed. Features.

また、シード層表面を真空中もしくは不活性雰囲気中に保持したままシード層をめっき液中に浸漬する場合、シード金属層の厚さは1〜30nmであることが好ましい。   When the seed layer is immersed in the plating solution while the surface of the seed layer is maintained in a vacuum or in an inert atmosphere, the thickness of the seed metal layer is preferably 1 to 30 nm.

ここで、開口部は、溝幅が10〜100nmまたは穴径が10〜100nmである。   Here, the opening has a groove width of 10 to 100 nm or a hole diameter of 10 to 100 nm.

半導体集積回路装置の製造方法としては、半導体基板上に複数の回路素子領域が形成された半導体ウエハの主表面の上部に開口部を有する絶縁層を設け、開口部内に前述のアルミニウム配線の形成方法を用いて半導体集積回路装置を製造することも可能である。   As a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, an insulating layer having an opening is provided on the main surface of a semiconductor wafer in which a plurality of circuit element regions are formed on a semiconductor substrate, and the above-described aluminum wiring formation method is provided in the opening It is also possible to manufacture a semiconductor integrated circuit device using

また、アルミニウム配線としては、配線基板と、配線基板の表面に開口部を有する絶縁層と、開口部内の底部及び側壁表面に堆積したシード金属層と、開口部内にめっきにより充填したアルミニウム又はアルミニウム合金とを有することを特徴とする。   The aluminum wiring includes a wiring board, an insulating layer having an opening on the surface of the wiring board, a seed metal layer deposited on the bottom and side wall surfaces in the opening, and aluminum or an aluminum alloy filled in the opening by plating. It is characterized by having.

更に、半導体集積回路装置としては、半導体基板と、半導体基板上に複数の回路素子領域が形成された半導体ウエハと、半導体ウエハの主表面の上部に形成された開口部を有する絶縁層と、開口部内の底部及び側壁表面に堆積したシード金属層と、開口部内にめっきにより充填したアルミニウム又はアルミニウム合金とを有することを特徴とする。   Furthermore, as a semiconductor integrated circuit device, a semiconductor substrate, a semiconductor wafer having a plurality of circuit element regions formed on the semiconductor substrate, an insulating layer having an opening formed on the main surface of the semiconductor wafer, and an opening It has a seed metal layer deposited on the bottom and side wall surfaces in the part, and aluminum or aluminum alloy filled in the opening by plating.

本発明によれば、常圧で微細な溝や孔を含む大きさの異なる開口部を埋め込んでアルミニウム配線を形成することを可能となる。   According to the present invention, it is possible to form an aluminum wiring by embedding openings of different sizes including fine grooves and holes under normal pressure.

本形態におけるアルミニウム配線の形成方法の特徴とするところは、適切な厚さのシード層を形成するか、またはシード層表面の酸化を防ぎ、配線基板表面に形成された微細な溝や孔等の開口部をめっき法によりアルミニウムで充填することである。   A feature of the method for forming an aluminum wiring in this embodiment is that a seed layer having an appropriate thickness is formed, or oxidation of the seed layer surface is prevented, and fine grooves and holes formed on the surface of the wiring substrate are formed. The opening is filled with aluminum by a plating method.

以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
〔基板の作成〕
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Creation of substrate]

(実施例1)
図1及び図2は、アルミニウム配線の形成手順を示すものである。
(Example 1)
1 and 2 show the procedure for forming the aluminum wiring.

図1(a)に示すように、φ300mmのシリコン基板1上に相補型金属酸化物半導体
(complimentary metal oxide semiconductor:CMOS) デバイスを形成し(図示は省略)、その上にプラズマCVD法によりシリコン酸化膜(SiO2 )の絶縁層2を500nm形成した。
As shown in FIG. 1A, a complementary metal oxide semiconductor is formed on a silicon substrate 1 having a diameter of 300 mm.
(Complimentary metal oxide semiconductor: CMOS) A device was formed (not shown), and an insulating layer 2 of a silicon oxide film (SiO 2 ) was formed thereon by a plasma CVD method to a thickness of 500 nm.

シリコン基板1上に形成される半導体素子は、CMOSデバイスに限定されず、バイポーラトランジスタ,抵抗,容量素子などとすることができる。   The semiconductor element formed on the silicon substrate 1 is not limited to a CMOS device, and may be a bipolar transistor, a resistor, a capacitor element, or the like.

また、絶縁層2としては、SiO2,SiOF,SiOC,ベンゾシクロブテン(BCB),メチルシロキサン(MSQ),ポリアリレンエーテル(PAE)及びこれらの誘導体を用いることができる。 Further, as the insulating layer 2, it can be used SiO 2, SiOF, SiOC, benzocyclobutene (BCB), a methylsiloxane (MSQ), polyarylene ether (PAE) and derivatives thereof.

図1(b)に示すように、シリコン酸化膜の絶縁層2に反応性イオンエッチング
(reactive ion etching:RIE)により半導体素子上への接続孔3を形成した。
As shown in FIG. 1B, a connection hole 3 to the semiconductor element was formed in the insulating layer 2 of the silicon oxide film by reactive ion etching (RIE).

図1(c)に示すように、接続孔3を、CVD法を用いて窒化チタン膜4を形成した後、タングステン5で埋め込み、接続孔3以外の窒化チタン膜およびタングステンを化学機械研磨法(chemical mechanical polishing:CMP)により除去した。   As shown in FIG. 1C, after forming the titanium nitride film 4 in the connection hole 3 by using the CVD method, the connection hole 3 is filled with tungsten 5, and the titanium nitride film and tungsten other than the connection hole 3 are subjected to chemical mechanical polishing ( It was removed by chemical mechanical polishing (CMP).

図1(d)に示すように、基板全面に絶縁層を300nmの厚さで形成した後、RIEにより幅50nm〜10000nmの配線溝6を形成した。   As shown in FIG. 1D, after forming an insulating layer with a thickness of 300 nm on the entire surface of the substrate, wiring trenches 6 having a width of 50 nm to 10,000 nm were formed by RIE.

図1(e)に示すように、CVD法により接着層7として窒化チタンを2nmの厚さで、シード層8としてアルミニウムを5nmの厚さで堆積させた。なお、これらの厚さは、配線溝6の内部側面に形成された膜の厚さを基準として判断する。   As shown in FIG. 1 (e), titanium nitride was deposited as the adhesive layer 7 to a thickness of 2 nm and aluminum was deposited as the seed layer 8 to a thickness of 5 nm by the CVD method. Note that these thicknesses are determined based on the thickness of the film formed on the inner side surface of the wiring groove 6.

接着層7としては、チタン,タンタル,タングステンなどの金属やその窒化物を用いることができる。また、これらの材料を積層した多層膜として用いることもできる。接着層7は、必ずしも必要ではないが、配線抵抗が問題にならない程度に堆積されていても良い。   As the adhesive layer 7, a metal such as titanium, tantalum, or tungsten or a nitride thereof can be used. Moreover, it can also be used as a multilayer film in which these materials are laminated. The adhesive layer 7 is not necessarily required, but may be deposited to such an extent that the wiring resistance does not become a problem.

基板は、シード層8の表面でのアルミニウム酸化膜の形成を防ぐため、CVDチャンバー内を真空にした後に、アルミニウムめっき装置中に移動した。CVDチャンバー内からめっき装置への移動の際は、窒素(N2 )またはアルゴン(Ar)等のような不活性雰囲気中にしても良い。 In order to prevent the formation of an aluminum oxide film on the surface of the seed layer 8, the substrate was moved into the aluminum plating apparatus after the inside of the CVD chamber was evacuated. When moving from the CVD chamber to the plating apparatus, an inert atmosphere such as nitrogen (N 2 ) or argon (Ar) may be used.

図2(f)に示すように、シード層8上にアルミニウムの電気めっきを行い、配線溝6をアルミニウム9で埋め込んだ。めっき液はアルミニウム源として2.0mol/dm-3の塩化アルミニウムを用い、電解液として脱水処理を行ったジクロロベンゼンを含むプロピレンカーボネートを用いた。めっきは20〜25℃の範囲で500nm行った。 As shown in FIG. 2 (f), aluminum electroplating was performed on the seed layer 8, and the wiring trench 6 was filled with aluminum 9. The plating solution used was 2.0 mol / dm -3 aluminum chloride as the aluminum source, and propylene carbonate containing dichlorobenzene subjected to dehydration treatment as the electrolytic solution. Plating was performed at 500 nm in the range of 20 to 25 ° C.

また、めっきの際に、アルミニウム塩と同じ電位もしくは貴な電位で反応し、めっき液中での拡散がアルミニウム塩よりも遅い物質を加えることが好ましい。このような物質を添加することで開口部の底部からのアルミニウムの成長が可能となり、ボイドやシーム等の間隙を有しない微細な配線形成を実現できる。   In addition, it is preferable to add a substance that reacts at the same potential or a noble potential as the aluminum salt during plating and has a slower diffusion in the plating solution than the aluminum salt. By adding such a substance, it is possible to grow aluminum from the bottom of the opening, and it is possible to realize fine wiring formation without gaps such as voids and seams.

めっき後の基板は、アルミニウムの再結晶を促進し、結晶粒径を大きくするために、水素(H2 )雰囲気中で時間を2〜120分間、基板温度を100〜500℃の範囲で熱処理を行った。 The substrate after plating is heat-treated in a hydrogen (H 2 ) atmosphere for a period of 2 to 120 minutes and a substrate temperature of 100 to 500 ° C. in order to promote recrystallization of aluminum and increase the crystal grain size. went.

水素(H2 )の還元性雰囲気に代えて、窒素(N2 )またはアルゴン(Ar)等のような不活性雰囲気または真空とすることもできる。 Instead of a reducing atmosphere of hydrogen (H 2 ), an inert atmosphere such as nitrogen (N 2 ) or argon (Ar) or a vacuum may be used.

図2(g)に示すように、CMP法を用いて、配線溝以外のアルミニウム(シード層を含む)及び接着層を除去した。   As shown in FIG. 2G, the aluminum (including the seed layer) and the adhesive layer other than the wiring trench were removed using the CMP method.

図2(h)に示すように、配線溝上にエッチストップ層として窒化シリコン(SiN)10を堆積した。エッチストップ層10としては、窒化シリコン膜に加えて、SiC,
SiCNなどを用いることができる。
As shown in FIG. 2H, silicon nitride (SiN) 10 was deposited as an etch stop layer on the wiring trench. As the etch stop layer 10, in addition to the silicon nitride film, SiC,
SiCN or the like can be used.

図2(i)に示すように、層間絶縁層11を堆積し、配線溝6に至る直径50nm〜
100nmの接続孔12(ビア)及び配線溝(ライン)13を形成した。
As shown in FIG. 2 (i), an interlayer insulating layer 11 is deposited and a diameter of 50 nm to reach the wiring trench 6.
A 100 nm connection hole 12 (via) and a wiring groove (line) 13 were formed.

図2(j)に示すように、これら接続孔12及び配線溝13は図1(e)〜図2(h)と同様の方法を用いてアルミニウムを埋め込んで配線とした。   As shown in FIG. 2 (j), these connection holes 12 and wiring grooves 13 were formed by embedding aluminum using the same method as in FIGS. 1 (e) to 2 (h).

(実施例2)
図3に示すように、接着層を成膜しないこと及びシード層の膜厚が10nmであること以外は、実施例1と同様の方法で基板を作成した。
(Example 2)
As shown in FIG. 3, a substrate was prepared in the same manner as in Example 1 except that no adhesive layer was formed and the thickness of the seed layer was 10 nm.

(実施例3)
シード層形成後からめっきまでの搬送雰囲気を真空中としたこと以外は、実施例1と同様の方法で基板を作成した。
(Example 3)
A substrate was prepared in the same manner as in Example 1 except that the atmosphere in which the seed layer was formed and then plated was in a vacuum.

(実施例4)
接着層を成膜しないこと及びシード層形成後からめっきまでの搬送雰囲気をアルゴン
(Ar)ガス雰囲気としたこと以外は、実施例1と同様の方法で基板を作成した。
Example 4
A substrate was prepared in the same manner as in Example 1 except that the adhesive layer was not formed and that the atmosphere for transporting the seed layer from formation to plating was an argon (Ar) gas atmosphere.

(実施例5)
シード層形成後からめっきまでの搬送雰囲気を真空中としたこと及びシード層の膜厚が1nmであること以外は、実施例1と同様の方法で基板を作成した。
(Example 5)
A substrate was prepared in the same manner as in Example 1 except that the atmosphere in which the seed layer was formed and then plated was in a vacuum, and that the film thickness of the seed layer was 1 nm.

(比較例1)
シード層の膜厚が1nmであること以外は、実施例1と同様の方法で基板を作成した。
(Comparative Example 1)
A substrate was prepared in the same manner as in Example 1 except that the seed layer had a thickness of 1 nm.

(比較例2)
接着層を成膜しないこと及びシード層の膜厚が1nmであること以外は、実施例1と同様の方法で基板を作成した。
(Comparative Example 2)
A substrate was prepared in the same manner as in Example 1 except that no adhesive layer was formed and the seed layer had a thickness of 1 nm.

(比較例3)
シード層の膜厚が40nmであること以外は、実施例1と同様の方法で基板を作成した。
(Comparative Example 3)
A substrate was prepared in the same manner as in Example 1 except that the seed layer had a thickness of 40 nm.

(比較例4)
シード層形成後からめっきまでの搬送雰囲気を真空中としたこと及びシード層の膜厚が40nmであること以外は、実施例1と同様の方法で基板を作成した。
(Comparative Example 4)
A substrate was prepared in the same manner as in Example 1 except that the atmosphere in which the seed layer was formed and then plated was in a vacuum, and the thickness of the seed layer was 40 nm.

〔基板の評価〕
以下、本形態の実施例にかかるアルミニウム配線の評価方法を説明する。
[Evaluation of substrate]
Hereinafter, the evaluation method of the aluminum wiring concerning the Example of this form is explained.

評価項目としては、アルミニウムを埋め込んだ後の孔中にボイドが存在する割合、アルミニウムめっき膜厚の基板の面内均一性についての2項目とした。   The evaluation items were two items regarding the ratio of voids present in the holes after the aluminum was buried and the in-plane uniformity of the aluminum plating film thickness.

ボイドが存在する割合については、めっき膜の断面をSEM(走査型電子顕微鏡)により観察した結果から評価した。めっき終了後の基板をFIB(Focused Ion Beam)により加工し、Φ100nmの1000個の孔について断面を観察し、それぞれボイドが発生している割合を調べ、アルミニウム配線中の埋め込みに関して評価した。   About the ratio in which a void exists, it evaluated from the result of having observed the cross section of the plating film with SEM (scanning electron microscope). The substrate after the completion of plating was processed by FIB (Focused Ion Beam), the cross section was observed for 1000 holes of Φ100 nm, the ratio of occurrence of voids was examined, and the embedding in the aluminum wiring was evaluated.

基板の面内均一性については、アルミニウムめっき後にめっき膜のシート抵抗を四短針抵抗測定し、面内49点の測定値から求め評価した。   The in-plane uniformity of the substrate was evaluated by measuring the sheet resistance of the plating film after aluminum plating by measuring the resistance of the four short needles and measuring 49 points in the plane.

Figure 2005311087
Figure 2005311087

これらの結果を表1にまとめて示す。   These results are summarized in Table 1.

実施例1,2では、シード層形成後からめっきまでの基板搬送雰囲気を大気中としたため、シード層のアルミニウムが酸化されて表面が絶縁性の酸化アルミニウムとなった。しかしながら、シード膜厚を5nmと適切にしたため、めっき中に酸化膜を還元でき、ボイドの発生割合が非常に低く、めっき膜厚の面内均一性も良好であった。   In Examples 1 and 2, since the atmosphere for transporting the substrate from the formation of the seed layer to the plating was in the air, the aluminum in the seed layer was oxidized to become an insulating aluminum oxide. However, since the seed film thickness was appropriately set to 5 nm, the oxide film could be reduced during plating, the void generation rate was very low, and the in-plane uniformity of the plating film thickness was good.

一方、比較例1,2では、シード層の膜厚が1nmと薄いため、シード層が全て酸化アルミニウムになってしまった。このため、比較例1では、めっきをするために抵抗の高い接着層を給電層とするので、均一なめっきができず多数のボイドが発生すると共に膜厚の面内均一性も低くなった。また、比較例2では、電流を流すことができないため全くめっきができなかった。   On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, since the seed layer was as thin as 1 nm, the seed layer was entirely made of aluminum oxide. For this reason, in Comparative Example 1, since the adhesive layer having high resistance is used as the power feeding layer in order to perform plating, uniform plating cannot be performed, a large number of voids are generated, and the in-plane uniformity of the film thickness is low. In Comparative Example 2, plating could not be performed at all because no current could flow.

比較例3では、シード層の膜厚が40nmと厚いため、シード層で孔がほとんど埋まってしまい、めっきによる埋め込みが困難になった。このため、ボイドの発生割合が高かった。   In Comparative Example 3, since the seed layer was as thick as 40 nm, the holes were almost filled with the seed layer, making it difficult to fill by plating. For this reason, the generation ratio of voids was high.

以上のことから、シード層の膜厚を5〜30nmとすることで、基板を大気中で搬送した際に生成した酸化膜をめっき中に還元でき、埋め込みへの悪影響がないため、ボイドがなく、めっき膜厚の面内均一性の良好なめっきができるという本形態の優位性が明らかとなった。   From the above, by setting the film thickness of the seed layer to 5 to 30 nm, the oxide film generated when the substrate is transported in the atmosphere can be reduced during plating, and there is no adverse effect on embedding, so there is no void. The advantage of this embodiment that plating with good in-plane uniformity of the plating film thickness can be performed has been clarified.

実施例4では、シード層形成後からめっきまでの基板搬送雰囲気を不活性なアルゴンガス雰囲気とすることで、シード層のアルミニウム表面の酸化を防止することができた。このため、めっきの際にボイドが全く観察されず、めっき膜厚の面内均一性も更に改善された。   In Example 4, it was possible to prevent oxidation of the aluminum surface of the seed layer by setting the atmosphere for transporting the substrate from the formation of the seed layer to plating to an inert argon gas atmosphere. For this reason, no void was observed during the plating, and the in-plane uniformity of the plating film thickness was further improved.

実施例5では、シード層の膜厚を1nmと薄くしたにもかかわらず、シード層形成後からめっきまでの基板搬送雰囲気を真空としたことでシード層表面が酸化されず、良好なめっきが可能であった。   In Example 5, although the thickness of the seed layer was reduced to 1 nm, the surface of the seed layer was not oxidized because the substrate transfer atmosphere from the formation of the seed layer to plating was evacuated, and good plating was possible. Met.

比較例4では、シード層の膜厚を40nmと厚くしたため、シード層で孔がほとんど埋まってしまいめっきによる埋め込みが困難になった。このため、ボイドの発生割合が高かった。   In Comparative Example 4, since the seed layer was thickened to 40 nm, the holes were almost filled with the seed layer, making it difficult to fill by plating. For this reason, the generation ratio of voids was high.

以上のことから、シード層形成後からめっきまでの基板搬送雰囲気を不活性なアルゴンガス雰囲気としシード層の膜厚を1〜30nmとすることで、シード層のアルミニウム表面の酸化を防止することができ、ボイドがなく、めっき膜厚の面内均一性の良好なめっきができるという本形態の優位性が明らかとなった。   From the above, it is possible to prevent oxidation of the aluminum surface of the seed layer by setting the substrate transport atmosphere from the formation of the seed layer to plating to an inert argon gas atmosphere and the seed layer thickness of 1 to 30 nm. The advantage of this embodiment that it was possible to perform plating with no voids and good in-plane uniformity of the plating film thickness was clarified.

従来、銅がアルミニウムに比較して低抵抗であること、アルミニウムをエッチングするプロセスでは微細化が困難であったこと、などの理由で、銅による配線が有効であると考えられていた。   Conventionally, it has been considered that copper wiring is effective because copper has a lower resistance than aluminum, and it has been difficult to reduce the size in the process of etching aluminum.

配線材料として銅を用いる場合には、ダマシンプロセスを用いる。ダマシンプロセスでは、絶縁層に溝,孔を形成し、そこに銅の拡散を防止するためのバリア層と電気めっきの給電層となる銅シード層を形成して、電気めっきにより銅を埋め込み、化学機械研磨により余分な銅を取り除いて配線を形成していた。   When copper is used as the wiring material, a damascene process is used. In the damascene process, grooves and holes are formed in the insulating layer, a barrier layer for preventing copper diffusion and a copper seed layer that serves as a power feeding layer for electroplating are formed. Wiring was formed by removing excess copper by mechanical polishing.

このダマシンプロセスには、配線用の溝と、配線と配線とを接続する層間接続用の孔とを異なる工程で埋め込むシングルダマシンプロセスと、配線用の溝と層間接続用の孔とを同時に埋め込むデュアルダマシンプロセスとがある。デュアルダマシンプロセスを用いることにより工程数の削減が可能となる。また、ダマシンプロセスによってより微細な銅配線形成が可能となり、銅配線が実用化されている。   In this damascene process, a single damascene process in which wiring grooves and holes for interlayer connection for connecting wires and wirings are embedded in different processes, and a dual in which wiring grooves and holes for interlayer connection are simultaneously embedded There is a damascene process. By using the dual damascene process, the number of steps can be reduced. Further, a finer copper wiring can be formed by the damascene process, and the copper wiring is put into practical use.

しかし、配線が100nmと微細化されつつある現状を考えると、銅配線を用いても抵抗が下げられないことが問題となってきた。つまり、銅配線を用いる時には銅の拡散を防止するために銅の周囲をバリア層で完全に覆う必要がある。銅は絶縁層中を拡散しやすく、素子部分に到達して素子の性能を低下させるためである。   However, considering the current situation in which wiring is being miniaturized to 100 nm, it has become a problem that resistance cannot be lowered even when copper wiring is used. That is, when copper wiring is used, it is necessary to completely cover the periphery of copper with a barrier layer in order to prevent copper diffusion. This is because copper easily diffuses in the insulating layer and reaches the element portion to deteriorate the performance of the element.

このバリア層として用いられるTa,Ti,Wやその窒化物などの材料は、抵抗が高く、配線抵抗を上昇させてしまう。また、銅の拡散を防止するためには、これらバリア層はある程度の膜厚が必要である。このため、配線材料として銅を用いてもバリア層の抵抗が高いために、配線全体としての抵抗が高くなってしまう。   Materials such as Ta, Ti, W and their nitrides used as this barrier layer have a high resistance and increase the wiring resistance. In order to prevent copper diffusion, these barrier layers need to have a certain thickness. For this reason, even if copper is used as a wiring material, the resistance of the barrier layer is high, so that the resistance of the entire wiring becomes high.

また、微細化が進むにつれて配線全体に占めるバリア層の割合が増加するために、抵抗上昇は微細な配線ほど問題となる。さらに、配線材料自身の比抵抗が増大してしまう問題が現れてくる。   Moreover, since the proportion of the barrier layer in the entire wiring increases as the miniaturization progresses, the resistance rise becomes more problematic as the wiring becomes finer. Furthermore, a problem appears that the specific resistance of the wiring material itself increases.

本形態の実施例によれば、こうした銅配線における技術課題をも解決することが可能となる。即ち、アルミニウムを用いた配線ではバリア層は必ずしも必要ではなく、バリア層による抵抗上昇は問題になりにくい。また、100nm以下のアルミニウム配線の抵抗は銅と同等とすることができる。   According to the embodiment of the present embodiment, it is possible to solve such technical problems in copper wiring. That is, the wiring using aluminum does not necessarily require a barrier layer, and the resistance increase due to the barrier layer is unlikely to be a problem. Moreover, the resistance of the aluminum wiring of 100 nm or less can be equivalent to copper.

したがって、アルミニウムの配線において、適切な厚さのシード層を形成することが必要であり、また、シード層表面の酸化を防いでアルミニウムめっきをするのが必要である。こうすることにより、絶縁層に形成した開口部内をアルミニウムで完全に充填することができる。   Therefore, it is necessary to form a seed layer having an appropriate thickness in the aluminum wiring, and it is necessary to prevent the oxidation of the surface of the seed layer and to perform aluminum plating. By doing so, the inside of the opening formed in the insulating layer can be completely filled with aluminum.

また、ボイドやシーム等の間隙を有しない微細な配線を形成可能なため、高密度な半導体集積回路装置の性能及びその製造歩留まりを向上することができる。   In addition, since a fine wiring having no gap such as a void or a seam can be formed, the performance of a high-density semiconductor integrated circuit device and its manufacturing yield can be improved.

アルミニウム配線の形成方法を示した前半部分の説明図。Explanatory drawing of the first half part which showed the formation method of aluminum wiring. アルミニウム配線の形成方法を示した後半部分の説明図。Explanatory drawing of the latter half part which showed the formation method of aluminum wiring. 接着層を付さないアルミニウム配線の形成方法の一部を示した説明図。Explanatory drawing which showed a part of formation method of the aluminum wiring which does not attach an adhesion layer.

符号の説明Explanation of symbols

1…シリコン基板、2…絶縁層、3,12…接続孔、4…窒化チタン膜、5…タングステン、6,13…配線溝、7…接着層、8…シード層、9…アルミニウム、10…エッチストップ層、11…層間絶縁層。

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate, 2 ... Insulating layer 3, 12 ... Connection hole, 4 ... Titanium nitride film, 5 ... Tungsten, 6, 13 ... Wiring groove, 7 ... Adhesive layer, 8 ... Seed layer, 9 ... Aluminum, 10 ... Etch stop layer, 11... Interlayer insulating layer.

Claims (10)

配線基板表面に開口部を有する絶縁層を設け、
前記開口部内の底部及び側壁表面並びに前記絶縁層の表面にシード金属層を堆積し、
めっきにより前記開口部内をアルミニウム又はアルミニウム合金で充填し、
前記開口部内以外のアルミニウム又はアルミニウム合金を含む金属層を除去することを特徴とするアルミニウム配線の形成方法。
An insulating layer having an opening is provided on the surface of the wiring board,
Depositing a seed metal layer on the bottom and sidewall surfaces in the opening and on the surface of the insulating layer;
Filling the opening with aluminum or aluminum alloy by plating,
A method for forming an aluminum wiring, comprising removing a metal layer containing aluminum or an aluminum alloy other than in the opening.
前記開口部内の底部及び側壁表面並びに前記絶縁層の表面に接着層を堆積した後に、前記接着層の表面に前記シード金属層を堆積する工程を含むことを特徴とする請求項1記載のアルミニウム配線の形成方法。   2. The aluminum wiring according to claim 1, further comprising a step of depositing the seed metal layer on the surface of the adhesive layer after depositing an adhesive layer on the bottom and sidewall surfaces in the opening and on the surface of the insulating layer. Forming method. 請求項1,2記載のアルミニウム配線の形成方法において、前記シード金属層の厚さが、5〜30nmであることを特徴とするアルミニウム配線の形成方法。   3. The method of forming an aluminum wiring according to claim 1, wherein the seed metal layer has a thickness of 5 to 30 nm. 配線基板表面に開口部を有する絶縁層を設け、
前記開口部内の底部及び側壁表面並びに前記絶縁層の表面にシード金属層を堆積し、
シード層表面を真空中もしくは不活性雰囲気中に保持したままシード層をめっき液中に浸漬し、めっきにより前記開口部内をアルミニウム又はアルミニウム合金で充填し、
前記開口部内以外のアルミニウム又はアルミニウム合金を含む金属層を除去することを特徴とするアルミニウム配線の形成方法。
An insulating layer having an opening is provided on the surface of the wiring board,
Depositing a seed metal layer on the bottom and sidewall surfaces in the opening and on the surface of the insulating layer;
The seed layer is immersed in a plating solution while maintaining the surface of the seed layer in a vacuum or in an inert atmosphere, and the opening is filled with aluminum or an aluminum alloy by plating,
A method for forming an aluminum wiring, comprising removing a metal layer containing aluminum or an aluminum alloy other than in the opening.
前記開口部内の底部及び側壁表面並びに前記絶縁層の表面に接着層を堆積した後に、前記接着層の表面に前記シード金属層を堆積する工程を含むことを特徴とする請求項4記載のアルミニウム配線の形成方法。   5. The aluminum wiring according to claim 4, further comprising a step of depositing the seed metal layer on the surface of the adhesive layer after depositing an adhesive layer on the bottom and side wall surfaces in the opening and the surface of the insulating layer. Forming method. 請求項4,5記載のアルミニウム配線の形成方法において、前記シード金属層の厚さが、1〜30nmであることを特徴とするアルミニウム配線の形成方法。   6. The method of forming an aluminum wiring according to claim 4, wherein the seed metal layer has a thickness of 1 to 30 nm. 請求項1〜6記載のアルミニウム配線の形成方法において、前記開口部が、溝幅が10〜100nmまたは穴径が10〜100nmであることを特徴とするアルミニウム配線の形成方法。   7. The method for forming an aluminum wiring according to claim 1, wherein the opening has a groove width of 10 to 100 nm or a hole diameter of 10 to 100 nm. 半導体基板上に複数の回路素子領域が形成された半導体ウエハの主表面の上部に開口部を有する絶縁層を設け、前記開口部内に請求項1〜7記載のアルミニウム配線の形成方法を用いて、半導体集積回路装置を製造することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。   An insulating layer having an opening is provided on an upper portion of a main surface of a semiconductor wafer having a plurality of circuit element regions formed on a semiconductor substrate, and the aluminum wiring forming method according to claim 1 is used in the opening. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising manufacturing a semiconductor integrated circuit device. 配線基板と、前記配線基板の表面に開口部を有する絶縁層と、前記開口部内の底部及び側壁表面に堆積したシード金属層と、前記開口部内にめっきにより充填したアルミニウム又はアルミニウム合金とを有することを特徴とするアルミニウム配線。   A wiring board; an insulating layer having an opening on the surface of the wiring board; a seed metal layer deposited on the bottom and side wall surfaces in the opening; and aluminum or an aluminum alloy filled in the opening by plating. Features aluminum wiring. 半導体基板と、前記半導体基板上に複数の回路素子領域が形成された半導体ウエハと、前記半導体ウエハの主表面の上部に形成された開口部を有する絶縁層と、前記開口部内の底部及び側壁表面に堆積したシード金属層と、前記開口部内にめっきにより充填したアルミニウム又はアルミニウム合金とを有することを特徴とする半導体集積回路装置。
A semiconductor substrate, a semiconductor wafer having a plurality of circuit element regions formed on the semiconductor substrate, an insulating layer having an opening formed on an upper portion of the main surface of the semiconductor wafer, and bottom and sidewall surfaces in the opening A semiconductor integrated circuit device comprising: a seed metal layer deposited on the substrate; and aluminum or an aluminum alloy filled in the opening by plating.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103196713A (en) * 2013-02-27 2013-07-10 上海华力微电子有限公司 Preparation method of analysis samples

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