JP3304754B2 - 集積回路の多段埋め込み配線構造 - Google Patents
集積回路の多段埋め込み配線構造Info
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の配線構
造、特に集積回路の多段埋め込み配線構造およびその製
造方法に関する。
造、特に集積回路の多段埋め込み配線構造およびその製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子の高集積度に伴い、基板上に
形成される金属配線も細線化されるが、細線化により金
属配線の断線等の発生率も上昇する。このため半導体基
板上に形成した絶縁層に配線金属を埋め込んで形成する
埋め込み配線構造が用いられている。かかる埋め込み配
線構造は、半導体チップの信頼性向上に寄与するととも
に、配線表面が平坦であるため、配線上に絶縁層を形成
し、更にその上に回路を形成する多層構造の作製にも適
している。
形成される金属配線も細線化されるが、細線化により金
属配線の断線等の発生率も上昇する。このため半導体基
板上に形成した絶縁層に配線金属を埋め込んで形成する
埋め込み配線構造が用いられている。かかる埋め込み配
線構造は、半導体チップの信頼性向上に寄与するととも
に、配線表面が平坦であるため、配線上に絶縁層を形成
し、更にその上に回路を形成する多層構造の作製にも適
している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記埋め込み配線を多
層配線に適用するためには、第1絶縁層に埋設した下層
埋め込み配線上に第2の絶縁層を形成し、該第2の絶縁
層にビアホールを形成し、更に該ビアホール内に導電性
接続材料を埋め込み、中間接続部を形成するとともに、
更に第3の絶縁層に上層埋め込み配線を形成し、上記導
電性接続材料により下層埋め込み配線と上層埋め込み配
線を接続する方法が提案される。かかる方法を実現する
ため、本発明者らは鋭意研究を行った。その結果、第1
に、上記中間接続部を形成するための、上記第2の絶縁
層へのビアホールの形成は、第2絶縁層のフォトリソグ
ラフィーを用いたパターニングにより行なう必要がある
が、第2の絶縁層下部に下層埋め込み配線のAl等の金
属表面が位置することになるので、かかるパターニング
時に露光光が金属表面でハレーションを起こし、ビアホ
ール形成部の形成精度が悪くなり、このことは、特に高
集積化され、下層配線の配線幅が狭い場合には接続不良
の原因にもなることがわかった。第2に、多段埋め込み
配線構造として、埋め込み配線材料Cuの使用が推奨さ
れる。即ち、上記配線材料としては従来Alが用いられ
てきたが、Alはエレクトロマイグレーションによる断
線が生じ易く、特に細線化された配線構造では低寿命化
の大きな原因となるのに対し、Cuは耐エレクトロマイ
グレーション性が高く、かつAlより低抵抗材料である
からである。しかしながら、多層埋め込み配線構造を製
造するに当たり、下層埋め込み配線上への絶縁層の形成
には、プラズマCVDによりSiO2等を堆積すること
により行われるのが良いが、かかるプラズマCVD時に
配線表面が高温の酸素雰囲気にさらされるため、特に配
線材料としてCuを用いた場合には、下層埋め込み配線
表面が酸化されやすく、配線の高抵抗化の原因ともなる
ことがわかった。更に、CuはAlに比較して拡散が起
き易いため、絶縁層中へのCuの拡散による絶縁性の低
下を防止する必要もあった。そこで、本発明は、埋め込
み配線構造を多層化構造に適用するに当たって障害とな
る上記問題点を解決し、高精度な配線構造の形成が可能
である、特に配線材料としてCuを用いた場合でも配線
抵抗が高抵抗化せず、また絶縁層の絶縁性の低下しない
集積回路の多段埋め込み配線構造およびその製造方法を
提供することを目的とする。
層配線に適用するためには、第1絶縁層に埋設した下層
埋め込み配線上に第2の絶縁層を形成し、該第2の絶縁
層にビアホールを形成し、更に該ビアホール内に導電性
接続材料を埋め込み、中間接続部を形成するとともに、
更に第3の絶縁層に上層埋め込み配線を形成し、上記導
電性接続材料により下層埋め込み配線と上層埋め込み配
線を接続する方法が提案される。かかる方法を実現する
ため、本発明者らは鋭意研究を行った。その結果、第1
に、上記中間接続部を形成するための、上記第2の絶縁
層へのビアホールの形成は、第2絶縁層のフォトリソグ
ラフィーを用いたパターニングにより行なう必要がある
が、第2の絶縁層下部に下層埋め込み配線のAl等の金
属表面が位置することになるので、かかるパターニング
時に露光光が金属表面でハレーションを起こし、ビアホ
ール形成部の形成精度が悪くなり、このことは、特に高
集積化され、下層配線の配線幅が狭い場合には接続不良
の原因にもなることがわかった。第2に、多段埋め込み
配線構造として、埋め込み配線材料Cuの使用が推奨さ
れる。即ち、上記配線材料としては従来Alが用いられ
てきたが、Alはエレクトロマイグレーションによる断
線が生じ易く、特に細線化された配線構造では低寿命化
の大きな原因となるのに対し、Cuは耐エレクトロマイ
グレーション性が高く、かつAlより低抵抗材料である
からである。しかしながら、多層埋め込み配線構造を製
造するに当たり、下層埋め込み配線上への絶縁層の形成
には、プラズマCVDによりSiO2等を堆積すること
により行われるのが良いが、かかるプラズマCVD時に
配線表面が高温の酸素雰囲気にさらされるため、特に配
線材料としてCuを用いた場合には、下層埋め込み配線
表面が酸化されやすく、配線の高抵抗化の原因ともなる
ことがわかった。更に、CuはAlに比較して拡散が起
き易いため、絶縁層中へのCuの拡散による絶縁性の低
下を防止する必要もあった。そこで、本発明は、埋め込
み配線構造を多層化構造に適用するに当たって障害とな
る上記問題点を解決し、高精度な配線構造の形成が可能
である、特に配線材料としてCuを用いた場合でも配線
抵抗が高抵抗化せず、また絶縁層の絶縁性の低下しない
集積回路の多段埋め込み配線構造およびその製造方法を
提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは鋭
意研究の結果、導電層上に第2の絶縁層のパターニング
時の露光光の反射を防止する機能を有する導電性被覆層
を形成することにより、導電層表面での露光光のハレー
ションを防止でき、かつ該導電性被覆層が導電層の酸化
防止機能、拡散防止機能を備えることにより上記目的を
達成できることを見出し、本発明を完成した。
意研究の結果、導電層上に第2の絶縁層のパターニング
時の露光光の反射を防止する機能を有する導電性被覆層
を形成することにより、導電層表面での露光光のハレー
ションを防止でき、かつ該導電性被覆層が導電層の酸化
防止機能、拡散防止機能を備えることにより上記目的を
達成できることを見出し、本発明を完成した。
【0005】即ち、本発明は、半導体基板上の第1の絶
縁層中に形成された第1の埋め込み配線用溝と、該第1
の埋め込み配線用溝に埋め込まれる第1の導電層および
該導電層と導通し、第2の絶縁層のパターニング時の露
光光の反射を防止する機能を有する導電性被覆層と、上
記第1の絶縁層および導電性被覆層上に形成され、該導
電性被覆層上にビアホールを有する第2の絶縁層と、該
ビアホール内に形成され、導電性被覆層と第2の導電層
とを接続する導電性接続部と、上記第2の絶縁層と導電
性接続部上に形成され、該導電性接続部上に第2の埋め
込み配線用溝を有する第3の絶縁層と、該第2の埋め込
み配線用溝に埋め込まれる第2の導電層とを有する集積
回路の多段埋め込み配線構造にある(図1)。かかる埋
め込み構造の配線では配線面を平坦にできるため、配線
を多層化することによっても表面の平坦性が保たれる。
従って、従来の埋め込み構造を取らない配線構造に比べ
て多層化が容易となり、3層以上の多段埋め込み配線も
可能となる。特に、第1の導電層上に、第2の絶縁層の
パターニング時の露光光の反射防止機能を有する導電性
被覆層を設けることが、第2の絶縁層中へのビアホール
形成時の露光光の反射(ハレーション)を防止でき、上
記導電性接続部を精度良く形成することができる点で好
ましい。
縁層中に形成された第1の埋め込み配線用溝と、該第1
の埋め込み配線用溝に埋め込まれる第1の導電層および
該導電層と導通し、第2の絶縁層のパターニング時の露
光光の反射を防止する機能を有する導電性被覆層と、上
記第1の絶縁層および導電性被覆層上に形成され、該導
電性被覆層上にビアホールを有する第2の絶縁層と、該
ビアホール内に形成され、導電性被覆層と第2の導電層
とを接続する導電性接続部と、上記第2の絶縁層と導電
性接続部上に形成され、該導電性接続部上に第2の埋め
込み配線用溝を有する第3の絶縁層と、該第2の埋め込
み配線用溝に埋め込まれる第2の導電層とを有する集積
回路の多段埋め込み配線構造にある(図1)。かかる埋
め込み構造の配線では配線面を平坦にできるため、配線
を多層化することによっても表面の平坦性が保たれる。
従って、従来の埋め込み構造を取らない配線構造に比べ
て多層化が容易となり、3層以上の多段埋め込み配線も
可能となる。特に、第1の導電層上に、第2の絶縁層の
パターニング時の露光光の反射防止機能を有する導電性
被覆層を設けることが、第2の絶縁層中へのビアホール
形成時の露光光の反射(ハレーション)を防止でき、上
記導電性接続部を精度良く形成することができる点で好
ましい。
【0006】また、第1の導電層材料にはCuまたはそ
の合金を用いることが好ましい。CuはAlに比較し
て、耐エレクトロマイグレーション性が高く、低抵抗で
あり、また上記導電性被覆層がCuの拡散防止機能を備
えることにより、上記第2の絶縁層中へのCuの拡散を
防止することができるからである。
の合金を用いることが好ましい。CuはAlに比較し
て、耐エレクトロマイグレーション性が高く、低抵抗で
あり、また上記導電性被覆層がCuの拡散防止機能を備
えることにより、上記第2の絶縁層中へのCuの拡散を
防止することができるからである。
【0007】特に、配線材料にCuを用いた場合、上記
第1および第2の埋め込み配線用溝の内壁部に拡散防止
層を設けることが、配線側部、底部における絶縁層中へ
の配線材料の拡散も防止することができる点で好まし
い。
第1および第2の埋め込み配線用溝の内壁部に拡散防止
層を設けることが、配線側部、底部における絶縁層中へ
の配線材料の拡散も防止することができる点で好まし
い。
【0008】また、上記第1の導電層の上面を粗面化す
ることは、第1の導電層と該導電層上に形成される導電
性被覆層との密着性を向上させることができ、特に、導
電性被覆層をCMPにより研磨する時の導電性被覆層の
剥離を防止することができる点で有利である。
ることは、第1の導電層と該導電層上に形成される導電
性被覆層との密着性を向上させることができ、特に、導
電性被覆層をCMPにより研磨する時の導電性被覆層の
剥離を防止することができる点で有利である。
【0009】また、上記導電性被覆層を第1の埋め込み
配線用溝側壁上部に侵入し、上記拡散防止膜上端と接続
して第1の導電層を包囲するように形成することが、第
1の導電層と導電性被覆層の接触面積を大きくし、導電
性被覆層の密着性の向上できる点で好ましい。
配線用溝側壁上部に侵入し、上記拡散防止膜上端と接続
して第1の導電層を包囲するように形成することが、第
1の導電層と導電性被覆層の接触面積を大きくし、導電
性被覆層の密着性の向上できる点で好ましい。
【0010】上記第1の導電層としては従来から用いら
れている配線材料であるAlまたはその合金であっても
よい。本構造を用いることにより、導電層材料にAlま
たはその合金を用いた多段埋め込み配線構造の作製にお
いても、Al等の表面における露光光のハレーションを
有効に防止することができるからである。
れている配線材料であるAlまたはその合金であっても
よい。本構造を用いることにより、導電層材料にAlま
たはその合金を用いた多段埋め込み配線構造の作製にお
いても、Al等の表面における露光光のハレーションを
有効に防止することができるからである。
【0011】上記導電性被覆層は、耐酸化性材料である
ことが好ましい。該導電性被覆層が耐酸化性材料である
ことにより、該導電性被覆層上にCVDによりSiO2
等の第2の絶縁層を形成する場合の第1の導電層の酸化
を有効に防止できるからである。
ことが好ましい。該導電性被覆層が耐酸化性材料である
ことにより、該導電性被覆層上にCVDによりSiO2
等の第2の絶縁層を形成する場合の第1の導電層の酸化
を有効に防止できるからである。
【0012】かかる導電性被覆層材料は、Ti、Ta、
Mo、Cr、Al、Wおよびこれらの合金またはその酸
化物、窒化物から選択されることが好ましい。
Mo、Cr、Al、Wおよびこれらの合金またはその酸
化物、窒化物から選択されることが好ましい。
【0013】また、本発明は上記第2の導電層上に更に
第2の導電性被覆層を有する集積回路の多段埋め込み配
線構造でもある。かかる第2の導電層上に第2の導電性
被覆層を有することにより、該第2の導電性被覆層上に
導電性接続部、第3の導電層を形成することが可能とな
り、集積回路の更なる多層化が可能となるからである。
従って、かかる工程を繰り返すことにより、3層以上の
多層構造の作製が可能となる。
第2の導電性被覆層を有する集積回路の多段埋め込み配
線構造でもある。かかる第2の導電層上に第2の導電性
被覆層を有することにより、該第2の導電性被覆層上に
導電性接続部、第3の導電層を形成することが可能とな
り、集積回路の更なる多層化が可能となるからである。
従って、かかる工程を繰り返すことにより、3層以上の
多層構造の作製が可能となる。
【0014】上記第1および第2の導電層にCuを用い
た場合、上記導電性被覆層はTiWNより、また上記導
電性接続部はWあるいはCuよりそれぞれ形成すること
が最も好ましい。
た場合、上記導電性被覆層はTiWNより、また上記導
電性接続部はWあるいはCuよりそれぞれ形成すること
が最も好ましい。
【0015】また、本発明は、半導体基板上の第1の絶
縁層中に第1の埋め込み配線用溝を形成する工程と、該
第1の埋め込み配線用溝に第1の導電層および該導電層
と導通し、第2の絶縁層のパターニング時の露光光の反
射を防止する機能を有する導電性被覆層とを順次埋め込
む工程とからなる第1埋め込み配線工程と、上記第1の
絶縁層および導電性被覆層上に第2の絶縁層を形成し、
該第2の絶縁層の上記導電性被覆層上にビアホールを形
成する工程と、該ビアホール内に上記導電性被覆層と導
通する導電性接続部を埋め込む工程とからなる第1中間
接続部形成工程と、上記第2の絶縁層と導電性接続部上
に第3の絶縁層を形成し、上記導電性接続部上に第2の
埋め込み配線用溝を形成する工程と、該第2の埋め込み
配線用溝に上記導電性接続部と導通した第2の導電層を
埋め込む工程とからなる第2埋め込み配線工程とを少な
くとも含むことを特徴とする集積回路の多段埋め込み配
線構造の製造方法でもある。
縁層中に第1の埋め込み配線用溝を形成する工程と、該
第1の埋め込み配線用溝に第1の導電層および該導電層
と導通し、第2の絶縁層のパターニング時の露光光の反
射を防止する機能を有する導電性被覆層とを順次埋め込
む工程とからなる第1埋め込み配線工程と、上記第1の
絶縁層および導電性被覆層上に第2の絶縁層を形成し、
該第2の絶縁層の上記導電性被覆層上にビアホールを形
成する工程と、該ビアホール内に上記導電性被覆層と導
通する導電性接続部を埋め込む工程とからなる第1中間
接続部形成工程と、上記第2の絶縁層と導電性接続部上
に第3の絶縁層を形成し、上記導電性接続部上に第2の
埋め込み配線用溝を形成する工程と、該第2の埋め込み
配線用溝に上記導電性接続部と導通した第2の導電層を
埋め込む工程とからなる第2埋め込み配線工程とを少な
くとも含むことを特徴とする集積回路の多段埋め込み配
線構造の製造方法でもある。
【0016】上記製造方法は、更に第1および第2の埋
め込み配線用溝の内壁部に拡散防止層を形成する工程を
含む集積回路の多段埋め込み配線構造の製造方法であっ
ても良い。
め込み配線用溝の内壁部に拡散防止層を形成する工程を
含む集積回路の多段埋め込み配線構造の製造方法であっ
ても良い。
【0017】上記第1の埋め込み配線用溝に第1の導電
層および導電性被覆層を順次形成する工程は、上記第1
の絶縁層上および第1の埋め込み配線用溝内に導電層材
料を堆積する工程と、CMP(化学的機械研摩)により
上記第1の埋め込み配線用溝内にのみ上記導電層材料が
残るように上面を平坦化する工程と、上記第1の埋め込
み配線用溝内の導電層材料の上部を除去することにより
上記第1の埋め込み配線用溝内にリセスを形成する工程
と、該リセスに導電性被覆層を埋め込む工程であること
が好ましい。かかるCMPを用いることにより、極めて
平坦性の良い導電層構造の形成が容易にできるからであ
る。
層および導電性被覆層を順次形成する工程は、上記第1
の絶縁層上および第1の埋め込み配線用溝内に導電層材
料を堆積する工程と、CMP(化学的機械研摩)により
上記第1の埋め込み配線用溝内にのみ上記導電層材料が
残るように上面を平坦化する工程と、上記第1の埋め込
み配線用溝内の導電層材料の上部を除去することにより
上記第1の埋め込み配線用溝内にリセスを形成する工程
と、該リセスに導電性被覆層を埋め込む工程であること
が好ましい。かかるCMPを用いることにより、極めて
平坦性の良い導電層構造の形成が容易にできるからであ
る。
【0018】また、上記リセスの形成工程は、CMPの
オーバーエッチング工程であることが好ましい。かかる
CMPのオーバーエッチング工程を用いて上記リセスを
形成することにより、導電層の研磨工程のみで同時にリ
セスの形成も可能となるからである。
オーバーエッチング工程であることが好ましい。かかる
CMPのオーバーエッチング工程を用いて上記リセスを
形成することにより、導電層の研磨工程のみで同時にリ
セスの形成も可能となるからである。
【0019】上記リセスの形成工程には、プロピオン
酸、酢酸、ピクリン酸、サリチル酸等の有機酸または該
有機酸と過酸化水素水との混合溶液をスラリーとして用
いたCMPのオーバーエッチング工程を用いることが良
い。容易にリセス構造の形成ができるからである。
酸、酢酸、ピクリン酸、サリチル酸等の有機酸または該
有機酸と過酸化水素水との混合溶液をスラリーとして用
いたCMPのオーバーエッチング工程を用いることが良
い。容易にリセス構造の形成ができるからである。
【0020】また、上記リセスの形成工程は、CMPを
行った後に導電層上部をウエットエッチングにより除去
することによっても可能であるが、エッチング後の導電
層表面の粗れ(表面モホロジーの悪化)を防止しつつ、
一定のエッチング速度を得るためには、エッチング溶液
のPH(水素イオン濃度)が2〜6.5あるいは7.5
〜12の範囲にあるエッチング溶液を用いることが好ま
しい(図3、4)。
行った後に導電層上部をウエットエッチングにより除去
することによっても可能であるが、エッチング後の導電
層表面の粗れ(表面モホロジーの悪化)を防止しつつ、
一定のエッチング速度を得るためには、エッチング溶液
のPH(水素イオン濃度)が2〜6.5あるいは7.5
〜12の範囲にあるエッチング溶液を用いることが好ま
しい(図3、4)。
【0021】また、上記リセスの深さは、即ちリセス形
成後に形成する導電性被覆層の厚さに相当するが、該導
電性被覆層が導電層の表面酸化防止機能をも備えるため
には10nm以上の厚さが必要であり(図5)、一方配
線間容量の増加による信号遅延を10%以内に押さえる
ためには100nm以下であることが好ましい(図
6)。
成後に形成する導電性被覆層の厚さに相当するが、該導
電性被覆層が導電層の表面酸化防止機能をも備えるため
には10nm以上の厚さが必要であり(図5)、一方配
線間容量の増加による信号遅延を10%以内に押さえる
ためには100nm以下であることが好ましい(図
6)。
【0022】また、導電層材料にCuを用いた場合、上
記リセス形成後のリセス底部に露出した第1の導電層表
面のモホロジーを15nm以上とすることが、Cuと導
電性被覆層TiWNの密着性の向上が可能となる点で好
ましい。
記リセス形成後のリセス底部に露出した第1の導電層表
面のモホロジーを15nm以上とすることが、Cuと導
電性被覆層TiWNの密着性の向上が可能となる点で好
ましい。
【0023】
実施の形態1.図1は、本発明の代表的な実施の形態で
あって、Cuを導電層に用いた集積回路の多段埋め込み
配線構造の完成図である。1は半導体基板、2は半導体
基板1上に形成された第1の絶縁層、12は第1の絶縁
層内に設けられた第1の埋め込み配線用溝、3は第1の
埋め込み配線用溝12内壁部に形成された拡散防止層、
4、6は第1の埋め込み配線用溝内の拡散防止層3上に
埋め込まれた第1の導電層および導電性被覆層、7は第
2の絶縁層、8は第2の絶縁層内に形成されたビアホー
ル、9は該ビアホール内に埋め込まれた導電性接続部、
10は第3の絶縁層を、13は第2の埋め込み配線用溝
を示す。図2は、本発明の集積回路の多段埋め込み配線
構造の製造工程を2段の積層構造に適用した例である。
即ち、半導体基板1上の第1の絶縁層2中に第1の埋め
込み配線用溝12を形成する工程と、該第1の埋め込み
配線用溝12に第1の導電層4および該導電層4と導通
し、第2の絶縁層7のパターニング時の露光光の反射を
防止する機能を有する導電性被覆層6とを順次埋め込む
工程とからなる第1埋め込み配線工程((a)〜
(e))と、上記第1の絶縁層2および導電性被覆層6
上に第2の絶縁層7を形成し、該第2の絶縁層7の上記
導電性被覆層6上にビアホール8を形成する工程と、該
ビアホール8内に上記導電性被覆層6と導通する導電性
接続部9を埋め込む工程とからなる第1中間接続部形成
工程((f)〜(i))と、上記第2の絶縁層7と導電
性接続部9上に第3の絶縁層10を形成し、上記導電性
接続部9上に第2の埋め込み配線用溝13を形成する工
程と、該第2の埋め込み配線用溝13に上記導電性接続
部9と導通した第2の導電層14を埋め込む工程とから
なる第2埋め込み配線工程((i)〜(k))とを少な
くとも含むことを特徴とする集積回路の多段埋め込み配
線構造の製造方法の製造工程図である。
あって、Cuを導電層に用いた集積回路の多段埋め込み
配線構造の完成図である。1は半導体基板、2は半導体
基板1上に形成された第1の絶縁層、12は第1の絶縁
層内に設けられた第1の埋め込み配線用溝、3は第1の
埋め込み配線用溝12内壁部に形成された拡散防止層、
4、6は第1の埋め込み配線用溝内の拡散防止層3上に
埋め込まれた第1の導電層および導電性被覆層、7は第
2の絶縁層、8は第2の絶縁層内に形成されたビアホー
ル、9は該ビアホール内に埋め込まれた導電性接続部、
10は第3の絶縁層を、13は第2の埋め込み配線用溝
を示す。図2は、本発明の集積回路の多段埋め込み配線
構造の製造工程を2段の積層構造に適用した例である。
即ち、半導体基板1上の第1の絶縁層2中に第1の埋め
込み配線用溝12を形成する工程と、該第1の埋め込み
配線用溝12に第1の導電層4および該導電層4と導通
し、第2の絶縁層7のパターニング時の露光光の反射を
防止する機能を有する導電性被覆層6とを順次埋め込む
工程とからなる第1埋め込み配線工程((a)〜
(e))と、上記第1の絶縁層2および導電性被覆層6
上に第2の絶縁層7を形成し、該第2の絶縁層7の上記
導電性被覆層6上にビアホール8を形成する工程と、該
ビアホール8内に上記導電性被覆層6と導通する導電性
接続部9を埋め込む工程とからなる第1中間接続部形成
工程((f)〜(i))と、上記第2の絶縁層7と導電
性接続部9上に第3の絶縁層10を形成し、上記導電性
接続部9上に第2の埋め込み配線用溝13を形成する工
程と、該第2の埋め込み配線用溝13に上記導電性接続
部9と導通した第2の導電層14を埋め込む工程とから
なる第2埋め込み配線工程((i)〜(k))とを少な
くとも含むことを特徴とする集積回路の多段埋め込み配
線構造の製造方法の製造工程図である。
【0024】具体的には、(a)はトレンチ形成工程で
あり、半導体基板1上に形成した第1の絶縁層2を形成
した後、該第1の絶縁層2内にドライエッチングにより
トレンチ(第1の埋め込み配線用溝12)を形成する工
程である。
あり、半導体基板1上に形成した第1の絶縁層2を形成
した後、該第1の絶縁層2内にドライエッチングにより
トレンチ(第1の埋め込み配線用溝12)を形成する工
程である。
【0025】(b)はTiN、Cu成膜工程であり第1
の絶縁層2上および第1の埋め込み配線用溝12内に拡
散防止層材料TiN、第1の導電層材料Cuを順次堆積
する工程である。
の絶縁層2上および第1の埋め込み配線用溝12内に拡
散防止層材料TiN、第1の導電層材料Cuを順次堆積
する工程である。
【0026】(c)はCMP工程であり、(b)工程で
形成したTiN、Cu層を化学的機械研磨(CMP)に
よって研磨、平坦化し、第1の埋め込む配線用溝12内
に拡散防止膜3、Cu導電層4を埋め込んだ構造を形成
するとともに、Cuをオーバーエッチングすることによ
り、リセス5を形成する工程である。かかるリセス構造
5は、CMPのスラリーに過酸化水素水を混合すること
によってCu導電層4上部をオーバーエッチングするこ
とにより形成することができる。
形成したTiN、Cu層を化学的機械研磨(CMP)に
よって研磨、平坦化し、第1の埋め込む配線用溝12内
に拡散防止膜3、Cu導電層4を埋め込んだ構造を形成
するとともに、Cuをオーバーエッチングすることによ
り、リセス5を形成する工程である。かかるリセス構造
5は、CMPのスラリーに過酸化水素水を混合すること
によってCu導電層4上部をオーバーエッチングするこ
とにより形成することができる。
【0027】上記リセス5の形成は、CMPによるオー
バーエッチングに代えて、TiN、Cu層をCMPによ
る研磨、平坦化した後、Arスパッタエッチングまたは
ウエットエッチングを用いて形成することもできる。か
かるArスパッタエッチングまたはウエットエッチング
を用いて形成する方法は、工程数が増えるが、発塵が少
なく、リセス底面のCu表面のスクラッチが軽減できる
点で有利である。図3は、酸性エッチャントによるウエ
ットエッチングによりリセス5を形成した場合の、酸性
エッチャントのPHとエッチング後の第1の導電層4の
表面モフォロジーおよび第1の導電層4のエッチング速
度の関係を示す図であり、エッチャントにはプロピオン
酸と過酸化水素水の混合溶液を使用した。図3から明ら
かなように、エッチャントのPHが2以下の場合、エッ
チング後の表面モフォロジーは非常に悪くなる。また、
PHが6.5以上になるとエッチング速度が極端に低下
する。従って、酸性エッチャントによるウエットエッチ
ングによってリセスを形成する場合、エッチャントのP
Hは2以上6.5以下であることが望ましい。尚、エッ
チャントに他の有機酸、強酸等を使用した場合でも同様
の効果が得られる。
バーエッチングに代えて、TiN、Cu層をCMPによ
る研磨、平坦化した後、Arスパッタエッチングまたは
ウエットエッチングを用いて形成することもできる。か
かるArスパッタエッチングまたはウエットエッチング
を用いて形成する方法は、工程数が増えるが、発塵が少
なく、リセス底面のCu表面のスクラッチが軽減できる
点で有利である。図3は、酸性エッチャントによるウエ
ットエッチングによりリセス5を形成した場合の、酸性
エッチャントのPHとエッチング後の第1の導電層4の
表面モフォロジーおよび第1の導電層4のエッチング速
度の関係を示す図であり、エッチャントにはプロピオン
酸と過酸化水素水の混合溶液を使用した。図3から明ら
かなように、エッチャントのPHが2以下の場合、エッ
チング後の表面モフォロジーは非常に悪くなる。また、
PHが6.5以上になるとエッチング速度が極端に低下
する。従って、酸性エッチャントによるウエットエッチ
ングによってリセスを形成する場合、エッチャントのP
Hは2以上6.5以下であることが望ましい。尚、エッ
チャントに他の有機酸、強酸等を使用した場合でも同様
の効果が得られる。
【0028】また、図4は、アルカリ性エッチャントに
よるウエットエッチングによりリセスを形成した場合
の、アルカリ性エッチャントのPHに対するエッチング
後の第1の導電層4の表面モフォロジーおよび第1の導
電層4のエッチング速度の関係を示した図であり、エッ
チャントには水酸化カリウム溶液を用いた。図4より、
アルカリ性エッチャントによるウエットエッチングによ
りリセスを形成する場合、エッチャントのPHは7.5
以上12以下であることが望ましい。尚、エッチャント
に他の塩基を使用した場合も同様の効果が得られる。
よるウエットエッチングによりリセスを形成した場合
の、アルカリ性エッチャントのPHに対するエッチング
後の第1の導電層4の表面モフォロジーおよび第1の導
電層4のエッチング速度の関係を示した図であり、エッ
チャントには水酸化カリウム溶液を用いた。図4より、
アルカリ性エッチャントによるウエットエッチングによ
りリセスを形成する場合、エッチャントのPHは7.5
以上12以下であることが望ましい。尚、エッチャント
に他の塩基を使用した場合も同様の効果が得られる。
【0029】(d)はTiWN成膜工程であり、第1の
絶縁層2上およびリセス5を埋め込むように、導電性被
覆層材料TiWNを堆積する工程である。
絶縁層2上およびリセス5を埋め込むように、導電性被
覆層材料TiWNを堆積する工程である。
【0030】(e)はCMP工程であり、工程(d)で
堆積したTiWNをCMPによって研磨、平坦化し、リ
セス5内埋め込まれた導電性被覆層6を形成する工程で
ある。
堆積したTiWNをCMPによって研磨、平坦化し、リ
セス5内埋め込まれた導電性被覆層6を形成する工程で
ある。
【0031】本CMP工程中においては、工程中の第1
の導電層4と導電性被覆層6の剥離を防止する必要があ
るが、密着力をテープテスト(TiWN層表面にテープ
を張って、剥がした場合にTiWN層が剥離するか否か
の試験)により評価したところ、第1の導電層4の表面
モフォロジーが12nm以下では剥離が生じたが、表面
モフォロジーが15nm以上のでは剥離が生じなかっ
た。従って、工程(c)におけるリセス形成後のリセス
底面の導電性被覆層6表面のモフォロジーは15nm以
上であることが、CMP中のTiMN層の剥離を防止で
きる点で好ましい。
の導電層4と導電性被覆層6の剥離を防止する必要があ
るが、密着力をテープテスト(TiWN層表面にテープ
を張って、剥がした場合にTiWN層が剥離するか否か
の試験)により評価したところ、第1の導電層4の表面
モフォロジーが12nm以下では剥離が生じたが、表面
モフォロジーが15nm以上のでは剥離が生じなかっ
た。従って、工程(c)におけるリセス形成後のリセス
底面の導電性被覆層6表面のモフォロジーは15nm以
上であることが、CMP中のTiMN層の剥離を防止で
きる点で好ましい。
【0032】図5は、工程(e)終了後に、大気中で4
50℃、30分間の熱処理を行った場合の熱処理前後の
リセス5の深さ即ち導電性被覆層6の厚さに対するCu
導電層3の抵抗値の変化の関係を示した図である。図5
から明らかなように、リセスの深さ即ち導電性被覆層6
の厚さが10nm以下では上記熱処理によって導電層4
抵抗値の変化が2以上となっている。これは導電性被覆
層6が10nm以下では、導電層4の酸化防止機能を果
たさず、導電層4が酸化されているためである。従っ
て、リセス5は10nm以上の深さで形成する必要があ
る。
50℃、30分間の熱処理を行った場合の熱処理前後の
リセス5の深さ即ち導電性被覆層6の厚さに対するCu
導電層3の抵抗値の変化の関係を示した図である。図5
から明らかなように、リセスの深さ即ち導電性被覆層6
の厚さが10nm以下では上記熱処理によって導電層4
抵抗値の変化が2以上となっている。これは導電性被覆
層6が10nm以下では、導電層4の酸化防止機能を果
たさず、導電層4が酸化されているためである。従っ
て、リセス5は10nm以上の深さで形成する必要があ
る。
【0033】図6に、工程(e)終了後の構造における
リセス5の深さに対する配線間の容量変化の関係を示
す。即ち、2本の配線が平行に配置されている場合(図
5は配線幅が1.2μm、配線間距離が2.4μm、配
線部分の厚さが0.5μmの場合)、リセス5の深さが
深くなるほど埋め込まれた配線部分(第1の導電層およ
び導電性被覆層)の厚さが増加するため、配線間に生じ
る容量が増加し、信号伝達速度の遅延につながる。図6
より、リセス5の深さ、即ち導電性被覆層6の厚さが増
加するのに比例して配線間容量が増加しており、このこ
とは、導電性被覆層6の厚さが増すほど、素子の信号伝
達速度の遅延が大きくなることを意味している。一般
に、配線部における信号伝達速度の遅延は、素子設計上
10%程度まで許容されるため、図6ではリセス5の深
さは100nm程度以下にすることが必要となる。
リセス5の深さに対する配線間の容量変化の関係を示
す。即ち、2本の配線が平行に配置されている場合(図
5は配線幅が1.2μm、配線間距離が2.4μm、配
線部分の厚さが0.5μmの場合)、リセス5の深さが
深くなるほど埋め込まれた配線部分(第1の導電層およ
び導電性被覆層)の厚さが増加するため、配線間に生じ
る容量が増加し、信号伝達速度の遅延につながる。図6
より、リセス5の深さ、即ち導電性被覆層6の厚さが増
加するのに比例して配線間容量が増加しており、このこ
とは、導電性被覆層6の厚さが増すほど、素子の信号伝
達速度の遅延が大きくなることを意味している。一般
に、配線部における信号伝達速度の遅延は、素子設計上
10%程度まで許容されるため、図6ではリセス5の深
さは100nm程度以下にすることが必要となる。
【0034】(f)はSiO2成膜工程であり、プラズ
マCVDにより第2の絶縁層7を形成する工程である。
本工程は高温プロセス(300〜400℃)であるた
め、絶縁層2および7中への第1の導電層4の材料Cu
の熱拡散を防止し、絶縁層2および7の絶縁性低下を防
止することが重要となる。本実施の形態では、第1の導
電層4の周囲はTiN拡散防止層3および導電性被覆層
6により囲まれているが、該拡散防止層3(厚さ30n
m)を有する場合と有しない場合について熱処理(45
0℃、30分間)後の絶縁層中へのCuの拡散を調べた
ところ、拡散防止層3を有する場合は3nmとほとんど
拡散が見られないのに対し、拡散防止層3を有しない場
合は20nmまで拡散が認められた。従って、特に第1
の導電層材料にCuを用いた場合には、熱酸化工程にお
いて拡散防止層3の形成が必要となる。尚、本実施の形
態では、TiWNからなる導電性被覆層6も同様の拡散
防止効果を有しているため、第2の絶縁層7中へのCu
の拡散も防止することができる。
マCVDにより第2の絶縁層7を形成する工程である。
本工程は高温プロセス(300〜400℃)であるた
め、絶縁層2および7中への第1の導電層4の材料Cu
の熱拡散を防止し、絶縁層2および7の絶縁性低下を防
止することが重要となる。本実施の形態では、第1の導
電層4の周囲はTiN拡散防止層3および導電性被覆層
6により囲まれているが、該拡散防止層3(厚さ30n
m)を有する場合と有しない場合について熱処理(45
0℃、30分間)後の絶縁層中へのCuの拡散を調べた
ところ、拡散防止層3を有する場合は3nmとほとんど
拡散が見られないのに対し、拡散防止層3を有しない場
合は20nmまで拡散が認められた。従って、特に第1
の導電層材料にCuを用いた場合には、熱酸化工程にお
いて拡散防止層3の形成が必要となる。尚、本実施の形
態では、TiWNからなる導電性被覆層6も同様の拡散
防止効果を有しているため、第2の絶縁層7中へのCu
の拡散も防止することができる。
【0035】(g)はレジストマスク(図示せず)を用
いて該第2の絶縁層7のパターニングを行い、ビアホー
ル8を開口する工程である。本実施の形態では、第1の
導電層4上の導電性被覆層6が反射防止機能を備え、第
2絶縁層7のパターニング時の露光光の反射(ハレーシ
ョン)を防止できるためかかる反射光によるオーバー露
光を防止し、正確なパターン精度でビアホール8を形成
することができる。上記導電性被覆層6は、Ti、T
a、Mo、Cr、Al、Wおよびこれらの合金またはそ
の酸化物、窒化物から選択されることが好ましい。
いて該第2の絶縁層7のパターニングを行い、ビアホー
ル8を開口する工程である。本実施の形態では、第1の
導電層4上の導電性被覆層6が反射防止機能を備え、第
2絶縁層7のパターニング時の露光光の反射(ハレーシ
ョン)を防止できるためかかる反射光によるオーバー露
光を防止し、正確なパターン精度でビアホール8を形成
することができる。上記導電性被覆層6は、Ti、T
a、Mo、Cr、Al、Wおよびこれらの合金またはそ
の酸化物、窒化物から選択されることが好ましい。
【0036】(h)は第2の絶縁層7上およびビアホー
ル8に埋め込むようにTiN層、W層を順次堆積する工
程である。
ル8に埋め込むようにTiN層、W層を順次堆積する工
程である。
【0037】(i)はTiN、W層のエッチバック工程
であり、TiN、W層を上部よりエッチバックすること
により、上記ビアホール8内に拡散防止膜3、導電性接
続部9が埋め込まれた構造を作製する工程である。
であり、TiN、W層を上部よりエッチバックすること
により、上記ビアホール8内に拡散防止膜3、導電性接
続部9が埋め込まれた構造を作製する工程である。
【0038】(j)は、工程(i)でエッチバックした
試料の表面にCVDによりSiO2からなる第3の絶縁
層10を形成する工程である。
試料の表面にCVDによりSiO2からなる第3の絶縁
層10を形成する工程である。
【0039】(k)は上記(a)〜(e)と同様の工程
を繰り返すことにより、第2の埋め込み配線用溝13内
に拡散防止膜3、Cuからなる第2の導電層14を形成
し、2層目の配線構造を形成する工程である。本実施の
形態では、第2の導電層材料にもCuを用いたが、かか
る第2の導電層12は、AlCuSi等他の導電層材料
によって形成しても構わない。また、導電性接続部9と
してWのかわりにCuを用いても構わない。尚、更に上
記工程を繰り返すことにより、3段以上の多段埋め込み
構造の作製が可能となる(図7)。
を繰り返すことにより、第2の埋め込み配線用溝13内
に拡散防止膜3、Cuからなる第2の導電層14を形成
し、2層目の配線構造を形成する工程である。本実施の
形態では、第2の導電層材料にもCuを用いたが、かか
る第2の導電層12は、AlCuSi等他の導電層材料
によって形成しても構わない。また、導電性接続部9と
してWのかわりにCuを用いても構わない。尚、更に上
記工程を繰り返すことにより、3段以上の多段埋め込み
構造の作製が可能となる(図7)。
【0040】実施の形態2.図8は、本発明の他の代表
的な実施の形態であって、Alを導電層に用いた集積回
路の多段埋め込み配線構造の完成図である。また、図9
は、本発明の集積回路の多段埋め込み配線構造の製造工
程をAlを導電層に用いた2段の積層構造に適用した例
である。図中、図1、2と同一符号は、同一または相当
箇所を示す。
的な実施の形態であって、Alを導電層に用いた集積回
路の多段埋め込み配線構造の完成図である。また、図9
は、本発明の集積回路の多段埋め込み配線構造の製造工
程をAlを導電層に用いた2段の積層構造に適用した例
である。図中、図1、2と同一符号は、同一または相当
箇所を示す。
【0041】AlはCuに比べて拡散係数が小さいた
め、Alを導電層材料に用いた場合は、高温プロセス
(図9(f)、(j))におけるAl導電層のSiO2
絶縁層2、7、10中への拡散は問題とならない。従っ
て、図8、9においては導電層材料にCuを用いた場合
に比べて、拡散防止層3、拡散防止層形成工程(図2
(b),(h),(k))が除かれており、これ以外の
構造及び製造工程はCuを導電層に用いた実施の形態1
(図1、2)と同様である。
め、Alを導電層材料に用いた場合は、高温プロセス
(図9(f)、(j))におけるAl導電層のSiO2
絶縁層2、7、10中への拡散は問題とならない。従っ
て、図8、9においては導電層材料にCuを用いた場合
に比べて、拡散防止層3、拡散防止層形成工程(図2
(b),(h),(k))が除かれており、これ以外の
構造及び製造工程はCuを導電層に用いた実施の形態1
(図1、2)と同様である。
【0042】実施の形態3.導電層材料にはこのほかA
lCuSiを用いることも可能である。この場合の配線
構造、製造工程は、原則として図1、2に示す実施の形
態1の場合と同様であるが、Cuの含有量が低くなり、
導電層材料の絶縁層中への拡散量がほとんど問題となら
ない程度にまで小さくなれば、適時拡散防止層3を設け
ない実施の形態2の構造、製造方法(図8、9)を採用
することが可能もある。
lCuSiを用いることも可能である。この場合の配線
構造、製造工程は、原則として図1、2に示す実施の形
態1の場合と同様であるが、Cuの含有量が低くなり、
導電層材料の絶縁層中への拡散量がほとんど問題となら
ない程度にまで小さくなれば、適時拡散防止層3を設け
ない実施の形態2の構造、製造方法(図8、9)を採用
することが可能もある。
【0043】尚、図2の(g)工程の第1の導電層4に
AlCuSiを用いた場合も、上記CuまたはAlを用
いた場合と同様に、フォトマスクを用いて第2の絶縁層
7のパターニングを行いビアホール8を形成する場合の
露光光のハレーションによるパターニング精度の低下を
防止する必要がある。かかるハレーション防止のために
工程(e)で反射防止層6が形成されるが、工程(g)
において、導電性被覆層6の有無によるビアホール8の
開口寸法の誤差を比較したところ、導電性被覆層6を有
する場合は寸法誤差が7.3%であるのに対し、導電性
被覆層6を有する場合は4.3%となり、上記反射防止
層6により寸法精度の誤差が大幅に改善されていること
がわかる。
AlCuSiを用いた場合も、上記CuまたはAlを用
いた場合と同様に、フォトマスクを用いて第2の絶縁層
7のパターニングを行いビアホール8を形成する場合の
露光光のハレーションによるパターニング精度の低下を
防止する必要がある。かかるハレーション防止のために
工程(e)で反射防止層6が形成されるが、工程(g)
において、導電性被覆層6の有無によるビアホール8の
開口寸法の誤差を比較したところ、導電性被覆層6を有
する場合は寸法誤差が7.3%であるのに対し、導電性
被覆層6を有する場合は4.3%となり、上記反射防止
層6により寸法精度の誤差が大幅に改善されていること
がわかる。
【0044】実施の形態4.図10は、図2の製造工程
の(c)工程後に第1導電層4の表面をエッチング等に
より粗面化し、その後工程(d),(e)により反射防
止層6を形成した後の断面構造であり、他の製造工程は
図2の場合と同様である。本実施の形態では、第1の導
電層4の表面が粗面化されているために、導電性被覆層
6との密着力が向上し、図2(e)に示すCMP研磨工
程においても導電性被覆層6の剥離が発生しにくくな
る。
の(c)工程後に第1導電層4の表面をエッチング等に
より粗面化し、その後工程(d),(e)により反射防
止層6を形成した後の断面構造であり、他の製造工程は
図2の場合と同様である。本実施の形態では、第1の導
電層4の表面が粗面化されているために、導電性被覆層
6との密着力が向上し、図2(e)に示すCMP研磨工
程においても導電性被覆層6の剥離が発生しにくくな
る。
【0045】実施の形態5.図11は、図2の製造工程
において、(c)工程後に選択的に拡散防止膜3の上端
をエッチングした後、(d),(e)の工程を行った場
合の工程(e)後の断面構造であり、他の製造工程は図
2の場合と同様である。本実施の形態では、第1の導電
層4の両側の拡散防止層3の上部が凹み、かかる部分に
も導電性被覆層6が埋め込まれているため、導電性被覆
層6との密着力が向上し、(e)工程でのCMP研磨時
において導電性被覆層6の剥離が発生しにくくなる。
において、(c)工程後に選択的に拡散防止膜3の上端
をエッチングした後、(d),(e)の工程を行った場
合の工程(e)後の断面構造であり、他の製造工程は図
2の場合と同様である。本実施の形態では、第1の導電
層4の両側の拡散防止層3の上部が凹み、かかる部分に
も導電性被覆層6が埋め込まれているため、導電性被覆
層6との密着力が向上し、(e)工程でのCMP研磨時
において導電性被覆層6の剥離が発生しにくくなる。
【0046】実施の形態6.図12は、図2の製造工程
において、(c)工程でリセス5を形成する時に、エッ
チング溶液を選択して同時に周囲の第1の絶縁層2上面
をエッチングすることにより、拡散防止層3上端部を第
1の絶縁層2の上端よりも高く形成した後に工程(d)
においてTiWNの成膜を行ったものであり、他の製造
工程は図2の場合と同様である。本実施の形態では、工
程(e)のCMP工程において、TiWNとともに拡散
防止層3の突出部も同時に研磨、除去し、最終的には工
程(e)に示す断面構造が得られる。本実施の形態で
は、側壁拡散防止層3上部の突起部があることにより、
工程(e)でのTiWNのCMP中に発生するゴミ等が
かかる突起にせきとめられ、導電性被覆層6上には来に
くいため、かかるごみによる導電性被覆層6表面のスク
ラッチ(CMP研磨中の傷)を低減することができる。
において、(c)工程でリセス5を形成する時に、エッ
チング溶液を選択して同時に周囲の第1の絶縁層2上面
をエッチングすることにより、拡散防止層3上端部を第
1の絶縁層2の上端よりも高く形成した後に工程(d)
においてTiWNの成膜を行ったものであり、他の製造
工程は図2の場合と同様である。本実施の形態では、工
程(e)のCMP工程において、TiWNとともに拡散
防止層3の突出部も同時に研磨、除去し、最終的には工
程(e)に示す断面構造が得られる。本実施の形態で
は、側壁拡散防止層3上部の突起部があることにより、
工程(e)でのTiWNのCMP中に発生するゴミ等が
かかる突起にせきとめられ、導電性被覆層6上には来に
くいため、かかるごみによる導電性被覆層6表面のスク
ラッチ(CMP研磨中の傷)を低減することができる。
【0047】実施の形態7.図13は、図2の製造工程
において、工程(b)のCuの成膜の途中にCuよりエ
ッチングされ易い材料を成膜し、即ち第1の絶縁層2上
にTiN、Cu、Cuよりエッチングされ易い材料、C
uの順に成膜した後に、工程(c)〜(e)を行った後
の断面構造であり、他の製造工程は図2の場合と同様で
ある。上記Cuよりエッチングされ易い材料は、工程
(c)のリセス形成時に第1の導電層4であるCuより
速くエッチングされるため、上面がCuより掘りこまれ
た中間層16を形成する。従って、工程(d),(e)
において導電性被覆層6を埋め込む場合、上記掘りこま
れた部分にも導電性被覆層6が埋め込まれることによ
り、第1の導電層4と導電性被覆層6との密着性が向上
し、(e)工程のCMP研磨時においても導電性被覆層
6の剥離を防止することができる。
において、工程(b)のCuの成膜の途中にCuよりエ
ッチングされ易い材料を成膜し、即ち第1の絶縁層2上
にTiN、Cu、Cuよりエッチングされ易い材料、C
uの順に成膜した後に、工程(c)〜(e)を行った後
の断面構造であり、他の製造工程は図2の場合と同様で
ある。上記Cuよりエッチングされ易い材料は、工程
(c)のリセス形成時に第1の導電層4であるCuより
速くエッチングされるため、上面がCuより掘りこまれ
た中間層16を形成する。従って、工程(d),(e)
において導電性被覆層6を埋め込む場合、上記掘りこま
れた部分にも導電性被覆層6が埋め込まれることによ
り、第1の導電層4と導電性被覆層6との密着性が向上
し、(e)工程のCMP研磨時においても導電性被覆層
6の剥離を防止することができる。
【0048】実施の形態8.図14は、図2の製造工程
において、工程(b)におけるCuの成膜時に、第1の
埋め込み配線用溝12の中央部において簾が残る状態で
Cuを成膜した後に、工程(c)〜(e)を行うことに
より、第1の導電層4の中央部の簾15中にも導電性被
覆層6材料が埋め込まれるように形成された(e)工程
後の断面構造であり、他の製造工程は図2の場合と同様
である。かかる構造では、第1の導電層4と導電性被覆
層6との密着性が向上し、(e)工程のCMP研磨時に
おいても導電性被覆層6の剥離を防止することができ
る。
において、工程(b)におけるCuの成膜時に、第1の
埋め込み配線用溝12の中央部において簾が残る状態で
Cuを成膜した後に、工程(c)〜(e)を行うことに
より、第1の導電層4の中央部の簾15中にも導電性被
覆層6材料が埋め込まれるように形成された(e)工程
後の断面構造であり、他の製造工程は図2の場合と同様
である。かかる構造では、第1の導電層4と導電性被覆
層6との密着性が向上し、(e)工程のCMP研磨時に
おいても導電性被覆層6の剥離を防止することができ
る。
【0049】
【発明の効果】本発明によれば、第1の導電層上に形成
された導電性被覆層が、下層埋め込み配線と上層埋め込
み配線の間の導電性接続部を埋め込むためのビアホール
形成時の露光光の反射を有効に防止し、高精度で該ビア
ホールおよび該ビアホールに埋め込まれた導電性接続部
を形成することが可能となり、かかる部分での接続抵抗
の増加や断線を防止でき、集積回路の歩留まりの向上を
図ることができる。
された導電性被覆層が、下層埋め込み配線と上層埋め込
み配線の間の導電性接続部を埋め込むためのビアホール
形成時の露光光の反射を有効に防止し、高精度で該ビア
ホールおよび該ビアホールに埋め込まれた導電性接続部
を形成することが可能となり、かかる部分での接続抵抗
の増加や断線を防止でき、集積回路の歩留まりの向上を
図ることができる。
【0050】また、上記埋め込み構造の配線材料として
酸化されやすいCuを用いる場合であっても、上記導電
性被覆層が同時に酸化防止機能を有しているため、Cu
の酸化による配線抵抗の増加が防止でき、高性能な集積
回路の作製が可能となる。
酸化されやすいCuを用いる場合であっても、上記導電
性被覆層が同時に酸化防止機能を有しているため、Cu
の酸化による配線抵抗の増加が防止でき、高性能な集積
回路の作製が可能となる。
【0051】更には、上記埋め込み構造の配線材料に拡
散係数の大きいCuを用いた場合であっても、上記導電
性被覆層が同時に拡散防止機能を有しているため、絶縁
層中へのCuの拡散を有効に防止でき、信頼性の高い集
積回路の作製が可能となる。
散係数の大きいCuを用いた場合であっても、上記導電
性被覆層が同時に拡散防止機能を有しているため、絶縁
層中へのCuの拡散を有効に防止でき、信頼性の高い集
積回路の作製が可能となる。
【図1】 本発明の第1の実施の形態にかかる集積回路
の多段埋め込み配線構造図である。
の多段埋め込み配線構造図である。
【図2】 本発明の第1の実施の形態にかかる集積回路
の多段埋め込み配線の製造工程図である。
の多段埋め込み配線の製造工程図である。
【図3】 本発明の第1の実施の形態の製造工程(c)
における、酸性エッチャントのPHと表面モホロジーの
関係である。
における、酸性エッチャントのPHと表面モホロジーの
関係である。
【図4】 本発明の第1の実施の形態の製造工程(c)
における、アルカリ性エッチャントのPHと表面モホロ
ジーの関係である。
における、アルカリ性エッチャントのPHと表面モホロ
ジーの関係である。
【図5】 本発明の第1の実施の形態の製造工程(e)
における、リセス深さと熱処理前後の第1の導電層の抵
抗値の変化の関係である。
における、リセス深さと熱処理前後の第1の導電層の抵
抗値の変化の関係である。
【図6】 本発明の第1の実施の形態の製造工程(e)
における、リセスの深さと配線間容量の関係である。
における、リセスの深さと配線間容量の関係である。
【図7】 本発明の第1の実施の形態を3層以上の積層
構造に適用した場合の多段埋め込み配線構造図である。
構造に適用した場合の多段埋め込み配線構造図である。
【図8】 本発明の第2の実施の形態にかかる集積回路
の多段埋め込み配線構造図である。
の多段埋め込み配線構造図である。
【図9】 本発明の第2の実施の形態にかかる集積回路
の多段埋め込み配線の製造工程図である。
の多段埋め込み配線の製造工程図である。
【図10】 本発明の第4の実施の形態の製造工程
(e)後の断面構造図である。
(e)後の断面構造図である。
【図11】 本発明の第5の実施の形態の製造工程
(e)後の断面構造図である。
(e)後の断面構造図である。
【図12】 本発明の第6の実施の形態の製造工程
(d)後の断面構造図である。
(d)後の断面構造図である。
【図13】 本発明の第7の実施の形態の製造工程
(e)後の断面構造図である。
(e)後の断面構造図である。
【図14】 本発明の第8の実施の形態の製造工程
(e)後の断面構造図である。
(e)後の断面構造図である。
1は半導体基板、2は第1の絶縁層、3は拡散防止層、
4は第1の導電層、5はリセス、6は導電性被覆層、7
は第2の絶縁層、8はビアホール、9は導電性接続部、
10は第3の絶縁層、11は第4の絶縁層、12は第1
の埋め込み配線用溝、13は第2の埋め込み配線用溝、
14は第2の導電層、15は簾、16は中間層である。
4は第1の導電層、5はリセス、6は導電性被覆層、7
は第2の絶縁層、8はビアホール、9は導電性接続部、
10は第3の絶縁層、11は第4の絶縁層、12は第1
の埋め込み配線用溝、13は第2の埋め込み配線用溝、
14は第2の導電層、15は簾、16は中間層である。
フロントページの続き (72)発明者 長谷川 万希子 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三菱電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−275612(JP,A) 特開 平7−307338(JP,A) 特開 平6−120219(JP,A) 特開 平8−83780(JP,A) 特開 平7−193034(JP,A) 特開 平8−222569(JP,A) 特開 平8−124926(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/304 H01L 21/3205 - 21/3213 H01L 21/768
Claims (7)
- 【請求項1】 半導体基板上の第1の絶縁層中に形成さ
れた第1の埋め込み配線用溝と、 該第1の埋め込み配線用溝に埋め込まれる第1の導電層
および該導電層と導通し、第2の絶縁層のパターニング
時の露光光の反射を防止する機能を有する導電性被覆層
と、 上記第1の絶縁層および導電性被覆層上に形成され、上
記第1の導電層上にビアホールを有する第2の絶縁層
と、 該ビアホール内に形成され、上記第1の導電層と接続す
る導電性接続部と、 上記第2の絶縁層と導電性接続部上に形成され、該導電
性接続部上に第2の埋め込み配線用溝を有する第3の絶
縁層と、 該第2の埋め込み配線用溝に埋め込まれ、上記導電性接
続部と導通する第2の導電層と、 上記第1および第2の埋め込み配線用溝の内壁部に形成
された拡散防止層とを含み、 上記導電性被覆層が、第1の埋め込み配線用溝の側壁上
部に侵入するように形成され、上記拡散防止層上端と接
続して、第1の導電層を包囲していることを特徴とする
集積回路の多段埋め込み配線構造。 - 【請求項2】 上記第1の導電層がCuまたはその合金
であり、上記導電性被覆層がCuの拡散防止機能を備え
ることを特徴とする請求項1に記載の集積回路の多段埋
め込み配線構造。 - 【請求項3】 上記第1の導電層がAlまたはその合金
であることを特徴とする請求項1に記載の集積回路の多
段埋め込み配線構造。 - 【請求項4】 上記導電性被覆層が耐酸化性材料である
ことを特徴とする請求項1に記載の集積回路の多段埋め
込み配線構造。 - 【請求項5】 上記導電性被覆層がTi、Ta、Mo、
Cr、Al、Wおよびこれらの合金またはその酸化物、
窒化物から選択されることを特徴とする請求項1に記載
の集積回路の多段埋め込み配線構造。 - 【請求項6】 上記第2の導電層上に更に第2の導電性
被覆層を有することを特徴とする請求項1に記載の集積
回路の多段埋め込み配線構造。 - 【請求項7】 上記第1および第2の導電層がCuから
なり、上記導電性被覆層がTiWNからなり、上記導電
性接続部がWあるいはCuからなることを特徴とする請
求項1に記載の集積回路の多段埋め込み配線構造。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP08950796A JP3304754B2 (ja) | 1996-04-11 | 1996-04-11 | 集積回路の多段埋め込み配線構造 |
TW085111316A TW337030B (en) | 1996-04-11 | 1996-09-16 | Multi-stage buried wiring structure and the manufacturing method for Ics |
US08/715,446 US5793112A (en) | 1996-04-11 | 1996-09-18 | Multilevel embedded wiring system |
KR1019960056028A KR100218869B1 (ko) | 1996-04-11 | 1996-11-21 | 다단 매립 배선구조 |
US09/078,510 US6184124B1 (en) | 1996-04-11 | 1998-05-14 | Method of making embedded wiring system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP08950796A JP3304754B2 (ja) | 1996-04-11 | 1996-04-11 | 集積回路の多段埋め込み配線構造 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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