JPH04245457A - レーザー平坦化の際の反射防止被膜としての高融点金属の使用による集積回路上の金属被覆層のステップ付着量を改善する方法 - Google Patents
レーザー平坦化の際の反射防止被膜としての高融点金属の使用による集積回路上の金属被覆層のステップ付着量を改善する方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
- H01L21/32115—Planarisation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
- H01L21/7684—Smoothing; Planarisation
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- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、集積回路の金属被覆に
関し、特に、集積回路上のミクロン又はサブミクロンの
大きさのコンタクトバイア（ｃｏｎｔａｃｔ ｖｉａｓ
）における低沸点金属被覆層のレーザー平坦化の改善に
関する。
関し、特に、集積回路上のミクロン又はサブミクロンの
大きさのコンタクトバイア（ｃｏｎｔａｃｔ ｖｉａｓ
）における低沸点金属被覆層のレーザー平坦化の改善に
関する。
【０００２】
【従来の技術】集積回路の製造において、使用する複数
の導電体及びそれらの外面の回りの接続パッドのエッチ
ングの前に行う金属被覆工程において、（通常、アルミ
ニウム及び／又は銅の合金のような低沸点金属の）導電
性金属膜は、接触接続しなければならないバイアホール
のような表面不連続の上部で不足している。
の導電体及びそれらの外面の回りの接続パッドのエッチ
ングの前に行う金属被覆工程において、（通常、アルミ
ニウム及び／又は銅の合金のような低沸点金属の）導電
性金属膜は、接触接続しなければならないバイアホール
のような表面不連続の上部で不足している。
【０００３】蒸着又はスパッターリングで一般的に付着
させた導電性金属膜のステップの付着量は、集積回路上
の成分の寸法が縮むにつれて、連続的に劣化する。かか
る付着量の不足は、付着した膜のホール又はステップの
側壁の”陰影効果”の結果である。
させた導電性金属膜のステップの付着量は、集積回路上
の成分の寸法が縮むにつれて、連続的に劣化する。かか
る付着量の不足は、付着した膜のホール又はステップの
側壁の”陰影効果”の結果である。
【０００４】上述のステップの付着量の問題は、タング
ステンの化学蒸着又は高温での金属付着及び／若しくは
陰極（ｂｉａｓ）スパッターリングのいずれかによって
解決可能であるが、ステップの付着量は幾つかの欠点を
犠牲にして改善される。タングステンの化学蒸着につい
ては、被膜の抵抗率はアルミニウム又はアルミニウム合
金のものより約３倍程高い。他方、高温及び／又は陰極
スパッターリングは、通常、電子移動抵抗が低く且つ転
位密度が高いなど被膜特性の劣化を招く。
ステンの化学蒸着又は高温での金属付着及び／若しくは
陰極（ｂｉａｓ）スパッターリングのいずれかによって
解決可能であるが、ステップの付着量は幾つかの欠点を
犠牲にして改善される。タングステンの化学蒸着につい
ては、被膜の抵抗率はアルミニウム又はアルミニウム合
金のものより約３倍程高い。他方、高温及び／又は陰極
スパッターリングは、通常、電子移動抵抗が低く且つ転
位密度が高いなど被膜特性の劣化を招く。
【０００５】低い沸点を有する金属薄膜を溶解し且つ平
坦化して高いアスペクト比のコンタクトバイアを充填す
るためにパルスレーザーを使用することは、現在一般に
行われている高密度回路の金属被覆化にとって非常に魅
力的な方法である。導電性表面の平坦化は、バイアが多
レベルの金属被覆化で鉛直に積み重ねられるときに特に
望ましい。レーザー平坦化は、標準的なプロセスの流れ
に１つの工程のみを追加する費用で導電性金属層を平坦
化し且つ中間レベルのコンタクトを充填するのに適した
、安い熱予算で済み単純で且つ効果的な技術である。
坦化して高いアスペクト比のコンタクトバイアを充填す
るためにパルスレーザーを使用することは、現在一般に
行われている高密度回路の金属被覆化にとって非常に魅
力的な方法である。導電性表面の平坦化は、バイアが多
レベルの金属被覆化で鉛直に積み重ねられるときに特に
望ましい。レーザー平坦化は、標準的なプロセスの流れ
に１つの工程のみを追加する費用で導電性金属層を平坦
化し且つ中間レベルのコンタクトを充填するのに適した
、安い熱予算で済み単純で且つ効果的な技術である。
【０００６】エクシマーレーザー平坦化は、吸収用金属
層を急速に溶解するために非常に短いレーザーパルスを
使用する。溶解する間、導電性金属の物質移動が生じて
、高い表面張力及び溶融金属の低い粘度を原因して、バ
イアに金属が流れ且つ表面を平らに至らしめる。
層を急速に溶解するために非常に短いレーザーパルスを
使用する。溶解する間、導電性金属の物質移動が生じて
、高い表面張力及び溶融金属の低い粘度を原因して、バ
イアに金属が流れ且つ表面を平らに至らしめる。
【０００７】最近、レーザー平坦化の技術は、ミクロン
又はサブミクロンの大きさの複数のコンタクト及びコン
タクトバイアにおけるアルミニウム合金被膜のステップ
の付着量を改善する見込みがあることを示している。し
かしながら、アルミニウムが高い反射能を有すること（
上から２００ｍｍの領域における波長の９３％）及び蒸
発温度が低いこと（２４６７℃）により、アルミニウム
合金が（１）レーザーエネルギーに使用効率が悪いこと
；（２）光学アブレーション限界（ｏｐｔｉｃａｌ ａ
ｂｌａｔｉｏｎ ｌｉｍｉｔ）が低いこと；更に（３）
アブレーション限界とバイア充填（ｖｉａ−ｆｉｌｌ）
限界との間のプロセスウインドー（ｐｒｏｃｅｓｓ ｗ
ｉｎｄｏｗ）が低いこと；などの欠点を有する。
又はサブミクロンの大きさの複数のコンタクト及びコン
タクトバイアにおけるアルミニウム合金被膜のステップ
の付着量を改善する見込みがあることを示している。し
かしながら、アルミニウムが高い反射能を有すること（
上から２００ｍｍの領域における波長の９３％）及び蒸
発温度が低いこと（２４６７℃）により、アルミニウム
合金が（１）レーザーエネルギーに使用効率が悪いこと
；（２）光学アブレーション限界（ｏｐｔｉｃａｌ ａ
ｂｌａｔｉｏｎ ｌｉｍｉｔ）が低いこと；更に（３）
アブレーション限界とバイア充填（ｖｉａ−ｆｉｌｌ）
限界との間のプロセスウインドー（ｐｒｏｃｅｓｓ ｗ
ｉｎｄｏｗ）が低いこと；などの欠点を有する。
【０００８】エクシマーレーザー照射を使用する平坦化
システムは、サブミクロンの直径の複数のパイアを充填
し且つ結果として得た表面を平坦化するのに特に有望で
あることを示す。レーザーエクシマーによるアルミニウ
ム合金の加熱において通常遭遇する表面反射能の減少は
、”アブレーション限界”又は導電性金属が沸騰し若し
くは蒸発する温度と；”バイア充填限界”又は導電性金
属の十分な流れが生じて回路の窪みを充填する温度と；
の間の”プロセスウインドー”を広げるときに既に報告
されている。
システムは、サブミクロンの直径の複数のパイアを充填
し且つ結果として得た表面を平坦化するのに特に有望で
あることを示す。レーザーエクシマーによるアルミニウ
ム合金の加熱において通常遭遇する表面反射能の減少は
、”アブレーション限界”又は導電性金属が沸騰し若し
くは蒸発する温度と；”バイア充填限界”又は導電性金
属の十分な流れが生じて回路の窪みを充填する温度と；
の間の”プロセスウインドー”を広げるときに既に報告
されている。
【０００９】銅の薄膜を使用して、導電性金属被膜のレ
ーザービームの初期光吸収率を増大させることによって
アルミニウム平坦化加工を促進することが提案されてい
る。しかしながら、このアプローチは、一般に認識され
ている銅の低い耐酸化性及びそのような銅被膜の続いて
のエッチングの困難性により失敗に終わった。
ーザービームの初期光吸収率を増大させることによって
アルミニウム平坦化加工を促進することが提案されてい
る。しかしながら、このアプローチは、一般に認識され
ている銅の低い耐酸化性及びそのような銅被膜の続いて
のエッチングの困難性により失敗に終わった。
【００１０】レーザー平坦化法用の反射防止被膜として
チタンを使用することが同様に提案されている。しかし
ながら、既報告の平坦化の改善は、高い抵抗率及び応力
を含む幾つかの欠点を犠牲にして達成した。レーザー平
坦化の際のこれらの材料の混合を原因とするＴｉ−Ａｌ
合金のより高い抵抗率は、主要な導電性媒体としてアル
ミニウム金属被覆化をしたことの、化学蒸着したタング
ステンを使用した別の金属被覆に対する有利性を減ずる
ことになる。更に、結果として得られたＴｉ−Ａｌ合金
のより高い応力により、接着、亀裂及び応力除去のよう
な信頼性についての心配が生ずる。それ故、チタンその
ものは、金属被覆手段におけるアルミニウム及びアルミ
ニウム合金用に望ましい反射防止被膜ではないことは先
行技術の研究者が結論を出している。
チタンを使用することが同様に提案されている。しかし
ながら、既報告の平坦化の改善は、高い抵抗率及び応力
を含む幾つかの欠点を犠牲にして達成した。レーザー平
坦化の際のこれらの材料の混合を原因とするＴｉ−Ａｌ
合金のより高い抵抗率は、主要な導電性媒体としてアル
ミニウム金属被覆化をしたことの、化学蒸着したタング
ステンを使用した別の金属被覆に対する有利性を減ずる
ことになる。更に、結果として得られたＴｉ−Ａｌ合金
のより高い応力により、接着、亀裂及び応力除去のよう
な信頼性についての心配が生ずる。それ故、チタンその
ものは、金属被覆手段におけるアルミニウム及びアルミ
ニウム合金用に望ましい反射防止被膜ではないことは先
行技術の研究者が結論を出している。
【００１１】現在報告されているレーザー平坦化のシス
テムの有する欠点にもかかわらず、プロセスウインドー
を広げる点における反射防止被膜の値は重要であり且つ
ステップ又はバイアを横切る導電性金属の層の厚さを増
大させるに有用であることが立証されている。
テムの有する欠点にもかかわらず、プロセスウインドー
を広げる点における反射防止被膜の値は重要であり且つ
ステップ又はバイアを横切る導電性金属の層の厚さを増
大させるに有用であることが立証されている。
【００１２】別の反射防止被膜の調査により、有用な被
膜としてタングステン又はタングステンとチタンとの合
金のような高い沸点の金属の付着層が現在同定されてい
る。選択した金属の層が、金属被覆に使用するアルミニ
ウム合金又は他の低沸点金属上の反射防止被膜として提
案されている。レーザー平坦化の前に金属製被膜を追加
することにより、レーザーをより効率的に使用でき、所
定の光学影響においてアルミニウム層のアブレーション
が少なくなり、且つ、プロセスウインドーが広がる。導
電性金属被膜上部におけるその適用は、レーザー平坦化
の際の反射防止被膜及び金属被覆層の混合をなくすか又
は最少にするように制御する。その後、反射防止被膜は
、エッチングにより実質的に除去して、更なる通常の加
工工程に金属被覆層を供することができる。
膜としてタングステン又はタングステンとチタンとの合
金のような高い沸点の金属の付着層が現在同定されてい
る。選択した金属の層が、金属被覆に使用するアルミニ
ウム合金又は他の低沸点金属上の反射防止被膜として提
案されている。レーザー平坦化の前に金属製被膜を追加
することにより、レーザーをより効率的に使用でき、所
定の光学影響においてアルミニウム層のアブレーション
が少なくなり、且つ、プロセスウインドーが広がる。導
電性金属被膜上部におけるその適用は、レーザー平坦化
の際の反射防止被膜及び金属被覆層の混合をなくすか又
は最少にするように制御する。その後、反射防止被膜は
、エッチングにより実質的に除去して、更なる通常の加
工工程に金属被覆層を供することができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、特に、マク
ロン又はサブミクロンの大きさ（１×１ミクロン又はそ
れ未満の領域）のコンタクトバイアを有する集積回路上
の金属被覆層のステップ付着量の改善に関する。
ロン又はサブミクロンの大きさ（１×１ミクロン又はそ
れ未満の領域）のコンタクトバイアを有する集積回路上
の金属被覆層のステップ付着量の改善に関する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】集積回路の金属被覆に使
用するアルミニウム合金皮膜を溶解して平坦化するため
のエキシマーレーザーの使用は、高密度集積回路の経済
的製造及びステップ付着量の両方の改善を可能とするも
のとして以前から認識されていた。しかしながら、この
技術には幾つかの固有な困難点がある。すなわち、（１
）金属被覆層として幅広く使用されているアルミニウム
及びアルミニウム合金は、上から約２００ｎｍまでの光
を非常に反射し、その結果として平坦化目的のためにア
ルミニウム被膜に向けられるレーザーのパワー効率を悪
くする；（２）アルミニウム及びアルミニウム合金の低
い吸光度により、周囲の領域より多く光を吸収するよう
な不規則性表面の地点で局部アブレーションを増大させ
る；（３）アルミニウム及びアルミニウム合金のレーザ
ー平坦化について±６−８％のプロセスウインドーは比
較的狭い；などのような欠点がある。
用するアルミニウム合金皮膜を溶解して平坦化するため
のエキシマーレーザーの使用は、高密度集積回路の経済
的製造及びステップ付着量の両方の改善を可能とするも
のとして以前から認識されていた。しかしながら、この
技術には幾つかの固有な困難点がある。すなわち、（１
）金属被覆層として幅広く使用されているアルミニウム
及びアルミニウム合金は、上から約２００ｎｍまでの光
を非常に反射し、その結果として平坦化目的のためにア
ルミニウム被膜に向けられるレーザーのパワー効率を悪
くする；（２）アルミニウム及びアルミニウム合金の低
い吸光度により、周囲の領域より多く光を吸収するよう
な不規則性表面の地点で局部アブレーションを増大させ
る；（３）アルミニウム及びアルミニウム合金のレーザ
ー平坦化について±６−８％のプロセスウインドーは比
較的狭い；などのような欠点がある。
【００１５】これらの問題を解決するために反射防止被
膜（ＡＲＣ）として銅及びチタンを使用した場合の報告
が公表されているが、これらの金属の選択が単にそれら
の反射特性によってなされたことは明らかである。本発
明は、これらの方法に対して被覆金属ばかりでなくその
電気的及び熱的特性並びに耐酸化性を考慮して改善して
いる。混合したＡＲＣの抵抗率は、効果的な電気導電体
として働きうる金属被覆層の基本的目的に有害なもので
あってはならない。下層の低い融点及び沸点の金属被覆
層に比べて比較的高い融点及び沸点の金属を選択するこ
とによって、２つの層の混合は最少となり又はなくなり
、それにより、金属被覆層の電気的及び物理的特性が実
質的に無傷で存続する。ＡＲＣの耐酸化性は、平坦化装
置から次の加工ステーションまで移動するときに被加工
ウエハーが空気に暴露されるために、特別重要である。 酸化ＡＲＣ表面は、その移動を必要とする次のエッチン
グ工程に有害である場合がある。
膜（ＡＲＣ）として銅及びチタンを使用した場合の報告
が公表されているが、これらの金属の選択が単にそれら
の反射特性によってなされたことは明らかである。本発
明は、これらの方法に対して被覆金属ばかりでなくその
電気的及び熱的特性並びに耐酸化性を考慮して改善して
いる。混合したＡＲＣの抵抗率は、効果的な電気導電体
として働きうる金属被覆層の基本的目的に有害なもので
あってはならない。下層の低い融点及び沸点の金属被覆
層に比べて比較的高い融点及び沸点の金属を選択するこ
とによって、２つの層の混合は最少となり又はなくなり
、それにより、金属被覆層の電気的及び物理的特性が実
質的に無傷で存続する。ＡＲＣの耐酸化性は、平坦化装
置から次の加工ステーションまで移動するときに被加工
ウエハーが空気に暴露されるために、特別重要である。 酸化ＡＲＣ表面は、その移動を必要とする次のエッチン
グ工程に有害である場合がある。
【００１６】本発明の方法は、図４に略述する。集積回
路を製造する標準的なプロセスの後に、金属被覆工程は
、まず、スパッターリング法で一般的なバリヤー金属を
付着させることを含む。その後に、アルミニウム合金又
は他の低い融点及び沸点の金属（例えば、銅又は銅合金
）の金属被覆層を、電気的に導電性金属に適切なスパッ
ターリング又は他の通常の付着方法で被覆用被膜に付着
させて、約３，０００Åから約１．５μｍまでの厚さの
金属被覆層を形成する。高い融点及び沸点の層を、金属
被覆層の上部に反射防止被膜として、ステップ付着量を
改善するところの窪み又はバイアを覆ったり又は重り合
ったりしないようにして次に付着させる。スパッターリ
ングにより付着した反射防止被膜は、金属被覆層の付着
の後のミクロン又はサブミクロンの大きさの複数のコン
タクトバイアと重ならないようにする。これは、平坦化
工程の際に金属被覆層に生ずる溶解した金属の物質移動
に起因して続いて起こる混合を妨げる。第２の付着工程
は、１，０００Åの厚さの反射防止被膜をスパッターリ
ングすることによって実施する。
路を製造する標準的なプロセスの後に、金属被覆工程は
、まず、スパッターリング法で一般的なバリヤー金属を
付着させることを含む。その後に、アルミニウム合金又
は他の低い融点及び沸点の金属（例えば、銅又は銅合金
）の金属被覆層を、電気的に導電性金属に適切なスパッ
ターリング又は他の通常の付着方法で被覆用被膜に付着
させて、約３，０００Åから約１．５μｍまでの厚さの
金属被覆層を形成する。高い融点及び沸点の層を、金属
被覆層の上部に反射防止被膜として、ステップ付着量を
改善するところの窪み又はバイアを覆ったり又は重り合
ったりしないようにして次に付着させる。スパッターリ
ングにより付着した反射防止被膜は、金属被覆層の付着
の後のミクロン又はサブミクロンの大きさの複数のコン
タクトバイアと重ならないようにする。これは、平坦化
工程の際に金属被覆層に生ずる溶解した金属の物質移動
に起因して続いて起こる混合を妨げる。第２の付着工程
は、１，０００Åの厚さの反射防止被膜をスパッターリ
ングすることによって実施する。
【００１７】バイア又はホールの被覆をする最終的な工
程は、レーザー平坦化である。これは、光のパルスの照
射をエクシメータレーザーからバイアの領域上まで向け
、反射防止被膜１４内のレーザービームを吸収すること
によって達成される。レーザー平坦化の際に、低い融点
及び沸点の金属被覆層は、溶解してバイア又は他の窪み
のオープンスペースに流れ込む可能性があるが、それを
被覆する高い融点及び沸点の金属の大部分又は全部は固
体状態で留まる。反射防止層は、その後、エッチング又
は他の適切な技術を使用して除去でき、その結果その後
の加工用に金属被覆層の平坦な外面を残すことができる
。
程は、レーザー平坦化である。これは、光のパルスの照
射をエクシメータレーザーからバイアの領域上まで向け
、反射防止被膜１４内のレーザービームを吸収すること
によって達成される。レーザー平坦化の際に、低い融点
及び沸点の金属被覆層は、溶解してバイア又は他の窪み
のオープンスペースに流れ込む可能性があるが、それを
被覆する高い融点及び沸点の金属の大部分又は全部は固
体状態で留まる。反射防止層は、その後、エッチング又
は他の適切な技術を使用して除去でき、その結果その後
の加工用に金属被覆層の平坦な外面を残すことができる
。
【００１８】反射防止被膜の反射能の値は、金属被覆層
の反射能の値より低くなければならない。反射防止被膜
は、金属被覆層の融点より十分に高い融点を更に有して
、２つの層の混合及びその結果としての金属被覆層の抵
抗率の増大がレーザー平坦化の際に発生しないようにし
なければならない。
の反射能の値より低くなければならない。反射防止被膜
は、金属被覆層の融点より十分に高い融点を更に有して
、２つの層の混合及びその結果としての金属被覆層の抵
抗率の増大がレーザー平坦化の際に発生しないようにし
なければならない。
【００１９】図１は、反射防止被膜の付着の後であって
平坦化の前の積層板を例証している。下層の基板は、符
号１０で指示する。覆い用の絶縁層１１は、（ここでは
示されていないが、）半導体の構成部品を覆っている。 層１１の内面及び基板１０の露出面は開いてバイアを形
成する。表面は、湿潤層及び拡散バリヤーの両方として
は働くＴｉ：Ｗのようなバリヤー金属１２で被覆する。
平坦化の前の積層板を例証している。下層の基板は、符
号１０で指示する。覆い用の絶縁層１１は、（ここでは
示されていないが、）半導体の構成部品を覆っている。 層１１の内面及び基板１０の露出面は開いてバイアを形
成する。表面は、湿潤層及び拡散バリヤーの両方として
は働くＴｉ：Ｗのようなバリヤー金属１２で被覆する。
【００２０】アルミニウム合金１３のような低い融点の
金属の金属被覆層はバイアを横切って拡がる。ミクロン
又はサブミクロンの大きさのバイアの側面及び底面に沿
ったアルミニウム合金の厚さは、ホールを被覆するとき
に生ずる陰影効果のために比較的薄いか或いは不連続で
ある。付着した反射防止被膜は１４で示す。それは、窪
んだコンタクト領域と重り合っていないことに着目され
たい。
金属の金属被覆層はバイアを横切って拡がる。ミクロン
又はサブミクロンの大きさのバイアの側面及び底面に沿
ったアルミニウム合金の厚さは、ホールを被覆するとき
に生ずる陰影効果のために比較的薄いか或いは不連続で
ある。付着した反射防止被膜は１４で示す。それは、窪
んだコンタクト領域と重り合っていないことに着目され
たい。
【００２１】図２に示したように、その後のレーザー平
坦化により、アルミニウム合金１３が開口したバイア又
はホールに流れ込む。最終的に、金属材料の外面はエッ
チングにより除去し、比較的平坦な外面の積層板が得ら
れる（図３）。
坦化により、アルミニウム合金１３が開口したバイア又
はホールに流れ込む。最終的に、金属材料の外面はエッ
チングにより除去し、比較的平坦な外面の積層板が得ら
れる（図３）。
【００２２】図１に示す構造物をレーザー照射すると金
属被覆層１３が溶解する。これは、反射防止被膜の反射
特性によって促進される。レーザーエネルギーの波長に
関して、反射防止被膜の特性は、レーザーエネルギーの
有益性の結果としての増大及びバイア充填限界の低下に
より平坦化プロセスウインドーを広げる。これは、導電
性金属層の大部分を覆う所定の金属層の反射特性に帰因
する。
属被覆層１３が溶解する。これは、反射防止被膜の反射
特性によって促進される。レーザーエネルギーの波長に
関して、反射防止被膜の特性は、レーザーエネルギーの
有益性の結果としての増大及びバイア充填限界の低下に
より平坦化プロセスウインドーを広げる。これは、導電
性金属層の大部分を覆う所定の金属層の反射特性に帰因
する。
【００２３】周囲が金属材料で被覆されるような領域を
慎重に制御することによって、２つの金属層は殆ど混合
しなくなる。これは、反射防止被膜のより高い抵抗率が
金属被覆層に後に形成される導電体にとって望ましくな
いために重要である。混合を更に最少にするためには、
低いエネルギーレーザーの照射を使用することが好適で
ある。工程の最終段階でエッチングにより除去可能な金
属材料の外層を残すからである。
慎重に制御することによって、２つの金属層は殆ど混合
しなくなる。これは、反射防止被膜のより高い抵抗率が
金属被覆層に後に形成される導電体にとって望ましくな
いために重要である。混合を更に最少にするためには、
低いエネルギーレーザーの照射を使用することが好適で
ある。工程の最終段階でエッチングにより除去可能な金
属材料の外層を残すからである。
【００２４】反射防止被膜として効果的に機能する被膜
用の主要な基準は、高い吸光度並びに高い融点及び沸点
を有することである。アルミニウム被膜のレーザー平坦
化用の反射防止被膜としてタングステン−チタン合金（
Ｔｉ−１０％、Ｗ−９０％）を使用して、試験を行った
。表１に示されるように、反射防止被膜材料の吸光度は
、アルミニウムよりかなり高い。加えて、選択した金属
のより高い融点及び沸点は、レーザーエネルギーに暴露
される際に反射防止被膜の団結性を保持するのに重要で
ある。レーザー平坦化の後の粒径及び抵抗率のようなア
ルミニウム被膜の特性は、被覆する反射防止被膜からの
原子の合金化及び拡散の程度によって定まる。それゆえ
、レーザービームへの暴露及び続く熱サイクルの間の反
射防止被膜の状態は、その有効性の観点から非常に重要
である。
用の主要な基準は、高い吸光度並びに高い融点及び沸点
を有することである。アルミニウム被膜のレーザー平坦
化用の反射防止被膜としてタングステン−チタン合金（
Ｔｉ−１０％、Ｗ−９０％）を使用して、試験を行った
。表１に示されるように、反射防止被膜材料の吸光度は
、アルミニウムよりかなり高い。加えて、選択した金属
のより高い融点及び沸点は、レーザーエネルギーに暴露
される際に反射防止被膜の団結性を保持するのに重要で
ある。レーザー平坦化の後の粒径及び抵抗率のようなア
ルミニウム被膜の特性は、被覆する反射防止被膜からの
原子の合金化及び拡散の程度によって定まる。それゆえ
、レーザービームへの暴露及び続く熱サイクルの間の反
射防止被膜の状態は、その有効性の観点から非常に重要
である。
【００２５】以下の表１は、種々の反射防止被膜及びア
ルミニウムの内部特性を示す（Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ
Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙから引
用）。
ルミニウムの内部特性を示す（Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ
Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙから引
用）。
【００２６】
【００２７】この研究で使用した基板は、１．０μｍの
厚さの燐酸硼素をドーピングしたシリコンガラス（ＢＰ
ＳＧ）の層で被覆し、その後に１×１μｍの複数のコン
タクトバイアをパターニングした、直径が１５０ｍｍの
ｐ型〈１００〉Ｓｉウエハーである。厚さが１００ｎｍ
と５０ｎｍのそれぞれの（ＴｉＷ及びＣＶＤタングステ
ン反射防止被膜用の）ＴｉＷ拡散バリヤー層、並びに８
００ｎｍの厚さのＡｌＳｉ（１％）Ｃｕ（０．５％）を
、その後に、スパッターリング法で付着させた。（タン
グステン被膜を除いて）反射防止被膜を、アルミニウム
合金付着の後に多室スパッターリングシステム（ｍｕｌ
ｔｉ−ｃｈａｍｂｅｒ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｓｙｓ
ｔｅｍ）で現場ですべて付着させた。 タングステンは、コールドウォールリアクターＣＶＤシ
ステム（ｃｏｌｄ ｗａｌｌ ｒｅａｃｔｏｒ ＣＶＤ
ｓｙｓｔｅｍ）で付着させた。使用した種々の反射防
止被膜の厚さは、ＣＶＤタングステンについては３０ｎ
ｍ、ＴｉＷについては３５ｎｍであった。
厚さの燐酸硼素をドーピングしたシリコンガラス（ＢＰ
ＳＧ）の層で被覆し、その後に１×１μｍの複数のコン
タクトバイアをパターニングした、直径が１５０ｍｍの
ｐ型〈１００〉Ｓｉウエハーである。厚さが１００ｎｍ
と５０ｎｍのそれぞれの（ＴｉＷ及びＣＶＤタングステ
ン反射防止被膜用の）ＴｉＷ拡散バリヤー層、並びに８
００ｎｍの厚さのＡｌＳｉ（１％）Ｃｕ（０．５％）を
、その後に、スパッターリング法で付着させた。（タン
グステン被膜を除いて）反射防止被膜を、アルミニウム
合金付着の後に多室スパッターリングシステム（ｍｕｌ
ｔｉ−ｃｈａｍｂｅｒ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｓｙｓ
ｔｅｍ）で現場ですべて付着させた。 タングステンは、コールドウォールリアクターＣＶＤシ
ステム（ｃｏｌｄ ｗａｌｌ ｒｅａｃｔｏｒ ＣＶＤ
ｓｙｓｔｅｍ）で付着させた。使用した種々の反射防
止被膜の厚さは、ＣＶＤタングステンについては３０ｎ
ｍ、ＴｉＷについては３５ｎｍであった。
【００２８】種々の反射防止被膜について得られたサン
ドイッチ構造の光の反射能のデータを表２に示す。反射
防止被膜を備えた試料は、裸アルミニウム被膜に比べて
比較的低い反射能を示した。これらの多層構造物を、そ
の後に、波長が３０８ｎｍのエキシメータパルスレーザ
ーに暴露した。種々の試験の際に使用したレーザーパル
スのエネルギーは約４７０−５００ｍＪであり、基板の
温度は３００℃に保持した。
ドイッチ構造の光の反射能のデータを表２に示す。反射
防止被膜を備えた試料は、裸アルミニウム被膜に比べて
比較的低い反射能を示した。これらの多層構造物を、そ
の後に、波長が３０８ｎｍのエキシメータパルスレーザ
ーに暴露した。種々の試験の際に使用したレーザーパル
スのエネルギーは約４７０−５００ｍＪであり、基板の
温度は３００℃に保持した。
【００２９】反射防止被膜を備えたものと備えないもの
に関してレーザー平坦化の前と後でのコンタクトバイア
の走査電子顕微鏡写真を、平坦化の後で精査した。裸ア
ルミニウム被膜の場合に、３００℃の基板温度のときは
、コンタクトの完全な充填はアブレーションの下の最大
光学効果である４．８Ｊ／ｃｍ２の光学効果のときでさ
えも認められなかった。しかしながら、ＴｉＷ反射防止
被膜の場合には、完全な充填が２．７Ｊ／ｃｍ２で認め
られた。
に関してレーザー平坦化の前と後でのコンタクトバイア
の走査電子顕微鏡写真を、平坦化の後で精査した。裸ア
ルミニウム被膜の場合に、３００℃の基板温度のときは
、コンタクトの完全な充填はアブレーションの下の最大
光学効果である４．８Ｊ／ｃｍ２の光学効果のときでさ
えも認められなかった。しかしながら、ＴｉＷ反射防止
被膜の場合には、完全な充填が２．７Ｊ／ｃｍ２で認め
られた。
【００３０】表２は、それぞれの反射防止被膜と裸アル
ミニウムに関して、３００℃の基板温度について完全な
充填に必要な最大光学効果及びアブレーションの開始（
ｏｎ−ｓｅｔ）の前の光学効果をリストしている。アル
ミニウムについてのデータは、４００℃の基板温度で調
べた。完全な充填が裸アルミニウムについては３００℃
で認められたからである。表２のプロセスウインドーの
値は、以下の式を使用して計算した。
ミニウムに関して、３００℃の基板温度について完全な
充填に必要な最大光学効果及びアブレーションの開始（
ｏｎ−ｓｅｔ）の前の光学効果をリストしている。アル
ミニウムについてのデータは、４００℃の基板温度で調
べた。完全な充填が裸アルミニウムについては３００℃
で認められたからである。表２のプロセスウインドーの
値は、以下の式を使用して計算した。
【００３１】
ここで、Ｆｆは、完全な充填に必要な最大光学効果であ
り、Ｆａは光学アブレーションの開始における光学効果
である。
り、Ｆａは光学アブレーションの開始における光学効果
である。
【００３２】コンタクトの充填に関する（アブレーショ
ンに対する完全なコンタクトの充填）プロセスウインド
ーを、種々のプロセス条件下で全ての反射防止被膜につ
いて定めた。プロセスウインドーは３００℃の基板温度
について計算した。しかしながら、反射防止被膜のない
場合には、プロセスウインドーは４００℃の基板温度に
ついて計算した。完全な充填は光学アブレーションの下
のレーザー作用では如何なるレーザー作用でも達成でき
なかったからである。表２の反射能の値は、珪素の反射
能に関係する測定結果である。
ンに対する完全なコンタクトの充填）プロセスウインド
ーを、種々のプロセス条件下で全ての反射防止被膜につ
いて定めた。プロセスウインドーは３００℃の基板温度
について計算した。しかしながら、反射防止被膜のない
場合には、プロセスウインドーは４００℃の基板温度に
ついて計算した。完全な充填は光学アブレーションの下
のレーザー作用では如何なるレーザー作用でも達成でき
なかったからである。表２の反射能の値は、珪素の反射
能に関係する測定結果である。
【００３３】表２は、反射防止被膜としてＣＶＤタング
ステン（３０ｎｍ）とＴｉＷ（３５ｎｍ）をそれぞれ備
えた、反射防止被膜／８００ｎｍアルミニウム／ＳｉＯ
２／Ｓｉ構造物の光学反射能を示す。
ステン（３０ｎｍ）とＴｉＷ（３５ｎｍ）をそれぞれ備
えた、反射防止被膜／８００ｎｍアルミニウム／ＳｉＯ
２／Ｓｉ構造物の光学反射能を示す。
【００３４】
【００３５】ここで、アルミニウムの基板温度は４００
℃である。
℃である。
【００３６】Ｆｆは、完全な充填に必要な最大光学効果
である。
である。
【００３７】Ｆａは、光学アブレーションの開始の光学
効果である。
効果である。
【００３８】表２に示されるように、両方の反射防止被
膜は、反射防止被膜を使用しないときに完全な充填に必
要とされる基板温度よりかなり低い基板温度でプロセス
ウインドーが改善したことを示した。最大の改善は、タ
ングステン反射防止被膜について認められた。これによ
り、結果として、タングステン反射防止被膜を備えたサ
ンドイッチ構造物が最低の光学反射能を示した。
膜は、反射防止被膜を使用しないときに完全な充填に必
要とされる基板温度よりかなり低い基板温度でプロセス
ウインドーが改善したことを示した。最大の改善は、タ
ングステン反射防止被膜について認められた。これによ
り、結果として、タングステン反射防止被膜を備えたサ
ンドイッチ構造物が最低の光学反射能を示した。
【００３９】加えて、コンタクトの充填割合を、断面の
顕微鏡写真から測定した全部の充填コンタクト領域の比
率から計算した。ＴｉＷ反射防止被膜は、タングステン
反射防止被膜に比べてかなり低い光学効果で完全な充填
を達成した。しかしながら、タングステン反射防止被膜
に比べると、光学アブレーションはより低い光学効果で
同様に生じ、結果としてＴｉＷ合金については小さいプ
ロセスウインドーを得た。しかしながら、反射防止被膜
がない場合については、４．９Ｊ／ｃｍ２で認められた
最大充填が４０％未満であった。
顕微鏡写真から測定した全部の充填コンタクト領域の比
率から計算した。ＴｉＷ反射防止被膜は、タングステン
反射防止被膜に比べてかなり低い光学効果で完全な充填
を達成した。しかしながら、タングステン反射防止被膜
に比べると、光学アブレーションはより低い光学効果で
同様に生じ、結果としてＴｉＷ合金については小さいプ
ロセスウインドーを得た。しかしながら、反射防止被膜
がない場合については、４．９Ｊ／ｃｍ２で認められた
最大充填が４０％未満であった。
【００４０】レーザー平坦化の後のアルミニウム合金被
膜の表面形態は、相互連結ラインの次のパターニングの
ために重要な密接関係を有している。０．９μｍの深い
コンタクトホールのアレイ（ａｒｒｙ）上に付着したＴ
ｉＷ／Ａｌ合金被膜の光学顕微鏡写真を、レーザー平坦
化の前と後の両方で検討した。０．９７Ｊ／ｃｍ２の相
対的に低い光学効果については、表面にしわが寄った。 これは多分反射防止被膜の下のアルミニウム被膜の溶解
によるものであろう。一方、ＴｉＷ皮膜は固体状態で留
まっていた。レーザーへの暴露の際の温度の増大による
ＴｉＷ被膜の可塑性の増大により、亀裂の発生が阻止さ
れる。このレーザー効果では、非常に少ないコンタクト
の充填が観察された。より高いレーザー効果では、Ｔｉ
Ｗとアルミニウムとの合金化及び／又はレーザー平坦化
の際のＴｉＷ被膜の溶解により、しわが観察されなかっ
た。
膜の表面形態は、相互連結ラインの次のパターニングの
ために重要な密接関係を有している。０．９μｍの深い
コンタクトホールのアレイ（ａｒｒｙ）上に付着したＴ
ｉＷ／Ａｌ合金被膜の光学顕微鏡写真を、レーザー平坦
化の前と後の両方で検討した。０．９７Ｊ／ｃｍ２の相
対的に低い光学効果については、表面にしわが寄った。 これは多分反射防止被膜の下のアルミニウム被膜の溶解
によるものであろう。一方、ＴｉＷ皮膜は固体状態で留
まっていた。レーザーへの暴露の際の温度の増大による
ＴｉＷ被膜の可塑性の増大により、亀裂の発生が阻止さ
れる。このレーザー効果では、非常に少ないコンタクト
の充填が観察された。より高いレーザー効果では、Ｔｉ
Ｗとアルミニウムとの合金化及び／又はレーザー平坦化
の際のＴｉＷ被膜の溶解により、しわが観察されなかっ
た。
【００４１】被膜上の予備的な電気的データは、タング
ステン又はＴｉＷ合金を反射防止被膜として使用したと
きには、レーザー平坦化後のアルミニウム被膜の抵抗率
はそれほど増大しなかったことを示した。
ステン又はＴｉＷ合金を反射防止被膜として使用したと
きには、レーザー平坦化後のアルミニウム被膜の抵抗率
はそれほど増大しなかったことを示した。
【００４２】反射防止被膜の使用により、一般に、完全
な充填更には光学アブレーションの開始に必要な光学効
果が低められた。データに使用した反射防止被膜は、プ
ロセスウインドーの１１から１６％程度の増大をもたら
した。プロセスウインドーの増大は、種々の反射防止被
膜の光学反射特性に密接に関係する。ＣＶＤタングステ
ン反射防止被膜は、プロセスウインドーを最大に増大さ
せたという観点から最良の結果をもたらした。これは、
タングステンのより低い光学反射能及びより高い融点に
よる。
な充填更には光学アブレーションの開始に必要な光学効
果が低められた。データに使用した反射防止被膜は、プ
ロセスウインドーの１１から１６％程度の増大をもたら
した。プロセスウインドーの増大は、種々の反射防止被
膜の光学反射特性に密接に関係する。ＣＶＤタングステ
ン反射防止被膜は、プロセスウインドーを最大に増大さ
せたという観点から最良の結果をもたらした。これは、
タングステンのより低い光学反射能及びより高い融点に
よる。
【図１】初期金属被覆膜を示す概略的断面図である。
【図２】レーザー平坦化後の膜の概略図である。
【図３】ＡＲＣのエッチング後の膜の概略図である。
【図４】本発明の方法で実施する工程の流れ図である。
１０ 基板
１１ 絶縁層
１２ バリヤー層
１３ 低融点の金属被覆層
１４ 反射防止被膜
Claims (10)
- 【請求項１】 ミクロン又はサブミクロンの大きさの
コンタクトバイア（単数又は複数）を有する集積回路上
の金属被覆層のステップ付着量を改善する方法であって
：低融点及び低沸点を有する導電性の金属の金属被覆層
を付着させ；反射防止被膜を金属被覆層上に付着させ、
該反射防止被膜は金属被覆層の反射能の値より低い反射
能の値を有し、且つ、金属被覆層より十分に高い融点及
び沸点を更に有して２つの層の混合及び結果としての金
属被覆層の抵抗率の増大がレーザー平坦化の際に生じ得
ないものであり；そして、得られた積層板をレーザー平
坦化に供して、金属被覆層を溶解し且つそれが複数のコ
ンタクトバイアに流れ込むが反射防止被膜を溶解しない
ようにする；前記方法。 - 【請求項２】 反射防止被膜はタングステンを使用す
る、請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 反射防止被膜はタングステン合金を使
用する、請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 反射防止被膜はタングステン及びタン
グステン合金を使用する、請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】 金属被覆層はアルミニウム合金を含む
、請求項１に記載の方法。 - 【請求項６】 レーザー平坦化工程の後に残っている
反射防止被膜を除去する工程を更に含む、請求項１に記
載の方法。 - 【請求項７】 反射防止被膜を付着する工程が、金属
被覆層上のうちミクロン又はサブミクロンの大きさのコ
ンタクトバイアの外側の集積回路の領域の周囲のみに配
置し、それにより、レーザー平坦化の際の金属被覆層と
反射防止被膜との混合がその後に最少にしか起こらない
ようにすることを伴う、請求項１に記載の方法。 - 【請求項８】 第１付着工程で約３，０００Åから１
．５ミクロンまでの間の厚さの金属被覆層を形成し；第
２付着工程で１，０００Å未満の厚さの反射防止被膜を
スパッターリングして実施し、その際、スパッターリン
グした反射防止被膜は金属被覆層の付着の後にミクロン
又はサブミクロンの大きさのコンタクトバイアと重なら
ないようにする；請求項１に記載の方法。 - 【請求項９】 そのアブレーション限界を低めること
なく金属被覆層のバイア充填限界を低めることにより、
平坦化プロセスウインドーを広くするような物理的特性
を有する反射防止被膜を選択することを含む、請求項１
に記載の方法。 - 【請求項１０】 バイア充填限界の低下は反射防止被
膜の反射特性、更には、熱伝導率及び比熱の組み合わせ
を帰因し、且つ、アブレーション限界の割合の低下の不
足はその融点及び沸点に帰因する、請求項９に記載の方
法。
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