JPH0555132A - 配線部材の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】表面に段差形状を有する下地絶縁層上に配線層
を形成する配線部材において、配線層の段差の領域での
膜厚を増加（膜厚を補正）し、製造上の歩留りを向上す
る。 【構成】多層配線構造を採用する配線部材の形成方法に
おいて、層間絶縁層４の表面上に堆積法で配線５Ａを堆
積し、配線５Ａの表面上に回転滴下塗布（ＳＯＭ）法で
配線５Ａの表面の段差の領域ａ若しくはｂに導電体５Ｂ
を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、配線部材に関し、特
に、表面に段差形状を有する下地絶縁層の表面に堆積法
で堆積される配線層を有する配線部材に適用して有効な
技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路装置は配線層、絶縁層の
夫々を交互に重ね合せた所謂多層配線構造が採用され
る。この多層配線構造は、半導体素子間若しくは回路間
を接続する配線の占有面積を縮小できるので、高集積化
が図れる。また、多層配線構造は、配線の迂回を低減し
て配線長を短くでき、配線に付加される寄生容量及び抵
抗を低減できるので、回路動作速度の高速化を図れる。

【０００３】２層配線構造の場合、半導体基板上に層間
絶縁層を介在して第１層目配線が形成され、第１層目配
線にはその表面を被覆する層間絶縁層に形成された接続
孔を通して前記層間絶縁層上に形成される第２層目配線
が電気的に接続される。第１層目配線、第２層目配線の
夫々は半導体技術分野で使用される配線材料のうち抵抗
値が小さくかつ実積が高いので多用されるアルミニウム
合金で形成される。アルミニウム合金は例えばマイグレ
ーション耐性を高めるＣｕ、アロイスパイク耐性を高め
るＳｉの少なくともいずれかが添加されたアルミニウム
で形成される。アルミニウム合金は、現在のところ、ス
パッタ法若しくは蒸着法で堆積される。

【０００４】なお、配線形成技術については、例えば日
経マイクロデバイス、１９８９年１２月号、第９１頁乃
至第９８頁に記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述の２層配線構造を
採用する半導体集積回路装置は、第１層目配線、第２層
目配線の夫々の接続領域において、層間絶縁層に接続孔
の形成にともなう段差形状が形成される。第２層目配線
つまりアルミニウム合金は、スパッタ法若しくは蒸着法
で堆積されるので、前記段差の領域での膜厚がそれ以外
の平担な領域での膜厚に比べて薄くなる。このため、第
２層目配線は、接続孔内若しくは接続孔の近傍で断線不
良が発生したり、断面積が縮小し、抵抗値が増大したり
或いはエレクトロマイグレーション耐性が劣化したり
し、半導体集積回路装置の製造プロセス上の歩留りが低
下する。

【０００６】本発明の目的は、表面に段差形状を有する
下地絶縁層上に配線層を形成する配線部材において、配
線層の段差の領域での膜厚を増加（膜厚を補正）するこ
とが可能な技術を提供することにある。

【０００７】本発明の他の目的は、下層配線層にそれを
被覆する層間絶縁層に形成された接続孔を通して上層配
線層が接続される配線部材において、前記上層配線層の
接続孔の領域での膜厚を増加（膜厚を補正）することが
可能な技術を提供することにある。

【０００８】本発明の他の目的は、前記配線部材におい
て、製造プロセス上の歩留りを向上することが可能な技
術を提供することにある。

【０００９】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば下
記のとおりである。

【００１１】（１）表面に段差形状を有する下地絶縁層
の表面に堆積法で堆積された配線層を形成する配線部材
の形成方法において、前記下地絶縁層の表面上に堆積法
で配線層を堆積する工程の前又は後に、前記下地絶縁層
の表面上に又は配線層の表面上に加熱され溶融された状
態の導電体を滴下塗布するとともに、前記導電体の滴下
の方向と交差する平面内で前記配線部材に回転を与え、
この後前記導電体を硬化し、前記下地絶縁層の表面又は
下地絶縁層の表面の段差形状が転写された配線層の表面
の段差の領域に導電体を形成する工程を備える。

【００１２】（２）下地絶縁層の表面上に形成された下
層配線層に、その表面上を被覆する層間絶縁層に形成さ
れた接続孔を通して、この層間絶縁層の表面上に形成さ
れる上層配線層を接続する配線部材の形成方法におい
て、前記下地絶縁層、下層配線層、層間絶縁層、接続孔
の夫々を順次形成する工程と、前記層間絶縁層の表面上
に前記接続孔を通して下層配線層に接続される上層配線
層を堆積法で堆積する工程と、この上層配線層の表面上
に加熱され溶融された状態の導電体を滴下塗布するとと
もに、前記導電体の滴下の方向と交差する平面内で前記
配線部材に回転を与え、この後前記導電体を硬化し、前
記上層配線層の表面の前記接続孔内の領域に前記導電体
を埋込む工程とを備える。

【００１３】（３）前記手段（２）の導電体は上層配線
層と実質的に同等若しくは上層配線層に比べて低い溶融
点を有し、前記滴下塗布及び配線部材の回転の際、前記
導電体若しくはその表面部分のみが加熱される。

【００１４】

【作用】上述した手段（１）によれば、前記下地絶縁層
の表面又はその段差形状が転写された配線層の表面の段
差の領域に滴下塗布法に基づき導電体を形成できるの
で、前記配線層の下地絶縁層の表面の段差の領域での膜
厚を増加できる（膜厚を補正できる）。この結果、配線
層の前記段差の領域での断線不良、断面積の縮小に基づ
く抵抗値の増大やマイグレーション耐性の劣化等を防止
できるので、配線部材の製造プロセス上の歩留りを向上
できる。

【００１５】上述した手段（２）によれば、前記層間絶
縁層に形成された接続孔の段差の領域において、上層配
線層の表面上に導電体を埋込み、上層配線層の膜厚を増
加できる（補正できる）。この結果、上層配線層の前記
段差の領域での断線不良、断面積の縮小に基づく抵抗値
の増大やマイグレーション耐性の劣化等を防止できるの
で、配線部材の製造プロセス上の歩留りを向上できる。

【００１６】上述した手段（３）によれば、前記導電体
の形成の際に、この導電体の下層の上層配線層若しくは
それよりも下層の加熱に基づく不良を低減できる。

【００１７】以下、本発明の構成について、多層配線構
造を採用する半導体集積回路装置に本発明を適用した一
実施例とともに説明する。

【００１８】なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り
返しの説明は省略する。

【００１９】

【実施例】本発明の一実施例である多層配線構造を採用
する半導体集積回路装置の形成方法について、図１及び
図２（各製造工程毎に示す要部断面図）を使用し、簡単
に説明する。

【００２０】まず、単結晶珪素からなる半導体基板１の
主面（素子形成面）に図示しない半導体素子及び回路を
形成する（図１参照）。

【００２１】次に、前記半導体基板１の主面上に半導体
素子等を被覆する層間絶縁層２を形成する。この層間絶
縁層２は例えばＣＶＤ法で堆積した酸化珪素膜を主体に
構成される。そして、この層間絶縁層２に、前記半導体
素子間若しくは回路間を接続するために、図示しない接
続孔を形成する。

【００２２】次に、前記層間絶縁層２上の所定の領域に
第１層目配線（下層配線）３を形成する。第１層目配線
３は例えばスパッタ法若しくは蒸着法で堆積されたアル
ミニウム合金で形成する。アルミニウム合金はマイグレ
ーション耐性を高めるＣｕ、アロイスパイク耐性を高め
るＳｉの少なくともいずれかが添加されたアルミニウム
で形成される。

【００２３】前記第１層目配線３は、半導体基板１の全
面（以下、単に基板全面という）に堆積後、フォトリソ
グラフィ技術で形成されるマスク及びエッチング技術を
使用し、所定の形状にパターンニングされる。この数値
に限定されないが、半導体集積回路装置の製造プロセス
において、最小加工寸法が ０.８［μｍ］の場合、第１
層目配線３は配線幅寸法が１.０〜１.４［μｍ］、膜厚
が０.５〜０.８［μｍ］に形成される。

【００２４】次に、前記第１層目配線３上を含む基板全
面上に層間絶縁層４を形成する。この層間絶縁層４は例
えばＣＶＤ法で堆積した酸化珪素膜を主体に構成され
る。そして、前記第１層目配線３の所定の領域におい
て、前記層間絶縁層４に接続孔４Ａを形成する。接続孔
４Ａは、層間絶縁層４の上部を等方性エッチングでエッ
チングし、下部を異方性エッチングでエッチングした、
下側に比べて上側の開口サイズが大きい、断面テーパ形
状で形成される。

【００２５】次に、図１に示すように、前記層間絶縁層
４上の全面つまり基板全面上に第２層目配線（上層配
線）５Ａを形成する。第２層目配線５Ａは、前述の第１
層目配線３と同様にアルミニウム合金配線で形成され、
例えば同様の配線幅寸法及び膜厚で形成される。この第
２層目配線５Ａは接続孔４Ａを通して第１層目配線３に
電気的に接続される。

【００２６】前記第２層目配線５Ａは、スパッタ法若し
くは蒸着法で堆積されるので、その堆積の原理上、アル
ミニウム合金の堆積方向と交差する平面内において堆積
し、前記堆積方向と平面との交差が垂直に近づくにつれ
て堆積量が多くなる。つまり、この第２層目配線５Ａ
は、層間絶縁層２、第１層目配線３の夫々の断面形状が
なす（第１層目配線３の端部の段差に基づく）段差形状
が転写された、層間絶縁層４の表面の段差の領域ａにお
いて、層間絶縁層４及び接続孔４Ａの断面形状がなす段
差の領域ｂにおいて、いずれの膜厚もそれ以外の層間絶
縁層４の表面の平担な領域に比べて薄くなる。あるい
は、第２層目配線５Ａは、段差の領域ａ、ｂの夫々にお
いて、ステップカバレッジが低下する。

【００２７】次に、図２に示すように、前記第２層目配
線５Ａの全面上つまり基板全面上に導電体５Ｂを形成す
る。導電体５Ｂは、例えば第２層目配線５Ａと同様の配
線材であるアルミニウム合金を使用し、図３（回転滴下
塗布装置の概略原理図）に示すように、回転滴下塗布
（ＳＯＭ：Ｓpin Ｏn Ｍetal）法に基づき形成される。

【００２８】図３に示すように、回転滴下塗布装置は、
スクライブ工程前の半導体基板１つまり半導体ウエーハ
１０を図示しないテーブル上に載置し、半導体ウエーハ
１０の平面に実質的に一致する平面内において半導体ウ
エーハ１０に回転ωを与える機構を備える。前記テーブ
ルはウエーハ駆動源１３により回転駆動力が制御され
る。

【００２９】また、回転滴下塗布装置は回転する半導体
ウエーハ１０の表面（層間絶縁層４の表面）にアルミニ
ウム合金供給源１１から滴下ノズル１２を通して流動性
を有する溶融状態の導電体（アルミニウム合金）５Ｂが
滴下され塗布される。導電体５Ｂは半導体ウエーハ１０
の表面と交差する方向に滴下塗布される。

【００３０】また、回転滴下塗布装置は、滴下塗布され
た導電体５Ｂが回転ωにより半導体ウエーハ１０の表面
の全域に広がるまで硬化を抑える目的で、ランプ発生源
１４及びそれで制御されるランプ１５を有するランプア
ニール機構を備える。ランプアニール機構は、滴下塗布
された導電体５Ｂ、その表面部若しくは導電体５Ｂの下
地となる第２層目配線５Ａの表面部だけを主体に加熱で
き、第２層目配線５Ａの溶融不良、半導体素子を構成す
る半導体領域の不純物濃度プロファイルのだれ等、第２
層目配線５Ａ及びその下層への損傷を防止できる。ラン
プアニール機構は、第２層目配線５Ａを溶融せずしかも
導電体５Ｂの流動性を確保できる、約６００［℃］前後
の表面の極部的な加熱ができる。なお、本発明において
は、ランプアニール機構に変えて、同様に極部的な加熱
が可能なレーザアニール機構を使用してもよい。

【００３１】このような回転滴下塗布装置を使用し、回
転滴下塗布法に基づき導電体５Ｂを形成すると、前記図
２に示すように、段差の領域ａにおいて、第２層目配線
５Ａは、その上部に導電体５Ｂが形成（加算）され、膜
厚が増加される（平担な領域での膜厚に近くなる補正が
できる）。同様に、段差の領域ｂにおいて、第２層目配
線５Ａは、接続孔４Ａ内に導電体５Ｂが埋込まれ、第２
層目配線５Ａの上部に導電体５Ｂが形成されるので、膜
厚が増加される。

【００３２】前記導電体５Ｂを滴下塗布し、導電体５Ｂ
を硬化した後、前記第１層目配線３と同様に、導電体５
Ｂ及び第２層目配線５Ａにパターンニングを施し、膜厚
が補正された第２層目配線５が形成される。

【００３３】このように、表面に段差形状を有する層間
絶縁層４の表面に堆積法で堆積された第２層目配線５Ａ
を形成する多層配線構造を採用する半導体集積回路装置
の形成方法において、前記層間絶縁層４の表面上に堆積
法で第２層目配線５Ａを堆積する工程と、前記第２層目
配線５Ａの表面上に加熱され溶融された状態の導電体５
Ｂを滴下塗布するとともに、前記導電体５Ｂの滴下の方
向と交差する平面内で前記半導体集積回路装置（半導体
ウエーハ１０）に回転ωを与え、この後前記導電体５Ｂ
を硬化し、前記第２層目配線５Ａの表面の段差の領域ａ
若しくはｂに導電体５Ｂを形成する工程（膜厚が補正さ
れた第２層目配線５を形成する工程）を備える。この構
成により、前記層間絶縁層４の表面の段差形状が転写さ
れた第２層目配線５Ａの表面の段差の領域ａ若しくは接
続孔４Ａで形成された段差の領域ｂに回転滴下塗布法に
基づき導電体５Ｂを形成できるので、前記第２層目配線
５Ａの段差の領域ａ若しくはｂでの膜厚を増加できる
（膜厚を補正できる）。この結果、第２層目配線５Ａの
前記段差の領域ａ若しくはｂでの断線不良、断面積の縮
小に基づく抵抗値の増大やマイグレーション耐性の劣化
等を防止できるので、半導体集積回路装置の製造プロセ
ス上の歩留りを向上できる。

【００３４】また、層間絶縁層２の表面上に形成された
第１層目配線３に、その表面上を被覆する層間絶縁層４
に形成された接続孔４Ａを通して、この層間絶縁層４の
表面上に形成される第２層目配線５Ａを接続する半導体
集積回路装置の形成方法において、前記層間絶縁層２、
第１層目配線層３、層間絶縁層４、接続孔４Ａの夫々を
順次形成する工程と、前記層間絶縁層４の表面上に前記
接続孔４Ａを通して第１層目配線３に接続される第２層
目配線５Ａを堆積法で堆積する工程と、この第２層目配
線５Ａの表面上に加熱され溶融された状態の導電体５Ｂ
を滴下塗布するとともに、前記導電体５Ｂの滴下の方向
と交差する平面内で前記半導体集積回路装置（半導体ウ
エーハ１０）に回転ωを与え、この後前記導電体５Ｂを
硬化し、前記第２層目配線５Ａの表面の前記接続孔４Ａ
内の段差の領域ｂに前記導電体５Ｂを埋込む工程とを備
える。この構成により、前記層間絶縁層４に形成された
接続孔４Ａの段差の領域ｂにおいて、第２層目配線５Ａ
の表面上に導電体５Ｂを埋込み、第２層目配線５Ａの膜
厚を増加できる（補正できる）。この結果、第２層目配
線５Ａの前記段差の領域ｂでの断線不良、断面積の縮小
に基づく抵抗値の増大やマイグレーション耐性の劣化等
を防止できるので、半導体集積回路装置の製造プロセス
上の歩留りを向上できる。

【００３５】また、前記導電体５Ｂは第２層目配線５Ａ
と実質的に同等の溶融点を有し、前記滴下塗布及び回転
の際、前記導電体５Ｂ若しくはその表面部分のみが加熱
される。この構成により、前記導電体５Ｂの形成の際
に、この導電体５Ｂの下層の第２層目配線５Ａ若しくは
それよりも下層の加熱に基づく不良を低減できる。

【００３６】なお、本発明は、前記第２層目配線５Ａと
してＷ膜等の高融点金属膜、導電体５Ｂとしてアルミニ
ウム合金膜の夫々を使用してもよい。この場合、高融点
金属膜に比べてアルミニウム合金の溶融点が低いので、
導電体５Ｂのアニールの際、第２層目配線５Ａの溶融不
良等の損傷が生じない。

【００３７】また、本発明は、前記導電体５Ｂを下地導
電層として使用し、この導電体５Ｂの上層に第２層目配
線５Ａを形成してもよい。

【００３８】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前
記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲において種々変更可能であることは勿論であ
る。

【００３９】例えば、本発明は、前記２層配線構造を採
用する半導体集積回路装置において、第１層目配線３に
適用してもよい。

【００４０】また、本発明は、３層配線構造若しくはそ
れ以上の多層配線構造を採用する半導体集積回路装置に
適用してもよい。

【００４１】また、本発明は、半導体集積回路装置に限
定されず、マザーボード、ベビーボード等、半導体基板
をベースとする配線基板、ＰＣＢ基板等、絶縁性樹脂基
板をベースとする配線基板等に適用できる。

【００４２】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。

【００４３】表面に段差形状を有する下地絶縁層上に配
線層を形成する配線部材において、配線層の段差の領域
での膜厚を増加（膜厚を補正）できる。

【００４４】下層配線層にそれを被覆する層間絶縁層に
形成された接続孔を通して上層配線層が接続される配線
部材において、前記上層配線層の接続孔の領域での膜厚
を増加（膜厚を補正）できる。

【００４５】前記配線部材において、製造プロセス上の
歩留りを向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である多層配線構造を採用す
る半導体集積回路装置の形成方法を説明するための第１
工程における要部断面図。

【図２】第２工程における要部断面図。

【図３】前記形成方法で使用される回転滴下塗布装置の
概略原理図。

【符号の説明】

１…半導体基板、２，４…層間絶縁層、３…第１層目配
線、４Ａ…接続孔、５，５Ａ…第２層目配線、５Ｂ…導
電体、１０…半導体ウエーハ、１１…アルミニウム合金
供給源、１２…滴下ノズル、１３…ウエーハ駆動源、１
４…ランプ駆動源、１５…ランプ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に段差形状を有する下地絶縁層の表
   面に堆積法で堆積された配線層を形成する配線部材の形
   成方法において、前記下地絶縁層の表面上に堆積法で配
   線層を堆積する工程の前又は後に、前記下地絶縁層の表
   面上に又は配線層の表面上に加熱され溶融された状態の
   導電体を滴下塗布するとともに、前記導電体の滴下の方
   向と交差する平面内で前記配線部材に回転を与え、この
   後前記導電体を硬化し、前記下地絶縁層の表面又は下地
   絶縁層の表面の段差形状が転写された配線層の表面の段
   差の領域に導電体を形成する工程を備えたことを特徴と
   する配線部材の形成方法。
2. 【請求項２】 下地絶縁層の表面上に形成された下層配
   線層に、その表面上を被覆する層間絶縁層に形成された
   接続孔を通して、この層間絶縁層の表面上に形成される
   上層配線層を接続する配線部材の形成方法において、前
   記下地絶縁層、下層配線層、層間絶縁層、接続孔の夫々
   を順次形成する工程と、前記層間絶縁層の表面上に前記
   接続孔を通して下層配線層に接続される上層配線層を堆
   積法で堆積する工程と、この上層配線層の表面上に加熱
   され溶融された状態の導電体を滴下塗布するとともに、
   前記導電体の滴下の方向と交差する平面内で前記配線部
   材に回転を与え、この後前記導電体を硬化し、前記上層
   配線層の表面の前記接続孔内の領域に前記導電体を埋込
   む工程とを備えたことを特徴とする配線部材の形成方
   法。
3. 【請求項３】 前記導電体は上層配線層と実質的に同等
   若しくは上層配線層に比べて低い溶融点を有し、前記滴
   下塗布及び配線部材の回転の際、前記導電体若しくはそ
   の表面部分のみ加熱されることを特徴とする請求項２に
   記載の配線部材の形成方法。