JPH07273064A

JPH07273064A - 微小構造及びその製造方法、及び接続配線構造の形成方法

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Publication number: JPH07273064A
Application number: JP6081010A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Sumi; 博文角
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-03-28
Filing date: 1994-03-28
Publication date: 1995-10-20

Abstract

(57)【要約】【目的】微小な構造であっても、機械的・電気的耐性
が良好で、よってエレクトロマイグレーション耐性等の
耐性が良好な配線構造に適用でき、かつ、マイクロマシ
ン用構造にも好ましく適用できる微小構造及びその製造
方法、及び上記の如き接続配線構造の形成方法を提供す
る。【構成】予め溝部３を形成し、該溝部３内に金属膜
４１で埋め込みを行い、必要に応じて溝部（接続孔）以
外の金属膜は除去し、さらにその上に接続孔を形成して
その内部を金属膜で埋め込むこと等により該溝部３上の
みに金属膜４２を形成する。絶縁膜２に形成した溝部
３内に金属膜４１を充填した部分を有し、さらに該溝部
３内の金属面の上部全面に形成した溝部内に同一種の金
属膜４２を充填した部分を有し、さらにその溝部内の金
属面の上部全面に形成した溝部内に同一種の金属膜を充
填した部分を有することを特徴とする３段構造の微小構
造。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微小構造及びその製造
方法、及び配線接続構造の形成方法に関する。本発明に
おいて、「微小」とは、半導体装置の形成に用いる構
造、もしくは半導体プロセス技術を応用したマイクロマ
シンの形成に用いる構造程度の微小なものを言う。

【０００２】

【従来の技術】微小構造、例えば半導体装置における配
線構造は、その微細化が一層進行して来ている。

【０００３】一方、半導体素子について言えば、素子の
微細化に伴い、配線の信頼性に対する要求は更に厳しさ
を増している。半導体デバイスの高速動作及び高集積化
に伴い、微細配線に流れる電流密度は大きくなり、この
ため特にエレクトロマイグレーション（ＥＭ）に対する
耐性を確保する必要がある。

【０００４】現状の配線材料としてＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ等
のＡｌ系合金が主に用いられているが、従来技術にあっ
ては微細配線において必ずしも十分なエレクトロマイグ
レーション耐性が得られていない。この原因として、例
えば０．３マイクロメータレベルの微細配線において、
配線形成後、デバイス製造プロセスで配線上に上層絶縁
膜を被せ、さらに各種温度が加わることで配線に上層絶
縁膜等の熱ストレス等の影響で、Ａｌ配線にボイドが生
じることが挙げられる。実際のデバイスでは、この状態
で高電流が印加することで、該配線ボイド部に電流が集
中し、断線に至るようなストレスマイグレーション（Ｓ
Ｍ）とエレクトロマイグレーションの複合モードで信頼
性が低下するという問題がある。このような事情から、
微細デバイス配線における配線材料として例えばＡｌ系
合金については、従来の手法だけでは、信頼性の問題を
十分に解決できなくなっている。

【０００５】特に、素子の高集積化等に伴い、前記の如
く微細化が進行し、配線幅の微小化とともに、形成する
配線の膜厚も微小化して来ているため、上記信頼性の問
題はますます重要になって来ている。以下このことにつ
いて更に説明する。

【０００６】前記Ａｌ系合金を用いた従来のＭＯＳＬＳ
Ｉプロセス例について、以下説明する。図１９ないし図
２１を参照する。（ａ）基板１に素子分離構造２０（ＬＯＣＯＳ）及びゲ
ート配線（ゲート材５、ゲート絶縁膜５１を備え、側壁
にＬＤＤ構造７ａ，７ｂ形成用のサイドウォール６ａ，
６ｂを有する）、ソース／ドレイン領域８ａ，８ｂを形
成させることでＭＯＳトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を
形成する（図１９）。（ｂ）層間絶縁膜２の形成及び接続孔３の形成を行う
（図２０）。（ｃ）接続孔３内にＢｌｋ−Ｗ（ブランケットタングス
テン）等で埋め込みを行って、埋め込みメタル配線４と
する。さらにその上にＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ等のＡｌ系合金
を成膜しパターニングすることで、配線領域９を形成す
る（図２１）（なお、４′，９′は、それぞれ配線の下
地材料である）。

【０００７】上記プロセス例により素子を形成させる
が、単純にエレクトロマイグレーション耐性を強化させ
るためには、形成するＡｌ配線の大結晶粒径化を図れ
ば、これによりエレクトロマイグレーション耐性は向上
する。しかし、素子の高集積化に伴い、配線幅の微小化
とともに、形成する配線の膜厚も薄膜化して来ている
（図２１の配線領域９参照）。結晶成長はその膜厚に大
きく依存する。例えば、デバイスルールが０．８μｍル
ールでは、形成するＡｌ膜厚は０．８μｍ程度で、その
結晶粒径は１〜２μｍ程度を有していたが、デバイスル
ールが０．２５μｍの世代では、形成するＡｌ膜厚も
０．３μｍ程度と薄膜化し、Ａｌの結晶粒径も、０．５
μｍ以下の小粒径になる。このことは、成膜した膜厚程
度より極端に大きく結晶粒径は成長しないこと示す。

【０００８】このため素子の微細化に伴い電流密度は大
きくなるが、配線部のＡｌ結晶粒径は小粒径化するた
め、エレクトロマイグレーション耐性に対してはより厳
しい状況になっている。

【０００９】また、結晶を大きくするには単純にＡｌの
膜厚を厚くすればよいと考えられるが、例えば、０．３
μｍの配線幅で膜厚を１．０μｍにすると、アスペクト
比は３．３程度と大きくなり、配線形成後の絶縁膜によ
る平坦化を行う際、配線部ライン／スペースの部分で平
坦化が不完全になり、配線間にボイドが残る構造にな
る。この解決策として、配線領域に予め深い溝を作り、
溝内を埋め込み、溝部以外は除去する手法もあるが、深
い溝を完全に埋め込むことは困難であり、埋め込み不完
全な時は溝部分がボイドになる問題生じる。

【００１０】上記デバイスでの配線の信頼性向上をみこ
して、Ａｌ系合金に替わる新配線材料も提案されてい
る。例えばＣｕ配線が注目されている。これは、Ａｌの
抵抗率（２．４７μΩｃｍ）よりＣｕの抵抗率は０．７
２μΩｃｍと低く、耐エレクトロマイグレーション性も
強いという理由が挙げられるが（例えば嶋「Ａｌ配線微
細化の可能性と影響」月刊Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
Ｗｏｒｌｄ，１９８８．４，（日経マグロウヒル社）
参照）、ドライエッチングによるその加工は困難である
等の問題を有しており、実用上は適用できていない。

【００１１】

【発明の目的】本発明は上記問題点を解決して、微小な
構造であっても、機械的・電気的耐性が良好で、よって
エレクトロマイグレーション耐性等の耐性が良好な配線
構造に適用でき、かつ、マイクロマシン用構造にも好ま
しく適用できる微小構造及びその製造方法、及び上記の
如き接続配線構造の形成方法を提供することを目的とす
る。

【００１２】

【目的を達成するための手段】本出願の請求項１の発明
は、絶縁膜に形成した溝部内に金属膜を充填した部分を
有し、さらに該溝部内の金属面の上部全面に形成した溝
部内に同一種の金属膜を充填した部分を有し、さらにそ
の溝部内の金属面の上部全面に形成した溝部内に同一種
の金属膜を充填した部分を有することを特徴とする３段
構造の微小構造であって、これにより上記目的を達成す
るものである。

【００１３】本出願の請求項２の発明は、溝部もしくは
金属膜の端辺が雛段もしくは逆雛段構造をなしているこ
と特徴とする請求項１に記載の微小構造であって、これ
により上記目的を達成するものである。

【００１４】本出願の請求項３の発明は、半導体装置の
配線構造に適用されるものであることを特徴とする請求
項１または２に記載の微小構造であって、これにより上
記目的を達成するものである。

【００１５】本出願の請求項４の発明は、マイクロマシ
ンの機械要素に適用されるものであることを特徴とする
請求項１または２に記載の微小構造であって、これによ
り上記目的を達成するものである。

【００１６】本出願の請求項５の発明は、マイクロマシ
ンローターの構造であることを特徴とする請求項４に記
載の微小構造であって、これにより上記目的を達成する
ものである。

【００１７】本出願の請求項６の発明は、基板の一方の
面がマイクロマシンをなし、基板の他方の面が半導体装
置をなし、該半導体装置が前記マイクロマシンの駆動制
御部を構成するとともに、前記半導体装置またはマイク
ロマシンの少なくともいずれかが請求項１ないし５のい
ずれかに記載の微小構造をなすものであることを特徴と
する微小構造であって、これにより上記目的を達成する
ものである。

【００１８】本出願の請求項７の発明は、予め溝部を形
成し、該溝部内を金属膜で埋め込み、溝部以外の金属膜
を除去し、連続して該溝部上のみに金属膜を形成するこ
とを特徴とする微小構造の製造方法であって、これによ
り上記目的を達成するものである。

【００１９】本出願の請求項８の発明は、予め溝部を形
成し、該溝部内に金属膜で埋め込みを行い、該溝部上の
みに金属膜を形成することを特徴とする微小構造の製造
方法であって、これにより上記目的を達成するものであ
る。

【００２０】本出願の請求項９の発明は、予め接続孔を
形成し、その内部に完全に金属膜で埋め込みを行い、接
続孔以外の金属膜は除去し、さらにその上に接続孔を形
成してその内部を金属膜で埋め込んだ接続配線構造の形
成方法であって、これにより上記目的を達成するもので
ある。

【００２１】本出願の請求項１０の発明は、請求項９に
示す接続孔上に溝を形成し、その内部を金属膜で埋め込
んだ接続配線構造の形成方法であって、これにより上記
目的を達成するものである。

【００２２】本出願の請求項１１の発明は、金属膜は、
４００℃以上の高温Ａｌスパッタ法形成することを特徴
とする請求項８ないし１０のいずれかに記載の接続配線
構造の形成方法であって、これにより上記目的を達成す
るものである。

【００２３】本出願の請求項１２の発明は、金属膜は、
４００℃以下のスパッタ法で形成し、の後４００℃以上
の温度でリフローを施すことを特徴とする請求項８ない
し１０のいずれかに記載の接続配線構造の形成方法であ
って、これにより上記目的を達成するものである。

【００２４】本出願の請求項１３の発明は、請求項７の
金属膜除去方法として、メタルポリッシュもしくはドラ
イエッチング法を用いることを特徴とする微小構造の製
造方法であって、これにより上記目的を達成するもので
ある。

【００２５】本出願の請求項１４の発明は、溝を形成
し、溝内のみに配線金属膜を形成し、に溝部上部にも配
線金属膜を形成することを特徴とする接続配線構造の形
成方法であって、これにより上記目的を達成するもので
ある。

【００２６】本出願の請求項１５の発明は、接続孔を形
成し、該接続孔内に金属膜を形成し、更に接続孔上部に
接続孔を１個以上配し、その中を金属膜で形成した多孔
構造を形成し、接続孔が接する基板と上板との電気的接
続を得る一体型孔構造とすることを特徴とする接続配線
構造の形成方法であって、これにより上記目的を達成す
るものである。

【００２７】

【作用】本発明に係る微小構造は、３層の積層構造膜に
ついて、溝部内に充填された金属膜部分、さらにその溝
部内の金属面の上部全面に形成した溝部内に充填した同
一種の金属膜部分を有し、場合によっては溝部もしくは
金属膜の端辺が雛段もしくは逆雛壇構造をなしている結
果、機械的・電気的耐性が良好で、エレクトロマイグレ
ーション耐性等の耐性が良好な配線構造に好適に適用で
き、かつ、同時にマイクマシン用構造にも好ましく適用
できるものである。

【００２８】本発明に係る微小構造の製造方法は、予め
溝部を形成し、該溝部内を金属膜で埋め込み、溝部以外
の金属膜を除去し、連続して該溝部上のみに金属膜を形
成する構成をとり、あるいは、予め溝部を形成し、該溝
部内に金属膜で埋め込みを行い、該溝部上のみに金属膜
を形成する構成をとるので、簡便で新規な手法により、
上記有利な微小構造を含む、各種の微小構造を有効に形
成できる。

【００２９】本発明に係る接続配線構造の形成方法は、
予め接続孔を形成し、その内部に完全に金属膜で埋め込
みを行い、接続孔以外の金属膜は除去し、さらにその上
に接続孔を形成してその内部を金属膜で埋め込む構成を
とるので、エレクトロマイグレーションの高い接続配線
構造を、新規で有効な手法により得ることができる。

【００３０】

【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照して
説明する。但し当然のことではあるが、本発明は実施例
のより限定を受けるものではない。

【００３１】実施例１この実施例は、本発明を、ＭＯＳ半導体デバイス製造プ
ロセスに適用したものである。

【００３２】本実施例においては、半導体デバイスの接
続配線構造について、次の工程を用いる。即ち、本実施
例では、予め配線領域となる部分に絶縁膜で浅い溝を形
成させ、全面にＡｌを形成させ埋め込む。その後メタル
ポリッシュで溝部内のみＡｌを残す。さらに、全面にＡ
ｌ膜を形成させ、これにより溝部上にＡｌ配線を形成さ
せる。結果として溝部の部分からＡｌの膜は存在するた
めＡｌトータルの膜厚は溝部分だけ厚くなり、その後の
シンターでＡｌ膜は結晶成長が従来より起こりやすくな
り、結果として大粒径Ａｌを形成できる。

【００３３】この実施例によれば、微細配線デバイスに
おいて、配線膜厚を厚く保っても層間膜の完全平坦化が
行いやすい構造であり、さらに形成する配線であるＡｌ
の膜厚を厚くした接続配線構造が得られる。

【００３４】本実施例の半導体装置における接続構造の
形成は、請求項７及び請求項８の微小構造の形成方法を
ＭＯＳデバイス製造プロセスに適用したものである。図
１を参照する。図１中、符号１は基板、２は該基板１上
に形成した絶縁膜を示す。

【００３５】本実施例は、図１（ａ）に示すように、予
め溝部３を形成し、該溝部３内を金属膜４１で埋め込
み、溝部３以外の金属膜を除去して図１（ｂ）に示すよ
うにし、連続して図１（ｃ）に示す如く、該溝部３上の
みに金属膜４２を形成する微小構造の製造方法を適用し
て、接続配線構造を形成したものである。

【００３６】また、本実施例は、図１（ａ）に示すよう
に、予め溝部３を形成し、該溝部３内を金属膜４１で埋
め込みを行い（図１（ｂ））、該溝部３上のみに金属膜
４２を形成する（図１（ｃ））微小構造の製造方法を適
用して、接続配線構造を形成したものである。

【００３７】以下、図１（ａ）〜（ｃ）を参照して、本
実施例のプロセスを更に詳細に説明する。

【００３８】（ａ）図１（ａ）を参照する。Ｓｉ等の下
地基板１上に、下記条件でＳｉＯ₂膜の成膜を行い、絶
縁膜２を形成する。条件ガスＴＥＯＳ＝５０ｓｃｃｍ温度７２０℃ 圧力４０Ｐａ膜厚３００ｎｍ

【００３９】次にレジストパターンを行い絶縁膜２に溝
３を形成する。このときの絶縁膜２のドライエッチング
条件は下記のとおりである。ドライエッチング条件ガスＣ₄Ｆ₈＝５０ｓｃｃｍＲＦパワー１２００Ｗ圧力２Ｐａ

【００４０】上記により、図１（ａ）の構造を得た。

【００４１】（ｂ）図１（ｂ）を参照する。下地配線材
料４０を溝３内に形成する。ここでは、下記条件で、下
地配線材料４０としてＴｉ膜を形成した。Ｔｉ膜成膜条件例パワー４ｋＷ成膜温度１５０℃ ガスＡｒ＝４０ｓｃｃｍ膜厚３０ｎｍ圧力０．４７Ｐａ

【００４２】さらに、Ａｌ材料（Ａｌ−１ｗｔ％Ｓｉな
ど）を下記条件で成膜する。これにより、金属膜４１を
形成する。Ａｌ成膜条件例パワー２２．５ｋＷ成膜温度１５０℃ ガスＡｒ＝４０ｓｃｃｍ膜厚０．３μｍ圧力０．４７Ｐａ

【００４３】連続して、リフローを施し、Ａｌ材料を溝
３内に流し込む。リフロー条件は例えば次を採用した。条件例温度４５０℃ 時間６０秒圧力１×１０⁷Ｐａ

【００４４】全面ポリッシュにより、Ａｌ系材料から成
る金属膜４１のみをメカニカルケミカルポリッシュす
る。ポリッシュ（研磨）条件は下記のとおりとした。条件図９に示す研磨装置を使用。研磨プレート６０の回転数３７ｒｐｍウェハ保持試料６４の台回転数１７ｒｐｍ研磨圧力５．５Ｅ８Ｐａ使用液：過酸化水素水（１ｗｔ％），アミン（１ｗｔ
％），Ｈ₂Ｏの混合溶液流量２２５ミリリットル／ｍ
ｉｎ．研磨パッド６７の温度：４０℃

【００４５】なお、図９中、６１はメカニカルポリッシ
ュ液の供給口、６２はメカニカルポリッシュ液を模式的
に示すもの、６３は研磨プレート６０の回転軸、６５
は、被研磨基板ウェハ６８を支持するウェハ保持試料台
６４の回転軸、６６は加圧を示すものである。

【００４６】上記ポリッシュにより、溝３以外の部分の
金属を除去する。これによって図１（ｂ）の構造を得
る。（ｃ）図１（ｃ）を参照する。上記ポリッシュの後、さ
らにＡｌ系金属膜４２（Ａｌ−１ｗｔ％Ｓｉ等）を成膜
する。成膜条件は、例えば次のようにする。Ａｌ成膜条件例パワー２２．５ｋＷ成膜温度５００℃ ガスＡｒ＝４０ｓｃｃｍ膜厚０．３μｍ圧力０．４７Ｐａ

【００４７】その後、溝３上にＡｌ系金属膜４２が残る
ように、レジストパターニング及びドライエッチング工
程により配線層を形成する。エッチング条件は下記のと
おりとした。これにより、図１（ｃ）の構造の接続配線
構造を得た。条件ガスＢＣｌ₃／Ｃｌ₂＝６０／９０ｓ
ｃｃｍマイクロ波パワー１０００ＷＲＦパワー５０Ｗ圧力０．０１６Ｐａ

【００４８】本実施例によれば、金属膜をなすＡｌ系膜
のトータルの膜厚Ｔ（図１（ｃ）参照）は、０．６μｍ
なので、充分に厚いものであり、その後の熱処理で結晶
成長が生じやすくなる。

【００４９】本実施例によれば、形成する配線それ自体
はその膜厚がいくら薄くなっても、その結晶粒径はその
配線幅より常時大きくなるように形成でき、この結果Ａ
ｌ系配線はバンブー構造を保つことが可能で、このため
エレクトロマイグレーション耐性を強くすることが可能
である。

【００５０】従来の配線は絶縁膜上のみに存在していた
が、溝３内にも配線層（金属膜４１）を有する構造とし
たことにより、金属膜の堆積は溝部３内の分だけ大きく
有することになって、これによりその後の熱処理で結晶
成長しやすくなる。

【００５１】また、埋め込み配線技術を用いているの
で、金属膜（Ａｌ系配線）膜厚が厚くなっても、完全平
坦化が可能である。

【００５２】また、どんなに深い溝３（接続孔）も、金
属膜で埋め込むことができる。

【００５３】実施例２本実施例は、実施例１の変形例であり、前述した工程
（ｃ）のＡｌ金属膜４２のレジストパターニング及びエ
ッチング工程のみの変形でる。

【００５４】即ち、この実施例は、図２に示すように、
フォトレジスト工程における合わせずれ分を考慮した構
造の例であり、図２に符号Ｄで示す部分を、ずれ分とし
たものである。本実施例は、このようにフォトレジスト
の合わせずれ分を考慮した大きさに金属膜４２をパター
ニングした例であり、その他のプロセスは、実施例１と
同様にした。図２中に、図１におけると同様の符号を付
して、その余の詳しい説明は省略する。

【００５５】本実施例では、フォトレジストの合わせず
れを考慮した構造が得られるとともに、実施例１と同様
の効果を得ることができた。

【００５６】実施例３本実施例は、半導体デバイスの製造、特にその接続配線
構造の形成について、次の工程を用いる。即ち、本実施
例では、予め配線領域となる部分に絶縁膜で浅い溝を形
成させ、全面に高温スパッタでＡｌを形成させ、溝内に
Ａｌを埋め込む。さらに４００℃以下の低温度でＡｌを
成膜する。その後溝部上にＡｌが残るようにパターニン
グを行う。これによりＡｌ配線部の膜厚が厚くなる。こ
の実施例３は、実施例１の工程（ｂ）以降の部分の条件
変更となる。

【００５７】この実施例では、実施例１の工程（ｂ）を
次のように行った。図３（Ａ）を参照する。溝３へ下地
配線材料４０であるＴｉを成膜後、高温スパッタ金属膜
４１としてＡｌ系材料を成膜し、埋め込む。Ｔｉ成膜条
件、及びＡｌ系膜成膜条件は、例えば下記を採用でき
る。Ｔｉ膜成膜条件例パワー４ｋＷ成膜温度１５０℃ ガスＡｒ＝１００ｓｃｃｍ膜厚３０ｎｍ圧力０．４７ＰａＡｌ成膜条件例パワー２２．５ｋＷ成膜温度５００℃ ガスＡｒ＝４０ｓｃｃｍ膜厚０．３μｍ圧力０．４７Ｐａ

【００５８】次に、図３（Ｂ）を参照する。金属膜４２
であるＡｌ膜は、全面に４００℃以下の温度で形成させ
る。例えば下記条件で成膜する。この場合、埋め込む必
要が無いため、成膜を高温で行う必要は無い。Ａｌ成膜条件例パワー２２．５ｋＷ成膜温度３００℃ ガスＡｒ＝４０ｓｃｃｍ膜厚０．３μｍ圧力０．４７Ｐａ

【００５９】その後、レジストパターニング及び下記条
件のドライエッチングで、Ａｌ／Ｔｉ配線層（金属膜４
１，４２、Ｔｉ４０から成る）を形成する。条件ガスＢＣｌ₃／Ｃｌ₂＝６０／９０ｓ
ｃｃｍマイクロ波パワー１０００ＷＲＦパワー５０Ｗ圧力０．０１６Ｐａ本実施例によっても、実施例１と同様、トータルの配線
（金属膜４１，４２）の厚さが大きいこと等による耐性
向上等の効果が得られる。

【００６０】実施例４本実施例は、本発明を接続孔形成に応用した場合を示す
ものである。本実施例においては、予め完全に埋め込め
る膜厚分の接続孔を形成する。但し、合わせずれも考慮
した大きさとする。接続孔内を完全に埋め込む。さらに
その上に完全に埋め込めるレベルの接続孔を形成させ
る。そして完全に埋め込む。さらに、配線部用の浅い溝
を形成させ、溝内をＡｌで埋め込む。さらにその上層に
Ａｌを形成させ、配線構造とする工程を経る。

【００６１】図４及び図５を参照して、本実施例につい
て説明する。

【００６２】まず、本実施例の接続配線構造を示す図４
を参照する。この実施例は、請求項１ないし３の発明を
具体化したものである。

【００６３】本実施例は、図４に示すように、絶縁膜２
に形成した溝３内に金属膜４１を充填した部分を有し、
さらに該溝３内の金属膜４１の面の上部全面に形成した
溝部３１内に同一種の金属膜を充填した部分を有し、さ
らにその溝部３１内の金属膜４２の面の上部全面に形成
した溝部３２内に同一種の金属膜４３を充填した部分を
有する３段構造の微小構造を半導体装置の接続用配線構
造に適用したものである。

【００６４】また本実施例は、溝部３，３１，３２もし
くは金属膜４１〜４３の端辺が雛段もしくは逆雛段構造
（ここでは上方に行くに従って小さくなる雛壇構造）を
なしているものである。

【００６５】またこの実施例は、請求項７〜１０，１
３，１４，１５の発明を具体化したものである。

【００６６】即ち、本実施例は、図５に示すように、予
め溝部３を形成し（図５（ａ））、該溝部３内を金属膜
４１で埋め込み、溝部３以外の金属膜を除去し（図５
（ｂ））、連続して該溝部３上のみに金属膜４２を形成
する（図５（ｃ））ものである。

【００６７】また本実施例は、予め溝部３を形成し（図
５（ａ））、該溝部３内に金属膜４１で埋め込みを行い
（図５（ｂ））、該溝部３上のみに金属膜４２を形成す
る（図５（ｃ））ものである。

【００６８】また本実施例は、予め接続孔３を形成し
（図５（ａ））、その内部に完全に金属膜４１で埋め込
みを行い、接続孔３以外の金属膜は除去し（図５
（ｂ））、さらにその上に接続孔３１を形成してその内
部を金属膜４２で埋め込んだ接続配線構造（図５
（ｃ））の形成方法を用いる。

【００６９】また本実施例は、更に上記接続孔３１上に
溝３２を形成し、その内部を金属膜４３で埋め込んだ接
続配線構造（図５（ｄ））の形成方法を用いる。

【００７０】また本実施例は、溝３，３１を形成し、溝
３，３１内のみに配線金属膜４１，４２を形成し、更に
溝部３，３１上部にも配線金属膜４２，４３を形成する
ものである（図５（ａ）〜（ｄ））。

【００７１】また本実施例は、接続孔３を形成し（図５
（ａ））、該接続孔３内に金属膜４１を形成し（図５
（ｂ））、更に接続孔３上部に接続孔３１，３２を１個
以上配し、その中を金属膜４２，４３で形成した多孔構
造を形成し（図５（ｃ）（ｄ））、接続孔が接する基板
１と上板との電気的接続を得る（後に説明する図６も参
照）一体型孔構造とする接続配線構造の形成方法を用い
たものである。

【００７２】次に図５を参照して、本実施例のプロセス
を説明する。（ａ）図５（ａ）を参照する。下地基板１上に層間膜２
を以下条件で形成する。条件ガスＴＥＯＳ＝５０ｓｃｃｍ温度７２０℃ 圧力４０Ｐａ膜厚１５０ｎｍ

【００７３】次にレジストパターンを行い、下記ドライ
エッチングにて接続孔３を形成する。これにより図５
（ａ）の構造を得る。ドライエッチング条件ガスＣ₄Ｆ₈＝５０ｓｃｃｍＲＦパワー１２００Ｗ圧力２Ｐａ

【００７４】（ｂ）図５（ｂ）を参照する。下地配線材
料４０、及び金属膜４として、Ａｌ４１／Ｔｉ４０で埋
め込みを行う。下記条件で成膜できる。Ｔｉ膜成膜条件例パワー４ｋＷ成膜温度５００℃ ガスＡｒ＝４０ｓｃｃｍ膜厚３０ｎｍ圧力０．４７ＰａＡｌ成膜条件例パワー２２．５ｋＷ成膜温度５００℃ ガスＡｒ＝４０ｓｃｃｍ膜厚０．１５μｍ圧力０．４７Ｐａ

【００７５】全面ポリッシュにより、金属膜４であるＡ
ｌ系膜のみをメカニカルケミカルポリッシュする。下記
条件によった。条件図９に示す研磨装置を使用。研磨プレート６０の回転数３７ｒｐｍウェハ保持試料６４の台回転数１７ｒｐｍ研磨圧力５．５Ｅ８Ｐａ使用液：過酸化水素水（１ｗｔ％），アミン（１ｗｔ
％），Ｈ₂Ｏの混合溶液流量２２５ミリリットル／ｍ
ｉｎ．研磨パッド６７の温度：４０℃

【００７６】上記ポリッシュにより、接続孔３以外の部
分の金属を除去する。これによって図５（ｂ）の構造を
得る。（ｃ）図５（ｃ）を参照する。層間膜２１を形成する。
ここでは下記条件でＴＥＯＳ−ＳｉＯ₂を形成した。条件ガスＴＥＯＳ＝５０ｓｃｃｍ温度７２０℃ 圧力４０Ｐａ膜厚１５０ｎｍ

【００７７】次にレジストパターニングを行い、下記エ
ッチングにより接続孔３１を形成する。ドライエッチング条件ガスＣ₄Ｆ₈＝５０ｓｃｃｍＲＦパワー１２００Ｗ圧力２Ｐａ

【００７８】上記と同様にしてＡｌ／Ｔｉで埋め込む。
下記条件を採用できる。Ｔｉ膜成膜条件例パワー４ｋＷ成膜温度１５０℃ ガスＡｒ＝１００ｓｃｃｍ膜厚３０ｎｍ圧力０．４７ＰａＡｌ成膜条件例パワー２２．５ｋＷ成膜温度５００℃ ガスＡｒ＝４０ｓｃｃｍ膜厚０．１５μｍ圧力０．４７Ｐａ

【００７９】全面ポリッシュにより、金属膜４２である
Ａｌ膜のみをメカニカルケミカルポリッシュした。条件
は前記と同じとした。

【００８０】接続孔３１以外の金属を除去する。これに
より図５（ｃ）の構造を得た。

【００８１】（ｄ）図５（ｄ）を参照する。更に層間膜
２２を下記条件で形成する。条件ガスＴＥＯＳ＝５０ｓｃｃｍ温度７２０℃ 圧力４０Ｐａ膜厚１５０ｎｍ

【００８２】レジストパターニングを行い、下記エッチ
ングにより配線用の溝３２を形成する。ドライエッチング条件ガスＣ₄Ｆ₈＝５０ｓｃｃｍＲＦパワー１２００Ｗ圧力２Ｐａ

【００８３】上記と同様に、Ａｌ／Ｔｉの配線を形成す
る。下記条件を採用できる。Ｔｉ膜成膜条件例パワー４ｋＷ成膜温度１５０℃ ガスＡｒ＝１００ｓｃｃｍ膜厚３０ｎｍ圧力０．４７ＰａＡｌ成膜条件例パワー２２．５ｋＷ成膜温度５００℃ ガスＡｒ＝４０ｓｃｃｍ膜厚０．１５μｍ圧力０．４７Ｐａ

【００８４】全面ポリッシュにより、金属膜４３である
Ａｌ膜のみをメカニカルケミカルポリッシュする。条件
は前記と同じとした。これにより、図５（ｄ）の構造が
得られた。さらに、配線用溝部上にＡｌ配線４４を形成
する。下記条件を採用できる。Ａｌ成膜条件例パワー２２．５ｋＷ成膜温度５００℃ Ａｒ＝４０ｓｃｃｍ膜厚０．４μｍ圧力０．４７Ｐａ

【００８５】その後、レジストパターニング及び下記条
件のドライエッチングでＡｌ配線層４４を形成させ、図
４の構造が得られる。条件ガスＢＣｌ₃／Ｃｌ₂＝６０／９０ｓ
ｃｃｍマイクロ波パワー１０００ＷＲＦパワー５０Ｗ圧力０．０１６Ｐａ本構造の接続配線構造も、上記した各実施例と同様の効
果を有し、特に図４に示すように、溝３，３１内の金属
膜４１，４２で充分に厚い結晶成長領域Ａが確保され、
また、溝３２の金属膜４３と上層金属膜４４とで充分に
厚い結晶成長領域Ｂが確保されて、大粒径のＡｌ結晶成
長が可能となっている。

【００８６】本構造のデバイス適用例（ＭＯＳＦＥＴ）
を、図６に示す。図６中、１は基板、２０は素子分離領
域、５はゲート材、５１はゲート絶縁膜、６ａ，６ｂは
ＬＤＤ構造７ａ，７ｂ形成用のサイドウォール、８ａ，
８ｂはソース／ドレイン領域を示す。符号３，３１，３
２は上述した溝、４１，４２，４３，４４は金属膜であ
る。

【００８７】実施例５本実施例は、実施例４が雛段構造をなしているのに対
し、図７に示すように、逆雛段構造をなしているもので
ある。

【００８８】図８に、本実施例の工程を示す。上記逆雛
壇構造をなすこと以外は、実施例４と同様であるので、
図７、図８に対応する符号を付して、詳しい説明は省略
する。

【００８９】実施例６この実施例は、本発明の微小構造を、マイクロマシンに
適用したものである。図１０及び図１１を参照する。

【００９０】この実施例は、図１１に示すようなＳｉ基
板１０に多結晶シリコン軸１０１を形成した構造に、図
１０に示す如くその軸１０１の囲りに高融点金属回転ロ
ータ１０２を配したマイクロマシンとして具体化したも
のである。

【００９１】即ち、本実施例のロータは、予め溝部を形
成し、該溝部内を金属膜で埋め込み、溝部以外の金属膜
を除去し、連続して該溝部上のみに金属膜を形成するこ
とにより得られる。

【００９２】また、予め溝部を形成し、該溝部内に金属
膜で埋め込みを行い、該溝部上のみに金属膜を形成する
ことにより得られる。

【００９３】実施例７本実施例は、本発明の構造をマイクロマシン、特にマイ
クロローターに適用した場合の、形成方法を示すもので
ある。

【００９４】本実施例では、図１２に示すように、基板
１（Ｓｉ基板）上に絶縁膜２（ＳｉＯ₂）を形成し、フ
ォトリソグラフィー技術により開口を形成して、その上
にポリＳｉをＣＶＤし、エッチバックして、図示の如く
絶縁膜２中にポリＳｉ１０１を埋め込んだ構造を得る。

【００９５】次に、絶縁膜２（ＳｉＯ₂）除去後、Ｓｉ
Ｏ₂薄膜３′を形成し、高融点金属１０２としてＷを形
成し、図１３の構造とする。

【００９６】次に、高融点金属１０２（Ｗ）をパターニ
ングして、図１４の構造とする。

【００９７】次に、フッ化水素ＨＦを用いてＳｉＯ₂の
みを除去し、図１５の構造とする。

【００９８】次いで、ＳｉＯ₂により絶縁膜３０をＣＶ
Ｄで形成し、孔を形成してポリＳｉをＣＶＤしてエッチ
バックすることにより、ポリＳｉプラグ１０３を形成す
る。これらより図１６の構造を得る。

【００９９】次に、更に絶縁膜３１としてＳｉＯ₂を形
成し、フォトレジストの合わせずれを考慮しつつ、開口
をパターニングし、ポリＳｉをＣＶＤしてエッチバック
し、ポリＳｉプラグ１０４を形成する。以上で図１７の
構造を得た。

【０１００】最後に、ＳｉＯ₂のみをフッ化水素ＨＦで
除去して、図１８の構造とした。高融点金属ローター１
０２は、ポリＳｉ軸１０１の囲りで回転することになる
が、このとき上広がりでひさし状になっているポリＳｉ
１０４がストッパになるので、ローター１０２の回転時
も、このストッパポリＳｉ１０４により、ローター１０
２がはずれることが防止される。

【０１０１】実施例８この実施例は、基板の一方の面が実施例６または７と同
様なマイクロマシンをなし（図１０、図１８参照）、基
板の他方の面が実施例３または４に示した半導体装置を
なし、該半導体装置が前記マイクロマシンの駆動制御部
を構成する構造の駆動制御付きマイクロマシンに適用し
たものである。

【０１０２】本実施例によれば、機械的電気的耐性の良
好な機械要素から成るマイクロマシンの利点と、エレク
トロマイグレーション耐性の良好な半導体装置の利点と
が、ともに兼ね備えられたものを得ることができた。

【０１０３】

【発明の効果】本発明によれば、微小な構造であって
も、機械的・電気的耐性が良好で、よってエレクトロマ
イグレーション耐性等の耐性が良好な配線構造に適用で
き、かつ、マイクロマシン用構造にも好ましく適用でき
る微小構造及びその製造方法、及び上記の如き接続配線
構造の形成方法を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の工程を示す断面図である。

【図２】実施例２の構造を示す断面図である。

【図３】実施例３の工程を示す断面図である。

【図４】実施例４の構造を示す断面図である。

【図５】実施例４の構造を示す断面図である。

【図６】実施例４のデバイス適用例を示す断面図であ
る。

【図７】実施例５の構造を示す断面図である。

【図８】実施例５の工程を示す断面図である。

【図９】実施例で用いたポリッシュ（研磨）装置の構成
図である。

【図１０】実施例６を示す。

【図１１】実施例６を示す。

【図１２】実施例７の工程を示す断面図である（１）。

【図１３】実施例７の工程を示す断面図である（２）。

【図１４】実施例７の工程を示す断面図である（３）。

【図１５】実施例７の工程を示す断面図である（４）。

【図１６】実施例７の工程を示す断面図である（５）。

【図１７】実施例７の工程を示す断面図である（６）。

【図１８】実施例７の工程を示す断面図であり（７）、
最終形状を示すものである。

【図１９】従来例の工程を示す（１）。

【図２０】従来例の工程を示す（２）。

【図２１】従来例の工程を示す（３）。

【符号の説明】

１基板２，２１，２２絶縁（層間）膜３，３１，３２溝（部）４１〜４４金属膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０５Ｈ 1/46 Ａ 9014−2Ｇ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁膜に形成した溝部内に金属膜を充填し
た部分を有し、さらに該溝部内の金属面の上部全面に形
成した溝部内に同一種の金属膜を充填した部分を有し、
さらにその溝部内の金属面の上部全面に形成した溝部内
に同一種の金属膜を充填した部分を有することを特徴と
する３段構造の微小構造。
【請求項２】溝部もしくは金属膜の端辺が雛段もしくは
逆雛段構造をなしていること特徴とする請求項１に記載
の微小構造。
【請求項３】半導体装置の配線構造に適用されるもので
あることを特徴とする請求項１または２に記載の微小構
造。
【請求項４】マイクロマシンの機械要素に適用されるも
のであることを特徴とする請求項１または２に記載の微
小構造。
【請求項５】マイクロマシンローターの構造であること
を特徴とする請求項４に記載の微小構造。
【請求項６】基板の一方の面がマイクロマシンをなし、
基板の他方の面が半導体装置をなし、該半導体装置が前
記マイクロマシンの駆動制御部を構成するとともに、前
記半導体装置またはマイクロマシンの少なくともいずれ
かが請求項１ないし５のいずれかに記載の微小構造をな
すものであることを特徴とする微小構造。
【請求項７】予め溝部を形成し、該溝部内を金属膜で埋
め込み、溝部以外の金属膜を除去し、連続して該溝部上
のみに金属膜を形成することを特徴とする微小構造の製
造方法。
【請求項８】予め溝部を形成し、該溝部内に金属膜で埋
め込みを行い、該溝部上のみに金属膜を形成することを
特徴とする微小構造の製造方法。
【請求項９】予め接続孔を形成し、その内部に完全に金
属膜で埋め込みを行い、接続孔以外の金属膜は除去し、
さらにその上に接続孔を形成してその内部を金属膜で埋
め込んだ接続配線構造の形成方法。
【請求項１０】請求項９に示す接続孔上に溝を形成し、
その内部を金属膜で埋め込んだ接続配線構造の形成方
法。
【請求項１１】金属膜は、４００℃以上の高温Ａｌスパ
ッタ法で形成することを特徴とする請求項８ないし１０
のいずれかに記載の接続配線構造の形成方法。
【請求項１２】金属膜は、４００℃以下のスパッタ法で
形成し、その後４００℃以上の温度でリフローを施すこ
とを特徴とする請求項８ないし１０のいずれかに記載の
接続配線構造の形成方法。
【請求項１３】請求項７の金属膜除去方法として、メタ
ルポリッシュもしくはドライエッチング法を用いること
を特徴とする微小構造の製造方法。
【請求項１４】溝を形成し、溝内のみに配線金属膜を形
成し、更に溝部上部にも配線金属膜を形成することを特
徴とする接続配線構造の形成方法。
【請求項１５】接続孔を形成し、該接続孔内に金属膜を
形成し、更に接続孔上部に接続孔を１個以上配し、その
中を金属膜で形成した多孔構造を形成し、接続孔が接す
る基板と上板との電気的接続を得る一体型孔構造とする
ことを特徴とする接続配線構造の形成方法。