JPH08203895A - Method for filling hole by high pressure reflow - Google Patents
Method for filling hole by high pressure reflowInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置製造におけ
る孔の埋め込みに関する方法であって、特に高圧リフロ
ーによる孔の埋め込み方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for filling holes in semiconductor device manufacturing, and more particularly to a method for filling holes by high pressure reflow.
【0002】[0002]
【従来の技術】LSIの集積度の向上にともない、デザ
インルールは微細化してきている。その結果、孔(例え
ば接続孔)のアスペクト比(接続孔の深さ/接続孔径)
が増大して、従来のスパッタリングやCVD法によって
接続孔内に金属配線材料を埋め込むことが困難になって
きている。2. Description of the Related Art Design rules are becoming finer with the increase in the degree of integration of LSIs. As a result, the aspect ratio of the hole (for example, connection hole) (connection hole depth / connection hole diameter)
As a result, it has become difficult to embed a metal wiring material in the connection hole by the conventional sputtering or CVD method.
【0003】接続孔内にボイド(金属配線材料が埋め込
まれないで空間となっている部分)がある場合には、ビ
アホールやコンタクトホールでの高抵抗化、ボイド部分
での電流集中によるエレクトロマイグレーション耐性の
低下等が懸念される。そのため、接続孔の内部にはボイ
ドを発生することなく金属配線材料を埋め込むことが望
まれる。If there is a void (a space which is not filled with a metal wiring material and is a space) in the connection hole, the resistance is increased in the via hole and the contact hole, and the electromigration resistance is caused by current concentration in the void portion. Is a concern. Therefore, it is desired to embed the metal wiring material inside the connection hole without generating a void.
【0004】それを達成する技術として、高圧リフロー
法が提案されている。この方法は、スパッタリングによ
って、接続孔の内部に空間を残した状態で絶縁膜上に配
線材料となる金属膜を形成する。その後、大気にさらす
ことなく基板を加熱しながら、高圧の不活性ガス雰囲気
中で金属膜の表面を加圧することにより、接続孔の内部
に金属膜の一部分を押し込むという方法である。A high pressure reflow method has been proposed as a technique for achieving this. In this method, a metal film to be a wiring material is formed on the insulating film by sputtering while leaving a space inside the connection hole. After that, while heating the substrate without exposing it to the atmosphere, the surface of the metal film is pressed in a high-pressure inert gas atmosphere to push a part of the metal film into the inside of the connection hole.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記高
圧リフロー法では、接続孔の内部に空間を残した状態で
絶縁膜上に金属膜を形成するために制約がある。接続孔
の径が大きい場合、例えば0.6μmを越えるような径
の場合には、図2に示すように、絶縁層111に形成し
た接続孔112上の金属膜113に開口部114が形成
される。すなわち、接続孔112の内部空間と金属膜1
13上の空間とが通じた状態になる。このため、高圧リ
フロー法を行っても、加圧によって金属膜113の一部
分を接続孔112の内部に押し込むことができない。However, the above-mentioned high-pressure reflow method has a limitation in forming a metal film on the insulating film while leaving a space inside the connection hole. When the diameter of the connection hole is large, for example, when it exceeds 0.6 μm, as shown in FIG. 2, the opening 114 is formed in the metal film 113 on the connection hole 112 formed in the insulating layer 111. It That is, the internal space of the connection hole 112 and the metal film 1
The space above 13 is in communication. Therefore, even if the high pressure reflow method is performed, a part of the metal film 113 cannot be pushed into the inside of the connection hole 112 by the pressure.
【0006】そこで、接続孔の径を小さくすれば、接続
孔の内部に空間を残した状態でかつ接続孔上を覆う状態
に金属膜を形成でき、そして高圧リフロー法を適用する
ことができるが、接続孔をコンタクトホールやビアホー
ルのような配線の接続孔として用いた場合には、コンタ
クト抵抗が大幅に増大するという問題を生じる。Therefore, if the diameter of the connection hole is reduced, the metal film can be formed in a state where a space is left inside the connection hole and the connection hole is covered, and the high pressure reflow method can be applied. When the connection hole is used as a connection hole for wiring such as a contact hole or a via hole, there arises a problem that the contact resistance is significantly increased.
【0007】本発明は、コンタクト抵抗を増大すること
なく孔(例えば接続孔)を形成して、かつ高圧リフロー
法の適用を可能にした高圧リフローによる孔の埋め込み
方法を提供することを目的とする。It is an object of the present invention to provide a method of filling holes by high pressure reflow, which enables formation of holes (for example, connection holes) without increasing contact resistance and enables application of the high pressure reflow method. .
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされた高圧リフローによる孔の埋め込み
方法である。すなわち、一つの電気的接続に対して複数
の孔を絶縁膜に形成する。その際に、各孔の各最小径
は、上記絶縁膜上に形成する金属膜の膜厚の値よりも小
さく形成する。その後、各孔内に空間を残す状態にして
絶縁膜上に金属膜を形成し、続いて金属膜の表面に圧力
を加えて金属膜の一部分を各孔の内部に押し込めること
で各孔を金属膜の一部分で埋め込む。上記複数の孔の各
最小径は、望ましくは最大0.6μm以下に設定する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a method for filling holes by high pressure reflow, which has been made to achieve the above object. That is, a plurality of holes are formed in the insulating film for one electrical connection. At that time, each minimum diameter of each hole is formed smaller than the value of the film thickness of the metal film formed on the insulating film. After that, a space is left in each hole to form a metal film on the insulating film, and then a pressure is applied to the surface of the metal film to push a part of the metal film into each hole, so that each hole is metalized. Embed in part of the membrane. The minimum diameter of each of the plurality of holes is desirably set to a maximum of 0.6 μm or less.
【0009】[0009]
【作用】上記高圧リフローによる孔の埋め込み方法で
は、一つの電気的接続に対して複数の孔を絶縁膜に形成
することから、一つ一つの孔の径は小さくてすむ。その
ため、金属膜の成膜特性によって各孔の内部に空間を残
した状態で金属膜が成膜される。そして高圧リフロー法
を行うことによって、各孔の内部は金属膜の一部分が埋
め込まれる。In the method of filling holes by high pressure reflow as described above, a plurality of holes are formed in the insulating film for one electrical connection, so that the diameter of each hole can be small. Therefore, the metal film is formed with a space left inside each hole due to the film forming characteristics of the metal film. Then, by performing the high pressure reflow method, a part of the metal film is embedded inside each hole.
【0010】上記各孔の最小径は、絶縁膜上に形成する
金属膜の膜厚の値よりも小さく形成することから、金属
膜を形成した際には、確実に各孔上が金属膜で覆われ
る。すなわち、金属膜を成膜した時点で各孔上の金属膜
に開口部が形成されることがなくなる。したがって、各
孔の内部には空間が形成されることになる。もし各孔の
最小径を金属膜の膜厚の値よりも大きく形成した場合に
は、金属膜は各孔を覆うことができない。すなわち、各
孔上の金属膜に、当該孔に通じる開口部が形成されてし
まう。したがって、各孔の最小径は金属膜の膜厚の値よ
りも小さく形成されなければならない。しかも、複数の
孔の各最小径を0.6μm以下に設定したことにより、
金属膜を成膜した時点で各孔上は金属膜で確実に覆われ
ることになる。Since the minimum diameter of each hole is smaller than the value of the film thickness of the metal film formed on the insulating film, when the metal film is formed, the metal film is surely formed on each hole. To be covered. That is, no opening is formed in the metal film on each hole when the metal film is formed. Therefore, a space is formed inside each hole. If the minimum diameter of each hole is made larger than the value of the film thickness of the metal film, the metal film cannot cover each hole. That is, an opening communicating with the hole is formed in the metal film on each hole. Therefore, the minimum diameter of each hole must be smaller than the thickness of the metal film. Moreover, by setting each minimum diameter of the plurality of holes to 0.6 μm or less,
When the metal film is formed, the holes are surely covered with the metal film.
【0011】[0011]
【実施例】本発明の実施例を図1の製造工程図によって
説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to the manufacturing process chart of FIG.
【0012】図1の(1)に示すように、基板11上に
は下層配線12が形成されている。の下層配線12は、
例えば窒化チタン(TiN)層/アルミニウム−銅(A
l−Cu)合金層/窒化チタン(TiN)層/チタン
(Ti)層のように4層構造になっている。そして上記
下層配線11を覆う状態に上記基板11上には絶縁膜と
して層間絶縁膜13が形成されている。この層間絶縁膜
13には、一つの電気的接続のために、複数の孔とし
て、例えば接続孔14が形成されている。上記複数の接
続孔14の各径は、上記層間絶縁膜13上に形成しよう
とする金属膜の膜厚の値よりも小さな径で形成する。さ
らに、複数の接続孔14の径は0.6μm以下に形成す
る必要がある。したがって、例えば金属膜を0.50μ
mの膜厚に形成する場合には、0.50μmよりも小さ
い径で形成する。しかも、上記複数の接続孔14は、一
つの電気的接続を一つの接続孔で形成した場合と同等ま
たはそれよりも広い接続部の面積を確保しなければなら
ない。As shown in FIG. 1A, lower wiring 12 is formed on the substrate 11. The lower layer wiring 12 is
For example, titanium nitride (TiN) layer / aluminum-copper (A
It has a four-layer structure such as 1-Cu alloy layer / titanium nitride (TiN) layer / titanium (Ti) layer. An interlayer insulating film 13 is formed as an insulating film on the substrate 11 so as to cover the lower wiring 11. A plurality of holes, for example, connection holes 14, are formed in the interlayer insulating film 13 for one electrical connection. The diameter of each of the plurality of connection holes 14 is smaller than the thickness of the metal film to be formed on the interlayer insulating film 13. Further, the diameter of the plurality of connection holes 14 needs to be formed to be 0.6 μm or less. Therefore, for example, a metal film of 0.50μ
When forming to a film thickness of m, the diameter is smaller than 0.50 μm. Moreover, the plurality of connection holes 14 must secure the area of the connection portion which is equal to or wider than that in the case where one electrical connection is formed by one connection hole.
【0013】ここで、複数の接続孔14の各径を0.4
0μmとした場合の複数の接続孔14の個数を求めてみ
る。今、一つの電気的接続が例えば0.80μm径の一
つの接続孔で形成されているとする場合、この一つの電
気的接続を0.40μm径の複数の接続孔14で形成す
るならば、この複数の接続孔の個数は以下のようにして
求まる。先ず一つの接続孔の接続部の面積S1は、S1
=π×(0.8)2 /4=0.16π(μm2 )にな
る。一方、孔径が0.40μmの複数の接続孔14にお
ける各接続部の面積S2は、S2=π×(0.40)2
/4=0.04π(μm2 )になる。接続孔を一つで形
成した場合の接続部の面積S1と接続孔を複数(例えば
n個)で形成した場合の接続部の総面積n・S2とは、
S1≦n・S2なる関係が必要である。よって、複数の
接続孔14の個数nは、n≧S1/S2=4(個)にな
る。したがって、上記の場合には、図1の(2)のレイ
アウト図に示すように、下層配線12に対して、絶縁膜
13に少なくとも4個の接続孔14(14a,14b,
14c,14d)を形成すればよい。Here, each diameter of the plurality of connection holes 14 is set to 0.4.
The number of the plurality of connection holes 14 in the case of 0 μm will be calculated. Now, assuming that one electrical connection is formed by one connection hole having a diameter of 0.80 μm, if this one electrical connection is formed by a plurality of connection holes 14 having a diameter of 0.40 μm, The number of the plurality of connection holes is obtained as follows. First, the area S1 of the connection portion of one connection hole is S1
= Π × (0.8) 2 /4=0.16π (μm 2 ). On the other hand, the area S2 of each connection portion in the plurality of connection holes 14 having a hole diameter of 0.40 μm is S2 = π × (0.40) 2
/4=0.04π (μm 2 ) The area S1 of the connecting portion when one connecting hole is formed and the total area n · S2 of the connecting portion when a plurality of (for example, n) connecting holes are formed are
The relationship of S1 ≦ n · S2 is required. Therefore, the number n of the plurality of connection holes 14 is n ≧ S1 / S2 = 4 (pieces). Therefore, in the above case, as shown in the layout diagram of (2) of FIG. 1, at least four connection holes 14 (14a, 14b,
14c, 14d) may be formed.
【0014】その後、図1の(3)に示すように、例え
ばスパッタリングによって、各接続孔14a〜14dの
内壁にバリアメタル層15を形成する。このときの成膜
条件は、例えば、スパッタリングガスに流量が100s
ccmのアルゴン(Ar)を用い、成膜雰囲気の圧力を
0.4Pa、基板温度を150℃、DCパワーを4kW
に設定した。なお、上記バリアメタル層15は、この後
に形成する金属膜の材質によっては必要ない場合もあ
る。Thereafter, as shown in FIG. 1C, a barrier metal layer 15 is formed on the inner walls of the connection holes 14a to 14d by, for example, sputtering. The film forming conditions at this time are, for example, a sputtering gas flow rate of 100 s.
ccm argon (Ar) is used, the pressure of the film forming atmosphere is 0.4 Pa, the substrate temperature is 150 ° C., and the DC power is 4 kW.
Set to. The barrier metal layer 15 may not be necessary depending on the material of the metal film formed later.
【0015】続いてスパッタリングによって、上記バリ
アメタル層15の表面に金属膜16を形成する。上記金
属膜16は、例えばアルミニウム−銅(Al−Cu),
アルミニウム−シリコン−銅(Al−Si−Cu),銅
(Cu),銀(Ag)等の半導体装置製造に用いられる
材料で形成される。ここでは、一例として、Al−Cu
合金からなり金属膜16で説明する。このときの成膜条
件は、例えば、スパッタリングガスに流量が100sc
cmのアルゴン(Ar)を用い、成膜雰囲気の圧力を
0.4Pa、基板11の温度を無加熱〜500℃の範囲
内の所定温度、DCパワーを20kWに設定した。そし
て上記金属膜16を成膜した際には、各接続孔14a〜
14dは径が0.40μmに形成されているので、スパ
ッタリングの特性から各接続孔14a〜14dの内部に
空間が形成される。すなわち、各接続孔14a〜14d
の内部に空間を残した状態で金属膜16が絶縁膜13上
に形成されることになる。しかも上記スパッタリング時
の雰囲気の圧力が0.4Pa程度であるため、上記各接
続孔14a〜14d内に形成される空間は真空に近い状
態になる。なお、上記(3)図以降の図面では、接続孔
14c,14dは接続孔14a,14bの背後に隠れて
いるので示されない。Subsequently, a metal film 16 is formed on the surface of the barrier metal layer 15 by sputtering. The metal film 16 is made of, for example, aluminum-copper (Al-Cu),
It is formed of a material used for manufacturing a semiconductor device such as aluminum-silicon-copper (Al-Si-Cu), copper (Cu), and silver (Ag). Here, as an example, Al-Cu
The metal film 16 made of an alloy will be described. The film forming conditions at this time are, for example, a sputtering gas flow rate of 100 sc.
cm of argon (Ar) was used, the pressure of the film forming atmosphere was set to 0.4 Pa, the temperature of the substrate 11 was set to a predetermined temperature within the range of no heating to 500 ° C., and the DC power was set to 20 kW. When the metal film 16 is formed, the connection holes 14a ...
Since 14d has a diameter of 0.40 μm, a space is formed inside each of the connection holes 14a to 14d due to the characteristics of sputtering. That is, each connection hole 14a-14d
The metal film 16 is formed on the insulating film 13 with a space left inside. Moreover, since the pressure of the atmosphere at the time of sputtering is about 0.4 Pa, the space formed in each of the connection holes 14a to 14d is in a state close to vacuum. In addition, in the drawings after (3) above, the connection holes 14c and 14d are not shown because they are hidden behind the connection holes 14a and 14b.
【0016】続いて図1の(4)に示すように、基板1
1を加熱しながら上記金属膜16の表面に圧力を加え
る。このときの加熱温度は、例えば150℃〜500℃
の範囲内の所定温度に設定し、加圧する圧力は、例えば
1MPa以上に設定する。そして、上記加圧時には接続
孔14a〜14dの各内部は上記説明したように真空に
近い状態であり、しかも基板11が加熱されていること
から、金属膜16の一部分は上記接続孔14a〜14d
の各内部に押し込まれる。その結果、図1の(5)に示
すように、接続孔14a〜14dの各内部は金属膜16
の一部分によって埋め込まれる。Subsequently, as shown in (4) of FIG.
While heating 1, the pressure is applied to the surface of the metal film 16. The heating temperature at this time is, for example, 150 ° C to 500 ° C.
Is set to a predetermined temperature within the range of, and the pressure to be applied is set to, for example, 1 MPa or more. When the pressure is applied, the inside of each of the connection holes 14a to 14d is in a state close to a vacuum as described above, and since the substrate 11 is heated, a part of the metal film 16 is partially connected to the connection holes 14a to 14d.
Is pushed inside each. As a result, as shown in (5) of FIG.
Embedded by a part of.
【0017】上記実施例では、一つの電気的接続に対し
て複数の接続孔14a〜14dを絶縁膜13に形成する
ことから、従来よりも接続孔14a,14b,14c,
14dの径が小さくなる。また各接続孔14a〜14d
は、絶縁膜13上に形成する金属膜16の膜厚の値より
も小さな径で形成され、かつ各径を0.6μm以下に設
定することから、スパッタリングによって金属膜16を
絶縁膜13上に形成した際に、各接続孔14a〜14d
上は金属膜16で確実に覆われる。このため、高圧リフ
ロー法を行うことが可能になる。In the above embodiment, since a plurality of connection holes 14a-14d are formed in the insulating film 13 for one electrical connection, the connection holes 14a, 14b, 14c,
The diameter of 14d becomes smaller. Moreover, each connection hole 14a-14d
Is formed with a diameter smaller than the thickness value of the metal film 16 formed on the insulating film 13, and each diameter is set to 0.6 μm or less. Therefore, the metal film 16 is formed on the insulating film 13 by sputtering. When formed, each connection hole 14a-14d
The top is surely covered with the metal film 16. Therefore, the high pressure reflow method can be performed.
【0018】また上記実施例では、接続孔は円形断面の
ものとして説明したが、例えば長円形断面,楕円形断面
または矩形断面のものであっても、本発明は適用でき
る。その場合、複数の接続孔14の各断面形状の最小径
が、金属膜16の厚さ以下であり、0.6μm以下であ
る条件を満たす必要がある。In the above embodiments, the connection hole has a circular cross section, but the present invention can be applied to an oval cross section, an elliptical cross section or a rectangular cross section. In that case, it is necessary to satisfy the condition that the minimum diameter of each cross-sectional shape of the plurality of connection holes 14 is equal to or less than the thickness of the metal film 16 and equal to or less than 0.6 μm.
【0019】[0019]
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
一つの電気的接続に対して複数の孔を形成することか
ら、一つの電気的接続に対して径が大きな一つの孔を設
けたときと同等の接続抵抗を確保して複数の各孔の最小
径を小さくできる。そのため、各孔上を金属膜で覆うこ
とができる。そして各孔の最小径は、絶縁膜上に形成す
る金属膜の膜厚の値よりも小さく、しかも0.6μm以
下に形成されるので、各孔内に空間を残した状態で孔上
を金属膜で覆うことができる。したがって、電気的接続
に対する接続抵抗を増大させることなく、高圧リフロー
法によって複数の孔の内部に金属膜の一部分を埋め込む
ことができる。As described above, according to the present invention,
Since multiple holes are formed for one electrical connection, the same connection resistance as when one hole with a large diameter is provided for one electrical connection is ensured, and the maximum number of holes The small diameter can be reduced. Therefore, each hole can be covered with a metal film. The minimum diameter of each hole is smaller than the value of the film thickness of the metal film formed on the insulating film, and is 0.6 μm or less. Therefore, a metal is left on each hole with a space left. It can be covered with a membrane. Therefore, it is possible to embed a part of the metal film inside the plurality of holes by the high pressure reflow method without increasing the connection resistance for electrical connection.
【図1】本発明の実施例の製造工程図である。FIG. 1 is a manufacturing process diagram of an example of the present invention.
【図2】課題の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a problem.
13 絶縁膜 14,14a〜14d 孔 16 金属膜 13 insulating film 14, 14a to 14d hole 16 metal film
Claims (2)
を形成し、 続いて加熱しながら前記金属膜の表面に圧力を加えて該
金属膜の一部分を前記孔の内部に押し込めることで該孔
を該金属膜の一部分で埋め込む高圧リフローによる孔の
埋め込み方法において、 前記孔を一つの電気的接続に対して複数の孔で形成し、
かつ該複数の孔の少なくとも各孔の最小径は前記金属膜
の膜厚以下の値に設定することを特徴とする高圧リフロ
ーによる孔の埋め込み方法。1. After forming a hole in an insulating film, a metal film is formed on the insulating film while leaving a space in the hole, and then pressure is applied to the surface of the metal film while heating. A method of embedding a hole by high pressure reflow in which a part of the metal film is pushed into the hole to embed the hole in the part of the metal film, wherein the hole is formed of a plurality of holes for one electrical connection. ,
Further, at least the minimum diameter of each of the plurality of holes is set to a value equal to or less than the film thickness of the metal film, which is a method of filling holes by high pressure reflow.
埋め込み方法において、 前記複数の孔は少なくとも各孔の最小径を0.6μm以
下に設定したことを特徴とする高圧リフローによる孔の
埋め込み方法。2. The method of embedding holes by high pressure reflow according to claim 1, wherein the plurality of holes have at least the minimum diameter of each hole set to 0.6 μm or less. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP687895A JPH08203895A (en) | 1995-01-20 | 1995-01-20 | Method for filling hole by high pressure reflow |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP687895A JPH08203895A (en) | 1995-01-20 | 1995-01-20 | Method for filling hole by high pressure reflow |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08203895A true JPH08203895A (en) | 1996-08-09 |
Family
ID=11650488
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP687895A Pending JPH08203895A (en) | 1995-01-20 | 1995-01-20 | Method for filling hole by high pressure reflow |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08203895A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100416815B1 (en) * | 1996-12-04 | 2004-05-10 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for forming multiple metal layer of semiconductor device |
KR100485555B1 (en) * | 2001-09-28 | 2005-04-27 | 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 | Method for manufacturing of spaced metal wiring onto semiconductor substrate |
-
1995
- 1995-01-20 JP JP687895A patent/JPH08203895A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100416815B1 (en) * | 1996-12-04 | 2004-05-10 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for forming multiple metal layer of semiconductor device |
KR100485555B1 (en) * | 2001-09-28 | 2005-04-27 | 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 | Method for manufacturing of spaced metal wiring onto semiconductor substrate |
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