JPH09223731A - 配線形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体デバイスの配線をデュアルダマシン法
によって形成する際に、上層配線となる導電膜を、ボイ
ド等が生じることなく、しかも、低温での処理により、
良好に接続孔や配線溝に埋め込むことが可能な配線形成
方法を提供する。 【解決手段】 先ず、下層配線２上に層間絶縁膜３を形
成し、次に、層間絶縁膜３をエッチングして接続孔３ａ
と配線溝３ｂを形成し、次に、層間絶縁膜３上に導電膜
６を形成する。その後、本発明では、高圧リフローによ
って導電膜６を接続孔３ａ及び配線溝３ｂに埋め込む。
そして、高圧リフローによって導電膜６を接続孔３ａ及
び配線溝３ｂに埋め込んだ後、接続孔３ａ及び配線溝３
ｂに埋め込まれた部分を残して導電膜６を除去する。こ
れにより、接続孔３ａ及び配線溝３ｂに埋め込まれた導
電膜が、上層配線として形成されることとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、配線形成方法に関
するものであり、特に、デュアルダマシン法によって配
線を形成する際に高圧リフローを利用することにより、
配線を良好に形成することを可能とした新規な配線形成
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＶＬＳＩ、ＵＬＳＩ等のような半導体デ
バイスでは、高集積化により、その内部配線の微細化及
び多層化が進んでおり、これに伴い、配線形成時の平坦
化技術や微細な配線の加工技術、並びに微細な配線の信
頼性確保等に対する要求が厳しくなっている。また、内
部配線の微細化及び多層化が進むに従い、これに伴うコ
ストの増大も大きな問題となっている。

【０００３】そこで、近年、これらの課題を解決する手
法として、配線を多層化する際に、単に配線と層間絶縁
膜とを積層するのではなく、配線を層間絶縁膜に埋め込
む、いわゆるダマシン法が検討されている。そして、ダ
マシン法の中でも、配線を層間絶縁膜に埋め込む際に、
上層配線と下層配線とを導通させる接続孔にも導電膜を
埋め込むことにより、配線引き回し部とプラグ部とを単
一導電膜で同時に形成することを可能とした、いわゆる
デュアルダマシン法が特に注目を集めている。

【０００４】以下、デュアルダマシン法による配線形成
について、具体的な例を挙げて説明する。

【０００５】デュアルダマシン法によって配線を形成す
る際は、例えば、先ず、図１５に示すように、絶縁基板
１００上の下層配線１０１の上に形成された層間絶縁膜
１０２をエッチングして、下層配線１０１に臨む接続孔
１０２ａを形成し、更に、層間絶縁膜１０２をエッチン
グして、上層配線に対応した配線溝１０２ｂを形成す
る。このように、層間絶縁膜１０２に接続孔１０２ａと
配線溝１０２ｂとが形成された構造は、デュアルダマシ
ン構造と呼ばれる。

【０００６】次に、図１６に示すように、デュアルダマ
シン構造とされた層間絶縁膜１０２上に、Ｔｉ膜とＴｉ
Ｎ膜との積層膜等からなる下地バリアメタル１０３をス
パッタ成膜するとともに、この下地バリアメタル１０３
上にＡｌやＡｌ合金等の導電材料からなる導電膜１０４
をスパッタ成膜する。

【０００７】ここで、導電膜１０４は、通常、接続孔１
０２ａや配線溝１０２ｂの内部を完全に埋め込むように
は形成されず、図１６に示すように、接続孔１０２ａや
配線溝１０２ｂの部分に隙間１０４ａが生じる。そこ
で、この隙間１０４ａを無くすように、導電膜１０４に
対してリフロー処理を施す。すなわち、導電膜１０４を
形成した後、高真空中にて導電膜１０４の融点付近まで
加熱して、導電膜１０４の流動性を高める。これによ
り、図１７に示すように、導電膜１０４が配線溝１０２
ａ及び接続孔１０２ｂに隙間無く埋め込まれることとな
る。

【０００８】次に、例えば、化学機械的研磨法（以下、
ＣＭＰ法と称する。）により、図１８に示すように、接
続孔１０２ａ及び配線溝１０２ｂの内部に埋め込まれた
部分を残して、下地バリアメタル１０３及び導電膜１０
４を除去する。ここで、ＣＭＰ法とは、研磨パッドを張
着した定盤の表面に基板ホルダに装着された基板を押し
当て、研磨パッド上に研磨微粒子を含むスラリーを供給
しながら定盤と基板ホルダの双方を回転させ、基板表面
を研磨する方法である。そして、このように、接続孔１
０２ａ及び配線溝１０２ｂの内部に埋め込まれた部分を
残して、下地バリアメタル１０３及び導電膜１０４を除
去することにより、接続孔１０２ａ及び配線溝１０２ｂ
の内部に埋め込まれた導電膜１０４によって上層配線が
形成されたこととなる。

【０００９】このようなデュアルダマシン法による配線
形成は、単に配線と層間絶縁膜とを積層する従来の配線
形成方法に比べて、多くのメリットを持っている。

【００１０】例えば、デュアルダマシン法では、配線の
形成と接続孔の埋め込みとを同時に行うので、工程数を
削減することが可能であり、低コスト化を図ることがで
きる。また、デュアルダマシン法では、配線を層間絶縁
膜に埋め込むため、基板表面のグローバル平坦化を図る
ことができる。更に、デュアルダマシン法では、配線部
分と接続孔部分とを同じ材料によって一括して形成する
ので、配線のエレクトロマイグレーション耐性を向上し
て信頼性を高めることができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、デュ
アルダマシン法では、配線の形成と接続孔の埋め込みと
を同時に行うので、接続孔の底部まで導電膜を充填しな
ければならない。ここで、デュアルダマシン構造では、
通常、その開口部のアスペクト比は、４〜５程度であ
る。したがって、デュアルダマシン法では、４〜５程度
の高アスペクト比の開口を有するデュアルダマシン構造
の層間絶縁膜に対して、導電膜の埋め込みを達成する必
要がある。そして、従来のデュアルダマシン法では、導
電膜に対してリフロー処理を施すことにより、配線溝及
び接続孔への導電膜の埋め込みを図っている。しかし、
このようなリフロー処理は、２〜３程度のアスペクト比
の開口に対しては有効であるが、４〜５程度のアスペク
ト比の開口を有するデュアルダマシン構造の層間絶縁膜
に対しては、導電膜を完全に埋め込むことができない。
そのため、従来のデュアルダマシン法では、リフロー処
理を施した後においても、図１９に示すように、接続孔
１０２ａや配線溝１０２ｂに空洞部や空隙部、すなわち
ボイド１０４ｂやカバレッジ不良部１０４ｃが形成され
やすいという問題があった。

【００１２】また、従来のデュアルダマシン法では、配
線溝及び接続孔への導電膜の埋め込みを図るために、導
電膜に対して高温でリフロー処理を施す必要がある。具
体的には、導電膜をＡｌ又はＡｌ合金で形成したときに
は、Ａｌの融点近くの５５０℃程度の高温に加熱する必
要がある。しかし、このような高温加熱は、半導体デバ
イスに様々な悪影響を与える恐れがある。具体的には、
高温加熱により、拡散層との接合破壊が生じるという問
題や、層間絶縁膜にクラックが生じるという問題や、下
層配線にストレスマイグレーション等が生じて信頼性が
低下するという問題等が生じる。

【００１３】以上のように、デュアルダマシン法による
配線形成には、半導体デバイスに悪影響を与えるような
高温での加熱処理を行うことなく、微細で高アスペクト
比の形状とされたデュアルダマシン構造の層間絶縁膜に
対して導電膜を完全に埋め込むことが可能な技術が求め
られている。

【００１４】そこで本発明は、このような従来の実情に
鑑みて提案されたものであり、半導体デバイスに悪影響
を与えるような高温での加熱処理を行うことなく、微細
で高アスペクト比の開口を有するデュアルダマシン構造
の層間絶縁膜に対して導電膜を完全に埋め込むことが可
能な配線形成方法を提供することを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに完成された本発明に係る配線形成方法は、層間絶縁
膜の下層に形成された下層配線に接続孔を介して導通す
る上層配線を、該層間絶縁膜に埋め込むように形成する
配線形成方法であって、下層配線上に層間絶縁膜を形成
する絶縁膜形成工程と、下層配線に臨む接続孔を層間絶
縁膜に開口するとともに、該層間絶縁膜の膜厚方向の一
部を除去して上層配線パターンに倣った配線溝を形成す
るパターニング工程と、少なくとも配線溝の開口端を塞
ぐごとく層間絶縁膜上に導電膜を形成する導電膜形成工
程と、高圧リフローによって導電膜を配線溝及び接続孔
に埋め込む高圧リフロー工程と、配線溝及び接続孔内に
埋め込まれた部分を残して導電膜を除去し、配線溝及び
接続孔内に略平坦に埋め込まれた導電膜を上層配線とす
る平坦化工程とを有することを特徴とするものである。
ここで、上層配線の材料としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、
Ａｕ又はこれらの少なくとも１種類を含む合金が好適で
ある。

【００１６】なお、上記配線形成方法において、高圧リ
フロー工程を行う前に導電層が大気にさらされたとき等
は、高圧リフロー工程を行う前に、導電膜の表面の自然
酸化膜を除去したほうがよい。

【００１７】また、上記導電膜形成工程の前に、接続孔
及び配線溝が形成された層間絶縁膜上に下地バリアメタ
ルを形成し、この下地バリアメタル上に導電膜を形成す
るようにしてもよい。なお、このように下地バリアメタ
ルを形成する際、下地バリアメタルは、コリメートスパ
ッタ法又は遠距離スパッタ法によって形成することが好
ましい。

【００１８】また、上記パターニング工程において、上
層配線の線幅が広い部分については配線溝を分割して形
成したほうがよい。

【００１９】以上のような本発明に係る配線形成方法で
は、高圧リフローによって導電膜を配線溝及び接続孔に
埋め込むので、半導体デバイスに悪影響を与えるような
高温での加熱処理を行うことなく、微細で高アスペクト
比を有するデュアルダマシン構造の層間絶縁膜に対し
て、導電膜を完全に埋め込むことが可能である。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した具体的な
実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明す
る。なお、本発明は以下の例に限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、条件等を任意に
変更することが可能であることは言うまでもない。

【００２１】第１の実施の形態 本実施の形態では、半導体デバイスの１層目Ａｌ配線に
導通した２層目Ａｌ配線を、層間絶縁膜に埋め込むよう
に形成する。すなわち、本実施の形態では、半導体デバ
イスの１層目Ａｌ配線が下層配線となり、２層目Ａｌ配
線が上層配線となる。

【００２２】本実施の形態では、先ず、図１に示すよう
に、通常の半導体デバイスの製造プロセスにより、トラ
ンジスタ等の素子（図示せず）が埋め込まれた絶縁基板
１上に１層目Ａｌ配線２を形成し、その後、絶縁膜形成
工程として、１層目Ａｌ配線２を覆うように、ＳｉＯ_x
やＳｉＯＦ等からなる層間絶縁膜３を形成する。

【００２３】次に、第１のパターニング工程として、層
間絶縁膜３をエッチングして、１層目Ａｌ配線２に臨む
接続孔を形成する。すなわち、図２に示すように、所定
の接続孔の形状に対応するようにパターニングされたフ
ォトレジスト４ａを層間絶縁膜３上に形成し、その後、
図３に示すように、このフォトレジスト４ａをマスクと
して、層間絶縁膜３を異方性エッチングして、１層目Ａ
ｌ配線２に臨む接続孔３ａを形成する。

【００２４】次に、第２のパターニング工程として、層
間絶縁膜３を更にエッチングして、２層目Ａｌ配線に対
応した配線溝を形成する。すなわち、図４に示すよう
に、所定の２層目Ａｌ配線パターンに対応するようにパ
ターニングされたフォトレジスト４ｂを層間絶縁膜３上
に形成し、その後、図５に示すように、このフォトレジ
スト４ｂをマスクとして、層間絶縁膜３を異方性エッチ
ングして、２層目Ａｌ配線パターンに対応した配線溝３
ｂを形成する。

【００２５】その後、フォトレジスト４ｂを除去するこ
とにより、図６に示すように、１層目Ａｌ配線２に臨む
接続孔３ａと、２層目Ａｌ配線パターンに対応した配線
溝３ｂとが形成されたデュアルダマシン構造が得られ
る。ここで、本実施の形態では、接続孔３ａについて
は、径ｔ１を０．３５μｍ、深さｔ２を１．０μｍと
し、配線溝３ｂについては、線幅の最小部分を０．４μ
ｍ、深さｔ３を０．５μｍとした。したがって、このデ
ュアルダマシン構造のアスペクト比は約４．３である。

【００２６】なお、ここでは、先ず、１層目Ａｌ配線２
に臨む接続孔３ａを形成し、その後、２層目Ａｌ配線パ
ターンに対応した配線溝３ｂを形成したが、これらの工
程は逆でも構わない。すなわち、先ず、２層目Ａｌ配線
パターンに対応した配線溝３ｂを形成し、その後、１層
目Ａｌ配線２に臨む接続孔３ａを形成するようにしても
よい。

【００２７】次に、図７に示すように、デュアルダマシ
ン構造とされた層間絶縁膜３上に、Ｔｉ膜とＴｉＮ膜と
の積層膜からなる下地バリアメタル５を高真空中にて形
成する。ここで、Ｔｉ膜は、例えば、マグネトロンスパ
ッタ法によって以下の条件で形成する。

【００２８】 ＤＣパワー ５ｋＷ プロセスガス Ａｒ １００ｓｃｃｍ 圧力 ０．４Ｐａ 基板温度 １５０℃ 膜厚 ２０ｎｍ 一方、Ｔｉ膜上に積層されるＴｉＮ膜は、引き続き高真
空中にて連続して、例えば、マグネトロンスパッタ法に
よって以下の条件で形成する。

【００２９】 なお、下地バリアメタル５は、Ｔｉ膜とＴｉＮ膜の積層
膜に限られるものではなく、後工程で形成される導電膜
に対するバリアと成り得るものであればよい。

【００３０】そして、下地バリアメタル５の形成が完了
したら、引き続き高真空中にて連続して、導電膜形成工
程として、図８に示すように、下地バリアメタル５上
に、Ａｌが約９９．５％、Ｃｕが約０．５％のＡｌ合金
からなる導電膜６を形成する。この導電膜６は、最終的
には、２層目Ａｌ配線となるものである。この導電膜６
は、例えば、マグネトロンスパッタ法によって以下の条
件で形成する。

【００３１】 ＤＣパワー １５ｋＷ プロセスガス Ａｒ １００ｓｃｃｍ 圧力 ０．４Ｐａ 基板温度 ４００℃ 膜厚 １０００ｎｍ 上記条件のように、基板温度を４００℃程度に加熱する
ことにより、Ａｌ合金のマイグレーションが促進され、
導電膜６は、表面に隙間がないように形成される。この
ように形成された導電膜６は、図８に示すように、接続
孔３ａの開口部や配線溝３ｂの開口部でも表面に隙間が
ないように形成されるが、接続孔３ａや配線溝３ｂの内
部にはボイド６ａが生じる。すなわち、導電膜６は、接
続孔３ａや配線溝３ｂの部分において、下部が空洞とな
ったブリッジ形状となる。

【００３２】なお、ここでは、導電膜６をＡｌ合金で形
成したが、導電膜６の材料、すなわち２層目配線の材料
は、これに限られるものではなく、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、
Ｃｕ又はこれらの少なくとも１種類を含む合金等も使用
可能である。

【００３３】次に、高圧リフロー工程として、接続孔３
ａや配線溝３ｂの内部のボイド６ａが無くなるように、
高圧リフローによって導電膜６を接続孔３ａ及び配線溝
３ｂに埋め込む。すなわち、導電膜６の形成後、Ａｒ等
の不活性ガスを導入して高圧とし、導電膜６を高圧雰囲
気にさらす。これにより、図９に示すように、導電膜６
が接続孔３ａ及び配線溝３ｂに押し込まれ、ボイド６ａ
が無くなる。ここで、高圧リフローは、例えば、以下の
ような条件で行う。

【００３４】 圧力 １０⁶Ｐａ以上 基板温度 ４５０℃ 時間 １ｍｉｎ この高圧リフロー工程により、図９に示したように、接
続孔３ａや配線溝３ｂの内部のボイドが無くなり、導電
膜６が接続孔３ａ及び配線溝３ｂに隙間無く埋め込まれ
る。

【００３５】上述したように、従来、導電膜６を接続孔
３ａや配線溝３ｂに埋め込むには、５５０℃に至るよう
な高温での処理が必要であったが、本実施の形態では、
高圧リフローによって導電膜６を埋め込むので、比較的
に低温での処理によって導電膜６を接続孔３ａや配線溝
３ｂへ非常に良好に埋め込むことができる。

【００３６】なお、このように高圧リフローを行う際に
は、上記条件のように、基板温度を４００℃以上とする
ことにより、Ａｌ合金からなる導電膜６が軟化するの
で、導電膜６の埋め込み特性が向上し、導電膜６をより
良好に接続孔３ａ及び配線溝３ｂに埋め込むことが可能
となる。

【００３７】次に、平坦化工程として、接続孔３ａ及び
配線溝３ｂの内部に埋め込まれた部分を残して、下地バ
リアメタル５及び導電膜６を除去する。ここで、下地バ
リアメタル５及び導電膜６の除去は、例えば、ＣＭＰ法
によって以下の条件で行う。

【００３８】 研磨圧力 １００ｇ／ｃｍ² 定盤回転数 ３０ｒｐｍ 研磨ヘッド回転数 ３０ｒｐｍ 研磨パッド ポリウレタン発泡体／不織布積層体 （ローデル社製のＳＵＢＡ IV） スラリー ＮＨ₄ＯＨベース（ヒュームドシリカ含有） スラリー流量 １００ｃｃ／ｍｉｎ 温度 ２５〜３０℃ 以上の工程により、図１０に示すように、下地バリアメ
タル５及び導電膜６が接続孔３ａ及び配線溝３ｂの内部
に埋め込まれた状態となり、この下地バリアメタル５及
び導電膜６が、２層目Ａｌ配線となる。すなわち、以上
の工程により、層間絶縁膜３の下層に形成された１層目
Ａｌ配線２に導通した２層目Ａｌ配線が、層間絶縁膜３
に埋め込まれたように形成されたこととなる。

【００３９】第２の実施の形態 本実施の形態では、下地バリアメタル５の形成以外につ
いては、上記第１の実施の形態と同様に、半導体デバイ
スの１層目Ａｌ配線２に導通した２層目Ａｌ配線を、層
間絶縁膜３に埋め込むように形成する。

【００４０】すなわち、本実施の形態では、Ｔｉ膜とＴ
ｉＮ膜の積層膜からなる下地バリアメタル５をコリメー
トスパッタ法によって形成し、その他については、第１
の実施の形態と同様に形成する。ここで、コリメートス
パッタ法とは、スパッタ法によって薄膜を形成する際
に、コリメータと呼ばれる簀の子状の整流板をターゲッ
トと基板との間に設置して、基板に入射するスパッタ粒
子の垂直入射成分を増加させる方法である。

【００４１】そして、コリメートスパッタ法によってＴ
ｉ膜を形成する際は、例えば、以下のような条件で行
う。

【００４２】 ＤＣパワー ５ｋＷ プロセスガス Ａｒ １００ｓｃｃｍ 圧力 ０．４Ｐａ 基板温度 １５０℃ 膜厚 ２０ｎｍ コリメータのアスペクト比 １．５ また、Ｔｉ膜上に積層されるＴｉＮ膜をコリメートスパ
ッタ法によって形成する際は、例えば、以下のような条
件で行う。

【００４３】 このように、下地バリアメタル５を形成する際に、コリ
メートスパッタ法を適用したときには、スパッタ粒子の
垂直入射成分が増加するので、接続孔３ａの底面におい
ても十分な膜厚を有する下地バリアメタル５が形成され
る。

【００４４】第３の実施の形態 本実施の形態では、下地バリアメタル５の形成以外につ
いては、上記第１の実施の形態と同様に、半導体デバイ
スの１層目Ａｌ配線２に導通した２層目Ａｌ配線を、層
間絶縁膜３に埋め込むように形成する。

【００４５】すなわち、本実施の形態では、Ｔｉ膜とＴ
ｉＮ膜の積層膜からなる下地バリアメタル５を遠距離ス
パッタ法によって形成し、その他については、第１の実
施の形態と同様に形成する。ここで、遠距離スパッタ法
とは、スパッタ法によって薄膜を形成する際に、ターゲ
ットと基板との間の距離を長くすることによって、基板
に入射するスパッタ粒子の垂直入射成分を増加させる方
法である。

【００４６】そして、遠距離スパッタ法によってＴｉ膜
を形成する際は、例えば、以下のような条件で行う。な
お、通常のスパッタ法では、ターゲットと基板との間の
距離は、数ｃｍ程度である。

【００４７】 ＤＣパワー ５ｋＷ プロセスガス Ａｒ １００ｓｃｃｍ 圧力 ０．４Ｐａ 基板温度 １５０℃ 膜厚 ２０ｎｍ ターゲットと基板間の距離 ３０ｃｍ また、Ｔｉ膜上に積層されるＴｉＮ膜を遠距離スパッタ
法によって形成する際は、例えば、以下のような条件で
行う。

【００４８】 このように、下地バリアメタル５を形成する際に、遠距
離スパッタ法を適用したときには、スパッタ粒子の垂直
入射成分が増加するので、接続孔３ａの底面においても
十分な膜厚を有する下地バリアメタル５が形成される。

【００４９】第４の実施の形態 本実施の形態では、下地バリアメタル５の形成以外につ
いては、上記第１の実施の形態と同様に、半導体デバイ
スの１層目Ａｌ配線２に導通した２層目Ａｌ配線を、層
間絶縁膜３に埋め込むように形成する。

【００５０】すなわち、本実施の形態では、Ｔｉ膜とＴ
ｉＮ膜の積層膜からなる下地バリアメタル５を化学的気
相成長法（以下、ＣＶＤ法と称する。）によって形成
し、その他については、第１の実施の形態と同様に形成
する。

【００５１】以下、ＣＶＤ法によるＴｉ膜及びＴｉＮ膜
の形成条件の例を示す。

【００５２】電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズ
マを利用した、いわゆるＥＣＲプラズマＣＶＤ法によっ
てＴｉ膜を形成する際は、例えば、以下のような条件と
する。

【００５３】 マイクロ波パワー ２．４５ＧＨｚ ２８００Ｗ プロセスガス ＴｉＣｌ₄ ３ｓｃｃｍ Ｈ₂ １００ｓｃｃｍ Ａｒ １７０ｓｃｃｍ 圧力 ０．４Ｐａ 基板温度 ４５０℃ また、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法によってＴｉＮ膜を形成
する際は、例えば、以下のような条件とする。

【００５４】 マイクロ波パワー ２．４５ＧＨｚ ２８００Ｗ プロセスガス ＴｉＣｌ₄ ２０ｓｃｃｍ Ｈ₂ ２６ｓｃｃｍ Ｎ₂ ８ｓｃｃｍ Ａｒ １７０ｓｃｃｍ 圧力 ０．２５Ｐａ 基板温度 ４５０℃ また、基板温度を高温に加熱した上で成膜する、いわゆ
る熱ＣＶＤ法によってＴｉＮ膜を形成する際は、例え
ば、以下のような条件とする。

【００５５】 プロセスガス ＴｉＣｌ₄ ４０ｓｃｃｍ ＮＨ₃ ６０ｓｃｃｍ Ｎ₂ ３０００ｓｃｃｍ 基板温度 ６００℃ 一般に、ＣＶＤ法によって形成される薄膜はカバレッジ
に優れているので、下地バリアメタル５をＣＶＤ法によ
って形成することにより、後工程で形成される導電膜６
に対する濡れ性に優れた下地バリアメタル５を形成する
ことができる。したがって、下地バリアメタル５をＣＶ
Ｄ法によって形成することにより、後工程で形成される
導電膜６を、接続孔３ａや配線溝３ｂにより良好に埋め
込むことが可能となる。

【００５６】ところで、このようにＣＶＤ法によって下
地バリアメタル５を形成した後は、スパッタ法によって
導電膜６を形成するのであるが、装置によっては、ＣＶ
Ｄ装置からスパッタ装置へ、基板を大気中にさらすこと
なく移送することが困難である。すなわち、装置によっ
ては、ＣＶＤ法によって下地バリアメタル５を形成した
後に、一度大気中に基板を取り出して、スパッタ装置に
基板を搬入することとなる。

【００５７】しかし、下地バリアメタル５の成膜後に基
板を大気にさらすと、下地バリアメタル５の表面が酸化
してしまう。そして、下地バリアメタル５の表面が酸化
していると、この上に導電膜６を形成したときに、下地
バリアメタル５の表面の酸化層と導電膜６とが反応し
て、界面に膜質の硬い酸化アルミニウム膜が形成されて
しまう。その結果、導電膜６の流動性が劣化し、高圧リ
フローを施しても、接続孔３ａや配線溝３ｂに導電膜６
を良好に埋め込むことができなくなってしまう。

【００５８】そこで、ＣＶＤ法で下地バリアメタル５を
成膜した後に、一度大気に取り出した場合には、導電膜
６を形成する直前に、下地バリアメタル５に対して逆ス
パッタ等を行い、その表面を除去するか、或いは、ＣＶ
Ｄ法によって形成された下地バリアメタル５上に、更に
スパッタ法等によって新たに下地バリアメタル５を積層
することが好ましい。

【００５９】このように、下地バリアメタル５に対して
逆スパッタ等を行うか、或いは、更にスパッタ法等によ
って下地バリアメタル５を積層することにより、下地バ
リアメタル５の表面に酸化層が露出するようなことが無
くなり、導電膜６を接続孔３ａや配線溝３ｂに良好に埋
め込むことが可能となる。

【００６０】第５の実施の形態 本実施の形態では、上記第１の実施の形態と同様に導電
膜６の形成まで行い、その後、高圧リフロー工程を行う
直前に、逆スパッタ等によって導電膜６の表面を除去す
る。

【００６１】すなわち、本実施の形態では、導電膜６の
表面に、膜質の硬い酸化アルミニウム膜等のような自然
酸化膜が形成されていたとしても、このような自然酸化
膜は、高圧リフロー工程の直前に予め除去されることと
なる。これにより、高圧リフローを行ったときに、導電
膜６の表面マイグレーションが促進されることとなり、
導電膜６の埋め込み特性が改善される。ここで、導電膜
６の表面を逆スパッタする際は、例えば、以下のような
条件で行う。

【００６２】 ＲＦパワー １０００Ｖ プロセスガス Ａｒ ５００ｓｃｃｍ 圧力 ０．４Ｐａ 基板温度 １５０℃ エッチング膜厚 ２０ｎｍ なお、本実施の形態のように、高圧リフロー工程の直前
に自然酸化膜の除去工程を設けたときには、導電膜６を
形成してから高圧リフロー工程までの間に、ある程度の
時間をおくことが可能となる。したがって、本実施の形
態では、複数の基板に対して導電膜６の形成が完了して
から、これらの基板に対して高圧リフロー処理をまとめ
て施すことが可能となる。したがって、本実施の形態で
は、高圧リフローをバッチ式の装置を用いて、複数枚の
基板に対して一括して行うことが可能となる。そして、
このように、複数枚の基板に対して一括して高圧リフロ
ー工程を施すようにしたときには、高圧リフロー工程の
スループットを大幅に向上することができる。

【００６３】ところで、上記第１乃至第５の実施の形態
のように配線を形成する際に、配線の線幅が広いと、導
電膜６のブリッジ形状が得にくく、このため、導電膜６
の埋め込み特性や平坦化特性が劣化する。すなわち、配
線の線幅が広いと、図１１に示すように、導電膜６を形
成したときに、配線の中央に対応した部分に大きな凹部
６ｂが形成されてしまい、そのため、高圧リフローを行
っても、図１２に示すように、導電膜６に凹部６ｃが残
ってしまい、配線溝３ｂ内に導電膜６が完全には埋め込
まれなくなったり、導電膜６の表面を平坦化することが
できなくなってしまったりする。

【００６４】そこで、配線の線幅が広い部分について
は、配線溝３ｂの形成を行うパターニング工程におい
て、配線溝３ｂを分割して形成したほうがよい。すなわ
ち、図１３に示すように、配線の線幅が広い部分につい
ては、配線溝３ｂ内にダミーパターン３ｃを設けて、配
線溝３ｂを分割したほうがよい。このように、配線溝３
ｂを分割したときには、図１４に示すように、高圧リフ
ロー後の導電膜６に大きな凹部が形成されるようなこと
がなく、導電膜６が配線溝３ｂの内部に良好に埋め込ま
れる。なお、配線溝３ｂの線幅が極端に広い場合には、
高圧リフロー工程中の加熱により、導電膜６が流動して
十分に平坦化されるので、特に配線溝３ｂを分割する必
要はない。

【００６５】なお、以上の例では、１層目Ａｌ配線に接
続孔を介して導通する２層目Ａｌ配線を形成する場合を
例に挙げたが、本発明はこれに限られるものではない。
すなわち、本発明は、例えば、半導体デバイスの１層目
ポリシリコン層と接続孔（コンタクトホール）を介して
導通する１層目Ａｌ配線を形成するときや、２層目以上
のＡｌ配線に接続孔（ビアホール）を介して導通する３
層目以上のＡｌ配線を形成するときなどにも適用可能で
ある。

【００６６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る配線形成方法では、高圧リフローによって導電膜
を配線溝及び接続孔に埋め込むので、高温での加熱処理
を行うことなく、微細で高アスペクト比の開口を有する
デュアルダマシン構造の層間絶縁膜に対して、導電膜を
完全に埋め込むことが可能である。

【００６７】したがって、本発明を半導体デバイスの内
部配線の形成に適用することにより、半導体デバイスの
内部配線の微細化及び多層化を更に進めることが可能と
なり、半導体デバイスの更なる高集積化を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した配線形成方法の一例を順次示
すものであり、層間絶縁膜を形成した状態を示す要部断
面図である。

【図２】図１の次工程を示すものであり、フォトレジス
トを接続孔に対応するようにパターニングした状態を示
す要部断面図である。

【図３】図２の次工程を示すものであり、フォトレジス
トをマスクとして層間絶縁膜をエッチングし、接続孔を
形成した状態を示す要部断面図である。

【図４】図３の次工程を示すものであり、フォトレジス
トを配線溝に対応するようにパターニングした状態を示
す要部断面図である。

【図５】図４の次工程を示すものであり、フォトレジス
トをマスクとして層間絶縁膜をエッチングし、配線溝を
形成した状態を示す要部断面図である。

【図６】図５の次工程を示すものであり、フォトレジス
トを除去した状態を示す要部断面図である。

【図７】図６の次工程を示すものであり、下地バリアメ
タルを形成した状態を示す要部断面図である。

【図８】図７の次工程を示すものであり、導電膜を形成
した状態を示す要部断面図である。

【図９】図８の次工程を示すものであり、導電膜に対し
て高圧リフローを施した状態を示す要部断面図である。

【図１０】図９の次工程を示すものであり、下地バリア
メタル及び導電膜の表面を研磨し、２層目の配線の形成
が完了した状態を示す要部断面図である。

【図１１】配線の線幅が広いとき、導電膜を形成した状
態を示す要部断面図である。

【図１２】図１１のように形成された導電膜に対して高
圧リフローを施した状態を示す要部断面図である。

【図１３】配線の線幅が広いとき、配線溝を分割した上
で導電膜を形成した状態を示す要部断面図である。

【図１４】図１３のように形成された導電膜に対して高
圧リフローを施した状態を示す要部断面図である。

【図１５】従来の配線形成方法を順次示すものであり、
層間絶縁膜に接続孔及び配線溝を形成した状態を示す要
部断面図である。

【図１６】図１５の次工程を示すものであり、下地バリ
アメタル及び導電膜を形成した状態を示す要部断面図で
ある。

【図１７】図１６の次工程を示すものであり、導電膜に
対してリフロー処理を施した状態を示す要部断面図であ
る。

【図１８】図１７の次工程を示すものであり、下地バリ
アメタル及び導電膜の表面を研磨した状態を示す要部断
面図である。

【図１９】接続孔及び配線溝にボイドが生じた状態を示
す要部断面図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ １層目Ａｌ配線 ３ 層間絶縁膜 ３ａ 接続孔 ３ｂ 配線溝 ４ａ，４ｂ フォトレジスト ５ 下地バリアメタル ６ 導電膜

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 層間絶縁膜の下層に形成された下層配線
   に接続孔を介して導通する上層配線を、該層間絶縁膜に
   埋め込むように形成する配線形成方法であって、 下層配線上に層間絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、 下層配線に臨む接続孔を層間絶縁膜に開口するととも
   に、該層間絶縁膜の膜厚方向の一部を除去して上層配線
   パターンに倣った配線溝を形成するパターニング工程
   と、 少なくとも配線溝の開口端を塞ぐごとく層間絶縁膜上に
   導電膜を形成する導電膜形成工程と、 高圧リフローによって導電膜を配線溝及び接続孔に埋め
   込む高圧リフロー工程と、 配線溝及び接続孔内に埋め込まれた部分を残して導電膜
   を除去し、配線溝及び接続孔内に略平坦に埋め込まれた
   導電膜を上層配線とする平坦化工程と、 を有する配線形成方法。
2. 【請求項２】 前記上層配線の材料が、Ａｌ、Ｃｕ、Ａ
   ｇ、Ａｕ又はこれらの少なくとも１種類を含む合金から
   なることを特徴とする請求項１記載の配線形成方法。
3. 【請求項３】 前記高圧リフロー工程を行う前に、導電
   膜の表面の自然酸化膜を除去することを特徴とする請求
   項１記載の配線形成方法。
4. 【請求項４】 前記導電膜形成工程の前に、接続孔及び
   配線溝が形成された層間絶縁膜上に下地バリアメタルを
   形成し、この下地バリアメタル上に導電膜を形成するこ
   とを特徴とする請求項１記載の配線形成方法。
5. 【請求項５】 前記下地バリアメタルをコリメートスパ
   ッタ法によって形成することを特徴とする請求項４記載
   の配線形成方法。
6. 【請求項６】 前記下地バリアメタルを遠距離スパッタ
   法によって形成することを特徴とする請求項４記載の配
   線形成方法。
7. 【請求項７】 前記パターニング工程において、上層配
   線の線幅が広い部分については配線溝を分割して形成す
   ることを特徴とする請求項１記載の配線形成方法。