JPH10335330A - Multilayered trench wiring - Google Patents

Multilayered trench wiring

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JPH10335330A
JPH10335330A JP14015797A JP14015797A JPH10335330A JP H10335330 A JPH10335330 A JP H10335330A JP 14015797 A JP14015797 A JP 14015797A JP 14015797 A JP14015797 A JP 14015797A JP H10335330 A JPH10335330 A JP H10335330A
Authority
JP
Japan
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wiring
barrier layer
layer
connection hole
lower wiring
Prior art date
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Pending
Application number
JP14015797A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mika Fujii
美香 藤井
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Publication of JPH10335330A publication Critical patent/JPH10335330A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multilayered trench wiring having high electromigration resistance, without forming voids in a lower layer wiring. SOLUTION: This wiring is constituted of connection holes 9 and an upper layer wiring 2 formed by filling a wiring material in upper layer wiring trenches and connection holes of a layer insulation film 1 on a lower wiring 5 which is connected to the upper layer wiring 2 via its connection holes 2. A first barrier layer 6 is provided on the surface of the lower wiring 5 at the connection hole side, and at least a slit-like second barrier layer 7 is provided at the lower wiring 5, so as to run across the length of the lower layer wiring 5 and divide the wiring 5.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、多層溝配線に関す
る。より詳しくは、下層配線にボイドの発生がなく、し
かも、良好なエレクトロマイグレーション(EM)耐性
を有する多層溝配線に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multilayer trench wiring. More specifically, the present invention relates to a multilayer grooved wiring having no voids in a lower wiring and having good electromigration (EM) resistance.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSIの高集積化に伴い、配線の多層化
や微細化が進んでいる。そのための有力な技術として、
層間の平坦化や微細配線の形成が比較的容易であり、し
かもRIE加工が困難とされている配線材料(例えばC
u)にも適用できる溝配線技術が注目されている。
2. Description of the Related Art With the increase in the degree of integration of LSIs, multilayer wiring and finer wiring are being developed. As a leading technology for that,
Wiring materials (for example, C) that are relatively easy to flatten between layers and to form fine wiring and are difficult to perform RIE processing
Attention has been paid to a trench wiring technique applicable to u).

【0003】この溝配線技術は、予め溝が形成されてい
る層間絶縁層上に、Al、Al−Cu、Cu等の配線材
料を成膜して溝に埋め込み、化学的機械研磨(CMP)
法等により、溝以外の部分に堆積した配線材料を除去
し、溝部分にのみに配線材料を残存させることにより配
線を構成する技術である。
In this groove wiring technique, a wiring material such as Al, Al-Cu, Cu or the like is formed on an interlayer insulating layer in which a groove is formed in advance, and the film is embedded in the groove, and is subjected to chemical mechanical polishing (CMP).
This is a technique for forming a wiring by removing a wiring material deposited on a portion other than the groove by a method or the like and leaving the wiring material only in the groove portion.

【0004】溝に配線材料を埋め込む有力な技術として
は、溝を有する層間絶縁膜が形成された基板上に配線材
料をスパッタ成膜(高温スパッタ成膜を含む)した後に
加熱し、溶融した配線材料を溝に埋め込む技術(高圧リ
フロー法を含むリフロー法)が知られている。ここで、
リフロー法の場合、配線材料を効率よく埋め込むために
は、スパッタ成膜前に基板を加熱し、層間絶縁膜中の水
分等を脱ガスさせる必要がある。これは、脱ガスが不十
分であるとスパッタ成膜やリフロー時の基板加熱の際に
層間絶縁膜から水分等が放出され、そのためにAl等の
配線材料とその下地層(例えばTiN)との界面で酸化
層が形成されて埋め込み不良を生じさせるからである。
As an effective technique for embedding a wiring material in a groove, a wiring material is formed by sputtering (including high-temperature sputtering) on a substrate on which an interlayer insulating film having a groove is formed, and then heated and melted. A technique of embedding a material in a groove (a reflow method including a high-pressure reflow method) is known. here,
In the case of the reflow method, in order to bury the wiring material efficiently, it is necessary to heat the substrate before the film formation by sputtering, and to degas moisture and the like in the interlayer insulating film. This is because, if the degassing is insufficient, moisture and the like are released from the interlayer insulating film when the substrate is heated at the time of sputtering film formation or reflow, and therefore, the wiring material such as Al and the underlying layer (for example, TiN) are removed. This is because an oxidized layer is formed at the interface to cause poor filling.

【0005】このようなリフロー法を実際に溝配線技術
に適用するに際し、基板の加熱処理はスパッタ成膜の前
に設けたアニール(プレヒート)工程において、あるい
はスパッタ成膜装置内でスパッタ成膜工程の一部として
行い、通常400〜500℃程度に加熱する。
[0005] When such a reflow method is actually applied to the trench wiring technique, the heat treatment of the substrate is performed in an annealing (preheating) step provided before the sputter film formation, or in a sputter film formation apparatus in a sputter film formation apparatus. And heating usually to about 400 to 500 ° C.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、溝配線技術に
配線材料のリフロー法を適用する場合、図3に示すよう
に、層間絶縁膜31に形成された接続孔用穴32の底部
にAlなどの下層配線33が露出したまま基板加熱が行
われることになるので、露出した下層配線33が隆起し
て隆起部34を形成し、その反動で下層配線内33にボ
イド35が生じ、その結果、配線の不良や信頼性の低下
を招くおそれがある。
However, when the reflow method of the wiring material is applied to the trench wiring technique, as shown in FIG. 3, Al or the like is formed at the bottom of the connection hole 32 formed in the interlayer insulating film 31. Since the substrate heating is performed while the lower wiring 33 is exposed, the exposed lower wiring 33 rises to form a raised portion 34, and a reaction generates a void 35 in the lower wiring 33, and as a result, There is a possibility that the wiring may be defective or the reliability may be reduced.

【0007】また、配線の微細化に伴う一般的な問題と
して、電流密度の増大によるEM耐性が低下するという
問題もある。
As a general problem associated with miniaturization of wiring, there is a problem that EM resistance is reduced due to an increase in current density.

【0008】ところで、例えば、図4(a)に示すよう
に、直線状の配線40のEMは、カソード側からアノー
ド側への電子e-の流れに従い、Al原子がカソード側
からアノード側へ移動することにより進行する。その結
果、アノード側ではAl原子の密な領域が形成され、カ
ソード側ではAl原子の疎な領域が形成され、配線内部
でAl原子の濃度勾配が生ずる。通常、この濃度勾配を
緩和するために、図4(b)に示すように、アノード側
のAl原子がカソード側に拡散する効果(back−f
low効果)が配線中に生じ、その結果、EMの進行が
抑制される。しかし、この効果が有効となる配線長さ
(Blech長)は、実デバイス動作環境下では直線で
通常約100μm(最長)であるのに対し、実際のLS
Iの直線配線長は、Blech長よりも長い場合が多
く、そのため有効なback−flow効果を得ること
ができない。よって、溝配線技術によりEM耐性の低下
を抑制することは非常に困難であった。
By the way, for example, as shown in FIG. 4A, the EM of the linear wiring 40 is such that Al atoms move from the cathode side to the anode side according to the flow of electrons e from the cathode side to the anode side. It progresses by doing. As a result, a dense region of Al atoms is formed on the anode side, and a sparse region of Al atoms is formed on the cathode side, and a concentration gradient of Al atoms occurs inside the wiring. Usually, in order to reduce the concentration gradient, as shown in FIG. 4B, the effect of diffusing Al atoms on the anode side to the cathode side (back-f
low effect) occurs in the wiring, and as a result, the progress of EM is suppressed. However, the wiring length (Blech length) at which this effect is effective is usually about 100 μm (longest) in a straight line under the actual device operating environment, whereas the actual LS
In many cases, the length of the straight line I is longer than the Blech length, so that an effective back-flow effect cannot be obtained. Therefore, it has been very difficult to suppress a decrease in EM resistance by the trench wiring technique.

【0009】本発明は、以上の従来の技術の問題を解決
しようとするものであり、下層配線にボイドの発生がな
く、しかも、良好なエレクトロマイグレーション(E
M)耐性を有する多層溝配線を提供することを目的とす
る。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and it is possible to eliminate voids in a lower wiring and to obtain a good electromigration (E)
M) An object of the present invention is to provide a multi-layer trench wiring having resistance.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明者は、下層配線上
にバリア層を設けることにより下層配線の隆起とボイド
の発生とを抑制することができ、また、下層配線の長手
方向を横切り且つ下層配線を分断するように下層配線に
少なくともひとつのスリット状のバリア層を設けること
により有効なback−flow効果を実現可能である
ことを見出し、本発明を完成させるに至った。
According to the present invention, by providing a barrier layer on a lower wiring, it is possible to suppress the formation of a bump and a void in the lower wiring, and to traverse the longitudinal direction of the lower wiring. The inventors have found that an effective back-flow effect can be realized by providing at least one slit-shaped barrier layer in the lower wiring so as to divide the lower wiring, and have completed the present invention.

【0011】即ち、本発明は、下層配線上の層間絶縁膜
に形成された接続孔用穴と上層配線用溝とに配線材料を
埋め込むことによりそれぞれ接続孔と上層配線とが形成
され、その接続孔を介して下層配線と上層配線とが接続
した構造を有する多層溝配線において、下層配線の接続
孔側表面に第1バリア層が設けられており、且つ下層配
線の長手方向を横切り且つ下層配線を分断するように、
下層配線に少なくともひとつのスリット状の第2バリア
層が設けられていることを特徴とする多層溝配線を提供
する。
That is, according to the present invention, a connection hole and an upper wiring are formed by burying a wiring material in a connection hole and an upper wiring groove formed in an interlayer insulating film on a lower wiring, respectively. In a multi-layer trench wiring having a structure in which a lower wiring and an upper wiring are connected via a hole, a first barrier layer is provided on a surface of the lower wiring on a connection hole side, and the lower wiring crosses a longitudinal direction of the lower wiring. To divide
A multilayer grooved wiring is provided, wherein at least one slit-shaped second barrier layer is provided in the lower wiring.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail.

【0013】本発明の溝配線は、下層配線上の層間絶縁
膜に形成された接続孔用穴と上層配線用溝とに配線材料
を埋め込むことにより、それぞれ接続孔と上層配線とが
形成され、その接続孔を介して下層配線と上層配線とが
接続した構造を有する。そして下層配線の接続孔側表面
に第1バリア層が設けられており、且つ下層配線の長手
方向を横切り且つ下層配線を分断するように、下層配線
に少なくともひとつのスリット状の第2バリア層が設け
られている。
In the trench wiring according to the present invention, the connection hole and the upper wiring are respectively formed by burying a wiring material in the connection hole and the upper wiring groove formed in the interlayer insulating film on the lower wiring. It has a structure in which a lower wiring and an upper wiring are connected via the connection hole. A first barrier layer is provided on the surface of the lower wiring on the connection hole side, and at least one slit-shaped second barrier layer is provided on the lower wiring so as to cross the longitudinal direction of the lower wiring and divide the lower wiring. Is provided.

【0014】本発明の溝配線の一例を図1に示す。この
溝配線は、上面からみると、図1(a)に示すように層
間絶縁膜1に上層配線2が埋め込まれた構造となってい
る。
FIG. 1 shows an example of the trench wiring of the present invention. The trench wiring has a structure in which an upper wiring 2 is embedded in an interlayer insulating film 1 as shown in FIG.

【0015】また、図1(a)の上層配線2の長手方向
に沿った断面(A−A断面)からみた場合、図1(b)
に示すように、層間絶縁膜3に下地層4と下層配線5と
が形成され、下層配線5上に第1バリア層6が形成さ
れ、また、下層配線5の長手方向(矢印)を横切り且つ
下層配線5を分断するように下地層4にまで達するスリ
ット状の第2バリア層7が形成され、更に、上層配線2
と下層配線5とは、下地層8と接続孔9とを介して互い
に接続されている。ここで、図1(b)における接続孔
9を含むB−B断面から溝配線を見た場合を図1(c)
に示し、図1(b)におけるスリット状の第2バリア層
7を含むC−C断面から見た場合を図1(d)に示す。
When viewed from a cross section (AA cross section) along the longitudinal direction of the upper wiring 2 of FIG. 1A, FIG.
As shown in FIG. 1, a base layer 4 and a lower wiring 5 are formed on an interlayer insulating film 3, a first barrier layer 6 is formed on the lower wiring 5, and a longitudinal direction (arrow) of the lower wiring 5 is crossed. A slit-shaped second barrier layer 7 reaching the underlayer 4 is formed so as to divide the lower wiring 5, and further, the upper wiring 2 is formed.
And the lower wiring 5 are connected to each other via a base layer 8 and a connection hole 9. Here, FIG. 1C shows a case where the trench wiring is viewed from a BB section including the connection hole 9 in FIG.
FIG. 1D shows a case when viewed from a CC section including the slit-shaped second barrier layer 7 in FIG.

【0016】なお、下地層4及び8は、場合により省略
することができる。
The underlayers 4 and 8 can be omitted in some cases.

【0017】以上説明したように、下層配線5上に第1
バリア層を設けることにより下層配線5の隆起とボイド
の発生とを抑制することができ、また、下層配線5の長
手方向を横切り且つ下層配線5を分断するように下層配
線5に少なくともひとつのスリット状の第2バリア層7
を設けることにより有効なback−flow効果を得
ることが可能となる。
As described above, the first wiring is formed on the lower wiring 5.
By providing the barrier layer, it is possible to suppress the protrusion and the generation of voids in the lower wiring 5, and at least one slit is formed in the lower wiring 5 so as to traverse the longitudinal direction of the lower wiring 5 and divide the lower wiring 5. Second barrier layer 7
Is provided, it is possible to obtain an effective back-flow effect.

【0018】本発明において、第1バリア層6及び第2
バリア層7は、それぞれ独立的に高融点金属もしくは合
金層、高融点金属窒化物層又はそれらの積層体からなる
ことが好ましい。このような高融点金属としては、W、
Ta、Ti等を挙げることができる。特に、第1バリア
層6及び第2バリア層7が同時に選択CVD法で形成す
ることのできるWが好ましい。
In the present invention, the first barrier layer 6 and the second barrier layer 6
It is preferable that the barrier layers 7 are each independently formed of a high melting point metal or alloy layer, a high melting point metal nitride layer, or a laminate thereof. As such a high melting point metal, W,
Ta, Ti and the like can be mentioned. In particular, W is preferable because the first barrier layer 6 and the second barrier layer 7 can be simultaneously formed by the selective CVD method.

【0019】第1バリア層6の厚みとしては、接続孔9
を層間絶縁膜1に形成する際にエッチングされても第1
バリア層6の一部が下層配線5上に残存するように、少
なくとも80nmとする。一方、第1バリア層6の厚さ
の上限としては、その層厚を過度に厚くしても配線のト
ータル膜厚が厚くなり、配線収差が増加して好ましくな
いので100nm以下とすることが好ましい。
The thickness of the first barrier layer 6 is determined by the thickness of the connection hole 9.
Is etched when forming the first layer on the interlayer insulating film 1,
The thickness is set to at least 80 nm so that a part of the barrier layer 6 remains on the lower wiring 5. On the other hand, the upper limit of the thickness of the first barrier layer 6 is preferably 100 nm or less because the total thickness of the wiring increases even if the layer thickness is excessively increased, and the wiring aberration increases. .

【0020】第2バリア層7の下層配線5の長手方向の
幅(下層配線5の分断幅)は、狭すぎると埋め込みが困
難となり、広すぎると配線抵抗が上がるので、好ましく
は0.1〜0.3μm、より好ましくは0.15〜0.
25μmである。
If the width of the lower wiring 5 in the longitudinal direction (the division width of the lower wiring 5) of the second barrier layer 7 is too small, it becomes difficult to bury the wiring, and if it is too wide, the wiring resistance increases. 0.3 μm, more preferably 0.15-0.
25 μm.

【0021】また、第2バリア層7は、back−fl
ow効果を効率よく実現するために、下層配線5の長手
方向を直角に横切る方向であって、下層配線5を垂直に
分断するように設けることが好ましい。
The second barrier layer 7 has a back-fl
In order to efficiently realize the ow effect, it is preferable that the lower layer wiring 5 is provided so as to be perpendicular to the longitudinal direction of the lower layer wiring 5 and to vertically divide the lower layer wiring 5.

【0022】本発明の溝配線が複数の第2バリア層7を
有する場合、第2バリア層7間のピッチは100μm以
下である。これよりも広いと有効なback−flow
効果を得ることができないためである。
When the trench wiring of the present invention has a plurality of second barrier layers 7, the pitch between the second barrier layers 7 is 100 μm or less. Effective back-flow if it is wider than this
This is because the effect cannot be obtained.

【0023】本発明の溝配線において、上述した第1バ
リア層6及び第2バリア層7以外の他の構成要素、例え
ば、下層配線5、層間絶縁膜1、下地層4及び8、上層
配線2、接続孔9等には特に制限はなく、従来よりLS
I等の高密度多層配線基板で使用されているものを採用
することができる。
In the trench wiring according to the present invention, components other than the above-mentioned first barrier layer 6 and second barrier layer 7, for example, lower wiring 5, interlayer insulating film 1, underlying layers 4 and 8, upper wiring 2 , The connection hole 9 and the like are not particularly limited.
I and the like used in high-density multilayer wiring boards such as I can be adopted.

【0024】例えば、下層配線5、上層配線2及び接続
孔9は、Al、Al−Cu、Al−Si、Al−Si−
Cu、Al−Ge等のAl合金、Ag、Cu、Cu−Z
r等の配線材料をスパッタ法等で成膜することにより形
成することができる。
For example, the lower wiring 5, the upper wiring 2, and the connection hole 9 are made of Al, Al--Cu, Al--Si, Al--Si--
Al alloys such as Cu and Al-Ge, Ag, Cu, Cu-Z
It can be formed by forming a wiring material such as r by a sputtering method or the like.

【0025】なお、上層配線2と接続孔9とは、リフロ
ー法、高圧リフロー法又は高温スパッタ法により配線材
料をそれぞれ接続孔用穴と上層配線用溝とへ埋め込むこ
により形成することが好ましい。
The upper wiring 2 and the connection hole 9 are preferably formed by embedding a wiring material into the connection hole and the upper wiring groove, respectively, by a reflow method, a high-pressure reflow method or a high-temperature sputtering method.

【0026】また、層間絶縁膜1及び3としては、例え
ば、プラズマCVD TEOS−SiO2、O3− TE
OS等からなる絶縁膜を使用することができる。
As the interlayer insulating films 1 and 3, for example, plasma CVD TEOS-SiO 2 , O 3 -TE
An insulating film made of an OS or the like can be used.

【0027】下地層4及び8としては、W、Ta、Ti
等の融点1500℃以上の高融点金属もしくはその合
金、又はこれらの窒化物(例えば、TiN、WN、Ti
WN等)を含む合金から形成することができる。また、
これらの2種以上の積層構造とすることができる。
As the underlayers 4 and 8, W, Ta, Ti
Such as a high melting point metal having a melting point of 1500 ° C. or more or an alloy thereof, or a nitride thereof (for example, TiN, WN, Ti
WN). Also,
A laminate structure of two or more of these can be used.

【0028】次に、本発明の溝配線の作製方法の一例を
図2を参照しながら以下に説明する。
Next, an example of a method for manufacturing a trench wiring according to the present invention will be described below with reference to FIG.

【0029】まず、LSI処理を施したシリコン基板上
に層間絶縁膜3を成膜した後に、下層配線用の溝3aを
形成する(図2(a))。
First, after an interlayer insulating film 3 is formed on a silicon substrate which has been subjected to LSI processing, a groove 3a for a lower wiring is formed (FIG. 2A).

【0030】次に、層間絶縁膜3を加熱処理して水分や
ガスを除去した後に、Ti/TiN等からなる下地層4
をDCマグネトロンスパッタ法などにより成膜し、続い
てAl−Cu等の下層配線材料5aを成膜する(図2
(b))。
Next, after the interlayer insulating film 3 is subjected to a heat treatment to remove moisture and gas, an underlayer 4 made of Ti / TiN or the like is formed.
Is formed by a DC magnetron sputtering method or the like, and then a lower wiring material 5a such as Al-Cu is formed (FIG. 2).
(B)).

【0031】次に、下層配線材料5aを加熱してリフロ
ー(高圧リフローでも可)させて下層配線用の溝3aに
埋め込む(図2(c))。
Next, the lower-layer wiring material 5a is heated and reflowed (high-pressure reflow is also possible) and buried in the lower-layer wiring groove 3a (FIG. 2C).

【0032】層間絶縁膜3上の下地層4と下層配線材料
5aとをCMP法などにより除去し、下層配線5を形成
する(図2(d))。
The underlying layer 4 on the interlayer insulating film 3 and the lower wiring material 5a are removed by a CMP method or the like to form the lower wiring 5 (FIG. 2D).

【0033】次に、公知のフォトグラフィー技術とエッ
チング技術とを利用して、下層配線5の長手方向を直角
に横切るように、垂直方向に第2バリア層用のスリット
7aを形成する(図2(e1)下層配線5の長手方向上
面図、図2(e2)下層配線5の長手方向(D−D)断
面図)。
Next, a slit 7a for a second barrier layer is formed in a vertical direction so as to cross the longitudinal direction of the lower layer wiring 5 at right angles by using a known photography technique and an etching technique (FIG. 2). (E1) Top view in the longitudinal direction of the lower wiring 5, FIG. 2 (e2) Cross sectional view in the longitudinal direction (DD) of the lower wiring 5).

【0034】次に、選択CVD法等により、スリット7
aにバリア材料、例えばWを埋め込みながら下層配線5
上にバリア材料を成膜する(図2(f1)下層配線5の
長手方向断面図)、図2(f2)E−E断面図)。これ
により、第1バリア層6と第2バリア層7とを同時に形
成する。
Next, the slit 7 is formed by a selective CVD method or the like.
a, while embedding a barrier material, for example, W in the lower wiring 5
A barrier material is formed thereon (FIG. 2 (f1), a longitudinal sectional view of the lower wiring 5), and FIG. 2 (f2), a sectional view taken along line EE. Thereby, the first barrier layer 6 and the second barrier layer 7 are simultaneously formed.

【0035】次に、第1バリア層6の全面に層間絶縁膜
1を成膜し、公知のフォトグラフィー技術とエッチング
技術とを利用して接続孔用穴9aと上層配線用溝2aと
を形成する(図2(g))。このとき、接続孔用穴9a
の底部で下層配線5が露出しないように、第1バリア層
6の途中でエッチングを止めることが好ましい。
Next, an interlayer insulating film 1 is formed on the entire surface of the first barrier layer 6, and a connection hole 9a and an upper wiring groove 2a are formed by using a known photographic technique and an etching technique. (FIG. 2 (g)). At this time, the connection hole 9a
It is preferable to stop the etching in the middle of the first barrier layer 6 so that the lower wiring 5 is not exposed at the bottom of the substrate.

【0036】次に、層間絶縁膜1を加熱処理して水分や
ガスを除去した後に、Ti/TiN等からなる下地層8
をDCマグネトロンスパッタ法などにより成膜し、続い
てAlCu等の上層配線材料を成膜し、上層配線材料を
加熱して高圧リフローさせて接続孔用穴9aと上層配線
用溝2aとに埋め込み、更に層間絶縁膜1上の下地層8
と上層配線材料とをCMP法などにより除去する。これ
により、図1に示す多層溝配線が得られる。
Next, after the interlayer insulating film 1 is subjected to a heat treatment to remove moisture and gas, an underlying layer 8 made of Ti / TiN or the like is formed.
Is formed by a DC magnetron sputtering method or the like, then an upper wiring material such as AlCu is formed, and the upper wiring material is heated and reflowed under high pressure to be embedded in the connection hole 9a and the upper wiring groove 2a. Further, an underlayer 8 on the interlayer insulating film 1
And the upper wiring material are removed by a CMP method or the like. Thereby, the multilayer grooved wiring shown in FIG. 1 is obtained.

【0037】なお、接続孔9の径や深さは、接続孔9の
底部に第1バリア層6が残存する限り特に制限はなく、
当該溝配線の用途、接続孔9の埋め込みプロセス等に応
じて適宜設定することができるが、通常、接続孔9の径
は300〜500nm、深さは600〜1000nmと
することが好ましい。
The diameter and depth of the connection hole 9 are not particularly limited as long as the first barrier layer 6 remains at the bottom of the connection hole 9.
Although it can be appropriately set according to the use of the groove wiring, the process of filling the connection holes 9, and the like, it is usually preferable that the diameter of the connection holes 9 is 300 to 500 nm and the depth is 600 to 1000 nm.

【0038】以上のように作製される本発明の溝配線に
おいては、下層配線5上に第1バリア層6が設けられて
いるので、下層配線5の隆起とボイドの発生とが抑制さ
れる。また、下層配線5の長手方向を横切り且つ下層配
線5を分断するように下層配線5に少なくともひとつの
スリット状の第2バリア層7が設けられているので、有
効なback−flow効果を得ることができる。
In the trench wiring of the present invention manufactured as described above, since the first barrier layer 6 is provided on the lower wiring 5, the protrusion of the lower wiring 5 and the generation of voids are suppressed. Further, since at least one slit-shaped second barrier layer 7 is provided in the lower wiring 5 so as to cross the longitudinal direction of the lower wiring 5 and divide the lower wiring 5, an effective back-flow effect can be obtained. Can be.

【0039】[0039]

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be specifically described below based on embodiments.

【0040】実施例1 (1) 通常のLSI処理を施した基板上の層間絶縁膜
(SiO2)に、公知のリソグラフィー技術とエッチン
グ技術とを利用して下層配線層用溝(溝幅0.5μm;
溝深0.5μm)を形成した(図2(a))。
Example 1 (1) A groove for a lower wiring layer (with a groove width of 0.1 mm) was formed in an interlayer insulating film (SiO 2 ) on a substrate which had been subjected to ordinary LSI processing by using a known lithography technique and etching technique. 5 μm;
A groove depth of 0.5 μm was formed (FIG. 2A).

【0041】次に、以下の条件でプレヒート処理(基板
裏面からのガス加熱方式)を行い、層間絶縁膜中の水分
やガスを除去した。
Next, a preheat treatment (gas heating method from the back surface of the substrate) was performed under the following conditions to remove moisture and gas in the interlayer insulating film.

【0042】プレヒート条件 温度:500℃ 時間:1分 ガス:Ar 裏面ガス圧力:1000PaPreheating conditions Temperature: 500 ° C. Time: 1 minute Gas: Ar Backside gas pressure: 1000 Pa

【0043】(2) 次に、DCマグネトロンスパッタ
法により、以下の条件で、下地層(TiN50nm/T
i20nm)を形成し、更に下層配線材料層(Al−C
u1.5μm)を成膜した(図2(b))。
(2) Next, by a DC magnetron sputtering method, the underlayer (TiN 50 nm / T
i20 nm), and a lower wiring material layer (Al-C
u1.5 μm) (FIG. 2B).

【0044】Ti成膜条件 DCパワー:6kW プロセスガス:Ar100sccm 圧力:0.4Pa 成膜温度:200℃Ti film formation conditions DC power: 6 kW Process gas: Ar 100 sccm Pressure: 0.4 Pa Film formation temperature: 200 ° C.

【0045】TiN成膜条件 DCパワー:12kW プロセスガス:Ar/N2=20/70sccm 圧力:0.4Pa 成膜温度:200℃TiN film forming conditions DC power: 12 kW Process gas: Ar / N 2 = 20/70 sccm Pressure: 0.4 Pa Film forming temperature: 200 ° C.

【0046】Al−Cu成膜条件 DCパワー:15kW プロセスガス:Ar100sccm 圧力:0.4Pa 成膜温度:200℃Al-Cu film forming conditions DC power: 15 kW Process gas: Ar 100 sccm Pressure: 0.4 Pa Film forming temperature: 200 ° C.

【0047】(3)次に、以下のリフロー条件で、下層
配線材料層を下層配線用溝に埋め込んだ(図2
(c))。この場合、加熱は基板裏面からのガス加熱方
式で行った。
(3) Next, the lower wiring material layer was buried in the lower wiring groove under the following reflow conditions (FIG. 2).
(C)). In this case, heating was performed by a gas heating method from the back surface of the substrate.

【0048】リフロー条件 温度:500℃ 時間:1分 ガス:Ar 裏面ガス圧力:1000PaReflow conditions Temperature: 500 ° C. Time: 1 minute Gas: Ar Backside gas pressure: 1000 Pa

【0049】なお、上述のリフロー条件に代えて以下の
高圧リフロー条件でも埋め込みは可能であった。
The embedding was possible under the following high-pressure reflow conditions instead of the above-mentioned reflow conditions.

【0050】高圧リフロー条件 プロセスガス:Ar 圧力:70Mpa リフロー時間:1分 基板温度:450℃High pressure reflow conditions Process gas: Ar pressure: 70 Mpa Reflow time: 1 minute Substrate temperature: 450 ° C.

【0051】(4) 次に、以下のCMP条件により層
間絶縁膜上の不要な下地層と下層配線材料層とを除去し
た(図2(d))。
(4) Next, unnecessary underlayers and lower wiring material layers on the interlayer insulating film were removed under the following CMP conditions (FIG. 2D).

【0052】CMP条件 研磨圧力:100g/cm2 回転数:定盤30rpm/研磨ヘッド30rpm 研磨パッド:SUBAIV(商品名、RODEL社製) スラリー:NH4OHベース(フォームドシリカ含有) 流量中:100cc/分 温度:25〜30℃CMP conditions Polishing pressure: 100 g / cm 2 Number of revolutions: Surface plate 30 rpm / polishing head 30 rpm Polishing pad: SUBAIV (trade name, manufactured by RODEL) Slurry: NH 4 OH base (containing formed silica) Flow rate: 100 cc / Min Temperature: 25-30 ° C

【0053】(5) 次に、公知のフォトグラフィー技
術とエッチング技術とを利用して、下層配線の長手方向
を直角に横切るように、垂直方向に第2バリア層用のス
リット(幅0.2μm、深さ0.5μm、長さ0.5μ
m)を100μm間隔で形成した(図2(e1)下層配
線の長手方向上面図、図2(e2)下層配線長手方向
(D−D)断面図)。
(5) Next, using a well-known photographic technique and an etching technique, a slit (width 0.2 μm) for the second barrier layer is vertically set so as to cross the longitudinal direction of the lower wiring at right angles. , Depth 0.5μm, length 0.5μ
m) at intervals of 100 μm (FIG. 2 (e1) Longitudinal top view of lower wiring, FIG. 2 (e2) Longer wiring of lower wiring
(DD) sectional view).

【0054】(6) 次に、以下の選択CVD条件で、
スリットにWを埋め込みながら下層配線上にWを100
nm厚で成膜した(図2(f1)下層配線長手方向断面
図、図2(f2)E−E断面図)。これにより、第1バ
リア層と第2バリア層とを形成した。
(6) Next, under the following selective CVD conditions,
While burying W in the slit, 100 W
The film was formed to have a thickness of nm (FIG. 2 (f1), lower-layer wiring longitudinal sectional view, FIG. 2 (f2), EE sectional view). Thereby, a first barrier layer and a second barrier layer were formed.

【0055】選択CVD条件 ガス:WF6/SH4/H2/Ar=10/7/100/
10sccm 温度:260℃ 圧力:30Pa
Selective CVD Conditions Gas: WF 6 / SH 4 / H 2 / Ar = 10/7/100 /
10sccm Temperature: 260 ° C Pressure: 30Pa

【0056】(7) 次に、第1バリア層の全面にプラ
ズマCVD法により層間絶縁膜としてTEOS−SiO
2を600nm厚で堆積し、更に以下の条件でプレヒー
ト処理し、公知のフォトグラフィー技術とエッチング技
術とを利用して接続孔用穴と上層配線用溝とを形成した
(図2(g))。
(7) Next, TEOS-SiO is used as an interlayer insulating film over the entire surface of the first barrier layer by a plasma CVD method.
2 was deposited to a thickness of 600 nm, and was further preheated under the following conditions to form a connection hole and an upper wiring groove by using a known photographic technique and an etching technique (FIG. 2 (g)). .

【0057】プレヒート条件 温度:500℃ 時間:1分 ガス:Ar 裏面ガス圧力:1000PaPreheating conditions Temperature: 500 ° C. Time: 1 minute Gas: Ar Backside gas pressure: 1000 Pa

【0058】(8) 次に、DCマグネトロンスパッタ
法により、以下の条件で、下地層(TiN50nm厚/
Ti20nm厚)を形成し、更に上層配線材料層(Al
−Cu1.5μm厚)を成膜した。
(8) Next, by a DC magnetron sputtering method, the underlayer (TiN 50 nm thick /
Ti 20 nm thick) and further upper wiring material layer (Al
-Cu 1.5 μm thick).

【0059】Ti成膜条件 DCパワー:6kW プロセスガス:Ar100sccm 圧力:0.4Pa 成膜温度:200℃Ti film formation conditions DC power: 6 kW Process gas: Ar 100 sccm Pressure: 0.4 Pa Film formation temperature: 200 ° C.

【0060】TiN成膜条件 DCパワー:12kW プロセスガス:Ar/N2=20/70sccm 圧力:0.4Pa 成膜温度:200℃TiN film forming conditions DC power: 12 kW Process gas: Ar / N 2 = 20/70 sccm Pressure: 0.4 Pa Film forming temperature: 200 ° C.

【0061】Al−Cu成膜条件 DCパワー:15kW プロセスガス:Ar100sccm 圧力:0.4Pa 成膜温度:200℃Al-Cu film forming conditions DC power: 15 kW Process gas: Ar 100 sccm Pressure: 0.4 Pa Film forming temperature: 200 ° C.

【0062】次に、上層配線材料を加熱して以下の高圧
リフロー条件でリフローさせて接続孔用穴と上層配線用
溝とに埋め込み、更に層間絶縁膜上の下地層8と上層配
線材料とを以下のCMP条件で除去した。これにより、
図1の溝配線が得られた。
Next, the upper wiring material is heated and reflowed under the following high-pressure reflow conditions so as to fill the connection hole and the upper wiring groove. It was removed under the following CMP conditions. This allows
The groove wiring of FIG. 1 was obtained.

【0063】高圧リフロー条件 プロセスガス:Ar 圧力:70Mpa リフロー時間:1分 基板温度:450℃High pressure reflow conditions Process gas: Ar pressure: 70 Mpa Reflow time: 1 minute Substrate temperature: 450 ° C.

【0064】CMP条件 研磨圧力:100g/cm2 回転数:定盤30rpm/研磨ヘッド30rpm 研磨パッド:SUBAIV(商品名、RODEL社製) スラリー:NH4OHベース(フォームドシリカ含有) 流量中:100cc/分 温度:25〜30℃CMP conditions Polishing pressure: 100 g / cm 2 Number of revolutions: surface plate 30 rpm / polishing head 30 rpm Polishing pad: SUBAIV (trade name, manufactured by RODEL) Slurry: NH 4 OH base (containing formed silica) Flow rate: 100 cc / Min Temperature: 25-30 ° C

【0065】こうして得られた多層溝配線の下層配線と
上層配線との接続状態をSEMにより観察したところ、
接続孔の底部には隆起は見られず、また、下層配線層内
にボイドも観察されず、下層配線と上層配線とが接続孔
により良好に接続されていた。また、優れたEM耐性を
示した。
The state of connection between the lower wiring and the upper wiring of the multilayer groove wiring thus obtained was observed by SEM.
No bump was observed at the bottom of the connection hole, no void was observed in the lower wiring layer, and the lower wiring and the upper wiring were well connected to each other by the connection hole. In addition, it exhibited excellent EM resistance.

【0066】[0066]

【発明の効果】本発明によれば、下層配線にボイドの発
生がなく、しかも、良好なエレクトロマイグレーション
(EM)耐性を有する多層溝配線が提供できる。
According to the present invention, it is possible to provide a multilayer grooved wiring having no void in the lower wiring and having good electromigration (EM) resistance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の溝配線の説明図(同図(a)上面図、
同図(b)A−A断面斜視図、同図(c)B−B断面
図、同図(d)C−C断面図)。
FIG. 1 is an explanatory view of a groove wiring according to the present invention (FIG.
(B) AA cross-sectional perspective view, (c) BB cross-sectional view, and (d) CC cross-sectional view.

【図2】本発明の溝配線の製造工程図である。FIG. 2 is a manufacturing process diagram of the trench wiring of the present invention.

【図3】従来の溝配線の問題点の説明図である。FIG. 3 is an explanatory view of a problem of a conventional trench wiring.

【図4】従来の溝配線の問題点の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a problem of a conventional trench wiring.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,3…層間絶縁膜、2…上層配線、4,8…下地層、
5…下層配線、6…第1バリア層、7…第2バリア層、
9…接続孔
1,3 ... interlayer insulating film, 2 ... upper wiring, 4,8 ... underlayer,
5 lower wiring, 6 first barrier layer, 7 second barrier layer,
9 Connection hole

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下層配線上の層間絶縁膜に形成された接
続孔用穴と上層配線用溝とに配線材料を埋め込むことに
よりそれぞれ接続孔と上層配線とが形成され、その接続
孔を介して下層配線と上層配線とが接続した構造を有す
る多層溝配線において、下層配線の接続孔側表面に第1
バリア層が設けられており、且つ下層配線の長手方向を
横切り且つ下層配線を分断するように、下層配線に少な
くともひとつのスリット状の第2バリア層が設けられて
いることを特徴とする多層溝配線。
A connection hole and an upper wiring are respectively formed by embedding a wiring material in a connection hole and an upper wiring groove formed in an interlayer insulating film on a lower wiring, and the connection hole and the upper wiring are formed through the connection hole. In a multi-layer trench wiring having a structure in which a lower wiring and an upper wiring are connected, a first wiring is provided on a surface of the lower wiring on a connection hole side.
A multilayer groove provided with a barrier layer, and provided with at least one slit-like second barrier layer in the lower wiring so as to cross the longitudinal direction of the lower wiring and divide the lower wiring. wiring.
【請求項2】 第1バリア層及び第2バリア層は、高融
点金属もしくは合金層、高融点金属窒化物層又はそれら
の積層体からなる請求項1記載の多層溝配線。
2. The multilayer trench wiring according to claim 1, wherein the first barrier layer and the second barrier layer are formed of a refractory metal or alloy layer, a refractory metal nitride layer, or a laminate thereof.
【請求項3】 高融点金属が、W、Ta又はTiである
請求項2記載の多層溝配線。
3. The multilayer trench wiring according to claim 2, wherein the refractory metal is W, Ta or Ti.
【請求項4】 第1バリア層及び第2バリア層が、Wで
ある請求項3記載の多層溝配線。
4. The multilayer trench wiring according to claim 3, wherein the first barrier layer and the second barrier layer are W.
【請求項5】 第1バリア層が少なくとも80nmの層
厚を有する請求項1〜4のいずれかに記載の多層溝配
線。
5. The multilayer trench wiring according to claim 1, wherein the first barrier layer has a layer thickness of at least 80 nm.
【請求項6】 下層配線の長手方向の第2バリア層の幅
が0.1〜0.3μmである請求項1〜5のいずれかに
記載の多層溝配線。
6. The multilayer trench wiring according to claim 1, wherein the width of the second barrier layer in the longitudinal direction of the lower wiring is 0.1 to 0.3 μm.
【請求項7】 複数の第2バリア層を有する場合に、第
2バリア層間のピッチが100μm以下である請求項1
〜6のいずれかに記載の多層溝配線。
7. When a plurality of second barrier layers are provided, a pitch between the second barrier layers is 100 μm or less.
7. The multilayer grooved wiring according to any one of claims 6 to 6.
【請求項8】 第1バリア層と第2バリア層とが、選択
CVD法により同時に形成されたものである請求項1〜
7のいずれかに記載の多層溝配線。
8. The method according to claim 1, wherein the first barrier layer and the second barrier layer are formed simultaneously by a selective CVD method.
8. The multilayer grooved wiring according to any one of 7.
【請求項9】 接続孔及び上層配線が、リフロー法、高
圧リフロー法又は高温スパッタ法により配線材料をそれ
ぞれ接続孔用穴及び上層配線用溝へ埋め込むことにより
形成されたものである請求項1〜8のいずれかに記載の
多層溝配線。
9. The connection hole and the upper wiring are formed by embedding a wiring material into the connection hole and the upper wiring groove, respectively, by a reflow method, a high-pressure reflow method or a high-temperature sputtering method. 9. The multilayer grooved wiring according to any one of 8.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6288450B1 (en) 1999-07-28 2001-09-11 Oki Electric Industry Co., Ltd. Wiring structure for semiconductor device
JP2011119587A (en) * 2009-12-07 2011-06-16 Oki Semiconductor Co Ltd Method for manufacturing semiconductor device, and the semiconductor device

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