JPH1140566A

JPH1140566A - Ｃｕ配線の形成方法およびＣｕ配線構造体

Info

Publication number: JPH1140566A
Application number: JP19620097A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Fukada; 晋一深田; Nobuyoshi Kobayashi; 伸好小林; Koichi Nagasawa; 幸一長沢; Haruo Akaboshi; 晴夫赤星
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-07-22
Filing date: 1997-07-22
Publication date: 1999-02-12

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】信頼性の高いＣｕ配線を容易に形成することが
できるＣｕ配線の形成方法および配線構造体を提供す
る。【解決手段】所定の形状を有するベースメタル層１２と
ダミー配線層１３、１４からなる初期配線層を形成した
後、第１の絶縁膜１６および第２の絶縁膜１７を全面に
形成し、上面を平坦化した後、上記ダミー配線層１３、
１４除去して開口部を形成し、この開口部をＣｕによっ
て充填して、Ｃｕ配線を形成する。【効果】工程が簡略化され、高い信頼性を有するＣｕ多
層配線を、容易に低いコストで形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＣｕ配線の形成方法
およびＣｕ配線構造体に関し、詳しくは、材料による制
約を受けずに、高い信頼性を有するＣｕ配線を形成する
ことができる、Ｃｕ配線の形成方法およびこの方法によ
って形成されたＣｕ配線構造体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来Ｃｕ配線の形成法としては、従来の
Ａｌ配線の場合と同様に、基板上に形成されたＣｕ膜
を、ホトリソグラフィー技術とドライエッチングを用い
て所定の配線パターンにパターニングする方法が提案さ
れている。また、形状が配線パターと同じ溝を形成した
後、Ｃｕ膜を形成して溝内をＣｕで埋め、不要なＣｕ膜
を除去するダマシン法が提案されている。

【０００３】しかし、前者はＣｕのドライエッチング加
工技術に問題があり、微細なＣｕ配線を高い精度で形成
するのは困難である。また、後者はＣｕを埋め込んだ後
の不要なＣｕを除去するために用いられるＣｕのＣＭＰ
(Chemical Mechanical Polishing：化学機械研摩）技術
に、技術的な問題が残されている。

【０００４】これに対し、過大な設備投資を必要とせ
ず、配線パターン形成についても技術問題が少ないと思
われる、Ｃｕの無電解メッキが注目されている。この方
法は、例えばアイビーエム・ジャーナル・リサーチ・デ
ベラップメント（IBM J. Res.Develop.）第３７巻、第
１１７−１２３頁、１９９３年に記載されているよう
に、特定の導電性物質（以下、ベースメタルと称する）
上のみに、溶液中で選択的にＣｕ膜を形成させる方法で
ある。

【０００５】また、このＣｕ無電解メッキを用いたＣｕ
配線形成法が、ジャーナル・オブ・バキュウム・サイア
ンス・テクノロジイ（J. of Vac.Sci.Technol．) Ｂ１
０、第２９５８−２９６１頁、１９９２年に記載されて
いる。この方法は、基板上に形成されたベースメタル膜
の上に、所定のパターンを有するホトレジスト膜を形成
し、ベースメタル膜の露出された表面上にＣｕ膜を選択
的に形成してＣｕ配線を形成する方法（従来方法
（１））である。

【０００６】さらに、スィン・ソリッド・フィルムス
（Thin Solid Films）第２５３巻、第３９１−３９４
頁、１９９４年には、基板上に所定のパターンを有する
絶縁膜を形成した後、指向性の強い膜形成技術を用いて
ベースメタル層を形成し、その上にＣｕ膜を形成する方
法（従来方法（２））が記載されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、Ｃｕの無電解
メッキ技術を用いた従来のＣｕ配線形成法は、Ｃｕによ
り配線パターン自体を形成することのみで、層間絶縁膜
を含めた配線層全体さらには多層配線の形成まで考慮さ
れたプロセスにはなっていなかった。

【０００８】すなわち、上記従来方法（１）では、Ｃｕ
配線パターンを形成した後、レジスト膜を除去し、さら
にレジスト膜の下のベースメタル膜を除去する必要があ
る。しかし、この不要なベースメタル膜の除去を、Ｃｕ
配線にダメージを与えることなしに行うのは困難であ
る。しかも、Ｃｕ膜側壁は保持されておらず、底面のみ
が保持されているに過ぎない。Ｃｕ膜は他との接着性が
低いため、このような高アスペクト比のＣｕ配線パター
ンは極めて剥離しやすく、配線としての信頼性が低いと
いう問題もある。

【０００９】また、上記従来方法（２）では、ベースメ
タル膜を、配線パターン状の溝の側壁上に付着させるこ
となしに、底部上のみに形成しなければならないばかり
でなく、溝以外の平坦部上に形成されたＣｕを、除去す
る工程も必要である。

【００１０】本発明の目的は、従来の方法の有する上記
問題を解決し、信頼性の高いＣｕ配線を、高い精度で容
易に形成することができるＣｕ配線の形成方法を提供す
ることである。

【００１１】本発明の他の目的は、信頼性に問題がある
新規の要素技術はできるだけ使用せず、従来のＡｌ配線
の形成に用いられた要素技術の組み合わせによって、Ｃ
ｕ多層配線を容易に形成することができるＣｕ配線の形
成方法を提供することある。

【００１２】本発明のさらに他の目的は、絶縁膜などと
の接着性が劣るというＣｕ膜の欠点を克服し、極めて高
い信頼性を有するＣｕ配線構造体を提供することであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、まず、導電体からなるベースメタル層を基板
の表面上に形成した後、このベースメタル層とは異なる
導電体からなるダミー配線層を上記ベースメタル層の上
に積層して形成し、同一のエッチングマスクを用いて上
記ダミー配線層およびベースメタル層の所定部分を順次
エッチングして除去し、所定の形状を有する初期配線層
を形成する。次に、上記初期配線層より膜厚が厚い絶縁
膜を全面に形成して、上記初期配線層を埋め込んだ後、
この絶縁膜を上方から薄くして上面を平坦化し、上記初
期配線層の上面を露出させる。上記絶縁膜としては、例
えば窒化シリコン膜とその上の酸化シリコン膜からなる
積層膜とすることが、実用上好ましい。上記ダミー配線
層をエッチンして除去して上記ベースメタル層の表面を
露出させた後、上記ベースメタル層の露出された表面上
にＣｕを選択的に析出させてＣｕ配線を形成する。この
Ｃｕ配線は第１層のＣｕ配線である。

【００１４】なお、上記のように、上記ベースメタル層
の上に積層して形成され、後の工程において除去される
層であって、除去された部分にＣｕ配線層が形成される
層を、本明細書ではダミー配線層と称する。ダミー配線
層が除去された部分にＣｕが埋め込まれたＣｕ配線が形
成されるので、Ｃｕ配線の寸法および形状はダミー配線
と等しくなるのは当然であり、両者の厚さも実質的に等
しくなる。また、所定の形状にパターニングされた後の
上記ベースメタル層とダミー配線層の積層膜を、本明細
書で初期配線層と称する。

【００１５】上記初期配線のうち、ダミー配線層のみが
エッチング除去され、その下のベースメタル層上に、Ｃ
ｕ配線が形成されるので、Ｃｕ膜はベースメタル層表面
上の全面に形成され、上記従来例（２）のように、Ｃｕ
膜を形成した後にベースメタル層を除去する必要はな
い。しかも、初期配線層を絶縁膜によって埋め込んだ後
に、絶縁膜の薄膜化、ダミー配線層の除去およびＣｕ膜
の形成が順次行われるため、Ｃｕ膜は底面のみではな
く、側面も保持され、剥離の生ずる恐れはない。さら
に、Ｃｕはベースメタル層上に選択的に析出され、絶縁
膜の側壁上よりＣｕが形成される恐れはない。

【００１６】上記第１層のＣｕ配線を形成した後、ベー
スメタル層やダミー配線層の形成など、上記第１層のＣ
ｕ配線形成の場合と同様の処理をさらに繰り返して行う
ことによって、第１層のＣｕ配線と電気的に接続され、
第１層のＣｕ配線と同様な構造を有する第２層のＣｕ配
線が形成される。この第２層のＣｕ配線は、上記第１層
のＣｕ配線とさらに上方に形成される第３層のＣｕ配線
の間を電気的に接続するためのｖｉａ配線である。さら
に、同様の工程を繰り返して行えば、ｖｉａ配線である
上記第２層のＣｕ配線と電気的に接続された第３層のＣ
ｕ配線層が形成され、多層配線構造体が形成される。

【００１７】上記ベースメタル層上にＣｕを選択的に形
成するには、Ｃｕの無電解メッキが実用上好ましく、ま
た、上記ベースメタル層としては、Ｗ層、ＴｉＮ層、Ｎ
ｉ層、Ｃｒ層およびＰｔ層から選択される。

【００１８】上記ダミー配線層としては、２層以上の導
電体層の積層膜が便利であり、上記ベースメタル層に接
して形成された第１の導電体層としては、Ａｌ層もしく
はＡｌを主成分とする合金層を用いると、Ｃｕ配線の信
頼性を向上させることができ、好ましい。この場合、上
記第１の導電体層の上に形成された第２の導電体層は、
ＴｉＮ層、Ｗ層およびＷを主成分とする合金層から選択
される。

【００１９】上記絶縁膜を上方から薄くして平坦化し
て、初期配線層の上面を露出させるには、化学機械研摩
法によって行なうのが、実用上最も好ましい結果を得る
ことができる。

【００２０】このような形成方法によって形成されたＣ
ｕ配線構造体は、所定の形状を有する導電体層からなる
第１のベースメタル層および第１のＣｕ層が半導体基板
の主表面上に積層して形成され、この第１のＣｕ層の側
面、第１のベースメタル層の側面および半導体基板の露
出された表面の上には第１の絶縁膜が連続して形成され
ており、この第１の絶縁膜はＣｕの拡散防止膜として作
用する。この第１の絶縁膜上には、第１の絶縁膜とは異
なる絶縁体からなる第２の絶縁膜を形成されている。

【００２１】上記第１のＣｕ層の上面の高さと上記第２
の絶縁膜の上面の高さは実質的に等しくすることによっ
て、上面は平坦になり、第２層のＣｕ配線層をその上に
形成することは容易になる。

【００２２】上記第１のＣｕ層の所定部分上には、所定
の形状を有する導電体層からなる第２のベースメタル層
および第２のＣｕ層が積層して形成され、当該第２のＣ
ｕ層の側面上から上記第２のベースメタル層の側面上お
よび上記第２のＣｕ層の上面上を経て上記第２の絶縁膜
上に延在する第３の絶縁膜および当該第３の絶縁膜上に
形成された当該第３の絶縁膜とは異なる絶縁体からなる
第４の絶縁膜を形成することができ、これによって第２
のＣｕ配線層が第１のＣｕ配線層上に形成された構造が
得られる。

【００２３】さらに、上記第２のＣｕ層の所定部分上に
は、所定の形状を有する導電体層からなる第３のベース
メタル層および第３のＣｕ層が積層して形成され、当該
第３のＣｕ層の側面上から上記第３のベースメタル層の
側面上および上記第３のＣｕ層の上面上を経て上記第４
の絶縁膜上に延在する第５の絶縁膜および当該第５の絶
縁膜上に形成された第６の絶縁膜を設けることができ、
これによって第３層のＣｕ配線層が得られる。

【００２４】上記第１の配線層の場合と同様に、上記第
２の配線層と第４の絶縁膜の上面の高さは実質的に等し
くすることによって、上記第３層のＣｕ配線層をその上
に形成することは容易になり、信頼性も向上する。

【００２５】上記ダミー配線を所定の形状にドライエッ
チングする際に、Ａｌ膜の側面は、アンダーカットによ
って内側に凹になるが、このような側面の形状はＣｕ配
線にも残り、Ｃｕ層の側面は内側に凹になる。このよう
な断面形状になると、凹んだ部分に絶縁膜が入り込ん
で、Ｃｕ配線の剥離などが生ずる恐れは著しく減少し、
信頼性が向上する。

【００２６】上記第１および第３の絶縁膜としては、シ
リコンと窒素若しくはシリコン、窒素および酸素よりな
る膜を用いることができ、Ｃｕの拡散防止に有効であ
る。また、上記第２および第４の絶縁膜としては酸化シ
リコン膜を、上記ベースメタル層としてはＷ層、ＴｉＮ
層、Ｎｉ層、Ｃｒ層およびＰｔ層からなる群から適宜選
択された膜を、それぞれ用いることができ、好ましい結
果が得られる。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明によれば、積層して形成さ
れた所定の形状を有するベースメタル層とダミー配線層
からなる初期配線層のうち、ベースメタル層上に形成さ
れたダミー配線層が除去され、その除去された部分をＣ
ｕ膜によって充填することにより、第１層のＣｕ配線が
形成される。そのため、ダミー配線層が除去された部分
に形成されるＣｕ膜の膜厚を、除去されたダミー配線層
の膜厚に等しくすれば、表面は平坦になる。したがっ
て、上記第１層のＣｕ配線形成の工程を、ベースメタル
層の形成から引き続いて順次行なうことによって、上層
のＣｕ配線層を上記第１層のＣｕ配線の上に形成するこ
とができ、Ｃｕ多層配線の形成は容易である。

【００２８】また、こうして形成されるＣｕ多層配線に
おいては、上層（例えば第２層）の初期配線の側壁をＣ
ｕ拡散防止絶縁膜によって覆うと、それより１層下（例
えば第１層）のＣｕ配線上面の接続部以外の部分も、Ｃ
ｕ拡散防止絶縁膜によって必然的に覆われる。そのた
め、Ｃｕ配線の上面にＣｕ拡散防止絶縁膜を形成する工
程を付加する必要はなく、実用上極めて好ましい。Ｃｕ
拡散防止絶縁膜としては、上記のように、シリコンと窒
素若しくはシリコン、窒素および酸素よりなる膜を用い
ることができる。

【００２９】さらに、本発明においては、上記のように
第２層の配線は、第２層の配線の下および上にそれぞれ
形成される、第１層と第３層のＣｕ配線を互いに接続す
るためのｖｉａ配線として作用する。従来の多層配線に
おいては、上下の配線層とｖｉａ配線は互いに異なる方
法で形成されたが、本発明においては、１単位配線層分
の同じ配線工程を繰り返すことによって、Ｃｕ配線層と
ｖｉａ配線が形成される。そのため、上下配線間を垂直
に接続するのみであった従来のｖｉａ配線とは異なり、
本発明では、上下配線間を垂直に接続するｖｉａ配線と
水平方向に離れた領域間を接続する通常の配線を混在さ
せることが可能であり、配線レイアウトの自由度は著し
く大きくなった。

【００３０】上記Ｃｕ膜の形成は、無電界メッキを用い
て行なうと、ベースメタル上に選択的に形成することが
できるばかりでなく、厚さの制御も容易であり、最も好
ましい。絶縁膜の形成は周知のＣＶＤ（化学気相成長）
法を用いて行なうことができ、ベースメタル層およびダ
ミー配線層の形成も、スパッタ法やＣＶＤ法など周知の
方法を用いることができる。

【００３１】ベースメタル層およびその上の層を所定の
形状に加工するには、ホトリソグラフィおよび反応性イ
オンエッチングなど、周知の方法を用いて行なうことが
できる。

【００３２】ダミー配線層としては、単層膜を使用する
ことも不可能ではないが、２層膜を用いることが実用上
好ましい。この場合、ＴｉＮ膜などサイドエッチングが
起こり難い膜を上層膜として用い、下層膜としてはサイ
ドエッチングが顕著なＡｌ膜またはＡｌ合金膜を用いる
と、下層膜のみがサイドエッチングのために側面が内側
に凹となり、剥離が起り難くなって配線の信頼性が向上
する。

【００３３】

【実施例】

〈実施例１〉図１は本実施例を示す断面図であり、第１
層および第２層のＣｕ配線が基板１の上に形成されてい
る。図１から明らかなように、Ｓｉもしくはセラミック
製の板からなる基板１上に第１のベースメタル層２とＣ
ｕ配線層３が積層して形成されており、その側壁を覆う
ようにＣｕ拡散防止絶縁膜４が形成され、Ｃｕ配線３間
の空間を絶縁膜５で埋めて、第１層配線が形成されてい
る。

【００３４】この第１層配線の上面は平坦化されてお
り、この上に、第２のベースメタル層６、第２のＣｕ配
線層７、第２のＣｕ拡散防止絶縁膜８および第２の絶縁
膜９よりなる第２層配線が形成されている。第２層以上
の配線も同様に積層して形成できることはいうまでもな
い。

【００３５】図１に示したＣｕ配線の形成方法を図２を
用いて説明する。まず、図２（ａ）に示したように、表
面が絶縁膜（図示されていない）で覆われたＳｉ基板１
１上に、Ｗよりなる膜厚３０ｎｍのベースメタル層１２
を周知のＣＶＤ法を用いて形成し、さらに膜厚４００ｎ
ｍのＡｌ膜１３および膜厚７０ｎｍのＴｉＮ膜１４の積
層膜よりなるダミー配線層１５を形成した。

【００３６】次に、図２（ｂ）に示したように、周知の
ホトリソグラフィー技術を用いて、レジストパターン
（図示されていない）を上記ダミー配線層上に形成し、
これをエッチングマスクとして、ダミー配線層１５およ
びベースメタル層１２をドライエッチングによってパタ
ーニングして、初期配線層を形成した。

【００３７】図２（ｃ）に示したように、膜厚５０ｎｍ
の窒化シリコン膜１６を周知のプラズマＣＶＤ法を用い
て全面に形成した後、さらにその上に膜厚７００ｎｍの
ＳｉＯ₂膜１７をプラズマＣＶＤ法を用いて全面に形成
した。

【００３８】図２（ｄ）に示したように、周知のＣＭＰ
技術を用いて、表面を研磨して平坦化し、ＴｉＮ膜１４
の表面を露出させた。

【００３９】次に、アンモニア水−過酸化水素水混合液
によってでＴｉＮ膜１４をエッチして除去した後、りん
酸によってＡｌ膜１３をエッチして除去し、図３（ａ）
に示したように、ベースメタル層１２の表面を露出させ
た。

【００４０】次に、周知の無電界メッキ技術を用いて、
図３（ｂ）に示したように、ベースメタル層の１２表面
上のみにＣｕ配線層１８を選択的に形成した。この際、
無電界メッキ液としては、Ｃｕ源である硫酸銅およびキ
レート剤であるＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸）塩
を緩衝液に溶かした液に、ホルムアルデヒドを還元剤と
して加えたものを使用した。メッキ液の濃度と温度を調
整することによって、Ｃｕ膜の形成速度を制御し、膜厚
４７０ｎｍのＣｕ膜１８を形成して表面を平坦化し、第
１層のＣｕ配線形成工程を完了した。

【００４１】次に、図３（ｃ）に示したように、Ｗより
なる膜厚３０ｎｍのベースメタル層１９を周知のＣＶＤ
法を用いて全面に形成した後、膜厚６００ｎｍのＡｌ膜
２０と膜厚３７０ｎｍのＴｉＮ膜２１の積層膜からなる
ダミー配線層２２をその上に形成した。第２層配線は、
主として、第１層配線と第３層配線を接続するためのｖ
ｉａ配線であり、配線層間の寄生容量を低減させるた
め、通常は第１層配線より厚く形成される。しかし、Ａ
ｌ膜はドライエッチングの際にサイドエッチによって細
くなるため、この第２層配線を形成する際に、上記ダミ
ー配線２２中のＡｌ膜２０の膜厚が大きいと、配線の断
面形状が不良になってしまう。そのため、上記Ａｌ膜２
０の膜厚をあまり大きくすることは避けて６００ｎｍと
し、ＴｉＮ膜２１の膜厚を３７０ｎｍと厚くした。

【００４２】次に、図３（ｄ）に示したように、レジス
トパターン（図示されていない）をエッチングマスクと
して用いた周知のホトリソグラフィー技術によって、上
記ダミー配線層２２およびベースメタル層１９をドライ
エッチングして、不要部分を除去し、初期配線層を形成
した。

【００４３】図４（ａ）に示したように、周知のプラズ
マＣＶＤ法を用いて、Ｃｕ拡散防止絶縁膜である膜厚５
０ｎｍの窒化シリコン膜２３を全面に形成した後、膜厚
１２００ｎｍのＳｉＯ₂膜２４をその上に積層して形成
し、さらに周知のＣＭＰ技術を用いて表面を研磨して平
坦化し、図４（ｂ）に示したように、ＴｉＮ膜２１の表
面を露出させた。

【００４４】アンモニア水と過酸化水素水の混合液を用
いてＴｉＮ膜２１を、りん酸を用いてＡｌ膜２０を、そ
れぞれ除去して、ベースメタル層１９の表面を露出させ
た後、周知の無電界メッキ技術を用いて、図４（ｃ）に
示したように、ベースメタル層１９の表面上のみにＣｕ
を選択的に析出させ、第２層のＣｕ配線層２５を形成し
た。

【００４５】図４（ｃ）から明らかなように、Ｃｕの拡
散防止絶縁膜である窒化シリコン膜２３は、第２層のＣ
ｕ配線２５の側壁のみではなく、第１層のＣｕ配線１８
の上面にも接している。そのため、上記窒化シリコン膜
２３は、第２層のＣｕ配線２５の側壁および第１層のＣ
ｕ配線１８の上面からの、Ｃｕの拡散を防止するバリヤ
として機能する。

【００４６】上記工程によって、第１層配線層およびｖ
ｉａ配線である第２層配線層が形成された。上記図２〜
図４に示した工程を繰り返すことによって、第３層以降
の配線層が形成され、３層以上の層数を有する多層銅配
線が形成できることはいうまでもない。

【００４７】本実施例においては、ベースメタル層１
２、１９としてＷ層を用い、その上にＡｌ層１３、２０
およびＴｉＮ層１４、２１を積層して形成したＴｉＮ／
Ａｌ積層膜を、それぞれダミー配線１５、２２として用
いた。Ａｌ膜はベースメタル層であるＷ膜に対して、高
い選択比でウェットエッチングすることができるので、
絶縁膜を形成した後に除去されるダミー配線には好適で
ある。ただし、Ａｌ膜はドライエッチングの際にサイド
エッチされ、また、膜表面の光反射率が高いので、Ａｌ
膜の上にさらにもう１層形成して２層膜とするのが好ま
しく、本実施例ではＡｌ膜１３、２０の上にＴｉＮ膜１
４、２１をそれぞれ形成した。

【００４８】ダミー配線全体をＴｉＮ膜のみで形成する
ことも一応可能であるが、Ａｌ膜の場合とは異なり、ベ
ースメタル層であるＷ膜に対して、ＴｉＮ膜を高い選択
比でウェットエッチングできるエッチング液が存在しな
い。そのため本実施例においては、ダミー配線を除去す
る際に、まず、Ａｌ膜をエッチングストッパとして、Ｔ
ｉＮ膜をウェットエッチングで除去した後、ベースメタ
ル層をエッチングすることなしに、Ａｌ膜をウェットエ
ッチングして除去した。

【００４９】ＴｉＮ膜とＡｌ膜の積層膜をホトエッチン
グによって所定の形状にパターニングして、ダミー配線
を形成する際に、上記のように、ＴｉＮ膜に比べてＡｌ
膜の方がドライエッチングによるサイドエッチングが大
きいので、図５（ａ）に示したように、形成されたダミ
ー配線の側壁はＡｌ膜３３のサイドエッチングによって
凹状になる。

【００５０】最終的に形成されるＣｕ配線の断面形状
も、このダミー配線と同一になるので、Ｃｕ配線３６の
断面構造は図５（ｂ）に示した形状になる。図５（ｂ）
から明らかなように、Ｃｕ配線３６の側壁は凹状にな
り、絶縁膜３８およびＣｕの拡散防止層３７によって、
Ｃｕ配線３６の側壁が外側から押されて固定された構造
が得られる。

【００５１】周知のように、絶縁膜および金属膜に対す
るＣｕ膜の接着性は不良であり、これが配線層間の接続
面のハガレ等の事故を生ずる原因となり、銅配線の信頼
性を高くするための大きな障害になっていた。しかし、
本実施例では、図５（ｂ）に示したように、Ｃｕ配線３
６の側壁が凹状になり、しかもこの凹状の側壁が、絶縁
膜３８およびＣｕの拡散防止層３７によって、外側から
押されて固定された構造が得られるので、Ｃｕ配線３６
は極めて強固に固定され、信頼性は著しく向上した。

【００５２】従来の多層配線の配線レイアウトの例を図
６に示した。図６において、ｎ層目のＣｕ配線が層間接
続用のｖｉａ配線であり、（ｎ−１）層目の配線と（ｎ
＋１）層目の配線の間を垂直に接続するｖｉａ配線とし
てのみに用いられる。これに対し、本実施例では、図７
に示したように、ｎ層目のＣｕ配線は、ｖｉａ配線部分
のみではなく、通常の配線部分も有しているので、配線
のレイアウトの自由度は上記従来の場合より著しく向上
した。

【００５３】

【発明の効果】上記説明から明らかなように、本発明に
よれば、配線間の絶縁膜の形成など必要な工程はすべて
先に済ませ、ダミー配線を除去することによって絶縁膜
に形成された溝（開口部）内に、Ｃｕを選択的に充填さ
せてＣｕ配線が形成される。そのため、従来問題となっ
てきたＣｕの材料物性上の制約を受けることがなく、工
程が簡略化されて、低いコストで微細な多層配線を形成
することができる。

【００５４】またダミー配線が除去された部分にＣｕ配
線が形成されるため、Ｃｕ配線を形成するための溝をエ
ッチングによって絶縁膜に形成したり、Ｃｕ膜をドライ
エッチングしてパターニングした従来の方法では、形成
できなかった断面形状のＣｕ配線が形成され、Ｃｕ配線
の信頼性が向上した。

【００５５】さらに、従来の多層配線では、配線層と上
下層間の接続を行なうｖｉａ配線層では、形成法が互い
に異なっていたが、本発明では、同じ工程を繰り返して
両者形成することができるので、両者の区別がなくな
り、配線パターンのレイアウトの自由度が向上した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す断面図、

【図２】本発明の一実施例を示す工程図、

【図３】本発明の一実施例を示す工程図、

【図４】本発明の一実施例を示す工程図、

【図５】本発明のＣｕ配線の断面構造を示す図、

【図６】従来の多層配線の配線レイアウトの一例を示す
図、

【図７】本発明の多層配線の配線レイアウトの一例を示
す図。

【符号の説明】

１、１１、３１…基板、２、６、１２、１９、３２…ベ
ースメタル層、３、７、１８、２５、３６…Ｃｕ配線
層、４、８、３７…Ｃｕ拡散防止絶縁膜、５、９、３８
…絶縁膜、１３、２０、３３…Ａｌ膜、１４、２１、３
４…ＴｉＮ膜、１５、２２…ダミー配線、１６、２３…
窒化シリコン膜、１７、２４…ＳｉＯ₂膜、３５…凹
部、３９…凸部。

フロントページの続き (72)発明者赤星晴夫茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記工程を含むＣｕ配線の形成方法。（１）導電体からなるベースメタル層を基板の表面上に
形成した後、当該ベースメタル層とは異なる材料からな
るダミー配線層を上記ベースメタル層の上に積層して形
成する工程、（２）同一のエッチングマスクを用いて上記ダミー配線
層およびベースメタル層の所定部分を順次エッチングし
て除去し、初期配線層を形成する工程、（３）上記初期配線層より厚い絶縁膜を全面に形成する
工程、（４）上記絶縁膜を上方から薄くして上面を平坦化し、
上記初期配線層の上面を露出させる工程、（５）上記ダミー配線層を除去して上記ベースメタル層
の表面を露出させる工程、（６）上記ベースメタル層の表面上にＣｕを選択的に析
出させる工程。
【請求項２】上記工程（６）の後に、導電体からなるベ
ースメタル層および当該ベースメタル層とは異なる導電
体からなるダミー配線層を積層して全面に形成する工程
および上記工程（２）から（６）が付加されることを特
徴とする請求項１に記載のＣｕ配線の形成方法。
【請求項３】上記工程（６）は、Ｃｕを無電解メッキす
ることによって行われることを特徴とする請求項１若し
くは２に記載のＣｕ配線の形成方法。
【請求項４】上記ベースメタル層は、Ｗ層、ＴｉＮ層、
Ｎｉ層、Ｃｒ層およびＰｔ層からなる群から選ばれるこ
とを特徴とする請求項１から３のいずれか一に記載のＣ
ｕ配線の形成方法。
【請求項５】上記ダミー配線層は２層以上の導電体層の
積層膜からなり、上記ベースメタル層に接して形成され
た第１の導電体層が、Ａｌ層もしくはＡｌを主成分とす
る合金層からなることを特徴とする請求項１から４のい
ずれか一に記載のＣｕ配線形成法。
【請求項６】上記第１の導電体層の上に形成された第２
の導電体層が、ＴｉＮ層、Ｗ層およびＷを主成分とする
合金層からなる群から選ばれることを特徴とする請求項
５に記載のＣｕ配線形成法。
【請求項７】上記工程（５）が化学機械研摩法によって
行なわれることを特徴とする請求項１から６のいずれか
一に記載のＣｕ配線形成法。
【請求項８】半導体基板の主表面上に積層して形成され
た所定の形状を有する導電体層からなる第１のベースメ
タル層および第１のＣｕ層と、当該第１のＣｕ層の側面
上から上記第１のベースメタル層の側面上を経て上記半
導体基板の露出された表面上に延在する第１の絶縁膜
と、当該第１の絶縁膜上に形成された上記第１の絶縁膜
とは異なる絶縁体からなる第２の絶縁膜を有することを
特徴とするＣｕ配線構造体。
【請求項９】上記第１のＣｕ層の上面の高さと上記第２
の絶縁膜の上面の高さは実質的に等しいことを特徴とす
る請求項８に記載のＣｕ配線構造体。
【請求項１０】上記第１のＣｕ層の所定部分上には、所
定の形状を有する導電体層からなる第２のベースメタル
層および第２のＣｕ層が積層して形成され、当該第２の
Ｃｕ層の側面上から上記第２のベースメタル層の側面上
および上記第２のＣｕ層の上面上を経て上記第２の絶縁
膜上に延在する第３の絶縁膜および当該第３の絶縁膜上
に形成された当該第３の絶縁膜とは異なる絶縁体からな
る第４の絶縁膜を有することを特徴とする請求項８若し
くは９に記載のＣｕ配線構造体。
【請求項１１】上記第２のＣｕ層の所定部分上には、所
定の形状を有する導電体層からなる第３のベースメタル
層および第３のＣｕ層が積層して形成され、当該第３の
Ｃｕ層の側面上から上記第３のベースメタル層の側面上
および上記第３のＣｕ層の上面上を経て上記第４の絶縁
膜上に延在する第５の絶縁膜および当該第５の絶縁膜上
に形成された第６の絶縁膜を有することを特徴とする請
求項１０に記載のＣｕ配線構造体。
【請求項１２】上記第２のＣｕ層の上面の高さと上記第
４の絶縁膜の上面の高さは実質的に等しいことを特徴と
する請求項１０若しくは１１に記載のＣｕ配線構造体。
【請求項１３】上記第１のＣｕ層の側面は内側に凹であ
ることを特徴とする請求項８から１２のいずれか一に記
載のＣｕ配線構造体。
【請求項１４】上記第１および第３の絶縁膜は、シリコ
ンと窒素若しくはシリコン、窒素および酸素よりなる膜
であることを特徴とする請求項８から１３のいずれか一
に記載のＣｕ配線構造体。
【請求項１５】上記ベースメタル層は、Ｗ層、ＴｉＮ
層、Ｎｉ層、Ｃｒ層およびＰｔ層からなる群から選ばれ
ることを特徴とする請求項８から１４のいずれか一に記
載のＣｕ配線構造体。