JPS63204630A - 配線構造の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （ｍ要〕 基板上に複数のスルーホールを有する絶縁体層を形成し
、この上に導電性物質を、その中に閉じた空洞を生じな
いような厚さで、かつスルーホールを含む凹部を埋め平
坦化したあとのその凹部以外の部分での厚さが０．５μ
ｍ以上となるような厚さに層状に形成し、このあとエネ
ルギービーム照射によりその導電性物質を店名してスル
ーホールの埋め込みと表面の平坦化を一つの工程で行う
方法。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特にスルーホ
ールを有する絶縁体層上に該スルーホールを介し電気的
に接続される配線層を形成する方法に関するものである
。

近年半導体集積回路の高集積化・高密度化に伴い、その
構成要素である配線やスルーホールもその最小部分の寸
法が１μｍ以下の微細なものが求められるに至っている
。

従来、こうした配線構造は、絶縁体層にスルーホールを
開口した後これにスルーホールを埋めるとともに配線と
なるべきアルミニウム（Ａ１）などの導電性物質をスパ
ッタリング法などで付着させる方法がとられてきた。し
かしながら従来の方法では、スルーホールが小さくなる
に従って、スルーホールを導電性物質で完全に埋め込む
のがむずかしくなり、このため配線構造の微細化に限界
があるので、これにかわる技術の開発が望まれている。

こうした技術の一つとして、レーザー光を照射するなど
して該導電性物質を溶融しスルーホール内に充填するこ
とにより、スルーホールを埋め９表面の平坦化をはかる
方法が検討されている。

（従来の技術〕 さて、スルーホールを有する絶縁体層に導電性物質を付
着させたあとレーザー光を照射することによりスルーホ
ールを埋め込み表面平坦化する従来の方法は、以下の通
りである。

第２図は、従来の方法の工程図で１図中１は基板、２は
絶縁体層、３はスルーホール、４は導電性物質、５はエ
ネルギービーム、６は導電性物質未付着部である。シリ
コン（Ｓｔ）基板上に、スルーホールを有する絶縁体層
をつけ、この上にアルミニウム配線を形成する場合につ
いて説明する。

まず面方位（１００）のＳｉ基板１に、５ｉ０２から成
る絶縁体層２を厚さ１μｍ程度付着させ、ついでフォト
リソグラフィとエツチングの手法を組みあわせ第２図（
ａ）のごと（スルーホール３を形成する。なお絶縁体層
としては、リンケイ酸ガラス（Ｐ　Ｓ　Ｇ）やシリコン
窒化物（Ｓｉ３　Ｎヰ）の層や更にはＳ　ｉ　０２とＰ
ＳＧの２層構造やＳｉ３Ｎ４とＰＳＧの２層構造のよう
に複数の絶縁体層の組みあわせから成るものを用いるこ
ともある。

スルーホール形成ｉ、マグネトロン・スパッタリングな
どの手法によりＡＩなどの導電性物質を付着させる。こ
の時スルーホールの開口部の寸法が１μｍ程度にまで小
さくなると第２図（ｂ）に示したごと（この段階ではス
ルーホールが完全に埋め込まれるまでには至らず凹部が
出来る。

このあとレーザー光などのエネルギービーム５を照射し
、ＡＡを溶かし、スルーホールに埋め込む。このとき、
スルーホール密度の大なるところでは第２図（Ｃ）のよ
うにスルーホール周辺には。

その部分のＡＩ！がスルーホールに流れ込んだ結果Ａｌ
の付着しない部分を生ずることがある。そこで、不要部
分のＡ１を除去するなどした後、電気的接続を確実なも
のとすべくスルーホールをおおうように導電性物質を付
着させ、フォトリソグラフィの手法でパターニングして
配線を形成する。

なお、レーザー光を照射する前に、スルーホール部周辺
をのぞいてその他の部分の絶縁体層上のＡＮをあらかじ
め除去しておき、レーザー光照射したとき熔けた。ｌが
その表面張力によりスルーホール内に選択的に流れ込み
、平坦部には、残らないようにし、その後で配線となる
べき導電性物質を付着することもある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

さて、配線のあつさは、多層配線構造への応用を考えた
場合電気的特性をそこなわない範囲でなるべくうすいこ
とが好ましい。従来の方法では。

レーザー光照射によりスルーホールに導電性物質を埋め
込む工程で該導電性物質のあつさがうすくなると、第２
図（Ｃ）のようにスルーホール周辺部の導電性物質層が
きれやすくなる。この現象は。

スルーホールの面内における密度が大である程。

著しい。このため、スルーホールと配線の接続を確実に
すべく、配線となるべき導電性物質層をあらためて第２
図（ｄ）の如く付着させる工程が一工程余分に必要にな
るという欠点があった。

一方、上述の配線切れをふせぐべく導電性物質層を単純
に厚くすると、スルーホールの開口部寸法が小さい場合
は、開口部付近での導電性物質の張り出しの影響が大き
くなり、はなはだしくは導電性物質の張り出しが完全に
つながって、導電性物質内に閉じた空洞を生じてしまう
。このようになると、レーザー光照射して該導電性物質
を溶融しても粘度の比較的大きい溶融物中に気泡が存在
する状態となって、スルーホールは容易に埋まらず、固
化したあとそこに空洞部が残ってしまうという欠点があ
った。

本発明は、このような従来の方法の欠点を除くべく創作
されたもので、スルーホールを埋め込む工程で導電性物
質の厚さを調節することにより。

簡便にしかも再現性よく平坦化された配線構造をつくる
技術を提供するものである。

〔問題を解決するための手段〕

その目的は、エネルギービーム照射に先だち。

導電性物質を、スルーホールなどの開口部での該導電性
物質の横方向への張り出し等により、その中に閉じた空
洞部が出来る程には厚くなく、シかもスルーホールを含
む凹部を埋め平坦化されたあとの凹部以外の部分での厚
さが０．５μｍ以上になるような厚さに、あらかじめ形
成しておくことにより達成される。

〔作用〕

レーザー光等のエネルギービームを照射しスルーホール
を有する絶縁体層に付着した導電性物質を溶融すると、
スルーホール付近では、溶融した導電性物質の一部は、
粘性流動によりスルーホール内に流れ込む。

導電性物質が切れるか否かは、主として一時に溶融する
導電性物質の量と、該溶融する導電性物質が付着してい
る領域内に存在するスルーホール等の凹部の全容積と、
溶融した導電性物質の粘度および表面張力に依存する。

発明者は、導電性物質がＡｌおよびＡｌを主成分とする
合金の場合について実験した結果、エネルギービーム照
射によるスルーホールの埋め込みと表面平坦化を行った
あとで導電性物質が途切れることなく連続した層状にな
るものは、その凹部以外の平坦部での厚さが０．５μｍ
以上となっていることを見い出した。

従って、この実験結果を応用し、あらかじめエネルギー
ビーム照射に先だって、導電性物質の厚さを、先の実験
結果を生むに足る厚さにしておけば、導電性物質の層が
途切れたりすることはない。

しかも、その厚さを導電性物質の中に閉じた空洞を生じ
ないような程度うずくしておけば、エネルギービーム照
射後も空洞部が残るようなことはない。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例の工程図で９図中ｄはエネル
ギービームを照射したとき一度に溶融する導電性物質が
その付着している領域内に存在するスルーホール３など
の凹部を埋め、その表面を平坦化した時の凹部以外の部
分における導電性物質の厚さである。なお第１図中で第
２図と同一部材には、同一番号を附しである。

基板としては１面方位（１００）のシリコン板を用いそ
の全面にまず絶縁体層２となるべき５ｉ０２を厚さ１μ
ｍ付着させ、ついでフォトリソグラフィと異方性エツチ
ングの手法により、開口部の直径が１μｍでその深さが
１μｍの円筒状のスルーホール３を１０μｍＸ１０μｍ
の正方形内に３６個等間隔で開口させた（第１図（ａ）
）。ついで全面に導電性物質４として／ｌを０．８μｍ
スパッタリングし、第１図（ｂ）のごとくした。なお、
先に述べたスルーホール３６個を設けた１０μｍＸ１０
μｍの領域で、スルーホールをＡｌで埋め表面が平坦に
なるようならした時の平坦部でのＡｌの厚さくｄ）は、
計算によれば、０．５１７μｍである。このあと、エネ
ルギービーム５として波長１９３ｎｍでピークパワーが
２００ｍＪのＡｒＦエキシマレーザ−光を１パルス（光
パルス巾１５ｎｓ）照射し、　ＡＩ！だけを一瞬時溶融
させ、スルーホールへのＡＩ！の埋め込みと表面の平坦
化を行ったところ、Ａｌは切れめのない一体の層になり
。

従来の方法でしばしばみられたスルーホール周辺でのＡ
７膜の未付着部やスルーホール部のＡＡの中の空洞は全
くみられなかった。凹部以外のところでのＡｌの厚さｄ
は０．５１〜０．５２μｍであって。

先の計算値と誤差範囲内でよく一致した。なお。

表面上でのレーザー光の大きさは２ｍｍＸ０．８ｍｍで
あった。この工程は、Ａｌの酸化を防止するためにｌＸ
ｌ０　　Ｔｏｒｒの真空中で行った。

アルゴン、水素、ヘリウムの非酸化性雰囲気中でも、Ａ
ｌの酸化がなく、良好な結果が得られた。

又、レーザーとして、波長２４８ｎｍＫｒＦレーザーお
よび波長３０８ｎｍのＸｅＣｌレーザーを用いても同様
な結果が得られた。

又、ＡｒレーザーやＫｒレーザーのような連続発振（Ｃ
Ｗ）レーザーを用いた時は、非線形光学素子を用いた光
スィッチによりその巾が１μｓ以下の光パルスとしたと
き良好な結果が得られた。

更に、アルミニウムのかわりに、同じ厚さのＡｌ−３ｔ
合金およびＡＡ−Ｃｕ合金を用いても。

その結果にかわりはなかった。

本発明の別の実施例は、以下の通りである。

先の実施例と異るところは、スルーホール３の径を０．
７μｍと小さクシ、導電性物質４としてのＡ／２の厚さ
を０．７μｍとうずくしたことと、レーザー光照射時に
基板の表面温度が３５０〜４００℃の範囲で、加熱した
ことである。

その他の条件は、先の実施例と全く同一とした。

本実施例でも先の実施例と同様、スルーホール周辺のＡ
１膜が切れたり、Ａｌ中に空洞部を生じたりすることな
く、良好な配線構造をつくることが出来た。レーザー照
射時に基板を加熱すると、レーザー光のパルスがあたっ
たその一瞬時だけ溶融するＡｌなどの導電性物質が冷え
にくくなり、粘度がより低い溶液の状態にある時間が延
びるので。

特にスルーホールが小さくなった時に、スルーホール内
に、より確実に導電性物質を充填できるようになるとい
う効果がある。ただ、この基板の温度を、高くすると、
Ａ／など導電性物質が酸化するなどして変質しやすくな
る上、基板の半導体結晶と絶縁体層と導電性物質との間
の熱膨張係数の違いに起因する応力が増大する等の不都
合も生じてくるので、埋め込みの効果が阻害されない範
囲で低い方が好ましい。

さて１以上の実施例では、−要分の配線を形成する場合
を説明したが、同一の工程を複数回繰り返せば、多層構
造配線構造を作ることが出来るのは言うまでもない。

本発明の原理から、基板としてはＳｉ以外の化合物半導
体の板などであっても、又、絶縁体層としてはＳ　ｉ　
Ｏ２以外のＳ　ｉ３　Ｎ斗やＰＳＧの層であっても、更
には、これらの絶縁体層の組み合わせから成る多層構造
のものであっても１本発明の効果にかわりはない。

エネルギービームとしては、先に述べたレーザー光の他
にもＨｅ−ｃｄレーザー光やＹＡＧレーザーの高調波光
などのレーザー光や電子ビームなども使うことが出来る
。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように本発明によれば、スルーホール埋
め込みと配線となるべき導電性物質層の平坦化が同じ一
つの工程で行なえる上、その導電性物質層が切れたり又
その中に空洞を生じたりすることがないので、容易に信
頼性の高い表面が平坦化された配線構造をつくることが
出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の工程図。 第２図は従来の方法の工程図で。 図中１は基板、２は絶縁体層。 ３はスルーホール、４は導電性物質。 ５はエネルギービーム である。 ／＄発朗っ一笑施枦ｊの工臂把 毒　ｌ　目 疲未の方法のニオ【目 第　２　目

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板（１）上に複数のスルーホール（３）を有す
   る絶縁体層を形成し、この上に導電性物質（４）を付着
   させた後、エネルギービーム（５）を照射して該導電性
   物質を溶融し配線構造を形成する工程を含む半導体装置
   の製造方法において、 導電性物質を、その中に閉じた空洞部分を生じない厚さ
   で、かつ、スルーホールを含む凹部を埋め平坦化したあ
   と該凹部以外の部分での厚さが０．５マイクロメートル
   以上になるに足る厚さの層状に形成する工程と、しかる
   後にエネルギービームを照射し該導電性物質を溶融しス
   ルーホールを含む凹部を埋め表面を平坦化する工程とを
   具備することを特徴とする配線構造の製造方法。
2. （２）スルーホールの開口部の最小寸法が１マイクロメ
   ートル以下であり、かつ、エネルギービーム照射時に、
   基板を加熱することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の配線構造の製造方法。
3. （３）導電性物質がアルミニウム又はアルミニウムを主
   成分とする合金である特許請求の範囲第１項又は第２項
   に記載の配線構造の製造方法。
4. （４）エネルギービームがパルス状ビームであってその
   パルス巾が１マイクロ秒以下のものである特許請求の範
   囲第１項から第３項のいずれかに記載の配線構造の製造
   方法。
5. （５）エネルギービームの照射を、非酸化性雰囲気中も
   しくは真空中で行うことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項から第４項のいずれかに記載の配線構造の製造方法
   。