JPH05315332A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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- JPH05315332A JPH05315332A JP4080170A JP8017092A JPH05315332A JP H05315332 A JPH05315332 A JP H05315332A JP 4080170 A JP4080170 A JP 4080170A JP 8017092 A JP8017092 A JP 8017092A JP H05315332 A JPH05315332 A JP H05315332A
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- H10W20/41—Interconnections external to wafers or substrates, e.g. back-end-of-line [BEOL] metallisations or vias connecting to gate electrodes characterised by their conductive parts
- H10W20/425—Barrier, adhesion or liner layers
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- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】上層に形成する絶縁膜と良好な密着性を有する
配線を形成する。 【構成】マスク膜を用いた選択メッキ法により金配線を
形成した後、この金配線上に第3導電膜としてCr膜7
を形成し、さらに熱処理を施して金配線の周囲に絶縁膜
との密着性、耐食性、耐熱性の高い反応層8を形成し、
未反応のCr膜を除去し、その上層にシリコン酸化膜9
を形成する。
配線を形成する。 【構成】マスク膜を用いた選択メッキ法により金配線を
形成した後、この金配線上に第3導電膜としてCr膜7
を形成し、さらに熱処理を施して金配線の周囲に絶縁膜
との密着性、耐食性、耐熱性の高い反応層8を形成し、
未反応のCr膜を除去し、その上層にシリコン酸化膜9
を形成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特にメッキ法による配線の形成方法に関する。
関し、特にメッキ法による配線の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体装置の製造工程におけるメ
ッキ法による配線の形成方法を図3を用いて説明する。
まず図3(a)に示すように、シリコン基板1上に第1
絶縁膜として、熱酸化法あるいはシラン(SiH4 )と
亜酸化窒素(N2 O)ガスを用いたプラズマCVD法に
より厚さ約500nmのシリコン酸化膜2を形成する。
続いて第1導電膜としてタングステン(W)にチタン
(Ti)が10wt%程度添加されたTi−W膜3を
D.Cマグネトロンスパッタ法により、成膜パワー1.
0〜2.0kw、成膜圧力2〜10mTorrの条件の
下、100nmの厚みで形成する。さらにこのTi−W
膜3上に例えば第2導電膜としてAu膜4(またはP
t,Pd,Rh膜)を同様の手法を用いて、成膜パワー
0.2〜1.0kw、成膜圧力2〜10mTorrの条
件の下、10〜50nmの厚みで形成する。
ッキ法による配線の形成方法を図3を用いて説明する。
まず図3(a)に示すように、シリコン基板1上に第1
絶縁膜として、熱酸化法あるいはシラン(SiH4 )と
亜酸化窒素(N2 O)ガスを用いたプラズマCVD法に
より厚さ約500nmのシリコン酸化膜2を形成する。
続いて第1導電膜としてタングステン(W)にチタン
(Ti)が10wt%程度添加されたTi−W膜3を
D.Cマグネトロンスパッタ法により、成膜パワー1.
0〜2.0kw、成膜圧力2〜10mTorrの条件の
下、100nmの厚みで形成する。さらにこのTi−W
膜3上に例えば第2導電膜としてAu膜4(またはP
t,Pd,Rh膜)を同様の手法を用いて、成膜パワー
0.2〜1.0kw、成膜圧力2〜10mTorrの条
件の下、10〜50nmの厚みで形成する。
【0003】第1導電膜は後工程で形成するメッキ膜や
第2導電膜の能動領域への拡散を防止するバリアメタル
として設けるが、下層に存在する第1絶縁膜との間の密
着をとる層としても機能する。第2導電膜はメッキ膜成
長時のメッキ電流供給,メッキ膜の安定した成長,メッ
キ膜と第1導電膜との間の密着性確保および第1導電膜
表面のメッキ液からの保護を目的として形成されるもの
である。
第2導電膜の能動領域への拡散を防止するバリアメタル
として設けるが、下層に存在する第1絶縁膜との間の密
着をとる層としても機能する。第2導電膜はメッキ膜成
長時のメッキ電流供給,メッキ膜の安定した成長,メッ
キ膜と第1導電膜との間の密着性確保および第1導電膜
表面のメッキ液からの保護を目的として形成されるもの
である。
【0004】次に図3(b)に示すように、g線あるい
はi線を用いたフォトリソグラフィー法により、1〜2
μmの厚みを有するフォトレジスト膜5より構成される
マスクをAu膜4上に形成する。次で電解メッキ法を用
いて露出したAu膜4上に選択的に0.5〜1.5μm
の厚さのAuメッキ膜6を形成する。
はi線を用いたフォトリソグラフィー法により、1〜2
μmの厚みを有するフォトレジスト膜5より構成される
マスクをAu膜4上に形成する。次で電解メッキ法を用
いて露出したAu膜4上に選択的に0.5〜1.5μm
の厚さのAuメッキ膜6を形成する。
【0005】電解金メッキに用いるメッキ液は、硫酸金
ナトリウムと硫酸を主成分とし、これに平坦化剤、pH
安定剤等の添加剤が添加されたものを使用する。このメ
ッキ液は通常1リットル当り約10gの金を含有する非
シアン系の溶液で、ほぼ中性のpH(6.0〜8.0)
を有している。実際の電解メッキはメッキ温度35〜6
5℃、電流密度1〜4mA/cm2 の条件の下で行う事
が膜質、均一性などの観点からみて好ましい。
ナトリウムと硫酸を主成分とし、これに平坦化剤、pH
安定剤等の添加剤が添加されたものを使用する。このメ
ッキ液は通常1リットル当り約10gの金を含有する非
シアン系の溶液で、ほぼ中性のpH(6.0〜8.0)
を有している。実際の電解メッキはメッキ温度35〜6
5℃、電流密度1〜4mA/cm2 の条件の下で行う事
が膜質、均一性などの観点からみて好ましい。
【0006】次に図3(c)に示すように、有機溶剤を
用いた湿式剥離法あるいは酸素プラズマを用いたアッシ
ング法によりマスクとしてのフォトレジト膜5を除去す
る。次でAuメッキ膜6をエッチングマスクとして露出
したAu膜4をエッチングし、続いて露出したTi−W
膜3もエッチングしてAuメッキ膜6を主とした配線を
形成する。
用いた湿式剥離法あるいは酸素プラズマを用いたアッシ
ング法によりマスクとしてのフォトレジト膜5を除去す
る。次でAuメッキ膜6をエッチングマスクとして露出
したAu膜4をエッチングし、続いて露出したTi−W
膜3もエッチングしてAuメッキ膜6を主とした配線を
形成する。
【0007】ウェットエッチング法で除去する場合、A
u膜は濃度10〜20vol%の王水で、温度25〜5
0℃のもとでエッチングし、Ti−W膜は濃度50〜1
00vol%の過酸化水素水で、温度25〜45℃の条
件下でエッチングを行う事が好ましい。ドライエッチン
グ法により除去しようとする場合は、Arガスをミリン
グソースとしたイオンミリング法や、CF4 、SF6 等
のフッ素系ガスを使用した反応性イオンエッチング法を
使用する。
u膜は濃度10〜20vol%の王水で、温度25〜5
0℃のもとでエッチングし、Ti−W膜は濃度50〜1
00vol%の過酸化水素水で、温度25〜45℃の条
件下でエッチングを行う事が好ましい。ドライエッチン
グ法により除去しようとする場合は、Arガスをミリン
グソースとしたイオンミリング法や、CF4 、SF6 等
のフッ素系ガスを使用した反応性イオンエッチング法を
使用する。
【0008】次に図3(d)に示すように、SiH4 お
よびNH3 を反応ガスとしたプラズマCVD法を用い
て、シリコン窒化膜9Aより構成される第2絶縁膜を配
線の上層に0.5〜1μmの厚みで形成する。
よびNH3 を反応ガスとしたプラズマCVD法を用い
て、シリコン窒化膜9Aより構成される第2絶縁膜を配
線の上層に0.5〜1μmの厚みで形成する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の半導体
装置の製造方法における配線の形成には以下に示す欠点
がある。
装置の製造方法における配線の形成には以下に示す欠点
がある。
【0010】例えば金が主配線材料である場合、形成さ
れた配線は低電気抵抗、高化学的安定性、高エレクトロ
マイグレーション耐性などの優れた特性を多く有してい
る。しかしながら金配線の上層に絶縁膜を形成した場
合、高い化学的安定性のために絶縁膜との結合を作りに
くく、絶縁膜自体の応力や後工程の熱処理による熱誘起
の応力がかかって、剥がれを生じ易い。そのため製造工
程での高い歩留りを得にくく、製品として完成した後も
特性変動や層間接続部で断線が生じるなど長期信頼性が
得られない。更に、金配線とその上の絶縁膜との密着が
悪いため多層配線を形成しにくい。そのため半導体装置
の微細化・高性能化がむずかしい。
れた配線は低電気抵抗、高化学的安定性、高エレクトロ
マイグレーション耐性などの優れた特性を多く有してい
る。しかしながら金配線の上層に絶縁膜を形成した場
合、高い化学的安定性のために絶縁膜との結合を作りに
くく、絶縁膜自体の応力や後工程の熱処理による熱誘起
の応力がかかって、剥がれを生じ易い。そのため製造工
程での高い歩留りを得にくく、製品として完成した後も
特性変動や層間接続部で断線が生じるなど長期信頼性が
得られない。更に、金配線とその上の絶縁膜との密着が
悪いため多層配線を形成しにくい。そのため半導体装置
の微細化・高性能化がむずかしい。
【0011】主配線材料が銅の場合、銅表面が露出して
いるとアフターコロジョンにより銅が腐食して断線等を
生じ易く、高い長期信頼性が得られない。また、その上
層に絶縁膜としてシリコン酸化膜やシリコン窒化膜に代
表されるシリコン系の層間絶縁膜を直接形成すると、後
の製造工程中にかかる熱処理によって銅と絶縁膜が反応
して半導体装置の電気特性を劣化させる。
いるとアフターコロジョンにより銅が腐食して断線等を
生じ易く、高い長期信頼性が得られない。また、その上
層に絶縁膜としてシリコン酸化膜やシリコン窒化膜に代
表されるシリコン系の層間絶縁膜を直接形成すると、後
の製造工程中にかかる熱処理によって銅と絶縁膜が反応
して半導体装置の電気特性を劣化させる。
【0012】
【課題を解決するための手段】第1の発明の半導体装置
は、半導体基板上に設けられた絶縁膜と、この絶縁膜上
に順次設けられた第1導電膜と第2導電膜と金属メッキ
膜とからなる配線と、この配線を構成する少くとも前記
金属メッキ膜の上面と側面に設けられた反応層とを含む
ものである。
は、半導体基板上に設けられた絶縁膜と、この絶縁膜上
に順次設けられた第1導電膜と第2導電膜と金属メッキ
膜とからなる配線と、この配線を構成する少くとも前記
金属メッキ膜の上面と側面に設けられた反応層とを含む
ものである。
【0013】第2の発明の半導体装置の製造方法は、半
導体基板上に絶縁膜を設けたのちバリア及び密着用の第
1導電膜と総電用の第2導電膜を順次形成する工程と、
この第2導電膜上にフォトレジスト膜を形成したのちパ
ターニングする工程と、このフォトレジスト膜をマスク
とし電解メッキ法により金属メッキ膜を形成する工程
と、前記フォトレジスト膜を除去したのち前記金属メッ
キ膜をマスクとして前記第2導電膜および前記第1導電
膜を除去し金属メッキ膜と第2導電膜と第1導電膜とか
らなる配線を形成する工程と、この配線を含む全面に第
3導電膜を設けたのち熱処理し前記配線の上面と側面に
反応層を形成する工程とを含むものである。
導体基板上に絶縁膜を設けたのちバリア及び密着用の第
1導電膜と総電用の第2導電膜を順次形成する工程と、
この第2導電膜上にフォトレジスト膜を形成したのちパ
ターニングする工程と、このフォトレジスト膜をマスク
とし電解メッキ法により金属メッキ膜を形成する工程
と、前記フォトレジスト膜を除去したのち前記金属メッ
キ膜をマスクとして前記第2導電膜および前記第1導電
膜を除去し金属メッキ膜と第2導電膜と第1導電膜とか
らなる配線を形成する工程と、この配線を含む全面に第
3導電膜を設けたのち熱処理し前記配線の上面と側面に
反応層を形成する工程とを含むものである。
【0014】
【作用】本発明の半導体装置の製造方法は、主配線材料
と絶縁膜との間に、両者に対して密着性が良く、耐食性
・耐熱性の高い反応層をフォトレジスト工程数を増加さ
せることなく、かつ選択的に薄く形成できる。従って、
配線上に絶縁膜を形成しても剥がれを生じることはな
い。また、この配線の最表面層は耐食性・耐熱性も高い
ため、アフターコロージョンの発生や絶縁膜との反応の
発生を抑制できる。そのため良好な電気特性と高い長期
信頼性を有する多層の配線を高い歩留で製造する事が出
来る。さらに配線の多層化が容易となるため、半導体装
置の微細化・高性能化が可能となる。
と絶縁膜との間に、両者に対して密着性が良く、耐食性
・耐熱性の高い反応層をフォトレジスト工程数を増加さ
せることなく、かつ選択的に薄く形成できる。従って、
配線上に絶縁膜を形成しても剥がれを生じることはな
い。また、この配線の最表面層は耐食性・耐熱性も高い
ため、アフターコロージョンの発生や絶縁膜との反応の
発生を抑制できる。そのため良好な電気特性と高い長期
信頼性を有する多層の配線を高い歩留で製造する事が出
来る。さらに配線の多層化が容易となるため、半導体装
置の微細化・高性能化が可能となる。
【0015】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図1(a)〜(d)は本発明の第1の実施例の半導
体装置の製造方法を説明するための工程順に示した半導
体チップの断面図である。
る。図1(a)〜(d)は本発明の第1の実施例の半導
体装置の製造方法を説明するための工程順に示した半導
体チップの断面図である。
【0016】まず図1(a)に示す通り、図3(a)〜
(c)で説明した従来の製造方法と同様に、シリコン基
板1上にSiH4 を主反応ガスとした熱CVD法あるい
はプラズマCVD法などの手法を用いて厚さ約500n
mのシリコン酸化膜(第1絶縁膜)2を形成する。続い
て第1導電膜としてWにTiが10wt%添加されたT
i−W膜3をD.C.マグネトロンスパッタ法により、
成膜パワー1.0〜2.0kw、成膜圧力2〜10mT
orrの条件の下、100nmの厚みで形成する。さら
にこの上に、例えば第2導電膜としてAu膜4を同様の
手法を用いて、成膜パワー0.2〜1.0kw、成膜圧
力2〜10mTorrの条件の下、20〜50nmの厚
みで形成する。
(c)で説明した従来の製造方法と同様に、シリコン基
板1上にSiH4 を主反応ガスとした熱CVD法あるい
はプラズマCVD法などの手法を用いて厚さ約500n
mのシリコン酸化膜(第1絶縁膜)2を形成する。続い
て第1導電膜としてWにTiが10wt%添加されたT
i−W膜3をD.C.マグネトロンスパッタ法により、
成膜パワー1.0〜2.0kw、成膜圧力2〜10mT
orrの条件の下、100nmの厚みで形成する。さら
にこの上に、例えば第2導電膜としてAu膜4を同様の
手法を用いて、成膜パワー0.2〜1.0kw、成膜圧
力2〜10mTorrの条件の下、20〜50nmの厚
みで形成する。
【0017】第1導電膜は後工程で形成するメッキ膜や
第2導電膜の構成元素の拡散防止膜(バリアメタル)、
メッキ膜と下層に存在する絶縁膜との間の密着層として
働くものである。その他にもW,Ti,Mo,Zr,
V,Hfのような高融点金属やこれらの合金及びTiと
Tiの窒化物、ケイ化物、TiとTiのホウ化物の積層
膜など、耐熱性と下地密着性を確保出来る材料であれば
上述の材料に限らず使用する事が出来る。
第2導電膜の構成元素の拡散防止膜(バリアメタル)、
メッキ膜と下層に存在する絶縁膜との間の密着層として
働くものである。その他にもW,Ti,Mo,Zr,
V,Hfのような高融点金属やこれらの合金及びTiと
Tiの窒化物、ケイ化物、TiとTiのホウ化物の積層
膜など、耐熱性と下地密着性を確保出来る材料であれば
上述の材料に限らず使用する事が出来る。
【0018】第2導電膜はメッキ時の下地(メッキ電流
供給層)、メッキ膜形成時の安定した成長や、メッキ膜
の密着性確保および第1導電膜表面のメッキ液からの保
護を目的として形成されるものである。Auの他にもP
d,Pt,Os,Ir,Re,Ru,Rhやその合金等
が使用できるが、基本的に金属メッキ膜形成時のメッキ
膜成長の下地として耐熱性、密着性、メッキ性等の観点
から見て相性の良いものであれば上述の元素に限定され
る事はない。
供給層)、メッキ膜形成時の安定した成長や、メッキ膜
の密着性確保および第1導電膜表面のメッキ液からの保
護を目的として形成されるものである。Auの他にもP
d,Pt,Os,Ir,Re,Ru,Rhやその合金等
が使用できるが、基本的に金属メッキ膜形成時のメッキ
膜成長の下地として耐熱性、密着性、メッキ性等の観点
から見て相性の良いものであれば上述の元素に限定され
る事はない。
【0019】次でg線あるいはi線を用いたフォトリソ
グラフィー法により、Au膜4上にフォトレジストより
構成されるマスク膜を選択的に形成する。そして露出し
ているAu膜4上に電解金メッキ法により500〜15
00nmの厚みで選択的にAuメッキ膜6を形成する。
この際、メッキ電流は下層に存在するTi−W膜3およ
びAu膜4を通じて供給される。
グラフィー法により、Au膜4上にフォトレジストより
構成されるマスク膜を選択的に形成する。そして露出し
ているAu膜4上に電解金メッキ法により500〜15
00nmの厚みで選択的にAuメッキ膜6を形成する。
この際、メッキ電流は下層に存在するTi−W膜3およ
びAu膜4を通じて供給される。
【0020】電解金メッキ液は硫酸、硫酸金ナトリウム
等を主成分とし、これに平坦化剤、pH安定剤などが添
加されたもとを使用する。このメッキ液は通常1リット
ル当たり約10gの金を含有する非シアン系のもので、
中性に近いpH(6〜8)を有している。実際のメッキ
はメッキ膜の膜質、均一性の観点から見て、メッキ温度
35〜60℃、電流密度1〜4mA/cm2 の条件下で
行うことが好ましい。
等を主成分とし、これに平坦化剤、pH安定剤などが添
加されたもとを使用する。このメッキ液は通常1リット
ル当たり約10gの金を含有する非シアン系のもので、
中性に近いpH(6〜8)を有している。実際のメッキ
はメッキ膜の膜質、均一性の観点から見て、メッキ温度
35〜60℃、電流密度1〜4mA/cm2 の条件下で
行うことが好ましい。
【0021】本第1の実施例ではメッキ膜をAuとして
いるが、メッキ法により第2導電膜上に形成可能な金属
で、上下の絶縁膜に対して密着をとりにくいものであれ
ば必ずしもAuである必要はない。
いるが、メッキ法により第2導電膜上に形成可能な金属
で、上下の絶縁膜に対して密着をとりにくいものであれ
ば必ずしもAuである必要はない。
【0022】次に酸素プラズマを用いたアッシング法や
有機溶剤を用いた剥離法によりマスク膜を除去したの
ち、Auメッキ膜6をエッチングマスクとしたウェット
エッチング法によりAu膜4の不要部分と、Ti−W膜
3の不要部分を順次除去してAuメッキ膜6を主とした
配線を形成する。
有機溶剤を用いた剥離法によりマスク膜を除去したの
ち、Auメッキ膜6をエッチングマスクとしたウェット
エッチング法によりAu膜4の不要部分と、Ti−W膜
3の不要部分を順次除去してAuメッキ膜6を主とした
配線を形成する。
【0023】ウェットエッチング法で除去する場合、A
u膜4は10〜20vol%の王水を用いて25〜50
℃でエッチングし、Ti−W膜3は50〜100vol
%の過酸化水素水を用いて25〜45℃でエッチングを
行う事によりサイドエッチの少ない良好な配線形状を得
る事ができる。このエッチング工程でAuメッキ膜6は
若干エッチングされる事となるため、Auメッキ膜6の
成膜時の厚みは、この膜減りを考慮して決定する必要が
ある。
u膜4は10〜20vol%の王水を用いて25〜50
℃でエッチングし、Ti−W膜3は50〜100vol
%の過酸化水素水を用いて25〜45℃でエッチングを
行う事によりサイドエッチの少ない良好な配線形状を得
る事ができる。このエッチング工程でAuメッキ膜6は
若干エッチングされる事となるため、Auメッキ膜6の
成膜時の厚みは、この膜減りを考慮して決定する必要が
ある。
【0024】ウェットエチング法はAuメッキ膜に対す
るイオンのアタックがないためドライエッチング法と比
較した場合、メッキ膜の膜減りや表面の損傷を抑制でき
る。そのため、後工程での反応層の形成が安定して出来
ると言う利点を有している。もちろん、この両導電膜の
不要部分除去はウェットエッチング法のみで行われる必
要はなく、両導電膜の種類によってはドライエッチング
法やドライエッチングとウェットエッチングを組み合わ
せた方法が適している場合もある。
るイオンのアタックがないためドライエッチング法と比
較した場合、メッキ膜の膜減りや表面の損傷を抑制でき
る。そのため、後工程での反応層の形成が安定して出来
ると言う利点を有している。もちろん、この両導電膜の
不要部分除去はウェットエッチング法のみで行われる必
要はなく、両導電膜の種類によってはドライエッチング
法やドライエッチングとウェットエッチングを組み合わ
せた方法が適している場合もある。
【0025】例えば化学的安定性の高い元素である第2
導電膜は、ウェット法による化学反応よりもイオンミリ
ングのようなイオンの衝突を利用した物理的エッチング
法により除去しやすいケースもある。第1導電膜層のド
ライエッチング法による除去は反応性イオンエッチング
で可能である。第1導電膜がW系材料の場合CF4 、S
F6 等のフッ素系ガスを用い、Ti系材料の場合、CC
14 、BC13 等の塩素系ガスを使用すると良い。
導電膜は、ウェット法による化学反応よりもイオンミリ
ングのようなイオンの衝突を利用した物理的エッチング
法により除去しやすいケースもある。第1導電膜層のド
ライエッチング法による除去は反応性イオンエッチング
で可能である。第1導電膜がW系材料の場合CF4 、S
F6 等のフッ素系ガスを用い、Ti系材料の場合、CC
14 、BC13 等の塩素系ガスを使用すると良い。
【0026】次にD.C.マグネトロンスパッタ法によ
り、第3導電膜としてクロム(Cr)膜7を配線上に2
0〜50nmの厚みで形成する。
り、第3導電膜としてクロム(Cr)膜7を配線上に2
0〜50nmの厚みで形成する。
【0027】次に図1(b)に示すように、不活性雰囲
気あるいは減圧雰囲気中で250〜450℃、20〜6
0分の条件で熱処理を施す。この熱処理によりCrとA
uの原子は拡散して反応層8を形成する。この反応層8
の組成・構造は熱処理条件に依存する事となるため、半
導体装置やその製造工程に要求される特性・規格に応じ
て熱処理条件を設定する必要がある。この場合、Crは
第1導電膜、第2導電膜とも反応層を形成するが、密着
性や電気特性にはほとんど影響を及ぼす事はない。
気あるいは減圧雰囲気中で250〜450℃、20〜6
0分の条件で熱処理を施す。この熱処理によりCrとA
uの原子は拡散して反応層8を形成する。この反応層8
の組成・構造は熱処理条件に依存する事となるため、半
導体装置やその製造工程に要求される特性・規格に応じ
て熱処理条件を設定する必要がある。この場合、Crは
第1導電膜、第2導電膜とも反応層を形成するが、密着
性や電気特性にはほとんど影響を及ぼす事はない。
【0028】次に図1(c)に示すように、10〜50
vol%のHF(フッ酸)溶液を用いて温度20〜25
℃の条件の下、未反応のCr膜のみをエッチング・除去
する。フッ酸は下層のシリコン酸化膜およびTi−W膜
もエッチングしてしまうため、エッチング条件の設定は
慎重に行う必要がある。ここでは第3導電膜としてCr
を使用しているが、Auと反応層を形成し、かつ絶縁膜
との密着性が良い材料であればよく、Crに限定される
事はない。例えばCrの他、Ti,Zr,Hf,V,N
b,Ta,Mo,W,Co,Niまたはこれらの合金,
ケイ素化合物,窒素化合物,ホウ素化合物を用いること
ができる。
vol%のHF(フッ酸)溶液を用いて温度20〜25
℃の条件の下、未反応のCr膜のみをエッチング・除去
する。フッ酸は下層のシリコン酸化膜およびTi−W膜
もエッチングしてしまうため、エッチング条件の設定は
慎重に行う必要がある。ここでは第3導電膜としてCr
を使用しているが、Auと反応層を形成し、かつ絶縁膜
との密着性が良い材料であればよく、Crに限定される
事はない。例えばCrの他、Ti,Zr,Hf,V,N
b,Ta,Mo,W,Co,Niまたはこれらの合金,
ケイ素化合物,窒素化合物,ホウ素化合物を用いること
ができる。
【0029】次に図1(d)に示すように、その上層に
SiH4 とN2 Oを使用したプラズマCVDと言った既
知の手法によりシリコン酸化膜9より構成される第2絶
縁膜を0.5〜1μmの厚みで形成する。
SiH4 とN2 Oを使用したプラズマCVDと言った既
知の手法によりシリコン酸化膜9より構成される第2絶
縁膜を0.5〜1μmの厚みで形成する。
【0030】ここで形成する第2絶縁膜は、必ずしもシ
リコン酸化膜である必要はない。ほかに例えばPSG、
BSG、BPSGに代表されるようなリンやボロンを含
有した酸化膜や、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、
あるいはポリイミド樹脂系有機膜などであっても構わな
い。その成膜方法もプラズマCVD法に限定されるもの
ではなく、SOG(スピンオングラス)やポリイミド樹
脂系材料に代表される回転塗布法など、他の方法によっ
ても形成は可能である。さらに反応性イオンエッチング
を用いた絶縁膜のエッチバック法に代表される絶縁膜の
平坦化を組み合わせても有効である。
リコン酸化膜である必要はない。ほかに例えばPSG、
BSG、BPSGに代表されるようなリンやボロンを含
有した酸化膜や、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、
あるいはポリイミド樹脂系有機膜などであっても構わな
い。その成膜方法もプラズマCVD法に限定されるもの
ではなく、SOG(スピンオングラス)やポリイミド樹
脂系材料に代表される回転塗布法など、他の方法によっ
ても形成は可能である。さらに反応性イオンエッチング
を用いた絶縁膜のエッチバック法に代表される絶縁膜の
平坦化を組み合わせても有効である。
【0031】このように第1の実施例により形成された
配線は、その周囲部が層間絶縁膜との密着性が良好な金
属と金との反応層8により覆われているため第2絶縁膜
との間で剥がれを生じる事はなく、また反応層も配線の
ごく薄い表面層のみに存在するため、金配線自体の電気
抵抗をほとんど変化させない。
配線は、その周囲部が層間絶縁膜との密着性が良好な金
属と金との反応層8により覆われているため第2絶縁膜
との間で剥がれを生じる事はなく、また反応層も配線の
ごく薄い表面層のみに存在するため、金配線自体の電気
抵抗をほとんど変化させない。
【0032】そのため従来の製造方法と比較して高い長
期信頼性と良好な電気特性を有する多層配線を有する半
導体装置が高い歩留りで安定して得られるようになる。
期信頼性と良好な電気特性を有する多層配線を有する半
導体装置が高い歩留りで安定して得られるようになる。
【0033】本発明の半導体装置の製造方法は、MOS
型トランジスタ、BIPOLAR型トランジスタなどの
ような半導体集積装置の種類にかかわらず適応可能であ
る。
型トランジスタ、BIPOLAR型トランジスタなどの
ような半導体集積装置の種類にかかわらず適応可能であ
る。
【0034】図2(a)〜(d)は本発明の第2の実施
例を説明するための工程順に示した半導体チップの断面
図である。
例を説明するための工程順に示した半導体チップの断面
図である。
【0035】まず図2(a)に示すように、第1の実施
例と同様の手法を用いて、シリコン基板1上に第1絶縁
膜としてのシリコン酸化膜2を形成したのち、第2導電
膜として厚さ50nmのTi膜と厚さ100nmのTi
N膜(Ti−TiN膜)3Aと、第2導電膜として厚さ
20〜100nmのCu膜4Aを形成する。次で厚さ
0.5〜1.0μmのフォトレジスト膜5を形成したの
ちパターニングしメッキ用のマスクを形成する。第1導
電膜のTi膜はTiをターゲット、スパッタガスにアル
ゴンを用いたD.C.マグネトロンスパッタ法により形
成し、TiN膜の場合、スパッタガスに窒素とアルゴン
の混合ガスを用いた反応性スパッタ法により形成する。
例と同様の手法を用いて、シリコン基板1上に第1絶縁
膜としてのシリコン酸化膜2を形成したのち、第2導電
膜として厚さ50nmのTi膜と厚さ100nmのTi
N膜(Ti−TiN膜)3Aと、第2導電膜として厚さ
20〜100nmのCu膜4Aを形成する。次で厚さ
0.5〜1.0μmのフォトレジスト膜5を形成したの
ちパターニングしメッキ用のマスクを形成する。第1導
電膜のTi膜はTiをターゲット、スパッタガスにアル
ゴンを用いたD.C.マグネトロンスパッタ法により形
成し、TiN膜の場合、スパッタガスに窒素とアルゴン
の混合ガスを用いた反応性スパッタ法により形成する。
【0036】本第2の実施例では第2導電膜をCu膜と
しているが、この層は銅に限定されるものではない。銅
以外でもその上層に電解メッキ法でCuメッキが形成で
き、かつ熱処理によって銅の電気特性や第1導電膜のバ
リアメタルとしての耐熱性を劣化させない材料であれば
使用する事が出来る。
しているが、この層は銅に限定されるものではない。銅
以外でもその上層に電解メッキ法でCuメッキが形成で
き、かつ熱処理によって銅の電気特性や第1導電膜のバ
リアメタルとしての耐熱性を劣化させない材料であれば
使用する事が出来る。
【0037】次に電解メッキ法を用いてCuメッキ膜6
Aを選択的に0.5〜1.5μmの厚みで形成する。次
に酸素プラズマもしくは有機溶剤を用いてマスクとして
のフォトレジスト膜5を除去する。
Aを選択的に0.5〜1.5μmの厚みで形成する。次
に酸素プラズマもしくは有機溶剤を用いてマスクとして
のフォトレジスト膜5を除去する。
【0038】電解銅メッキは、析出させるCuメッキ膜
の均一性が重要となるため、メッキ膜厚の高均一性を得
やすい硫酸銅60〜100g/1、金属銅15〜25g
/1、硫酸170〜220g/1の成分比を有し、これ
に小量の塩素と平坦化剤等の添加剤を含有したものを使
用すると良い。実際のメッキ作業は、温度20〜30
℃、電流密度1〜3mA/cm2 の条件のもとで行うと
平坦で均一性の高いCuメッキ膜を形成することが出来
る。
の均一性が重要となるため、メッキ膜厚の高均一性を得
やすい硫酸銅60〜100g/1、金属銅15〜25g
/1、硫酸170〜220g/1の成分比を有し、これ
に小量の塩素と平坦化剤等の添加剤を含有したものを使
用すると良い。実際のメッキ作業は、温度20〜30
℃、電流密度1〜3mA/cm2 の条件のもとで行うと
平坦で均一性の高いCuメッキ膜を形成することが出来
る。
【0039】次に図2(b)に示すように、露出したC
u膜4AをCC14 、BC13 等の塩素系ガスを用いた
反応性イオンエッチング法により除去し、続いて露出し
たTi−TiN膜3Aも同じく塩素系ガスを用いた反応
性イオンエッチング法により除去してCuメッキ膜6A
を主とした配線を形成する。この際、連続エッチングに
よりCu膜4AとTi−TiN膜3Aを一度に除去して
も構わない。
u膜4AをCC14 、BC13 等の塩素系ガスを用いた
反応性イオンエッチング法により除去し、続いて露出し
たTi−TiN膜3Aも同じく塩素系ガスを用いた反応
性イオンエッチング法により除去してCuメッキ膜6A
を主とした配線を形成する。この際、連続エッチングに
よりCu膜4AとTi−TiN膜3Aを一度に除去して
も構わない。
【0040】本第2の実施例ではドライエッチング法に
よりCu膜とTi−TiN膜を除去しているが、ウェッ
トエッチングやウェットエンチングとドライエッチング
を組み合わせた方法によっても構わない。例えばCu膜
4Aをウェット法でエッチングする場合、硝酸系溶液に
よる除去が可能であり、Ti−TiN膜3Aは、過酸化
水素水あるいはこれにアンモニアを加えた溶液により除
去する事ができる。これらのエッチング時にはCuメッ
キ膜6Aもエッチングされて膜厚が減少するため、この
膜減りを考慮してCuメッキ膜の膜厚を決定する必要が
ある。
よりCu膜とTi−TiN膜を除去しているが、ウェッ
トエッチングやウェットエンチングとドライエッチング
を組み合わせた方法によっても構わない。例えばCu膜
4Aをウェット法でエッチングする場合、硝酸系溶液に
よる除去が可能であり、Ti−TiN膜3Aは、過酸化
水素水あるいはこれにアンモニアを加えた溶液により除
去する事ができる。これらのエッチング時にはCuメッ
キ膜6Aもエッチングされて膜厚が減少するため、この
膜減りを考慮してCuメッキ膜の膜厚を決定する必要が
ある。
【0041】次にD.C.マグネトロンスパッタ法によ
り、第3導電膜としてTi膜7Aを配線上に20〜50
nmの厚みで形成する。
り、第3導電膜としてTi膜7Aを配線上に20〜50
nmの厚みで形成する。
【0042】次に図2(c)に示すように、不活性ある
いは真空雰囲気中で250〜450℃、20〜60分の
条件で熱処理を施す。この熱処理によりTiとCuの原
子は拡散して表面層にごく薄い反応層8Aを形成する。
いは真空雰囲気中で250〜450℃、20〜60分の
条件で熱処理を施す。この熱処理によりTiとCuの原
子は拡散して表面層にごく薄い反応層8Aを形成する。
【0043】通常、第1導電膜が第3導電膜と異なる元
素より構成される時は反応層を形成する場合が多いが、
本第2の実施例では第1導電膜は第3導電膜と同元素よ
り構成されるため、ほとんど反応しない。しかしながら
この実施例における第1導電膜と第3導電膜の反応は密
着性や半導体装置の電気特性にはほとんど影響しないた
め、この領域での反応の有無は大きな問題とはならな
い。この反応層8Aは、Cuメッキ膜6A表面部にごく
薄く形成されるため銅配線自体の電気特性にはほとんど
影響しない。
素より構成される時は反応層を形成する場合が多いが、
本第2の実施例では第1導電膜は第3導電膜と同元素よ
り構成されるため、ほとんど反応しない。しかしながら
この実施例における第1導電膜と第3導電膜の反応は密
着性や半導体装置の電気特性にはほとんど影響しないた
め、この領域での反応の有無は大きな問題とはならな
い。この反応層8Aは、Cuメッキ膜6A表面部にごく
薄く形成されるため銅配線自体の電気特性にはほとんど
影響しない。
【0044】しかも銅と比較して耐食性・耐熱性に優れ
ているため、絶縁膜との反応や銅の腐食を抑制できる効
果を有している。両元素が形成する反応層としては、両
元素の固溶体、CuTi2 、Ti2 Cu3 、TiCu、
Ti2 Cu等が知られているが、反応層の組成・ 構造は
熱処理条件に依存する事となるため、半導体装置やその
製造工程に要求される特性・ 規格に応じて熱処理条件を
設定する必要がある。またTiのうに酸素と結合しやす
い元素の場合、熱処理中の酸化に十分留意する必要があ
る。
ているため、絶縁膜との反応や銅の腐食を抑制できる効
果を有している。両元素が形成する反応層としては、両
元素の固溶体、CuTi2 、Ti2 Cu3 、TiCu、
Ti2 Cu等が知られているが、反応層の組成・ 構造は
熱処理条件に依存する事となるため、半導体装置やその
製造工程に要求される特性・ 規格に応じて熱処理条件を
設定する必要がある。またTiのうに酸素と結合しやす
い元素の場合、熱処理中の酸化に十分留意する必要があ
る。
【0045】次に図2(d)に示すように、25〜10
0vol%過酸化水素を用いて温度25℃の条件の下、
未反応のTi膜7Aのみを選択的にエッチングし除去す
る。第1導電膜であるTi−TiN膜3Aも過酸化水素
によりエッチングされるため、オーバーエッチによりサ
イドエッチングが入り配線剥がれを生じないようなエッ
チング条件を決定する必要がある。続いて上層にSiH
4 、N2 Oを反応ガスとして使用したプラズマCVD法
により第2絶縁膜としてシリコン酸化膜9を0.5〜
1.0μmの厚みで形成する。
0vol%過酸化水素を用いて温度25℃の条件の下、
未反応のTi膜7Aのみを選択的にエッチングし除去す
る。第1導電膜であるTi−TiN膜3Aも過酸化水素
によりエッチングされるため、オーバーエッチによりサ
イドエッチングが入り配線剥がれを生じないようなエッ
チング条件を決定する必要がある。続いて上層にSiH
4 、N2 Oを反応ガスとして使用したプラズマCVD法
により第2絶縁膜としてシリコン酸化膜9を0.5〜
1.0μmの厚みで形成する。
【0046】第2絶縁膜は必ずしもシリコン酸化膜であ
る必要はなく、他にシリコン酸窒化膜やシリコン酸化膜
にリンやボロンが添加されたPSG、BSG、BPSG
などに代表されるシリコン酸化物系の膜、シリコン窒化
膜、シリコン酸窒化膜あるいはポリイミド樹脂系有機膜
なども使用でき、これらを組み合わせた積層構造として
使用する事も出来る。成膜法に関してもプラズマCVD
法に限らず、回転塗布法にどによる成膜も可能である。
さらに反応性イオンエッチングを用いたエッチバック法
に代表される絶縁膜の平坦化処理を組み合わせても有効
である。
る必要はなく、他にシリコン酸窒化膜やシリコン酸化膜
にリンやボロンが添加されたPSG、BSG、BPSG
などに代表されるシリコン酸化物系の膜、シリコン窒化
膜、シリコン酸窒化膜あるいはポリイミド樹脂系有機膜
なども使用でき、これらを組み合わせた積層構造として
使用する事も出来る。成膜法に関してもプラズマCVD
法に限らず、回転塗布法にどによる成膜も可能である。
さらに反応性イオンエッチングを用いたエッチバック法
に代表される絶縁膜の平坦化処理を組み合わせても有効
である。
【0047】このようにして形成された配線は第1の実
施例と同様に、その最上層には銅と比較して酸化膜、窒
化膜などの絶縁膜との反応性が低く、かつ耐食性が高い
反応層8Aが存在し、上層に第2絶縁膜を形成しても上
層膜との反応やアフターコロージョンを生じない。その
ため良好な電気特性と高い長期信頼性を有する銅配線が
高い歩留りで安定して得られる。
施例と同様に、その最上層には銅と比較して酸化膜、窒
化膜などの絶縁膜との反応性が低く、かつ耐食性が高い
反応層8Aが存在し、上層に第2絶縁膜を形成しても上
層膜との反応やアフターコロージョンを生じない。その
ため良好な電気特性と高い長期信頼性を有する銅配線が
高い歩留りで安定して得られる。
【0048】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、配
線上部に絶縁膜と密着性が良く、耐食性・耐熱性の高い
反応層を薄く選択的に形成する事が出来るため、配線の
上層に絶縁膜を形成した場合でも上層膜界面での剥が
れ、上層膜との熱的反応、あるいは上層膜との間での剥
がれを生じる事がない。
線上部に絶縁膜と密着性が良く、耐食性・耐熱性の高い
反応層を薄く選択的に形成する事が出来るため、配線の
上層に絶縁膜を形成した場合でも上層膜界面での剥が
れ、上層膜との熱的反応、あるいは上層膜との間での剥
がれを生じる事がない。
【0049】そのため良好な電気特性と高い長期信頼性
を有する配線を高い歩留で安定して製造出来、さらに配
線の多層化が容易になるため、半導体装置を微細化・高
性能化できる効果を有する。
を有する配線を高い歩留で安定して製造出来、さらに配
線の多層化が容易になるため、半導体装置を微細化・高
性能化できる効果を有する。
【図1】本発明の第1の実施例を説明するための半導体
チップの断面図。
チップの断面図。
【図2】本発明の第2の実施例を説明するための半導体
チップの断面図。
チップの断面図。
【図3】従来の半導体装置の製造方法を説明するための
半導体チップの断面図。
半導体チップの断面図。
1 シリコン基板 2 シリコン酸化膜 3 Ti−W膜 3A Ti−TiN膜 4 Au膜 4A Cu膜 5 フォトレジスト膜 6 Auメッキ膜 6A Cuメッキ膜 7 Cr膜 7A Ti膜 8,8A 反応層 9 シリコン酸化膜 9A シリコン窒化膜
Claims (6)
- 【請求項1】 半導体基板上に設けられた絶縁膜と、こ
の絶縁膜上に順次設けられた第1導電膜と第2導電膜と
金属メッキ膜とからなる配線と、この配線を構成する少
くとも前記金属メッキ膜の上面と側面に設けられた反応
層とを含むことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 半導体基板上に絶縁膜を設けたのちバリ
ア及び密着用の第1導電膜と給電用の第2導電膜を順次
形成する工程と、この第2導電膜上にフォトレジスト膜
を形成したのちパターニングする工程と、このフォトレ
ジスト膜をマスクとし電解メッキ法により金属メッキ膜
を形成する工程と、前記フォトレジスト膜を除去したの
ち前記金属メッキ膜をマスクとして前記第2導電膜およ
び前記第1導電膜を除去し金属メッキ膜と第2導電膜と
第1導電膜とからなる配線を形成する工程と、この配線
を含む全面に第3導電膜を設けたのち熱処理し前記配線
の上面と側面に反応層を形成する工程とを含むことを特
徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】 第1導電膜は、W,Ti,Mo,Zr,
V,Hfまたはこれらの金属を主成分とする合金,ケイ
素化合物,窒素化合物,ホウ素化合物,炭素化合物から
構成される単層膜である請求項2記載の半導体装置の製
造方法。 - 【請求項4】 第1導電膜は、TiとTiの窒素化合物
またはTiとTiのホウ素化合物からなる2層膜である
請求項2記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項5】 第2導電膜は、Au,Pd,Pt,O
s,Ir,Rh,Ru,Re,Ti,Cuまたはこれら
の金属を主成分とする合金から構成される請求項2記載
の半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】 第3導電膜は、Ti,Zr,Hf,V,
Nb,Ta,Cr,Mo,W,Co,Niまたはこれら
の金属を主成分とする合金,ケイ素化合物,窒素化合
物,ホウ素化合物から構成される請求項2記載の半導体
装置の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4080170A JPH05315332A (ja) | 1992-04-02 | 1992-04-02 | 半導体装置およびその製造方法 |
| KR93005575A KR970009979B1 (en) | 1992-04-02 | 1993-04-02 | Method of manufacturing a semiconductor device and device thereby |
| US08/487,654 US5751067A (en) | 1992-04-02 | 1995-06-07 | Compact semiconductor device having excellent electrical characteristics and long time reliability |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4080170A JPH05315332A (ja) | 1992-04-02 | 1992-04-02 | 半導体装置およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05315332A true JPH05315332A (ja) | 1993-11-26 |
Family
ID=13710860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4080170A Pending JPH05315332A (ja) | 1992-04-02 | 1992-04-02 | 半導体装置およびその製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5751067A (ja) |
| JP (1) | JPH05315332A (ja) |
| KR (1) | KR970009979B1 (ja) |
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