JPH06177127A - 配線形成方法 - Google Patents

配線形成方法

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JPH06177127A
JPH06177127A JP3155763A JP15576391A JPH06177127A JP H06177127 A JPH06177127 A JP H06177127A JP 3155763 A JP3155763 A JP 3155763A JP 15576391 A JP15576391 A JP 15576391A JP H06177127 A JPH06177127 A JP H06177127A
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JP
Japan
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film
wiring
flattening
thickness
forming
Prior art date
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Pending
Application number
JP3155763A
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English (en)
Inventor
Kazuhide Koyama
一英 小山
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W20/00Interconnections in chips, wafers or substrates
    • H10W20/01Manufacture or treatment
    • H10W20/031Manufacture or treatment of conductive parts of the interconnections
    • H10W20/062Manufacture or treatment of conductive parts of the interconnections by smoothing of conductive parts, e.g. by planarisation
    • HELECTRICITY
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    • H10W20/056Manufacture or treatment of conductive parts of the interconnections by filling conductive material into holes, grooves or trenches
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S438/00Semiconductor device manufacturing: process
    • Y10S438/927Electromigration resistant metallization

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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体基板の接続孔の埋め込み平坦化と、その
後の層間膜の平坦化とをともに満足させ、しかもバリア
メタル層上に形成されるAl合金膜のAlの結晶粒の微
細化を防ぎ、耐エレクトロマイグレーション性が低下し
ない配線形成方法を提供する。 【構成】接続孔3が開口されたバリアメタル層2を有す
るシリコン基板1上にAl合金配線材料4を厚さ800
0Åに450℃の高温バイアススパッタによって堆積し
接続孔3の埋め込み平坦化を行い、次いでAl合金膜4
を層間膜の平坦化に支障のない4000Åの厚さまでR
IE等の方法によってエッチバックして残した後、リソ
グラフィ工程によって配線パターンを焼き付け、再度R
IE等の方法によって配線5を形成することによって層
間膜平坦化に支障の生じない薄い膜厚のAl高温スパッ
タによる接続孔埋め込み平坦化を行った。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置製造工程に
おける配線形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路においては近年、集積度
の向上とともに素子の微細化、並びにこれら素子を結ぶ
配線の微細化、多層化が進んでいる。配線の微細化とと
もに接続孔(コンタクトホール、ビアホール)の径も小
さくなるが、層間絶縁膜の厚さは耐圧、浮遊容量の問題
から薄くすることにも限界がある。そのため、接続孔の
アスペクト比即ち孔の深さと直径の比はおのずと高くな
り、その結果接続孔の埋め込み平坦化が重要な課題にな
っている。
【0003】この埋め込み平坦化を達成する方法とし
て、基体に負のDCバイアス電圧またはRFバイアス電
圧を印加しながらスパッタリングを行うバイアススパッ
タリング法、基体を加熱しながら成膜する高温スパッタ
リング法あるいはこの両方法を併用する高温バイアスス
パッタリング法がある(例えば発明者らによる綜説、月
刊Semiconductor World誌、198
8年2月号、77頁参照)。
【0004】これらの方法は、いずれも基板に付着した
Alは高温、例えば425〜500℃になり、基板表面
で活発にマイグレートしたり、全体的に流動したりする
ことによって、接続孔に流れ込むことによって、埋め込
み特性を改善して平坦化を達成しようとするものであ
る。
【0005】また、コンタクトホールでの浅い拡散層の
Al突き抜けを防ぐため、バリアメタルとしてTiNま
たはTiONを用いたAl合金/Ti(O)N/Ti構
造の配線が最近多く用いられ始めている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記の高アス
ペクト比の接続孔の埋め込み平坦化の改良方法を用いて
も、接続孔中を十分に満たす程のAlを供給するにはA
lを厚く成膜しなければならなかった。例えば、ホール
径0.8μm、深さ0.5μmの孔の場合、Al膜厚5
000Åでは図4(a)に示すように表面に窪みが生
じ、Al膜厚は6000Å以上を必要とした。Al膜厚
8000Åの場合は図4(b)に示すように平坦化され
ている。図中、符号4はアルミニウム膜(特に1%Si
含有のアルミニウム合金膜)、2はチタン層、9は層間
膜(SiO2 )を示す。なお図4(a)(b)は参考写
真をもとに、写真から起こした図である。しかしなが
ら、Al膜厚8000Åでは、その後の層間膜の平坦化
を困難にするという問題が生じた。
【0007】一方、バリアメタルを用いる場合には、T
i(O)N膜上に形成されたAlは、前記バリアメタル
膜からのTiの拡散によってAl膜の結晶粒が小さくな
り、耐エレクトロマイグレーション性が低下するという
問題点があった。
【0008】本発明の目的は半導体等の配線形成方法に
おける上記したような実用上の各種問題点を解決するこ
とにあり、本発明の第1の目的は、上述した接続孔の埋
め込み平坦化と、その後の層間膜の平坦化をともに満足
させる配線形成方法を提供することであり、本発明の第
2の目的は、バリアメタル膜上に形成されるAl膜の結
晶粒の微細化を防ぎ、耐エレクトロマイグレーション性
低下の問題を解決した、配線形成方法を提供することで
ある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本出願の請求項1の発明
は、段差凹部を含む基板上全面にアルミニウム系配線材
料を平坦表面が形成されるまで充分厚く堆積する工程、
アルミニウム系配線材料の厚さ方向の一部を所望の厚さ
にエッチバックして残す工程、残されたアルミニウム系
配線材料を所望の配線形状にパターニングする工程を含
むことを特徴とするものである。
【0010】本出願の請求項2の発明は、段差凹部を含
む基板全面上に薄くコンフォーマルにバリア層を形成す
る工程、段差凹部の少なくとも底部以外に薄く拡散防止
層を形成する工程、基板上全面にアルミニウム系配線材
料を形成する工程を有することを特徴とするものであ
る。
【0011】本発明において、段差凹部とは、基板上に
形成された凹入部を言い、コンタクトホール、ビアホー
ル等の多層配線の接続孔を含む。また、アルミニウム系
材料とは、アルミニウム、及びアルミニウムを含有する
Al合金等の物質をいう。
【0012】
【作用】本出願の請求項1の発明によれば、接続孔の埋
め込み平坦化を行う際、Al系材料を平坦表面が形成さ
れるまで充分厚く堆積してからエッチバックして所望の
薄いAl系材料膜厚に残されることになるので、その後
の層間膜平坦化に支障が生じることがない。
【0013】本出願の請求項2の発明によれば、バリア
メタル層がコンフォーマルに形成され、次いで同様にS
iO2 とAl系膜が形成され、カバレッジの悪いコンタ
クトホールの底のAlとSiO2 が、これらを層間上に
は残す程度に逆スパッタを行って除去されることになる
ので、層間上に残ったSiO2 がバリアメタルの拡散防
止層として作用し、Al系膜の結晶粒の微小化による耐
エレクトロマイグレーション性低下が生じることが防止
できる。
【0014】
【実施例】以下本出願の各発明の実施例について、図面
を参照して説明する。但し当然のことではあるが、各発
明は以下述べる実施例により限定されるものではない。
【0015】実施例1 この実施例は、本出願の請求項1の発明を、半導体装置
の配線形成方法、特に4メガピットまたは16メガピッ
トクラスSRAMの如き、極微細化・集積された半導体
集積回路装置の配線形成方法に適用したものである。
【0016】本実施例においては、孔径0.8μm、深
さ0.5μmの接続孔3が開口された厚さ500ÅのT
iバリアメタル層2を有するシリコン等の基板1上全面
にAl−1%Si配線材料4を厚さ8000Åになるよ
うに、450℃の高温バイアススパッタによって堆積し
接続孔3の埋め込みと表面平坦化を行った(図1(a)
参照)。次いでAl膜4全面をその後の層間膜の平坦化
に支障のない、例えば4000Åの厚さにまでBCl3
ガスによるRIE等の方法によってエッチバックして残
す(図1(b)参照)。その後、リソグラフィ工程によ
って配線パターンを焼き付け、再度RIE等の方法によ
って配線5を図1(c)に示す如く形成した。こうする
ことによって、その後の層間膜平坦化に支障の生じない
薄い膜厚のAl高温スパッタによる接続孔埋め込み平坦
化が可能になる。
【0017】なお、Alバイアススパッタ膜の膜質が粗
悪な場合、接続孔中に埋め込んだAlだけを残すように
して、他は全てエッチバックして除去してしまい、再度
通常のAlスパッタ膜を成膜する方法があるが、Alの
高温スパッタ膜は、特に膜質が粗悪であることもないか
ら、全面エッチオフ後再度Alを堆積する方法は2度手
間をかけることになり、本発明の第1の目的である薄い
膜厚での接続孔の埋め込み平坦化のためには、最初から
所望の膜厚までエッチバックする方が工程の簡略化、生
産性の向上等の面で優れている。
【0018】また、全面エッチバックによって接続孔の
中にのみAlを残す場合は、Alが接続孔中にのみ残留
した瞬間にその部分でのローディング効果のためエッチ
ング速度が速くなり、全面をバラツキなく制御性良好に
接続孔中のAlだけを残留させることは極めて困難であ
る。これに対して、単に基板上全面のAl層を薄くする
だけのエッチバックでは上記の問題が生じないため、比
較的容易に達成できる。
【0019】実施例2 この実施例は、本出願の請求項2の発明を具体化したも
のであり、バリアメタル層を有する実施例1と同様な微
細化した半導体装置の配線形成方法にこの発明を具体化
したものである。
【0020】本実施例では、孔径0.8μm、深さ0.
5μmの接続孔3が開口されたシリコン等の基板1の全
面上に、図2に示すようにコンフォーマルにバリアメタ
ル層2としてTi膜6及びTi(O)N膜7(またはT
i膜とTi(O)N膜とTi膜との積層膜)を形成後、
TiのAl中への拡散を防ぐためSiO2 8を200Å
に成膜し、その後Al(ここではSi含有Al合金)を
200〜500Åの厚さに高温スパッタすると、図2に
示すようにAl4はコンタクトホール内でのカバレッジ
が悪いため、孔の底部は上部に比べて薄く堆積するだけ
である。従って、この後逆スパッタを適当量、即ちSi
2 8まで含めて300Å程度かけることによって、孔
3の底のAl4とSiO2 8を取り除き、孔上部のSi
2 8を残した図3に示す状態にして、層間膜9上のバ
リアメタル層2上に拡散防止層としてSiO2 層8を形
成することができる。この後連続してAlを所望の膜厚
に堆積することによって、孔3の底ではTi(O)Nバ
リアメタル層を介してコンタクトをとり、層間膜9上は
AlはSiO2 拡散防止層8上に成膜されることになり
Tiの拡散が防止される。従ってAl膜4の結晶粒が大
きく、耐エレクトロマイグレーション性に優れた配線の
形成が実現される。
【0021】
【発明の効果】以下詳述した通り、本出願の請求項1の
発明によれば、高温または高温バイアススパッタリング
法でAl合金またはAl等のAl系材料による接続孔の
埋め込み平坦化が、層間膜の平坦化に支障を生じない程
度のAl膜厚で達成でき、しかも全面エッチバックによ
ってマイクロローディング効果を生じることなく、制御
性良くエッチバックできる。また、請求項2の発明によ
れば、TiNまたはTiONのバリアメタルによりコン
タクト部でのAl突き抜けを防止しながら、SiO2
の拡散防止層によりTiのAl中への拡散に起因するA
l膜の耐エレクトロマイグレーション性劣化を効果的に
防止した配線が形成することができ、いずれも半導体装
置製造工程における配線形成技術の実用上の問題点を解
決するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の工程を被堆積材料の断面図で順に示
したものである。
【図2】実施例2による接続孔への被堆積材料のステッ
プカバレッジを示す断面図である。
【図3】実施例2の逆スパッタ後の被堆積材料の断面図
である。
【図4】Al膜厚による接続孔埋め込み形状の相違を示
す断面図である。
【符号の説明】
1 基板 3 段差凹部(接続孔) 4 Al合金系配線材料 5 配線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/90 D 7514−4M 7514−4M H01L 21/88 D

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】段差凹部を含む基板上全面にアルミニウム
    系配線材料を平坦表面が形成されるまで充分厚く堆積す
    る工程、 アルミニウム系配線材料の厚さ方向の一部を所望の厚さ
    にエッチバックして残す工程、 残されたアルミニウム系配線材料を所望の配線形状にパ
    ターニングする工程を含むことを特徴とする配線形成方
    法。
  2. 【請求項2】段差凹部を含む基板全面上に薄くコンフォ
    ーマルにバリア層を形成する工程、段差凹部の少なくと
    も底部以外に薄く拡散防止層を形成する工程、 基板上全面にアルミニウム系配線材料を形成する工程を
    有することを特徴とする配線形成方法。
JP3155763A 1991-05-30 1991-05-30 配線形成方法 Pending JPH06177127A (ja)

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