JPH02130828A - 微細配線の形成方法 - Google Patents

微細配線の形成方法

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JPH02130828A
JPH02130828A JP28358988A JP28358988A JPH02130828A JP H02130828 A JPH02130828 A JP H02130828A JP 28358988 A JP28358988 A JP 28358988A JP 28358988 A JP28358988 A JP 28358988A JP H02130828 A JPH02130828 A JP H02130828A
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JP
Japan
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forming
thin film
base
fine wiring
forming fine
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JP28358988A
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English (en)
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Masayoshi Saito
斉藤 政良
Takashi Nishida
西田 高
Toshiyuki Mine
利之 峰
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は微細配線の形成方法に係り、特に積層構造を有
する密着性の良好な薄膜の形成法に関する。
〔従来の技術〕
従来の微細配線の形成方法には、薄膜の密着性を改善す
る方法として、薄膜形成直後に熱処理を施したり、別の
薄膜を挿入するなどが行なわれてきた。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は、いずれも平坦な面と、面の接触構造を
対象としたものであり、機械的な構造や形状については
配慮されておらず、LSIの製造工程において、形成し
た薄膜が剥離するという問題があった。
本発明の目的は、上記薄膜の密着性を向上することにあ
る。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、薄膜を形成しようとする下地の表面に窄み
または突起を形成し、機械的に上記薄膜を保持する構造
とすることにより達成される。
〔作用〕
下地表面に窪みを形成し、この上に薄膜を形成した場合
においては、薄膜の一部が下地の窪みの中に埋まった構
造となる。窪みの側壁の形状が半導体基板の主平面と垂
直の場合には、この側壁面での下地材と薄膜材の間との
摩擦力によって薄膜は下地表面から剥離しにくくなり、
密着性が向上する。また窪みの側壁が逆テーパ形状であ
る場合には、下地または形成した薄膜の窪み近傍に破壊
または大きな変形が生じない限り剥離しないので特性を
大幅に改善することができる。また、下地表面に突起を
形成した場合についても、突起の側壁形状により、それ
に応じた密着性の改善が可能である。
〔実施例〕
以下9本発明の一実施例を第1図により説明する。第1
図は、タングステンをLSIの配線に適用した断面図を
示す。
第1図に至る工程を説明する。まずP型Si基板1を準
備し、主表面の所望の領域を選択的に熱酸化して5iO
z膜2を形成し2次にリンイオン注入と熱処理によりリ
ン拡散層3を形成した。次に、平坦部での膜厚が0.8
μmの5iOz4をCVD法により形成し、バターニン
グしたホトレジストをマスクとしてドライエツチング法
で該S i Oz4  に開口部を設けた。
次に、本発明の一例である薄膜表面に密着性を強化する
ための窪み5を形成した。この窪みは、直径0.5μm
の円形パターンを有するホトレジストをマスクとして、
CHF aガスを用いたドライエツチング法で0.2μ
mの深さとした。マスクとしたホトレジストを除去した
後、DCマグネトロン・スパッタ法によりWを0.4μ
m形成した。
次に、ホトレジストの配線パターンをマスクとして、ド
ライエツチング法でWを加工してWの配線パターンを形
成した。
次に、本発明の一例である窪み7をW表面に形成した。
該窪み7は、窪み5を形成した工程と同種のホトリソグ
ラフィ工程でホトレジストパターンを形成し、SFeガ
スを用いたドライエツチング法で深さ0.1μmとした
1次に、マスクとしたホトレジストを除去した後、絶縁
膜8を形成した。
この状態の断面図が第1図である。ここに示した窪み7
の形成にあたっては、上記説明のようにW配線を加工後
窪み7を形成しても、また加工順序を変えて窪み7を形
成した後W層6を配線パターンに加工しても良く、窪み
7を形成することにより同様の効果が得られた。
次に、第2図を用いて窪みの密度と密着性評価試験にお
ける臨界荷重との関係を示す、試料には4インチSi基
板上にCVD法で0.45μmの5insを形成し、直
径0.5pm、深さ0.15μmの窪みを密度を変えて
形成し、その上に膜厚0.4μmのWをスパッタ法で形
成したものを用いた。窪みの密度がIC)m″″2の場
合には臨界荷重は0.50kgwであったが、窪み密度
が50m重′″2100+nm−”ではそれぞれ0 、
57kgv、 0 、72kgvであった。!み密度が
500mm−2以上の場合には測定限界(1,kgw)
以上であった。鐸みの密度が増大するほど、すなわち窪
みの個数が多いほど密着性が向上することがわかる。
次に第3図を用いてCVD−WSiX膜の組成比Xを変
えた場合の臨界荷重について説明する。
窪みの形状は2種類とし、垂直から約10@逆テーパの
窪みと垂直の窪みを有する試料を用意し。
窪みの無いものと比較した。試料には窪み密度が108
am−”とした窪みを有するC V D  S i O
z上に0.4μmのCVD−WSixを堆積したものを
使用した。CVD−WSixの組成比Xは大きい程、す
なわちSiリッチな膜程臨界荷重は大きく密着性は良い
。組成比Xが2.2の場合、窪み形状の違いに注目して
臨界荷重の値を見ると、窪みが無い平坦なCV D −
S i Oz上では臨界荷重は100gwであった(曲
線C)のに対し、垂直形状の窪みを形成した試料(曲線
b)では680gwまで上昇した。垂直から約10°逆
テーパの試料(曲線a)では、更に大きな値となり81
0gwが測定された。CvD−WSiXのXの値)zか
んにかかわらず、窪みの無い試料よりも垂直形状の窪み
の方が、更に逆テーパの窪みの方が臨界荷重が大きく、
密着性が良いことがわかる。
次に、第4図を用いて絶縁膜上に突起を形成した場合の
Wの密着性の測定結果を説明する。試料には、4インチ
Si基板上に0.6μmのCVD−8iOzを形成し、
ホトレジストをマスクとしてCVD  5iOzを0.
15μmzツチングし、高さ0.15μmの円柱状の突
起を形成した。
CV D  S i Ozのドライエツチング条件を変
えて垂直と逆テーバの突起を形成した。突起の直径は0
.5μmとした。
第4図の横軸のAは、0.4μmのWを形成後CV D
 −S i Ozを0.6μm堆積した状態を示す。
突起を形成したC V D −S i Oz膜とW膜の
間の密着性はひつかき試験の臨界荷重の値で評価した。
Bは、Aの状態から更に600℃30分のN2アニール
を行った後の状態、CはBの状態から0.15μm厚の
TiNを形成した後の状態、DはCの状態から0.9μ
mのAQを形成した後の状態、EはDの状態からHt中
で450℃、30分アニールを施した状態を示す。各工
程を経過する毎に、若干の臨界荷重の低下が認められ、
密着性が低下していることがわかる。
第4図は、突起を形成しない場合(曲線C)、垂直な突
起を形成した場合(曲線b)、逆テーパの突起を形成し
た場合(曲線a)についてのプロットである。突起を形
成すると密着性が改善され、突起の形状を逆テーパにす
ると、更に密着性が改善されることがわかった。
次に、別の実施例を説明する。第5図は、5iOz上に
凹凸を形成し、この5iOz上に密着させてタングステ
ン配線を形成する工程の断面図である。
Si基板1上に絶縁膜5iOz2を形成した表面上に、
レジストと塗布系硅素化合物(SOa)を約1=1の体
積の割合で混合した液を約0.5μmの膜厚で5iOz
Z上に塗布し、希釈フッ酸液でSOGをエツチングし、
乾燥させた状態の断面を第5図aに示した。この状態の
表面のSEM写真を第6図に示した。
第5図aの試料を酸素プラズマ中で2分間処理し、レジ
ストの一部をエツチングし、5iOz2上に島状のレジ
ストを形成した状態を第5図すに示す、この状態の試料
をCHFδガスを用いたプラズマエツチングで0.1μ
m5iozをエツチングし、マスクとして用いたレジス
ト3を除去した断面を第5図Cに示した。膜厚0.6μ
mの表面に0.1μmの凹凸を形成したSi○22上に
スパッタ蒸着法でタングステンを形成した状態の断面図
が第5図dである。この状態の試料のタングステンの密
着性を評価した結果、臨界荷重は680gwであり、凹
凸を形成しない場合の360g%lに比して、密着性が
大きく改善された。
以上、W配線とWSix配線について説明したが、配線
材料としてW以外の高融点金属やこれら金属の化合物を
用いても同様の効果がある。上記実施例でわかるように
、窪みや突起の形状は逆テーバの場合が最も効果的であ
り、その寸法は下地及び形成する薄膜の膜厚、薄膜のパ
ターン等を考慮して決定する。窪み及び突起の形成は、
上記の記載例の他に、液エツチング材料に応じてエツチ
ングガスやエツチング液を用いた加工技術の適用が可能
である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、薄膜の密着性を著しく向上できるので
、LSIの製造分野においては、薄膜の剥離による不良
発生率を著しく低下させることができる。また、本発明
によれば、製造工程中における積層薄膜の応力や歪みに
関する制限条件を緩和できるので、経済性、効率向上の
効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のタングステン配線の断面図
、第2図は窪みをもつ5ins上W薄膜の痛みと臨界荷
重の関係を示す測定図、第3図は5iOz上に形成した
W S i xのXと臨界荷重との関係を示す測定図、
第4図はLSIの配線工程におけるS↓O2とWとの密
着性を示す臨界荷重の推移の説明図、第5図は本発明の
一実施例の工程説明のための断面図、第6図は本発明の
一実施例の試料表面組織の形状を示す走査電子顕微鏡写
真である。 1・・・Si基板、2・・・Si熱酸化膜、3・・・リ
ン拡散層、4・・・層間絶縁膜1.5・・・層間絶縁膜
1に形成した窪み、6・・・タングステン配線、7・・
・タングステン配線に形成した窪み、8・・・層間絶縁
膜2.9・・・レジスト。 第 3 阻 第 2 口 第 4 図 7み2度 (憩ぼり t  Stk扱 5LI−叛 SL□z タンク”ステ゛ノ Lダスト b 日 S乙O2

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、薄膜を密着させて積層する際に、下地の表面に窪み
    または突起を形成させた後、薄膜を形成することを特徴
    とする微細配線の形成方法。 2、下地表面に窪みまたは突起を形成する際に、固体ま
    たは液体の粒状物質を含む液体を下地表面に塗布し、該
    下地表面上に上記粒状物質のパターンを形成し、該粒状
    物質パターンをマスクとして上記下地表面をエッチング
    する工程を含む請求項第1項記載の微細配線の形成方法
    。 3、下地表面に窪みまたは突起を形成する際に、レジス
    トパターンをマスクとして該下地表面をエッチングする
    ことを特徴とする請求項第1項記載の微細配線の形成方
    法。 4、レジストパターンを形成する際に、レジストと塗布
    用硅素化合物(SOG)の混合物を下地表面に塗布する
    工程を含むことを特徴とする請求項第3項記載の微細配
    線の形成方法。 5、レジストパターンを形成する際に、光、X線、電子
    線のいずれかをレジストに照射することを特徴とする微
    細配線の形成方法。 6、形成された窪みの深さまたは突起の高さの寸法が0
    .01μm以上でかつ、下地上に形成する薄膜の膜厚以
    下であることを特徴とする請求項第1項記載の微細配線
    の形成方法。 7、薄膜としてW、Mo、タングステン硅化物、チタン
    硅化物、TiW、TiN、Al、Cuの中の少なくとも
    一つを適用することを特徴とする請求項第1項乃至第6
    項記載の微細配線の形成方法。 8、薄膜を形成する際に、CVD法またはスパッタ蒸着
    法を使用することを特徴とする請求項第1項乃至第7項
    記載の微細配線の形成方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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