JPH1056060A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダマシン等による配線パターンの形成プロセ
スにおいて、低コストかつ高スループットで導体膜の形
成を行う。 【解決手段】 基板１上に形成された配線絶縁膜２にホ
トリソグラフィによって、目的の配線パターンやプラグ
の形状に応じた凹パターン２ａを形成し、薄い密着層３
にて覆った後、配線絶縁膜２（密着層３）の上に、有機
溶媒４ａに、銅（Ｃｕ）等の導体微粒子４ｂを懸濁させ
た流動性のペースト／溶液４を全面に塗布し、ベークお
よび加圧下の焼成等を施すことによって、配線絶縁膜２
の表面を覆うとともに凹パターン２ａに確実に充填され
る緻密な導体膜４ｃを形成し、その後、ＣＭＰ等によっ
て、配線絶縁膜２の表面が露出するように、導体膜４ｃ
を平坦に除去することにより、凹パターン２ａの内部
に、導体パターン４ｄを選択的に残存させ、配線パター
ンやプラグ等として機能させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
技術に関し、特に、ダマシン法等による配線パターンや
プラグ等の形成工程に適用して有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、株式会社工業調査会、平成８
年５月１日発行、「電子材料」１９９６年５月号Ｐ２２
〜Ｐ２７、等の文献にも記載されているように、金属配
線パターンの形成プロセスの一つとして、ダマシン（da
mascene)法が知られている。すなわち、予め目的の配線
パターンまたはプラグの形状に合わせて溝または穴パタ
ーンが形成された下地絶縁膜上の全面に金属薄膜を形成
して、前記溝または穴パターンの内部に金属膜を埋め込
み、さらに、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing
：化学的機械的研磨）等の技術によって、下地絶縁膜
を覆っている金属膜を平坦に除去して、当該下地絶縁膜
の表面を露出させ、前記溝または穴パターンの内部に金
属膜が選択的に残存するようにして、目的の形状の金属
配線パターンやプラグを得るものである。

【０００３】この、従来のダマシン法では、下地絶縁膜
における溝内への金属膜の埋め込み方法としてスパッタ
／リフロ法あるいはＣＶＤ法が用いられていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、現状のスパ
ッタ／リフロ法の場合、埋め込み特性が比較的悪く、ま
たＣＶＤ法の場合には堆積速度が低くスループットを大
きくすることが困難である、という技術的課題がある。
さらに、上記のスパッタ／リフロ法あるいはＣＶＤ法を
実現するスパッタ装置やＣＶＤ装置等の設備はともに高
価である。特に、配線パターンの素材として、現状のア
ルミニウム等に代えて、より電気抵抗値の低い銅等を用
いる場合においては、これらの技術的課題は一層顕著に
なる。

【０００５】本発明の目的は、導体膜の形成を伴う製造
工程の所要時間を短縮してスループットを向上させるこ
とが可能な半導体装置の製造技術を提供することにあ
る。

【０００６】本発明の他の目的は、絶縁膜に形成された
凹パターン内部への導体の埋め込みを確実に行うことが
可能な半導体装置の製造技術を提供することにある。

【０００７】本発明の他の目的は、低設備コストにて、
導体膜の形成を伴う製造工程を構築および運用すること
が可能な半導体装置の製造技術を提供することにある。

【０００８】本発明の他の目的は、低コストおよび高歩
留りで高信頼度の半導体装置を得ることが可能な半導体
装置の製造技術を提供することにある。

【０００９】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００１１】本発明の半導体装置の製造方法は、任意の
溶媒に導体微粒子を懸濁させたペーストまたは溶液を絶
縁膜の表面に塗布し、このペーストまたは溶液に対し
て、加熱処理および加圧処理の少なくとも一方を施して
焼成することにより導体膜の形成を行うものである。

【００１２】また、ダマシン法等による導体パターンの
形成プロセスにおいて、目的のパターンに対応して絶縁
膜表面に形成された凹パターンへの導体膜の形成／埋め
込みを行う方法として、任意の溶媒に導体微粒子を懸濁
させたペーストまたは溶液を絶縁膜の表面に塗布して凹
パターンに充填し、このペーストまたは溶液に対して、
加熱処理および加圧処理の少なくとも一方を施して焼成
することにより導体膜とするものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら詳細に説明する。

【００１４】図１の（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施
の形態である半導体装置の製造方法の一例を工程順に例
示した略断面図である。

【００１５】本実施の形態では、一例として、半導体装
置の製造プロセスにおける、ダマシン法による配線パタ
ーンや導体プラグ等の形成工程に適用した場合について
説明する。

【００１６】まず、半導体ウェハ等の基板１の上に、た
とえば、酸化シリコン等からなる配線絶縁膜２を、たと
えばＰ−ＣＶＤ法等により形成した後、通常の半導体プ
ロセスで一般に用いられているホトリソグラフィプロセ
スおよびドライエッチングプロセスにより、配線絶縁膜
２に将来、配線パターンやプラグ等の配線構造等を形成
する部分に、溝や穴等からなる凹パターン２ａを形成す
る。

【００１７】次に、この凹パターン２ａを形成した配線
絶縁膜２の上に将来作製する配線構造を構成する導体膜
と良好な接合性を実現する密着層３として、たとえばＴ
ｉＮ膜を、Ｐ−ＣＶＤ法等を用いて極薄く形成する（図
１（ａ））。

【００１８】さらに、たとえば還元作用のある有機溶媒
４ａに、たとえば銅（Ｃｕ）等の導体微粒子４ｂを懸濁
させた流動性のペースト／溶液４を、配線絶縁膜２（密
着層３）の表面全体に塗布する。有機溶媒４ａに対する
導体微粒子４ｂの混合比率は、たとえば、８５〜９０
（重量％）程度である。この時、ペースト／溶液４は、
配線絶縁膜２の凹パターン２ａの内部に確実に充填され
る（図１（ｂ））。

【００１９】ここで、金属微粉末等の導体微粒子４ｂを
溶かした還元作用のある有機溶媒４ａは導体微粒子４ｂ
の表面に存在する酸化物を除去する作用とともに金属微
粉末等の導体微粒子４ｂをペースト／溶液４にして、そ
の取り扱いを容易にする作用がある。ペースト／溶液４
の塗布の方法としては、刷毛塗り、回転塗布、浸漬等の
低コストで簡便な方法を用いることができる。

【００２０】凹パターン２ａの幅寸法が、たとえば0.５
μｍ程度の場合、導体微粒子４ｂの粒径は、たとえば0.
０５μｍ程度に設定される。

【００２１】その後、配線絶縁膜２に塗布されたペース
ト／溶液４における有機溶媒４ａの除去、導体微粒子４
ｂの表面の酸化物の還元、導体微粒子４ｂの集合化等を
目的として、たとえば約３００℃、大気圧下でベークを
行い、さらに、この３００℃のベーク後、たとえば、大
気圧以上の任意の圧力による加圧状態で約５００℃に加
熱および焼成し、導体微粒子４ｂを熱拡散等によって相
互に結合させることにより、銅等からなる緻密な導体膜
４ｃを形成する（図１（ｃ））。

【００２２】最後に、凹パターン２ａの内部以外に存在
する不要な導体膜４ｃを、たとえばＣＭＰ法や、エッチ
バック等により、配線絶縁膜２の表面が露出するまで平
坦に除去し、たとえば配線パターンや、多層配線構造等
においてコンタクトホール／スルーホール等に充填され
る導体プラグ等として機能する導体パターン４ｄを形成
する（図１（ｄ））。

【００２３】このように、本実施の形態においては、有
機溶媒４ａに、たとえば銅（Ｃｕ）等の導体微粒子４ｂ
を懸濁させたペースト／溶液４の塗布、およびベーク／
焼成を経て緻密な導体膜４ｃを形成するので、たとえ
ば、Ｐ−ＣＶＤ法や、スパッタ／リフロ等の方法に比較
して、所望の厚さの導体膜４ｃを、短時間で迅速に形成
することができる。また、回転塗布や刷毛塗り、浸漬等
の安価な設備によってペースト／溶液４を簡単に配線絶
縁膜２に塗布できるので、ＣＶＤ装置や、スパッタ装置
等の高価な設備を必要とせず、導体膜４ｃの形成を低コ
ストで行うことができる。

【００２４】また、ペースト／溶液４の流動性により、
配線絶縁膜２の表面に形成された凹パターン２ａの内部
に、当該ペースト／溶液４が確実に充填されるので、配
線パターンやプラグ等として機能する導体パターン４ｄ
におけるボイド等に起因する接続不良等の欠陥の発生を
確実に防止でき、半導体装置の歩留りが向上する。特
に、たとえば、配線パターンとプラグの形成を一括して
行う、いわゆるデュアルダマシン法では、プラグ部分で
の埋め込み深さが、配線パターンの厚さ寸法とプラグの
深さ寸法との和になって一層深くなり、通常のＣＶＤ法
やスパッタ／リフロ法では、完全な導体の埋め込みが困
難になるが、本実施の形態の場合には流動性のペースト
／溶液４を塗布するので、深さに関係なく確実に導体パ
ターン４ｄの埋め込みが可能になり、得られる配線構造
の信頼性は一層向上する。

【００２５】従って、配線絶縁膜２に予め形成された凹
パターン２ａに対する導体膜４ｃの充填形成を必要とす
るダマシンプロセス等において、導体膜４ｃの形成所要
時間の短縮によるスループットの向上、さらには、低コ
ストの設備の使用による工程コストの低減を実現でき
る。

【００２６】また、配線パターンの素材として、銅を用
いる場合、アルミニウム等に比較して、電気抵抗値が小
さく、マイグレーション耐性等もアルミニウムに比較し
て大きく、従って、配線パターンとして機能する導体パ
ターン４ｄとして、本実施の形態のように銅を用いるこ
とにより、高速動作に動作し、かつ信頼性の高い半導体
装置を製造することができる。

【００２７】以上本発明者によってなされた発明を実施
の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施
の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しな
い範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００２８】たとえば、導体微粒子としては銅微粉末等
に限らず、一般の導体微粉末を用いることができる。ま
た、溶媒としては、有機溶媒に限らず、導体微粉末を懸
濁可能な一般の溶媒を広く用いることができる。

【００２９】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００３０】(1).本発明の半導体装置の製造方法によれ
ば、導体膜の形成を伴う製造工程の所要時間を短縮して
スループットを向上させることができる、という効果が
得られる。

【００３１】(2).絶縁膜に形成された凹パターン内部へ
の導体の埋め込みを確実に行うことができる、という効
果が得られる。

【００３２】(3).低設備コストにて、導体膜の形成を伴
う製造工程を構築および運用することができる、という
効果が得られる。

【００３３】(4).低コストおよび高歩留りかつ高信頼度
の半導体装置を得ることができる、という効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施の形態であ
る半導体装置の製造方法の一例を工程順に例示した略断
面図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 配線絶縁膜 ２ａ 凹パターン ３ 密着層 ４ ペースト／溶液 ４ａ 有機溶媒 ４ｂ 導体微粒子 ４ｃ 導体膜 ４ｄ 導体パターン

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 任意の溶媒に導体微粒子を懸濁させたペ
   ーストまたは溶液を絶縁膜の表面に塗布し、このペース
   トまたは溶液に対して、加熱処理および加圧処理の少な
   くとも一方を施すことにより導体膜を形成することを特
   徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 絶縁膜の表面に凹パターンを形成する第
   １の工程と、 前記絶縁膜の表面に任意の溶媒に導体微粒子を懸濁させ
   たペーストまたは溶液を塗布して前記凹パターンの内部
   に充填する第２の工程と、 前記絶縁膜に塗布された前記ペーストまたは溶液に対し
   て、加圧処理および加熱処理の少なくとも一方を施すこ
   とによって、当該ペーストまたは溶液を導体膜にする第
   ３の工程と、 前記絶縁膜の表面が露出するまで前記導体膜を除去し、
   前記凹パターンの内部に前記導体膜を選択的に残存させ
   る第４の工程と、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の半導体装置の製造方法に
   おいて、前記第４の工程では、化学的機械的研磨処理
   （ＣＭＰ）により、前記凹パターン内部以外の前記導体
   膜を平坦に除去することを特徴とする半導体装置の製造
   方法。
4. 【請求項４】 請求項２記載の半導体装置の製造方法に
   おいて、前記第３の工程では、大気圧下で所定の第１の
   温度によるベークを行った後、加圧状態の下で第２の温
   度で加熱する処理を行うことを特徴とする半導体装置の
   製造方法。
5. 【請求項５】 請求項２記載の半導体装置の製造方法に
   おいて、前記第１の温度は約３００℃であり、前記第２
   の温度は約５００℃であることを特徴とする半導体装置
   の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項２記載の半導体装置の製造方法に
   おいて、前記導体微粒子は銅（Ｃｕ）からなり、前記溶
   媒は有機溶媒からなることを特徴とする半導体装置の製
   造方法。