(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線の主体をなす金属物質に対してバリヤ性をもたない下地上にバリヤ性をもつ絶縁膜を形成する工程と、
次いで、前記絶縁膜上に前記配線の主体をなす金属物質の配向性に影響を与えることが可能な金属物質からなる第１の金属配線を配向性を制御して形成する工程と、
次いで、前記第１の金属配線を周囲に若干の余裕をもって表出する開口をもち且つ前記配線の主体をなす金属物質に対してバリヤ性をもたない層間絶縁膜を形成する工程と、
次いで、前記開口内に表出された前記層間絶縁膜側壁を覆い前記配線の主体をなす金属物質に対してバリヤ性をもつ被膜を形成する工程と、
次いで、前記被膜が形成された前記開口内を前記配線の主体をなす金属物質で埋めて、前記第１の金属配線が制御された前記配向性と同じ配向性に第２の金属配線を形成する工程と
を含んでなることを特徴とする金属配線形成方法。
【請求項２】
第１の金属配線と第２の金属配線とが同じ金属物質であること
を特徴とする請求項１記載の金属配線形成方法。
【請求項３】
バリヤ性をもたない下地及び層間絶縁膜がＳｉＯ2 であり且つバリヤ性をもつ絶縁膜及び被膜がＳｉＮであること
を特徴とする請求項１記載の金属配線形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、選択性が良いエッチング・ガスがない為にドライ・エッチングが困難である物質を材料とし、且つ、高い配向性をもった金属配線を形成するのに好適な方法に関する。
【０００２】
一般に、半導体装置は依然として更なる微細化を指向しているので、それに用いる金属配線としては、微細化された状態でも実用になり得る導電性を維持できるように種々な開発が行なわれているところであるが、微細化されても高い導電性をもつ金属材料は、ドライ・エッチングなどで加工することが困難であるものが多いので、本発明は、この問題を解消する一手段を開示する。
【０００３】
【従来の技術】
現在、半導体装置に於ける金属配線を形成する為に多用されている方法は、大別して二つの方法が知られている。
【０００４】
その一つは、金属膜を形成した後、リソグラフィ技術及びドライ・エッチング技術を適用し、金属膜を配線パターンにしてから層間絶縁膜で埋め、必要に応じて層間絶縁膜に開口を形成して配線を引き出す方法（前者）である。
【０００５】
他の一つは、層間絶縁膜に配線パターンの開口を形成した後、その開口に配線金属材料を埋め込んで配線を形成する方法（後者）である。
【０００６】
前者では、適切なエッチング・ガスが存在しないことからドライ・エッチングし難い物質、例えばＣｕなどを用いて配線を形成することは困難であり、また、後者では、開口に配線金属材料を埋め込んだ場合、開口の底面及び側面の両方から結晶配向についての影響を受けることになり、配線の長寿命化について重要な意味をもつ金属配線の配向性の制御が困難である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、例えばＣｕのようにドライ・エッチングが困難な物質を材料とし、しかも、高い配向性をもった長寿命の金属配線を簡単に形成できる手段を提供しようとする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、金属配線の主要部分を構成する要素である物質Ａの配向性を制御する為の物質Ｂを物質Ｃからなる絶縁膜に形成した配線用開口の底に形成し、その上に物質Ａを積層形成することが基本になっている。
【０００９】
図１は本発明に於ける原理を解説する為の金属配線構造を表す要部切断側面図であり、図に於いて、１は物質Ｃからなる絶縁膜、２は物質Ｂからなる被膜、３は物質Ａからなる金属配線をそれぞれ示している。
【００１０】
物質Ａからなる金属配線３を絶縁膜１に形成した開口中に埋め込み形成した場合、その底面は物質Ｂからなる被膜２に接し、側面は物質Ｃからなる絶縁膜１に接することになる。
【００１１】
ここで、物質Ｂは物質Ａの配向性に対し、物質Ｃよりも強い影響を与えるものを選択してある為、物質Ａからなる金属配線の配向性を物質Ｂに依る配向性に揃えることができる。
【００１３】
前記したところから、本発明に依る金属配線形成方法に於いては、
（１）
配線の主体をなす金属物質（例えばＣｕ）に対してバリヤ性をもたない下地（例えばＳｉＯ2 からなる層間絶縁膜２１）上にバリヤ性をもつ絶縁膜（例えばＳｉＮからなるバリヤ膜２２）を形成する工程と、次いで、前記絶縁膜上に前記配線の主体をなす金属物質の配向性に影響を与えることが可能な金属物質からなる第１の金属配線（例えば配線パターン化されたＣｕ膜２３）を配向性を制御して形成する工程と、次いで、前記第１の金属配線を周囲に若干の余裕をもって表出する開口（例えば開口２５Ａ）をもち且つ前記配線の主体をなす金属物質に対してバリヤ性をもたない層間絶縁膜（例えばＳｉＯ2 からなる層間絶縁膜２５）を形成する工程と、次いで、前記開口内に表出された前記層間絶縁膜側壁を覆い前記配線の主体をなす金属物質に対してバリヤ性をもつ被膜（例えばＳｉＮからなるサイド・ウォール２６Ｓ）を形成する工程と、次いで、前記被膜が形成された前記開口内を前記配線の主体をなす金属物質で埋めて、前記第１の金属配線が制御された前記配向性と同じ配向性に第２の金属配線（例えば配線２７）を形成する工程とを含んでなることを特徴とするか、又は、
【００１４】
（２）
前記（１）に於いて、第１の金属配線と第２の金属配線とが同じ金属物質（例えばＣｕ）であることを特徴とするか、又は、
【００１５】
（３）
前記（１）に於いて、バリヤ性をもたない下地及び層間絶縁膜がＳｉＯ2 であり且つバリヤ性をもつ絶縁膜及び被膜がＳｉＮであることを特徴とする。
【００１６】
前記手段を採ることに依り、埋め込み配線を形成するに際し、高い配向性をもった金属配線を容易に形成することが可能となり、特に、ドライ・エッチングができないことから、従来の技術では配線にすることが困難とされていた金属を用い、且つ、高い配向性をもった微細な配線構造を実現することができるので、半導体集積回路装置の動作速度及び信頼性の向上に寄与することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図２乃至図４は本発明に於ける実施の形態１を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図であり、以下、これ等の図を参照しつつ説明する。尚、ここでは、導電性に優れているものの、ドライ・エッチングが不可能なＣｕを材料として微細な配線を形成する場合を例示する。
【００１８】
図２（Ａ）参照
２−（１）
化学気相成長（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法を適用することに依り、基板（図示せず）上にＣｕに対してバリヤ性をもつ厚さが例えば６００〔ｎｍ〕であるＣＦからなる層間絶縁膜１１を形成する。
【００１９】
図２（Ｂ）参照
２−（２）
スパッタリング法を適用することに依り、層間絶縁膜１１上に厚さが例えば１０〔ｎｍ〕のＣｕ膜１２を形成する。
【００２０】
図２（Ｃ）参照
２−（３）
スピン・コート法を適用することに依り、Ｃｕ膜１２上にエッチング・マスクとする為のレジスト膜１３を形成する。
【００２１】
図３（Ａ）参照
３−（１）
リソグラフィ技術を適用することに依り、レジスト膜１３を配線パターンにパターニングする。
【００２２】
図３（Ｂ）参照
３−（２）
エッチャントを硫酸水溶液とするウエット・エッチング法を適用することに依って、レジスト膜１３をマスクにＣｕ膜１２を配線パターンにエッチングする。尚、配線パターンのＣｕ膜１２は配向性を制御する為の被膜として作用することになる。
【００２３】
図３（Ｃ）参照
３−（３）
レジスト剥離液中に浸漬し、Ｃｕ膜１２上のレジスト膜１３を除去する。
【００２４】
図４（Ａ）参照
４−（１）
ＣＶＤ法を適用することに依り、全面に厚さが例えば６００〔ｎｍ〕であるＣＦからなる層間絶縁膜１４を形成する。
【００２５】
図４（Ｂ）参照
４−（２）
リソグラフィ技術を適用することに依り、層間絶縁膜１４のエッチングを行なって配線パターンをもつ開口１４Ａを形成し、その底にＣｕ膜１２を表出させる。
【００２６】
４−（３）
レジスト剥離液中に浸漬し、層間絶縁膜１４上のレジスト膜を除去する。
【００２７】
図４（Ｃ）参照
選択ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を適用することに依り、開口１４Ａ内にＣｕを埋め込んで配線１５とする。
【００２８】
前記説明した実施の形態１に於いては、配線１５の配向性を制御する為の被膜として、Ｃｕ膜１２を利用したのであるが、前記したように、Ｃｕはドライ・エッチングが困難な物質である為、ここでは、ウエット・エッチング法を適用することで、その問題を解消している。
【００２９】
ところで、ウエット・エッチングは等方性エッチングであることから、本来は微細加工に向かないのであるが、実施の形態１に於いてウエット・エッチングされるＣｕ膜１２は１０〔ｎｍ〕と極めて薄いものであるから、パターン精度上の問題は生じない。
【００３０】
Ｃｕ膜をスパッタリング法で成膜する場合、その成膜条件を制御することに依って種々な配向性のＣｕ膜を実現できるのであるが、スパッタリング法に限られず、配向性制御が可能であれば、例えばイオン・プレーティングなど他の成膜方法を利用しても良い。
【００３１】
選択ＣＶＤ法でＣｕ膜を形成する場合、Ｃｕ膜の配向性は下地の膜に強く影響を受け、特に、ホモ・エピタキシの場合では、下地と同一の配向性をもつ膜を形成することができる為、ＣＶＤ法で開口１４Ａに埋め込まれたＣｕからなる配線１５は高い配向性をもつことになる。
【００３２】
図５乃至図８は本発明に於ける実施の形態２を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図であり、以下、これ等の図を参照しつつ説明する。尚、ここでは、絶縁膜として普遍的ではあるが、Ｃｕに対してバリヤ性がないＳｉＯ2 を層間絶縁膜に用いなければならない場合を例示する。
【００３３】
図５（Ａ）参照
５−（１）
ＣＶＤ法を適用することに依り、基板（図示せず）上に厚さが例えば６００〔ｎｍ〕であるＳｉＯ2 からなる層間絶縁膜２１を形成する。ＳｉＯ2 は、前記したように、Ｃｕに対してバリヤ性をもたない。
【００３４】
図５（Ｂ）参照
５−（２）
ＣＶＤ法を適用することに依り、層間絶縁膜２１上に厚さが例えば１０〔ｎｍ〕であるＳｉＮからなるバリヤ膜２２を形成する。
【００３５】
図５（Ｃ）参照
５−（３）
スパッタリング法を適用することに依り、ＳｉＮからなるバリヤ膜２２上に厚さが例えば１０〔ｎｍ〕であるＣｕ膜２３を形成する。
【００３６】
図６（Ａ）参照
６−（１）
スピン・コート法を適用することに依り、Ｃｕ膜２３上にエッチング・マスクとする為のレジスト膜２４を形成する。
【００３７】
図６（Ｂ）参照
６−（２）
リソグラフィ技術を適用することに依り、レジスト膜２４を配線パターンにパターニングする。
【００３８】
図６（Ｃ）参照
６−（３）
エッチャントを硫酸水溶液とするウエット・エッチング法を適用することに依って、レジスト膜２４をマスクにＣｕ膜２３を配線パターンにエッチングする。尚、配線パターンのＣｕ膜２３は配向性を制御する為の被膜である。
【００３９】
図７（Ａ）参照
７−（１）
レジスト剥離液中に浸漬し、Ｃｕ膜２３上のレジスト膜２４を除去する。
【００４０】
図７（Ｂ）参照
７−（２）
ＣＶＤ法を適用することに依り、全面に厚さが例えば６００〔ｎｍ〕であるＳｉＯ2 からなる層間絶縁膜２５を形成する。
【００４１】
図７（Ｃ）参照
７−（３）
リソグラフィ技術を適用することに依り、層間絶縁膜２５のエッチングを行なってＣｕ膜２３のパターンに比較して若干大きめの配線パターンをもつ開口２５Ａを形成し、その底にＣｕ膜２３を表出させる。
【００４２】
７−（４）
レジスト剥離液中に浸漬し、層間絶縁膜２５上のレジスト膜を除去する。
【００４３】
図８（Ａ）参照
８−（１）
ブランケットＣＶＤ法を適用することに依り、開口２５Ａ内も含めた全面に厚さが例えば１０〔ｎｍ〕のＳｉＮ膜２６を形成する。
【００４４】
図８（Ｂ）参照
８−（２）
ドライ・エッチング法を適用することに依り、ＳｉＮ膜２６の異方性エッチングを行なって、開口２５Ａ内の側壁にサイド・ウォール２６Ｓを形成する。
【００４５】
図８（Ｃ）参照
８−（３）
選択ＣＶＤ法を適用することに依り、開口２５Ａ内にＣｕを埋め込んで配線２７とする。
【００４６】
前記説明した実施の形態２では、層間絶縁膜として最も普遍的に利用されているＳｉＯ2 を用いることができ、また、ＳｉＯ2 に比較して誘電率が大きいＳｉＮは１０〔ｎｍ〕の薄膜であるから、配線間の容量増加は問題にならない。
【００４７】
通常、Ｃｕの拡散バリヤとしては、ＴｉＮなど導体が多用されているのであるが、実施の形態２では、絶縁物質であるＳｉＮを用いているので、横断面で見た場合、配線用として予定されている面積全体をＣｕで埋めることができるので、配線の単位断面積あたりの電気抵抗は小さくなる。
【００４８】
本発明に於いては、前記各実施の形態に限られず、他に多くの改変を実現することができる。尚、ここでは、本発明の原理を解説するのに用いた図１も併せ見ると理解が容易である。
【００４９】
例えば、前記各実施の形態では、開口に物質Ａ、例えばＣｕを埋め込んで金属配線を形成する際、選択ＣＶＤ法を適用したが、これをスパッタリング法や鍍金法に代替することは任意である。
【００５０】
また、物質ＡとしてＣｕの他にＣｕ合金、Ａｌ或いはＡｌ合金を用いることができる。
【００５１】
更にまた、物質Ａからなる金属配線の配向性に影響を与える物質ＢとしてＣｕの他にＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、ＷＮ、Ｔｉ、Ａｌなどを用いることができる。
【００５２】
更にまた、物質Ａからなる金属配線の配向性に影響を与える物質ＢとしてＴｉＮを用い、絶縁膜を構成する物質ＣとしてＳｉＯ2 系の化合物を用いることができる。
【００５３】
更にまた、実施の形態２に於ける被膜（サイド・ウォール）にＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、ＷＮ、Ｔｉ、Ａｌなどの導体を用いることもできる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明に依る金属配線形成方法に於いては、配線の主体をなす金属物質に対してバリヤ性をもたない下地上にバリヤ性をもつ絶縁膜を形成し、前記絶縁膜上に前記配線の主体をなす金属物質の配向性に影響を与えることが可能な金属物質からなる第１の金属配線を配向性を制御して形成し、前記第１の金属配線を周囲に若干の余裕をもって表出する開口をもち且つ前記配線の主体をなす金属物質に対してバリヤ性をもたない層間絶縁膜を形成し、前記開口内に表出された前記層間絶縁膜側壁を覆い前記配線の主体をなす金属物質に対してバリヤ性をもつ被膜を形成し、前記被膜が形成された前記開口内を前記配線の主体をなす金属物質で埋めて、前記第１の金属配線が制御された前記配向性と同じ配向性に第２の金属配線を形成することが基本になっている。
【００５５】
前記構成を採ることに依り、埋め込み配線を形成するに際し、高い配向性をもった金属配線を容易に形成することが可能となり、特に、ドライ・エッチングができないことから、従来の技術では配線にすることが困難とされていた金属を用い、且つ、高い配向性をもった微細な配線構造を実現することができるので、半導体集積回路装置の動作速度及び信頼性の向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に於ける原理を解説する為の金属配線構造を表す要部切断側面図である。
【図２】本発明に於ける実施の形態１を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。
【図３】本発明に於ける実施の形態１を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。
【図４】本発明に於ける実施の形態１を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。
【図５】本発明に於ける実施の形態２を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。
【図６】本発明に於ける実施の形態２を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。
【図７】本発明に於ける実施の形態２を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。
【図８】本発明に於ける実施の形態２を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。
【符号の説明】
１１  層間絶縁膜
１２  Ｃｕ膜
１３  レジスト膜
１４  層間絶縁膜
１４Ａ  開口
１５  配線
【図１】
0003849110.tif 000002
【図２】
0003849110.tif 000003
【図３】
0003849110.tif 000004
【図４】
0003849110.tif 000005
【図５】
0003849110.tif 000006
【図６】
0003849110.tif 000007
【図７】
0003849110.tif 000008
【図８】
0003849110.tif 000009