半導体装置の製造方法
【課題】 絶縁膜に、底面及び側面の形状を良好に保って配線溝を形成する技術が望まれている。
【解決手段】 基板の上に、仮のパターンを形成する。仮のパターンを囲むように、基板の上に層間絶縁膜を形成する。層間絶縁膜を形成した後、仮のパターンを除去する。仮のパターンが除去されることによって現れた凹部の側面及び底面に、第１のバリア膜及びシード膜を形成する。シード膜の上に、配線材料を堆積させることにより、凹部を配線材料で埋め込む。
【解決手段】 基板の上に、仮のパターンを形成する。仮のパターンを囲むように、基板の上に層間絶縁膜を形成する。層間絶縁膜を形成した後、仮のパターンを除去する。仮のパターンが除去されることによって現れた凹部の側面及び底面に、第１のバリア膜及びシード膜を形成する。シード膜の上に、配線材料を堆積させることにより、凹部を配線材料で埋め込む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凹部内に配線材料が埋め込まれた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マルチチップモジュール等の多層配線の形成に、一般的には、セミアディティブプロセスが適用される。以下、セミアディティブプロセスについて説明する。バリア膜上にシード膜を形成し、その上にレジスト膜を形成する。レジスト膜に、形成すべき配線パターンに整合する開口を形成する。この開口内を、無電解めっき法を用いて配線材料で埋め込む。その後、レジスト膜を除去する。さらに、めっきで形成された配線材料をエッチングマスクとして、シード膜及びバリア膜をエッチングする。これにより、シード膜及び配線材料からなる配線が形成される。配線の下には、バリア膜が配置される。この配線を覆うように、基板上に有機絶縁膜を形成する。
【０００３】
配線が微細になると、特に配線幅が２μｍ以下になると、セミアディティブプロセスを適用して、安定して配線パターンを形成することが困難になる。微細な配線を形成するために、ダマシン法の適用が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−８５３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
マルチチップモジュール等の多層配線の層間絶縁膜には、通常、有機絶縁膜が用いられる。有機絶縁膜に配線溝やビアホールを形成する際に、エッチングマスクとして無機材料からなるハードマスクが用いられる。ハードマスクと有機絶縁膜とのエッチング選択比を大きくする（ハードマスクを有機絶縁膜より高速にエッチングする）ことが困難である。このため、ハードマスクに開口を形成する際に、有機絶縁膜の表層部もエッチングされてしまう。このエッチングの深さは、面内でばらつきやすいため、配線溝等の深さのばらつきを小さくして、再現性よく配線溝を形成することが困難である。
【０００６】
また、有機絶縁膜に配線溝等を形成する際に、等方性の高い条件でエッチングを行うと、配線溝の側壁がハードマスクの開口の縁から後退してしまう。逆に、異方性の高い条件でエッチングを行うと、配線溝の底面の外周部が過度にエッチングされてスパイク状の溝が形成される。このため、底面を平坦にすることが困難である。
【０００７】
有機絶縁膜に、底面及び側面の形状を良好に保って配線溝を形成する技術が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一観点によると、
基板の上に、仮のパターンを形成する工程と、
前記仮のパターンを囲むように、前記基板の上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜を形成した後、前記仮のパターンを除去する工程と、
前記仮のパターンが除去されることによって現れた凹部の側面及び底面に、第１のバリア膜及びシード膜を形成する工程と、
前記シード膜の上に、配線材料を堆積させることにより、前記凹部を前記配線材料で埋め込む工程と
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
仮のパターンを除去することによって、層間絶縁膜に凹部が形成される。層間絶縁膜に対して、反応性イオンエッチング等による加工を行わないため、反応性イオンエッチングに起因して生じる種々の不都合を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１−１】図１Ａ〜図１Ｄは、実施例１による半導体装置の製造方法の製造途中段階における装置の断面図である。
【図１−２】図１Ｅ〜図１Ｈは、実施例１による半導体装置の製造方法の製造途中段階における装置の断面図である。
【図１−３】図１Ｉ〜図１Ｊは、実施例１による半導体装置の製造方法の製造途中段階における装置の断面図である。
【図２−１】図２Ａ〜図２Ｄは、実施例２による半導体装置の製造方法の製造途中段階における装置の断面図である。
【図２−２】図２Ｅ〜図２Ｇは、実施例２による半導体装置の製造方法の製造途中段階における装置の断面図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｄは、実施例３による半導体装置の製造方法の製造途中段階における装置の断面図である。
【図４−１】図４Ａ〜図４Ｄは、実施例４による半導体装置の製造方法の製造途中段階における装置の断面図である。
【図４−２】図４Ｅ〜図４Ｈは、実施例４による半導体装置の製造方法の製造途中段階における装置の断面図である。
【図４−３】図４Ｉ〜図４Ｊは、実施例４による半導体装置の製造方法の製造途中段階における装置の断面図である。
【図５】図５Ａ〜図５Ｃは、実施例５による半導体装置の製造方法の製造途中段階における装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［実施例１］
図１Ａ〜図１Ｊを参照して、実施例１による半導体装置の製造方法について説明する。
【００１２】
図１Ａに示すように、支持基板１０の上面に、複数の半導体チップ１１が搭載されている。半導体チップ１１の間に、樹脂等の充填部材１２が充填されている。半導体チップ１１には、トランジスタ等の電子素子が形成されており、半導体チップ１１の上面に、複数の電極パッド１３が露出している。以下、支持基板１０、半導体チップ１１、及び充填部材１２をまとめて。単に「基板」１５ということとする。
【００１３】
図１Ｂに示すように、基板１５の上に、仮の配線パターン１７を形成する。以下、仮の配線パターン１７の形成方法について説明する。基板１５の全面に、厚さ２μｍのアルミニウム膜を、スパッタリング等により形成する。このアルミニウム膜を、例えば塩素系のガス（Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＣＣｌ４等）を用いた反応性イオンエッチングによりパターニングする。これにより、アルミニウムからなる仮の配線パターン１７が形成される。
【００１４】
なお、仮の配線パターン１７に、アルミニウム以外の金属、例えばタングステン等の高融点金属を用いてもよいし、酸化シリコン等の無機絶縁材料を用いてもよい。仮の配線パターン１７は、電極パッド１３の上を通過する。一部の仮の配線パターン１７は、複数の半導体チップ１１に跨って、電極パッド１３を相互に接続する。
【００１５】
図１Ｃに示すように、仮の配線パターン１７及び基板１５の上に、有機絶縁材料からなる層間絶縁膜１８を、塗布法により形成する。層間絶縁膜１８は、仮の配線パターン１７よりも厚くし、例えば３μｍの厚さとする。層間絶縁膜１８の有機絶縁材料の例として、ノボラック系樹脂、ポリイミド、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メチルシルスキオキサン等が挙げられる。
【００１６】
図１Ｄに示すように、仮の配線パターン１７が露出するまで、層間絶縁膜１８に対して化学機械研磨（ＣＭＰ）を施す。これにより、層間絶縁膜１８の上面が平坦化される。図１Ｃ及び図１Ｄに示した工程で、仮の配線パターン１７を囲むように、層間絶縁膜１８が形成される。
【００１７】
図１Ｅに示すように、仮の配線パターン１７（図１Ｄ）を、薬液、例えば希硫酸、希塩酸等をもちいて除去する。仮の配線パターン１７が占めていた領域に、配線溝（凹部）１９が現れる。配線溝１９の底面に、電極パッド１３が露出する。電極パッド１３には、仮の配線パターン１７を除去するときに用いる薬液でエッチングされない導電材料、例えばＣｕが用いられる。
【００１８】
仮の配線パターン１７が酸化シリコンで形成される場合には、例えばフッ酸を用いて仮の配線パターン１７を除去することができる。仮の配線パターン１７がタングステンで形成される場合には、例えばフッ素ガスプラズマを用いて仮の配線パターン１７を除去することができる。
【００１９】
図１Ｆに示すように、配線溝１９の側面と底面、及び層間絶縁膜１８の上面に、バリア膜２０を、スパッタリングにより形成する。バリア膜２０には、例えば厚さ２０ｎｍのＴｉ膜が用いられる。バリア膜２０として、Ｔｉの他に、ＴｉＢ２、ＴｉＢ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、Ｚｒ、ＺｒＢ２、ＺｒＢ，ＺｒＣ、ＺｒＮ、Ｈｆ、ＨｆＢ、ＨｆＣ、ＨｆＮ、Ｖ、ＶＢ２、ＶＢ、ＶＣ、ＶＮ、Ｎｂ、ＮｂＢ２、ＮｂＢ、ＮｂＣ、ＮｂＮ、Ｔａ、ＴａＢ２、ＴａＢ、ＴａＣ、Ｔａ４Ｎ５、Ｔａ５Ｎ６、ＴａＮ、Ｔａ２Ｎ、Ｃｒ、ＣｒＢ２、Ｃｒ３Ｃ２、Ｃｒ２Ｎ、ＣｒＮ、Ｍｏ、Ｍｏ２Ｂ３、ＭｏＢ２、ＭｏＢ、Ｍｏ２Ｂ、ＭｏｘＣｙ、Ｗ、ＷｘＢｙ、ＷｘＣｙ、ＷｘＮｙ等を用いてもよい。
【００２０】
バリア膜２０の上に、シード膜２１を、スパッタリングにより形成する。シード膜２１には、例えば厚さ１００ｎｍのＣｕ膜が用いられる。
【００２１】
シード膜２１の上に、めっき法を用いて配線材料２３を堆積させる。配線材料２３には、例えば厚さ２．５μｍの銅（Ｃｕ）膜、または銅合金膜が用いられる。配線溝１９が、配線材料２３で埋め込まれる。
【００２２】
平坦面上のバリア膜２０が露出するまで、配線材料２３及びシード膜２１に化学機械研磨（ＣＭＰ）を施す。さらに、露出したバリア膜２０を、反応性イオンエッチングにより除去する。バリア膜２０のエッチングには、例えば塩素系のガス、またはフッ素系のガスを用いることができる。これにより、配線溝１９が形成されていない領域に、層間絶縁膜１８が露出する。なお、反応性イオンエッチングによるバリア膜２０のエッチングに代えて、ＣＭＰを用いてもよい。
【００２３】
図１Ｇに、平坦面上のバリア膜２０を除去した後の断面図を示す。配線溝１９内に、シード膜２１と配線材料２３（図１Ｆ）とからなる配線２５が残る。配線溝１９の側面と底面には、バリア膜２０が残る。
【００２４】
図１Ｈに示すように、配線２５の上面に、上部バリア膜２６を形成する。上部バリア膜２６には、例えばＣｏＷＰ等が用いられる。上部バリア膜２６の形成には、例えば無電解めっき法が用いられる。上部バリア膜２６として、ＣｏＷＰの他に、Ｃｏ、ＣｏＰ、ＣｏＷ、ＣｏＢ、ＣｏＷＢ、Ｎｉ、ＮｉＷ、ＮｉＢ、ＮｉＷＰ、ＮｉＷＢ等を用いてもよい。
【００２５】
上部バリア膜２６に代えて、銅のバリア機能を持つ絶縁材料、例えばＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯＣ等のバリア膜を用いてもよい。絶縁材料でバリア膜を形成する場合には、基板の全面にバリア膜が形成される。
【００２６】
図１Ｉに示すように、層間絶縁膜１８、配線２５、上部バリア膜２６の上に、コンタクトプラグ層を形成する。コンタクトプラグ層は、層間絶縁膜３０、ビアホール３１、バリア膜３２、コンタクトプラグ３３、及び上部バリア膜３４を含む。層間絶縁膜３０及びビアホール３１の形成方法は、図１Ｂ〜図１Ｅに示した層間絶縁膜１８及び配線溝１９の形成方法と同一である。バリア膜３２、コンタクトプラグ３３、及び上部バリア膜３４の形成方法は、図１Ｆ〜図１Ｈに示したバリア膜２０、配線２５、及び上部バリア膜２６の形成方法と同一である。
【００２７】
図１Ｊに示すように、層間絶縁膜３０、コンタクトプラグ３３、及び上部バリア膜３４の上に、多層配線層を形成する。多層配線層の形成には、その下の配線２５が配置される層、及びコンタクトプラグ３３が配置される層の形成と同一の方法が適用される。
【００２８】
多層配線層の上に、電極パッド４０を形成する。電極パッド４０が露出するように、多層配線層の表面を保護膜４１で覆う。
【００２９】
上記実施例１による方法では、有機絶縁材料からなる層間絶縁膜１８に配線溝１９（図１Ｅ）を形成する工程、及び層間絶縁膜３０にビアホール３１（図１Ｉ）を形成する工程が、有機絶縁材料に反応性イオンエッチングを適用する工程を含まない。このため、有機絶縁材料をエッチングする際に生じやすい深さのばらつき、横方向へのエッチングに起因する配線溝の幅の拡大、凹部の底面に形成されるスパイク状の溝の発生等を防止し、配線溝の深さの面内に関するばらつきを抑制することができる。これにより、配線の寸法精度を高めることができる。
【００３０】
図１Ｈに示した段階で、層間絶縁膜１８の表層部が除去されて、層間絶縁膜１８の上面が配線２５の上面よりも低くなる場合がある。ただし、図１Ｉに示した層間絶縁膜３０を形成するための塗布工程において、低くなった層間絶縁膜１８の上に層間絶縁膜３０の材料が供給される。このように、層間絶縁膜１８の上面が低くなっても、後の塗布工程で絶縁材料が補填されるため、問題は生じない。
【００３１】
上記実施例１では、配線２５（図１Ｊ）及びその上に形成される多層配線の基板１５として、支持基板１０の上に複数の半導体チップ１１を搭載した基板を用いた。実施例１による方法は、単一の半導体チップの上に配線層を形成する工程にも適用可能である。この場合には、複数の半導体チップに分割する前のウエハ状態のときに、実施例１による方法で多層配線が形成される。
【００３２】
［実施例２］
図２Ａ〜図２Ｇを参照して、実施例２による半導体装置の製造方法について説明する。
【００３３】
図２Ａに示した基板１５は、支持基板１０、半導体チップ１１、及び充填部材１２を含み、実施例１で用いられた基板１５（図１Ａ）と同一の構造を有する。基板１５の上に、仮の配線パターン１７を形成する。仮の配線パターン１７の形成方法は、図１Ｂに示した仮の配線パターン１７の形成方法と同一である。
【００３４】
仮の配線パターン１７の側面と上面、及び基板１５の露出した表面に、バリア膜５０を形成する。バリア膜５０には、例えば厚さ５０ｎｍのＴｉＮ膜が用いられる。バリア膜５０の形成には、例えばスパッタリング、化学気相成長（ＣＶＤ）等が適用される。
【００３５】
図２Ｂに示すように、バリア膜５０（図２Ａ）を異方性エッチングすることにより、仮の配線パターン１７の側面にのみバリア膜５０を残す。この異方性エッチングには、たとえばＣＣｌ４等の塩素系のエッチングガスを用いることができる。異方性エッチング後、仮の配線パターン１７の上面、及び基板１５の上面が露出する。
【００３６】
バリア膜５０には、ＴｉＮの他に、銅の拡散を防止する他の導電性または絶縁性の材料を用いることができる。仮の配線パターン１７として導電性の材料を用いる場合には、無電解めっき法により、仮の配線パターン１７の側面と上面のみに、選択的にバリア膜５０を堆積させることも可能である。無電解めっき法を適用する場合には、バリア膜５０の材料として、上部バリア膜２６（図１Ｈ）に用いることができる材料、例えばＣｏＷＰ、ＮｉＰ等を用いることができる。バリア膜５０に用いることができる絶縁材料として、ＳｉＮ、ＳｉＯＣ等が挙げられる。
【００３７】
図２Ｃに示すように、仮の配線パターン１７が形成されていない領域の基板１５の上に、層間絶縁膜１８を形成する。層間絶縁膜１８の形成方法は、図１Ｃ〜図１Ｄに示した層間絶縁膜１８の形成方法と同一である。層間絶縁膜１８を形成した後、仮の配線パターン１７を除去する。
【００３８】
図２Ｄに、仮の配線パターン１７（図２Ｃ）を除去した後の断面図を示す。仮の配線パターン１７が形成されていた領域に、配線溝１９が現れる。配線溝１９の側面には、バリア膜５０が残っている。
【００３９】
図２Ｅに示すように、配線溝１９の底面と側面、及び層間絶縁膜１８の上面に、バリア膜２０を形成する。バリア膜２０の上に、シード膜２１を形成する。さらに、シード膜２１の上に、配線材料２３を堆積させる。バリア膜２０及びシード膜２１の形成方法は、図１Ｆに示したバリア膜２０及びシード膜２１の形成方法と同一である。配線材料２３の堆積方法は、図１Ｆに示した配線材料２３の堆積方法と同一である。
【００４０】
図２Ｆに示すように、余分なバリア膜２０、シード膜２１、及び配線材料２３を、ＣＭＰにより除去する。これらの除去方法は、図１Ｆの構造から図１Ｇの構造に至るまでの工程と同一である。配線溝１９内に、シード膜２１及び導電材料２３からなる配線２５が残る。配線２５の側面及び底面に、バリア膜２０が残存する。
【００４１】
図２Ｇに示すように、配線２５の上面に、上部バリア膜２６を形成する。上部バリア膜２６の形成方法は、図１Ｈに示した上部バリア膜２６の形成方法と同一である。
【００４２】
上記実施例１においては、配線２５と層間絶縁膜１８との間には、１層のバリア膜２０（図１Ｈ）が配置されていた。実施例２においては、配線２５と層間絶縁膜１８との間に、バリア膜２０に加えて、バリア膜５０も配置されている。
【００４３】
バリア膜２０をスパッタリングで成膜する場合、配線溝１９の側面に形成されるバリア膜２０が、配線溝１９の底面や層間絶縁膜１８の上面に形成されるバリア膜２０より薄くなりやすい。実施例２では、バリア膜２０の薄い領域を、バリア膜５０で補強することにより、銅の拡散防止機能を高め、より高い信頼性を確保することができる。
【００４４】
［実施例３］
図３Ａ〜図３Ｄを参照して、実施例３による半導体装置の製造方法について説明する。
【００４５】
図３Ａに示した基板１５は、支持基板１０、半導体チップ１１、及び充填部材１２を含み、実施例１で用いられた基板１５（図１Ａ）と同一の構造を有する。
【００４６】
基板１５の上に、下地バリア膜５５ａを形成する。下地バリア膜５５ａは、例えば、厚さ２０ｎｍのＴｉ膜と厚さ１００ｎｍのＴｉＮ膜とがこの順番に積層された２層構造を有する。下地バリア膜５５ａとして、その他に銅の拡散防止機能を有する高融点金属膜を用いてもよい。下地バリア膜５５ａの上に、厚さ２μｍのアルミニウム膜１７ａを、例えばスパッタリングにより形成する。
【００４７】
図３Ｂに示すように、アルミニウム膜１７ａ（図３Ａ）及び下地バリア膜５５ａ（図３Ａ）をパターニングすることにより、仮の配線パターン１７及び下地バリア膜５５を形成する。アルミニウム膜１７ａ及び下地バリア膜５５ａのエッチングには、例えばＣｌ２、ＢＣｌ３、ＣＣｌ４等の塩素系ガスを用いた反応性イオンエッチングを適用することができる。
【００４８】
図３Ｃに示すように、仮の配線パターン１７の側面と上面、及び仮の配線パターン１７が形成されていない領域の基板１５の上面に、バリア膜５０を形成する。バリア膜５０の形成方法は、図２Ａに示したバリア膜５０の形成方法と同一である。図２Ａでは、基板１５の上に仮の配線パターン１７が直接形成されているが、図３Ｃでは、仮の配線パターン１７と基板１５との間に下地バリア膜５５が配置されている。その他の点では、両者の構造は同一である。実施例３においても、実施例２の図２Ｂから図２Ｇまでの工程と同一の工程を実行する。
【００４９】
図３Ｄに、これらの工程を実行した後の半導体装置の断面図を示す。実施例２では、配線２５と基板１５との間に、１層のバリア膜２０のみが配置されていた。実施例３においては、配線２５と基板１５との間に、バリア膜２０に加えて、下地バリア膜５５も配置されている。このため、実施例２の構造に比べて、実施例３では、銅の拡散防止機能を高め、より高い信頼性を確保することができる。
【００５０】
実施例３においては、配線２５の下方に、２層のバリア膜２０、５５が配置され、側方にも２層のバリア膜２０、５０が配置されている。下地バリア膜５５と、側方のバリア膜５０とで十分な拡散防止機能が得られる場合には、バリア膜２０の形成を省略してもよい。
【００５１】
［実施例４］
図４Ａ〜図４Ｊを参照して、実施例４による半導体装置の製造方法について説明する。
【００５２】
図４Ａに示した基板１５は、支持基板１０、半導体チップ１１、及び充填部材１２を含み、実施例１で用いられた基板１５（図１Ａ）と同一の構造を有する。基板１５の上に、仮のプラグパターン６０を形成する。仮のプラグパターン６０は、半導体チップ１１の電極パッド１３と重なる位置に形成される。仮のプラグパターン６０の形成方法は、図１Ｂに示した仮の配線パターン１７の形成方法と同一である。
【００５３】
図４Ｂに示すように、仮のプラグパターン６０の側面に、バリア膜６１を形成する。バリア膜６１の形成方法は、図２Ａ〜図２Ｂに示したバリア膜５０の形成方法と同一である。
【００５４】
図４Ｃに示すように、仮のプラグパターン６０が形成されていない領域の基板１５の上に、層間絶縁膜６２を形成する。層間絶縁膜６２の形成方法は、図１Ｃ〜図１Ｄに示した層間絶縁膜１８の形成方法と同一である。
【００５５】
図４Ｄに示すように、層間絶縁膜６２及び仮のプラグパターン６０の上に、仮の配線パターン１７を形成する。仮の配線パターン１７は、仮のプラグパターン６０の上を通過する。仮の配線パターン１７の形成方法は、図１Ｂに示した仮の配線パターン１７の形成方法と同一である。
【００５６】
図４Ｅに示すように、仮の配線パターン１７の側面に、バリア膜５０を形成する。バリア膜５０の形成方法は、図２Ａ〜図２Ｂに示したバリア膜５０の形成方法と同一である。
【００５７】
図４Ｆに示すように、仮の配線パターン１７が形成されていない領域の層間絶縁膜６２の上に、層間絶縁膜１８を形成する。層間絶縁膜１８の形成方法は、図１Ｃ〜図１Ｄに示した層間絶縁膜１８の形成方法と同一である。
【００５８】
図４Ｇに示すように、仮の配線パターン１７（図４Ｆ）及び仮のプラグパターン６０（図４Ｆ）を除去する。仮の配線パターン１７及び仮のプラグパターン６０の除去方法は、図１Ｄに示した仮の配線パターン１７の除去方法と同一である。仮のプラグパターン６０が形成されていた領域にビアホール６３が現れ、仮の配線パターン１７が形成されていた領域に配線溝１９が現れる。ビアホール６３の側面には、バリア膜６１が残存し、配線溝１９の側面には、バリア膜５０が残存する。
【００５９】
図４Ｈに示すように、ビアホール６３の側面と底面、配線溝１９の側面と底面、及び層間絶縁膜１８の上面に、バリア膜２０を形成する。さらに、その上に、シード膜２１を形成する。バリア膜２０及びシード膜２１の形成方法は、図１Ｆに示したバリア膜２０及びシード膜２１の形成方法と同一である。
【００６０】
図４Ｉに示すように、シード膜２１の上に、配線材料２３を堆積させる。配線材料２３の堆積方法は、図１Ｆに示した配線材料２３の堆積方法と同一である。ビアホール６３及び配線溝１９が、配線材料２３で埋め込まれる。
【００６１】
図１Ｊに示すように、層間絶縁膜１８の上面よりも上方に堆積している余分な配線材料２３、シード膜２１、バリア膜２０を除去する。これらの膜の除去方法は、図１Ｇに示した工程において、図１Ｆの配線材料２３、シード膜２１、及びバリア膜２０を除去した方法と同一である。
【００６２】
ビアホール６３及び配線溝１９内に、シード膜２１と配線材料２３（図４Ｉ）とからなる配線２５が残る。配線２５は、基板１５の面内方向に延びる配線部分と、半導体チップ１１の電極パッド１３に接続するためのコンタクトプラグとを含む。コンタクトプラグと配線とを異なる工程で形成する場合に比べて、工程数の削減を図ることができる。
【００６３】
配線２５と層間絶縁膜６２との間に、２層のバリア膜２０と６１が配置され、配線２５と層間絶縁膜１８との間にも、２層のバリア膜２０と５０が配置されている。このため、銅の拡散防止機能を高め、信頼性の向上を図ることができる。
【００６４】
実施例４によるコンタクトプラグ及び配線の形成方法は、図１Ｉに示した層間絶縁膜１８及び配線２５の上の多層配線の形成に適用することも可能である。
【００６５】
［実施例５］
図５Ａ〜図５Ｃを参照して、実施例５による半導体装置の製造方法について説明する。以下、図４Ａ〜図４Ｊに示した実施例４との相違点にについて説明し、同一の構成については説明を省略する。
【００６６】
図５Ａに示すように、基板１５の上に、下地バリア膜６５及び仮のプラグパターン６０を形成する。下地バリア膜６５及び仮のプラグパターン６０の形成方法は、図３Ａ〜図３Ｂに示した下地バリア膜５５及び仮の配線パターン１７の形成方法と同一である。図５Ａの構造を、図４Ａに示した実施例４の構造と比較すると、実施例５では、仮のプラグパターン６０の下に下地バリア膜６５が配置されている。その他の点では、両者の構造は同一である。
【００６７】
図５Ｂに、実施例４の図４Ｇに示した段階に対応する段階における装置の断面図を示す。実施例５では、図５Ｂに示すように、ビアホール６３の底面に下地バリア膜６５が残留している。その他の点では、両者の構造は同一である。
【００６８】
図５Ｃに、実施例４の図４Ｊに示した段階に対応する段階における装置の断面図を示す。実施例４では、図４Ｊに示したように、配線２５と基板１５との間に、１層のバリア膜２０が配置されていた。実施例５では、図５Ｃに示すように、配線２５と基板１５との間に、バリア膜２０に加えて、下地バリア膜６５も配置されている。このため、銅の拡散防止機能を高め、信頼性の向上を図ることができる。
【００６９】
実施例４によるコンタクトプラグ及び配線の形成方法は、図１Ｉに示した層間絶縁膜１８及び配線２５の上の多層配線の形成に適用することも可能である。
【００７０】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００７１】
１０ 支持基板
１１ 半導体チップ
１２ 充填部材
１３ 電極パッド
１５ 基板
１７ 仮の配線パターン
１８ 層間絶縁膜
１９ 配線溝（凹部）
２０ バリア膜
２１ シード膜
２３ 配線材料
２５ 配線
２６ 上部バリア膜
３０ 層間絶縁膜
３１ ビアホール
３２ バリア膜
３３ コンタクトプラグ
３４ 上部バリア膜
４０ 電極パッド
４１ 保護膜
５０ バリア膜
５５ 下地バリア膜
６０ 仮のプラグパターン
６１ バリア膜
６２ 層間絶縁膜
６３ ビアホール
６５ 下地バリア膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凹部内に配線材料が埋め込まれた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マルチチップモジュール等の多層配線の形成に、一般的には、セミアディティブプロセスが適用される。以下、セミアディティブプロセスについて説明する。バリア膜上にシード膜を形成し、その上にレジスト膜を形成する。レジスト膜に、形成すべき配線パターンに整合する開口を形成する。この開口内を、無電解めっき法を用いて配線材料で埋め込む。その後、レジスト膜を除去する。さらに、めっきで形成された配線材料をエッチングマスクとして、シード膜及びバリア膜をエッチングする。これにより、シード膜及び配線材料からなる配線が形成される。配線の下には、バリア膜が配置される。この配線を覆うように、基板上に有機絶縁膜を形成する。
【０００３】
配線が微細になると、特に配線幅が２μｍ以下になると、セミアディティブプロセスを適用して、安定して配線パターンを形成することが困難になる。微細な配線を形成するために、ダマシン法の適用が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−８５３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
マルチチップモジュール等の多層配線の層間絶縁膜には、通常、有機絶縁膜が用いられる。有機絶縁膜に配線溝やビアホールを形成する際に、エッチングマスクとして無機材料からなるハードマスクが用いられる。ハードマスクと有機絶縁膜とのエッチング選択比を大きくする（ハードマスクを有機絶縁膜より高速にエッチングする）ことが困難である。このため、ハードマスクに開口を形成する際に、有機絶縁膜の表層部もエッチングされてしまう。このエッチングの深さは、面内でばらつきやすいため、配線溝等の深さのばらつきを小さくして、再現性よく配線溝を形成することが困難である。
【０００６】
また、有機絶縁膜に配線溝等を形成する際に、等方性の高い条件でエッチングを行うと、配線溝の側壁がハードマスクの開口の縁から後退してしまう。逆に、異方性の高い条件でエッチングを行うと、配線溝の底面の外周部が過度にエッチングされてスパイク状の溝が形成される。このため、底面を平坦にすることが困難である。
【０００７】
有機絶縁膜に、底面及び側面の形状を良好に保って配線溝を形成する技術が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一観点によると、
基板の上に、仮のパターンを形成する工程と、
前記仮のパターンを囲むように、前記基板の上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜を形成した後、前記仮のパターンを除去する工程と、
前記仮のパターンが除去されることによって現れた凹部の側面及び底面に、第１のバリア膜及びシード膜を形成する工程と、
前記シード膜の上に、配線材料を堆積させることにより、前記凹部を前記配線材料で埋め込む工程と
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
仮のパターンを除去することによって、層間絶縁膜に凹部が形成される。層間絶縁膜に対して、反応性イオンエッチング等による加工を行わないため、反応性イオンエッチングに起因して生じる種々の不都合を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１−１】図１Ａ〜図１Ｄは、実施例１による半導体装置の製造方法の製造途中段階における装置の断面図である。
【図１−２】図１Ｅ〜図１Ｈは、実施例１による半導体装置の製造方法の製造途中段階における装置の断面図である。
【図１−３】図１Ｉ〜図１Ｊは、実施例１による半導体装置の製造方法の製造途中段階における装置の断面図である。
【図２−１】図２Ａ〜図２Ｄは、実施例２による半導体装置の製造方法の製造途中段階における装置の断面図である。
【図２−２】図２Ｅ〜図２Ｇは、実施例２による半導体装置の製造方法の製造途中段階における装置の断面図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｄは、実施例３による半導体装置の製造方法の製造途中段階における装置の断面図である。
【図４−１】図４Ａ〜図４Ｄは、実施例４による半導体装置の製造方法の製造途中段階における装置の断面図である。
【図４−２】図４Ｅ〜図４Ｈは、実施例４による半導体装置の製造方法の製造途中段階における装置の断面図である。
【図４−３】図４Ｉ〜図４Ｊは、実施例４による半導体装置の製造方法の製造途中段階における装置の断面図である。
【図５】図５Ａ〜図５Ｃは、実施例５による半導体装置の製造方法の製造途中段階における装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［実施例１］
図１Ａ〜図１Ｊを参照して、実施例１による半導体装置の製造方法について説明する。
【００１２】
図１Ａに示すように、支持基板１０の上面に、複数の半導体チップ１１が搭載されている。半導体チップ１１の間に、樹脂等の充填部材１２が充填されている。半導体チップ１１には、トランジスタ等の電子素子が形成されており、半導体チップ１１の上面に、複数の電極パッド１３が露出している。以下、支持基板１０、半導体チップ１１、及び充填部材１２をまとめて。単に「基板」１５ということとする。
【００１３】
図１Ｂに示すように、基板１５の上に、仮の配線パターン１７を形成する。以下、仮の配線パターン１７の形成方法について説明する。基板１５の全面に、厚さ２μｍのアルミニウム膜を、スパッタリング等により形成する。このアルミニウム膜を、例えば塩素系のガス（Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＣＣｌ４等）を用いた反応性イオンエッチングによりパターニングする。これにより、アルミニウムからなる仮の配線パターン１７が形成される。
【００１４】
なお、仮の配線パターン１７に、アルミニウム以外の金属、例えばタングステン等の高融点金属を用いてもよいし、酸化シリコン等の無機絶縁材料を用いてもよい。仮の配線パターン１７は、電極パッド１３の上を通過する。一部の仮の配線パターン１７は、複数の半導体チップ１１に跨って、電極パッド１３を相互に接続する。
【００１５】
図１Ｃに示すように、仮の配線パターン１７及び基板１５の上に、有機絶縁材料からなる層間絶縁膜１８を、塗布法により形成する。層間絶縁膜１８は、仮の配線パターン１７よりも厚くし、例えば３μｍの厚さとする。層間絶縁膜１８の有機絶縁材料の例として、ノボラック系樹脂、ポリイミド、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メチルシルスキオキサン等が挙げられる。
【００１６】
図１Ｄに示すように、仮の配線パターン１７が露出するまで、層間絶縁膜１８に対して化学機械研磨（ＣＭＰ）を施す。これにより、層間絶縁膜１８の上面が平坦化される。図１Ｃ及び図１Ｄに示した工程で、仮の配線パターン１７を囲むように、層間絶縁膜１８が形成される。
【００１７】
図１Ｅに示すように、仮の配線パターン１７（図１Ｄ）を、薬液、例えば希硫酸、希塩酸等をもちいて除去する。仮の配線パターン１７が占めていた領域に、配線溝（凹部）１９が現れる。配線溝１９の底面に、電極パッド１３が露出する。電極パッド１３には、仮の配線パターン１７を除去するときに用いる薬液でエッチングされない導電材料、例えばＣｕが用いられる。
【００１８】
仮の配線パターン１７が酸化シリコンで形成される場合には、例えばフッ酸を用いて仮の配線パターン１７を除去することができる。仮の配線パターン１７がタングステンで形成される場合には、例えばフッ素ガスプラズマを用いて仮の配線パターン１７を除去することができる。
【００１９】
図１Ｆに示すように、配線溝１９の側面と底面、及び層間絶縁膜１８の上面に、バリア膜２０を、スパッタリングにより形成する。バリア膜２０には、例えば厚さ２０ｎｍのＴｉ膜が用いられる。バリア膜２０として、Ｔｉの他に、ＴｉＢ２、ＴｉＢ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、Ｚｒ、ＺｒＢ２、ＺｒＢ，ＺｒＣ、ＺｒＮ、Ｈｆ、ＨｆＢ、ＨｆＣ、ＨｆＮ、Ｖ、ＶＢ２、ＶＢ、ＶＣ、ＶＮ、Ｎｂ、ＮｂＢ２、ＮｂＢ、ＮｂＣ、ＮｂＮ、Ｔａ、ＴａＢ２、ＴａＢ、ＴａＣ、Ｔａ４Ｎ５、Ｔａ５Ｎ６、ＴａＮ、Ｔａ２Ｎ、Ｃｒ、ＣｒＢ２、Ｃｒ３Ｃ２、Ｃｒ２Ｎ、ＣｒＮ、Ｍｏ、Ｍｏ２Ｂ３、ＭｏＢ２、ＭｏＢ、Ｍｏ２Ｂ、ＭｏｘＣｙ、Ｗ、ＷｘＢｙ、ＷｘＣｙ、ＷｘＮｙ等を用いてもよい。
【００２０】
バリア膜２０の上に、シード膜２１を、スパッタリングにより形成する。シード膜２１には、例えば厚さ１００ｎｍのＣｕ膜が用いられる。
【００２１】
シード膜２１の上に、めっき法を用いて配線材料２３を堆積させる。配線材料２３には、例えば厚さ２．５μｍの銅（Ｃｕ）膜、または銅合金膜が用いられる。配線溝１９が、配線材料２３で埋め込まれる。
【００２２】
平坦面上のバリア膜２０が露出するまで、配線材料２３及びシード膜２１に化学機械研磨（ＣＭＰ）を施す。さらに、露出したバリア膜２０を、反応性イオンエッチングにより除去する。バリア膜２０のエッチングには、例えば塩素系のガス、またはフッ素系のガスを用いることができる。これにより、配線溝１９が形成されていない領域に、層間絶縁膜１８が露出する。なお、反応性イオンエッチングによるバリア膜２０のエッチングに代えて、ＣＭＰを用いてもよい。
【００２３】
図１Ｇに、平坦面上のバリア膜２０を除去した後の断面図を示す。配線溝１９内に、シード膜２１と配線材料２３（図１Ｆ）とからなる配線２５が残る。配線溝１９の側面と底面には、バリア膜２０が残る。
【００２４】
図１Ｈに示すように、配線２５の上面に、上部バリア膜２６を形成する。上部バリア膜２６には、例えばＣｏＷＰ等が用いられる。上部バリア膜２６の形成には、例えば無電解めっき法が用いられる。上部バリア膜２６として、ＣｏＷＰの他に、Ｃｏ、ＣｏＰ、ＣｏＷ、ＣｏＢ、ＣｏＷＢ、Ｎｉ、ＮｉＷ、ＮｉＢ、ＮｉＷＰ、ＮｉＷＢ等を用いてもよい。
【００２５】
上部バリア膜２６に代えて、銅のバリア機能を持つ絶縁材料、例えばＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯＣ等のバリア膜を用いてもよい。絶縁材料でバリア膜を形成する場合には、基板の全面にバリア膜が形成される。
【００２６】
図１Ｉに示すように、層間絶縁膜１８、配線２５、上部バリア膜２６の上に、コンタクトプラグ層を形成する。コンタクトプラグ層は、層間絶縁膜３０、ビアホール３１、バリア膜３２、コンタクトプラグ３３、及び上部バリア膜３４を含む。層間絶縁膜３０及びビアホール３１の形成方法は、図１Ｂ〜図１Ｅに示した層間絶縁膜１８及び配線溝１９の形成方法と同一である。バリア膜３２、コンタクトプラグ３３、及び上部バリア膜３４の形成方法は、図１Ｆ〜図１Ｈに示したバリア膜２０、配線２５、及び上部バリア膜２６の形成方法と同一である。
【００２７】
図１Ｊに示すように、層間絶縁膜３０、コンタクトプラグ３３、及び上部バリア膜３４の上に、多層配線層を形成する。多層配線層の形成には、その下の配線２５が配置される層、及びコンタクトプラグ３３が配置される層の形成と同一の方法が適用される。
【００２８】
多層配線層の上に、電極パッド４０を形成する。電極パッド４０が露出するように、多層配線層の表面を保護膜４１で覆う。
【００２９】
上記実施例１による方法では、有機絶縁材料からなる層間絶縁膜１８に配線溝１９（図１Ｅ）を形成する工程、及び層間絶縁膜３０にビアホール３１（図１Ｉ）を形成する工程が、有機絶縁材料に反応性イオンエッチングを適用する工程を含まない。このため、有機絶縁材料をエッチングする際に生じやすい深さのばらつき、横方向へのエッチングに起因する配線溝の幅の拡大、凹部の底面に形成されるスパイク状の溝の発生等を防止し、配線溝の深さの面内に関するばらつきを抑制することができる。これにより、配線の寸法精度を高めることができる。
【００３０】
図１Ｈに示した段階で、層間絶縁膜１８の表層部が除去されて、層間絶縁膜１８の上面が配線２５の上面よりも低くなる場合がある。ただし、図１Ｉに示した層間絶縁膜３０を形成するための塗布工程において、低くなった層間絶縁膜１８の上に層間絶縁膜３０の材料が供給される。このように、層間絶縁膜１８の上面が低くなっても、後の塗布工程で絶縁材料が補填されるため、問題は生じない。
【００３１】
上記実施例１では、配線２５（図１Ｊ）及びその上に形成される多層配線の基板１５として、支持基板１０の上に複数の半導体チップ１１を搭載した基板を用いた。実施例１による方法は、単一の半導体チップの上に配線層を形成する工程にも適用可能である。この場合には、複数の半導体チップに分割する前のウエハ状態のときに、実施例１による方法で多層配線が形成される。
【００３２】
［実施例２］
図２Ａ〜図２Ｇを参照して、実施例２による半導体装置の製造方法について説明する。
【００３３】
図２Ａに示した基板１５は、支持基板１０、半導体チップ１１、及び充填部材１２を含み、実施例１で用いられた基板１５（図１Ａ）と同一の構造を有する。基板１５の上に、仮の配線パターン１７を形成する。仮の配線パターン１７の形成方法は、図１Ｂに示した仮の配線パターン１７の形成方法と同一である。
【００３４】
仮の配線パターン１７の側面と上面、及び基板１５の露出した表面に、バリア膜５０を形成する。バリア膜５０には、例えば厚さ５０ｎｍのＴｉＮ膜が用いられる。バリア膜５０の形成には、例えばスパッタリング、化学気相成長（ＣＶＤ）等が適用される。
【００３５】
図２Ｂに示すように、バリア膜５０（図２Ａ）を異方性エッチングすることにより、仮の配線パターン１７の側面にのみバリア膜５０を残す。この異方性エッチングには、たとえばＣＣｌ４等の塩素系のエッチングガスを用いることができる。異方性エッチング後、仮の配線パターン１７の上面、及び基板１５の上面が露出する。
【００３６】
バリア膜５０には、ＴｉＮの他に、銅の拡散を防止する他の導電性または絶縁性の材料を用いることができる。仮の配線パターン１７として導電性の材料を用いる場合には、無電解めっき法により、仮の配線パターン１７の側面と上面のみに、選択的にバリア膜５０を堆積させることも可能である。無電解めっき法を適用する場合には、バリア膜５０の材料として、上部バリア膜２６（図１Ｈ）に用いることができる材料、例えばＣｏＷＰ、ＮｉＰ等を用いることができる。バリア膜５０に用いることができる絶縁材料として、ＳｉＮ、ＳｉＯＣ等が挙げられる。
【００３７】
図２Ｃに示すように、仮の配線パターン１７が形成されていない領域の基板１５の上に、層間絶縁膜１８を形成する。層間絶縁膜１８の形成方法は、図１Ｃ〜図１Ｄに示した層間絶縁膜１８の形成方法と同一である。層間絶縁膜１８を形成した後、仮の配線パターン１７を除去する。
【００３８】
図２Ｄに、仮の配線パターン１７（図２Ｃ）を除去した後の断面図を示す。仮の配線パターン１７が形成されていた領域に、配線溝１９が現れる。配線溝１９の側面には、バリア膜５０が残っている。
【００３９】
図２Ｅに示すように、配線溝１９の底面と側面、及び層間絶縁膜１８の上面に、バリア膜２０を形成する。バリア膜２０の上に、シード膜２１を形成する。さらに、シード膜２１の上に、配線材料２３を堆積させる。バリア膜２０及びシード膜２１の形成方法は、図１Ｆに示したバリア膜２０及びシード膜２１の形成方法と同一である。配線材料２３の堆積方法は、図１Ｆに示した配線材料２３の堆積方法と同一である。
【００４０】
図２Ｆに示すように、余分なバリア膜２０、シード膜２１、及び配線材料２３を、ＣＭＰにより除去する。これらの除去方法は、図１Ｆの構造から図１Ｇの構造に至るまでの工程と同一である。配線溝１９内に、シード膜２１及び導電材料２３からなる配線２５が残る。配線２５の側面及び底面に、バリア膜２０が残存する。
【００４１】
図２Ｇに示すように、配線２５の上面に、上部バリア膜２６を形成する。上部バリア膜２６の形成方法は、図１Ｈに示した上部バリア膜２６の形成方法と同一である。
【００４２】
上記実施例１においては、配線２５と層間絶縁膜１８との間には、１層のバリア膜２０（図１Ｈ）が配置されていた。実施例２においては、配線２５と層間絶縁膜１８との間に、バリア膜２０に加えて、バリア膜５０も配置されている。
【００４３】
バリア膜２０をスパッタリングで成膜する場合、配線溝１９の側面に形成されるバリア膜２０が、配線溝１９の底面や層間絶縁膜１８の上面に形成されるバリア膜２０より薄くなりやすい。実施例２では、バリア膜２０の薄い領域を、バリア膜５０で補強することにより、銅の拡散防止機能を高め、より高い信頼性を確保することができる。
【００４４】
［実施例３］
図３Ａ〜図３Ｄを参照して、実施例３による半導体装置の製造方法について説明する。
【００４５】
図３Ａに示した基板１５は、支持基板１０、半導体チップ１１、及び充填部材１２を含み、実施例１で用いられた基板１５（図１Ａ）と同一の構造を有する。
【００４６】
基板１５の上に、下地バリア膜５５ａを形成する。下地バリア膜５５ａは、例えば、厚さ２０ｎｍのＴｉ膜と厚さ１００ｎｍのＴｉＮ膜とがこの順番に積層された２層構造を有する。下地バリア膜５５ａとして、その他に銅の拡散防止機能を有する高融点金属膜を用いてもよい。下地バリア膜５５ａの上に、厚さ２μｍのアルミニウム膜１７ａを、例えばスパッタリングにより形成する。
【００４７】
図３Ｂに示すように、アルミニウム膜１７ａ（図３Ａ）及び下地バリア膜５５ａ（図３Ａ）をパターニングすることにより、仮の配線パターン１７及び下地バリア膜５５を形成する。アルミニウム膜１７ａ及び下地バリア膜５５ａのエッチングには、例えばＣｌ２、ＢＣｌ３、ＣＣｌ４等の塩素系ガスを用いた反応性イオンエッチングを適用することができる。
【００４８】
図３Ｃに示すように、仮の配線パターン１７の側面と上面、及び仮の配線パターン１７が形成されていない領域の基板１５の上面に、バリア膜５０を形成する。バリア膜５０の形成方法は、図２Ａに示したバリア膜５０の形成方法と同一である。図２Ａでは、基板１５の上に仮の配線パターン１７が直接形成されているが、図３Ｃでは、仮の配線パターン１７と基板１５との間に下地バリア膜５５が配置されている。その他の点では、両者の構造は同一である。実施例３においても、実施例２の図２Ｂから図２Ｇまでの工程と同一の工程を実行する。
【００４９】
図３Ｄに、これらの工程を実行した後の半導体装置の断面図を示す。実施例２では、配線２５と基板１５との間に、１層のバリア膜２０のみが配置されていた。実施例３においては、配線２５と基板１５との間に、バリア膜２０に加えて、下地バリア膜５５も配置されている。このため、実施例２の構造に比べて、実施例３では、銅の拡散防止機能を高め、より高い信頼性を確保することができる。
【００５０】
実施例３においては、配線２５の下方に、２層のバリア膜２０、５５が配置され、側方にも２層のバリア膜２０、５０が配置されている。下地バリア膜５５と、側方のバリア膜５０とで十分な拡散防止機能が得られる場合には、バリア膜２０の形成を省略してもよい。
【００５１】
［実施例４］
図４Ａ〜図４Ｊを参照して、実施例４による半導体装置の製造方法について説明する。
【００５２】
図４Ａに示した基板１５は、支持基板１０、半導体チップ１１、及び充填部材１２を含み、実施例１で用いられた基板１５（図１Ａ）と同一の構造を有する。基板１５の上に、仮のプラグパターン６０を形成する。仮のプラグパターン６０は、半導体チップ１１の電極パッド１３と重なる位置に形成される。仮のプラグパターン６０の形成方法は、図１Ｂに示した仮の配線パターン１７の形成方法と同一である。
【００５３】
図４Ｂに示すように、仮のプラグパターン６０の側面に、バリア膜６１を形成する。バリア膜６１の形成方法は、図２Ａ〜図２Ｂに示したバリア膜５０の形成方法と同一である。
【００５４】
図４Ｃに示すように、仮のプラグパターン６０が形成されていない領域の基板１５の上に、層間絶縁膜６２を形成する。層間絶縁膜６２の形成方法は、図１Ｃ〜図１Ｄに示した層間絶縁膜１８の形成方法と同一である。
【００５５】
図４Ｄに示すように、層間絶縁膜６２及び仮のプラグパターン６０の上に、仮の配線パターン１７を形成する。仮の配線パターン１７は、仮のプラグパターン６０の上を通過する。仮の配線パターン１７の形成方法は、図１Ｂに示した仮の配線パターン１７の形成方法と同一である。
【００５６】
図４Ｅに示すように、仮の配線パターン１７の側面に、バリア膜５０を形成する。バリア膜５０の形成方法は、図２Ａ〜図２Ｂに示したバリア膜５０の形成方法と同一である。
【００５７】
図４Ｆに示すように、仮の配線パターン１７が形成されていない領域の層間絶縁膜６２の上に、層間絶縁膜１８を形成する。層間絶縁膜１８の形成方法は、図１Ｃ〜図１Ｄに示した層間絶縁膜１８の形成方法と同一である。
【００５８】
図４Ｇに示すように、仮の配線パターン１７（図４Ｆ）及び仮のプラグパターン６０（図４Ｆ）を除去する。仮の配線パターン１７及び仮のプラグパターン６０の除去方法は、図１Ｄに示した仮の配線パターン１７の除去方法と同一である。仮のプラグパターン６０が形成されていた領域にビアホール６３が現れ、仮の配線パターン１７が形成されていた領域に配線溝１９が現れる。ビアホール６３の側面には、バリア膜６１が残存し、配線溝１９の側面には、バリア膜５０が残存する。
【００５９】
図４Ｈに示すように、ビアホール６３の側面と底面、配線溝１９の側面と底面、及び層間絶縁膜１８の上面に、バリア膜２０を形成する。さらに、その上に、シード膜２１を形成する。バリア膜２０及びシード膜２１の形成方法は、図１Ｆに示したバリア膜２０及びシード膜２１の形成方法と同一である。
【００６０】
図４Ｉに示すように、シード膜２１の上に、配線材料２３を堆積させる。配線材料２３の堆積方法は、図１Ｆに示した配線材料２３の堆積方法と同一である。ビアホール６３及び配線溝１９が、配線材料２３で埋め込まれる。
【００６１】
図１Ｊに示すように、層間絶縁膜１８の上面よりも上方に堆積している余分な配線材料２３、シード膜２１、バリア膜２０を除去する。これらの膜の除去方法は、図１Ｇに示した工程において、図１Ｆの配線材料２３、シード膜２１、及びバリア膜２０を除去した方法と同一である。
【００６２】
ビアホール６３及び配線溝１９内に、シード膜２１と配線材料２３（図４Ｉ）とからなる配線２５が残る。配線２５は、基板１５の面内方向に延びる配線部分と、半導体チップ１１の電極パッド１３に接続するためのコンタクトプラグとを含む。コンタクトプラグと配線とを異なる工程で形成する場合に比べて、工程数の削減を図ることができる。
【００６３】
配線２５と層間絶縁膜６２との間に、２層のバリア膜２０と６１が配置され、配線２５と層間絶縁膜１８との間にも、２層のバリア膜２０と５０が配置されている。このため、銅の拡散防止機能を高め、信頼性の向上を図ることができる。
【００６４】
実施例４によるコンタクトプラグ及び配線の形成方法は、図１Ｉに示した層間絶縁膜１８及び配線２５の上の多層配線の形成に適用することも可能である。
【００６５】
［実施例５］
図５Ａ〜図５Ｃを参照して、実施例５による半導体装置の製造方法について説明する。以下、図４Ａ〜図４Ｊに示した実施例４との相違点にについて説明し、同一の構成については説明を省略する。
【００６６】
図５Ａに示すように、基板１５の上に、下地バリア膜６５及び仮のプラグパターン６０を形成する。下地バリア膜６５及び仮のプラグパターン６０の形成方法は、図３Ａ〜図３Ｂに示した下地バリア膜５５及び仮の配線パターン１７の形成方法と同一である。図５Ａの構造を、図４Ａに示した実施例４の構造と比較すると、実施例５では、仮のプラグパターン６０の下に下地バリア膜６５が配置されている。その他の点では、両者の構造は同一である。
【００６７】
図５Ｂに、実施例４の図４Ｇに示した段階に対応する段階における装置の断面図を示す。実施例５では、図５Ｂに示すように、ビアホール６３の底面に下地バリア膜６５が残留している。その他の点では、両者の構造は同一である。
【００６８】
図５Ｃに、実施例４の図４Ｊに示した段階に対応する段階における装置の断面図を示す。実施例４では、図４Ｊに示したように、配線２５と基板１５との間に、１層のバリア膜２０が配置されていた。実施例５では、図５Ｃに示すように、配線２５と基板１５との間に、バリア膜２０に加えて、下地バリア膜６５も配置されている。このため、銅の拡散防止機能を高め、信頼性の向上を図ることができる。
【００６９】
実施例４によるコンタクトプラグ及び配線の形成方法は、図１Ｉに示した層間絶縁膜１８及び配線２５の上の多層配線の形成に適用することも可能である。
【００７０】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００７１】
１０ 支持基板
１１ 半導体チップ
１２ 充填部材
１３ 電極パッド
１５ 基板
１７ 仮の配線パターン
１８ 層間絶縁膜
１９ 配線溝（凹部）
２０ バリア膜
２１ シード膜
２３ 配線材料
２５ 配線
２６ 上部バリア膜
３０ 層間絶縁膜
３１ ビアホール
３２ バリア膜
３３ コンタクトプラグ
３４ 上部バリア膜
４０ 電極パッド
４１ 保護膜
５０ バリア膜
５５ 下地バリア膜
６０ 仮のプラグパターン
６１ バリア膜
６２ 層間絶縁膜
６３ ビアホール
６５ 下地バリア膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に、仮のパターンを形成する工程と、
前記仮のパターンを囲むように、前記基板の上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜を形成した後、前記仮のパターンを除去する工程と、
前記仮のパターンが除去されることによって現れた凹部の側面及び底面に、第１のバリア膜及びシード膜を形成する工程と、
前記シード膜の上に、配線材料を堆積させることにより、前記凹部を前記配線材料で埋め込む工程と
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記層間絶縁膜を形成する前に、前記仮のパターンの側面に、第２のバリア膜を形成する工程を、さらに有し、
前記仮のパターンを除去する工程において、前記第２のバリア膜は残す請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第２のバリア膜を形成する工程において、
前記仮のパターンの側面及び上面に、前記第２のバリア膜を形成した後、異方性の反応性イオンエッチングを施すことにより、前記仮のパターンの上面に形成された前記第２のバリア膜を除去し、前記パターンの側面には、前記第２のバリア膜を残す請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記仮のパターンを形成する前に、前記基板の上に下地バリア膜を形成する工程を、さらに有し、
前記仮のパターンは、前記下地バリア膜の上に形成し、
前記仮のパターンを形成した後、前記層間絶縁膜を形成する前に、前記仮のパターンが形成されていない領域の前記下地バリア膜を除去する工程を、さらに有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
基板の上に、仮のパターンを形成する工程と、
前記仮のパターンを囲むように、前記基板の上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜を形成した後、前記仮のパターンを除去する工程と、
前記仮のパターンが除去されることによって現れた凹部の側面及び底面に、第１のバリア膜及びシード膜を形成する工程と、
前記シード膜の上に、配線材料を堆積させることにより、前記凹部を前記配線材料で埋め込む工程と
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記層間絶縁膜を形成する前に、前記仮のパターンの側面に、第２のバリア膜を形成する工程を、さらに有し、
前記仮のパターンを除去する工程において、前記第２のバリア膜は残す請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第２のバリア膜を形成する工程において、
前記仮のパターンの側面及び上面に、前記第２のバリア膜を形成した後、異方性の反応性イオンエッチングを施すことにより、前記仮のパターンの上面に形成された前記第２のバリア膜を除去し、前記パターンの側面には、前記第２のバリア膜を残す請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記仮のパターンを形成する前に、前記基板の上に下地バリア膜を形成する工程を、さらに有し、
前記仮のパターンは、前記下地バリア膜の上に形成し、
前記仮のパターンを形成した後、前記層間絶縁膜を形成する前に、前記仮のパターンが形成されていない領域の前記下地バリア膜を除去する工程を、さらに有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【図１−１】
【図１−２】
【図１−３】
【図２−１】
【図２−２】
【図３】
【図４−１】
【図４−２】
【図４−３】
【図５】
【図１−２】
【図１−３】
【図２−１】
【図２−２】
【図３】
【図４−１】
【図４−２】
【図４−３】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−２６３１８（Ｐ２０１３−２６３１８Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５７８０４（Ｐ２０１１−１５７８０４）
【出願日】平成２３年７月１９日（２０１１．７．１９）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１９日（２０１１．７．１９）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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