説明

半導体装置及びその配線の形成方法

【課題】 密着性を低下させることなく切削性を向上させることが可能な半導体装置及びその配線の形成方法を提供する。
【解決手段】 基板1上に開口部を形成するように絶縁樹脂4を形成する工程と、前記絶縁樹脂4上と、前記開口部の側壁面5aと底面とに第1配線層7を形成する工程と、前記第1配線層7上に第2配線層8を設ける工程と、前記開口部の前記側壁面5a上に形成された前記第1配線層7を露出するように切削して平坦化する工程とを含み、前記第1配線層7を形成する工程では、前記開口部の前記側壁面5aに形成される前記第1配線層7の厚さより前記底面に形成される前記第1配線層7の厚さの方が厚くなるように形成することを特徴としている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、半導体装置及びその配線の形成方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、埋め込み配線を形成する方法として、基板上に、第1,第2配線層を設けるための凹部が形成された絶縁樹脂を設け、その上に第1,第2配線層をそれぞれ均一の厚みで順に形成した後、切削工具を使用して表面を平坦化させてきた。
【0003】
また、配線は、電子部品やワイヤ等を設ける際に超音波等の外力等が与えられることで剥離することがあるため、第1配線層は、基板や絶縁樹脂との密着性が高い金属であるTiを設け、第2配線層としては、導電性の高い金属であるCuやAl合金を設けてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2000−164595号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、従来の配線の形成方法では、第1配線層であるTiが難切削性材料であることから、切削性が悪く、切削工具の寿命が短くなるという課題があった。しかし、第1配線層であるTiを薄くすると、密着性が低下してしまうため、ある程度の厚みをもたせなければならならなかった。
【0006】
そこで本発明では、密着性を低下させることなく切削性を向上させることが可能な半導体装置及びその配線の形成方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するために、実施形態の半導体装置の配線の形成方法は、基板上に開口部を形成するように絶縁樹脂を形成する工程と、絶縁樹脂上と、開口部の側壁面と底面とに第1配線層を形成する工程と、第1配線層上に第2配線層を設ける工程と、開口部の側壁面上に形成された第1配線層を露出するように切削して平坦化する工程とを含み、第1配線層を形成する工程では、開口部の側壁面に形成される第1配線層の厚さより底面に形成される第1配線層の厚さの方が厚くなるように形成することを特徴としている。
【0008】
また、実施形態の半導体装置は、基板上に、開口部を形成して設けられている絶縁樹脂と、開口部の側壁面と底面とに形成され、側壁面に形成される厚さより底面に形成される厚さの方が厚く設けられている第1配線層と、第1配線層上に形成され、開口部を充填するように設けられている第2配線層とを有することを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の実施形態に係る半導体装置の配線の形成方法を示す工程断面図。
【図2】本発明の実施形態に係る半導体装置の配線の形成方法を示す工程断面図。
【図3】本発明の実施形態に係る半導体装置の配線の形成方法を示す断面図。
【図4】本発明の実施形態に係る半導体装置を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の実施形態に係る密着性を低下させることなく切削性を向上させることが可能な半導体装置及びその配線の形成方法を、図面を参照して詳細に説明する。
【0011】
まず、本実施形態の半導体装置の配線の形成方法について、図1を参照して説明する。図1(a)に示すように、基板1上に穴Hが形成されたマスク2を設け、スキージ3を使用してスクリーン印刷を行い、図1(b)に示すように、絶縁樹脂4を形成させる。
【0012】
使用する基板1は、半導体素子が形成されたウェハであり、シリコン基板1a上に導電性の高い金属、例えばCu等から形成された内層配線1bと、更にその上に内層配線1bの一部を露出するように設けられた絶縁層1cが形成されたものを用いている。本実施形態では、半導体素子が形成されたウェハを用いているが、これに限られることはない。
【0013】
そして、マスク2は、図示しない金属枠内に互いに交差するように張られた線材(図示せず)と、線材により支持され、第1,第2配線層8,8を形成する位置に位置合わせして形成された固体材料2aから構成されている。そして、固体材料2aの間には穴Hが形成されている。なお、本実施形態のマスク2は金属枠内に線材と固体材料2aが形成されたものを用いているが、これに限られることはなく、第1,第2配線層8,8を形成する位置を囲むように絶縁樹脂4を設けることができればどの様なマスク2を用いてもよい。
【0014】
線材の材質としては、例えばナイロンやポリエステル等の樹脂や、ステンレス等の金属から形成されたものでもよく、固体材料2aを支持することができればどのような材質でも良い。また、固体材料2aの材質としては、例えば感光性の樹脂や、電解ニッケル等の金属から形成されたもので良い。
【0015】
絶縁樹脂4は、基板1の絶縁層1cの一部が露出するように形成されている第1開口部5及び内層配線1bと絶縁層1cの一部が露出するように形成されている第2開口部6を形成するように設けられている。そして、第1開口部5は、基板1の絶縁層1cが露出している面である第1底面5bと、第1底面5bを囲んでいる面である側壁面5aとから構成されている。また、第2開口部6は、基板1の内層配線1bが露出している面である第2底面5cと、第2底面5cを囲んで露出している第1底面5bと、第1底面5bを囲んでいる面である側壁面5aとから構成されている。材質としては、耐熱性のエポキシ樹脂を用いているが、これに限られることはなく、耐熱性の樹脂であればどのような材質を用いても良い。
【0016】
なお、本実施形態ではスクリーン印刷により絶縁樹脂4を形成しているが、これに限られることはなく、例えば凸版印刷や凹版印刷、インクジェット印刷やナノインプリントなどの方式により絶縁樹脂を形成させてもよい。
【0017】
次に、図1(c)に示すように、絶縁樹脂4と第1,第2開口部5,6にTiから形成されている第1配線層7を設ける。より詳しく説明すると、スパッタや真空蒸着等のドライプロセスにより形成しており、第1,第2開口部5,6の側壁面5aに形成されている第1配線層7の厚みが約20nm〜50nm、第1,第2底面5b,5cに形成される第1配線層7の厚みが約200nm〜300nmとなるように、基板1の第1,第2開口部5,6への入射角度分布を制御し、イオン化されたTi粒子を出射するターゲット(図示せず)により成膜を行う。また、入射角度分布の制御は、ターゲットと基板1の第1,第2開口部5,6の間の磁場分布およびバイアス電位をパラメータとして調節することで制御をおこなっている。
【0018】
このように、側壁面5aを約20nm〜50nmとする理由としては、第1配線層7が20nmより薄い場合、側壁面5aを形成している絶縁樹脂4との密着力が低くなってしまい、電子部品やワイヤ等を設ける際に超音波等の外力等が与えられることで剥離してしまう。また、第1配線層7が50nmより厚い場合、Tiが難切削性の材質であるため、後述する平坦化工程で用いる切削工具9の寿命を短くしてしまう。そのため、側壁面5aを約20nm〜50nmに設けている。これにより、密着性を確保しつつ、切削工具9により切削する量を減らすことで切削性を向上させ、切削工具9の寿命を長くできる。
【0019】
また、第1,第2底面5b,5cの厚みを約200nm〜300nmとする理由としては、第1配線層7が200nmより薄い場合、第1,第2開口部5,6の第1,第2底面5b,5cとの密着性が低くなってしまい、また側壁面5aよりも外力等の負荷がかかるため、剥離しやすくなる。
【0020】
そして、第1配線層7が300nmより厚い場合、Tiは例えばCuのような低抵抗材料に比べて電気抵抗が大きいため、特に第2開口部6のように内層配線1bと接触するように第1配線層7を設けた場合、内装配線1bから流れる電気が導通しにくくなってしまう。更に、第1配線層7を電圧や磁場、もしくは電場をかけて第1,第2開口部5,6の側壁面5aと第1,第2底面5b,5cへと同時に形成させているため、第1,第2底面5b,5cを300nmより厚く形成させると、側壁面5aに形成する第1配線層7の厚みが50nmよりも厚くなってしまう。
【0021】
そのため、第1,第2底面5b,5cを約200nm〜300nmに設けており、密着性を確保しつつ、電気抵抗を小さくすることが可能となる。
【0022】
次に、図2(d)に示すように、第1配線層7上に例えばCuから形成されている第2配線層8を設ける。なお、本実施形態では第2配線層8をCuにより形成しているが、これに限られることはなく、例えばAl等、電気抵抗が低い金属を用いていれば良い。また、本実施形態では、スパッタにより第2配線層8を設けているが、これに限られることはなく、例えば電気めっきや、スパッタと電気めっきの組み合わせ等、低抵抗材料を設けることが可能であればどのように設けてもよい。
【0023】
また、第2配線層8は、第1,第2開口部5,6の側壁面5aの高さとほぼ同等、又はそれより少し高くなるように設ける。これにより、第1,第2開口部5,6内に第2配線層8を確実に充填させる事ができる。
【0024】
次に、図2(e)に示すように、第1配線層7を露出するように切削工具9を用いて切削し、平坦化する。その際に、第1,第2開口部5,6の側壁面5aの高さより少し低い高さ位置を切削する。このように切削していくことにより、第1,第2開口部5,6を囲んで形成している絶縁樹脂4上に形成されている第1配線層7を切削工具9の先端Eで切削しなくてよいので、従来よりも切削工具9の寿命を長くすることが可能になる。
【0025】
また、絶縁樹脂4を設ける際に、マスク2に絶縁樹脂4が付着した状態で取り外されることで、図3に示すように第1,第2開口部5,6の絶縁樹脂4の角部Kの断面形状が、第1,第2底面5b,5cの対向面側の絶縁樹脂4が底面5bより少し広くなるように形成されることがある。その場合、第1配線層7がやや厚めに形成されてしまう。そのため、切削工具9で切削する際に、第1,第2開口部5,6の側壁面5aの高さ以上で切削を行った場合、切削工具9の先端Eで第1配線層7を切削する量が増加してしまう。しかし、本実施形態のように、第1,第2開口部5,6の側壁面5aの高さより少し低い位置を切削することにより、第1配線層7の切削量を低減させることが出来るため、切削工具9の寿命を長くすることが可能になる。
【0026】
このようにして形成された本実施形態の半導体装置10は、図4に示すように、基板1上に、第1,第2開口部5,6を形成して設けられている絶縁樹脂4と、第1,第2開口部5,6の側壁面5aと第1,第2底面5b,5cとに形成され、側壁面5aより第1,第2底面5b,5cの方が厚く設けられている第1配線層7と、第1配線層7上に形成され、第1開口部5を充填するように第2配線層8が設けられている。
【0027】
更に、側壁面5aに形成される第1配線層7の厚みが約20nm〜50nmであり、底面5bに形成される第1配線層7の厚みが約200nm〜300nmとなるように形成されている。
【0028】
以上、本実施形態の半導体装置の配線の形成方法によれば、絶縁樹脂4により形成される第1,第2開口部5,6の側壁面5aに形成される第1配線層7の厚みより、第1,第2底面5b,5cに形成される第1配線層7の厚さの方が厚くなるように形成させている。
【0029】
これにより、側壁面5aを形成している絶縁樹脂4との密着力及び、第1,第2開口部5,6の第1,第2底面5b,5cとの密着性を確保し、切削工具9により第1配線層7を切削する量を減らすことで切削性を向上させ、切削工具9の寿命を長くできる。
【0030】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0031】
1…基板
1a…シリコン基板
1b…内層配線
1c…絶縁層
2…マスク
2a…固体材料
3…スキージ
4…絶縁樹脂
5…第1開口部
5a…側壁面
5b…第1底面
5c…第2底面
6…第2開口部
7…第1配線層
8…第2配線層
9…切削工具
10…半導体装置
H…穴
E…先端
K…角部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板上に開口部を形成するように絶縁樹脂を形成する工程と、
前記絶縁樹脂上と、前記開口部の側壁面と底面とに第1配線層を形成する工程と、
前記第1配線層上に第2配線層を設ける工程と、
前記開口部の前記側壁面上に形成された前記第1配線層を露出するように切削して平坦化する工程と、
を含み、
前記第1配線層を形成する工程では、前記開口部の前記側壁面に形成される前記第1配線層の厚さより前記底面に形成される前記第1配線層の厚さの方が厚くなるように形成することを特徴とする半導体装置の配線の形成方法。
【請求項2】
前記第1配線層を形成する工程では、前記側壁面に形成される前記第1配線層の厚みが約20nm〜50nmであり、前記底面に形成される前記第1配線層の厚みが約200nm〜300nmとなるように形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の配線の形成方法。
【請求項3】
前記第1配線層を露出するように切削して平坦化する工程では、前記開口部の前記側壁面の高さより低い高さ位置を切削することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置の配線の形成方法。
【請求項4】
前記第1配線層は難切削性材料であることを特徴とする請求項1乃至請求項3に記載の半導体装置の配線の形成方法
【請求項5】
基板上に、開口部を形成して設けられている絶縁樹脂と、
前記開口部の側壁面と底面とに形成され、前記側壁面に形成される厚さより前記底面に形成される厚さの方が厚く設けられている第1配線層と、
前記第1配線層上に形成され、前記開口部を充填するように設けられている第2配線層と、
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項6】
前記側壁面に形成される前記第1配線層の厚みは約20nm〜50nmであり、前記底面に形成される前記第1配線層の厚みは約200nm〜300nmであることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記第1配線層は難切削性材料であることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の半導体装置。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate


【公開番号】特開2012−190854(P2012−190854A)
【公開日】平成24年10月4日(2012.10.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−50841(P2011−50841)
【出願日】平成23年3月8日(2011.3.8)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】