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JP2000332111A - Wiring forming method, multilayer wiring board, and semiconductor device - Google Patents

Wiring forming method, multilayer wiring board, and semiconductor device

Info

Publication number
JP2000332111A
JP2000332111A JP11145136A JP14513699A JP2000332111A JP 2000332111 A JP2000332111 A JP 2000332111A JP 11145136 A JP11145136 A JP 11145136A JP 14513699 A JP14513699 A JP 14513699A JP 2000332111 A JP2000332111 A JP 2000332111A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wiring
layer
conductor layer
polishing
forming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11145136A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naohiro Mashino
直寛 真篠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shinko Electric Industries Co Ltd
Original Assignee
Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shinko Electric Industries Co Ltd filed Critical Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority to JP11145136A priority Critical patent/JP2000332111A/en
Publication of JP2000332111A publication Critical patent/JP2000332111A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダマシンプロセスを用いて配線を形成する方
法において、機械的要因に左右されずに研磨終端を容易
に検出可能とし、研磨対象の表面を機械加工し易くする
と共に、導電性の高い配線を実現することを目的とす
る。 【解決手段】 下層配線層10の上に形成された層間絶
縁膜11に、ダマシンプロセスにより、所要形状にパタ
ーニングされた配線溝12と下層配線層10に達するビ
ア・ホール13を形成し、その上に第1の導体層14を
形成し、更に配線溝12とビア・ホール13を埋め込む
ように第2の導体層15を形成し、該導体層15の表面
を機械研磨により研磨して平坦化し、第1の導体層14
の表面が露出した時点で研磨を止め、露出した第1の導
体層14のみをエッチング除去し、2層構造の導体層1
6,17を配線18として残す。
(57) Abstract: In a method of forming wiring using a damascene process, a polishing end can be easily detected without being influenced by mechanical factors, and a surface of a polishing target is easily machined. An object is to realize a highly conductive wiring. SOLUTION: A wiring groove 12 patterned into a required shape and a via hole 13 reaching the lower wiring layer 10 are formed in an interlayer insulating film 11 formed on a lower wiring layer 10 by a damascene process. Forming a first conductor layer 14, further forming a second conductor layer 15 so as to fill the wiring groove 12 and the via hole 13, and polishing and flattening the surface of the conductor layer 15 by mechanical polishing. First conductor layer 14
When the surface of the first conductive layer 14 is exposed, the polishing is stopped, and only the exposed first conductive layer 14 is removed by etching.
6 and 17 are left as the wiring 18.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、配線形成技術に係
り、特に、ダマシンプロセスを用いて配線を形成する方
法において層間絶縁膜の配線溝に配線材を埋め込んだ後
で平坦化のための研磨を行う際にその研磨終端の検出を
容易にするのに有用な技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wiring forming technique, and more particularly to a method for forming a wiring using a damascene process, in which a wiring material is buried in a wiring groove of an interlayer insulating film and then polished for planarization. The present invention relates to a technique useful for facilitating detection of the polishing end when performing the polishing.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、LSIの高集積化及び高速化によ
り、配線の多層化と微細化が進んでいる。特にロジック
デバイスにおいては、トランジスタ特性の高性能化を実
現するためには配線の最小ピッチをゲート長に合わせて
小さくすることが必須であり、さらに大電流密度での使
用条件に耐える配線構造が要求される。配線ピッチが縮
小されると、従来はそれほど問題とされなかった配線間
容量と配線抵抗に起因する信号遅延が無視できなくなっ
てくる。これを避けるためには、抵抗率の低い配線材料
と誘電率の低い層間絶縁膜を用いることが必要である。
2. Description of the Related Art In recent years, multi-layered wiring and finer wiring have been developed due to higher integration and higher speed of LSI. In particular, in logic devices, in order to realize high performance transistor characteristics, it is necessary to reduce the minimum pitch of wiring in accordance with the gate length, and furthermore, a wiring structure that can withstand use conditions at high current density is required. Is done. When the wiring pitch is reduced, the signal delay caused by the inter-wiring capacitance and wiring resistance, which has not been considered so much, cannot be ignored. In order to avoid this, it is necessary to use a wiring material having a low resistivity and an interlayer insulating film having a low dielectric constant.

【0003】配線材料としては、従来よりアルミニウム
(Al)が用いられているが、最近では、Alと比較し
て同じ配線断面積で低い配線抵抗を実現できる銅(C
u)が用いられている。Cuは、Alと同じ配線ピッチ
で同じ配線抵抗では配線の厚みを薄くできるため、結果
的に配線間容量を小さくすることができる。しかし、C
uを用いて多層配線を形成する場合、Cuのエッチング
や層間絶縁膜の埋め込みが必要であり、現状の技術では
かかる処理を容易に行うことができないという難点があ
る。
Conventionally, aluminum (Al) has been used as a wiring material. Recently, however, copper (C) capable of realizing a low wiring resistance with the same wiring cross-sectional area as compared with Al has been used.
u) is used. Cu can have the same wiring pitch and the same wiring resistance as Al and can reduce the thickness of the wiring, and as a result, the capacitance between wirings can be reduced. But C
When a multilayer wiring is formed using u, it is necessary to etch Cu or bury an interlayer insulating film, and there is a problem that such processing cannot be easily performed with the current technology.

【0004】そこで、配線を形成する技術として、従来
のAl配線技術に用いてきたドライエッチングの手法に
代わり、Cuのエッチングを必要としない「ダマシン」
が主流となってきている。ダマシンには、シングルダマ
シンとデュアルダマシンがある。シングルダマシンは、
層間絶縁膜に配線となる溝をエッチングにより形成し、
さらに拡散防止層としてのバリヤメタル層を堆積し、そ
の上にCu膜を堆積した後、配線溝の上部のCuとバリ
ヤメタルを化学機械研磨(CMP)により除去して平坦
化を行い、配線を形成する手法である。これに対しデュ
アルダマシンは、下層配線層との電気的コンタクトをと
るビア・ホールを配線溝と共に同時に形成し、バリヤメ
タル層の堆積、Cu膜の堆積、CMPをそれぞれ1回行
い、配線とビア・プラグを同時に形成する手法である。
そして、これらの工程を必要な層数となるまで繰り返す
ことで、多層配線を形成することができる。
Therefore, as a technique for forming a wiring, a "damascene" which does not require Cu etching instead of the dry etching technique used in the conventional Al wiring technique.
Is becoming mainstream. There are single damascene and dual damascene. Single damascene
A groove serving as a wiring is formed in the interlayer insulating film by etching,
Further, a barrier metal layer as a diffusion prevention layer is deposited, and a Cu film is deposited thereon. Then, Cu and the barrier metal on the upper part of the wiring groove are removed by chemical mechanical polishing (CMP) to be flattened to form a wiring. Method. On the other hand, in the dual damascene, via holes for making electrical contact with the lower wiring layer are formed at the same time as the wiring grooves, and the barrier metal layer, the Cu film, and the CMP are performed once, respectively, to form the wiring and the via plug. Are simultaneously formed.
Then, by repeating these steps until the required number of layers is reached, a multilayer wiring can be formed.

【0005】このようにダマシンプロセスでは、シング
ルダマシンにせよデュアルダマシンにせよ、配線溝とビ
ア・ホールへの配線材(Cu)の埋め込みが終われば、
CMP等の機械加工により平坦化を行う処理が必要とさ
れる。
[0005] As described above, in the damascene process, regardless of whether the damascene process is single damascene or dual damascene, when the wiring material (Cu) is buried in the wiring groove and the via hole,
Processing for flattening by mechanical processing such as CMP is required.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のダマシンプロセスによる配線形成方法では、層間絶縁
膜に配線材を埋め込んだ後、平坦化のための研磨(CM
P)を行うようにしているが、現状の技術では、研磨終
端を容易に検出できないという問題がある。具体的に
は、CMPを行う装置は回転系の構造をもつため、機械
的振動に起因するノイズが発生し、このノイズが研磨終
端の検出の妨げとなる。
As described above, in the conventional method of forming a wiring by the damascene process, after embedding a wiring material in an interlayer insulating film, polishing for flattening (CM).
Although P) is performed, the current technology has a problem that the polishing end cannot be easily detected. Specifically, since the apparatus for performing CMP has a rotating system structure, noise due to mechanical vibration occurs, and this noise hinders detection of the polishing end.

【0007】また、研磨終端を容易に検出できないた
め、研磨の終点を適正なレベルの範囲内で止めることが
極めて難しい。そのため、例えばオーバーポリッシング
(削り過ぎ)の場合には、配線が細く(つまり配線断面
積が小さく)なり、配線抵抗が高くなるといった問題が
生じる。これは、配線の導電性の低下につながり、配線
材料としてCuを採用する意味を失わせてしまうもので
ある。他方、アンダーポリッシング(削り残し)の場合
には、バリヤメタル層の一部が残存することでリーク電
流が生じたり、場合によってはショートをひき起こすと
いった問題が生じる。
Further, since the polishing end cannot be easily detected, it is extremely difficult to stop the polishing end point within an appropriate level. Therefore, for example, in the case of over-polishing (excessive shaving), there is a problem that the wiring becomes thin (that is, the wiring cross-sectional area becomes small) and the wiring resistance increases. This leads to a decrease in the conductivity of the wiring, and loses the meaning of employing Cu as the wiring material. On the other hand, in the case of underpolishing (remaining shaving), a problem arises in that a leak current is generated due to the remaining part of the barrier metal layer, and in some cases, a short circuit is caused.

【0008】さらに、Cuとバリヤメタルを同時に研磨
しているため、Cuとバリヤメタルの硬さの違い(一般
的にCuの方が柔らかい)に起因して、配線(Cu)上
に「ディッシング」と呼ばれる窪み(凹部)が発生す
る。また、パッドの回転速度や柔らかいパッドによる撓
みなどの機械的要因により、配線幅が比較的広い場合に
は当該配線上にも同様にディッシングが発生する。
Further, since Cu and the barrier metal are simultaneously polished, a difference in hardness between Cu and the barrier metal (in general, Cu is softer) is called "dishing" on the wiring (Cu). Depressions (recesses) occur. If the wiring width is relatively wide, dishing similarly occurs on the wiring due to mechanical factors such as the rotational speed of the pad and the bending due to the soft pad.

【0009】このように、従来のダマシンプロセスを用
いた配線形成方法では、研磨終端の検出が難しいために
研磨の終点を適正なレベルで止めることができず、また
研磨対象の表面を平坦にするのが極めて難しいため、か
なり平坦な基板にしかパターニングを行えないという課
題があった。本発明は、かかる従来技術における課題に
鑑み創作されたもので、機械的要因に左右されずに研磨
終端を容易に検出可能とし、ひいては研磨対象の表面を
機械加工し易くすると共に、導電性の高い配線を実現す
ることができる配線形成方法を提供することを目的とす
る。
As described above, in the conventional wiring forming method using the damascene process, it is difficult to detect the end of polishing, so that the end point of polishing cannot be stopped at an appropriate level, and the surface of the object to be polished is flattened. However, there is a problem that patterning can be performed only on a fairly flat substrate. The present invention has been made in view of the problems in the related art, and makes it possible to easily detect the end of polishing without being influenced by mechanical factors, thereby facilitating machining of the surface to be polished, An object of the present invention is to provide a wiring forming method capable of realizing high wiring.

【0010】また本発明は、上記配線形成方法を用いて
作製された多層配線基板及び半導体装置を提供すること
を目的とする。
Another object of the present invention is to provide a multilayer wiring board and a semiconductor device manufactured by using the above wiring forming method.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上述した従来技術の課題
を解決するため、本発明の一形態によれば、下層配線層
の上に形成された層間絶縁膜に、所要形状にパターニン
グされた、底部を有する配線溝をダマシンプロセスによ
り形成する第1の工程と、前記配線溝を含めて前記層間
絶縁膜の上に第1の導体層を形成する第2の工程と、前
記配線溝を埋め込むように前記第1の導体層の上に第2
の導体層を形成する第3の工程と、前記第2の導体層の
表面を機械研磨により研磨して平坦化し、前記層間絶縁
膜の上の第1の導体層の表面を露出させる第4の工程
と、前記露出した第1の導体層をエッチングして除去す
る第5の工程とを含むことを特徴とする配線形成方法が
提供される。
According to one aspect of the present invention, an interlayer insulating film formed on a lower wiring layer is patterned into a required shape. A first step of forming a wiring groove having a bottom by a damascene process, a second step of forming a first conductive layer on the interlayer insulating film including the wiring groove, and filling the wiring groove. A second layer on the first conductor layer.
A third step of forming a conductive layer of the second conductive layer, and a fourth step of polishing and flattening the surface of the second conductive layer by mechanical polishing to expose the surface of the first conductive layer on the interlayer insulating film. And a fifth step of etching and removing the exposed first conductive layer.

【0012】本発明に係る配線形成方法によれば、第2
の導体層の表面を機械研磨により研磨して平坦化してい
く過程において第1の導体層の表面が露出した時点でそ
の研磨を止め、露出した第1の導体層のみをエッチング
除去している。これによって、目的とする配線部分のみ
を残すことができる。つまり、所要形状にパターニング
された配線溝に埋め込まれた第1の導体層(エッチング
除去されなかった部分)とこの上に積層された第2の導
体層(エッチング除去されなかった部分)からなる2層
構造の導体層を配線として残すことができる。
According to the wiring forming method of the present invention, the second
In the process of polishing and flattening the surface of the conductor layer by mechanical polishing, when the surface of the first conductor layer is exposed, the polishing is stopped, and only the exposed first conductor layer is etched away. As a result, only the intended wiring portion can be left. That is, the first conductor layer (portion that has not been removed by etching) embedded in the wiring groove patterned into a required shape and the second conductor layer (portion that has not been removed by etching) laminated thereon 2 The conductor layer having a layer structure can be left as a wiring.

【0013】ここに、第1の導体層は、第2の導体層の
表面を機械研磨により研磨して平坦化していく過程では
研磨終端検出用の層として用いられ、また、最終的に選
択エッチングが行われた後は配線の一部分として用いら
れる。このように本発明によれば、第1の導体層を研磨
の終端検出層として用いているので、研磨終端の検出が
容易となり、研磨の終点を適正なレベルの範囲内で止め
ることができる。すなわち平坦化に際して、この終端検
出層の厚み分だけ、機械加工による研磨を止めるタイミ
ングや研磨に使う微細砥粒の大きさ等において選択の自
由度(余裕)を持たせることができる。これによって、
研磨対象である第2の導体層の表面を機械加工し易くな
る。
Here, the first conductor layer is used as a layer for detecting the end of polishing in the process of polishing and flattening the surface of the second conductor layer by mechanical polishing, and finally, the selective etching is performed. Is used as a part of the wiring. As described above, according to the present invention, since the first conductor layer is used as the polishing end detection layer, the end of polishing can be easily detected, and the end point of polishing can be stopped within an appropriate level. That is, when flattening, the degree of freedom (margin) can be given by the thickness of the end detection layer in the timing of stopping polishing by mechanical processing, the size of fine abrasive grains used for polishing, and the like. by this,
The surface of the second conductor layer to be polished is easily machined.

【0014】また、仮に機械的要因等により研磨停止の
タイミングが遅れて研磨が終端検出層(第1の導体層)
と第2の導体層の表面に及んだ場合でも、その削り過ぎ
の分は終端検出層の厚み分の範囲内に止めることが可能
であるので、第2の導体層を必要以上に削り過ぎるとい
った不都合を回避することができる。これによって、従
来技術に見られたような、配線断面積が小さくなって配
線抵抗が高くなるといった問題を解消することができ
る。これは、導電性の高い配線の実現に寄与するもので
ある。
Further, if the timing of stopping the polishing is delayed due to a mechanical factor or the like, the polishing is terminated by the end detection layer (first conductor layer).
And the surface of the second conductor layer, the excessively shaved portion can be stopped within the range of the thickness of the termination detection layer, so that the second conductor layer is unnecessarily sharpened. Such inconveniences can be avoided. As a result, the problem that the wiring cross-sectional area decreases and the wiring resistance increases as in the related art can be solved. This contributes to the realization of highly conductive wiring.

【0015】また、本発明の他の形態によれば、上述し
た配線形成方法を用いて作製された多層配線基板が提供
される。さらに、本発明の他の形態によれば、上述した
配線形成方法を用いて作製された多層配線基板に半導体
素子が搭載されている半導体装置が提供される。
According to another aspect of the present invention, there is provided a multilayer wiring board manufactured by using the above-described wiring forming method. Further, according to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device in which a semiconductor element is mounted on a multilayer wiring board manufactured using the above-described wiring forming method.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
配線形成方法について、その方法を工程順に示す図1を
参照しながら説明する。先ず最初の工程では(図1
(a)参照)、下層配線層10の上に形成された層間絶
縁膜11に、デュアルダマシンプロセスにより、所要形
状にパターニングされた配線溝12と下層配線層10に
達するビア・ホール13を形成する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A method for forming a wiring according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. First, in the first step (Fig. 1
(See (a)), a wiring groove 12 patterned into a required shape and a via hole 13 reaching the lower wiring layer 10 are formed in the interlayer insulating film 11 formed on the lower wiring layer 10 by a dual damascene process. .

【0017】デュアルダマシンプロセスとしては、配線
溝12を先にエッチングしてからビア・ホール13をエ
ッチングして形成する方法、ビア・ホール13を先にエ
ッチングしてから配線溝12をエッチングして形成する
方法、あるいは配線溝12とビア・ホール13をセルフ
アライン方式で一度にエッチングして形成する方法を採
用する。
As a dual damascene process, a method in which the wiring groove 12 is etched first and then the via hole 13 is etched, and a method in which the via hole 13 is etched first and then the wiring groove 12 is etched. Or a method in which the wiring groove 12 and the via hole 13 are formed by etching at a time by a self-alignment method.

【0018】また、層間絶縁膜11については、前述し
たように低誘電率を有している方が好適であり、その材
料としては、例えばプラズマSiO2 膜や、SiOF膜
に代表される無機系の膜、プラズマCVD成膜が可能な
フロロカーボンポリマ、ポリイミドに代表される有機系
の塗布膜等が用いられる。次の工程では(図1(b)参
照)、配線溝12とビア・ホール13を覆うように全面
に第1の導体層14としてアルミニウム(Al)の金属
層を蒸着によって形成する。第1の導体(Al)層14
は、後の段階で行う研磨の終端検出層として用いられる
と共に、最終的に形成される配線(層)の一部分を構成
する。
The interlayer insulating film 11 preferably has a low dielectric constant as described above, and is preferably made of, for example, an inorganic material such as a plasma SiO 2 film or a SiOF film. And an organic coating film typified by a fluorocarbon polymer or polyimide that can be formed by plasma CVD. In the next step (see FIG. 1B), a metal layer of aluminum (Al) is formed as a first conductive layer 14 on the entire surface by vapor deposition so as to cover the wiring groove 12 and the via hole 13. First conductor (Al) layer 14
Is used as a termination detection layer for polishing performed in a later stage, and constitutes a part of a finally formed wiring (layer).

【0019】次の工程では(図1(c)参照)、配線溝
12とビア・ホール13を埋め込むように第1の導体
(Al)層14の上に第2の導体層15として銅(C
u)の金属層をスパッタリングによって形成する。第2
の導体(Cu)層15は、最終的に形成される配線
(層)の主要部分を構成する。この工程を終えた段階で
は、スパッタリングによるCuの堆積処理が行われてい
るにすぎないので、図示のように第2の導体(Cu)層
15の表面は平坦とはなっていない。
In the next step (see FIG. 1C), copper (C) is formed as a second conductor layer 15 on the first conductor (Al) layer 14 so as to fill the wiring groove 12 and the via hole 13.
The metal layer of u) is formed by sputtering. Second
The conductor (Cu) layer 15 constitutes a main part of a finally formed wiring (layer). At the end of this step, the surface of the second conductor (Cu) layer 15 is not flat as shown in the figure, since only Cu deposition processing by sputtering has been performed.

【0020】次の工程では(図1(d)参照)、第2の
導体(Cu)層15の表面を機械研磨により研磨して平
坦化し、終端検出層すなわち第1の導体(Al)層14
の表面が露出した時点で機械研磨を止める。これによっ
て、表面が平坦化された第2の導体(Cu)層が、配線
(層)の主要部分を構成する導体層16として残され
る。
In the next step (see FIG. 1D), the surface of the second conductor (Cu) layer 15 is polished and flattened by mechanical polishing, and the termination detection layer, that is, the first conductor (Al) layer 14 is formed.
Stop mechanical polishing when the surface of is exposed. As a result, the second conductor (Cu) layer whose surface has been flattened is left as the conductor layer 16 constituting the main part of the wiring (layer).

【0021】なお、機械研磨は、微細砥粒の機械的な押
込み及び引掻きにより研磨対象の表面を加工することに
より行われる。この機械研磨に代えて、化学機械研磨
(CMP)を用いてもよい。最後の工程では(図1
(e)参照)、露出した導体(Cu)層16(第2の導
体層)には影響を与えず且つ露出した第1の導体(A
l)層14のみを溶解し得る薬液を用いて選択エッチン
グを行う。薬液としては、例えば塩酸を用いることがで
きる。この工程により、第1の導体(Al)層のうち、
露出した部分のみがエッチング除去され、配線溝12及
びビア・ホール13の内部に埋め込まれていた部分につ
いては、図示のようにエッチング除去されずに、配線
(層)の一部分を構成する導体層17として残される。
なお、露出した導体(Cu)層16については、選択エ
ッチングの影響を受けないのでそのまま残存する。
The mechanical polishing is performed by processing the surface of the object to be polished by mechanically pushing and scratching fine abrasive grains. Instead of this mechanical polishing, chemical mechanical polishing (CMP) may be used. In the last step (Fig. 1
(E), the exposed first conductor (A) which does not affect the exposed conductor (Cu) layer 16 (second conductor layer).
1) Selective etching is performed using a chemical solution that can dissolve only the layer 14. As the chemical solution, for example, hydrochloric acid can be used. By this step, of the first conductor (Al) layer,
Only the exposed portion is removed by etching, and the portion buried in the wiring groove 12 and the via hole 13 is not removed by etching as shown in FIG. Will be left as
Note that the exposed conductor (Cu) layer 16 remains as it is because it is not affected by the selective etching.

【0022】このようにして、所要形状にパターニング
された配線溝12及びビア・ホール13を埋め込むよう
に導体(Cu)層16及び導体(Al)層17からなる
2層構造の配線(層)18が形成されたことになる。以
上説明したように、本実施形態に係る配線形成方法によ
れば、第2の導体層15の表面を機械加工で研磨して平
坦化していく際に第1の導体層14を研磨の終端検出層
として用いているので、研磨終端の検出が容易となり、
研磨の終点を適正なレベルの範囲内で止めることができ
る。すなわち、平坦化を行う際に、この終端検出層(第
1の導体層14)の厚み分だけ、機械加工による研磨を
止めるタイミングや機械研磨に使う微細砥粒の大きさ等
において選択の自由度(余裕)を持たせることができ
る。これによって、研磨対象である第2の導体層15の
表面を機械加工し易くなる。
In this manner, a wiring (layer) 18 having a two-layer structure composed of the conductor (Cu) layer 16 and the conductor (Al) layer 17 so as to fill the wiring groove 12 and the via hole 13 patterned in a required shape. Is formed. As described above, according to the wiring forming method of the present embodiment, when the surface of the second conductor layer 15 is polished and flattened by machining, the end of the first conductor layer 14 is detected by polishing. Because it is used as a layer, it is easy to detect the polishing end,
The end point of polishing can be stopped within an appropriate level. That is, when flattening, the degree of freedom in selection of timing for stopping polishing by mechanical processing, the size of fine abrasive grains used for mechanical polishing, and the like is determined by the thickness of the end detection layer (first conductive layer 14). (Margin). This makes it easy to machine the surface of the second conductor layer 15 to be polished.

【0023】例えば、機械研磨による平坦化を行った段
階(図1(d)の工程)で、理想的には第1の導体層1
4の表面と導体層16(第2の導体層)の表面は完全に
同じ平面内で平坦化されたことになるが、実際上は、微
細砥粒の機械的な押込み及び引掻き作用により機械研磨
を止めた時点では導体層16の表面にスクラッチなどが
生じている可能性があり、厳密には平坦化されていない
場合もある。このような場合、配線(層)の主要部分を
構成する導体層16の表面に僅かな凹凸部分が形成され
ていることになり、その凹凸部分に応じて最終的な配線
(層)18の厚さが変動することになる。これに対し本
実施形態では、第1の導体層14を終端検出層として設
けているので、この終端検出層の厚み分でその配線
(層)の厚さの変動分を吸収することができる。
For example, at the stage of flattening by mechanical polishing (step of FIG. 1D), ideally, the first conductor layer 1 is formed.
4 and the surface of the conductor layer 16 (the second conductor layer) are completely flattened in the same plane, but in actuality, mechanical polishing is performed by mechanical pressing and scratching of fine abrasive grains. There is a possibility that the surface of the conductor layer 16 may have scratches or the like at the time of stopping, and the surface may not be strictly flattened. In such a case, a slight uneven portion is formed on the surface of the conductor layer 16 constituting the main portion of the wiring (layer), and the final thickness of the wiring (layer) 18 depends on the uneven portion. Will fluctuate. On the other hand, in the present embodiment, since the first conductor layer 14 is provided as the termination detection layer, a variation in the thickness of the wiring (layer) can be absorbed by the thickness of the termination detection layer.

【0024】また、機械的要因等により仮に研磨停止の
タイミングが遅れて研磨が終端検出層(第1の導体層1
4)と導体層16の表面に及んだ場合でも、その削り過
ぎの分は終端検出層の厚み分の範囲内に止めることが可
能であり、配線(層)の主要部分を構成する導体層16
を必要以上に削り過ぎるといった不都合を回避すること
ができる。これによって、従来技術に見られたようなオ
ーバーポリッシングに起因する問題(配線断面積が小さ
くなり、配線抵抗が高くなって導電性の低下をひき起こ
すといった問題)を解消することができる。
Further, if the timing of stopping the polishing is delayed due to mechanical factors or the like, the polishing is stopped and the polishing is terminated.
4) Even if it reaches the surface of the conductor layer 16, the excess shaving can be stopped within the range of the thickness of the termination detection layer, and the conductor layer constituting the main part of the wiring (layer) 16
Can be avoided. As a result, it is possible to solve a problem (a problem that a wiring cross-sectional area is reduced and a wiring resistance is increased to cause a decrease in conductivity) due to overpolishing as in the related art.

【0025】上述した実施形態では第1の導体層(終端
検出層)14を構成する材料としてAlを用い、第2の
導体層15を構成する材料としてCuを用いた場合につ
いて説明したが、使用する各々の金属を逆にして用いる
ことも可能である。この場合には、終端検出層(第1の
導体層14)に用いるCuを選択エッチングするための
薬液として、例えば硫酸を用いることができる。
In the above-described embodiment, the case where Al is used as a material for forming the first conductor layer (termination detection layer) 14 and Cu is used as a material for forming the second conductor layer 15 has been described. It is also possible to use each metal to be used in reverse. In this case, for example, sulfuric acid can be used as a chemical solution for selectively etching Cu used for the termination detection layer (first conductor layer 14).

【0026】また、上述した実施形態では2層構造の配
線(層)18を形成するための第1及び第2の導体層1
4及び15(それぞれ導体層17及び16に加工され
る)を構成する材料としてAlとCuを用いた場合につ
いて説明したが、各導体層を構成する材料の組合せはこ
れに限定されないことはもちろんである。要は、最終的
な配線(層)18を形成する段階で用いる薬液によって
各導体層が同時に溶解されなければ(つまり終端検出層
(第1の導体層14)のみが選択的にエッチング除去さ
れれば)、AlとCu以外の材料を組合せて用いること
も可能である。この場合には、使用する薬液に応じて各
導体層を構成する材料の組合せを適宜選定する必要があ
る。AlやCu以外に、第1の導体層14としては銀
(Ag)、ニッケル(Ni)又は金(Au)を用いるこ
とができ、第2の導体層15としてはAgを用いること
ができる。
In the above-described embodiment, the first and second conductor layers 1 for forming the wiring (layer) 18 having a two-layer structure are formed.
Although the case where Al and Cu are used as materials constituting 4 and 15 (processed into conductor layers 17 and 16 respectively) has been described, it goes without saying that the combination of materials constituting each conductor layer is not limited to this. is there. In short, unless the respective conductor layers are simultaneously dissolved by the chemical solution used in the step of forming the final wiring (layer) 18 (that is, only the terminal detection layer (first conductor layer 14) is selectively etched away). B), it is also possible to use a combination of materials other than Al and Cu. In this case, it is necessary to appropriately select a combination of materials constituting each conductor layer according to the chemical used. In addition to Al and Cu, silver (Ag), nickel (Ni), or gold (Au) can be used for the first conductor layer 14, and Ag can be used for the second conductor layer 15.

【0027】例えば、終端検出層(第1の導体層14)
にAgを用い、第2の導体層15にCuを用いた2層構
造を採用した場合、追加的な利点が得られる。すなわち
AgはCuよりも導電率が高く、しかも周波数が高くな
るとAg層(第1の導体層14)の表皮効果によりその
表面部分だけ電流が通り易いという性質があるため、配
線(層)18を構成する2層構造の導体層(16,1
7)全体で見た場合、相対的に導電性を高めることがで
きる。但し、このAgとCuの組合せを逆にすることは
できない。なぜなら、組合せを逆にすると、Agは塩酸
だけでなく硫酸にも溶けるため、最終段階で終端検出層
(Cu層)を選択エッチングするために硫酸を用いた
時、パターン部分として残すべき導体層(Ag層)もエ
ッチング除去されてしまうからである。
For example, an end detection layer (first conductor layer 14)
When a two-layer structure using Ag for the second conductor layer and Cu for the second conductor layer 15 is adopted, an additional advantage is obtained. In other words, Ag has a property of being higher in conductivity than Cu, and has a property that when the frequency is higher, the current can easily pass through only the surface portion due to the skin effect of the Ag layer (first conductor layer 14). The conductor layer having the two-layer structure (16, 1
7) When viewed as a whole, the conductivity can be relatively increased. However, the combination of Ag and Cu cannot be reversed. If the combination is reversed, Ag dissolves not only in hydrochloric acid but also in sulfuric acid. Therefore, when sulfuric acid is used to selectively etch the terminal detection layer (Cu layer) in the final stage, the conductor layer ( This is because the Ag layer is also removed by etching.

【0028】さらに、上述した実施形態では第1,第2
の導体層14,15の成膜方法としてそれぞれ蒸着及び
スパッタリングを用いているが、成膜方法はこれに限定
されないことはもちろんである。要は、各導体層を構成
する材料として用いる金属の種類に応じて適当な成膜方
法を適宜選定すればよく、例えばCuであれば、電解め
っきや無電解めっき、CVD法等を用いることができ
る。
Further, in the above-described embodiment, the first and second
Although vapor deposition and sputtering are used as a method of forming the conductor layers 14 and 15 of the above, it is needless to say that the film forming method is not limited to this. In short, an appropriate film forming method may be appropriately selected according to the type of metal used as a material constituting each conductor layer. For example, in the case of Cu, electrolytic plating, electroless plating, CVD, or the like may be used. it can.

【0029】なお、第2の導体層15を構成する材料と
してCuを用いる際に、その成膜方法としてめっきを用
いる場合には、Cuのめっき膜の形成に先だって、めっ
きを十分且つ確実に行わせるための金属薄膜(めっきベ
ース膜)を形成する必要がある。但し、第1の導体層
(終端検出層)14がめっきベース膜の機能を兼用でき
る金属からなっている場合には、めっきベース膜を形成
する必要はない。
When Cu is used as a material for forming the second conductor layer 15, if plating is used as the film forming method, the plating is performed sufficiently and securely before forming the Cu plating film. It is necessary to form a metal thin film (plating base film) for the purpose. However, when the first conductor layer (termination detection layer) 14 is made of a metal that can also function as a plating base film, it is not necessary to form a plating base film.

【0030】図2は、上述した実施形態に係る配線形成
方法をビルドアップ多層配線基板に適用して半導体装置
を構成した場合の一例を示したものである。すなわち図
示の例は、上述した実施形態の配線形成方法をプラスチ
ックタイプの半導体パッケージとして供されるビルドア
ップ多層配線基板に適用し、特に外部接続端子となるピ
ンが基板の一方の面に多数立設されたピン・グリッド・
アレイ(PGA)型配線基板の形態で実現した場合の一
構成例を模式的に示したもので、当該配線基板におい
て、ピン30が設けられている側と反対側の面に半導体
素子(図示の例では半導体チップ31)が搭載されてい
る半導体装置の構成を示している。
FIG. 2 shows an example in which a semiconductor device is configured by applying the wiring forming method according to the above-described embodiment to a build-up multilayer wiring substrate. That is, in the illustrated example, the wiring forming method of the above-described embodiment is applied to a build-up multilayer wiring board provided as a plastic type semiconductor package, and in particular, a large number of pins serving as external connection terminals are erected on one surface of the board. Pin grid
FIG. 3 schematically shows an example of a configuration in the case of realizing an array (PGA) type wiring board, in which a semiconductor element (shown in the drawing) is provided on the surface of the wiring board opposite to the side where the pins 30 are provided. The example shows a configuration of a semiconductor device on which the semiconductor chip 31) is mounted.

【0031】図中、20は配線基板のベースとなる絶縁
材料からなるコア基板、21はコア基板20の両面にパ
ターニングされたCuの配線(層)を示し、この配線
(層)21はコア基板20と共にビルドアップ多層配線
基板の1層目(コア層)を構成する。コア基板20の材
料としては、例えばガラス−エポキシ樹脂、ガラスBT
(ビスマレイミド−トリアジン)樹脂等が用いられる。
このCuの配線(層)21は、図1における下層配線層
10に対応する。また、22及び23はそれぞれ2層目
の層間絶縁膜及び配線(層)を示し、同様に24及び2
5はそれぞれ3層目の層間絶縁膜及び配線(層)を示
す。各層間絶縁膜22,24は、図1における層間絶縁
膜11に対応し、各配線(層)23,25は、図1にお
ける2層構造の配線(層)18に対応する。
In the drawing, reference numeral 20 denotes a core substrate made of an insulating material serving as a base of the wiring substrate, 21 denotes a Cu wiring (layer) patterned on both surfaces of the core substrate 20, and this wiring (layer) 21 denotes a core substrate. Together with 20, the first layer (core layer) of the build-up multilayer wiring board is constituted. As a material of the core substrate 20, for example, glass-epoxy resin, glass BT
(Bismaleimide-triazine) resin or the like is used.
The Cu wiring (layer) 21 corresponds to the lower wiring layer 10 in FIG. Reference numerals 22 and 23 denote a second interlayer insulating film and a wiring (layer), respectively.
Reference numeral 5 denotes a third interlayer insulating film and a wiring (layer). Each of the interlayer insulating films 22 and 24 corresponds to the interlayer insulating film 11 in FIG. 1, and each of the wirings (layers) 23 and 25 corresponds to the wiring (layer) 18 having a two-layer structure in FIG.

【0032】また、32は半導体チップ31上に設けら
れたはんだバンプ、33はエポキシ樹脂等のアンダーフ
ィル剤、34は紫外線(UV)照射によって硬化する性
質をもつ樹脂からなるソルダレジスト層、35ははん
だ、36はコア基板20に設けられたスルーホールを示
す。ピン30の接合は、例えば、以下のようにして行わ
れる。先ず、ソルダレジスト層34の、ピン30が接合
されるべき導体層(すなわちパッドとして画定された配
線(層))の領域に対応する部分にUV照射を行い、露
光・現像処理を行って開口部を形成し、次に、この開口
部において当該パッドの上に適量のはんだ35を載せ、
その上に径大の頭部を有するT字状のピン30の頭部を
配置し、更にリフローを行ってはんだ35を固め、ピン
30を固定する。他方、半導体チップ31と配線基板の
接続は、はんだバンプ32を配線基板のパッドに熱圧着
等により押し付けることで行われる。
Reference numeral 32 denotes a solder bump provided on the semiconductor chip 31, reference numeral 33 denotes an underfill agent such as an epoxy resin, reference numeral 34 denotes a solder resist layer made of a resin having a property of being cured by irradiation of ultraviolet (UV) light, and reference numeral 35 denotes a solder resist layer. Solder 36 indicates a through hole provided in the core substrate 20. The joining of the pins 30 is performed, for example, as follows. First, a portion of the solder resist layer 34 corresponding to a region of a conductor layer (that is, a wiring (layer) defined as a pad) to which the pins 30 are to be bonded is irradiated with UV, and is exposed and developed to perform opening and closing. Is formed, and then an appropriate amount of solder 35 is placed on the pad in the opening,
The head of the T-shaped pin 30 having a large-diameter head is disposed thereon, and reflow is performed to solidify the solder 35 and fix the pin 30. On the other hand, the connection between the semiconductor chip 31 and the wiring board is performed by pressing the solder bumps 32 against the pads of the wiring board by thermocompression or the like.

【0033】図2に示す構成例では、上述した実施形態
の配線形成方法をPGA型配線基板の形態で実現した場
合について説明したが、かかる配線形成方法は、ボール
・グリッド・アレイ(BGA)型配線基板の形態で実現
した場合にも同様に適用され得ることは当業者には明ら
かであろう。
In the configuration example shown in FIG. 2, the case where the wiring forming method of the above-described embodiment is realized in the form of a PGA type wiring board has been described, but such a wiring forming method is a ball grid array (BGA) type. It will be apparent to those skilled in the art that the same can be applied to a case where the present invention is implemented in the form of a wiring board.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ダ
マシンプロセスにより層間絶縁膜に2層構造で配線材を
埋め込んだ後、平坦化のための研磨を行う際に下層の配
線材を終端検出層として用いることにより、研磨終端の
検出を容易にし、研磨の終点を適正なレベルの範囲内で
止めることができる。これによって、研磨対象の表面を
機械加工し易くなり、また導電性の高い配線を実現する
ことが可能となる。
As described above, according to the present invention, after a wiring material having a two-layer structure is buried in an interlayer insulating film by a damascene process, the lower wiring material is terminated when polishing for planarization is performed. By using it as a detection layer, the end of polishing can be easily detected, and the end point of polishing can be stopped within an appropriate level range. This makes it easy to machine the surface of the object to be polished, and realizes highly conductive wiring.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態に係る配線形成方法を工程
順に示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a wiring forming method according to an embodiment of the present invention in the order of steps.

【図2】本発明の一実施形態に係る配線形成方法の一適
用例を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing one application example of a wiring forming method according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…下層配線層 11…層間絶縁膜 12…配線溝 13…ビア・ホール 14…第1の導体層(研磨の終端検出層) 15…第2の導体層 16…配線(層)の主要部分を構成する導体層 17…配線(層)の一部分を構成する導体層 18…配線(層) DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Lower wiring layer 11 ... Interlayer insulating film 12 ... Wiring groove 13 ... Via hole 14 ... 1st conductor layer (polishing end detection layer) 15 ... 2nd conductor layer 16 ... Main part of wiring (layer) Constituent conductor layer 17: Conductive layer constituting a part of wiring (layer) 18: Wiring (layer)

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下層配線層の上に形成された層間絶縁膜
に、所要形状にパターニングされた、底部を有する配線
溝をダマシンプロセスにより形成する第1の工程と、 前記配線溝を含めて前記層間絶縁膜の上に第1の導体層
を形成する第2の工程と、 前記配線溝を埋め込むように前記第1の導体層の上に第
2の導体層を形成する第3の工程と、 前記第2の導体層の表面を機械研磨により研磨して平坦
化し、前記層間絶縁膜の上の第1の導体層の表面を露出
させる第4の工程と、 前記露出した第1の導体層をエッチングして除去する第
5の工程とを含むことを特徴とする配線形成方法。
A first step of forming, by a damascene process, a wiring groove having a bottom and patterned into a required shape in an interlayer insulating film formed on a lower wiring layer; A second step of forming a first conductor layer on the interlayer insulating film; a third step of forming a second conductor layer on the first conductor layer so as to fill the wiring groove; A fourth step of polishing and flattening the surface of the second conductor layer by mechanical polishing to expose the surface of the first conductor layer on the interlayer insulating film; And a fifth step of removing by etching.
【請求項2】 前記第1の工程において、前記配線溝の
底部に、前記下層配線層に達するビア・ホールをデュア
ルダマシンプロセスにより前記配線溝と共に形成するこ
とを特徴とする請求項1に記載の配線形成方法。
2. The method according to claim 1, wherein in the first step, a via hole reaching the lower wiring layer is formed at the bottom of the wiring groove together with the wiring groove by a dual damascene process. Wiring formation method.
【請求項3】 前記第5の工程において、前記第1の導
体層のエッチングを、前記第2の導体層に影響を与えず
に前記第1の導体層のみを溶解し得る薬液を用いて選択
的に行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の配線
形成方法。
3. In the fifth step, the etching of the first conductor layer is selected by using a chemical solution capable of dissolving only the first conductor layer without affecting the second conductor layer. 3. The method for forming a wiring according to claim 1, wherein the method is performed in an automated manner.
【請求項4】 前記第4の工程において、前記機械研磨
に代えて化学機械研磨を用いることを特徴とする請求項
1又は2に記載の配線形成方法。
4. The wiring forming method according to claim 1, wherein in the fourth step, chemical mechanical polishing is used instead of the mechanical polishing.
【請求項5】 前記第1の導体層及び第2の導体層を、
蒸着、スパッタリング、めっき又はCVD法により形成
することを特徴とする請求項1又は2に記載の配線形成
方法。
5. The method according to claim 1, wherein the first conductor layer and the second conductor layer are
The method according to claim 1, wherein the wiring is formed by vapor deposition, sputtering, plating, or a CVD method.
【請求項6】 請求項1から5のいずれか一項に記載の
配線形成方法を用いて作製されたことを特徴とする多層
配線基板。
6. A multilayer wiring board manufactured by using the wiring forming method according to claim 1.
【請求項7】 請求項1から5のいずれか一項に記載の
配線形成方法を用いて作製された多層配線基板に半導体
素子が搭載されていることを特徴とする半導体装置。
7. A semiconductor device, wherein a semiconductor element is mounted on a multilayer wiring board manufactured by using the wiring forming method according to claim 1.
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