JP2012190854A - 半導体装置及びその配線の形成方法 - Google Patents

Abstract

【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。
【選択図】 図１

Description

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。

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。

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。

特開２０００−１６４５９５号

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。

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。

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。

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。

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。 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。 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。 本発明の実施形態に係る半導体装置を示す断面図。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (7)

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。
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。
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。
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
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。
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。
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。

Images