JP2515801B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2515801B2 JP62128116A JP12811687A JP2515801B2 JP 2515801 B2 JP2515801 B2 JP 2515801B2 JP 62128116 A JP62128116 A JP 62128116A JP 12811687 A JP12811687 A JP 12811687A JP 2515801 B2 JP2515801 B2 JP 2515801B2
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英一 村上
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路などの配線構造体、特に配
線構造が2層以上におよぶ多層配線構造体を有する半導
体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wiring structure such as a semiconductor integrated circuit, and more particularly to a semiconductor device having a multilayer wiring structure having a wiring structure of two or more layers.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の半導体集積回路、特に配線構造体は、第3図に
示すようにトランジスタなどの能動素子(図示せず)が
形成されたシリコン基板10上にSiO2などの絶縁膜20を気
相成長法などによつて形成した後、基板10とその上の第
1の絶縁膜20上に形成される第1層配線体層30との接続
に必要な部分(図示せず)を周知のホトリソグラフィお
よびエツチング技術で除去し、その後アルミニウムなど
の導体層30を全面に形成し、これにホトリソグラフイお
よびエツチング技術を用いて不要部分の導体膜を除去
し、所望の第1層配線30のパターンを得ている。次にこ
の第1層配線層30上に2層以上の配線層を得るには、こ
の上にSiO2などから成る第2の絶縁膜40を前記の方法あ
るいは高周波スパツタリング法などを用いて被着した
後、その上に形成される第2層配線60との接続に必要な
コンタクト部分50の絶縁膜を選択的に除去し、ついでア
ルミニウムなどの導体層を高周波スパツタリング法など
を用いて全面に被着し、周知の方法により所望の第2層
配線60パターンを得ていた。なお、第2層導体膜を被着
する前に通常はスパツタクリーニング処理を施し、コン
タクト部に露出した第1層配線30表面を清浄化してい
る。本処理は、第1層配線30表面にできた酸化膜層など
の不導体層を除去し、第1層配線30と第2層配線60との
電気的導通特性を改善するためのものである。
In a conventional semiconductor integrated circuit, particularly a wiring structure, an insulating film 20 such as SiO 2 is vapor-deposited on a silicon substrate 10 on which active elements (not shown) such as transistors are formed as shown in FIG. And the like, and then a portion (not shown) necessary for connection between the substrate 10 and the first-layer wiring body layer 30 formed on the first insulating film 20 thereon is formed by well-known photolithography and After removing with an etching technique, a conductor layer 30 of aluminum or the like is formed on the entire surface, and the unnecessary portion of the conductor film is removed with a photolithography and etching technique to obtain a desired first layer wiring 30 pattern. ing. Next, in order to obtain two or more wiring layers on the first wiring layer 30, the second insulating film 40 made of SiO 2 or the like is deposited on the first wiring layer 30 by using the above method or the high frequency sputtering method. After that, the insulating film of the contact portion 50 necessary for connection with the second layer wiring 60 formed thereon is selectively removed, and then a conductor layer of aluminum or the like is coated on the entire surface by using a high frequency sputtering method or the like. Then, the desired second layer wiring 60 pattern was obtained by a known method. Before depositing the second-layer conductor film, a sputter cleaning process is usually performed to clean the surface of the first-layer wiring 30 exposed at the contact portion. This treatment is for removing the non-conductive layer such as an oxide film layer formed on the surface of the first layer wiring 30 and improving the electrical conduction characteristics between the first layer wiring 30 and the second layer wiring 60. .

また、従来の配線構造体の製造方法が極度に微細な配
線の形成を可能とする方法には、特開昭61−141140号に
記載の公知例がある。本方法は、基板上に所定の寸法に
加工したレジストを設け、全面に導体層を付着した後、
レジスト膜側壁部以外の導体層を除去し、さらにレジス
ト膜も除去し所望の設定間隔の配線を得るものである。
Further, as a conventional method for producing a wiring structure that enables the formation of extremely fine wiring, there is a known example described in JP-A-61-141140. In this method, a resist processed into a predetermined size is provided on a substrate, and after a conductor layer is attached to the entire surface,
The conductor layer other than the side wall of the resist film is removed, and the resist film is also removed to obtain wiring with a desired spacing.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

上記従来技術では、サブミクロン領域あるいはそれよ
り更に微細な配線パターンを作成しようとすると、次の
ような問題が発生する欠点がある。つまり、第1層配線
幅が前述のように狭くなると、配線と下地絶縁膜との接
着面が小さくなり、その接着力が低下するため、配線パ
ターンがはがれたり、たおれたりする。前述した特開昭
61−141140の公知例で示される配線の形成方法は、レジ
ストの側壁に配線を形成するものであり、微細パターン
の形成を可能とするものであるが、レジストを除去した
後で配線がはがれたり、たおれたりすることの問題に対
しては考慮されていない。本問題は配線の高さが高くな
る程(アスペスト比が大きくなる程)顕著なものとな
る。従つて前述の方法では配線幅は狭くできても厚さを
増すことが困難であつて、配線の抵抗は著く増加してし
まう。また配線材料膜の被着は、レジスト耐熱性範囲内
の基板温度の下で行なわれねばならず、膜質の接着性の
点でも不利である。
The above-mentioned conventional technique has a drawback that the following problems occur when an attempt is made to form a wiring pattern in a submicron region or finer than that. That is, when the width of the first-layer wiring is narrowed as described above, the adhesive surface between the wiring and the base insulating film is reduced, and the adhesive force is reduced, so that the wiring pattern is peeled off or falls. As mentioned above
The wiring forming method shown in the publicly known example of 61-141140 is to form wiring on the side wall of the resist and enables formation of a fine pattern, but the wiring may be peeled off after removing the resist. , No consideration is given to the problem of flapping. This problem becomes more remarkable as the height of the wiring becomes higher (the asperth ratio becomes larger). Therefore, in the above-mentioned method, it is difficult to increase the thickness even though the width of the wiring can be narrowed, and the resistance of the wiring is significantly increased. Also, the deposition of the wiring material film must be performed at a substrate temperature within the resist heat resistance range, which is also disadvantageous in terms of film quality adhesiveness.

また、前述の従来技術では、層間絶縁膜にコンタクト
孔形成のためのリソグラフイ工程でマスク位置合わせず
れが生じた場合、コンタクト孔は第1層配線パターン上
からずれて形成される。スパツタクリーニング法では通
常コンタクト孔内に露出した第1層配線の上表面のみが
クリーニングされるだけであるから、この場合には所望
の面積より必ず小さなコンタクト領域しか得られず、コ
ンタクト抵抗が増大することになる。本問題を回避する
ために、従来では第1層配線とコンタクト孔の合わせ余
裕を充分見込んだマスク設計が行なわれてきた。しかし
ながら、この合わせ余裕を増やす方法は、配線ピツチ縮
少の妨げとなり集積回路の集積度向上の大きな問題とな
つている。特に本発明の様に幅が狭く厚い配線では、上
層配線との接続部面積の著しく小さくなり、不利とな
る。
Further, in the above-described conventional technique, when the mask alignment deviation occurs in the interlayer insulating film in the lithographic process for forming the contact hole, the contact hole is formed off the first layer wiring pattern. In the sputtering cleaning method, usually only the upper surface of the first layer wiring exposed in the contact hole is cleaned. In this case, therefore, only a contact area smaller than a desired area can be obtained, and the contact resistance increases. Will be done. In order to avoid this problem, conventionally, a mask has been designed with a sufficient alignment margin between the first layer wiring and the contact hole. However, this method of increasing the alignment margin hinders the reduction of the wiring pitch and poses a serious problem in improving the degree of integration of the integrated circuit. Particularly, in the case of the narrow and thick wiring as in the present invention, the area of the connecting portion with the upper layer wiring becomes extremely small, which is disadvantageous.

本発明の目的は、アスペクト比の大きな配線との接続
部におけるコンタクト抵抗が小さく、かつ配線ピッチに
小さな高集積の半導体装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a highly integrated semiconductor device having a small contact resistance at a connection portion with a wiring having a large aspect ratio and a small wiring pitch.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的は、素子が形成された半導体基体と、該半導
体基体上に形成された第1の絶縁膜と、該第1の絶縁膜
上に形成され、所定の形状を有する第2の絶縁膜と、該
第2の絶縁膜の側壁に形成され、かつ幅よりも高さの高
い第1層配線と、該第1層配線を有する該半導体基体上
に形成され、該第1層配線の上表面の露出の幅よりも側
壁面での露出の深さが大きくなるように該第1層配線の
上表面の一部及び一側壁面が露出される開口部を有する
第3の絶縁膜と、該開口部内で露出した該第1層配線の
上表面及び側壁面で電気的に接続され、該第3の絶縁膜
上に延伸して設けられた第2配線とを有する半導体装置
により達成される。
The above-mentioned object is to provide a semiconductor substrate on which an element is formed, a first insulating film formed on the semiconductor substrate, and a second insulating film formed on the first insulating film and having a predetermined shape. An upper surface of the first layer wiring, which is formed on a sidewall of the second insulating film and is formed on the semiconductor substrate having the first layer wiring having a height higher than the width and the first layer wiring. A third insulating film having an opening for exposing a part of the upper surface of the first-layer wiring and one sidewall surface so that the depth of exposure on the sidewall surface is larger than the width of exposure of This is achieved by a semiconductor device having a second wiring, which is electrically connected to the upper surface and the side wall surface of the first layer wiring exposed in the opening and is extended on the third insulating film.

なお、アスペクト比の大きな微細配線パターンの形成
は、段差を有する下地絶縁膜上に形成した導体層のう
ち、下地段差側壁部に被着した部分を配線パターンとし
て利用することにより達成される。また、本技術を採用
すれば配線パターンを基板の主平面方向とは異なる方
向、つまり配線の側壁方向に2種以上の導体材料を組み
合わせて配置することが可能となる。そこで本技術を用
いて下層配線の側壁にガスプラズマ中もしくは反応性ガ
ス中のガスエツチ等で選択的エツチングが可能な材料を
あらかじめ被着した構造を実現すれば、上層配線をコン
タクト孔上に被着する前に下層配線の露出面である上表
面および側壁面をガスプラズマによりクリーニング処理
することが可能となり、良好な導通特性を有するコンタ
クトが実現される。
The formation of a fine wiring pattern having a large aspect ratio is achieved by using, as a wiring pattern, a portion of the conductor layer formed on the underlying insulating film having a step, which is attached to the sidewall of the underlying step. Further, if the present technology is adopted, it is possible to arrange the wiring pattern by combining two or more kinds of conductor materials in a direction different from the main plane direction of the substrate, that is, in the side wall direction of the wiring. Therefore, by using this technology to realize a structure in which a material that can be selectively etched by gas etching in a gas plasma or a reactive gas is pre-deposited on the side wall of the lower layer wiring, the upper layer wiring is deposited on the contact hole. It is possible to clean the exposed upper surface and the side wall surface of the lower wiring with gas plasma before the contact, and a contact having good conduction characteristics is realized.

〔作用〕[Action]

上記構成とすることにより、多層配線構造体の層間接
続部において、第1層配線の上表面及び側壁面と第2層
配線とで良好な導通特性を有したコンタクトを得ること
ができるので、コンタクト孔と第1層配線とのずれを許
容することができる。したがって、集積回路の設計配線
ピッチの縮小が可能となり、集積度を向上できる。
With the above-described structure, in the interlayer connection portion of the multilayer wiring structure, it is possible to obtain a contact having good conduction characteristics between the upper surface and side wall surface of the first layer wiring and the second layer wiring. A shift between the hole and the first layer wiring can be allowed. Therefore, the design wiring pitch of the integrated circuit can be reduced, and the degree of integration can be improved.

前述の手段のうち、下地段差側壁部に形成する配線と
下地絶縁膜とは主に配線の側壁領域で接着している構造
である。したがつて、本配線幅が微細になつても側壁部
分の接着性は劣化せず、配線がはがれたり、たおれたり
することはない。なお、配線の高さが高いほどつまり配
線のアスペスト比が大きいほど本作用は効果的に働く。
Among the above-mentioned means, the wiring formed on the side wall portion of the underlying step and the underlying insulating film are mainly bonded to each other in the sidewall area of the wiring. Therefore, even if the width of the main wiring is made fine, the adhesiveness of the side wall portion is not deteriorated, and the wiring is not peeled or dropped. It should be noted that the higher the wiring height, that is, the larger the wiring aspest ratio, the more effectively this action works.

また上記手段は、配線の側壁方向に2種以上の導体も
しくは化合物材料の組み合わせが達成できる。一方、ガ
スプラズマ中の中性ラジカルによるドライエチツングも
しくは反応性ガス雰囲気中でのガスエツチングでは、配
線パターンの側壁面のエツチングにも適している。した
がつて、前述の手段により、下地配線の側壁に構成する
材料を上記気相雰囲気中のエツチングで除去できるもの
を選択すれば、コンタクト孔内に露出した第1層配線の
上表面および側壁面をクリーニングすることが容易とな
る。
Further, the above means can achieve a combination of two or more kinds of conductors or compound materials in the direction of the side wall of the wiring. On the other hand, dry etching by neutral radicals in gas plasma or gas etching in a reactive gas atmosphere is also suitable for etching the side wall surface of a wiring pattern. Therefore, if a material that can remove the material forming the sidewall of the underlying wiring by etching in the vapor phase atmosphere is selected by the means described above, the upper surface and sidewall surface of the first layer wiring exposed in the contact hole can be selected. Will be easier to clean.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を参考例及び実施例により詳細に説明す
る。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Examples.

参考例 第1図(a)〜(d)は本発明に関連する配線構造体
および製造工程の一参考例を示す断面概略図である。第
1図(a)に示すようにトランジスタや抵抗などの素子
(図示せず)がつくり込まれているシリコン基板10上
に、電極引出し部分以外を被覆しかつ、所定の凹凸段差
を有する二酸化シリコン膜20を形成し、ついでアルミニ
ウムから成る第1層導体層30を全面に被着する。ここで
前述の二酸化シリコン膜は、800℃の温度でN2O,N2+SiH
4(4%)を反応ガスとするCVD法で堆積した膜である。
段差の形成は周知のホトリゾグラフイ技術およびCF4
エツチングガスとするドライエツチング法により行い溝
の深さは約2μmとした。また、アルミニウム膜は、ト
リイソブチルアルミニウム(TIBAL)を原料としたLPCVD
法で形成した。TIBALの流量は50SCCM、基板温度は250℃
で、圧力は0.5Torrである。10分間の堆積で約1μmのA
l膜を形成した。なお、Al膜を被着させる前の処理とし
て、本シリコン基板を基板温度250℃、圧力0.2TorrのTi
Cl4雰囲気に約1分間さらした。
Reference Example FIGS. 1A to 1D are schematic sectional views showing one reference example of a wiring structure and a manufacturing process related to the present invention. As shown in FIG. 1A, on a silicon substrate 10 in which elements (not shown) such as transistors and resistors are formed, silicon dioxide which covers a portion other than the electrode lead-out portion and has a predetermined uneven step. A film 20 is formed, and then a first conductor layer 30 made of aluminum is applied to the entire surface. Here, the above-mentioned silicon dioxide film is N 2 O, N 2 + SiH at a temperature of 800 ° C.
It is a film deposited by the CVD method using 4 (4%) as a reaction gas.
The steps were formed by the well-known photolithography technique and the dry etching method using CF 4 as an etching gas, and the groove depth was set to about 2 μm. The aluminum film is LPCVD using triisobutylaluminum (TIBAL) as a raw material.
Formed by the method. TIBAL flow rate is 50 SCCM, substrate temperature is 250 ℃
And the pressure is 0.5 Torr. A of about 1 μm after 10 minutes of deposition
l formed a film. In addition, as a treatment before depositing the Al film, the present silicon substrate was treated with Ti at a substrate temperature of 250 ° C. and a pressure of 0.2 Torr.
Exposed to Cl 4 atmosphere for about 1 minute.

次に同図(b)に示すように下地絶縁膜の段差側壁部
のAl膜だけが残るような条件で加工を行ない、第1層配
線30を形成した。本加工は、異方性ドライエツチングに
よりものであり、BCl3に30%のCCl4を混合したものをエ
ツチングガスとして圧力0.1Torrの条件で行つた。
Next, as shown in FIG. 3B, the first layer wiring 30 was formed by processing under the condition that only the Al film on the step side wall of the underlying insulating film remained. This processing was performed by anisotropic dry etching, and a mixture of BCl 3 and 30% CCl 4 was used as an etching gas at a pressure of 0.1 Torr.

次に同図(c)に示すように、ポリイミド樹脂から成
る層間絶縁膜40を約3μmの厚さに形成し、次いで導体
層間の接続部となる所定の部分をエツチングによつて除
去して、ポリイミド樹脂にコンタクト孔50を設けた。本
実施例で採用したポリイミド樹脂は市販の樹脂で、PIQ
(日立化成(株)製)である。なお、ポリイミド樹脂形
成前にポリイミド樹脂と下地との接着性を改善させるこ
とを目的として、Alキレート溶液を基板に回転塗布し、
その後加熱処理を行いAlキレート化合物の被膜を形成し
た。その後、前記のポリイミドを回転塗布法によつて基
板上の塗布し、加熱処理を行い溶剤を揮発させ樹脂を重
合,硬化させた。また、ポリイミド樹脂のコンタクト孔
の形成の周知のホトリゾグラフイ技術およびO2ガスを用
いたプラズマエツチ技術により行つた。次に第1図
(d)に示すように、第二層配線60を形成した。本配線
は周知スパツタ法により堆積し、また周知ホトリソグラ
フイ、エツチング技術を用いて加工したものである。な
お、本参考例では下層配線表面の清浄化処理しては周知
のスパツタクリーニング処理を用いている。
Next, as shown in FIG. 3C, an interlayer insulating film 40 made of polyimide resin is formed to a thickness of about 3 μm, and then a predetermined portion to be a connecting portion between conductor layers is removed by etching. A contact hole 50 is provided in the polyimide resin. The polyimide resin used in this example is a commercially available resin, PIQ
(Manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.). Incidentally, for the purpose of improving the adhesiveness between the polyimide resin and the base before forming the polyimide resin, the Al chelate solution is spin-coated on the substrate,
Then, heat treatment was performed to form a film of an Al chelate compound. Then, the above-mentioned polyimide was applied on the substrate by a spin coating method, and heat treatment was performed to evaporate the solvent and polymerize and cure the resin. Further, the well-known photolithography technique for forming the contact hole of the polyimide resin and the plasma etching technique using O 2 gas were used. Next, as shown in FIG. 1D, the second layer wiring 60 was formed. This wiring is deposited by the well-known sputtering method and processed by well-known photolithography and etching technology. In this reference example, a well-known sputter cleaning process is used for cleaning the lower wiring surface.

本参考例では、第1層配線30の底面および側壁面が常
時下地絶縁膜20と接着しており、第1層配線と下地との
接着力は充分な強度を有する。したがつて製造途中で第
1層配線がはがれたり、たおれたりする問題はなくな
る。また、本参考例では、幅約1μm,高さ約2μmの第
1層配線を実現したが、更にアスペクト比の大きい配線
の形成に際してもその効果は同様に得られた。
In the present reference example, the bottom surface and the side wall surface of the first layer wiring 30 are always bonded to the underlying insulating film 20, and the adhesive force between the first layer wiring and the underlying layer has sufficient strength. Therefore, there is no problem that the first layer wiring is peeled off or dropped during manufacturing. Further, in this reference example, the first layer wiring having a width of about 1 μm and a height of about 2 μm was realized, but the same effect was obtained when the wiring having a larger aspect ratio was formed.

なお、本参考例は2層配線構造の例であるが、それ以
上の多層配線構造の場合にも、任意の下層配線および上
層配線に本発明を適用できることは言までもない。
Note that this reference example is an example of a two-layer wiring structure, but it is needless to say that the present invention can be applied to arbitrary lower layer wiring and upper layer wiring even in the case of a multilayer wiring structure having more layers.

実施例 第2図(a)〜(d)は本発明の配線構造体および製
造工程の一実施例を示す断面概略図である。本実施例は
導体層間を接続するコンタクト孔が第1層配線上からず
れている点が先の参考例と大きく異なる。また、下地絶
縁膜材料、第1層配線の構造および第2層配線の形成
法、とくに被着させる前のクリーニング処理が異なる。
その他の構造、製造工程は参考例の場合と同様である。
Example FIGS. 2A to 2D are schematic sectional views showing an example of the wiring structure and the manufacturing process of the present invention. The present embodiment is greatly different from the previous reference example in that the contact hole connecting the conductor layers is displaced from the first layer wiring. Further, the material of the base insulating film, the structure of the first layer wiring and the method of forming the second layer wiring, especially the cleaning process before deposition are different.
Other structures and manufacturing processes are similar to those of the reference example.

まず第2図(a)に示すようにシリコン基板10上に、
厚さ約1μの二酸化シリコン膜21および所定の凹凸段差
を有するポリイミド樹脂膜22を形成する。これらの膜は
前記実施例1で示した形成法と同様であり二酸化シリコ
ン膜はCVD法で、ポリイミド膜は回転塗布法でそれぞれ
作成した。ポリイミド膜の加工も前記参考例の場合と同
じくO2プラズマにより行い、溝幅の形状をそれぞれ2μ
mとした。ついでシリコン31,アルニウム32,シリコン33
の三層構造から成る第1層導体層を全面に被着する。シ
リコン膜31,33はプラズマCVD法でそれぞれ200nmずつ形
成した。このときの堆積には、SiH430SCCMとH21SCCMの
混合ガスを圧力0.3Torrに保ち、基板温度350℃、周波類
13.56MHz,0.2W/cm2の高周波電力によりプラズマ放電を
発生させて行つた。アルミニウム膜32の形成は参考例の
場合と同様にTIBALを主原料とするLPCVD法によつて約0.
6μm堆積した。
First, as shown in FIG. 2 (a), on the silicon substrate 10,
A silicon dioxide film 21 having a thickness of about 1 μm and a polyimide resin film 22 having a predetermined unevenness are formed. These films were formed by the same method as in the first embodiment, the silicon dioxide film was formed by the CVD method, and the polyimide film was formed by the spin coating method. The processing of the polyimide film is also performed by O 2 plasma as in the case of the above-mentioned reference example, and the shape of the groove width is 2 μm.
m. Next is Silicon 31, Alnium 32, Silicon 33
The first conductor layer having a three-layer structure is deposited on the entire surface. The silicon films 31 and 33 were each formed to 200 nm by the plasma CVD method. At this time, for deposition, a mixed gas of SiH 4 30 SCCM and H 2 1 SCCM was kept at a pressure of 0.3 Torr, a substrate temperature of 350 ° C., and a frequency
Plasma discharge was generated by high frequency power of 13.56MHz, 0.2W / cm 2 . The aluminum film 32 was formed by the LPCVD method using TIBAL as a main raw material in the same manner as in the case of the reference example.
6 μm was deposited.

次に、同図(b)に示すように三層導電層の段差側壁
部だけが残るような条件で加工を行ない、第1層配線3
1,32,33を形成した。次に同図(c)に示すように、参
考例と同じくポリイミド樹脂から成る層間絶縁膜40を約
3μmの厚さに形成し、次いで導体層間の接続部となる
所定のコンタクト孔50を設けた。
Next, as shown in FIG. 4B, the processing is performed under the condition that only the step side walls of the three-layer conductive layer remain, and the first layer wiring 3
1,32,33 were formed. Next, as shown in FIG. 6C, an interlayer insulating film 40 made of polyimide resin was formed to a thickness of about 3 μm as in the reference example, and then a predetermined contact hole 50 to be a connection portion between conductor layers was provided. .

本実施例では、コンタクト孔が第1層配線パターン上
からずれており、コンタクト孔内には、第1層Al配線の
上表面の一部および側壁面の一部が露出している。か
つ、第2図(d)に示されているように、露出した側壁
面の深さは露出した上表面の幅よりも大きい。
In this embodiment, the contact hole is displaced from the first layer wiring pattern, and a part of the upper surface and a part of the side wall surface of the first layer Al wiring are exposed in the contact hole. Moreover, as shown in FIG. 2 (d), the depth of the exposed side wall surface is larger than the width of the exposed upper surface.

次に第2図(d)に示すように、第2層配線60を形成
した。以下にその詳細を述べる。同図(c)に示したよ
うなコンタクト孔を開孔した後の基板をプラズマ発生機
構を有するスパツタ装置内に設置する。まずSF6ガスを
導入して圧力を0.1Torrとした後、基板に周波数13.56MH
z、0.4W/cm2の高周波電力を印加してコンタクト孔50内
の第1層Al配線32側壁部のシリコン膜31をエツチング除
去した。しかる後、真空容器内をいつたん排気し、Arガ
スを導入して、必要に応じて上記SF6ガスの場合と同様
のクリーニングを施した後に、通常のスパツタ法により
Al膜約1μmを堆積した。その後、通常のホトリソグラ
フイ技術、ドライエツチング法を用いてAl膜をパターニ
ングし、第2層配線60を形成した。
Next, as shown in FIG. 2D, a second layer wiring 60 was formed. The details will be described below. The substrate after opening the contact holes as shown in FIG. 7C is placed in a sputtering device having a plasma generating mechanism. First, SF 6 gas was introduced to adjust the pressure to 0.1 Torr, and then the frequency of 13.56 MH was applied to the substrate.
A high frequency power of 0.4 W / cm 2 was applied to etch and remove the silicon film 31 on the side wall of the first-layer Al wiring 32 in the contact hole 50. Then, immediately evacuate the inside of the vacuum container, introduce Ar gas, and if necessary, perform the same cleaning as in the case of SF 6 gas above, and then use the normal sputter method.
An Al film of about 1 μm was deposited. After that, the Al film was patterned by using a normal photolithography technique and a dry etching method to form the second layer wiring 60.

本実施例によれば、コンタクト孔が第1層配線上から
ずれて形成された場合でもコンタクト孔内に露出した第
1層配線の上表面および側壁面と第2層配線との接触面
が極めて良好な導通特性を示し、コンタクト抵抗低減比
の効果がある。
According to the present embodiment, even when the contact hole is formed off the first layer wiring, the contact surface between the second layer wiring and the upper surface and side wall surface of the first layer wiring exposed in the contact hole is extremely small. It shows good conduction characteristics and has the effect of the contact resistance reduction ratio.

なお、本実施例では、第1層配線の側壁材料としてシ
リコンを用いたが、他にモリブデンやタングステンなど
のようにガスプラズマ中の中性ラジカルでエツチング除
去が可能な材料であれば他の材料でも同様の効果を示
す。また、下層配線に形成する側壁材料は、導電材料に
限ることはなく酸素を含まないもの、つまり配線材料の
表面を酸化させない材料であれば本実施例と同様の効果
がある。なお、プラズマCVD法で形成したSiN膜を側壁材
料としたときも良好な結果を得た。
In this embodiment, silicon is used as the sidewall material of the first layer wiring, but other materials such as molybdenum and tungsten that can be removed by etching with neutral radicals in gas plasma are also used. However, the same effect is shown. Further, the side wall material formed on the lower layer wiring is not limited to a conductive material, and if it does not contain oxygen, that is, if it is a material that does not oxidize the surface of the wiring material, it has the same effect as this embodiment. Good results were obtained when the SiN film formed by the plasma CVD method was used as the sidewall material.

また、本実施例ではコンタクト孔50内に露出した第1
層配線表面のシリコン膜31を全てエツチングにより除去
したが、本シリコン層の全てを除去することは必ずしも
必要ではなく、後に熱処理工程を施せば表面の一部を取
り除くだけのエツチング量でも良い。
Further, in this embodiment, the first exposed portion in the contact hole 50
Although all the silicon film 31 on the surface of the layer wiring is removed by etching, it is not always necessary to remove all of the present silicon layer, and an etching amount may be sufficient to remove a part of the surface by performing a heat treatment step later.

また、本実施例では下層配線の表面清浄化処理として
SF6ガスのプラズマエツチグ法でシリコンを除去したが
フツ素を含むガスを紫外線照射しながらエツチングする
方法でも同様の効果を得た。
In addition, in this embodiment, as the surface cleaning treatment of the lower wiring,
Silicon was removed by the plasma etching method of SF 6 gas, but the same effect was obtained by the method of etching while irradiating the gas containing fluorine with ultraviolet rays.

さらに、シリコンのエツチングとして水素プラズマに
よる方法でも有効であつた。
Furthermore, a method using hydrogen plasma was also effective for etching silicon.

また更に、本実施例では第1層配線の両側壁にシリコ
ン層を付着させた構造を採用した。しかしながら第1層
配線の片側壁内のみにシリコン層を設けた場合でもコン
タクト孔のレイアウト設計の余裕度に多少の制限が加え
られるが、同様の効果が得られる。なお、本実施例では
二層配線構造を例としたが、それ以上の多層配線構造を
作成する場合にも、任意の下層配線および上層配線に本
発明を適用できることは言うまでもない。
Furthermore, in this embodiment, a structure in which silicon layers are attached to both side walls of the first layer wiring is adopted. However, even when the silicon layer is provided only on one side wall of the first layer wiring, the margin of the layout design of the contact hole is somewhat limited, but the same effect can be obtained. In this embodiment, the two-layer wiring structure is taken as an example, but it is needless to say that the present invention can be applied to arbitrary lower layer wiring and upper layer wiring even when a multilayer wiring structure having more layers is formed.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、配線を形成する際に配線がたおれた
り、はがれたりすることなく、微細な配線およびアスペ
クト比が大きな配線を安定に提供することができる。ま
た、多層配線構造体で層間接続部では、上層配線と下層
配線の上表面および側壁面とで良好な導通特性を有した
コンタクトを得ることができるので、コンタクト孔と下
層配線とのずれを許容することができる。したがつて、
本発明は集積回路の設計配線ピツチの縮少を可能とし、
集積度の向上に効果がある。
According to the present invention, it is possible to stably provide a fine wiring and a wiring having a large aspect ratio without the wiring being dented or peeled off when the wiring is formed. Further, in the interlayer connection portion of the multilayer wiring structure, it is possible to obtain a contact having good conduction characteristics between the upper surface of the upper layer wiring and the lower layer wiring and the side wall surface. can do. Therefore,
The present invention enables reduction of design wiring pitch of an integrated circuit,
Effective in improving the degree of integration.

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

第1図は本発明に関連する半導体装置の製造工程の参考
例を示す断面概略図、第2図は本発明の半導体装置の製
造工程の一実施例を示す断面概略図、第3図は従来の配
線構造体の断面概略図である。 10……シリコン基板、20,21,22……下地絶縁膜、30,31,
32,33……第1層配線、40……層間絶縁膜、50……コン
タクト孔、60……第二層配線。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a reference example of a manufacturing process of a semiconductor device related to the present invention, FIG. 2 is a schematic sectional view showing an embodiment of a manufacturing process of a semiconductor device of the present invention, and FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the wiring structure of FIG. 10 …… Silicon substrate, 20,21,22 …… Base insulating film, 30,31,
32,33 …… First layer wiring, 40 …… Interlayer insulating film, 50 …… Contact hole, 60 …… Second layer wiring.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 英一 国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式 会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 本間 喜夫 国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式 会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−52849(JP,A) 特開 昭63−147347(JP,A) 特開 昭61−141140(JP,A) 特開 昭57−106051(JP,A) 特開 昭58−147133(JP,A) 特開 昭61−96734(JP,A) 特開 昭62−205647(JP,A) 特開 昭63−86451(JP,A) 特開 昭57−139940(JP,A) 特開 昭61−172327(JP,A) 特開 昭63−133551(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Eiichi Murakami 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji City, Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Yoshio Honma 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji City, Central Research Laboratory, Hitachi Ltd. (56) References JP 58-52849 (JP, A) JP 63-147347 (JP, A) JP 61-141140 (JP, A) JP 57-106051 (JP, A) JP-A-58-147133 (JP, A) JP-A-61-96734 (JP, A) JP-A-62-205647 (JP, A) JP-A-63-86451 (JP, A) JP-A-57-139940 ( JP, A) JP 61-172327 (JP, A) JP 63-133551 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】素子が形成された半導体基体と、 該半導体基体上に形成された第1の絶縁膜と、 該第1の絶縁膜上に形成され、所定の形状を有する第2
の絶縁膜と、 該第2の絶縁膜の側壁に形成され、かつ幅よりも高さの
高い第1層配線と、 該第1層配線を有する該半導体基体上に形成され、該第
1層配線の上表面の露出の幅よりも側壁面での露出の深
さが大きくなるように該第1層配線の上表面の一部及び
一側壁面が露出される開口部を有する第3の絶縁膜と、 該開口部内で露出した該第1層配線の上表面及び側壁面
で電気的に接続され、該第3の絶縁膜上に延伸して設け
られた第2層配線とを有することを特徴とする半導体装
置。
1. A semiconductor base on which an element is formed, a first insulating film formed on the semiconductor base, and a second insulating film formed on the first insulating film and having a predetermined shape.
A first layer wiring formed on the side wall of the second insulating film and having a height higher than the width, and the first layer wiring formed on the semiconductor substrate having the first layer wiring. A third insulation having an opening through which a part of the upper surface of the first layer wiring and one side wall surface are exposed so that the depth of the exposure on the side wall surface is larger than the width of the upper surface of the wiring. And a second layer wiring electrically connected to the upper surface and side wall surface of the first layer wiring exposed in the opening and extending on the third insulating film. Characteristic semiconductor device.
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