JP2685488B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP2685488B2 JP63098121A JP9812188A JP2685488B2 JP 2685488 B2 JP2685488 B2 JP 2685488B2 JP 63098121 A JP63098121 A JP 63098121A JP 9812188 A JP9812188 A JP 9812188A JP 2685488 B2 JP2685488 B2 JP 2685488B2
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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、半導体装置の製造技術に関し、特に多層配
線間の接続を行うコンタクトホールの加工技術に適用し
て有効な技術に関するものである。
The present invention relates to a semiconductor device manufacturing technique, and more particularly to a technique effective when applied to a contact hole processing technique for connecting multi-layer wirings.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

半導体装置の高集積化に伴って配線が微細化されるよ
うになると、上層の配線と下層の配線、あるいは配線と
半導体基板とを接続するためのコンタクトホールのアス
ペクト比(コンタクトホールの深さ/コンタクトホール
の径)が増大し、コンタクトホール内に被着されるAlな
どの導電膜のステップカバレージが低下することから、
配線の接続信頼性が低下するようになる。
As the wiring becomes finer with higher integration of semiconductor devices, the aspect ratio of the contact hole for connecting the upper wiring and the lower wiring or the wiring and the semiconductor substrate (contact hole depth / Since the diameter of the contact hole) increases and the step coverage of the conductive film such as Al deposited in the contact hole decreases,
The connection reliability of the wiring is reduced.

そこで、その対策として、コンタクトホールの断面形
状を階段状あるいはテーパ状とすることによって導電膜
のステップカバレージを向上させる技術が実用化される
ようになった。
Therefore, as a countermeasure, a technique for improving the step coverage of the conductive film by making the cross-sectional shape of the contact hole stepwise or tapered has been put into practical use.

コンタクトホールの断面形状を階段状に形成する技術
としては、例えば特開昭60−140720号公報記載の発明が
あり、下層配線の長手方向に沿ったコンタクトホール壁
面に階段状の段差部を形成することによって導電膜のス
テップカバレージ向上を図っている。
As a technique for forming a stepwise cross-sectional shape of the contact hole, there is, for example, the invention described in JP-A-60-140720, in which a stepwise step portion is formed on the wall surface of the contact hole along the longitudinal direction of the lower layer wiring. This improves the step coverage of the conductive film.

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

しかし、本発明者の検討によれば、上記した従来技術
は、半導体装置の高集積化とともにコンタクトホール間
のピッチが狭くなるにつれ、充分な接続信頼性が得られ
なくなる、という欠点を有している。
However, according to the study by the present inventor, the above-described conventional technique has a drawback that sufficient connection reliability cannot be obtained as the pitch between the contact holes becomes narrower as the semiconductor device becomes highly integrated. There is.

すなわち、コンタクトホール間のピッチが狭くなるに
つれ、コンタクトホール間を隔てる絶縁膜の肉厚が薄く
なり、特に階段状ないしはテーパ状の断面形状を有する
コンタクトホールでは、その上縁部の絶縁膜の肉厚が極
めて薄くなってしまうため、僅かな応力が加わっただけ
で絶縁膜に欠けや変形が生じてしまうことになる。
That is, as the pitch between the contact holes becomes narrower, the thickness of the insulating film that separates the contact holes becomes thinner. Particularly, in the case of a contact hole having a stepwise or tapered cross-sectional shape, the thickness of the insulating film at the upper edge of the contact hole is reduced. Since the thickness becomes extremely thin, even if a slight stress is applied, the insulating film may be chipped or deformed.

コンタクトホール間を隔てている絶縁膜の一部にこの
ような欠けや変形が生ずると、コンタクトホール間でシ
ョートが発生したり、あるいは欠けは断片が異物となっ
て導電膜中に混入して導通不良を引き起こすなど、配線
の接続信頼性が著しく低下してしまうことになる。
If such a crack or deformation occurs in a part of the insulating film that separates the contact holes, a short circuit occurs between the contact holes, or a fragment of the crack becomes a foreign substance and mixes into the conductive film to conduct electricity. The connection reliability of the wiring will be significantly reduced, such as causing defects.

本発明は、上記した問題点に着目してなされたもので
あり、その目的は、コンタクトホールを介して接続され
る配線の信頼性を向上させることのできる技術を提供す
ることにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a technique capable of improving the reliability of wirings connected via contact holes.

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴とは、
本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろ
う。
The above and other objects and novel features of the present invention are:
It will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本願において開示される発明のうち代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、次の通りである。
The outline of a representative invention among the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

すなわち、本発明は、半導体基板の主面に設けられた
酸化膜上の第1領域に互いに近接した複数の配線と、そ
れら配線から離れた前記酸化膜上の第2領域に孤立の他
の配線とをそれぞれ形成する工程と、前記配線形成工程
に引き続き、前記第1、第2領域上に層間絶縁膜を被着
する工程と、前記層間絶縁膜に対して異方性エッチング
により、前記複数の配線のそれぞれの一部が露出するコ
ンタクトホールを互いに近接して形成し、かつ前記孤立
の他の配線の一部が露出するコンタクトホールを形成す
る工程と、異方性エッチングにより、前記第1領域にお
ける複数のコンタクトホールが形成されている前記層間
絶縁膜の膜厚を薄くし、かつ前記第2領域における層間
絶縁膜のコンタクトホールを階段状とする工程と、前記
層間絶縁膜の膜厚が薄くされた前記第1領域における複
数のコンタクトホールを介して前記複数の配線に対して
それぞれ上層の配線を接続し、前記第2領域における層
間絶縁膜の階段状のコンタクトホールを介して前記他の
配線に対して他の上層の配線を接続する工程とから成る
ことを特徴とするものである。
That is, according to the present invention, a plurality of wirings close to each other in a first region on an oxide film provided on a main surface of a semiconductor substrate and other wirings isolated in a second region on the oxide film away from the wirings. And a wiring forming step, subsequent to the wiring forming step, a step of depositing an interlayer insulating film on the first and second regions, and a step of anisotropically etching the interlayer insulating film. Forming a contact hole exposing a part of each of the wirings close to each other and forming a contact hole exposing a part of the other isolated wiring; and anisotropically etching the first region. In the step of reducing the thickness of the interlayer insulating film in which the plurality of contact holes are formed, and forming the contact holes of the interlayer insulating film in the second region in a stepwise shape; The upper wirings are connected to the plurality of wirings through the contact holes in the first region, and the other wirings are connected through the stepped contact holes of the interlayer insulating film in the second region. And a step of connecting another upper layer wiring to the wiring.

〔作用〕[Action]

上記した手段によれば、ピッチが狭いコンタクトホー
ル間を隔てる絶縁膜の欠けや変形を防止することができ
る。
According to the above-mentioned means, it is possible to prevent chipping or deformation of the insulating film that separates the contact holes having a narrow pitch.

また、コンタクトホールのアスペクト比が減少するこ
とから、コンタクトホール内に被着される導電膜のステ
ップカバレージが向上する。
Further, since the aspect ratio of the contact hole is reduced, the step coverage of the conductive film deposited in the contact hole is improved.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は、本発明の一実施例である半導体装置を示す
半導体基板の要部断面図、第2図(a)〜(c)は、こ
の半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図
である。
FIG. 1 is a sectional view of an essential part of a semiconductor substrate showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (a) to 2 (c) are essential parts of the semiconductor substrate showing a method for manufacturing the semiconductor device. FIG.

本実施例は、シリコン単結晶からなる半導体基板(以
下、基板という)1の主面に所定の集積回路素子(図示
せず)を形成した半導体装置であり、上記集積回路素子
間を電気的に接続する第一層Al配線2a〜2eが酸化膜3の
表面にパターン形成されている。
The present embodiment is a semiconductor device in which a predetermined integrated circuit element (not shown) is formed on a main surface of a semiconductor substrate (hereinafter referred to as a substrate) 1 made of silicon single crystal, and the integrated circuit elements are electrically connected to each other. First layer Al wirings 2a to 2e to be connected are patterned on the surface of the oxide film 3.

第一層Al配線2a〜2eは、層間絶縁膜4によって被覆さ
れ、この層間絶縁膜4の表面にパターン形成された第二
層Al配線5a〜5eと上記第一層Al配線2a〜2eとがコンタク
トホール6a〜6eを介して接続されている。
The first layer Al wirings 2a to 2e are covered with the interlayer insulating film 4, and the second layer Al wirings 5a to 5e patterned on the surface of the interlayer insulating film 4 and the first layer Al wirings 2a to 2e are formed. It is connected through the contact holes 6a to 6e.

互いに極めて近接した間隔を置いて配設された第一層
Al配線2a〜2dの上方領域は、コンタクトホール密集領域
Cを形成し、層間絶縁膜4の膜厚(t1)が他の領域にお
ける層間絶縁膜4の膜厚(t2)よりも薄く加工されてい
る。
First layer placed in close proximity to each other
A region above the Al wirings 2a to 2d forms a contact hole dense region C, and the film thickness (t 1 ) of the interlayer insulating film 4 is processed thinner than the film thickness (t 2 ) of the interlayer insulating film 4 in other regions. Has been done.

そのため、コンタクトホール密集領域Cに形成された
コンタクトホール6a〜6dのアスペクト比は、他の領域に
形成されたコンタクトホール6eのアスペクト比よりも小
さく、第二層Al配線5a〜5dのステップカバレージが良好
となる。
Therefore, the aspect ratio of the contact holes 6a to 6d formed in the contact hole dense region C is smaller than the aspect ratio of the contact holes 6e formed in other regions, and the step coverage of the second layer Al wirings 5a to 5d is small. It will be good.

一方、他の領域の孤立したコンタクトホール6eは、そ
の断面が階段状をなすように形成され、これにより、Al
配線5eのステップカバレージの向上を図っている。
On the other hand, the isolated contact hole 6e in the other region is formed so that its cross section has a step shape.
The step coverage of the wiring 5e is improved.

次に、上記半導体装置の製造方法の一例を第2図
(a)〜(c)に従って説明する。
Next, an example of a method for manufacturing the above semiconductor device will be described with reference to FIGS.

まず、基板1を熱処理して表面に薄い酸化膜3を形成
し、常法に従って活性素子領域内に所定の集積回路素子
を形成した後、基板1の表面にAl膜を被着し、これをエ
ッチング加工して第一層Al配線2a〜2eを形成する(第2
図(a))。
First, the substrate 1 is heat-treated to form a thin oxide film 3 on the surface thereof, a predetermined integrated circuit device is formed in the active device region according to a conventional method, and then an Al film is deposited on the surface of the substrate 1. Etching is performed to form first layer Al wirings 2a to 2e (second
Figure (a).

次に、基板1の表面にリンケイ酸ガラス(PSG)やSi3
N4などからなる層間絶縁膜4から被着した後、その表面
にホトレジスト7aを被着し、これをマスクに用いて層間
絶縁膜4の異方性エッチングを行い、Al配線2a〜2eの上
方に垂直なコンタクトホール6a〜6eを形成する(第2図
(b))。
Next, on the surface of the substrate 1, phosphosilicate glass (PSG) or Si 3
After depositing from the inter-layer insulating film 4 made of N 4 etc., a photoresist 7a is deposited on the surface of the inter-layer insulating film 4, and the inter-layer insulating film 4 is anisotropically etched using the photoresist 7a as a mask. To form contact holes 6a to 6e perpendicular to (FIG. 2 (b)).

次い、上記ホトレジスト7aを除去した後、基板1の表
面に新たなホトレジスト7bを被着し、コンタクトホール
密集領域Cおよび孤立したコンタクトホール6eの上方が
開口されたマスクを作成し、このマスクを用いて層間絶
縁膜4の異方性エッチングを行い、コンタクトホール密
集領域Cの層間絶縁膜4を薄くするとともに、断面形状
が階段状をなすコンタクトホール6eを得る(第2図
(c))。
Next, after removing the photoresist 7a, a new photoresist 7b is deposited on the surface of the substrate 1 to form a mask in which the contact hole dense region C and the isolated contact hole 6e are opened, and this mask is used. The interlayer insulating film 4 is anisotropically etched by using it to thin the interlayer insulating film 4 in the contact hole dense region C, and the contact hole 6e having a stepwise sectional shape is obtained (FIG. 2 (c)).

最後に、ホトレジスト7bを除去した後、基板1の表面
に被着したAl膜のエッチングを行って第二層Al配線5a〜
5eを形成し、第1図に示す半導体装置構造を得る。
Finally, after removing the photoresist 7b, the Al film deposited on the surface of the substrate 1 is etched to form the second layer Al wirings 5a-
5e is formed to obtain the semiconductor device structure shown in FIG.

このように、本実施例によれば、次の効果を得ること
ができる。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.

(1).コンタクトホール密集領域Cの層間絶縁膜4の
膜厚を他の領域の層間絶縁膜4の膜厚よりも薄くしたの
で、コンタクトホール密集領域Cに形成されるコンタク
トホール6a〜6dのアスペクト比が小さくなり、第二層Al
配線5a〜5dのステップカバレージが向上する。
(1). Since the film thickness of the interlayer insulating film 4 in the contact hole dense region C is made smaller than the film thickness of the interlayer insulating film 4 in other regions, the aspect ratio of the contact holes 6a to 6d formed in the contact hole dense region C is small. Becomes the second layer Al
The step coverage of the wirings 5a to 5d is improved.

(2).上記(1)により、第二層Al配線5a〜5dの耐エ
レクトロマイグレーション性能が向上する。
(2). By the above (1), the electromigration resistance performance of the second layer Al wirings 5a to 5d is improved.

(3).上記(1)により、配線の微細化、ひいては、
半導体装置の高密度化、高集積化が促進される。
(3). By the above (1), miniaturization of wiring, and by extension,
Higher density and higher integration of semiconductor devices are promoted.

(4).コンタクトホール6a〜6dを互いに隔てる層間絶
縁膜4の欠けや変形を防止することができるので、第一
層Al配線2a〜2dと第二層Al配線5a〜5dとの接続信頼性が
向上する。
(4). Since it is possible to prevent the interlayer insulating film 4 separating the contact holes 6a to 6d from being chipped or deformed, the connection reliability between the first layer Al wirings 2a to 2d and the second layer Al wirings 5a to 5d is improved.

(5).層間絶縁膜4の膜厚(t2)を厚くすることがで
きるので、第一層および第二層Al配線の配線容量が低減
し、これにより、電気信号の伝播遅延が低減する。
(5). Since the film thickness (t 2 ) of the interlayer insulating film 4 can be increased, the wiring capacitance of the first-layer and second-layer Al wirings is reduced, which reduces the propagation delay of electric signals.

以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づ
き具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定さ
れるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変
更可能であることはいうまでもない。
As described above, the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the invention. Needless to say.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りであ
る。
The effect obtained by the representative one of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

すなわち、複数のコンタクトホールが密集した領域の
層間絶縁膜の膜厚を他の領域の層間絶縁膜の膜厚よりも
薄くすることにより、配線のステップカバレージが向上
するとともに、コンタクトホールを互いに隔てる絶縁膜
の欠けや変形を防止することができるので、配線の接続
信頼性を向上させることができる。
That is, by making the film thickness of the interlayer insulating film in the region where the plurality of contact holes are denser smaller than the film thickness of the interlayer insulating film in the other region, the step coverage of the wiring is improved, and the insulating property for separating the contact holes from each other is improved. Since it is possible to prevent the film from being chipped or deformed, it is possible to improve the connection reliability of the wiring.

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

第1図は本発明の一実施例である半導体装置のを示す半
導体基板の要部断面図、 第2図(a)〜(c)はこの半導体装置の製造方法を示
す半導体基板の要部断面図である。 1……半導体基板、2a〜2e……第一層Al配線、3……酸
化膜、4……層間絶縁膜、5a〜5e……第二層Al配線、6a
〜6e……コンタクトホール、7a,7b……ホトレジスト、
C……コンタクトホール密集領域。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an essential part of a semiconductor substrate showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. It is a figure. 1 ... Semiconductor substrate, 2a to 2e ... First layer Al wiring, 3 ... Oxide film, 4 ... Interlayer insulating film, 5a-5e ... Second layer Al wiring, 6a
~ 6e …… Contact hole, 7a, 7b …… Photoresist,
C: Contact hole dense area.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板の主面に設けられた酸化膜上の
第1領域に互いに近接した複数の配線と、それら配線か
ら離れた前記酸化膜上の第2領域に孤立の他の配線とを
それぞれ形成する工程と、前記配線形成工程に引き続
き、前記第1、第2領域上に層間絶縁膜を被着する工程
と、前記層間絶縁膜に対して異方性エッチングにより、
前記複数の配線のそれぞれの一部が露出するコンタクト
ホールを互いに近接して形成し、かつ前記孤立の他の配
線の一部が露出するコンタクトホールを形成する工程
と、異方性エッチングにより、前記第1領域における複
数のコンタクトホールが形成されている前記層間絶縁膜
の膜厚を薄くし、かつ前記第2領域における層間絶縁膜
のコンタクトホールを階段状とする工程と、前記層間絶
縁膜の膜厚が薄くされた前記第1領域における複数のコ
ンタクトホールを介して前記複数の配線に対してそれぞ
れ上層の配線を接続し、前記第2領域におけ層間絶縁膜
の階段状のコンタクトホールを介して前記他の配線に対
して他の上層の配線を接続する工程とから成ることを特
徴とする半導体装置の製造方法。
1. A plurality of wirings adjacent to each other in a first region on an oxide film provided on a main surface of a semiconductor substrate, and another wiring isolated in a second region on the oxide film away from the wirings. And a wiring forming step, followed by a step of depositing an interlayer insulating film on the first and second regions, and anisotropic etching of the interlayer insulating film.
Forming a contact hole in which a part of each of the plurality of wirings is exposed close to each other, and forming a contact hole in which a part of the other wiring is isolated, and by anisotropic etching, A step of reducing the film thickness of the interlayer insulating film in which a plurality of contact holes in the first region are formed and making the contact holes of the interlayer insulating film in the second region stepwise, and a film of the interlayer insulating film. Upper layer wirings are respectively connected to the plurality of wirings through the plurality of contact holes in the first region which are thinned, and through the stepwise contact holes of the interlayer insulating film in the second region. And a step of connecting another upper wiring to the other wiring.
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