JP2884849B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP2884849B2 JP3260206A JP26020691A JP2884849B2 JP 2884849 B2 JP2884849 B2 JP 2884849B2 JP 3260206 A JP3260206 A JP 3260206A JP 26020691 A JP26020691 A JP 26020691A JP 2884849 B2 JP2884849 B2 JP 2884849B2
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置及びその製
造方法にかかり、特に多層配線構造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 semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device having a multilayer wiring structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の多層配線構造は、図14
あるいは図15乃至図24に示すように形成される。
2. Description of the Related Art Conventionally, a multi-layer wiring structure of this kind has
Alternatively, it is formed as shown in FIGS.

【0003】すなわち図14において、シリコンからな
る半導体基板410上に形成された絶縁膜411上に
は、アルミニウム等からなる第1層配線412が形成さ
れており、又その上には、層間絶縁膜413を介して第
2層配線415が形成されている。層間絶縁膜413に
は第1層配線412と第2層配線415を電気的に接続
する層間接続孔414が設けられている。
That is, in FIG. 14, a first layer wiring 412 made of aluminum or the like is formed on an insulating film 411 formed on a semiconductor substrate 410 made of silicon, and an interlayer insulating film is formed thereon. A second layer wiring 415 is formed via 413. The interlayer insulating film 413 is provided with an interlayer connection hole 414 for electrically connecting the first layer wiring 412 and the second layer wiring 415.

【0004】次に図15〜図24に示す他の従来技術に
ついて説明する。
Next, another conventional technique shown in FIGS. 15 to 24 will be described.

【0005】本例は、メッキ技術を利用して層間接続孔
の代わりに層間接続用の柱(ピラー)を使用するもので
ある。
In this example, a pillar (pillar) for interlayer connection is used in place of the interlayer connection hole by using a plating technique.

【0006】まず、図15に示すように、シリコンから
なる半導体基板510上に形成された絶縁膜511上に
は、メッキ用の給電膜512としてチタン・タングステ
ン,金を順次積層している。給電膜としては、他にチタ
ン・白金・パラジウム・窒化チタン等の組み合わせでも
可能である。
First, as shown in FIG. 15, on a dielectric film 511 formed on a semiconductor substrate 510 made of silicon, titanium / tungsten and gold are sequentially laminated as a power supply film 512 for plating. As the power supply film, a combination of titanium, platinum, palladium, titanium nitride, and the like can be used.

【0007】次に、図16に示すように第1層配線を形
成するためのホトレジストパターン513を配線形成部
以外に形成する。
Next, as shown in FIG. 16, a photoresist pattern 513 for forming a first layer wiring is formed in a portion other than the wiring forming portion.

【0008】次に、図17に示すように金メッキを行な
い第1層の配線514を形成する。
Next, as shown in FIG. 17, gold plating is performed to form a first layer wiring 514.

【0009】次に、図18に示すようにホトレジストを
除去した後、層間接続用の柱(ピラー)を形成する部分
以外にホトレジストパターン515を形成する。
Next, as shown in FIG. 18, after removing the photoresist, a photoresist pattern 515 is formed in portions other than the portions where pillars (pillars) for interlayer connection are to be formed.

【0010】次に、図19に示すように金メッキを行な
い層間接続用の柱(ピラー)516を形成する。
Next, as shown in FIG. 19, gold plating is performed to form pillars 516 for interlayer connection.

【0011】次に図20に示すようにホトレジストを除
去する。
Next, as shown in FIG. 20, the photoresist is removed.

【0012】次に図21に示すように、第1層の配線5
14をマスクとして給電膜512をエッチング除去す
る。給電膜の除去法としては、王水等によるウェットエ
ッチやイオンミリング等によるドライエッチが知られて
いる。
[0012] Next, as shown in FIG.
Using the mask 14 as a mask, the power supply film 512 is removed by etching. As a method of removing the power supply film, wet etching using aqua regia and dry etching using ion milling or the like are known.

【0013】次に、図22に示すように、層間絶縁膜
形成しエッチバック等を施すことにより、層間接続用の
柱(ピラー)が層間絶縁膜の表面に出る様に形成する。
Next, as shown in FIG. 22, by forming an interlayer insulating film and performing etch-back or the like, pillars (pillars) for interlayer connection are formed so as to protrude from the surface of the interlayer insulating film .

【0014】次に、図23,図24に示すように、第1
層目と同様にして第2層の配線を形成する。多層配線の
場合は、上記を繰り返す。
Next, as shown in FIG. 23 and FIG.
A second layer wiring is formed in the same manner as the layer. In the case of multilayer wiring, the above is repeated.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】この従来の多層配線構
造においては、配線の形成の為のホトレジスト工程と層
間接続の為のホトレジスト工程を交互に繰り返し行なう
必要がある。従って例えば4層配線の場合、7回ものホ
トレジスト工程が必要である。又、下層配線と層間接続
孔又は、ピラーの間には、目合わせズレを考慮したマー
ジンが必要であり、微細化の際に障害となっていた。
In this conventional multilayer wiring structure, it is necessary to alternately repeat a photoresist process for forming wiring and a photoresist process for interlayer connection. Therefore, for example, in the case of a four-layer wiring, seven photoresist steps are required. Also, a margin is required between the lower wiring and the interlayer connection hole or the pillar in consideration of misalignment, which has been an obstacle to miniaturization.

【0016】[0016]

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】発明の半導体装置の
造方法は、半導体基板上に設けられた第1の絶縁膜上に
給電膜を形成する工程と、線巾が一定の巾より太い部分
と細い部分とからなる下層配線形成部分以外にたとえば
ホトレジスト又は、樹脂膜からなるメッキ用のマスクパ
ターンを形成する工程と、前記マスクパターンの側面に
第2の絶縁膜を形成し、前記線巾が一定の巾より細い部
分を埋設する工程と、前記線巾が一定の巾より太い部分
で第2の絶縁膜に囲まれた給電膜の露出した箇所に、選
択的に第1の金属膜を被着し下層配線と上層配線を電気
的に接続する柱の土台を形成する工程と、エッチングに
より前記第2の絶縁膜を除去する工程と、新たに露出し
た給電膜上と前記第1の金属膜上にメッキ法により、第
2の金属膜を形成する工程と、前記ホトレジスト又は樹
脂膜等よりなるマスクパターンを除去した後、前記第2
の金属膜をマスクに給電膜をエッチング除去する工程
と、層間膜を前記第1および第2の金属膜から構成され
た前記柱の高さ以下に形成する工程と、上層配線を形成
する工程とを具備していることを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device , comprising the steps of: forming a power supply film on a first insulating film provided on a semiconductor substrate; A step of forming a mask pattern for plating made of, for example, a photoresist or a resin film other than a lower layer wiring forming portion having a portion wider and a portion thinner than a width of the mask pattern, and forming a second insulating film on a side surface of the mask pattern. Embedding a portion where the line width is smaller than a predetermined width; and selectively embedding a first portion in an exposed portion of the power supply film surrounded by the second insulating film at a portion where the line width is larger than the predetermined width. Forming a base of pillars for electrically connecting the lower layer wiring and the upper layer wiring by applying the metal film of the above, a step of removing the second insulating film by etching, A second metal film is formed on the first metal film by plating. A step of forming, after removing the mask pattern made of the photoresist or resin film or the like, the second
Etching the power supply film using the metal film as a mask, forming an interlayer film below the height of the column made of the first and second metal films, and forming an upper wiring. It is characterized by having.

【0018】[0018]

【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0019】まず、第1の実施例として、図1に示すよ
うに、シリコン基板110上に設けられた第1の絶縁膜
111上に500〜2000オングストローム厚のチタ
ンタングステンと300〜1000オングストローム厚
の金または白金を順次スパッタ法により形成し給電膜1
12を形成する。給電膜の機能としては、下地との密着
性の確保,メッキの為の電流経路及びメッキ可能な材質
であるだけでなく、耐熱性を確保するためのバリア膜と
しての機能が必要な場合もある。給電膜としては、チタ
ン・白金・パラジウム・窒化チタン等の組み合わせでも
可能である。
First, as a first embodiment, as shown in FIG. 1, a 500-2000 angstrom thick titanium tungsten film and a 300-1000 angstrom thick film are formed on a first insulating film 111 provided on a silicon substrate 110. Power supply film 1 formed of gold or platinum sequentially by sputtering
12 is formed. The function of the power supply film is not only a material that can be adhered to the base, a current path for plating and a material that can be plated, but also a function as a barrier film for ensuring heat resistance may be necessary. . As the power supply film, a combination of titanium, platinum, palladium, titanium nitride, and the like can be used.

【0020】次に、図2に示すように、下層配線形成部
分以外のところにホトレジストパターン113を形成す
る。この際、後工程でピラーを形成する箇所102の巾
Xは、その他の箇所101の巾Yより間隔を広くする。
例えば通常の箇所101をYを0.5μmとすると、ピ
ラー形成部102の巾Xは0.75μmと広くする。
Next, as shown in FIG. 2, a photoresist pattern 113 is formed in a portion other than the portion where the lower layer wiring is formed. At this time, the width X of the portion 102 where the pillar is formed in a later step is made wider than the width Y of the other portions 101.
For example, if Y is 0.5 μm in the normal portion 101, the width X of the pillar forming portion 102 is increased to 0.75 μm.

【0021】次に図3に示すように、例えばスパッタ法
により酸化膜を被着した後、リアクティブイオンエッチ
(RIE)法によりホトレジスト側面部に酸化膜の第2
の絶縁膜114が残る様にエッチバックする。
Next, as shown in FIG. 3, after an oxide film is deposited by, for example, a sputtering method, a second layer of the oxide film is formed on the side surface of the photoresist by a reactive ion etch (RIE) method.
Etch back so that the insulating film 114 remains.

【0022】この際ピラー形成部以外のところ101に
は、酸化膜114で埋設される。酸化膜の膜厚により、
ピラー形成箇所102において側面部に残る膜厚も制御
される。ピラー形成部102の巾Xを0.75μmとし
て、側面部の酸化膜厚Xは、0.25〜0.3μm程度
が望ましい。
At this time, portions 101 other than the pillar formation portion are buried with an oxide film 114. Depending on the thickness of the oxide film,
The film thickness remaining on the side surface at the pillar formation portion 102 is also controlled. Assuming that the width X of the pillar forming portion 102 is 0.75 μm, the oxide film thickness X on the side surface portion is preferably about 0.25 to 0.3 μm.

【0023】次に、図4に示す様にメッキ法によりピラ
ー部の土台115を形成する。例えば電界金メッキを行
ない2μm厚程度形成する。
Next, as shown in FIG. 4, a pillar base 115 is formed by plating. For example, it is formed to a thickness of about 2 μm by electroplating gold.

【0024】次に図5に示す様にエッチングにより側面
部の酸化膜114を除去する。
Next, as shown in FIG. 5, the oxide film 114 on the side surface is removed by etching.

【0025】次に、図6に示す様に再び金メッキ法によ
り、ピラー形成部分102及びそれ以外の箇所102の
配線部分116を形成する。配線部分を1μm厚とする
とピラー部は3μmの高さに出来上る。
Next, as shown in FIG. 6, the pillar forming portion 102 and the wiring portion 116 of the other portion 102 are formed again by the gold plating method. If the wiring portion is 1 μm thick, the pillar portion is completed at a height of 3 μm.

【0026】次に図7に示す様にレジスト113を除去
した後、給電膜112の露出部分をエッチング除去す
る。
Next, as shown in FIG. 7, after the resist 113 is removed, the exposed portion of the power supply film 112 is removed by etching.

【0027】次に図8に示すように、層間絶縁膜117
をピラーの高さ以下となる様形成する。すなわち層間絶
縁膜の表面よりわずかにピラーの頭が突出するようにす
る。層間膜としては、プラズマCVD成長されたSiO
2 ,SiON,SiN等とスギンオングラス等の積層構
造又は、ポリイミド系の絶縁膜等を形成し、エッチバッ
ク等を行なって平坦化する。
Next, as shown in FIG. 8, an interlayer insulating film 117 is formed.
Is formed to be equal to or less than the height of the pillar. That is, the head of the pillar is slightly projected from the surface of the interlayer insulating film. As the interlayer film, SiO 2 grown by plasma CVD was used.
2 , a laminated structure of SiON, SiN, etc. and sgin-on-glass, or a polyimide-based insulating film or the like is formed, and flattened by performing etch back or the like.

【0028】図9は平面図で、図9のA−A部の断面が
図8となる。
FIG. 9 is a plan view, and FIG. 8 is a cross section taken along the line AA in FIG.

【0029】次に図10に示す様に、上層配線形成のメ
ッキ用の給電膜118を下層の給電膜112と同様に形
成し、さらにホトレジストパターン119を形成する。
Next, as shown in FIG. 10, a power supply film 118 for plating for forming an upper wiring is formed in the same manner as the lower power supply film 112, and a photoresist pattern 119 is further formed.

【0030】次に図11に示す様に、金メッキ法により
上層配線120を形成しレジストを除去し、露出する不
要な給電膜118をエッチング除去する。
Next, as shown in FIG. 11, the upper wiring 120 is formed by gold plating, the resist is removed, and the unnecessary unnecessary power supply film 118 is removed by etching.

【0031】同図から明らかのように、層間絶縁膜11
7よりわずかに突出するピラー130の頭と層120と
下地膜118とから成る上層配線が接続し、これにより
この上層配線と層116と下地膜112とから成る下層
配線との所定の接続が行なわれる。
As is clear from FIG.
The top of the pillar 130 slightly projecting from the upper layer 7 is connected to the upper layer wiring composed of the layer 120 and the underlying film 118, whereby a predetermined connection between the upper layer wiring and the lower wiring composed of the layer 116 and the underlying film 112 is made. It is.

【0032】次に本発明の第2の実施例を説明する。第
1の実施例と同様、図3の工程まで形成した後、ピラー
の土台215の為のメッキを行なう際に、より安価なニ
ッケル等のメッキを行なう。その後は、第1の実施例と
同様ピラーの土台215は、後工程での金メッキ116
で完全におおわれてピラー140を形成するので、安価
な材料を使用しても腐蝕・劣化等の問題を生じない。
又、抵抗の高い材料を使用してもそれ程導通抵抗は増加
しない。この第2の実施例を示す図12および図13は
第1の実施例を示す図5および図6にそれぞれ対応して
いる。又、第1の実施例と同じ機能のところは同じ符号
で示している。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Similar to the first embodiment, after forming up to the step of FIG. 3, when plating for the pillar base 215, less expensive plating of nickel or the like is performed. After that, as in the first embodiment, the pillar base 215 is used for the gold plating 116 in the subsequent process.
Is completely covered to form the pillar 140, so that even if an inexpensive material is used, problems such as corrosion and deterioration do not occur.
Even if a material having a high resistance is used, the conduction resistance does not increase so much. FIGS. 12 and 13 showing the second embodiment correspond to FIGS. 5 and 6, respectively, showing the first embodiment. The same functions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.

【0033】次に本発明の第3の実施例を説明する。Next, a third embodiment of the present invention will be described.

【0034】第2の実施例と同様、図3の工程まで形成
した後ピラーの土台を選択CVD法で形成する。例えば
選択CVDタングステンを2μm厚に形成する。その後
は、第1の実施例と同様である。図面は、省略する。
Similar to the second embodiment, after the steps shown in FIG. 3 are formed, the pillar base is formed by the selective CVD method. For example, selective CVD tungsten is formed to a thickness of 2 μm. Subsequent steps are the same as in the first embodiment. The drawings are omitted.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、1回の
ホトリソグラフ工程で下層配線とピラーが形成されるの
で、多層配線を有する半導体装置が、より少ない工程数
で生産可能となる。例えば4層の場合従来少なくとも7
回のホトリソ工程が必要だったのが本発明の場合、たっ
た4回となる。
As described above, according to the present invention, a lower layer wiring and a pillar are formed in one photolithographic process, so that a semiconductor device having a multilayer wiring can be manufactured with a smaller number of steps. For example, in the case of four layers,
In the case of the present invention, the number of photolithography steps required is four, which is only four.

【0036】又、下層配線とピラーが自己整合されるの
でより微細な配線ピッチが可能となる。
Further, since the lower wiring and the pillar are self-aligned, a finer wiring pitch can be achieved.

【0037】さらに、第2の実施例の様にピラーの土台
を安価な金属で置換えても問題とならないので生産コス
トも低減できる。ピラー上部と配線が一回のメッキで形
成できるため金属のグレインが連続して形成され信頼性
も向上する。
Further, as in the second embodiment, there is no problem even if the pillar base is replaced with an inexpensive metal, so that the production cost can be reduced. Since the upper part of the pillar and the wiring can be formed by one plating, metal grains are continuously formed, and the reliability is improved.

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

【図1】本発明の第1の実施例を示す図面。FIG. 1 is a drawing showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例を示す図面。FIG. 2 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例を示す図面。FIG. 3 is a drawing showing a first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施例を示す図面。FIG. 4 is a drawing showing a first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1の実施例を示す図面。FIG. 5 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第1の実施例を示す図面。FIG. 6 is a drawing showing a first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第1の実施例を示す図面。FIG. 7 is a drawing showing a first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第1の実施例を示す図面。FIG. 8 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第1の実施例を示す図面。FIG. 9 is a view showing a first embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第1の実施例を示す図面。FIG. 10 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第1の実施例を示す図面。FIG. 11 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第2の実施例を示す図面。FIG. 12 is a view showing a second embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第2の実施例を示す図面。FIG. 13 is a view showing a second embodiment of the present invention.

【図14】従来技術を示す図面。FIG. 14 is a view showing a conventional technique.

【図15】従来技術を示す図面。FIG. 15 is a view showing a conventional technique.

【図16】従来技術を示す図面。FIG. 16 is a view showing a conventional technique.

【図17】従来技術を示す図面。FIG. 17 is a view showing a conventional technique.

【図18】従来技術を示す図面。FIG. 18 is a view showing a conventional technique.

【図19】従来技術を示す図面。FIG. 19 is a view showing a conventional technique.

【図20】従来技術を示す図面。FIG. 20 is a view showing a conventional technique.

【図21】従来技術を示す図面。FIG. 21 is a view showing a conventional technique.

【図22】従来技術を示す図面。FIG. 22 is a view showing a conventional technique.

【図23】従来技術を示す図面。FIG. 23 is a view showing a conventional technique.

【図24】従来技術を示す図面。FIG. 24 is a view showing a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 ピラーを形成しない配線箇所 102 ピラーを形成する配線箇所 110 半導体基板 111,114 絶縁膜 112,118 メッキ用給電線 113 ホトレジストパターン 115,215 ピラーの土台 116 金メッキによる下層配線 117 層間絶縁膜 12 金メッキによる上層配線 130,140 ピラー Reference Signs List 101 Wiring location not forming pillar 102 Wiring location forming pillar 110 Semiconductor substrate 111, 114 Insulating film 112, 118 Feeding line for plating 113 Photoresist pattern 115, 215 Pillar base 116 Lower wiring by gold plating 117 Interlayer insulating film 12 Gold plating Upper layer wiring 130, 140 pillar

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板上に設けられた第1の絶縁膜
上に給電膜を形成する工程と、線巾が一定の巾より太い
部分と細い部分とからなる下層配線形成部分以外にメッ
キ用のマスクパターンを形成する工程と、前記マスクパ
ターンの側面に第2の絶縁膜を形成し、前記線巾が一定
の巾より細い部分を埋設する工程と、前記線巾が一定の
巾より太い部分で第2の絶縁膜に囲まれた給電膜の露出
した箇所に、選択的に第1の金属膜を被着し下層配線と
上層配線を電気的に接続する柱の土台を形成する工程
と、エッチングにより前記第2の絶縁膜を除去する工程
と、新たに露出した給電膜上と前記第1の金属膜上にメ
ッキ法により、第2の金属膜を形成する工程と、前記マ
スクパターンを除去した後、前記第2の金属膜をマスク
に給電膜をエッチング除去する工程と、層間膜を前記第
1および第2の金属膜から構成された前記柱の高さ以下
に形成する工程と、上層配線を形成する工程とを具備し
ていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A step of forming a power supply film on a first insulating film provided on a semiconductor substrate; and a step of plating a portion other than a lower wiring forming portion having a portion having a line width larger and smaller than a predetermined width. Forming a second insulating film on a side surface of the mask pattern and embedding a portion where the line width is smaller than a certain width; and forming a portion where the line width is larger than a certain width. Forming a base of a pillar for selectively applying a first metal film to an exposed portion of the power supply film surrounded by the second insulating film and electrically connecting the lower wiring and the upper wiring, Removing the second insulating film by etching, forming a second metal film by plating on the newly exposed power supply film and the first metal film, and removing the mask pattern After that, the power supply film is etched using the second metal film as a mask. A removing step, a step of forming an interlayer film below the height of the column made of the first and second metal films, and a step of forming an upper layer wiring. A method for manufacturing a semiconductor device.
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