JP2924474B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の配線構造に
利用する。特に、層間絶縁層に設けられた開口部を介し
て下層配線と上層配線とを接続するスルーホールの構造
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の配線構造として、従来か
ら、層間絶縁体層を挟んで下層配線と上層配線とを設
け、この層間絶縁体層に設けたスルーホール（開口）を
介して二つの配線を接続する構造が知られている。しか
し、このような構造では、半導体装置を製造する過程
で、半導体基板上に素子形成の加工（下地工程）による
凹凸や配線工程による凹凸が形成されてしまう。そのた
め、これらの段部を横切る配線には、断線やくびれが生
じやすかった。特に、下層配線を層間絶縁膜を介して横
切る上層配線に、断線やくびれの発生が多かった。

【０００３】最近、これらの不具合を防止するため、層
間絶縁膜を下層と上層に分け、上層を形成する前に半導
体基板表面に塗布膜を形成する平坦化の方法が行われて
いる。その方法の例を図６に示す。

【０００４】この例では、まず、図６（ａ）に示すよう
に半導体基板１上に下層配線２を設け、その上に、図６
（ｂ）に示すように下層絶縁層３を形成する。ここで
「上」とは膜形成の方向、すなわち基板から離れる方向
をいう。下層絶縁層３を形成した後、図６（ｃ）示すよ
うに、その表面に塗布装置により塗布膜層４を塗布し、
熱処理を行って塗布膜層４に含まれるアルコール成分を
蒸発させる。それから、図６（ｄ）に示すように上層絶
縁層５を形成する。このようにすると、図６（ｄ）に示
すように、凹部に塗布液が溜まり、凸部にはほとんど付
着しないことから、全体として平坦性がよくなり、急峻
な段差も傾斜をもったゆるやかな段差になる。

【０００５】この後、図６（ｅ）に示すように、下層配
線２の真上に選択的にスルーホールを設け、上層配線を
形成する（図示せず）。このとき、上層配線がスルーホ
ールを介して下層配線２に接続される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】最近になって、上述し
た配線構造を有する半導体装置に動作不良が多発するケ
ースが増加した。この動作不良を解析すると、その原因
の多くは下層配線と上層配線とを接続するスルーホール
部に多く、特にスルーホールの開口面積の小さい部分で
は、オープン断線となっていた。これは、半導体装置の
集積度が高まり、微細化が進むにつれて、下地形成領域
および配線の幅や間隔が狭く、それゆえ、下地形成領域
や配線間の凹部に溜まる塗布液の量も多くなり、塗布膜
層内に含有される気体の量が増加したためと考えられ
る。

【０００７】層間絶縁体層は、図６（ｅ）に示したよう
に、塗布層を下層絶縁層と上層絶縁層との間に挟んでい
る。このため、塗布膜層内に含有されていた気体が閉じ
込められる構造となっている。このような構造に下層配
線と上層配線を接続するためのスルーホールを形成する
と、塗布膜層または下層絶縁層と上層絶縁層の界面がス
ルーホール側壁面に露出し、塗布層内に含有されていた
気体がその露出部分から噴出するため、下層配線と上層
配線を完全に接着できず、スルーホールの抵抗が高くな
ったり、オープンになったりする。

【０００８】例えば下層配線２および上層配線としてア
ルミニウムを用いた場合、スルーホール形成後における
アルミニウムのスパッタ時に半導体基板の温度はおよそ
２００℃である。この温度により、図７に示すように塗
布膜層４内の気体が膨張し、スルーホールの側壁から気
体が噴出する。この気体の噴出しているスルーホールの
溝の中にアルミニウムが堆積する。いいかえると、スル
ーホールの溝内部が常に補充されている気体で満たされ
ており、その気体圧力が図８に示すように、堆積してき
たアルミニウムと下層配線との接着を阻害することにな
る。このようにして、下層配線と上層配線の接続がうま
くいかず、半導体装置の動作不良という不具合を引き起
こすことになる。

【０００９】本発明は、このような課題を解決し、塗布
膜に含まれる気体の影響を受けずに上層配線がスルーホ
ールを介して下層配線に接続される半導体装置を提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
層間絶縁体層に設けられたスルーホール（開口部）の側
壁に、上層配線とは別に、その層間絶縁体層の下層絶縁
層と上層絶縁層との界面部分を覆う被膜が設けられたこ
とを特徴とする。

【００１１】この被膜としては、絶縁体被膜でも導電体
被膜でもよい。この被膜は、下部が下層配線に接してい
てもよく、下層配線から離れていてもよい。また、上部
が上層絶縁層の上面に届いていてもよく、それより下で
もよい。

【００１２】

【作用】下層絶縁体と上層絶縁体との界面部分を覆うの
で、上層配線の形成時に加熱されても塗布膜層からの気
体が噴出することがなく、上層配線と下層配線との電気
的接続を良好に形成することができ、半導体装置の動作
不良を防止することができる。

【００１３】

【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。

【００１４】図１は本発明の第一実施例を示す図であ
り、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ′断面図であ
る。

【００１５】この半導体装置は、半導体基板１上に、下
層配線２と、この下層配線２を覆う層間絶縁体層と、こ
の層間絶縁体層に設けられたスルーホール８を通して下
層配線２に電気的に接続された上層配線６とを備え、層
間絶縁体層は、下層絶縁層３および上層絶縁層５と、こ
の二つの絶縁層３、５の間に平坦化のために設けられた
塗布膜層４とを含む。ここで本実施例の特徴とするとこ
ろは、スルーホール８の側壁に、上層配線６とは別に、
下層絶縁層３と上層絶縁層５との界面部分を覆う側壁被
膜７が設けられたことにある。

【００１６】この構造により塗布膜層４内に、特に凹部
の塗布液溜まりに含まれる気体は、下層絶縁層３と上層
絶縁層５の界面または塗布膜層４を通して移動はできる
ものの、スルーホール８の開口部側壁の露出面から噴出
することはなくなる。これは、その露出面を側壁被膜７
に覆われているためであり、下層配線２と上層配線６の
電気的な接続を阻害する要因が取り除かれる。したがっ
て、スルーホール抵抗が高くなったり、経時的に抵抗が
変動したり、断線状態になるなどの不良を防止すること
ができる。

【００１７】図２は、スルーホールの開口面積と電気抵
抗との関係を示したグラフである。この図からわかるよ
うに、従来例では、スルーホール開口面積の縮小と同時
にスルーホール抵抗が急激に増加している。これは、塗
布膜層内の気体がスルーホール側壁の露出面から噴出し
て下層配線と上層配線との接触を阻害し、それがスルー
ホール開口面積が小さくなるに従って顕著になるためで
ある。一方、本発明では、塗布膜層内の気体の噴出を側
壁被膜で防止したので、スルーホール抵抗はそれほど増
加していない。

【００１８】図３は図１に示した実施例を製造する方法
の一例を示す図であり、（ａ）は従来例で説明した図６
（ｄ）と同じ工程により形成した断面図である。図２
（ｂ）は下層配線２の直上に選択的にスルーホール８を
開口した断面図である。図３（ｃ）は絶縁体または導電
体の被膜９をＣＶＤ法で２０００〜３０００オングスト
ローム堆積したときの断面図である。被膜９の材料とし
ては、例えば、絶縁体であればＳｉＮ、ＳｉＯＮその他
の窒化膜を用い、導電体であればタングステンや窒化チ
タンを用いる。図３（ｄ）は、異方性エッチング、例え
ば反応性イオンエッチングを前面に行い、縦方向に図３
（ｃ）の工程で堆積した被膜９の厚さ分をエッチングす
る。このようにすると、図３（ｂ）の工程で開口したス
ルーホール８の側壁部分だけに側壁被膜７が残り、露出
していた下層絶縁層３と上層絶縁層５との界面、または
塗布膜層４を多い隠すことができる。図３（ｅ）は上層
配線６を形成した状態の断面図である。このような上層
配線６を形成するには、導電体材料を堆積させ選択的に
パターンニングし、その後に金属を堆積させる。

【００１９】図４は本発明の第二実施例を示す断面図で
ある。

【００２０】この実施例は、側壁被膜７の上部が上層絶
縁層５と上面と下面との間に位置していることが第一実
施例と異なる。これは、図３（ａ）ないし（ｃ）の工程
を実施し、その後の図３（ｄ）の工程における異方性エ
ッチングの時間を長くすることにより得られる。例え
ば、上層絶縁層５の厚さを５０００オングストローム、
被膜９の厚さを２０００オングストロームとするとき、
エッチングにより形成される側壁被膜７の上部の高さが
上層絶縁層５の上面と一致するエッチング時間に対して
１００％余分にエッチングすれば、側壁被膜７の上部を
上層絶縁層５の上面により２００オングストローム低く
することができる。

【００２１】このような構造にすると、スルーホールの
側壁に段が形成され、上層配線のステップカバレッジを
改善することができる。

【００２２】図５は本発明の第三実施例をその製造方法
により示す断面図である。

【００２３】この実施例は側壁被膜７として導電性のも
のを用いる場合に適した構造であり、下層配線２がエッ
チングされていることが第一実施例、第二実施例のいず
れとも異なる。

【００２４】この実施例は、下層配線２の上面に選択的
にスルーホールを形成して図３（ｂ）の構造を得た後、
図５（ａ）に示すように、下層配線２の露出した上面を
およそ２０００オングストロームにわたり異方性エッチ
ングする。続いて、導電性の被膜を堆積させ、この被膜
を図４を参照して説明した方法によりエッンチングす
る。これにより図５（ｂ）に示した構造が得られる。こ
の後、図５（ｃ）に示すように、上層配線６を形成す
る。

【００２５】このような構造により、下層配線２と側壁
被膜７との接触面積が大きくなり、スルーホール抵抗を
さらに小さくすることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置は、微細化が進み、基板表面の凹部にたまる塗布液が
多くなったとしても、スルーホール形成時に露出する下
層絶縁層と上層絶縁層の界面または塗布膜層を絶縁体ま
たは導電体の側面被膜で覆うため、塗布膜層内、特に塗
布液溜まりに含まれている気体の噴出を防止できる。こ
のため、下層配線と上層配線の電気的な接続を阻害する
要因が取り除かれる。したがって、スルーホール抵抗が
高くなったり、経時的な抵抗変動が生じたり、断線とな
るなどの不良を防止することができ、信頼性が高く歩留
りの良い半導体装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例を示す図であり、（ａ）は
平面図、（ｂ）は断面図。

【図２】スルーホールの開口面積と電気抵抗との関係を
示す図。

【図３】第一実施例の製造方法を（ａ）ないし（ｅ）の
断面図により示す図。

【図４】本発明の第二実施例を示す断面図。

【図５】本発明の第三実施例を（ａ）から（ｃ）の製造
工程の断面図により示す図。

【図６】従来例の半導体装置を（ａ）から（ｅ）の製造
工程の断面図により示す図。

【図７】従来例の課題を示す図。

【図８】従来例の課題を示す図。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ 下層配線 ３ 下層絶縁層 ４ 塗布膜層 ５ 上層絶縁層 ６ 上層配線 ７ 側壁被膜 ８ スルーホール ９ 被膜

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下層配線と、この下層配線を覆う層間絶
   縁体層と、この層間絶縁体層に設けられた開口部を通し
   て上記下層配線に電気的に接続された上層配線とを備
   え、 上記層間絶縁体層は、下層および上層の二つの絶縁層
   と、この二つの絶縁層の間に平坦化のために設けられた
   塗布膜とを含み、 この塗布膜は上記開口部から離れて形成され、 上記開口部の側壁には上記二つの絶縁層が露出した 半導
   体装置において、 上記開口部の側壁には、上記上層配線とは別に、上記二
   つの絶縁層を覆う側壁被膜が設けられたことを特徴とす
   る半導体装置。