JP2933766B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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- JP2933766B2 JP2933766B2 JP28889491A JP28889491A JP2933766B2 JP 2933766 B2 JP2933766 B2 JP 2933766B2 JP 28889491 A JP28889491 A JP 28889491A JP 28889491 A JP28889491 A JP 28889491A JP 2933766 B2 JP2933766 B2 JP 2933766B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、高密度の多層配線構
造を備えた半導体装置およびその製造方法に関するもの
である。
造を備えた半導体装置およびその製造方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】配線設計の自由度向上、実質的な配線占
有度面積の減少等のため層間絶縁膜を使って配線金属を
多層構造とし、半導体装置の高速・高集積化が図られて
いる。例えば、2層の配線としては次のように形成され
る。図4(a)〜(c)は、第1の配線層23と第2の
配線層29との絶縁膜にガラス塗布膜26を用いた場合
の工程手順を示す断面図であるが、説明の簡略化のた
め、トランジスタの形成工程を省き、2層の配線層を形
成する工程のみを示す。
有度面積の減少等のため層間絶縁膜を使って配線金属を
多層構造とし、半導体装置の高速・高集積化が図られて
いる。例えば、2層の配線としては次のように形成され
る。図4(a)〜(c)は、第1の配線層23と第2の
配線層29との絶縁膜にガラス塗布膜26を用いた場合
の工程手順を示す断面図であるが、説明の簡略化のた
め、トランジスタの形成工程を省き、2層の配線層を形
成する工程のみを示す。
【0003】まず、図4(a)に示すように、シリコン
基板21上に電気的な絶縁を行うための絶縁膜22を形
成し、この絶縁膜22上にアルミ合金膜からなる第1の
配線層23をスパッタ法により成膜した後、配線に必要
な領域にのみ配線層23を残して配線パターンを形成す
る。次に、図4(b)に示すように、第1の配線層23
上に絶縁膜25をCVD法により形成してからガラス塗
布膜26を塗布し、第1の配線層23のパターン間に形
成された凹部24を埋め込む。そして、絶縁膜27をC
VD法により形成してガラス塗布膜26を覆う。
基板21上に電気的な絶縁を行うための絶縁膜22を形
成し、この絶縁膜22上にアルミ合金膜からなる第1の
配線層23をスパッタ法により成膜した後、配線に必要
な領域にのみ配線層23を残して配線パターンを形成す
る。次に、図4(b)に示すように、第1の配線層23
上に絶縁膜25をCVD法により形成してからガラス塗
布膜26を塗布し、第1の配線層23のパターン間に形
成された凹部24を埋め込む。そして、絶縁膜27をC
VD法により形成してガラス塗布膜26を覆う。
【0004】次に、図4(c)に示すように、第1の配
線層23と第2の配線層29とを電気的に接続するため
のスルーホール28をフォトリソグラフィー法とエッチ
ングのガスにCHF3 、N2 、O2 を用いたドライエッ
チング法により形成する。次に、図4(d)に示すよう
に、第2の配線層29となるアルミ合金膜をスパッタリ
ング法により形成する。ただし、第1の配線層23と第
2の配線層29のコンタクト抵抗を安定にするため、第
BR>2の配線層29を形成する前に、アルゴンイオンを
用いたスパッタエッチング法により、スルーホール28
の底、つまり第1の配線層23の表面に形成されている
自然酸化膜を除去しておく。
線層23と第2の配線層29とを電気的に接続するため
のスルーホール28をフォトリソグラフィー法とエッチ
ングのガスにCHF3 、N2 、O2 を用いたドライエッ
チング法により形成する。次に、図4(d)に示すよう
に、第2の配線層29となるアルミ合金膜をスパッタリ
ング法により形成する。ただし、第1の配線層23と第
2の配線層29のコンタクト抵抗を安定にするため、第
BR>2の配線層29を形成する前に、アルゴンイオンを
用いたスパッタエッチング法により、スルーホール28
の底、つまり第1の配線層23の表面に形成されている
自然酸化膜を除去しておく。
【0005】次に、図4(e)に示すように、第2の配
線層29のパターンを形成する。続いて、プラズマCV
D法により保護のための窒化珪素膜30を形成して2層
配線の形成工程を終了する。
線層29のパターンを形成する。続いて、プラズマCV
D法により保護のための窒化珪素膜30を形成して2層
配線の形成工程を終了する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の配線構造および製造方法において配線数を増やすに
は、配線層を単純に増やすしかないので、配線の高密度
化が図れないという問題点があった。また、第1の配線
層23と第2の配線層29との絶縁膜の平坦化が十分で
ないので、配線の多層化が困難になるという問題点があ
った。さらに、第2の配線層29の表面を保護するため
に、保護膜30をCVD法により成膜しても、第1の配
線層23と第2の配線層29との接続を行うスルーホー
ル28部分での保護膜30による被覆が十分でなく、外
部からの不純物の侵入を十分に防ぐことができないた
め、信頼性が低下するという問題点もあった。
来の配線構造および製造方法において配線数を増やすに
は、配線層を単純に増やすしかないので、配線の高密度
化が図れないという問題点があった。また、第1の配線
層23と第2の配線層29との絶縁膜の平坦化が十分で
ないので、配線の多層化が困難になるという問題点があ
った。さらに、第2の配線層29の表面を保護するため
に、保護膜30をCVD法により成膜しても、第1の配
線層23と第2の配線層29との接続を行うスルーホー
ル28部分での保護膜30による被覆が十分でなく、外
部からの不純物の侵入を十分に防ぐことができないた
め、信頼性が低下するという問題点もあった。
【0007】したがって、この発明の目的は、上記課題
を解決し、高密度化と平坦化が容易であり、信頼性の高
い多層配線構造を備えた半導体装置およびその製造方法
を提供することである。
を解決し、高密度化と平坦化が容易であり、信頼性の高
い多層配線構造を備えた半導体装置およびその製造方法
を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明は上記課題を解
決するために、次のような構成を採用した。請求項1の
発明の半導体装置は、半導体素子上に形成される第1の
配線層と、この第1の配線層パターン間に形成された凹
部を被覆する第1の絶縁膜と、この第1の絶縁膜に埋め
込まれた第2の配線層と、前記第1の配線層および第2
の配線層を被覆する第2の絶縁膜と、第1と第2の絶縁
膜に埋め込まれ前記第1と第2の配線層を接続する導電
性膜とからなる多層配線構造を備えている。
決するために、次のような構成を採用した。請求項1の
発明の半導体装置は、半導体素子上に形成される第1の
配線層と、この第1の配線層パターン間に形成された凹
部を被覆する第1の絶縁膜と、この第1の絶縁膜に埋め
込まれた第2の配線層と、前記第1の配線層および第2
の配線層を被覆する第2の絶縁膜と、第1と第2の絶縁
膜に埋め込まれ前記第1と第2の配線層を接続する導電
性膜とからなる多層配線構造を備えている。
【0009】請求項2の発明の半導体製造装置の製造方
法は、半導体素子上に第1の配線層パターンを形成する
工程と、この第1の配線層および第1の配線層パターン
間の凹部表面を第1の絶縁膜で被覆する工程と、第1の
絶縁膜により被覆された前記凹部に第2の配線層を埋め
込む工程と、埋め込まれた第2の配線層を第2の絶縁膜
で被覆する工程と、第1および第2の配線層を被覆する
第1と第2の絶縁膜に両配線層を接続するためのコンタ
クト孔を形成する工程と、このコンタクト孔に導電性膜
を埋め込む工程とを基本工程として多層配線構造を形成
している。
法は、半導体素子上に第1の配線層パターンを形成する
工程と、この第1の配線層および第1の配線層パターン
間の凹部表面を第1の絶縁膜で被覆する工程と、第1の
絶縁膜により被覆された前記凹部に第2の配線層を埋め
込む工程と、埋め込まれた第2の配線層を第2の絶縁膜
で被覆する工程と、第1および第2の配線層を被覆する
第1と第2の絶縁膜に両配線層を接続するためのコンタ
クト孔を形成する工程と、このコンタクト孔に導電性膜
を埋め込む工程とを基本工程として多層配線構造を形成
している。
【0010】
【作用】請求項1の発明の構成によれば、第1の配線層
の配線パターン間の隙間部である凹部に第2の配線層を
埋め込み、この第2の配線層と第1の配線層を接続する
ように構成しているので、配線間のスペースの有効利用
によって配線の高密度化、平坦化を図ることができる。
また、第1の配線層と第2の配線層の高さの差が小さく
なるので、配線間の接続が容易であり、配線間の接続部
を平坦に形成でき保護膜の被覆を十分に施すことができ
る。
の配線パターン間の隙間部である凹部に第2の配線層を
埋め込み、この第2の配線層と第1の配線層を接続する
ように構成しているので、配線間のスペースの有効利用
によって配線の高密度化、平坦化を図ることができる。
また、第1の配線層と第2の配線層の高さの差が小さく
なるので、配線間の接続が容易であり、配線間の接続部
を平坦に形成でき保護膜の被覆を十分に施すことができ
る。
【0011】請求項2の発明の構成によれば、請求項1
の発明の半導体装置を容易に製造できるので、高密度化
と平坦化に優れ、高信頼性の多層配線構造を備えた半導
体装置を提供できる。
の発明の半導体装置を容易に製造できるので、高密度化
と平坦化に優れ、高信頼性の多層配線構造を備えた半導
体装置を提供できる。
【0012】
【実施例】図1は、この発明の実施例である半導体装置
1の構成を示す断面図で、第1の配線層4間に形成され
た凹部5に、絶縁膜6を介して第2の配線層9を形成し
た構造になっている。シリコン基板2上に形成した絶縁
膜3は、シリコン基板2と厚さ1μmのアルミ合金膜か
らなる第1の配線層4と電気的に絶縁するためのもので
ある。第1の配線層4のパターン間に形成された凹部5
の表面を被覆する絶縁膜6は、第1の配線層4と、第1
の配線層4間に形成したTi/TiN膜7とW膜8の2
層からなる第2の配線層9を電気的に絶縁するためのも
のである。Ti/TiN膜7は、CVD法で形成するW
膜8と絶縁膜6との密着を良くするために使用されてい
る。CVD法で形成したW膜8は、埋め込み材料として
最適であるが、酸化珪素膜等の絶縁膜との密着性が悪い
からである。
1の構成を示す断面図で、第1の配線層4間に形成され
た凹部5に、絶縁膜6を介して第2の配線層9を形成し
た構造になっている。シリコン基板2上に形成した絶縁
膜3は、シリコン基板2と厚さ1μmのアルミ合金膜か
らなる第1の配線層4と電気的に絶縁するためのもので
ある。第1の配線層4のパターン間に形成された凹部5
の表面を被覆する絶縁膜6は、第1の配線層4と、第1
の配線層4間に形成したTi/TiN膜7とW膜8の2
層からなる第2の配線層9を電気的に絶縁するためのも
のである。Ti/TiN膜7は、CVD法で形成するW
膜8と絶縁膜6との密着を良くするために使用されてい
る。CVD法で形成したW膜8は、埋め込み材料として
最適であるが、酸化珪素膜等の絶縁膜との密着性が悪い
からである。
【0013】第1の配線層4とTi/TiN膜7とW膜
8の2層からなる第2の配線層9とのコンタクト孔10
には、Ti/TiN膜12とW膜13の2層からなる導
電性膜14が埋め込まれ、この導電性膜14により第1
の配線層4と第2の配線層9が接続されている。Ti/
TiN膜12は、CVD法で形成するW膜13と絶縁膜
6および絶縁膜10との密着を良くするために使用され
ている。
8の2層からなる第2の配線層9とのコンタクト孔10
には、Ti/TiN膜12とW膜13の2層からなる導
電性膜14が埋め込まれ、この導電性膜14により第1
の配線層4と第2の配線層9が接続されている。Ti/
TiN膜12は、CVD法で形成するW膜13と絶縁膜
6および絶縁膜10との密着を良くするために使用され
ている。
【0014】このように実施例の半導体装置1は、第1
の配線層4の配線パターン間の凹部5に第2の配線層9
を埋め込み、この第2の配線層9と第1の配線層4を導
電性膜14で接続するように構成されているので、配線
間のスペースが有効に利用され、配線の高密度化および
平坦化が図られている。また、第1の配線層4と第2の
配線層9の高さの差が小さくなるので、配線間の接続が
容易であり、配線間の接続部を平坦に形成でき絶縁膜1
5の被覆を十分に施すことができるので、劣化防止に対
する信頼性の向上も図られている。
の配線層4の配線パターン間の凹部5に第2の配線層9
を埋め込み、この第2の配線層9と第1の配線層4を導
電性膜14で接続するように構成されているので、配線
間のスペースが有効に利用され、配線の高密度化および
平坦化が図られている。また、第1の配線層4と第2の
配線層9の高さの差が小さくなるので、配線間の接続が
容易であり、配線間の接続部を平坦に形成でき絶縁膜1
5の被覆を十分に施すことができるので、劣化防止に対
する信頼性の向上も図られている。
【0015】図2(a)〜(i)は、図1に示す半導体
装置1の製造工程を示す断面図であるが、説明の簡略化
のためトランジスタの形成工程を省き、2層の配線層を
形成する工程を示している。図2(a)に示すように、
シリコン基板2上に電気的な絶縁を行うために厚さ0.
8μmの絶縁膜3を形成し、さらに、厚さ1μmのアル
ミ合金膜からなる第1の配線層4をスパッタ法により成
膜する。その後、配線に必要な領域のみにアルミ合金膜
を残して第1の配線層4を形成する。
装置1の製造工程を示す断面図であるが、説明の簡略化
のためトランジスタの形成工程を省き、2層の配線層を
形成する工程を示している。図2(a)に示すように、
シリコン基板2上に電気的な絶縁を行うために厚さ0.
8μmの絶縁膜3を形成し、さらに、厚さ1μmのアル
ミ合金膜からなる第1の配線層4をスパッタ法により成
膜する。その後、配線に必要な領域のみにアルミ合金膜
を残して第1の配線層4を形成する。
【0016】次に、図2(b)に示すように、厚さ0.
4μmの絶縁膜6を反応ガスにSiH4 、N2 Oを用い
たプラズマCVD法により成膜し、第1の配線層4およ
び第1の配線層4パターン間に形成された凹部5の表面
を被覆する。次に、図2(c)に示すように、スパッタ
法によりTi膜とTiN膜の連続膜からなる厚さ150nm
のTi/TiN膜7を成膜した後、反応ガスにWF6 、
SiH4 、H2 を用いたCVD法により厚さ1μmのW
膜8を形成し、第1の配線層4により形成された凹部5
を埋め込む。埋め込みの温度は400℃である。
4μmの絶縁膜6を反応ガスにSiH4 、N2 Oを用い
たプラズマCVD法により成膜し、第1の配線層4およ
び第1の配線層4パターン間に形成された凹部5の表面
を被覆する。次に、図2(c)に示すように、スパッタ
法によりTi膜とTiN膜の連続膜からなる厚さ150nm
のTi/TiN膜7を成膜した後、反応ガスにWF6 、
SiH4 、H2 を用いたCVD法により厚さ1μmのW
膜8を形成し、第1の配線層4により形成された凹部5
を埋め込む。埋め込みの温度は400℃である。
【0017】次に、図2(d)に示すように、エッチン
グのガスにSF6 、O2 、Arを用いたドライエッチン
グ法により、W膜8をエッチバックし、Cl2 、Arを
用いたドライエッチング法により、Ti/TiN膜7を
エッチバックして第2の配線層9とする。次に、図2
(e)に示すように、厚さが0.4μmの絶縁膜10を
反応ガスにSiH4 、N2 Oを用いたプラズマCVD法
により形成する。
グのガスにSF6 、O2 、Arを用いたドライエッチン
グ法により、W膜8をエッチバックし、Cl2 、Arを
用いたドライエッチング法により、Ti/TiN膜7を
エッチバックして第2の配線層9とする。次に、図2
(e)に示すように、厚さが0.4μmの絶縁膜10を
反応ガスにSiH4 、N2 Oを用いたプラズマCVD法
により形成する。
【0018】次に、図2(f)に示すように、第1の配
線層4と第2の配線層9を接続するコンタクト孔11を
フォトリソグラフィー法とエッチングのガスにCH
F3 、N 2 、O2 を用いたドライエッチング法により形
成する。次に、図2(g)に示すように、厚さ150nmの
TiN/Ti膜12をスパッタリング法により形成す
る。ただし、第1の配線層4とのコンタクト抵抗を安定
にするため、アルゴンイオンを用いたスパッタエッチン
グ法により、TiN/Ti12を形成する前に、コンタ
クト孔11の底、つまり第1の配線層4の表面およびW
膜8の表面に形成されている自然酸化膜を除去する。そ
の後、成膜温度400℃にて、反応ガスにWF6 、Si
H4 、H2 を用いたCVD法により厚さ1μmのW膜1
3を成膜し、コンタクト孔11を埋め込む。
線層4と第2の配線層9を接続するコンタクト孔11を
フォトリソグラフィー法とエッチングのガスにCH
F3 、N 2 、O2 を用いたドライエッチング法により形
成する。次に、図2(g)に示すように、厚さ150nmの
TiN/Ti膜12をスパッタリング法により形成す
る。ただし、第1の配線層4とのコンタクト抵抗を安定
にするため、アルゴンイオンを用いたスパッタエッチン
グ法により、TiN/Ti12を形成する前に、コンタ
クト孔11の底、つまり第1の配線層4の表面およびW
膜8の表面に形成されている自然酸化膜を除去する。そ
の後、成膜温度400℃にて、反応ガスにWF6 、Si
H4 、H2 を用いたCVD法により厚さ1μmのW膜1
3を成膜し、コンタクト孔11を埋め込む。
【0019】次に、図2(h)に示すように、エッチン
グのガスにSF6 、O2 、Arを用いたドライエッチン
グ法により、W膜13をエッチバックし、エッチングの
ガスにCl2 、Arを用いたドライエッチング法によ
り、TiN/Ti膜12をエッチバックし、コンタクト
孔11にのみW膜13およびTiN/Ti膜12からな
る導電性膜14を残し、導電性膜14によって第1の配
線4と第2の配線層9の接続を行う。
グのガスにSF6 、O2 、Arを用いたドライエッチン
グ法により、W膜13をエッチバックし、エッチングの
ガスにCl2 、Arを用いたドライエッチング法によ
り、TiN/Ti膜12をエッチバックし、コンタクト
孔11にのみW膜13およびTiN/Ti膜12からな
る導電性膜14を残し、導電性膜14によって第1の配
線4と第2の配線層9の接続を行う。
【0020】最後に、図1(i)に示すように、表面の
保護のために、反応ガスにSiH4 、NH3 を用いたプ
ラズマCVD法により、厚さ1μmの窒化珪素膜15形
成して2層配線の形成工程を終了する。なお、上記実施
例では2層配線の場合について説明したが、上記工程を
繰り返し行なうことにより、3層以上の多層配線構造を
した半導体装置の製造を行なうこともできる。図3は、
4層配線とした場合の半導体装置20の構成を例示する
断面図で、上記実施例のものに第3の配線層16の凹部
に第3の絶縁層17を被覆し、第3の絶縁膜17に第4
の配線層18を埋め込み、第3と第4の絶縁層17、1
9に導電性層20を埋め込んでいる。
保護のために、反応ガスにSiH4 、NH3 を用いたプ
ラズマCVD法により、厚さ1μmの窒化珪素膜15形
成して2層配線の形成工程を終了する。なお、上記実施
例では2層配線の場合について説明したが、上記工程を
繰り返し行なうことにより、3層以上の多層配線構造を
した半導体装置の製造を行なうこともできる。図3は、
4層配線とした場合の半導体装置20の構成を例示する
断面図で、上記実施例のものに第3の配線層16の凹部
に第3の絶縁層17を被覆し、第3の絶縁膜17に第4
の配線層18を埋め込み、第3と第4の絶縁層17、1
9に導電性層20を埋め込んでいる。
【0021】
【発明の効果】以上のように、この発明の半導体装置お
よびその製造方法によれば、第1の配線層のパターン間
の隙間部に第2の配線層を埋め込んで多層配線構造を形
成するので、配線間のスペースの有効利用により配線高
密度化を実現することができるようになった。また、第
1の配線層と第2の配線層の高さの差を小さくできるた
め、配線間の接続が容易になり、配線間の接続部を平坦
に形成できるため、保護膜の被覆を十分に施すことがで
き、劣化防止に対する信頼性を向上することができるよ
うになった。
よびその製造方法によれば、第1の配線層のパターン間
の隙間部に第2の配線層を埋め込んで多層配線構造を形
成するので、配線間のスペースの有効利用により配線高
密度化を実現することができるようになった。また、第
1の配線層と第2の配線層の高さの差を小さくできるた
め、配線間の接続が容易になり、配線間の接続部を平坦
に形成できるため、保護膜の被覆を十分に施すことがで
き、劣化防止に対する信頼性を向上することができるよ
うになった。
【図1】この発明の実施例である半導体装置の構成を示
す断面図である。
す断面図である。
【図2】(a)〜(i)は、図1に示す半導体装置の製
造工程の手順を示す断面図である。
造工程の手順を示す断面図である。
【図3】この発明の製造方法を繰り返し用いて多層配線
構造の半導体装置を形成した場合の構成例を示す断面図
である。
構造の半導体装置を形成した場合の構成例を示す断面図
である。
【図4】従来の製造工程の手順を示す断面図である。
1 半導体装置 2 シリコン基板 3、6、10、15 絶縁膜 4 第1の配線層 5 凹部 9 第2の配線層 11 コンタクト孔 14 導電性膜
Claims (2)
- 【請求項1】 半導体素子上に形成される第1の配線層
と、この第1の配線層パターン間に形成された凹部を被
覆する第1の絶縁膜と、この第1の絶縁膜に埋め込まれ
る第2の配線層と、前記第1の配線層および第2の配線
層を被覆する第2の絶縁膜と、第1と第2の絶縁膜に埋
め込まれ前記第1と第2の配線層を接続する導電性膜と
からなる多層配線構造を備えた半導体装置。 - 【請求項2】 半導体素子上に第1の配線層パターンを
形成する工程と、この第1の配線層および第1の配線層
パターン間の凹部表面を第1の絶縁膜で被覆する工程
と、第1の絶縁膜により被覆された前記凹部に第2の配
線層を埋め込む工程と、埋め込まれた第2の配線層を第
2の絶縁膜で被覆する工程と、第1および第2の配線層
を被覆する第1と第2の絶縁膜に両配線層を接続するた
めのコンタクト孔を形成する工程と、このコンタクト孔
に導電性膜を埋め込む工程とからなる多層配線構造を備
えた半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28889491A JP2933766B2 (ja) | 1991-11-05 | 1991-11-05 | 半導体装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28889491A JP2933766B2 (ja) | 1991-11-05 | 1991-11-05 | 半導体装置およびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05129446A JPH05129446A (ja) | 1993-05-25 |
JP2933766B2 true JP2933766B2 (ja) | 1999-08-16 |
Family
ID=17736161
Family Applications (1)
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