JP3034538B2 - 配線構造の形成方法 - Google Patents

配線構造の形成方法

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、配線構造の形成方法に関し、例えば高集積
の半導体集積回路に適用して好適なものである。
〔発明の概要〕
本発明は、コンタクトホールを通じて下層の導電層に
配線がコンタクトし、配線とコンタクトホールとが自己
整合的に形成され、かつ、配線の長手方向の端面とこの
長手方向のコンタクトホールの側面とが互いにほぼ一致
している配線構造の形成方法であって、半導体基板上に
形成された絶縁膜上に、形成すべき配線の形状に対応し
た形状の第1の開口を有する第1のレジストパターンを
形成する工程と、第1のレジストパターンをマスクとし
て絶縁膜をその膜厚方向の途中までエッチングすること
により溝を形成する工程と、第1のレジストパターンに
不溶化処理を施した後、第1のレジストパターンの第1
の開口と交差する第2の開口を有する第2のレジストパ
ターンを形成する工程と、第1のレジストパターン及び
第2のレジストパターンをマスクとして絶縁膜をエッチ
ングすることによりコンタクトホールを形成する工程
と、第1のレジストパターン及び第2のレジストパター
ンを除去する工程と、配線形成用の導体膜を全面に形成
する工程と、導体膜を絶縁膜が露出するまでエッチバッ
クすることにより絶縁膜の溝及びコンタクトホールの内
部に埋め込まれた配線を形成する工程とを具備する。
本発明によって、配線間の間隔の縮小を図ることがで
き、例えば高集積密度の半導体集積回路を実現すること
ができる。
〔従来の技術〕
従来、半導体集積回路においてコンタクトホールに合
わせて上層配線を形成する場合には、次のような方法が
用いられている。すなわち、第9図に示すように、まず
図示省略した層間絶縁膜にコンタクトホールC′を形成
する。次に、全面に例えばアルミニウム(Al)膜を形成
した後、このAl膜上にリソグラフィーによりレジストパ
ターン(図示せず)を形成する。次に、このレジストパ
ターンをマスクとしてこのAl膜をエッチングすることに
より配線101を形成する。この場合、このレジストパタ
ーンを形成するためのリソグラフィー工程における露光
時には合わせずれが生じることから、配線101のうちの
コンタクトホールC′の周囲の部分101aは、この合わせ
ずれに対するマージン分だけその幅を大きくする必要が
ある。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述のように、第9図に示す従来の配線構造において
は、配線101のうちのコンタクトホールC′の周囲の部
分101aの幅を他の部分に比べて大きくする必要があるこ
とから、隣接する配線101間の間隔を縮小することが難
しく、これが半導体集積回路の高集積密度化を図る上で
障害となっていた。
従って本発明の目的は、配線間の間隔が小さい配線構
造を形成することができる配線構造の形成方法を提供す
ることにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明は、コンタクトホ
ール(C)を通じて下層の導電層に配線(3)がコンタ
クトし、配線(3)とコンタクトホール(C)とが自己
整合的に形成され、かつ、配線(3)の長手方向の端面
とこの長手方向のコンタンクトホール(C)の側面とが
互いにほぼ一致している配線構造の形成方法であって、
半導体基板(1)上に形成された絶縁膜(2)上に、形
成すべき配線(3)の形状に対応した形状の第1の開口
(4a)を有する第1のレジストパターン(4)を形成す
る工程と、第1のレジストパターン(4)をマスクとし
て絶縁膜(2)をその膜厚方向の途中までエッチングす
ることにより溝(2a)を形成する工程と、第1のレジス
トパターン(4)に不溶化処理を施した後、第1のレジ
ストパターン(4)の第1の開口(4a)と交差する第2
の開口(5a)を有する第2のレジストパターン(5)を
形成する工程と、第1のレジストパターン(4)及び第
2のレジストパターン(5)をマスクとして絶縁膜
(2)をエッチングすることによりコンタクトホール
(C)を形成する工程と、第1のレジストパターン
(4)及び第2のレジストパターン(5)を除去する工
程と、配線形成用の導体膜(6)を全面に形成する工程
と、導体膜(6)を絶縁膜(2)が露出するまでエッチ
バックすることにより絶縁膜(2)の溝(2a)及びコン
タクトホール(C)の内部に埋め込まれた配線(3)を
形成する工程とを具備する。
第1のレジストパターン(4)の第1の開口(4a)と
第2のレジストパターン(5)の第2の開口(5a)との
交差角度は、最も一般的には90゜とされ、この場合には
平面形状が長方形または正方形のコンタクホール(C)
が形成される。しかし、この交差角度は90゜以外の角度
とすることも可能であり、この場合には平面形状が平行
四辺形のコンタクトホール(C)が形成される。
半導体基板(1)上に形成される絶縁膜は、単層構造
としてもよいし、多層構造としてもよい。絶縁膜を単層
構造とする場合には、この絶縁膜としては例えばSiO2
を用いることができる。また、絶縁膜を多層構造とする
場合には、互いに選択エッチングが可能な絶縁膜を組み
合わせるのが好ましい。具体的には、この多層構造の絶
縁膜としては、例えばSi3N4膜上にSiO2膜を形成したも
のなどを用いることができる。
配線形成用の導体膜(6)としては、タングステン
(W)膜その他の金属膜や高融点金属シリサイド膜など
の各種の導電材料の膜を用いることができる。
〔作用〕
上述のように構成された本発明の配線構造の形成方法
によれば、第1のレジストパターン(4)及び第2のレ
ジストパターン(5)をマスクとして絶縁膜(2)をエ
ッチングすることにより、溝(2a)に対して自己整合的
にコンタクトホール(C)を形成することができる。こ
の場合、溝(2a)の長手方向の側面とこの長手方向のコ
ンタクトホール(C)の側面とは互いに一致する。そし
て、導体膜(6)をエッチバックすることにより溝(2
a)及びコンタクトホール(C)の内部に埋め込まれて
形成された配線(3)は、コンタクトホール(C)に対
して自己整合となる。この場合、配線(3)の長手方向
の端面とこの長手方向のコンタクトホール(C)の側面
とは互いに一致する。以上より、コンタクトホール
(C)の周囲の部分の配線(3)の幅を大きくする必要
がなくなり、従って配線(3)間の間隔が小さい配線構
造を形成することができる。そして、これによって、高
集積密度の半導体集積回路を実現することができる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説
明する。なお、実施例の全図において、同一または対応
する部分には同一の符号を付す。
第1図は本発明の一実施例による半導体集積回路を示
し、特にその配線部を示したものである。第2図及び第
3図はそれぞれ第1図のII−II線及びIII−III線に沿っ
ての断面を示す。
第1図、第2図及び第3図に示すように、この実施例
による半導体集積回路においては、例えばシリコン(S
i)基板1上に例えばSiO2膜2が形成されている。このS
iO2膜2には細長い溝2aが形成され、この溝2aの長手方
向の途中の部分にコンタクトホールCが形成されてい
る。この場合、この溝2aの長手方向の側面とこの長手方
向のコンタクトホールCの側面とは互いに一致してい
る。符号3は例えばW膜のような金属膜から成る配線を
示す。この配線3は溝2a及びコンタクトホールCの内部
に埋め込まれており、その表面はSiO2膜2の表面とほぼ
同一平面上にある。そして、この配線3は、コンタクト
ホールCを通じて、Si基板1中に形成された拡散層(図
示せず)にコンタクトしている。この場合、配線3の長
手方向の端面とこの上手方向のコンタクトホールCの側
面とは互いに一致している。
次に、上述のように構成されたこの実施例による半導
体集積回路の製造方法を第4図A〜第4図Fを参照しな
がら説明する。
第4図Aに示すように、まずSi基板1上にSiO2膜2を
形成した後、このSiO2膜2上に、形成すべき配線3の形
状に対応した形状の開口4aを有する第1のレジストパタ
ーン4をリソグラフィーにより形成する。
次に、この第1のレジストパターン4をマスクとし
て、形成すべき配線3の厚さに相当する深さまでSiO2
2を例えば反応性イオンエッチング(RIE)法により基
板表面と垂直方向にエッチングする。これによって、第
4図Bに示すように、SiO2膜2に溝2aが形成される。
次に、第4図Cに示すように、第1のレジストパター
ン4及び溝2a上に、この第1のレジストパターン4の開
口4aとほぼ直交する開口5a(第1図参照)を有する第2
のレジストパターン5をリソグラフィーにより形成す
る。なお、この第2のレジストパターン5を形成するた
めの現像の際に第1のレジストパターン4が現像されな
いようにするために、第1のレジストパターン4及び第
2のレジストパターン5のうちの一方をネガ型とし、他
方をポジ型とするか、あるいは第2のレジストパターン
5を形成する前に、第1のレジストパターン4がこの第
2のレジストパターン5を形成する際に用いられる現像
液に対して不溶となるようにこの第1のレジストパター
ン4にあらかじめ不溶化処理を施しておく必要がある。
次に、この第2のレジストパターン5及び第1のレジ
ストパターン4をマスクとしてSiO2膜2を例えばRIE法
により基板表面と垂直方向にエッチングして、第4図D
に示すように、コンタクトホールCを形成する。このコ
ンタクトホールCは、溝2aに対して自己整合的に形成さ
れる。
次に、第1のレジストパターン4及び第2のレジスト
パターン5を除去した後、第4図Eに示すように、例え
ばスパッタ法や真空蒸着法などにより全面に例えばW膜
のような金属膜6を形成する。
次に、第4図Fに示すように、この金属膜6上にレジ
スト7をその表面がほぼ平坦となるように塗布する。こ
の後、例えばRIE法により、これらのレジスト7及び金
属膜6をSiO2膜2の表面が露出するまで基板表面と垂直
方向にエッチバックする。これによって、第1図、第2
図及び第3図に示すように、コンタクトホールCに対し
て自己整合的に配線3が形成される。
以上のように、この実施例によれば、配線3とコンタ
クトホールCとが自己整合となるので、コンタクトホー
ルCの周囲の部分の配線3の幅を従来のように大きくす
る必要がなくなり、従ってその分だけ配線3間の間隔の
縮小を図ることができる。これによって、高集積密度の
半導体集積回路を実現することができる。
また、この実施例による配線形成方法によれば、配線
3及びコンタクトホールCを、すでに確立された技術の
みを用いて容易に形成することができる。
この実施例による配線構造は、MOSLSI、バイポーラ−
CMOSLSI、バイポーラLSIなどの各種の半導体集積回路に
適用することが可能である。より具体的には、例えばMO
SLSIによるダイナミックRAMやスタティックRAMなどに適
用することが可能である。
次に、本発明の他の実施例について説明する。
第5図は本発明の他の実施例による半導体集積回路を
示し、特にその配線部を示したものである。第6図及び
第7図はそれぞれ第5図のVI−VI線及びVII−VII線に沿
っての断面を示す。
第5図、第6図及び第7図に示すように、この実施例
による半導体集積回路においては、Si基板1上に例えば
Si3N4膜8及びSiO2膜2が形成されている。その他の構
成は先に述べた実施例と実質的に同一である。
次に、上述のように構成されたこの実施例による半導
体集積回路の製造方法を第8図A〜第8図Dを参照しな
がら説明する。
第8図Aに示すように、まずSi基板1上に、Si3N4
8及びSiO2膜2を順次形成した後、このSiO2膜2上に第
1のレジストパターン4を形成する。
次に、この第1のレジストパターン4をマスクとして
SiO2膜2を例えばRIE法により基板表面と垂直方向にエ
ッチングして、第8図Bに示すように、溝2aを形成す
る。このRIE法によるSiO2膜2のエッチングの際には、S
i3N4膜8がエッチングストッパーとして働く。すなわ
ち、Si3N4膜8が露出した時点でエッチングは自動的に
停止し、このSi3N4膜8はほとんどエッチングされな
い。この結果、配線3の厚さを決める開口2aの深さは、
SiO2膜2の膜厚にほぼ等しくなる。従って、SiO2膜2の
膜厚制御により、配線3の厚さを高精度で決定すること
ができる。
次に、第1のレジストパターン4を除去した後、第8
図Cに示すように、SiO2膜2上に第2のレジストパター
ン5を形成する。
次に、この第2のレジストパターン5をマスクとし
て、Si3N4膜をエッチングする条件で例えばRIE法により
Si3N4膜8を基板表面と垂直方向にエッチングして、第
8図Dに示すように、コンタクトホールCを形成する。
このエッチングの際には、第2のレジストパターン5の
開口5aにはSi2N4膜8及びSiO2膜2が露出しているが、
上述のようにSi3N4膜をエッチングする条件でRIE法によ
るエッチングを行う際のSiO2膜に対するSi3N4膜の選択
比は約5程度は得られるので、この第2のレジストパタ
ーン5の開口5aに露出したSi3N4膜8だけを選択的にエ
ッチングしてコンタクトホールCを形成することができ
る。
次に、第2のレジストパターン5を除去した後、先に
述べた実施例と同様に工程を進めて、第5図、第6図及
び第7図に示すように配線3を形成する。
以上のように、この実施例によれば、先に述べた実施
例と同様に、コンタクトホールCと配線3とが自己整合
的に形成されているので、配線3の間の間隔の縮小を図
ることができ、これによって高集積密度の半導体集積回
路を実現することができる。
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明
は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の
技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施例においては、コンタクトホール
Cを通じて配線3をSi基板1にコンタクトさせる場合に
ついて説明したが、本発明は、例えば下層配線にコンタ
クトホールを通じて上層配線をコンタクトさせる場合に
適用することも可能である。
また、上述の実施例においては、本発明をSiを用いた
半導体集積回路を適用した場合について説明したが、本
発明は、例えば化合物半導体を用いた半導体集積回路に
適用することも可能である。
〔発明の効果〕
本発明の配線構造の形成方法によれば、配線間の間隔
が小さい配線構造を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による半導体集積回路の要部
を示す平面図、第2図は第1図のII−II線に沿っての断
面図、第3図は第1図のIII−III線に沿っての断面図、
第4図A〜第4図Fは第1図、第2図及び第3図に示す
半導体集積回路の製造方法を工程順に説明するための断
面図、第5図は本発明の他の実施例による半導体集積回
路の要部を示す平面図、第6図は第5図のVI−VI線に沿
っての断面図、第7図は第5図のVII−VII線に沿っての
断面図、第8図A〜第8図Dは第5図、第6図及び第7
図に示す半導体集積回路の製造方法を工程順に説明する
ための断面図、第9図は従来の配線構造を示す平面図で
ある。 図面における主要な符号の説明 1:Si基板、2:SiO2膜、3:配線、4:第1のレジストパター
ン、5:第2のレジストパターン、6:金属膜、8:Si3N
4膜。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】コンタクトホールを通じて下層の導電層に
    配線がコンタクトし、上記配線と上記コンタクトホール
    とが自己整合的に形成され、かつ、上記配線の長手方向
    の端面とこの長手方向の上記コンタクトホールの側面と
    が互いにほぼ一致している配線構造の形成方法であっ
    て、 半導体基板上に形成された絶縁膜上に、形成すべき配線
    の形状に対応した形状の第1の開口を有する第1のレジ
    ストパターンを形成する工程と、 上記第1のレジストパターンをマスクとして上記絶縁膜
    をその膜厚方向の途中までエッチングすることにより溝
    を形成する工程と、 上記第1のレジストパターンに不溶化処理を施した後、
    上記第1のレジストパターンの上記第1の開口と交差す
    る第2の開口を有する第2のレジストパターンを形成す
    る工程と、 上記第1のレジストパターン及び上記第2のレジストパ
    ターンをマスクとして上記絶縁膜をエッチングすること
    により上記コンタクトホールを形成する工程と、 上記第1のレジストパターン及び上記第2のレジストパ
    ターンを除去する工程と、 配線形成用の導体膜を全面に形成する工程と、 上記導体膜を上記絶縁膜が露出するまでエッチバックす
    ることにより上記絶縁膜の上記溝及び上記コンタクトホ
    ールの内部に埋め込まれた上記配線を形成する工程とを
    具備することを特徴とする配線構造の形成方法。
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