JPH01147845A - 半導体装置の金属化層間の相互接続を提供する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は一般に半導体装置に関し、−より詳細には絶縁
体により分離した半導体装置の金属化層間の相互接続を
提供する方法及び装置に関する。

従来技術 半導体装置の製造において、幾つかのレベルの金属化領
域を互いの上に設けて絶縁層により分離するが、その絶
縁層はあるレベルから次のレベルへの干渉を防ぐ。所定
位置Ｃの様々なレベル間の電気的接触を提供することが
望まれる場合、導電体は、その絶゛縁体層を通り扱けて
、各レベルの金属化領域と接触しなＣブればならない。

従来は、第一のレベルを製造してから絶縁層で被覆した
。それから、垂直な側壁の孔を絶縁層の所定位置のとこ
ろにあけ、次のレベルの金属化領域を絶縁体層の上に加
えた。金属化の共形層をスパッタリング或いは蒸着する
従来の方法により、結果として露出表面全てに加えられ
る金属の薄い層が平らに加えられることになった。時々
、レベル間の垂直な側壁が垂直に降下しているため、金
属化領域は孔中に非常に薄く加えられ、そして電流を運
ぶのに不十分な孔中の金属のため、信頼性の問題が生じ
た。

この信頼性の問題を解決する一つの試みは、孔に先細の
ｍ壁を用いることであった。第一レベルの金属化ｌｉ域
は従前の同一の方法により絶縁層で被覆するが、垂直な
側壁の孔をあける代わりに、傾斜の側壁或いは先細の側
壁の孔をあけた。これにより、第二レベルの金属化領域
が加えられるところの表面の直径が、第一レベルの金属
化領域に最も近い底面の直径よりも大きい孔となった。

絶縁層中の垂直な降下を除去することにより、より多く
の金属が孔の中に流れることが可能になり、その結果、
従来の信頼性問題の発生を減らす一層厚いｕｆ体が加え
られることになった。

不運にも、一つの問題のこの解決法が他の問題を生じる
ことになった。半導体装置が一層精巧になるにつれて、
表面面積がプレミアムになる。先細の側壁孔等の様に非
機能の目的のために使用する場所が多くなればなるほど
、電気回路用の場所が一層少なくなる。従って、側壁を
先細にすることにより場所を増大して使用することは、
限られた表面面積の好ましくない浪費となった。それゆ
え、信頼性が高くかつ空間を無駄にしない、絶縁体によ
り分離１した半導体装置の金属化領域層間の相互接続の
必要性が生じた。

発明が解決しようとする問題点 ここに開示する本発明により、絶縁体により分離した半
導体装置の金属化領域レベルを相互接続させる方法及び
装置を説明するが、それにより、レベルを接続する従来
技術に関連する問題が除去される。本発明により、突き
出した金属スタットの建造を提供し、半導体装置のレベ
ル間相互接続として役立たせる。

本発明の一様態において、固体のスタットを第一レベル
の金属化領域のリード上に形成し、拡散障壁によってリ
ードから分離する。このスタットは、第一レベルとスタ
ットの上に加えられた絶縁体を通して伸びており、第二
レベルの金属化領域を第一レベルと接続する。

本発明の他の様態において、第一レベルのリード工程を
終了した半導体スライスは、耐火金属とめつき可能な金
属のキシツブすなわちシードとをその上に被着して、拡
散障壁を形成する。次に、この半導体スライスをフォト
レジストで覆い、空洞をフォトレジスト中に形成する。

この空洞を好ましい金属スタットで半導体装置の設計に
必要な高さまでめっきする。

残りのフォトレジストをシリコン・スライスの表面から
はぎ取り、拡散障壁と金属スタットを露出させる。それ
から耐火金属をエツチングして第一レベルのリードを露
出させるが、スタットとその下の拡散障壁はそのままに
する。次に、第一レベルのリードとスタットを選択的に
クラッドする。

本発明の技術利点は、第一レベルのリードとスタットと
が、側壁を含む露出した表面全部にクラッドされ、リー
ド或いはスタットの腐食を防ぐのを助けることができる
いうことにある。それから半導体スライスを絶縁体で覆
い、第二レベルの金属化領域層を加える。第二レベルは
、スタットの表・面を露出させることにより、絶縁体を
通して第・−レベルと接続される。

本発明の他の技術利点は、様々な金属リード技術を同様
に適用できることにある。本発明は、例えば、アルミニ
ウム、銅、又はアルミニウムと銅の合金のリードを使用
することができる。更に他の技術利点は、本発明はいか
なる絶縁体金属技術、例えばプラズマ、化学気相成長、
或いは酸化物−窒化物等を使用してもよいということで
ある。扇後に、本発明の技術利点は、半導体スライス表
面の場所を少しも浪費せずに金属化領域のレベル間に固
体導電体を提供することである。

添付図面に関連して次の実施例の説明を参照することに
より、本発明及びその更に他の利点をより完全に理解す
ることができるであろう。

実施例 以上の説明において、種々の図面中の類似部分は参照し
やすいように同−及び対応番号で示す。

第１図を説明するが、同図はシリコン半導体スライス１
０の切断面を示し、第一レベルのリード１２をその表面
に形成した後のものである。図示していないが、リード
１２は、絶縁体、例えば酸化シリコンや窒化シリコン等
によりスライス１０がら絶縁されている。第一レベルの
リード１２はどんな標準的な工程、例えば、スライス上
に金属をスパッタリング或いは蒸着してパターン形成し
、その金属をエツチングして回路間に導電体を定めるよ
うな工程によっても形成することができる。

第一レベルのリード１２は、アルミニウムや、アルミニ
ウムー銅、或いは他の適切なリード金属であり得る。

第２図により、耐火金属１４及びメツキ可能な金属キャ
ップ１６とを加えた後の、シリコン・スライス１０及び
第一レベルのり一ド１２の切断面を示す。耐火金属１４
及びメツキ可能な金属キャップ１６を、スライス１ｏの
表面全体を覆うことにより、第一レベルのリード１２に
加える。この耐火金属１４及びメツキ可能な金属キャッ
プ１６は、標準的な工程、例えば、スパッタリング等に
より形成することができる。メツキ可能な金属キャップ
１６は、耐火金属１４をスパッタリングした直接に、そ
のスパッタリング装置中の真空を破壊せずに、リード１
２及びスライス１０上にスパッタリングされる。耐火金
属１４とメツキ可能な金属キャップ１６との間のギャッ
プにより好ましくない抵抗が生じてしまうので、そこに
は何もギャップがないのが好ましい。耐火金属１４は、
例えばモリブデンやクロム、タンタル、タングステン、
或いはブタニウム−タングステン等であり得る。耐火金
属１４とメツキ可能な金属キャップ１６は、以下により
詳細に説明するように、拡散障壁として役立つ。耐火金
属１４はメツキネ可能なので、シードの層すなわちメツ
キ可能な金属キャップ１６を耐火金属１４の表面上に置
く。金属キャップ１６は、例えば、金や銅、銀等でよい
。

第３図により、本発明の工程の次の段階を説明する。さ
て、スライス１０．第一レベルのリード１２、耐火金ｊ
ｉ１４、及び金属キャップ１６の表面全体を７オトレジ
スト１８で覆う。このフォトレジスト１８を、例えばレ
ジスト・スピンナや塗布装行中で回転させる。フォトレ
ジスト１８は従来の感光性の有様材料であり、そこでは
、光源が７オトレジスト１８を露光するのに用いられる
。

図示していないが、好ましいパターン２ｏを含むマスク
を用いて、パターン２０が現われるところを除いてフォ
トレジスト１８を露光する。フォトレジスト１８の露光
していない部分は現像化合物（ｃ＋ｅｖｅ＋ｏｐｅｒ　
Ｃ０１ｐＯｕｎｄ）中で溶解できるようになるが、一方
、露光した部分は溶解しないままである。それからこの
露光されていないパターン２０の部分を、現像化合物に
より除去して、空洞２２を造り出すが、残りの半導体ス
ライス１０上にはフォトレジスト１８を残す。空洞２２
は、フォトレジスト１８中の、メツキ可能な金属キャッ
プ１６の上部までＦがっている円柱の孔を形成する。

図示していないが、空洞２２は四角い孔や他のどんな好
ましい幾何学的な形も形成することができる。

第４図により、本発明を使用する工程の次の段階を説明
する。空洞２２を金属スタット２４でめっきする。空洞
２２はなるべくなら（図示していないが）電気めっき装
置によりめっきするのがよく、その装置では、例えばめ
っきされる金属が化学溶液中で陽極であり、スライス１
０が陰極である。電流が化学溶液を通ると、陽極が分解
されて、陰極上に再被着される。スタット２４もまた、
例えば無電解めっき或いは浸漬めっき等の他のどんな適
切な方法によってもめつきすることができる。

金属スタット２４は、銅、金、ニッケルー銅合金、ニッ
ケルー金合金、或いはめつき工程に用いることができる
他のどんな材料でもよい。スタット２４の高さは、半導
体装置の設計上の必要条件によって定め、スライス１０
をどれくらいの間めっき工程にさらすかにより調整する
。

次に、フォトレジスト１８は半導体スライス１０の表面
からはぎ取らな番プればならない。フォトレジスト１８
のストリッピングは、例えば、図示していないが、様々
なレベルに関連する金属のタイプによって、化学ウェッ
ト・ストリップ或いはドライ・ストリップ等の適切な方
法によって行なう。フォトレジスト１８が除去されると
、金属スタット２４は、耐火金属１４及びめっき可能な
金属キャップ１６の上に突き出したままになる。それか
ら耐火金属１４及びめっき可能な金属キャップ１６をエ
ツチングして、スライス１０からそれらを除去する。こ
のエツチングは、例えば、図示しないが、周知技術であ
るマグネトロン・エツチャー等の反応イオン・エツチャ
ー中で施す。アルゴンのガスを用いてめっき可能な金属
キャップ１６をエツチングし、また六フッ化イオウにフ
レオン１１を加えたものを用いて第一レベルのり−ド１
２或いはく図示していないが）酸化シリコンを除去せず
に、耐火金属１４を除去する。スタット２４がエツチン
グ・ストップとして働くので、耐火台ＷＩｈ１４及びめ
っき可能な金属キャップ１６は、スタット２４の下のと
ころからは除去されない。

スタット２４の下の残りの耐火台ｊ１１４及びめっき可
能な金属キャップ１６は、スタット２４とリード１２と
の間の拡散障壁を形成する。この拡散障壁により、例え
ば、半導体の動作温度５００℃で生じ得る、スタット２
４の第一レベルのリード１２の材料中への拡散を防ぐ。

次に、第５図に示すように、スタット２４及び第一レベ
ルのリード１２を層２８で選択的にクラッドする。周知
技術のような低圧化学気相成長工程を用いて、スライス
１０を約３００℃まで熱してから、１１１２８の材料を
含有するガスを含むガスをスライス１０上に流すことに
より、スタット２４及びリード１２をクラッドする。層
２８用の材料、例えばタングステン或いはモリブデンを
そのガスから取りだして、スライス１０の熱した表面に
被着し、残りのガスは除去する。ここで、選択的という
言葉は、露出した金属の表面全て、即ち第一レベルのり
−ド１２及びスタット２４を意味する（が、酸化シリコ
ン領域は意味しない）ことと定義する。本発明の技術利
点は、第一レベルのり−ド１２の垂直表面を含む露出し
た金属表面全部をクラッドし、それにより装置が、例え
ば塩素等の腐食剤と接触する場合に、腐食を防がれると
いうことである。

この点から、プラズマ強化或いは化学気相成長により装
置を絶縁体層で覆うような、標準的なレベル間の誘電工
程を続けて行なうことができる。

それから第二レベルの金属化領域を、第一レベルと同一
の工程、即ちスパッタリングで加え、第一レベルをスタ
ット２４により第二レベルと接続させる。

第６図により、本発明の工程の段階的な適用を説明する
。

第１段階：第一レベルのリードを形成した後にシリコン
半導体スライスを得る。

第２段階ニスライス及び第一レベルのリード上に耐火金
属及びめっき可能な金属キャップすなわちシードを被着
する。

第３段階：耐大金属及びめっき可能な金属キャップの上
にフォトレジストを加え、空洞を形成する。

第４段階：好ましい金属で空洞を埋めてスタットを形成
する。

第５段１１ｊ：フォトレジストをはぎ取り、耐火金属及
び金属キャップをエツチングする。

第６段階：スタット及び第一レベルのリードを選択的に
クラッドする。

第７段階ニレベル間の誘電工程を続けて行なう。

以上に、本発明をその特定の好ましい実施例に関連して
説明したが、様々な変化及び変更が当業者にとって可能
であり、本発明はこの様な変化及び変更を添付の特許請
求の範囲内に含もうとするものである。

以上の説明に関連して、更に下記の項を開示する。

（１）　　絶縁体により分離した第一及び第二の金属化
領域レベル間の半導体装置の相互接続であって、垂直な
側壁の固体のスタットが、第一レベルの金属化領域から
絶縁体を通して第二レベルの金属化領域と接触するまで
伸びていることと、前記スタットを、絶縁体を形成する
のに先立って、第一レベルの金属化領域上に形成するこ
ととを含む半導体装置の相互接続。

（２）　　第（１）項に記載した相互接続において、前
記金属化領域層をシリコン半導体スライス基板上に形成
することを特徴とする相互接続。　゛（３）　　第（１
）項に記載した相互接続において、前記スタットを、め
っき可能な金属キャップ′Ｃ′覆った耐火金属を含む拡
散障壁により、第一レベルから分離することを特徴とす
る相互接続。

（４）　　第（１）項に記載した相互接続において、前
記スタットがめつきした１７１体を含むことを特徴とす
る相互接続。

（５）　　第（４）項に記載した相互接続において、低
圧化学気相成長により、１４′Ｒ体を防食材料で選択的
にクラッドすることを特徴とする相互接続。

（６）　　第（５）項に記載した相互接続において、防
食材料がタングステンを含むことを特徴とする相互接続
。

（７）　　第（５）項に記載した相互接続において、防
食材料がモリブデンを含むことを特徴とする相互接続。

（８）　　半導体基板上の複数の金属化領域レベルを間
隔をあけて相互接続する装置であって、半導体基板に形
成した酸化物領域と、 前記酸化物領域の上に所定のリードを形成する第一レベ
ルの金属化領域と、 前記リードの上に形成した拡１ａｌｌｉ壁と、前記拡散
障壁から伸びている導電体と、前記第一レベル及び前記
導電体の上に加えた絶縁体であって、前記１電体が前記
絶縁体を突き出るようにすることと、 前記絶縁体の上に加えた第二の金属化領域レベルであっ
て、前記導電体により第一レベルの金属化領域が前記第
二レベルの金属化領域と相互接続するようにすることと
を含む金属化領域レベルを相互接続する装置。

（９）　　第（８）項に記載した金属化領域レベルを相
互接続する装置において、前記所定のリードがアルミニ
ウムを含むことを特徴とする装置。

（１０）　　第（８）項に記載した金属化領域レベルを
相ｎ接続する装置において、前記所定のリードがアルミ
ニウムー銅合金を含むことを特徴とする装置。

（１１）　　第（８）項に記載した金属化領域レベルを
相互接続する装置において、前記所定のリードがリード
を基板上にスパッタリングすることにより形成されるこ
とを特徴とする装置。

（１２）　　第（８）項に記載した金属化領域レベルを
相互接続する装置において、前記所定のリードがリード
を基板上に蒸着することにより形成されることを特徴と
する装置。

（１３）　　第（８）項に記載した金属化領域レベルを
相互接続する装置において、前記拡散障壁が、スパッタ
リングした耐火金属の上にめっき可能な金属キャップを
スパッタリングすることにより、リード上に形成される
ことを特徴とする装置。

（１４）　　第（８）項に記載した金属化領域レベルを
相互接続する装置において、前記導電体が　パターン化
したフォトレジストの空洞中に形成しためつき金属スタ
ットを含むことを特徴とする装置。

（１５）　　第（１４）項に記載した金属化領域レベル
を相互接続する装置において、前記スタット及び前記所
定のリードが更に耐食層を含むことを特徴とする装置。

（１６）　　絶縁体により分離した、半導体装置の複数
の金属化領域レベルを相互接続させる方法であって、 拡Ｗ＆障壁を第一レベルの金属化領域の上に形成する段
階と、 前記拡散障壁の上に固体のスタットを形成して、前記ス
タットを前記第一レベルから分離させるようにする段階
と、 絶縁体を加えて、スタットが絶縁体を通って伸び、第二
レベルの金属化領域と接続するようにする段階とを含む
方法。

（１１）　　第（１６）項に記載した金属化領域レベル
を相互接続させる方法において、拡散ＩＩ壁により第一
レベルからスタットを分離する段階が、前記第一レベル
に耐火金属をスパッタリングする段階と、 前記耐火金属の上に金属キャップをスパッタリングする
段階とを含むことを特徴とする方法。

（１８）　　第（１６）項に記載した金属化領域レベル
を相互接続させる方法において、同体のスタットを形成
する段階が、 前記第一レベルの上のフォトレジストを回転させる段階
と、 前記フォトレジスト中に空洞を形成する段階と、前記空
洞を導電体で埋めてスタットを形成する段階と、 残りのフォトレジストをはぐ段階と、 スタットを防食材料でクラッドする段階とを含むことを
特徴とする方法。

（１９）　　第（１８）項に記載した金属化領域レベル
を相互接続させる方法において、空洞を導電体で埋めて
スタットを形成する段階が、空洞中に導電体を電気めっ
きする段階を含むことを特徴とする方法。

（２０）　　ｉ　（１８）項に記載した金属化領域レベ
ルを相互接続させる方法において、空洞を２９電体で埋
めてスタットを形成する段階が、空洞中に導電体を浸漬
めっきする段階を含むことを特徴とする方法。

（２１）　　第（１８）項に記載した金属化領域レベル
を相互接続させる方法において、空洞を導電体で埋めて
スタットを形成する段階が、空洞中に導電体を無電解め
っきする段階を含心ことを特徴とする方法。

（２２）　　第（１８）項に記載した金属化領域レベル
を相互接続させる方法において、残りのフォトレジスト
のストリッピングが化学ウェット・ストリッピングを含
むことを特徴とする方法。

（２３）　　第（１８）項に記載した金属化領域レベル
を相互接続させる方法において、残りのフォトレジスト
のストリッピングがドライ・ストリッピングを含むこと
を特徴とする方法。

（２４）　　第（１８）項に記載した金属化領域レベル
を相互接続させる方法において、スタットをクラッドす
る段階が、 圧力室中で半導体装置を熱する段階と、防食材料を含む
ガスを熱した半導体装置上に送って、防食材料がスタッ
トを覆うようにする段階とを含むことを特徴とする方法
。

（２５）　　第（１６）項に記載した金属化領域レベル
を相互接続させる方法において、絶縁体を加える段階が
、プラズマ強化により半導体装置を被覆することを含む
ことを特徴とする方法。

（２６）　　第（１６）項に記載した金属化領域レベル
を相互接続させる方法において、絶縁体を加える段階が
、化学気相成長により半導体装置を被覆することを含む
ことを特徴とする方法。

（２７）　　絶縁体を通過させて半導体装置の複数の金
属化領域レベルを相互接続する導電体を形成する方法が
、 半導体装置の第一レベルの金属化領域上のリードを拡散
障壁で覆う段階と、 拡散障壁を７オトレジストで覆い、フォトレジストの所
定の位置に空洞を形成する段階と、前記空洞中に導電体
をめっきして、空洞中の拡＠ｗ：１壁上にスタットを形
成する段階と、フォトレジストをはがして、拡散障壁を
エツチングし、スタットの下の拡散障壁のみを残す段階
と、 スタット及びリードを防食材料でクラッドする段階と、 絶縁体を第一レベルの上に加えて、スタットが絶縁体を
突き抜けて半導体装置の第二レベルの金属化領域と接触
するようにする段階とを含む方法。

（２８）　　第（２１）項に記載した導電体を形成する
方法において、半導体装置が更に、第一レベルの金属化
領域が上に形成されるフィールド酸化物層を含み、また
、第一レベルの金属化領域を拡散障壁で覆う段階が耐火
金属の層をスパッタリングしてからめっき可能な金属キ
ャップをスパッタリングする段階を含むことを特徴とす
る方法。

（２９）　　第（２１）項に記載した導電体を形成する
方法において、拡散障壁をフォトレジストで覆い空洞を
形成する段階が、フォトレジストを回転させ、フォトレ
ジストを露光させて、パターンを造り出し、前記パター
ン形成したフォトレジストを除去してフォトレジスト中
に拡散ｇｉ壁までの空洞を形成する段階を含む法。

（３０）　　金属スタット２４を提供して、半導体スラ
イス１０上の絶縁体により分離した金属化領域レベルを
相互接続する。リード１２を耐火金属１４及びめっき可
能な金属キャップ１６で覆う。それからフォトレジスト
１８を加えて、空洞２２をフォトレジスト１８内に形成
する。空洞２２をめっきして、スタット２４を形成する
。スタット２４を耐食層２８でクラッドする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第一リードが付けられたシリコン半導体スラ
イスの斜視図である。 第２図は、第１図の斜視図に耐火金属及び金属キャップ
を加えたものである。 第３図は、第２図の斜視図に７オトレジスト及び空洞を
形成したものである。 第４図は、第３図の斜視図の空洞にスタットを加えたも
のである。 第５図は、本発明に従って完成した半導体スライスを示
す斜視図である。 第６図は、本発明を用いる製造段階のフロー・チャート
である。 主な符号の説明 １０：シリコン半導体スライス １２：第一レベルのリード １４：耐火金属 １６：めっき可能な金属キャップ １８：フォトレジスト ２２：空洞 ２４：スタット ２８：耐食層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁体により分離した第一及び第二の金属化領域
   レベル間の半導体装置の相互接続であって、垂直な側壁
   の固体のスタットが、第一レベルの金属化領域から絶縁
   体を通して第二レベルの金属化領域と接触するまで伸び
   ていることと、前記スタットを、絶縁体を形成するのに
   先立って、第一レベルの金属化領域上に形成することと
   を含む半導体装置の相互接続。
2. （２）絶縁体により分離した、半導体装置の複数の金属
   化領域レベルを相互接続させる方法であつて、拡散障壁
   を第一レベルの金属化領域の上に形成する段階と、前記
   拡散障壁の上に固体のスタットを形成して、前記スタッ
   トを前記第一レベルから分離させるようにする段階と、
   絶縁体を加えて、スタットが絶縁体を通って伸び、第二
   レベルの金属化領域と接続するようにする段階とを含む
   方法。