JPH0291943A - 多層配線法 - 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、多層配線法に関する。本発明は例えば、半導
体装置（超ＬＳＩその他）製造時に、素子間配線を行う
場合や、その他の多層配線を行う場合に好適に利用でき
るものである。

（発明の概要〕 本発明の多層配線法は、絶縁膜に配線用溝とこの配線用
溝に連続する接続用開口孔を形成し、この接続用開口孔
に第１の導電材料を選択的に埋め込み、次いで前記配線
用溝に第２の導電材料を埋め込むことによって、溝と開
口孔との位置合わせを容易にし、微細な加工をも容易か
つ高精度で行えるようにしたものである。

〔従来の技術〕

半導体装置製造等の分野において、所望の接続をとるた
めに配線形成を行うことは必須である。

従来技術において、例えば超ＬＳＩ製造においてトラン
ジスタなどの′基本素子間の配線を形成する際には、基
本素子の電極をおおって層間絶縁膜を被覆後、該基本素
子の電極に相当する部分の上にコンタクトを開孔し、そ
の上にＡβなどの金属薄膜をスパッター薫着し、更にこ
の薄膜を適切な配線パターンに加工（エツチング）して
素子間の結線を行っていた。

第１Ｏ図は、このような従来技術の一例を模式的に示す
ものである。第１０図中、ａはシリコン等の基板、ｂは
５ｉＱ２等から成る絶縁膜である。

第１０図＜ａ＞に示すように配線電極を形成するための
Ａ１等の導電材Ｃを該絶縁膜す上に形成する。次いで導
電材Ｃをパターニングして、第１０図（ｂ）に示すよう
に電極ＣＩ、Ｃ２を形成する。

電極ｃｌ、ｃ２は、図の他の断面において所定の素子電
極部と接続して、配線電極を構成するようになっている
。次に第１０図（ｃ’）の如く該電極Ｃ１，Ｃ２上に層
間絶縁膜ｄを形成し、更に該層間絶縁膜ｄの電極ＣＩ、
Ｃ２に該当する部分を開孔してコンタクトホールｅを設
け、第１Ｏ図（ｄ）の構造とする。その上に該コンタク
トホールｅをおおって、ＡＰなどの金属厚膜をスパッタ
等することにより第２の導電材層ｆ　（第２層Ａ／）を
形成するとともに、同時にコンタクトホールｅを該第２
の導電材層ｆにより埋め込んで、第１０図（ｅ）の構造
を得る。その後この第２の導電材層ｆを適宜パターニン
グすることにより、所望の接続を達成できる。

〔発明が解決しようとする問題点〕 近年、半導体装置の分野においては、−層の高集積化・
微細化が進んでいる。例えば、近年の超ＬＳＩの高集積
化に伴い、基本素子及び配線の寸法は微細化の一途を辿
っており、当然コンタクトホールの寸法も微細化してい
る。このため上記したような配線技術では、従来のスパ
ッタ蒸着法を用いた場合など、アルミニウム等の金属薄
膜（第１０図（ｅ）の符号ｆで例示するもの）がコンタ
クトホール（同、符号Ｃで例示）の底部に殆ど堆積しな
くなることがある。このときには、素子電極と配線層と
の間の接続がとれなくなる。

そこで最近では、スパッタ蒸着法に替わり、タングステ
ンＷなどの金属を選択ＣＶＤ法でコンタクトホール中に
埋め込む方法が採用されはじめている。これは第１１図
に略示して例示するように、Ｓｔｏ、等の層間絶縁膜ｄ
にコンタクトホールｅを形成しく第１１図（ａ））、こ
のコンタクトホールｅ内をＷなどの導電材ｇでうめこむ
ものである（第１１図（ｂ））。

このようなＷの選択ＣＶＤ法については、プレスジャー
ナル刊［月刊Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｗｏｒｌｄ
　ｌ　１９８７年１０月、８８〜９３頁、同６５〜７０
頁特に６８頁に記載がある。また、特開昭６０−１１５
２４５号に開示がある。

かかる技術は条件を適切に設定することによって、コン
タクトホールｅ内に充分に導電材ｇを埋め込むことがで
きるので有利ではあるが、コンタクトホールｅを第１０
図に示したように対応する電極ｃｉ、ｃ２上に精度良（
形成しなければならないという事情は変わらない。よっ
て、コンタクトホールｅを電極Ｃ１，Ｃ２に対し重ね合
わせ精度良く形成する必要があるが、これは必ずしも容
易ではなく、特に微細化により精度のマージンが小さく
なっている場合、厳しいものである。更に、コンタクト
ホールｅは接続を充分にとるため、該ホールｅの平面形
状はほぼ矩形に近い形状にすることが望ましいが、これ
も必ずしも容易ではなく、従来技術にあってはコンタク
トホールｅの形状が丸くなって、接続が充分にとれない
こともあった。

またコンタクトホールとの微細化だけでなく、配線の微
細化も進行している。しかも一般に、配線材料に用いる
金属材料の加工（エツチング）は他の絶縁膜やポリシリ
コンなどの薄膜などに比較して難しい。よって、第１０
図（ｅ）に示した第２の導電材ｒ　（第２層のＡｆｆ）
の加工などは必ずしも容易ではなく、この問題は、第１
１図（ｂ）に示すＷなどの導電材を埋め込む場合につい
ても同様である。

更に、形成された第１Ｎ配線パターンに更に第２層目の
配線を形成する場合、第１層目の配線の膜厚と同程度の
段差が残存し、このような凹凸のある表面に微細な第２
層目配線を形成することは、−層困難さを増す。

本発明は、上記のような従来技術の諸問題点を解決して
、位置精度良くコンタクトホールを形成でき、かつ該コ
ンタクトホールによる接続が充分にとれ、また導電材料
を埋め込む場合の該導電材料の加工を容易にすることが
できる多層配線技４４ｉを提供せんとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記した問題点を解決すべく、本発明の多層配線法にお
いては、絶縁膜に配線用溝とこの配線用溝に連続する接
続用開口孔を形成し、該接続用開口孔に第１の導電材料
を選択的に埋め込み、次いで前記配線用溝に第２の導電
材料を埋め込む技術的手段を採る。

本発明の構成について、後記詳述する本発明の一実施例
を示す第１図〜第９図を参照して略述すると、次のとお
りである。各図の（Ａ）は上面図、（Ｂ）は各（Ａ）図
のＸ線断面斜視図に対応する図である。

本発明においては、例えば第１図に示すように基板１等
の上に形成したＳｉＯ□等の絶縁膜２に、第２図に例示
するように配線用溝３を形成する。

第１図中、１１は基板１のｎ“拡散層であり、図示例で
はこの拡散層Ｌ１と接続をとるように配線を形成するも
のである。次いで、上記接続用溝３に連続する接続用開
口孔４を形成して、例えば第４図、第５図に示すような
構造を得る。得られた接続用開口孔４に、第１の導電材
料５を埋め込み、第６図例示のようにし、次いで上記接
続用溝３に第２の導電材料６を埋め込む（第７図の例示
参照）。

図示例では、更にレジストを用い（第８図）、第２の導
電材料の内の不要な部分を除去して、第９図の構造を得
ている。

〔作用〕

本発明によれば、コンタクトホールは、配線用溝３に連
続する接続用開口孔４として形成するので、開口孔４形
成時の余裕を大きくとることができ、接続用としての精
度を上げることができる。

例えば、図示例の如く、接続すべきｎ゛拡散層ｌｌ上に
配線用溝３を形成しく第２図（Ａ）参照）、該配線用溝
３の長手方向に直交するような形でレジスト層７２を形
成することによって（第３図（Ａ）（Ｂ）参照）、接続
すべき電極であるｎ°拡散層１１上に精度良く開口孔４
が形成されるようにできる（第４図、第５図、特に第４
図（Ａ）参照）。またこのようにすると、接続用開口孔
４の２次元的形状はほぼ矩形となり、従来は露光現像時
の光の回折等により円形化していた場合と比較して、よ
り広い接続面積を確保できる。また、第１１図に示した
従来例の如くコンタクトホールを選択的に埋めた後に配
線用溝を形成して導電材を形成する場合は、コンタクト
ホールの位置上に正確に溝を形成しなければならないの
で、位置合わせの精度を充分に高（しないと良好な接続
はできなかった。しかし本発明の方法であると、該従来
技術と異なり、予め配線溝３を形成してから、これと連
続する開口孔４を形成するので、配線用溝３と開口孔４
とがずれることなく、セルファラインで配線用溝３と接
続用開口孔４とを位置合わせできることになる。

また、配線の大部分を配線用溝３内に埋め込むようにで
き、配線形成後に残る段差を小さいものにできる。よっ
て、その後の工程に有利である。

また、エツチング等による加工も、加工すべき膜厚を小
さくできる結果、容易に行うことができるように構成で
きる。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例について、第１図〜第９図を参照
して説明する。この実施例は、本発明を超ＬＳＩ製造時
の、トランジスタなどの素子の配線方法に適用したもの
である。

具体的には、第１図に示すように、ｓＢ５仮ｌのｎ゛拡
散領域１１を電極として、この電極からの接続をとる配
線形成に、本発明を適用した。

第１図の状態では、該ｎ゛抗ＩＢ！領域１１を含むトラ
ンジスタなどの基本構成素子がすでに形成されており、
その上に本例において層間絶縁膜をなす絶縁膜２が充分
な膜厚で堆積しである。絶縁膜は、本例では層間絶縁膜
等として使用できるものであれば任意の材料で形成して
よく、例えばＳｉＯ□や、ＰＳＧ、あるいはその他の不
純物含有ガラスを用いることができる。本例では５ｉｎ
２を用いた。なお第１図（Ａ）は平面図即ち製造過程に
おける半導体装置を真上から見た図であり、第１図（Ｂ
）はそのＸ線断面斜視図即ち第１図（Ａ）を同図中のＸ
を含むＳｉ基板面上に垂直な断面で割ったものを斜めに
上方から見た図である。

第１図の状態から、その絶縁膜２に、配線用溝３と、こ
れに連続する接続用間口孔４とを形成するが、本例では
これを以下の手順で行った。

まず第１図の状態で、絶縁膜２上の全面にレジスト７１
゛を形成する。このレジスト７１゛を、第２図（Ａ）の
示すような配線パターン形成用マスク８１で第１のレジ
スト層７１のパターン形成を行う。即ち、第２図（Ａ）
において特に斜線を付して示す部分に、レジスト層７１
を形成する。

この状態で異方性エツチングを施し、絶縁膜２に配線層
の厚さ程度の深さを持つ溝を掘る。これにより第２図（
Ｂ）に明示される配線用溝３が形成される。この溝は、
第２図（Ａ）においてレジスト層７１におおわれていな
い部分で形成される。

なお、第２図（Ｂ）において、図の繁雑を避けるため、
ｎ゛拡散領域１１の図示は省略した。以下第８図まで各
図の（Ｂ）において同様である。

この時、パターン形成後のレジスト層７１は、溶剤不溶
性にしておく。即ち、例えば遠紫外線照射、高温ベーキ
ングなどのキユアリング等により硬化させ、レジストの
有機溶剤に溶解しないようにする。

次に、上記第１のレジスト層７１を残したままで、更に
レジスト７２゛を塗布する。これは第２のレジスト層７
２を形成するためのものである。

この場合、レジスト層７１．７２を形成する各レジスト
は、各々同一材料でも異なる材料でもよい。

本例では、先にパターン形成した第１のレジスト層７１
は充分硬化しているため、両者が混じり合うことはない
。

次に第３図（Ａ）の実線で示すコンタクト形成用マスク
８２で該レジスト７２°を露光、現像し、パターン形成
する。このコンタクト形成用マスク８２は、その抜き部
分、つまり該マスク８２でおおわれない部分が第３図（
Ａ）のように前記形成された配線用溝３と重なるととも
に該溝３の長手方向とは直交するように形成する。従っ
て、露光現像後のレジスト形成は、第３図（Ｂ）のよう
に、形成される。即ちこの第２のレジスｌ−５は、レジ
スト層７２におおわれない部分が上記配線用溝３の長手
方向と直角になるようにパターン形成される。この結果
レジスト層７１．７２が層間絶縁膜上まで抜けている場
所は、先に用いた配線パターン形成用マスク８１のスペ
ース部（抜き部分）とコンタクト用開口孔形成用マスク
８２のスペース部が互いに交わる部分のみで、この部分
が接続用開口孔（コンタクトホール）に対応する（第３
図（Ｂ）参照）。

次に第４図（Ａ）に示すこの２層に重ねたレジスト層７
１．７２をマスクに、絶縁膜２に異方性エツチングを施
す。これにより基板１のｎ″拡散層１１に達する接続用
開口孔４を形成する。この状態を第４図（Ｂ）に示す。

特に、エツチング後の断面図形状は、・この第４図（Ｂ
）に現れている。

次いで、レジスト層７１及び同７２を酸素プラズマ等を
用いて除去すると、第５図（八）（＋３）に示す構造と
なる。図に示すように、配線用溝３と接続用開口孔４と
が連続して形成されている。

次に第５図に示される構造に第１の導電材料５を選択的
に埋め込む。この場合の導電材料は選択的な埋め込みが
可能なものなら任意であり、例えば八１なども用いるこ
とができるが、本実施例ではＷを選択的堆積法により該
接続用間口孔４中に埋め込む。本例では、ＷＦ、の置元
によるＷの選択的堆積の手段を用いた。この場合、接続
用間口孔４の底にはＳｉ基板が露出しているので、該開
口孔４中のみ該導電材料５が堆積する。なお、Ｗの選択
ＣＶＤ法については前記した「月刊Ｓｅｍ１−ｃｏｎｄ
ｕｃｔｏｒ　Ｗｏｒｌｄ　Ｊの記載を参考に実施するこ
とができる。埋め込み後の状態を第６図（Ａ）　　（Ｉ
３）に示す。

次に第２の導電材料６により、前記配線用溝３を埋め込
む。本例ではこれを、次のようにして行った。ここでは
選択性については問わないので、導電材料６としてはＷ
或いはＡ１等その他任意のものを用いることができる。

当然導電材料６は府型材料５と同じでも異なってもよい
、但し本実施例では、同じくＷを用いてにれを形成した
。かかる第２の導電材料６を全面的に堆積させ、先に形
成した配線用溝３を埋め込む、このときは堆積に選択性
が無いため、第７図（Ａ）（Ｂ）、背に第７図（Ｂ）に
示すように、全面に第２の導電材料６が形成される。

次に配線用溝３以外の部分に堆積した余分な導電材料を
除去するため、レジスト７３゛を全面に形成後、第８図
（Ａ）に示す如き配線パターン形成用レジストマスク８
３を形成する。このマスク８３を用いて該レジスト７３
゛をパターニングし、第７図ＣＢ）に示す第３のレジス
ト層７３を得る。

これにより該導電材料６の異方性エツチングを行った後
、レジストＪ１７３を除去すると、第９図（Ａ）（Ｂ）
の構造が得られる。配線用溝３の上に出る配線部（第２
の導電材料６による）は、なるべく小さくし、次工程に
影響を与えないように小さい段差しか残らないようにす
る。

本実施例は、上記のように、コンタクトホールをなす開
口孔４が配線用溝３によって決定される配線部分に対し
セルファライン的に形成されるため、第３図のレジスト
パターン形成の際の重ね合わせ精度のマージンはかなり
太き（とれる。また開口孔４の２次元的形状はほぼ矩形
となり、従来光の回折で円形化していた形状に比較して
、より広い接触面積を確保でき、接触が良好で信頼性の
高い装置が得られる。更に配線の大部分が配線用溝３内
に埋め込まれるため、配線形成後に残る段差は極めて小
さくでき、その後の工程に有利となる。従来異方性エツ
チングに難のあった配線材料のエツチングも、エツチン
グすべき膜厚が小さいため容易になる。

本実施例は上記詳述°したように、コンタクトホールを
なす開口孔４及び配線パターン溝３を層間膜をなす絶縁
膜２中に多層レジスト法を用いてセルファライン的に形
成し、第１の導電材料５の選択的堆積法、及び配線材料
である第２の導電材料６の非選択的堆積法によりこれを
埋め込んで電極を取り出し、配線するように構成したも
のである。

よって本実施例によれば、 ■配線パターンに対してコンタクトホール用開口孔４を
セルファライン的に形成するので、重ね合わせ精度のマ
ージンが従来より大きく取れる。

■開口孔４をほぼ矩形に近い形状で形成できるため、有
効な接触面積を広く取れる。

■配線材料の大部分は配線用溝３に埋め込まれ、配線パ
ターン形成後に生じる段差を充分に小さくできる。この
ため更にその上に配線を重ねて形成することが容易にな
る。即ち充分平坦化された多層配線形成法といえる。

■配線材料をエツチングする膜厚を充分薄くすることが
でき、エツチングに伴う困難な問題を小さ（することが
できる。

という効果がある。

〔発明の効果〕 上述の如く、本発明によれば、位置精度良く接続用開口
孔（コンタクトホール）を形成でき、かつ該開口孔によ
る接続が充分にとれ、また導電材料を埋め込む場合の該
導電材料の加工を容易にすることができる多層配線技術
が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第９図は、本発明の一実施例の工程を示すも
のであり、各図の（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面斜視図
である。第１０図及び第１１図は、各々従来技術を示す
。 １・・・基板、２・・・絶縁膜、３・・・配線用溝、４
・・・接続用開口孔、５・・・第１の導電材料、６・・
・第２の導電材料。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁膜に配線用溝と前記配線用溝に連続する接続用
   開口孔を形成し、 前記接続用開口孔に第１の導電材料を選択的に埋め込み
   、 次いで前記配線用溝に第２の導電材料を埋め込む多層配
   線法。