JPH0321024A - 多層配線構造及びその層間膜加工方法 - 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〕 本発明は半導体装置における多層配線構造及びその層間
膜の加工方法に関するものであり、主として層間絶縁膜
の透孔（コンタクトホール，スルーホール）′Ｊｋ介し
て配線形成を行うにあたって上部配線のカパレージ低下
を防ぐために透孔な階段状に加工する技術を対象とする
。

〔従来の技術〕

半導体装置の高集積化，多層配線化にしたがって、眉間
で配線を接続するためのパイアホール（透孔部）は微細
化し，アスペクト比（孔の深さ／孔の口径）が１以上の
高い値のものとなる傾向にあり、このような孔へ配線材
料を埋め込んだ場合に配線の一郁が薄くなって断線不良
となり、あるいは表面段差が生じるなどの問題が生じて
いる。

かかるパイアホールへの配線材料埋め込み技術について
は、例えばプレスジャーナル社月刊セミコンダクタワー
ルド１９８７年１０月号ｐｓｓ〜９３に記載されている
ように、選択Ｗ−ＣＶＤ法（ウエット・ドライ加工混用
加工）があるが詳細については不明である。

〔発明が解決しようと丁る課題〕

上記したウエット・ドライ加工技術では微細化への対応
が限界があり、たとえば加工された縦に深い透孔内にス
パッタによりＡ［を埋め込んだ場合に、第２図に示すよ
うにＡｌの被覆率（孔の側面におげるＡＡ’の厚さ／孔
の周辺上におげるＡ［の厚さ）が小さくなるカバレージ
低下の現象な生じ、配線の導通性，信頼性の低下につな
がることになった。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので
、その目的とするところは、微細パイアホールであって
もカバレージを低下させることなく、導通も充分にとる
ことができ、信頼度を高めることのできる絶縁被膜への
孔加工技術の提供にある。

〔課題を解決するための手段〕

微細パイアホールにお（・て埋め込んだ電極（配線）材
料のカバレージな向上させる手段として、パイアホール
自体を準テーバ状に加工することが考えられるが、この
ようなテーバ状加工により孔の平面形状が広がり、集積
効果を損うことになり、又、テーパ状孔に電極材料をス
バッタ等により埋め込む際に、テーバ形成スパッタによ
り削られた眉間絶縁膜の一部がパイアホール底部を埋め
込み，導通な阻害するおそれがある。そこで本発明では
パイアホールを階段状に形成することにより上記問題を
解決するものである。

本発明においては、絶縁被膜に階段状の孔をあげる方法
として上記絶縁被膜を第１の被膜とし、この第１の被膜
の上に材質をそれぞれ異にする第２の被膜および第３の
被膜を積層し、上側の第３の被膜に小口径の透孔なあげ
，この透孔な通して第２の被膜に大口径の孔をあけ、次
いで第３の被膜をマスクパターンとして第１の被膜の中
途の深さまで小口径の孔をあけた後、第３の被膜を取り
去り、第２の被膜の大口径パターンの孔と第１の被膜の
小口径パターンの孔を利用することにより、第１の被膜
に大口径および小口径からなる階段状の孔をあけること
を特徴とするものである。

〔作用〕

多層配線における層間絶縁展の微細なパイアホール（透
孔）を断面が階段状になるように形成することにより、
実効上のアスペクト比が低減され、この孔に電極材料を
埋め込んだ場合にそのカバレージが向上するとともに、
側壁の各部は垂直にきり立っていることにより、電極材
料のスパッタ時に削りとられることなく（バイアスホー
ル底部へのコンタミネーションは生じな（・）、微細な
パイアホールであっても導通が損われることがない。

また、眉間絶縁膜の孔の加工におし・で、第２の被膜と
第３の被膜を形成して大口径と小口径のパターンをつく
ることにより、これらを利用して層間膜に階段状の微細
なパイアホールを形成することができる。

〔実施例〕

以下，本発明を一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は本発明の実施による多層配線構造を示す縦断面
図である。第２図はこれと対照して比較丁るために示し
た従来の多層配線構造を示す縦断面図である。

第１図，第２図において、４は下地となる基板、たとえ
ば半導体基板（シリコン結晶、又は７リコン，エビタキ
シャル層）であって、この上に第１層配線（Ａｌｔ極）
３が配設される。

２は眉間絶縁膜で、この絶縁膜上に第２ｉ配線１が第１
層配線と分離されて形成される。

５は層間膜２にあげられた透孔（パイアホール）であっ
て、この透孔を通して第１層配線と第２層の配線とが導
通される。

従来型の配線構造（第２図）ではパイアホール５が一つ
の垂直な壁により囲まれた縦長の孔となっており、第２
層目の電極材料をスパッタにより堆積した場合に垂直な
側壁への堆積が少なく、部でごく薄い部分が生じ、とき
には断線することになる。

これに対し、本発明の配線構造（第１図）ではパイアホ
ールが断面で階段状に形成されることにより電極材料の
堆積が平均化され、側壁でも薄い部分が少ない。

第３図（ａ）〜（ｆ）は本発明の実施例において、層間
膜への階段状孔の加工方法を示す工程断面図である。

以下、各工程にそって説明する。

（ａ）　　まず、下地基板４上に第１層目配線（Ａｌ′
Ｉ１極）３を形成し、これを覆って層間絶縁膜２を形成
する。

この層間膜２はたとえばＰ　Ｓ　Ｇ　（　ＩＪン・シリ
ケート・グラス）等の被膜を１μｍ程度の厚さにＣＶＤ
（気相・化学的堆積）法により形成したものであり、こ
の膜に配線導通のためのパイアホールがあげられること
になる。

（ｂ）　　次に平坦化レジスト８をスピン塗布し、膜厚
約２μｍ程度とし、２００〜２３０℃で３分間ホットプ
レートベークを行う。この上にさらにスピン塗布により
Ｓｉｎ，膜（以後ＳＯＧと呼ぶ）７を０．３〜０．５μ
ｍの厚さに形成し、２００℃，３分ホットプレートベー
クを行う。このあと通常の写真処理工程によって小口径
の孔パターンをもつホトレジストマスク６を形成する。

（Ｃ）　　ホトレジストマスク６を通して平行平板ドラ
イエッチによる８０Ｇ膜７のドライエッチを行い、小口
径の孔をあけ、つづいて平坦化レジスト８のドライエッ
チを行い、横方向にひろがるオーバーエッチで大口径の
孔をあげ，層間絶縁膜２が露出するまで行う。このとき
、ホトレジストマスク６も消失する。

（ｄ）　　上記ＳＯＧ膜７に開げられた小口径パターン
なマスクとして層間絶縁膜２のドライエッチな同一チャ
ンバ内でエッチ条件を変えながら連続的に行う。このと
きのドライエッチで層間絶縁膜２には、ＳＯＧ膜７の小
口径パターンに対応丁る小口径の穴が層間絶縁膜の底部
に達しない程度の深さにあげられる。

（ｅ）　　その状態でさらに層間絶縁膜のドライエッチ
を進行させることにより、小口径の孔を通して層間膜の
下層の部分はさらに深く小口径の孔が貫通丁ると同時に
、層間膜の上層の部分ではＳＯＧ膜７が消失した時点か
ら平坦化レジスト８をマスクにして大口径の孔があげら
れ、ここに階段状の孔があけられることになる。

（ｆ）　　最後に平坦化レジスト８を除去して工程を終
了する。上記の工程のうち、（Ｃ）の平坦化レジストの
エッチ時のオーバエソチ率によって階段状パイアホール
の段上ステップ部の寸法が決まる。この関係を第４図の
曲線図により示される。

本実施例による結果を従来例と比較した結果が第５図に
示される。

従来方法でウエット＋ドライ加工方法によりあけられた
パイアホールの抵抗値のうち、１．３μｍ平方を標準値
とした場合、１μｍ平方から抵抗値が上昇し、０．５μ
ｍ平方では全く導通がとれなくなるのに対し、本発明に
よる階段状にパイアホールを形或すると、０．５μｍ平
方でも充分に導通がとれる。カバレジについても同様の
傾向があることを確認した。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明によれば以下に記載のごとく効果が
奏される。

現在半導体製造工程で主流となって（・る装置（ステノ
パ，平行平板ドライエッチ，ホトマックス等）、材料（
ホトレジスト，８０Ｇ等）、工程（１．３μｍプロセス
，６４〜２５　６ＫＤＲＡＭ７イン）で１．０〜０．８
μｍプロセス対応が可能となり，新規設備投資を０．５
μｍプロセスまで待つことができ、量産上大きな（特に
コスト面）効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示丁多層配線構造モデルの
縦断面図である。 第２図は従来例を示す多層配線構造モデルの縦断面図で
ある。 第３図（ａ）〜（ｆ）は本発明の一実施例であって多層
配線構造における層間膜加工方法を示す工程断面図であ
る。 第４図は階段状透孔における階段寸法と０，ドライエッ
チの際のオーバエッチ率との関係を示す曲線図である。 第５図はパイアホール抵抗比とパイアホール寸法との関
係を示丁曲線である。 ２・・・眉間絶縁膜、３・・・第１層配＃（Ａ／電極）
、４・・・下地基板（半導体）、５・・・パイアホール
（透孔）、６・・・ホトレジスト、７・・・Ｓ　ｉｏｚ
　（　Ｓ　Ｏ　Ｇ　）、８・・・平坦化レジスト。 狸寝や対５ ３ ′−＼ト丘一ハは七

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、下地基板上または基板上の第１の配線の上に絶縁膜
   を介して第２の配線が形成され、上記絶縁膜の透孔を通
   して第１の配線と第２の配線とを導通させる多層配線構
   造であって、上記絶縁膜の透孔はその断面が階段状に形
   成されていることを特徴とする多層配線構造。 ２、基板上に形成された多層配線の層間絶縁膜に断面が
   階段状の孔を加工する方法であって、上記層間膜を第１
   の被膜としてその上にそれぞれ材質を異にする第２の被
   膜及び第３の被膜を積層し、第３の被膜にあけた小口径
   の透孔を通して第２の被膜に大口径の孔をあけた後、第
   ３の被膜をマスクパターンとして第１の被膜に一部の深
   さまで小口径の孔をあけ、第３の被膜を取り去るととも
   に第２の被膜の大口径パターンの孔と第１の被膜の小口
   径パターンの孔を利用して第１の被膜に階段状の孔をあ
   けることを特徴とする多層配線における層間膜加工方法
   。 ３、第２の被膜には有機物質よりなる膜を使用し、第３
   の被膜には無機物質よりなる膜を使用する請求項１に記
   載の多層配線における層間膜加工方法。 ４、第３の被膜、第２の被膜ないし第１の被膜の加工は
   ドライエッチにより行う請求項２又は３に記載の層間膜
   加工方法。