JPH0366128A - 多層配線構造体およびその製造方法 - Google Patents

多層配線構造体およびその製造方法

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JPH0366128A
JPH0366128A JP20233689A JP20233689A JPH0366128A JP H0366128 A JPH0366128 A JP H0366128A JP 20233689 A JP20233689 A JP 20233689A JP 20233689 A JP20233689 A JP 20233689A JP H0366128 A JPH0366128 A JP H0366128A
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Eiichi Yamamoto
栄一 山本
Mutsunobu Arita
有田 睦信
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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、半導体集積回路を初めとする各種の固体デバ
イスに用いられる多層配線構造体およびその製造方法に
関するものである。
〔従来の技術〕
従来の層間接続金属柱を用いた多層配線構造体は、以下
に示す二つの構造が提案されていた。その第一の構造は
、第2図に示すように、層間接続金属柱7と下部配線層
3が同一金属でかつ一体構造で構成されたもの(参考文
献r E、R,5irkin andl、A、Blec
h :  “A Method o(’ Formin
g ContactsBetween Two Con
ducljng Layers 5eparated 
byaDieleetric  、 J、EIeCtr
ochem、 Soc:5OLID −8TATIES
CIENCE AND TECllNOROGY、Vo
l、I31.No。
1.1984. J )。第二の構造は第3図に示すよ
うに、ストッパー用絶縁膜4に形成されたヴアイアホル
を介して層間接続金属柱7が形成されたもの(参考文献
「人野清 他: “A、Illピラー法による多層配線
“、第49回6物秋季大会、17p−Q−IO1987
、J )。第一の構造は、層間接続金属柱7を含む下部
配線層3を堆積した後、まず層間接続金属柱7のみを選
択的にかつ下部配線層3とすべき厚さを残して加工し、
次に下部配線層3とすべき領域を選択的に加工すること
によって実現させる。
この構造では、下部配線層3と層間接続金属柱7が一体
構造となっているため、両者間での界面の問題が無いた
め、コンタクト特仕への影響が無い特長がある。第二の
構造は、下部配線層3を形成した後、ストッパー用絶縁
膜4を形成し、層間接続を行う部分にヴアイアホールを
開口した後、層間接続用金属膜を形成し、選択的に加工
することにより層間接続金属柱7を形成させることで実
現できる。この特長は、ストッパー用絶縁膜4を設けて
いるため高い(アスペクト比H/Wの大きい)層間接続
柱を形成できる点である。第2図および第3図中、1は
基板、2は絶縁層、3′は導体配線層、8は層間絶縁膜
である。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、これらの従来方法による多層配線構造体
では微細かつ高密度のLSIには対応できなくなってい
る。
すなわち、LSIの高密度化による配線ピッチの縮小化
に伴い、配線層と接続柱のバタン寸法をサブミクロン以
下にしなくてはならないことから、アライメント余裕を
設計上設けることが困難になっている。前記の手法に於
いては、いずれの場合もリソグラフィ工程で位置合わせ
が必要であるため、合わせ誤差を見込んでバタンルール
を設計しなくてはならない。従って微細な接続柱が単独
に形成できたとしても、多層配線としての配線ピッチは
縮小できない問題があった。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、微細で高
アスペクトの層間接続柱が配線ピッチを増大させること
なく実現し得、微細かつ高密度の多層配線を実現し得る
多層配線構造体およびその製造方法を提供することを目
的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は上記目的を達成するために、配線層と層間接続
柱とを有する金属多層配線構造体に於いて、前記層間接
続柱と接する下部配線層の表面を層間接続柱と異なる金
属窒化物層あるいは金属層/金属窒化物層で構成するこ
とを特徴とするものであり、その製造方法は基板上に、
金属窒化物層/金属層もしくは金属層/金属窒化物層/
金属層からなる積層型の第1の導体配線層を形成する工
程と、この第1の導体配線層を除く前記基板上に、絶縁
層を形成して平坦化する工程と、前記第1の導体配線層
の一部に金属層からなる層間接続導体柱を形成する工程
とを具備することを特徴とするものである。
〔作用〕
層間接続柱を加工する際に、四塩化珪素を主成分ガスに
用いてRIE加工することにより、その下層となる金属
窒化物層との間で十分な選択性を有することが可能とな
るため自己整合的にエツチングを停止させることができ
る。従って高い層間接続柱の加工が可能となり、かつア
ライメントマージンを大きく取ることが出来るので、微
細で高アスペクトの層間接続柱が配線ピッチを増大させ
ることなく実現させることが可能であり、微細かつ高密
度の多層配線を実現できる。
〔実施例〕
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
第1図(A)〜(E)は本発明の一実施例を示す工程断
面図である。
第1図(A)は、基板たとえばシリコン基板11上に、
第1の絶縁層12を介して第1の導体層を積層状にかつ
連続的に堆積した後、公知のりソゲラフイー技術とドラ
イエツチング技術により加工し、導体配線層のAρ合金
層13.金属窒化物層(エツチングストッパー層)のT
i窒化物層14、保護導体層のA2合金層16よりなる
第1の積層型導体配線層を形成した状態を示す。ここで
Ti窒化物層14は、後工程でのピラーメタル加工時の
エツチング停止層として、また最上層のA、l)合金層
16は、Ti窒化物層14の変質保護膜としてそれぞれ
働く。またドライエツチングには塩素系たとえば四塩化
珪素による反応性イオンエツチング法を用いることによ
って上記第1の積層型導体配線層を連続的に加工するこ
とが出来る。
なおTi窒化物層14の上下に極めて薄いTi層を押入
しT i / T i N / T iの構成にする方
法も可能であり、よりコンタクトの安定化が図れる。
第1図(B)は、前記第1の積層型導体配線層以外の領
域の前記第1の絶縁層12上に、埋め込み絶縁層15を
形成した状態を示す。埋め込み絶縁層15の形成方法は
、公知の二段エッチバック技術(文献「山本栄−他: 
”2段エッチバックによる配線段差緩和法”、昭和61
組度信?、総全大、No、508,198G、J参照)
を用いることにより実現できる。このエッチバック技術
は、第1の積層型導体配線層を形成した後、この第1の
積層型導体配線層とほぼ同一の埋め込み絶縁層を形成し
、引続き有機膜を塗布して表面の平滑化を行った後、第
1のステップのエッチバックとして酸素系ガスによる反
応性イオンエツチング法を用い、有機膜の一部が残留し
、かつ第1の積層型導体配線層上の埋め込み絶縁」二に
は有機膜が残留しない条件でエッチバックした後、第2
ステツプのエッチハックとして弗素系ガスによる反応性
イオンエツチング法により、有機膜をマスクに第1の積
層型導体配線層上の埋め込み絶縁層を完全に除去するめ
でエッチハックし、更に不要の−(−j゛機脱除火する
工程とを含むものであり、これにより第1の積層型導体
配線層以外の領域にセルファラインで絶縁層を埋め込む
ことが出来る。狛1図(B)に示したように第1の積層
型導体配線層の最上層に、Ap合金層16を設けること
によって、上記エッチバックにおける弗素系の反応性イ
オンエツチングに対してTi窒化物層14を確実に保護
できる。
第1図(C)はピラー用メタルとしてたとえばへρ合金
層を堆積した後、公知のリソグラフィー技術とドライエ
ツチング技術により、層間接続導体社用のA2合金ピラ
ー17を形成した状態を示す。ここでドライエツチング
には、四塩化珪素ガスによる反応性イオンエツチング法
を用い、1〜2Pa、パワー密度0.2W/c清の条件
下で加工することによって、A2合金とTi窒化物との
選択比を7〜9 (Aρ合金/ T i窒化物)と大き
くとることが出来る。これは、Ti窒化物層14がA2
合金ピラー17用の厚いA2合金層をエツチングしてい
る間にストッパとして作用しているからである。従って
、極めて薄いT1窒化物層14でAl1合金ピラ−17
加工時のエツチング停止層として働かせることができ、
エツチング不均一性を考慮した十分なオーバエツチング
によりエツチング残差のない良好な加工が可能となる。
第1図(D)は、前記AN合金ピラー17を除く全での
領域に層間絶縁膜18を形成した状態を示す。この形成
手法には、掬1図(B)で述べた2段エッチバック技術
を2回繰り返す方法で無機絶縁層の場合は実現出来る。
また有機絶縁膜、たとえばポリイミドを層間絶縁膜18
に用いる場合は、ポリイミドを形成した後、平坦性の良
いホトレジスト等を積層上に形成し、これを酸素系の反
応性イオンエツチング法でピラ−17上部が露出するま
ではエッチバックすることによって、同様の形状が実現
できる。
第1図(E)は、ピラー17を含む層間絶縁膜18上に
導体層として、たとえばA2層を堆積し公知のリソグラ
フィーとドライエツチング法により り加工し、第2の導体配線層13′を形成した状態を示
す。
以」二述べた工程で2層配線か実現できるか、これを繰
り返すことによって、3層以」二の多層配線が実現出来
ることは言うまでもない。
なお本実施例では、ピラー材料としてAρを用いたが、
Ag系の合金材料として、Aρ−Cu、A、17−8i
、Aρ−8i−Cu等を用いても同様の結果が得られる
が、微!(IIてかつ品アスペクト比のピラーを実現す
るには、むしろこの様な合金化してファイングレイン化
した方か好ましい。その他、低抵抗化を図るためにCu
やCu合金を配線層およびピラーに用いても同様の構成
が実現てきる。
また、本実施例ではストッパー相料にTiNを用いたが
、抵抗率がある程度低く、Aρとの整合性が良い材料で
、エツチングストッパー効果が認められれば、他の金属
あるいは金属窒化物が適用できることは言うまでもない
〔発明の効果〕
 0 以上説明したように本発明の多層配線構造体およびその
製造方法は、配線層間接続用のピラーメタルの下層とな
る下部配線層の最上層に、金属窒化物層を設けた構成に
することによって、セルファライン的にピラーメタルを
形成することが可能になり、かつ微細で高アスペクトの
ピラーを形成することが出来る。従って、配線ピッチを
リングラフイーの限界まで縮小することが出来、多層配
線の著しい高密度化が達成される。また微細なヴイアホ
ールの形成と、そのヴイアホールへのメタルを埋め込む
必要がなくなるため、配線層間部での信頼性と歩留りが
著しく向上できる。
【図面の簡単な説明】 第1図(A)〜(E)は本発明の一実施例を示す工程断
面図、第2図及び第3図は従来の多層配線構造体を示す
構造断面図である。 11・・・基板、12・・・絶縁層、13・・・Al1
合金層、13′・・・導体配線層、14・・・Ti窒化
物層(エツチングストッパー層)、15・・・埋め込み
絶縁層、16・・・Al1合金層、17・・・AI!合
金ピラー 181 ・・・層間絶縁膜。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)配線層と層間接続柱とを有する金属多層配線構造
    体に於いて、前記層間接続柱と接する下部配線層の表面
    を層間接続柱と異なる金属窒化物層あるいは金属層/金
    属窒化物層で構成することを特徴とする多層配線構造体
  2. (2)基板上に、金属窒化物層/金属層もしくは金属層
    /金属窒化物層/金属層からなる積層型の第1の導体配
    線層を形成する工程と、この第1の導体配線層を除く前
    記基板上に、絶縁層を形成して平坦化する工程と、前記
    第1の導体配線層の一部に金属層からなる層間接続導体
    柱を形成する工程とを具備することを特徴とする多層配
    線構造体の製造方法。
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