JPH05109905A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

半導体装置とその製造方法

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JPH05109905A
JPH05109905A JP26649891A JP26649891A JPH05109905A JP H05109905 A JPH05109905 A JP H05109905A JP 26649891 A JP26649891 A JP 26649891A JP 26649891 A JP26649891 A JP 26649891A JP H05109905 A JPH05109905 A JP H05109905A
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JP
Japan
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layer
wiring layer
wiring
semiconductor device
etching
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JP26649891A
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English (en)
Inventor
Toshiyuki Otsuka
俊之 大塚
Masao Kanazawa
政男 金沢
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、半導体装置とその製造方法に関
し、半導体装置の多層配線構造において、上下配線パタ
ーン間のコンタクト部の占有面積を抑え、かつ信頼性を
向上した半導体装置とその製造方法を提供することを目
的とする。 【構成】 本発明の半導体装置においては、基板上に、
底面がほぼ平坦で表面に凹部を設けた第1の配線層が形
成されており、その上に、第1の配線層の表面を覆う絶
縁層が形成されている。絶縁層には、貫通孔が設けら
れ、第2の配線層が貫通孔を通って第1の配線層の凹部
の表面と接続している。そして本発明の半導体装置の製
造方法においては、貫通孔のエッチングに続いて凹部の
形成がエッチングにより行われる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置及び、その
製造方法に関する。詳しくは、半導体装置においては、
絶縁層を挟んで多層配線される配線間の接続技術に関す
る。
【0002】
【従来の技術】多層配線技術は集積回路における配線を
多層化して、回路素子を効率的に集積化するもので、近
年の半導体装置の微細化および高集積度化に伴い重要な
技術となってきている。
【0003】多層配線構造においては、異なる配線間の
電気的絶縁を確保するために層間絶縁膜が設けられる。
そして、上下の配線間の電気的接続を得るために、この
層間絶縁膜に貫通孔(コンタクトホール)を設け、この
貫通孔を通して上下の配線パターン同士を接続させてい
る。
【0004】この貫通孔における層間接続で重要なこと
は、上の配線層の貫通孔でのカバレッジと、上下配線層
間の接続部の信頼性である。図6〜図8に、従来技術に
よる多層配線構造における上下配線パターンの接続のプ
ロセスフローを示す。
【0005】図6において、表面に絶縁層を形成した基
板20の上にAl(アルミニウム)、W(タングステ
ン)等の第1層目の配線パターン21を形成し、その上
に層間絶縁層22を形成し、さらにその上に、開口パタ
ーン23を有するレジストマスク層24を順次積層す
る。そしてフレオン系ガスによる等方性エッチングによ
り層間絶縁層22をエッチングして、図6に示すように
断面がワインカットとなる開口部25を形成する。
【0006】次に、図7において、フレオン系ガスによ
る異方性エッチングによって、層間絶縁層22にさらに
コンタクトホール26を貫通させ、第1層目の配線パタ
ーン21の表面を露出させる。この際、ワインカット形
状の開口部25の深さ寸法l 1 とコンタクトホール26
の深さ寸法l2 とは、たとえば5:5あるいは6:4と
いう一定の比になるように調整される。
【0007】次に、図8において、レジストマスク層2
4を除去した後、Al等の第2層目の配線パターン27
を形成する。第1層目の配線パターン21と第2層目の
配線パターン27とはコンタクトホール26を介して接
続される。ワインカット形状の開口部25の存在によ
り、コンタクト部の空着性、信頼性が向上する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の技術に
おいては、等方性エッチングによって層間絶縁層22を
ワインカット形状にエッチングして開口部分を大きく広
げて傾斜をつけたために、第2層目配線パターン27の
カバレッジや接着力は確保されたが、コンタクトホール
26の開口寸法よりも、その上のワインカット開口部2
5の開口寸法の方が大きくなってしまった。
【0009】このことは、例えばレジストパターンを
0.8μmで設計したとしても、実際にできるコンタク
トホールの開口パターンがたとえば1.5μm程度に広
がってしまい高集積度化の障害となる。
【0010】従って、64MDRAMの場合のように、
配線幅が狭くなり、配線密度が高くなると、コンタクト
ホール形成時に接着力、信頼性改善のための等方性エッ
チングをおこなう寸法的な余裕がなくなる。無理にコン
タクトを形成すれば、接着力不足が生じたり、コンタク
ト不良を生じることになる。
【0011】これらを防止するためには、第1層目と第
2層目の配線のコンタクト部の幅を大きくせざるを得な
くなるために、高密度化に対して制限を加えてしまうと
いうような問題があった。
【0012】本発明の目的は、半導体装置の多層配線構
造において、上下配線パターン間のコンタクト部の占有
面積を抑え、かつ信頼性を向上した半導体装置とその製
造方法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置にお
いては、第1の配線層に凹部を設けて接続部とし、第2
の配線層がその第1の配線層の凹部に入り込んで両者が
接続される。このようにすることによって、第1の配線
層と第2の配線層とのコンタクト面積を拡大し、接続部
の信頼性を向上させる。
【0014】また、本発明の半導体装置の製造方法にお
いては、上記凹部を形成するように第1層目の配線層に
もエッチングを行なう。図1に、本発明の原理説明図を
示す。図は、半導体装置の断面の基本的な構造を示す。
【0015】必要に応じて層間絶縁膜を設けた基板1上
に、底面がほぼ平坦で表面に凹部5を設けた第1の配線
層2が形成されており、その上に、第1の配線層2の表
面を覆う絶縁層3が形成されている。絶縁層3には、凹
部5と整合した貫通孔4が設けられ、第2の配線層6が
貫通孔4を通って第1の配線層2の凹部5の表面と接続
している。
【0016】絶縁層3に貫通孔4をエッチングした後、
第1の配線層2の表面もエッチングして凹部5を形成す
る。
【0017】
【作用】第1の配線層に凹部を設けたことにより、従来
の技術よりもコンタクトホールにおける第1の配線層を
第2の配線層とのコンタクト面積が増大する。このた
め、両配線層の接続が確実となり欠陥が減少する。ワイ
ンカット形状の開口部の省略により占有面積を節約で
き、高集積化に寄与する。
【0018】
【実施例】図2〜図4を参照して、本発明の実施例によ
る半導体装置の製造方法のを説明する。なお、図2〜図
4において、半導体基板内に形成されるデバイス構造
は、図示を省略する。また、その他のデバイス層や配線
層があってもよい。
【0019】図2において、半導体基板1上に7000
Å〜1μmの厚みのPSG(リンガラス)による絶縁層
11が形成され、その上に、Al合金あるいはW合金に
よる第1の配線層2を形成する。この第1配線層2のA
l合金材料としては、Al−Si(Si1%含有)、A
l−Cu(Cu2%あるいは0.1%含有)、Ti−A
l、Ti−TiN−Al、Ti−TiW−Al、Al−
Ti−Cu(Cu0.1%含有)等が使用できる。
【0020】第1の配線層2の厚みは、その下に形成さ
れるデバイスの種類によるが、例えばMOSトランジス
タの場合には約5000Å厚で形成し、バイポーラトラ
ンジスタの場合には約1μmの厚みで形成される。
【0021】さらに、第1の配線層2の上に絶縁層11
と同じくPSGにより第1の配線層11と同じ程度の厚
みの層間絶縁層3を形成し、さらにその上に、レジスト
マスク層8を約0.5〜2μmの厚みで順次積層する。
このレジストマスク層8に、0.5〜0.8μm径の開
口パターン7を形成する。
【0022】このレジストマスク層8をエッチングマス
クとして用い、フレオン系ガスによる異方性エッチング
により層間絶縁層3をエッチングして開口パターン7と
ほぼ同一径のコンタクトホール9をあけ、第1の配線層
2を露出させる。この異方性エッチングは、反応性イオ
ンエッチング(RIE)を使用し、たとえば0.2To
rrに減圧した低真空中にCF4 とCHF3 を1:1の
モル比で混合したエッチングガスを供給し、RF出力4
50〜500W程度で高周波放電して行う。
【0023】次に、図3において、第1の配線層2の表
面に凹部5を形成する。凹部5の形成はRIEまたは電
子サイクロトロン共鳴エッチング(ECR)を使用す
る。エッチングガスとしてのCl2 とデポジションガス
としてのBCl3 やSiCl4 の混合ガスを用い、エッ
チングガスとデポジションガスの比を変えることによ
り、エッチングされる領域の形状を制御する。
【0024】ほぼ垂直な側壁を形成する時は、エッチン
グガスとデポジションガスの比を、たとえば6:4位に
してエッチングする。側壁を傾斜させる時は、デポジシ
ョンガスの比を増加させる。たとえば、エッチングガス
とデポジションガスの比を(3以下):(7以上)とす
る。
【0025】たとえば、Cl2 とBCl3 の混合ガスの
場合、Cl2 の含有率を10〜20%と少なくする。S
iCl4 、BCl3 等のデポジションガスを多めにする
と、側面方向のエッチング速度を抑制したコントロール
エッチングが行なわれ、傾斜した側面が得られる。
【0026】凹部5の深さはレーザEPD(End P
oint Detector)により、エッチング量を
モニターしながら制御して、第1の配線層2の厚さの1
/4〜1/3程度とする。たとえば、約1500Åの深
さを削り込む。
【0027】凹部5の傾斜は、Cl2 とBCl3 の混合
ガスでCl2 の含有率を10〜20%とした時、配線材
料がAl−Siの場合、垂直線に対し約30〜45°と
なった。Al−Cuの場合にはさらに大きな角度となり
底面に対してなだらかな裾野の傾斜を作った。
【0028】次に、レジスト層8を除去した後、イオン
ミリングあるいは高周波放電により、コンタクトホール
9ないし凹部5の表面に付着した不要なデポジションガ
ス等の膜を除去する。そして、その上に第2の配線層6
を形成する。
【0029】第2の電極層6は、Al−Si合金、Ti
/Al−Cu(0.1〜2%)合金あるいはTi/Al
−Si(1%)合金あるいはW合金等をスパッタあるい
はCVD等により成長形成した後、配線パターンに従っ
たホトリソグラフィでパターニングする。
【0030】第2の配線層6の厚みは、バイポーラトラ
ンジスタの場合、たとえば約8000Å程度である。M
OSトランジスタの場合は約5000Å程度である。A
l合金に代えてW合金を使う場合も同様の厚さである。
【0031】なお、上記実施例で凹部5に傾斜面を形成
する場合を説明したが、これは凹部5による接触面積拡
大の他に、傾斜部としたことにより、スパッタにより第
2の配線層を形成する場合、材料がよりよく付着して成
長しやすくなりカバレッジを向上する。
【0032】もちろん、CVDで配線層を形成する場合
等、図1のように凹部5の側面を垂直にしても、接触面
積の拡大による信頼性向上の効果が得られる。垂直面と
傾斜面を組み合わせてもよいことは言うまでもない。
【0033】次に、図5に、本発明の他の実施例による
半導体装置の断面構造を示す。これは、ESPER(E
mitter Self−aligned with
Poly−silicon Electrode Re
sister)等に適用できる例である。なお、図5で
はデバイス部分は図示を省略してある。
【0034】図5において、第1層目のPSG絶縁層1
1の上にAl合金による第1の電極パターン10(これ
らは、それぞれ図示しないトランジスタのエミッタ、ベ
ース、コレクタにそれぞれ接続されていると考えてよ
い)が形成され、その表面には先の実施例と同様な凹部
が設けられている。さらに第2層目のPSG層12と平
坦化のための第3層目のPSG層13が順次積層されて
いる。
【0035】なお、第1の電極層11の間にある層14
は平坦化のための樹脂層である。そして、第3のPSG
層13にはコンタクトホール15が形成されて、そこに
Al合金による第2の配線層16が形成されている。
【0036】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。
【0037】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第1層目の配線層に凹部を設けて接続部とし、第2層目
の配線層がその第1層目の配線層の凹部に入り込んで両
者が接続されるようにすることによって、接触面積の増
大により第2層目の配線層の信頼性を向上させることが
でき、コンタクト部作成に必要な面積の減少により半導
体装置の高密度化を促進する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理を説明するための、半導体装置の
断面の基本構造を示す図である。
【図2】本発明の実施例による半導体装置の製造方法の
工程を示す断面図である。
【図3】図2の工程に続く工程を示す断面図である。
【図4】図3の工程に続く工程を示す断面図である。
【図5】本発明の他の実施例による半導体装置の断面図
である。
【図6】従来の技術による半導体装置の製造方法の工程
を示す断面図である。
【図7】図6の工程に続く工程を示す断面図である。
【図8】図7の工程に続く工程を示す断面図である。
【符号の説明】
1 基板 2 第1の配線層 3 絶縁層 4 貫通孔(コンタクトホール) 5 凹部 6 第2の配線層 7 開口パターン 8 レジストマスク層 9 コンタクトホール 10 第1の電極パターン 11 絶縁層 16 第2の配線層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板(1)上に形成され、底面がほぼ平
    坦で表面に凹部(5)を設けた第1の配線層(2)と、 前記第1の配線層(2)の表面を覆う絶縁層(3)と、 前記絶縁層(3)を貫通する貫通孔(4)と、 前記貫通孔(4)を通って前記第1の配線層(2)の前
    記凹部(5)の表面と接触する第2の配線層(6)とを
    有する半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記凹部(5)の表面は、底面と、該底
    面に対して傾斜した面とを含む請求項1記載の半導体装
    置。
  3. 【請求項3】 基板(1)上に第1の配線層(2)を形
    成する工程と、 前記第1の配線層(2)を覆う絶縁層(3)を形成する
    工程と、 前記絶縁層(3)を貫通する貫通孔(4)と、前記第1
    の配線層(2)の一部表面(5)とをエッチングするエ
    ッチング工程と、 前記貫通孔(4)を通り、前記凹部(5)の表面と接触
    するように前記絶縁層(3)上に第2の配線層(6)を
    形成する工程とを有する半導体装置の製造方法。
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Effective date: 20010925