JPH05267470A - 集積回路装置およびその製造方法 - Google Patents

集積回路装置およびその製造方法

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JPH05267470A
JPH05267470A JP5862492A JP5862492A JPH05267470A JP H05267470 A JPH05267470 A JP H05267470A JP 5862492 A JP5862492 A JP 5862492A JP 5862492 A JP5862492 A JP 5862492A JP H05267470 A JPH05267470 A JP H05267470A
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layer
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holes
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JP5862492A
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Masaaki Ichikawa
雅章 市川
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 集積回路装置、特に、多層配線の相互接続用
スルーホールに特徴を有する集積回路装置およびその製
造方法に関し、複数の配線層のスルーホールを集中して
スタックした層間接続部において、スルーホール内の配
線層の表面を浅くして段差を小さくし、配線層の断線等
が生じないようにする。 【構成】 半導体基板1あるいは下層配線層2の上に、
複数の下層スルーホール4からなる下層スルーホール領
域5を有する下層絶縁層3を形成し、その上に下層スル
ーホール領域5の下層スルーホール4を通して前記基板
1あるいは下層配線層2と接続され、表面が実質的に平
坦な中間配線層6を形成し、その上に1個あるいは複数
のスルーホールからなる上層スルーホール領域8を有す
る上層絶縁層7を形成し、その上に上層スルーホール領
域8を通して中間配線層6と接続される上層配線層9を
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、集積回路装置、特に、
多層配線の相互接続用スルーホールに特徴を有する集積
回路装置とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】集積回路装置の多層配線において、配線
層相互間を接続する必要がある場合には、接続する必要
がある配線層の間の絶縁層に適宜スルーホールを形成
し、このスルーホールを通して接続していた。ところ
が、近年の集積回路装置の高集積化に伴い、回路素子を
微細化するとともに、集積回路装置内の多層配線を高集
積化することが要求されている。
【0003】この場合、従来、任意の場所に適宜スルー
ホールを形成し、このスルーホールを通して上下の配線
層を接続していたことに代えて、配線層間を接続するた
めのスルーホールを適宜集中してスタックし、スルーホ
ールの占有面積を節減することが提案され、実用化され
ている。
【0004】図4は、従来の集積回路装置の層間接続部
の構成説明図である。この図において、31は半導体基
板、32は下層配線層、33は下層絶縁層、34は下層
スルーホール、35は中間配線層、36は上層絶縁層、
37は上層スルーホール、38は上層配線層である。
【0005】この従来の集積回路装置の層間接続部にお
いては、集積回路が形成された半導体基板31の上に下
層配線層32が形成され、その上に下層スルーホール3
4を有する下層絶縁層33が形成され、その上に下層ス
ルーホール34の内部に延びて下層配線層32に接続さ
れる中間配線層35が形成され、その上に上層スルーホ
ール37を有する上層絶縁層36が形成され、この上層
スルーホール37の内部に延びて中間配線層35に接続
される上層配線層38が形成されている。
【0006】そして、例えば、上層配線層38が電源に
接続され、このスルーホールを介して、中間配線層と下
層配線層を経てそれぞれの層の回路素子に電源を与える
ようになっている。このように2つのスルーホールを集
中してスタックすると、スルーホールを形成するために
必要な面積を節減することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
集積回路装置において、例えば電源用の層間接続部の複
数のスルーホールを集中してスタックする場合、下層の
スルーホールの全面に上層のスルーホールをスタックし
ていたため、この図にも示されているように、スルーホ
ール内に延びる中間配線層35、あるいは、上層配線層
38の表面が、その周囲からみて深くなり、その傾向は
配線層の数が増加するに従って著しくなる傾向がある。
【0008】そのため、上層のスルーホールを形成する
際のレジスト膜の厚さが極端に異なることが原因してフ
ォトリソグラフィー工程の精度が低下し、スルーホール
の形状が不安定になり、あるいは、上層のスルーホール
近傍のAl配線のステップカバレジが悪くなるため、A
l配線の電気抵抗が増大したり、Alのエレクトロマイ
グレーションが生じて断線を生じるといった問題が生じ
ていた。本発明は、複数の配線層のスルーホールを集中
してスタックした層間接続部において、スルーホール内
の配線層の表面を浅くして、配線層の断線等が生じない
ようにすることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる集積回路
装置においては、基板あるいは下層配線層と、該基板あ
るいは下層配線層の上に形成された複数のスルーホール
からなる下層スルーホール領域を有する下層絶縁層と、
該下層絶縁層の上に形成され、該下層スルーホール領域
のスルーホールを通して該基板あるいは下層配線層と接
続される表面が実質的に平坦な中間配線層と、該中間配
線層の上に形成された1個あるいは複数のスルーホール
からなる上層スルーホール領域を有する上層絶縁層と、
該上層スルーホール領域を通して中間配線層と接続され
る上層配線層を有する構成を採用した。
【0010】また、本発明にかかる集積回路装置の製造
方法においては、基板あるいは下層配線層の上に複数の
スルーホールからなる下層スルーホール領域を有する下
層絶縁層を形成する工程と、該下層絶縁層の上に該下層
スルーホール領域のスルーホールを通して基板あるいは
下層配線層と接続される表面が実質的に平坦な中間配線
層を形成する工程と、該中間配線層の上に1個あるいは
複数のスルーホールからなる上層スルーホール領域を有
する上層絶縁層を形成する工程と、該上層スルーホール
領域のスルーホールを通して中間配線層と接続される上
層配線層を形成する工程を採用した。
【0011】
【作用】本発明のように、基板あるいは下層配線層の上
に複数のスルーホールからなる下層スルーホール領域を
有する絶縁層を形成し、その上に、下層スルーホール領
域のスルーホールを埋めて、基板あるいは下層配線層と
接続される中間配線層を形成してその表面を実質的に平
坦化すると、その上に形成する上層絶縁層をフォトリソ
グラフィー技術によって形成する際にレジスト膜が厚く
ならないため、露光パターンの拡散を防ぎ、レジスト膜
の除去が容易になり、かつ、その上に形成する上層配線
層の段差による断線等の障害を防ぐことができる。
【0012】
【実施例】以下,本発明の実施例を説明する。 (第1実施例)図1は、第1実施例の集積回路装置の層
間接続部の構成説明図である。この図において、1は半
導体基板、2は下層配線層、3は下層絶縁層、4は下層
スルーホール、5は下層スルーホール領域、6は中間配
線層、7は上層絶縁層、8は上層スルーホール領域、9
は上層配線層である。
【0013】この実施例においては、半導体基板1の上
に下層配線層2が形成され、その上に下層絶縁層3が形
成されている。また、この下層絶縁層3には、分割され
た複数個の下層スルーホール4からなる下層スルーホー
ル領域5が形成されている。また、この下層絶縁層3の
上には、この複数の下層スルーホール4を通して下層配
線層2に接続される中間配線層6が形成されている。ま
た、この中間配線層6の上には、1個の大きなスルーホ
ールからなる上層スルーホール領域8を有する上層絶縁
層7が形成されている。そして、この上層絶縁層7の上
には、上層スルーホール領域8によって中間配線層6に
接続される上層配線層9が形成されている。
【0014】この集積回路装置の層間接続部において
は、上層配線層9が電源回路に接続されており、この中
間配線層6を通して中間層の回路素子に電源が与えら
れ、下層配線層2を通して下層の回路素子に電源が与え
られる。
【0015】この実施例の層間接続部においては、中間
配線層の表面が平坦化されているため、その上に上層絶
縁層7の上層スルーホール領域8をフォトリソグラフィ
ー技術によって形成する場合のレジスト膜の厚さが従来
技術による場合に比較して薄く、このレジスト膜内での
露光光の乱反射が減少し、鮮明な露光パターンが得ら
れ、かつ、レジスト膜の除去が容易になる。また、上層
絶縁層7の上に形成される上層配線層9に段切れ等の障
害が生じることがない。
【0016】ここで、この実施例における中間配線層の
いくつかの形成方法を説明する。
【0017】1.高温バイアススパッタ法 基板ホルダーに直流または高周波の電圧を印加した状態
で、常時イオン衝撃しながら成膜する方法である。この
方法によって下層絶縁層の上に中間配線層を形成する
と、ステップカバレジが良好であるため下層絶縁層に
1.5μm以下、特にサブミクロンオーダーの開口(V
ia)、すなわち、下層スルーホール4が存在しても、
堆積された中間配線層の表面は実質的に平坦になる。
【0018】2.ブランクタングステンCVD法 タングステンをカバレジよくCVD成長する方法であ
る。この方法によって下層絶縁層の上に中間配線層を形
成すると、下層絶縁層に1.5μm以下、特にサブミク
ロンオーダーの開口(Via)が存在しても、この開口
を埋めてタングステンを堆積することができる。開口を
埋めてタングステンを堆積した後に、過剰に堆積したタ
ングステンをエッチバックしてタングステンを開口の上
縁まで埋め込むことができる。その上にさらに中間配線
層を堆積することによって表面が実質的に平坦な中間配
線層を形成することができる。
【0019】3.Alスパッタ膜レーザ溶融法 Al層をスパッタリングによって形成した後に、このA
l層に不活性ガス,非酸化性ガスあるいは真空中でレー
ザ光を照射して溶融リフローして表面を平坦化する方法
である。この方法によって下層絶縁層の上に中間配線層
を形成すると、下層絶縁層に開口(Via)が存在して
も、リフロー後の中間配線層の表面を平坦化することが
できる。
【0020】なお、この場合、半導体基板1の上に下層
配線層2が形成されず、中間配線層6が、半導体基板1
の表面に形成されている回路に直接接続される場合で
も、上記と同様の効果を生じる。また、上記の説明で
は、分離した複数のスルーホールの形状は矩形,正方
形,円形であることを前提にしていたが、このスルーホ
ールが細溝状であっても同様の効果を生じる。本発明に
おいては、いずれの形状であっても、スルーホールの短
い方の差し渡し距離をその径と呼ぶことにする。
【0021】この実施例においては、1個の大きなスル
ーホールからなる上層スルーホール領域8を有する上層
絶縁層7を形成し、その上に上層配線層9を形成してい
るが、第2実施例のように、上層絶縁層にも下層絶縁層
と同様に複数のスルーホールを形成し、その上にさらに
平坦な配線層を形成することもできる。
【0022】(第2実施例)図2は、第2実施例の集積
回路装置の層間接続部の構成説明図である。この図にお
いて、11は半導体基板、12は第1の配線層、13は
第1の絶縁層、14はスルーホール、15は第1のスル
ーホール領域、16は第2の配線層、17は第2の絶縁
層、18はスルーホール、19は第2のスルーホール領
域、20は第2の配線層、21は第3の絶縁層、22は
スルーホール、23は第3の配線層である。
【0023】この実施例の集積回路装置の層間接続部は
スルーホール領域を3個重ねたものである。
【0024】この実施例においては、半導体基板11の
上に第1の配線層12が形成され、その上に、分割され
た複数個のスルーホール14からなる第1のスルーホー
ル領域15をもつ第1の絶縁層13が形成されている。
【0025】また、この第1の絶縁層13の上には、第
2の配線層16が形成され、この複数個のスルーホール
14を通して第1の配線層12と接続されている。そし
てまた、この第2の配線層16の上には、分割された複
数個のスルーホール18からなる第2のスルーホール領
域19をもつ第2の絶縁層17が形成されている。
【0026】そしてその上には、第3の配線層20が形
成され、複数個のスルーホール18を通して第2の配線
層16と接続されている。また、その上には、1個の大
きなスルーホール22をもつ第3のスルーホール領域を
もつ第3の絶縁層21が形成されている。そして、この
第3の絶縁層21の上には、第3のスルーホール領域の
スルーホール22によって第3の配線層20と接続する
第4の配線層23が形成されている。
【0027】この実施例の層間接続部においては、最上
層の第4の配線層23が電源回路に接続されており、こ
の第3の配線層20,第2の配線層16,第1の配線層
12を経て各層の回路素子に電源が与えられる。
【0028】第2,第3,第4の配線層を形成する方法
は、第1実施例において説明したものと同様である。こ
の図に示されているように、第3配線層までスタックし
ても各配線層の表面は、1層の場合と同じ程度に平坦で
あり、その上に形成する配線層に段差による段切れ等の
悪影響を与えず、レジスト膜が厚くなることによる前記
の悪影響を除くことができる。本発明の効果は、スルー
ホールを4個以上重ねた場合も同様であることはいうま
でもない。
【0029】(第3実施例)図3(A),(B)は、第
3実施例の集積回路装置の層間接続部の構成説明図であ
る。図3(A)はこの実施例の3層配線構造の説明図、
図3(B)は第2実施例において生じる可能性がある3
層配線構造の説明図である。この図における符号は図2
で用いたものを使用し、説明を省略する。
【0030】第2実施例の3層配線構造においては、再
度図3(B)にその要部が示されるように、半導体基板
11の上に第1の配線層12を形成し、その上に、複数
個のスルーホール14からなる第1のスルーホール領域
15をもつ第1の絶縁層13を形成し、その上に第2の
配線層16を形成し、この第2の配線層16の上に、第
1の絶縁層13のスルーホール14と重なる位置に、複
数のスルーホール18を有する第2のスルーホール領域
19をもつ第2の絶縁層17を形成し、さらにその上に
第3の配線層20を形成している。
【0031】このように、上下のスルーホールを同じ位
置に形成して重ねると、第1の絶縁層13のスルーホー
ル14の上に形成される第2の配線層16の正面は、ス
ルーホールの埋め込み方式によっては、多少窪む場合が
あり、その上に第2の絶縁層17、第3の配線層20を
形成し、さらに第3の配線層,第4の配線層と層数を増
加した場合は、上層に行くに従いこの傾向が重畳されて
凹凸が顕著になり、スルーホールのメタルカバレジが悪
化する恐れがある。
【0032】この実施例の集積回路装置においては、こ
の弊害を除くために、上下の絶縁層のスルーホールの位
置を交互にずらして重なり合わないようにした。図3
(A)はこの実施例の3層配線構造を示している。この
実施例の3層配線構造においては、半導体基板11の上
に第1の配線層12を形成し、その上に、複数個のスル
ーホール14からなる第1のスルーホール領域15をも
つ第1の絶縁層13を形成し、その上に第2の配線層1
6を形成し、この第2の配線層16の上に、第1の絶縁
層13のスルーホール14と重ならないように第1の絶
縁層13のスルーホールと交互にずらした位置に、複数
のスルーホール18を有する第2のスルーホール領域1
9をもつ第2の絶縁層17を形成し、その上に第3の配
線層20を形成した。
【0033】このように、上下のスルーホールを重なら
ないようにすると、第1の絶縁層13のスルーホール1
4の上に形成される第2の配線層16の表面が多少窪む
ことがあっても、その上に形成される第3の配線層20
の表面に生じる窪みによって相殺されることになり、平
坦性が維持される。さらに配線層の数を増加した場合で
も、この理由によって表面の平坦性を維持し、スルーホ
ールのメタルカバレジが悪化するのを防ぐことができ
る。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
スルーホールをスタックしてもスルーホールの段差が増
大することを防ぐことができ、その後の工程の安定性,
信頼性を向上することができ、集積回路の高集積化に寄
与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例の集積回路装置の層間接続部の構成
説明図である。
【図2】第2実施例の集積回路装置の層間接続部の構成
説明図である。
【図3】(A),(B)は、第3実施例の集積回路装置
の層間接続部の構成説明図である。
【図4】従来の集積回路装置の層間接続部の構成説明図
である。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 下層配線層 3 下層絶縁層 4 下層スルーホール 5 下層スルーホール領域 6 中間配線層 7 上層絶縁層 8 上層スルーホール領域 9 上層配線層

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板あるいは下層配線層と、該基板ある
    いは下層配線層の上に形成された複数のスルーホールか
    らなる下層スルーホール領域を有する下層絶縁層と、該
    下層絶縁層の上に形成され、該下層スルーホール領域の
    スルーホールを通して該基板あるいは下層配線層と接続
    される表面が実質的に平坦な中間配線層と、該中間配線
    層の上に形成された1個あるいは複数のスルーホールか
    らなる上層スルーホール領域を有する上層絶縁層と、該
    上層スルーホール領域を通して中間配線層と接続される
    上層配線層を有することを特徴とする集積回路装置。
  2. 【請求項2】 下層スルーホール領域のスルーホールの
    径が1.5μm以下であることを特徴とする請求項1に
    記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 下層スルーホール領域のスルーホールが
    中間配線層とは異なる導電体によって埋め込まれている
    ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の集積
    回路装置。
  4. 【請求項4】 基板あるいは下層配線層の上に複数のス
    ルーホールからなる下層スルーホール領域を有する下層
    絶縁層を形成する工程と、該下層絶縁層の上に該下層ス
    ルーホール領域のスルーホールを通して基板あるいは下
    層配線層と接続される表面が実質的に平坦な中間配線層
    を形成する工程と、該中間配線層の上に1個あるいは複
    数のスルーホールからなる上層スルーホール領域を有す
    る上層絶縁層を形成する工程と、該上層スルーホール領
    域のスルーホールを通して中間配線層と接続される上層
    配線層を形成する工程を含むことを特徴とする集積回路
    装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 基板あるいは下層配線層の上に複数のス
    ルーホールからなる下層スルーホール領域を有する下層
    絶縁層を形成する工程と、該スルーホールに高温スパッ
    タ法,高温バイアススパッタ法,リフロー等により導電
    体を埋め込んで下層絶縁層の表面を平坦化する工程と、
    該平坦化された下層絶縁層の上に中間配線層を形成する
    工程と、該中間配線層の上に1個あるいは複数のスルー
    ホールからなる上層スルーホール領域を有する上層絶縁
    層を形成する工程と、該上層スルーホール領域を介して
    中間配線層と接続される上層配線層を形成する工程を含
    むことを特徴とする集積回路装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 スルーホールの径を1.5μm以下にす
    ることを特徴とする請求項4または請求項5に記載の集
    積回路装置の製造方法。
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