JPH06163721A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、半導体装置におけるスルーホール
に関するもので、そのスルーホールの形成時のホトリソ
工程の合わせ余裕を縮小することなく、微細化できる構
造を提供することを目的とする。 【構成】 本発明は、スルーホール２０５を基板２０１
面に対して垂直にせず、所定の角度をもった斜め方向に
設け、このスルーホール２０５内に第２層配線２０６を
設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置における
多層配線などの上下層を接続するために設けるスルーホ
ールの構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４に従来の半導体装置におけるスルー
ホール部分の構造を断面図で示し、以下に概略説明す
る。

【０００３】同図において、１０１は表面に複数の半導
体素子（図示しない）を有する半導体基板（一般にＳｉ
基板、以下単に基板と称す）であり、その上に通常、絶
縁膜１０２が形成されており、その上に前記複数の半導
体素子を接続する第１層メタル配線１０３が形成されて
いる。さらにその第１層メタル配線１０３上にスルーホ
ール１０６を基板１０１面に垂直な方向に設けた層間絶
縁膜１０４があり、前記スルーホール１０６を埋めて前
記第１層メタル配線１０３に接触するように第２層メタ
ル配線１０５が形成されている。つまり、第１層メタル
配線１０３と第２層メタル配線１０５とはスルーホール
１０６を通して電気的に接続されている。図４はメタル
配線が２層の場合を示しているが、３層以上であっても
以下に述べる本発明の主旨は同様であることは説明する
までもない。

【０００４】ここで、このような構造の製造方法を簡単
に述べておく。

【０００５】まず、基板１０１上に絶縁膜１０２として
例えばＳｉＯ₂ 膜を熱酸化法やＣＶＤ（化学的気相成
長）法などで形成し、その上に第１層メタル配線１０３
として、例えばＡｌあるいはＡｌ合金などの金属、Ｗな
どの高融点金属、あるいはポリシリコンなどで所定パタ
ーンに形成する（この材料やその形成方法は本発明の主
旨には関係しないので特定はしない）。

【０００６】その後、その上に層間絶縁膜１０４を前記
絶縁膜１０２と同様の方法で形成し、その層間絶縁膜１
０４の所定箇所、即ち第１層メタル配線１０３の上部位
置にスルーホール１０６を、図示しないレジストパター
ン（このレジストパターンは周知のようにガラスマスク
などを使用したホトリソグラフィ（以下ホトリソと称
す）およびエッチング技術で形成する）をマスクにして
ホトリソ、エッチング技術で形成する。そして、そのス
ルーホール１０６を埋め込んで前記第１層メタル配線１
０３に接触するように、第２層メタル配線１０５を第１
層メタル配線１０３と同様の方法で形成する。

【０００７】ところで、前記スルーホール１０６を形成
（開口）する際には、ホトリソ時のマスク合わせのため
の余裕が必要となるので、スルーホール１０６の径（一
般にスルーホールの上から見た形状は楕円形に近い）
は、通常第１層メタル配線１０３の幅より小さくとらな
ければならない。例えば、最近使用されているｉ線ステ
ッパーでホトリソを行なう場合前記余裕は０．２μｍ程
度見なければならない。とはいえ、ウェーハ（基板）の
平坦性などを考慮すると０．３〜０．４μｍの合わせ余
裕が必要となり、従来スルーホール１０６の径に対し、
最大０．６〜０．８μｍ程度、第１層メタル配線１０３
の幅を大きくしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
装置はますます微細化が進んでおり、メタル配線幅、ピ
ッチなども縮小の要求も例外ではないにも拘らず、前述
したスルーホール形成時の合わせ余裕は主にステッパー
の性能に依存しているので、この部分の縮小はあまり望
めない。もし、前記合わせ余裕を考えない場合、図２
（ｂ）に示すようにスルーホール１０６が第１層メタル
配線１０３よりはずれて形成されることがあり、この場
合、スルーホール１０６をエッチングするとき、第１層
メタル配線１０３の側部、下部の絶縁膜１０４、１０２
までトレンチ状にエッチングされてしまう（１０７）。
最悪の場合、このエッチングは基板（図示略）まで到達
することになり、そこに配線材を形成した場合、電気的
にショートする原因になるという欠点がある（当然、ぴ
ったり合えば図２（ａ）のように余計なエッチングは生
じず問題はない）。

【０００９】本発明は、以上述べた問題点を除去するた
めに、スルーホールを斜めに形成することにより、合わ
せ余裕を縮小することなく微細化できるスルーホール構
造を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は前記目的達成
のため、スルーホールを基板面に対して（あるいは基板
面に垂直な方向に対して）所定の角度をもって斜めに形
成するようにしたものである。

【００１１】

【作用】本発明は、前述したように、スルーホールを基
板面に対して斜めに形成したので、スルーホールを従来
と変わらない充分な合わせ余裕をもって形成でき、かつ
第２層メタル配線の第１層メタル配線への接触面積が倍
増する。つまり、接触面積が従来と同じでよいとすれば
スルーホールも第１層メタル配線も縮小でき、微細化に
貢献する。

【００１２】

【実施例】図１に本発明の実施例の製造工程を断面図で
示し、以下に説明する。

【００１３】まず、図１（ａ）に示すように、従来同
様、表面に複数の半導体素子（図示しない）を有する基
板２０１上に絶縁膜２０２を形成し、次いで図１（ｂ）
に示すように、これも従来同様第１層メタル配線２０３
をパターニング形成する。そして、やはり従来同様、そ
の第１層メタル配線２０３と絶縁膜２０２上に層間絶縁
膜２０４を形成する。

【００１４】その後、図１（ｃ）に示すように、前記層
間絶縁膜２０４にスルーホール２０５を斜めに、つま
り、基板２０１面に対して垂直方向でなく、その垂直方
向よりある角度をもった方向に開口する。この角度は第
１層メタル配線２０３の幅と厚さによって異なるが、そ
の幅と厚さが１：１の場合、後述するように４５°が最
適である。

【００１５】このようにスルーホール２０５を斜めに形
成するには、ホトリソ工程において、ウェーハ（基板）
を載せる台（サセプター）を斜めにする方法か、ビーム
を斜めに照射する方法で行なえば容易にできる。

【００１６】次ぎに、図１（ｄ）のように、前記斜めに
形成したスルーホール２０５を埋め込み、かつ、第１層
メタル配線２０３に接触するように第２層メタル配線２
０６を従来同様の方法で形成して、第１層メタル配線２
０３と第２層メタル配線２０６とを電気的にも接続する
構造とする。

【００１７】ここで、前述した斜めに形成するスルーホ
ール２０５の角度の例を図３を主体にして以下に述べ
る。

【００１８】第１層メタル配線２０３の幅、厚さともに
１μｍとし、スルーホール２０５を基板２０１面の垂直
方向（法線）に対して４５°の角度に形成した場合を考
える。つまり、このスルーホール２０５に第２層メタル
配線が埋め込まれた場合、第１層メタル配線２０３の少
なくとも上面と１側面との１部または全部に接触するよ
うに前記角度で斜めに形成する。

【００１９】このとき、スルーホール２０５のホールと
しての径ａは前述した合わせ余裕を考えないと、ｍａ
ｘ．約１．４μｍとなる（第１層メタル配線２０３の対
角線と同じであるから（１² ＋１² ）^1/2 ＝１．４）。
また、層間絶縁膜２０４上面での径ｂは前記同様の計算
から約２μｍとなり、従来のように垂直にスルーホール
を形成した場合（従来は図２に示すように第１層メタル
配線１０３の幅と同じ１μｍ）の２倍の径をとることが
できる。しかも、従来例の場合第２層メタル配線の第１
層メタル配線１０３への接触面積は幅１μｍ相当である
が、本実施例では図３で解るように、最大第１層メタル
配線１０３の上面、１側面に相当する面積、つまり約２
倍接触できる。つまり従来と同様の接触面積（従って接
触抵抗も同等）でよければ、もっとスルーホール２０５
を小さくしてよいことになるし、第１層メタル配線２０
３の幅、厚さとも小さくできる。例えば、スルーホール
２０５のホールとしての径ａを１μｍとすると、層間絶
縁膜２０４上面での径ｂは１．４μｍとなり、このとき
の合わせ余裕は０．６μｍとることができ、充分な余裕
で形成できる。なお、前述のように第１層メタル配線２
０３の幅、厚さを１μｍ即ち１：１とした場合、スルー
ホール２０５の角度は４５°が前記接触面積が最大にな
ることは説明を要さないであろう。

【００２０】以上は、第１層メタル配線２０３の幅、厚
さを１μｍ、スルーホール２０５のホールとしての径ａ
を１μｍとした場合を示したが、これら各値が変われば
スルーホール２０５の角度を変える必要があるのは当然
のことである。本実施例では、製造の精度を考え４５°
±２０°程度の範囲で形成するようにした。

【００２１】また、以上の説明は２層配線を例とした
が、それ以上の多層配線であっても効果は同様であり、
コンタクトホールと呼ばれているスルーホールと同様の
構造の形成についても同じであることは言うまでもな
い。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、スルーホールを斜めに設けたので、ホトリソ工程で
充分な合わせ余裕をもって該スルーホールを形成でき、
かつ前述したように、スルーホール、配線層も従来より
小さくでき、半導体装置の微細化に貢献すること大であ
る。

【００２３】さらに、スルーホール部の合わせ余裕のた
めに制限されていた配線のピッチも殆どなくすことがで
きるので、素子の高密度化も可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の工程断面図

【図２】問題点説明図

【図３】本発明の実施例説明図

【図４】従来例の断面図

【符号の説明】

２０１ Ｓｉ基板 ２０２ 絶縁膜 ２０３ 第１層メタル配線 ２０４ 層間絶縁膜 ２０５ スルーホール ２０６ 第２層メタル配線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に複数の半導体素子を有する基板
   と、該基板表面上に絶縁膜を介して形成され前記複数の
   素子を接続する第１層配線と、 該第１層配線上に設けられた絶縁膜によって支持され、
   前記基板表面に垂直な方向に対して所定の角度をもった
   斜め方向に延在し且つ前記第１層配線の所定部分に接続
   された第２層配線とを具備してなることを特徴とする半
   導体装置。