JPH06268074A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH06268074A
JPH06268074A JP5553393A JP5553393A JPH06268074A JP H06268074 A JPH06268074 A JP H06268074A JP 5553393 A JP5553393 A JP 5553393A JP 5553393 A JP5553393 A JP 5553393A JP H06268074 A JPH06268074 A JP H06268074A
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JP
Japan
Prior art keywords
wiring pattern
insulating film
film
interlayer insulating
semiconductor device
Prior art date
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Pending
Application number
JP5553393A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshio Saito
敏男 斎藤
Hiroyuki Akimori
裕之 秋森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱処理時の配線パターンの変形を抑止するこ
とにより、信頼性を向上させた半導体装置およびその製
造技術を提供する。 【構成】 絶縁性の下地層1の上に形成された下側配線
パターン2と、第1層層間絶縁膜3と、この第1層層間
絶縁膜3に穿設されたスルーホール3aと、第1層層間
絶縁膜3の上に所定の形状で形成され、スルーホール3
aを通じて下側配線パターン2に接続される接続部4a
を有する上側配線パターン4と、第2層層間絶縁膜5で
構成され、第2層層間絶縁膜5は、下層プラズマCVD
膜5aと、中間層SOG膜5bと、上層プラズマCVD
膜5cの3層構造を呈し、スルーホール3a内の下層プ
ラズマCVD膜5aの、上側配線パターン4の接続部4
aの上部における膜厚H≧0.15μmとした半導体装置
である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置およびその
製造技術に関し、特に、多層配線構造を有する半導体装
置に適用して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】たとえば、半導体メモリや論理LSI等
の半導体装置においては、小型化や多機能化、高集積化
に対応すべく、多層配線構造を採用することが一般的と
なっている。このような多層配線構造においては、層間
絶縁膜の凹凸は、その上に形成される上側配線パターン
の断線などの原因となるため、できるだけ平坦なことが
望まれる。
【0003】このような層間絶縁膜の平坦化を実現する
一手法として、次のような3層層間絶縁膜形成法が用い
られる場合がある。
【0004】すなわち、プラズマCVD(化学気相成長
法)およびエッチバックによってある程度平坦化された
下層プラズマCVD膜を形成し、その上に、たとえば有
機シリコンを含む溶液の回転塗布およびベーク(焼成)
によってシリコン酸化膜(Spin On Glass )からなる中
間層SOG膜を形成して、下層プラズマCVD膜の凹凸
を除去し、さらに上層プラズマCVD膜を形成すること
によって、層間絶縁膜とするものである。
【0005】従来、上述のような3層層間絶縁膜形成法
では、上層プラズマCVD膜の膜厚は、スルーホールを
ウェットエッチ加工で形成することが多く、その膜厚に
は注意がはらわれていた。一方、下層プラズマCVD膜
の膜厚は、中間層SOG膜形成時のベークの際、クラッ
クが発生しないように膜厚を決定しており、スルーホー
ル上の膜厚は特に考慮されていなかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このため、上述のよう
な従来の3層層間絶縁膜形成法においては、スルーホー
ル上の下層プラズマCVD膜の膜厚が0.15μm以下の
とき、SOGのベークとして400℃以上の熱処理を行
った場合に、スルーホール内での下側配線パターンに対
する上側配線パターンの接続部が熱応力によって変形す
ることを抑止できず、これが原因となって見かけ上のス
ルーホール消失(スルーホールにおける接続不良)が発
生するという問題があることが本発明者らによって見い
だされた。
【0007】本発明は、上記課題に着目してなされたも
のであり、その目的は、熱処理時の配線パターンの変形
を抑止することにより、半導体装置の信頼性を向上させ
ることにある。
【0008】本発明の前記並びにその他の目的と新規な
特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになる
であろう。
【0009】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
【0010】すなわち、本発明は、下側配線パターンお
よび上側配線パターンを第1の層間絶縁膜を隔てて積層
し、当該第1の層間絶縁膜に穿設された接続孔を介して
下側配線パターンおよび上側配線パターンを電気的に接
続するとともに、上側配線パターンは第2の層間絶縁膜
にて覆われるようにした多層配線構造を有する半導体装
置において、第2の層間絶縁膜の接続孔上の厚さを0.1
5μm以上としたものである。
【0011】また、本発明は、請求項1記載の半導体装
置において、第2の層間絶縁膜は、上側配線パターンに
接し、化学気相成長法および反応性イオンエッチングに
よるエッチバックによって堆積形成された第1絶縁層
と、この第1絶縁層上に塗布法によって形成された第2
絶縁層と、この第2絶縁層の上に化学気相成長法によっ
て堆積形成された第3絶縁層とからなる3層構造を呈
し、上側配線パターンに接する第1絶縁層の、接続孔上
の厚さを0.15μm以上にしてなるものである。
【0012】また、本発明は、請求項1または2記載の
半導体装置において、第1の層間絶縁膜に穿設された接
続孔の深さ寸法を1.33μm以上にしたものである。
【0013】また、本発明は、下側配線パターンおよび
上側配線パターンを第1の層間絶縁膜を隔てて積層し、
当該第1の層間絶縁膜に穿設された接続孔を介して下側
配線パターンおよび上側配線パターンを電気的に接続す
るとともに、上側配線パターンは第2の層間絶縁膜にて
覆われるようにした多層配線構造を有する半導体装置の
製造方法において、第2の層間絶縁膜の接続孔上の厚さ
を0.15μm以上にするものである。
【0014】また、本発明は、請求項4記載の半導体装
置の製造方法において、上側配線パターンに接し、化学
気相成長法および反応性イオンエッチングによるエッチ
バックによって堆積形成された第1絶縁層と、この第1
絶縁層上に塗布法によって形成された第2絶縁層と、こ
の第2絶縁層の上に化学気相成長法によって堆積形成さ
れた第3絶縁層とを順に形成することにより、第2の層
間絶縁膜を3層構造にし、上側配線パターンに接する第
1絶縁層の、接続孔上の厚さを0.15μm以上にするも
のである。
【0015】また、本発明は、請求項4または5記載の
半導体装置の製造方法において、第1の層間絶縁膜に穿
設された接続孔の深さ寸法を1.33μm以上にするもの
である。
【0016】
【作用】上記した本発明の半導体装置およびその製造方
法によれば、上側配線パターンを覆う第2の層間絶縁膜
の接続孔上の厚さを0.15μm以上とすることにより、
当該第2の層間絶縁膜による上側配線パターンの変形に
対する拘束力が充分に大きくなり、第1の層間絶縁膜に
穿設された接続孔における下側配線パターンに対する上
側配線パターンの接続部が、プロセス中の熱処理などに
よって熱変形を生じ、下側配線パターンから剥離するな
どの障害の発生が抑止され、半導体装置の信頼性が向上
する。
【0017】たとえば、第2の層間絶縁膜を下層プラズ
マCVD膜、中間層SOG膜、上層プラズマCVD膜か
らなる3層構造とする場合、下側配線パターンを覆う第
1の層間絶縁膜に穿設される接続孔の深さを、1.33μ
m以上に設定し、当該第1の層間絶縁膜の上に上側配線
パターンを形成した後、まず、接続孔の存在に起因する
段差を緩和すべく下層プラズマCVD膜を接続孔の深さ
に比例して充分に厚く堆積させ、反応性イオンエッチン
グによるエッチバックによって平坦化する。この時、接
続孔上の下層プラズマCVD膜のエッチング量は当該接
続孔の深さに影響されないので、接続孔における上側配
線パターンの上に堆積する下層プラズマCVD膜の厚さ
は、接続孔の深さにほぼ比例することになる。本発明者
の研究では、接続孔の深さを、たとえば1.33μm以上
とすることにより、上記エッチバック後に接続孔上に残
存する下層プラズマCVD膜の厚さが0.15μm以上と
なるように制御できることが判明している。
【0018】その後、塗布およびベークによる中間層S
OG膜を形成し、その上に上層プラズマCVD膜を堆積
させることにより、3層構造の第2の層間絶縁膜とす
る。
【0019】これにより、接続孔における第2の層間絶
縁膜の下層プラズマCVDの膜厚さが0.15μm以上と
なり、上側配線パターンの変形に対する拘束力が充分に
確保できる。
【0020】
【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明の一実施
例である半導体装置およびその製造方法の一例について
詳細に説明する。
【0021】図1は、本実施例の半導体装置の要部の構
造の一例を示す略断面図であり、図2は、その製造過程
における要部の一例を示す略断面図、図3は、本実施例
の半導体装置およびその製造方法の作用の一例を示す説
明図である。
【0022】図1に例示されるように、本実施例の半導
体装置における配線構造は、絶縁性の下地層1の上に形
成された下側配線パターン2と、この下側配線パターン
2を覆う第1層層間絶縁膜3と、この第1層層間絶縁膜
3における下側配線パターン2の直上部の所定の位置に
穿設されたスルーホール3aと、第1層層間絶縁膜3の
上に所定の形状で形成され、スルーホール3aを通じて
下側配線パターン2に接続される接続部4aを有する上
側配線パターン4と、この上側配線パターン4を覆う第
2層層間絶縁膜5で構成されている。下側配線パターン
2および上側配線パターン4は、たとえばアルミニウム
などからなる。
【0023】第2層層間絶縁膜5は、上側配線パターン
4に接する下層プラズマCVD膜5aと、その上に形成
された中間層SOG膜5bと、さらにその上に形成され
た上層プラズマCVD膜5cの3層構造とすることによ
り、平坦化が図られており、当該第2層層間絶縁膜5の
上に同様の配線構造を形成する際の配線パターンの断線
の懸念を解消している。
【0024】本実施例の場合、第1層層間絶縁膜3に穿
設されたスルーホール3aの深さDtの値は、1.33μ
m以上となるように設定されている。すなわち、第1層
層間絶縁膜3の形成に際しては、まず、化学気相成長法
などによって下側配線パターン2を覆うように充分に厚
く堆積させ、さらに、下側配線パターン2の存在に起因
する凹凸をエッチバックによって平坦化する。この時、
たとえば下側配線パターン2の厚さを1μmとすると、
平坦化後の第1層層間絶縁膜3の膜厚を2.33μmとす
ることにより、スルーホール3aの深さDt≧1.33μ
mとなるようにする。
【0025】また、第2層層間絶縁膜5の3層構造は次
のようにして形成される。
【0026】まず、化学気相成長法により、上側配線パ
ターン4の上に、スルーホール3aの深さDtに比例し
た充分な厚さの下層プラズマCVD膜5aを堆積形成
し、厚さ方向に異方性を有する反応性イオンエッチング
によりエッチバックを施す。この時、スルーホール3a
上の下層プラズマCVD膜5aのエッチ量はスルーホー
ル3aの深さDtに関係しない。このため、たとえば、
上述のようにDt≧1.33μmとすることにより、スル
ーホール3aの内部において、エッチバック後に、スル
ーホール3a内の下側配線パターン2に対する上側配線
パターン4の接続部4aの上に残存する下層プラズマC
VD膜5aの膜厚Hが、H≧0.15μmとなるように制
御することができる。
【0027】その後、当該下層プラズマCVD膜5aの
上に、たとえば有機シリコンを含む溶液の回転塗布およ
びベークによってシリコン酸化膜からなる中間層SOG
膜5bを形成する。この時、塗布される前記溶液の流動
性および凹部への浸潤性等により、下層プラズマCVD
膜5aの凹凸は、ほとんど解消され、平坦な状態とな
る。
【0028】さらに、この中間層SOG膜5bの上に、
上層プラズマCVD膜5cを被着形成する。
【0029】図3は、多層配線構造における第1層層間
絶縁膜3の厚さ(スルーホール3a上の下層プラズマC
VD膜5a)と、スルーホール3aにおける上側配線パ
ターン4の下側配線パターン2に対する接続部4aの変
形の有無の発生頻度との関係を調べた結果を示したもの
である。なお、この時の下側配線パターン2の厚さは1
μmである。
【0030】この図3から明らかなように、第1層層間
絶縁膜3の厚さが2.33μm以上の時、すなわちスルー
ホール3aの深さDt≧1.33μmのとき、下層プラズ
マCVD膜5aの上側配線パターン4の接続部4aの上
の膜厚Hが、H≧0.15μmとなり、たとえば、中間層
SOG膜5bの形成時のベークのための加熱などを行っ
ても、当該接続部4aの熱変形が確実に抑止されている
ことが知られる。
【0031】このように、本実施例の半導体装置および
その製造方法によれば、第1層層間絶縁膜3に穿設され
たスルーホール3aを通じて下側配線パターン2と接続
される上側配線パターン4の接続部4aの熱変形が確実
に抑止され、当該接続部4aが下側配線パターン2から
剥離することに起因する断線(スルーホール3aの見か
け上の消失)が確実に防止され、半導体装置の信頼性が
確実に向上する。
【0032】以上発明者によってなされた発明を実施例
に基づき説明したが、本発明は前記実施例に限定される
ものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
である事はいうまでもない。
【0033】
【発明の効果】本願において開示される発明の代表的な
ものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の
通りである。
【0034】すなわち、本発明の半導体装置によれば、
熱処理時の配線パターンの変形を抑止することにより、
配線パターン間の接続不良の発生を防止して、半導体装
置の信頼性を向上させることができる、という効果が得
られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である半導体装置の要部の構
造の一例を示す略断面図である。
【図2】その製造過程における要部の一例を示す略断面
図である。
【図3】その作用の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
1 下地層 2 下側配線パターン 3 第1層層間絶縁膜(第1の層間絶縁膜) 3a スルーホール(接続孔) 4 上側配線パターン 4a 接続部 5 第2層層間絶縁膜(第2の層間絶縁膜) 5a 下層プラズマCVD膜(第1絶縁層) 5b 中間層SOG膜(第2絶縁層) 5c 上層プラズマCVD膜(第3絶縁層) H スルーホール3a上の下層プラズマCVD膜5aの
膜厚 Dt スルーホール3aの深さ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下側配線パターンおよび上側配線パター
    ンを第1の層間絶縁膜を隔てて積層し、当該第1の層間
    絶縁膜に穿設された接続孔を介して前記下側配線パター
    ンおよび上側配線パターンを電気的に接続するととも
    に、前記上側配線パターンは第2の層間絶縁膜にて覆わ
    れるようにした多層配線構造を有する半導体装置であっ
    て、前記第2の層間絶縁膜の、前記接続孔上の厚さを0.
    15μm以上としたことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記第2の層間絶縁膜は、前記上側配線
    パターンに接し、化学気相成長法および反応性イオンエ
    ッチングによるエッチバックによって堆積形成された第
    1絶縁層と、この第1絶縁層上に塗布法によって形成さ
    れた第2絶縁層と、この第2絶縁層の上に化学気相成長
    法によって堆積形成された第3絶縁層とからなる3層構
    造を呈し、前記上側配線パターンに接する前記第1絶縁
    層の、前記接続孔上の厚さを0.15μm以上にしてなる
    ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記第1の層間絶縁膜に穿設された前記
    接続孔の深さ寸法を1.33μm以上にしたことを特徴と
    する請求項1または2記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 下側配線パターンおよび上側配線パター
    ンを第1の層間絶縁膜を隔てて積層し、当該第1の層間
    絶縁膜に穿設された接続孔を介して前記下側配線パター
    ンおよび上側配線パターンを電気的に接続するととも
    に、前記上側配線パターンは第2の層間絶縁膜にて覆わ
    れるようにした多層配線構造を有する半導体装置の製造
    方法であって、前記第2の層間絶縁膜の、前記接続孔上
    の厚さを0.15μm以上にすることを特徴とする半導体
    装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記上側配線パターンに接し、化学気相
    成長法および反応性イオンエッチングによるエッチバッ
    クによって堆積形成された第1絶縁層と、この第1絶縁
    層上に塗布法によって形成された第2絶縁層と、この第
    2絶縁層の上に化学気相成長法によって堆積形成された
    第3絶縁層とを順に形成することにより、前記第2の層
    間絶縁膜を3層構造にし、前記上側配線パターンに接す
    る前記第1絶縁層の、前記接続孔上の厚さを0.15μm
    以上にすることを特徴とする請求項4記載の半導体装置
    の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記第1の層間絶縁膜に穿設された前記
    接続孔の深さ寸法を1.33μm以上にすることを特徴と
    する請求項4または5記載の半導体装置の製造方法。
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