JPH06291192A - 半導体集積回路における配線接続構造 - Google Patents

半導体集積回路における配線接続構造

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JPH06291192A
JPH06291192A JP7323993A JP7323993A JPH06291192A JP H06291192 A JPH06291192 A JP H06291192A JP 7323993 A JP7323993 A JP 7323993A JP 7323993 A JP7323993 A JP 7323993A JP H06291192 A JPH06291192 A JP H06291192A
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wiring
wiring layer
connection structure
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JP7323993A
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English (en)
Inventor
Junpei Kumagai
淳平 熊谷
Soichi Sugiura
聡一 杉浦
Shizuo Sawada
静雄 澤田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】接続部材を配線層の側面部と下面、または上面
にも接触させ接続部材と配線層の接触面積を増大させ微
細化かつコンタクト製造ばらつきに強くする。 【構成】半導体基板の絶縁膜上の第1の配線層11と第2
の配線層12の電気的接続がなされるためコンタクト領域
の深さ方向で配線層11と12が重なるように開孔されたコ
ンタクトホール13がある。このコンタクトホール13に埋
め込まれた接続部材14が第2の配線層12の上部21、側部
22、下部23において接触し第1の配線層11(の上面)と
電気的に接続されていることを特徴としている。

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、特に微細
化が要求される半導体集積回路に用いられる配線層の構
造に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路における配線層の層間の
接続にはコンタクトホール、 VIAホール等が用いられる
(以下、総称してコンタクトホールとする)。集積度の
向上のため上記配線層間の接続部分の合わせ余裕は極力
なくするようにしているのが現状である。
【0003】図16(a)は従来の半導体集積回路にお
ける配線層のコンタクト部を示す平面図、図16
(b),(c)はそれぞれ上記(a)のb−b線、c−
c線に沿う断面図である。
【0004】第1の配線層11と第2の配線層12とは層間
絶縁膜18内に充填された接続部材14により電気的に接続
されている。これら配線層には接続部材14で埋められた
コンタクトホール13に対し、合わせ余裕、いわゆるフリ
ンジが設けられていない。
【0005】このようなフリンジレス化された配線構造
により半導体集積回路の集積度は向上する。ここで、接
続部材と第2の配線層とのコンタクト領域(平面図の斜
線部CA)の接触面積は、コンタクトホールの開孔面積
の大小、第2の配線層の幅の大小、両者の合わせ精度等
のプロセス的なばらつきに依存する。
【0006】例えば、256M(bit )のDRAMで
は、最小加工幅0.25μmであって、コンタクトホー
ルまたは配線幅の加工ばらつきが0.05μm、合せば
らつきが0.05μmとすると、最悪でコンタクト領域
の短辺は0.1μm程度、最良で0.25μmと大きな
ばらつきが生じる。
【0007】従って、従来技術ではコンタクト抵抗上昇
やコンタクト領域でのエレクトロマイグレーション等配
線の信頼性の劣化を抑えることが難しく、集積度を落と
さざるを得ない。
【0008】同様に第1の配線層11に対しても問題があ
る。接続部材14は第1の配線層11の上面及び側面のみに
接触しているだけであって、合わせずれや加工寸法のば
らつき、コンタクトホールの深さ方向のばらつきがあ
り、接触面積が定まらない。よって、コンタクト抵抗の
ばらつきや信頼性の劣化を引き起こす。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来のフ
リンジレス技術では上層と下層の配線層の接続が各配線
層の底面の一部、または上面の一部かつ側面の一部を通
して行われていたために、コンタクトの合わせずれや加
工寸法、深さのばらつきでコンタクト抵抗ばらつき、信
頼性が劣化するという欠点がある。
【0010】この発明は上記のような事情を考慮してな
されたものであり、その目的は、コンタクト抵抗のばら
つきや信頼性の劣化を極力なくし、低抵抗、高信頼性の
コンタクト部を有し、集積度及び信頼性が向上する半導
体集積回路における配線接続構造を提供することにあ
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明の半導体集積回
路における配線接続構造は、半導体基板の第1の絶縁膜
上に形成された第1、第2の配線層と、前記第1、第2
の配線層の電気的な接続をするためのコンタクト領域
と、前記コンタクト領域に存在し、前記第1あるいは第
2の配線層に対し少なくとも膜厚分である側面部分とこ
の側面部分に連続した下面あるいは上面の部分に接触し
ていることによって前記第1と第2の配線層を電気的に
接続する接続部材とを具備したことを特徴とする。
【0012】
【作用】この発明では、接続部材を配線層の側面部かつ
下面、またはさらに上面に接触させるので接続部材と配
線層の接触面積が増大する。
【0013】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明を実施例によ
り説明する。
【0014】図1はこの発明の一実施例による半導体集
積回路における配線接続構造を示す構成であり、(a)
は断面図、(b)は平面図である。絶縁膜上の第1の配
線層11と第2の配線層12の電気的接続がなされるためコ
ンタクト領域の深さ方向で配線層11と12が重なるように
開孔されたコンタクトホール13がある。このコンタクト
ホール13に埋め込まれた接続部材14が第2の配線層12の
上部21、側部22、下部23において接触し第1の配線層11
(の上面)と電気的に接続されている。
【0015】図2は上記構成の配線接続構造の製造方法
を工程順に示す断面図、平面図である。半導体基板上に
形成された第1の絶縁膜10(例えばSiO2 膜)上にA
l−Si−Cu膜を厚さ400nm程度スパッタ法によ
り堆積させ、その後パターニングして第1の配線層11を
形成する。さらにプラズマCVD法によりアルコキシシ
ラン(TEOS)を分解して第2の絶縁膜(SiO
2 膜)16を約400nmの厚さに堆積する。再度Al−
Si−Cu膜をスパッタ法により400nm程度堆積さ
せ、その後、パターニングして第2の配線層12を形成す
る。さらにプラズマCVD法でアルコキシシランを分解
して第3の絶縁膜(SiO2 膜)17を800nmの厚さ
に堆積させる(図2(a-1),(a-2))。
【0016】レジスト膜(図示せず)を塗布後、基板へ
の深さ方向で第1及び第2の配線層11,12に重なるよう
なコンタクト領域を定め、上記レジスト膜をパターニン
グし、RIE法によって異方性エッチングを施す。ここ
で、第2の配線層12が露出したらその側部よりさらにエ
ッチングし第1の配線層11を露出させる。これにより、
第3、第2の絶縁膜17,16を貫通させたコンタクトホー
ル13が形成される(図2(b-1),(b-2))。
【0017】NH4 F溶液で第2、第3の絶縁膜膜をエ
ッチングする。これにより、第2の配線層12の側部に残
った第3の絶縁膜の残留物25(図2(b-1)に図示)を
除去すると共に第2の配線層12の下部(底面)を露出さ
せる(図2(c))。その後、図1にのようにWF6
水素還元することによりAl−Si−Cu配線(配線層
11,12)に選択的にWを成長させることにより、コンタ
クトホール13内が接続部材14で充填される(Wプラ
グ)。
【0018】上記構成によれば、フレンジレス化された
配線接続構造でも、接続部材と配線層との接触面積の増
大化がなされ、コンタクト抵抗のばらつきや信頼性の劣
化を引き起こさないようになる。従って、低抵抗、高信
頼性のコンタクト部が実現され、集積度及び信頼性が向
上する。
【0019】図3はこの発明の配線接続構造の第1変形
例を示す断面図である。図1の構成に比べ、コンタクト
ホール13のサイズが第1及び第2の配線層11,12の間で
大きくなっている。
【0020】上記構成は製造方法の図2(b-1)の工程
において、コンタクトホール13開孔後のNH4 Fエッチ
ングのエッチング速度が第3の絶縁膜17に比べ速い絶縁
膜を第2の絶縁膜16-2として形成する。具体的には、第
3の絶縁膜17がTEOSのプラズマCVD膜のようにア
ンドープのSiO2 膜であるならば、この第2の絶縁膜
16-2はSiO2 にPH3 やB2 6 を添加したガスを用
いてプラズマCVD法を行い、リンガラスやボロンガラ
スを堆積させればよい。この結果、NH4 エッチング時
に所望のコンタクト形状が得られる。
【0021】上記図3の構成によれば、短いNH4 Fエ
ッチングの時間で前記図1の実施例よりも第1及び第2
の配線層の露出面積を大きくすることができるという利
点がある。
【0022】図4はこの発明の配線接続構造の第2変形
例を示す断面図である。図1の構成に比べ、コンタクト
ホール13が大きく、第2の配線層12片側だけでなく、両
側に跨がって開孔されている。これにより、第2の配線
12上面すべてに接続部材14が電気的に接触できる。
【0023】図5はこの発明の配線接続構造の第3変形
例を示す断面図である。上記図4の構成に対しさらにコ
ンタクト領域において第2の配線層12下部全域の絶縁膜
が除去された形状に加工されており、接続部材14が第2
の配線層12の上部、側部、下部のすべての面で電気的に
接触していることが特徴である。図4や図5の構成を平
面図に示すと図6のようになる。
【0024】この発明は上記各実施例のように上部配線
層への適用だけでなく、下部配線層にも適用することが
できる。例えば、図7に示す断面図はこの発明の第4変
形例を示す断面図であり、図5の構成を第2の配線層と
同じ方向に走っている第1の配線層11に適用した構成で
ある。
【0025】図8(a),(b)はこの発明の配線接続
構造の第5変形例を示す断面図、平面図である。絶縁膜
18中互いに層が異なり平行に走る第1、第2の配線層を
接続部材14により電気的に接続している。このような実
施例の場合、図9に示す第6変形例のように、第1、第
2の配線層は交差するように走っていても、同様に電気
的接続が可能である。
【0026】図10(a),(b)はこの発明の配線接
続構造の第7変形例を示す断面図、平面図である。絶縁
膜18中互いに層が異なるが重なるようにして平行に走る
第1、第2の配線層11,12に対し、同じ(右側)の側部
側をコンタクトホールにより露出させ接続部材14により
電気的に接続している。
【0027】図11はこの発明の配線接続構造の第8変
形例を示す断面図である。絶縁膜18上で互いに層が同じ
で隣り合い平行に走る配線層11-1,11-2において、対向
する側部側の下部を露出させ接続部材14により電気的に
接続している。
【0028】図12(a)はこの発明の配線接続構造の
第9変形例を示す断面図である。接続部材14を薄膜化し
た例であり、コンタクトホール開孔後WF6 の水素分解
によるCVD法で(非選択的に)Wの薄膜を形成し構成
される。このとき、絶縁膜18上に残ったW薄膜は、化学
的機械研磨法で除去しても良いし、図12(b)に示さ
れるようにRIE法でエッチバックしてもよい。
【0029】図13はこの発明の配線接続構造の第10
変形例を示す断面図である。図12の構成の接続部材14
すなわちW薄膜の形成後、さらにコンタクトホール13内
にアモルファスSiやSiO2 等の充填物19を埋め込ん
だ構成である。
【0030】図14はこの発明の配線接続構造の第11
変形例を示す断面図である。前記図16(c)に示した
構成において第2の配線層12形成後に別の接続部材31で
接続部材14の裏打ちをしている。この実施例は次のよう
にして実現する。
【0031】コンタクトホール13を接続部材14で充填し
てWプラグを形成した後、第2の配線層12を厚さ400
nmのAl−Si−Cuで形成する。さらに、WF6
水素還元によるCVD法でWを選択成長させて新たな接
続部材30を形成し、第2の配線層12の両側面、上面、W
プラグとを接続する。
【0032】上記各実施例において、配線層11,12はA
l−Si−Cuで構成されていたがこれに限定されず、
WやMoなどの高融点金属やそのシリサイド、Cu、導
電性のポリシリコン膜等を代用してもよい。また、接続
部材はW以外にTiやMo、導電性のポリシリコンでも
よい。
【0033】また、必ずしも接続部材として新たな導電
物質を用いなくても上層の配線で代用することも考えら
れる。図15はその例で、コンタクト領域では第2の配
線層12の導電物質がコンタクトホール13内にまで延在
し、第1の配線層11と電気的接続がなされている。
【0034】上記実施例によれば、上下配線層の接続が
配線層の膜厚分の側面を通して行われるために接触面積
のばらつきが小さくなる。例えば256Mbit のDRA
M相当のデバイス(0.25μmルール)においても配
線層の膜厚を0.4μmとすると、コンタクト面積は
0.25μm×0.4μmと大きく、膜厚や加工寸法ば
らつきは10%程度であるため、従来技術に比べて安定
化したコンタクト抵抗を得ることができる。さらに、配
線層の下部(底面部)も積極的に接続に使うため、さら
に接触面積を増やすことができる。
【0035】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
接続部材を配線層の底面かつ側面、またはさらに上面に
接触させるので接続部材と配線層との接触面積が増大
し、コンタクト抵抗のばらつきや信頼性の劣化が大幅に
削減され、かつ集積度及び信頼性が向上する半導体集積
回路における配線接続構造が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例による構成を示す、(a)
は断面図、(b)は平面図。
【図2】図1の構成の配線接続構造の製造方法を工程順
に示す断面図及び平面図。
【図3】この発明の配線接続構造の第1変形例を示す断
面図。
【図4】この発明の配線接続構造の第2変形例を示す断
面図。
【図5】この発明の配線接続構造の第3変形例を示す断
面図。
【図6】図4や図5の構成を平面図として示した図。
【図7】この発明の配線接続構造の第4変形例を示す断
面図。
【図8】この発明の配線接続構造の第5変形例を示す、
(a)は断面図、(b)は平面図。
【図9】この発明の配線接続構造の第6変形例を示す平
面図。
【図10】この発明の配線接続構造の第7変形例を示
す、(a)は断面図、(b)は平面図。
【図11】この発明の配線接続構造の第8変形例を示す
断面図。
【図12】(a)はこの発明の配線接続構造の第9変形
例を示す断面図、(b)は(a)の製造方法の一部の工
程を示す断面図。
【図13】この発明の配線接続構造の第10変形例を示
す断面図。
【図14】この発明の配線接続構造の第11変形例を示
す断面図。
【図15】この発明の配線接続構造の応用例を示す断面
図。
【図16】(a)は従来の半導体集積回路における配線
層のコンタクト部の構成を示す平面図、(b),(c)
はそれぞれ(a)の構成の一部分の断面図。
【符号の説明】
11,12…配線層、13…コンタクトホール、14…接続部
材、10,16,17,18…絶縁膜。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の第1の絶縁膜上に形成され
    た第1、第2の配線層と、 前記第1、第2の配線層の電気的な接続をするためのコ
    ンタクト領域と、 前記コンタクト領域に存在し、前記第1あるいは第2の
    配線層に対し少なくとも膜厚分である側面部分とこの側
    面部分に連続した下面あるいは上面の部分に接触してい
    ることによって前記第1と第2の配線層を電気的に接続
    する接続部材とを具備したことを特徴とする半導体集積
    回路における配線接続構造。
  2. 【請求項2】 前記接続部材は前記第1または第2の配
    線層に対して前記側面部分と連続した下面及び上面部分
    に接触していることを特徴とする請求項1記載の半導体
    集積回路における配線接続構造。
  3. 【請求項3】 前記コンタクト領域は前記第1あるいは
    第2の配線層幅分以上の幅有していることを特徴とする
    請求項1または2記載の半導体集積回路における配線接
    続構造。
  4. 【請求項4】 前記第2の配線層は上記第1の配線層上
    に形成された第2の絶縁膜上に形成されており、前記コ
    ンタクト領域はその深さ方向で第1、第2両配線層が少
    しでも重なる部分に設けられていることを特徴とする請
    求項1記載の半導体集積回路における配線接続構造。
  5. 【請求項5】 上記コンタクト領域の短い方の径は前記
    第1または第2の配線層のいずれか一方の配線層と同じ
    かそれよりも大きいことを特徴とする請求項4記載の半
    導体集積回路における配線接続構造。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012109571A (ja) * 2010-11-17 2012-06-07 Samsung Electronics Co Ltd 3次元半導体素子及びその製造方法

Cited By (2)

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