JPH0669356A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 下地に凹凸があっても、メタル配線間の平坦
化された層間絶縁膜に形成されたスルーホールの深さの
違いをなくす。 【構成】 下地基板２上にポリシリコン配線４が形成さ
れ、配線４上には１層目の層間絶縁膜６が形成され、そ
の上に１層目のメタル配線８が形成されている。メタル
配線８がポリシリコン配線４のない低い部分に形成さ
れ、しかもその上にスルーホールが形成される部分で
は、メタル配線８の下部にメタル配線８の高さを調整す
るためのプリメタル層１４が形成されている。プリメタ
ル層１４はポリシリコン配線４の厚さとほぼ等しい厚さ
に形成されている。１層目メタル配線８上には表面が平
坦化された層間絶縁膜１０が形成され、層間絶縁膜１０
には１層目メタル配線８上にスルーホールが形成され、
層間絶縁膜１０上に形成された２層目メタル配線１２と
１層目メタル配線８がそのスルーホールを経て接続され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は多層配線を有する半導体
装置とその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】２層以上のメタル配線を有する半導体装
置では、下層の配線を形成し、その上に層間絶縁膜を形
成し、その上に上層の配線を形成するが、下層配線の段
差によって上層配線が断線しないように、層間絶縁膜表
面を平坦化することが行なわれている。図６は層間絶縁
膜が平坦化された２層メタル配線構造の例を示したもの
である。拡散などによって半導体素子が形成されたシリ
コン基板表面の所定領域を酸化膜で被った下地基板２上
にポリシリコン配線４が形成され、ポリシリコン配線４
上には層間絶縁膜６を介して１層目のメタル配線８が形
成されている。メタル配線８上には表面が平坦化された
層間絶縁膜１０が形成され、層間絶縁膜１０上に２層目
のメタル配線１２が形成されて、層間絶縁膜１０に設け
られたスルーホールを介して１層目メタル配線８と２層
目のメタル配線１２の間が接続されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】１層目メタル配線８が
形成されている高さが場所によって異なるので、メタル
配線８と１２の間の層間絶縁膜１０が平坦化された結果
として、層間絶縁膜１０に設けられるスルーホールの深
さは下地の状態により深いものと浅いものができる。層
間絶縁膜１０にスルーホールをあけるためのエッチング
工程では最も深いスルーホールに合わせてエッチング条
件を設定されるため、浅いスルーホールではオーバーエ
ッチングとなる。そのため、スルーホールの深さにより
穴のサイズが変動したり断面形状が変わるおそれがあ
る。

【０００４】また、オーバーエッチングによって反応生
成物が発生してスルーホールの側壁に付着し、レジスト
を除去したときその反応生成物の側壁がスルーホールか
ら突出し、上層メタル配線１２を形成したときにその反
応生成物がメタル配線１２の電気的特性を劣化させるこ
とがある。そのため、オーバーエッチングにより生成す
る反応生成物の側壁を薬液で溶かして除去したり、超音
波洗浄を行なうなどの工程が必要になる。本発明は、下
地に凹凸があり、メタル配線間の層間絶縁膜を平坦化す
る技術を用いる場合でも、スルーホールの深さの違いに
ともなうオーバーエッチングなどの問題を解決すること
を目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明では、凹凸のある
下地上に少なくとも２層のメタル配線が形成されてお
り、その２層のメタル配線のうちの下層のメタル配線
は、上層のメタル配線との間のスルーホールが設けられ
ている部分では下地表面の低い所にあるメタル配線と下
地表面の高い所にあるメタル配線とがほぼ同じ高さにな
るように下地表面の低い所にあるメタル配線の膜厚が厚
くなっている。本発明の半導体装置の他の態様では、ス
ルーホール部以外でもメタル配線のうちで局部的に電流
密度が大きくなる部分で、そのメタル配線の膜厚が厚く
なっている。

【０００６】本発明の製造方法では以下の工程（Ａ）か
ら（Ｄ）を含んで少なくとも２層のメタル配線を形成す
る。（Ａ）凹凸のある下地上に下地の段差とほぼ等しい
膜厚のメタル膜を堆積し、後で上層メタル配線との間の
コンタクト用スルーホールが形成される部分のみにパタ
ーン化によりそのメタル膜を残す工程、（Ｂ）その上に
下地メタル配線用のメタル膜を堆積し、パターン化を施
して下層メタル配線を形成する工程、（Ｃ）表面が平坦
化された層間絶縁膜を形成し、その層間絶縁膜にスルー
ホールを形成する工程、（Ｄ）メタル膜を堆積し、パタ
ーン化を施して上層メタル配線を形成する工程。

【０００７】本発明の他の製造方法では、上記の製造方
法のうち工程（Ａ）と（Ｂ）を入れ替えて、凹凸のある
下地上に下地メタル配線用のメタル膜を堆積し、パター
ン化を施して下層メタル配線を形成した後に、下地の段
差とほぼ等しい膜厚のメタル膜を堆積し、後で上層メタ
ル配線との間のコンタクト用スルーホールが形成される
部分のみにパターン化によりそのメタル膜を残す。その
後は同様に、表面が平坦化された層間絶縁膜を形成し、
その層間絶縁膜にスルーホールを形成し、メタル膜を堆
積し、パターン化を施して上層メタル配線を形成する。

【０００８】本発明のさらに他の製造方法では、以下の
工程（Ａ）から（Ｄ）を含んで少なくとも２層のメタル
配線を形成する。（Ａ）下地上にメタル膜を堆積し、後
にスルーホールが形成される部分のみにパターン化によ
りそのメタル膜を下地段差層として残す工程、（Ｂ）そ
の上に下地メタル配線用のメタル膜を堆積し、パターン
化を施して下層メタル配線を形成する工程、（Ｃ）表面
が平坦化された層間絶縁膜を形成し、前記下地段差層上
で前記下地メタル配線部分が露出するまでエッチバック
を施す工程、（Ｄ）メタル膜を堆積し、パターン化を施
して上層メタル配線を形成する工程。

【０００９】

【実施例】図１は第１の実施例を表わす。半導体素子が
形成されたシリコン基板表面が酸化膜で被われ、その酸
化膜にコンタクトホールが設けられた下地基板２上にポ
リシリコン配線４が形成され、コンタクトホールを経て
配線４と下地基板２の半導体素子が接続されている。配
線４上には１層目の層間絶縁膜６が形成されている。層
間絶縁膜６の表面はポリシリコン配線４のある部分では
高く、ない部分では低くなった凹凸をもっている。層間
絶縁膜６上には１層目のメタル配線８が形成されてい
る。メタル配線８がポリシリコン配線４のない低い部分
に形成され、しかもその上にスルーホールが形成される
部分では、メタル配線８の下部にメタル配線８の高さを
調整するためのプリメタル層１４が形成されている。プ
リメタル層１４はポリシリコン配線４の厚さとほぼ等し
い厚さに形成され、プリメタル層１４のサイズは後にそ
の上部に形成されるスルーホールの径よりも若干大きめ
のサイズに形成されている。プリメタル層１４上に形成
された１層目メタル配線８は写真製版でのマスクずれな
どを考慮して、プリメタル層１４よりも片側で０．５μ
ｍ程度オーバーサイズしたパターンとして形成されてい
る。その結果、１層目メタル配線８の高さは、ポリシリ
コン配線４のある部分とない部分とでその高さがほぼ等
しくなっている。

【００１０】１層目メタル配線８上には層間絶縁膜１０
が形成され、層間絶縁膜１０の表面は平坦化されてい
る。層間絶縁膜１０には１層目メタル配線８上にスルー
ホールが形成され、層間絶縁膜１０上に形成された２層
目メタル配線１２と１層目メタル配線８がそのスルーホ
ールを経て接続されている。

【００１１】次に、図２によりこの実施例を製造する方
法について説明する。 （Ａ）下地基板２上にポリシリコン膜を堆積し、写真製
版とエッチングによりパターン化を施してポリシリコン
配線４を形成する。配線４上から層間絶縁膜６を堆積し
た後、プリメタル層１４ａを堆積する。プリメタル層１
４ａは例えば１％のシリコンを含むアルミニウム膜であ
る。プリメタル層１４ａの厚さは配線４の厚さとほぼ等
しい厚さにする。プリメタル層１４を形成するためのレ
ジストパターン１６を写真製版により形成する。レジス
トパターン１６の位置はポリシリコン配線４のない領域
で後にスルーホールが形成される位置であり、レジスト
パターン１６のサイズはスルーホールよりわずかに大き
めのサイズである。

【００１２】（Ｂ）レジストパターン１６をマスクにし
てプリメタル層１４ａをエッチングによりパターン化し
てプリメタル層１４とした後、１層目メタル配線のため
のメタル膜８ａを堆積する。メタル膜８ａは例えば１％
シリコンを含むアルミニウム膜である。メタル膜８ａ上
にメタル膜８ａをパターン化して１層目メタル配線とす
るためのレジストパターン１８を写真製版により形成す
る。レジストパターン１８のサイズはマスクずれを考慮
してプリメタル層１４よりも片側で０．５μｍ程度オー
バーサイズしたパターンとする。

【００１３】（Ｃ）レジストパターン１８をマスクとし
てメタル膜８ａをエッチングし、１層目メタル配線８を
形成した後、表面が平坦化された層間絶縁膜１０を形成
する。平坦化された層間絶縁膜は既知のものであるが、
例えばＣＶＤ法によりＰＳＧ膜などの絶縁膜を堆積した
後、有機溶剤に溶かしたＳｉＯ₂化合物をスピン塗布法
により塗布し、焼成し、その後エッチバックする。層間
絶縁膜の平坦化には、他にメカニカル−ケミカルポリッ
シュなどの方法もある。

【００１４】層間絶縁膜１０上にスルーホールを形成す
るためのレジストパターン２０を形成し、そのレジスト
パターン２０をマスクにして層間絶縁膜１０にエッチン
グによりスルーホールをあける。スルーホールをあける
位置での層間絶縁膜１０の厚さはポリシリコン配線４の
ある部分とない部分とでほぼ等しくなっている。その
後、２層目メタル配線を形成すれば図１の状態となる。
なおメタル膜１４ａや８ａはスパッタリングや蒸着法に
より形成することができ、膜厚は電気特性などの諸特性
により適宜決定する。

【００１５】図２の工程で、プリメタル層１４が１層目
メタル配線８の下に形成されているが、これを逆にして
メタル配線８上にプリメタル層１４を形成することによ
って第１層目メタル配線の厚さを調整してもよい。

【００１６】図３はプリメタル層を形成する技術を応用
し、配線２２のうちコーナー部など電流が集中しやすい
部分の膜厚を厚くしたものである。２４は配線２２の下
又は上にプリメタル層を形成することによってコーナー
部の膜厚が厚くされている部分である。これにより、配
線２２の二次元的なサイズを大きくしなくても電流密度
を増加させることができ、高集積化に有利な配線とな
る。

【００１７】図４は他の実施例における１層目配線と２
層目配線の間のコンタクトを表わしたものである。図４
で、下地基板２６上にプリメタル層２８がスルーホール
より僅かに小さめのパターンに形成されている。プリメ
タル層２８上から１層目メタル配線３０が形成され、層
間絶縁膜３２は表面が平坦化されているとともに、スル
ーホール部分で１層目メタル配線３０の頂部が露出して
いる。層間絶縁膜３２上に２層目メタル配線３４が形成
されて、スルーホールで露出した１層目メタル配線３０
と２層目メタル配線３４が接続されている。

【００１８】図４のようにコンタクトを形成すれば、配
線メタルがスルーホールに充満しているため、スルーホ
ールでの電気抵抗が低下する。また断線などの可能性も
少なくなり、スルーホールの信頼性が増す。上層配線３
４にはスルーホールのくぼみが生じないため、さらに多
層に配線を形成するときの上層での平坦度が向上する。

【００１９】図５により図４の２層の配線を形成する方
法を説明する。 （Ａ）下地基板２６上に下層配線と同種又は別種の導電
性物質、例えば１％シリコンを含んだアルミニウムなど
のプリメタル層２８ａをスパッタリング法などの技術に
より成膜する。プリメタル層２８ａの厚さは例えば約
０．８μｍである。（Ｂ）写真製版とエッチングにより
スルーホールを形成する部分のみにそのプリメタル膜２
８を残す。大きさはスルーホールより小さめにする。例
えば、一辺１．４μｍの正方形のスルーホールを形成す
るとした場合には、プリメタル層２８のサイズは一辺が
１．０μｍの正方形のパターンとする。

【００２０】（Ｃ）下層配線用のメタル膜３０ａとし
て、例えばシリコンを１％混入したアルミニウム膜をス
パッタリング法などの技術により成膜する。メタル膜３
０ａの厚さは例えば０．８μｍである。この成膜によ
り、スルーホールを形成したい部分のメタル層の厚さは
プリメタル層２８と合わせて約１．６μｍになってい
る。横方向には０．２μｍ大きくなるとして、一辺が
１．０μｍの正方形のプリメタル層２８のパターンは、
下層メタル膜３０ａでは頂部の一辺が約１．４μｍの正
方形の台形状となる。

【００２１】（Ｄ）写真製版とエッチングにより下層メ
タル膜３０ａをパターン化して下層メタル配線３０を形
成する。下層メタル配線３０上から層間絶縁膜３２を形
成する。層間絶縁膜３２を形成する方法として、例えば
ＣＶＤ法によりＳｉＯ₂膜を堆積した後、有機溶剤に溶
かしたＳｉＯ₂化合物をスピン塗布し、焼き固める。そ
の後全面を均等にドライエッチング（エッチバック）す
ることにより平坦化しつつ、下層メタル配線３０の頂部
が露出するまでエッチングを続ける。その後、上層メタ
ル膜として例えばシリコンを１％含んだアルミニウム膜
をスパッタリング法などの技術により成膜し、スルーホ
ール部で露出している下層メタル配線３０と接続させ
る。上層メタル膜を写真製版とエッチングによりパター
ン化をして上層メタル配線とすれば、図４の２層配線が
形成される。

【００２２】

【発明の効果】本発明によればスルーホールが設けられ
ている部分では下地表面の低い所にあるメタル配線と下
地表面の高い所にあるメタル配線とがほぼ同じ高さにな
るように下地表面の低い所にあるメタル配線の膜厚が厚
くなっているので、スルーホールを形成するドライエッ
チングのエッチング量を下地の凹凸によらず最適化する
ことができる。このためスルーホールの形状を一定に保
つことができ、スルーホールの深さによるサイズの変化
をなくすことができる。また、反応生成物の発生を少な
く抑えることができるようになる。プリメタル層をメタ
ル配線の電流が集中しやすい部分に形成することによっ
て、メタル配線の二次元的なサイズを変化させることな
く電流容量を増加させることができる。

【００２３】また、本発明によりスルーホール部分で１
層目メタル配線の膜厚を大きくして１層目メタル層でス
ルーホールを埋めるようにすれば、スルーホール部での
電気抵抗が低下し、断線の可能性も少なくなり、スルー
ホール部分の信頼性が高くなる。また上層配線にスルー
ホール部分のくぼみが生じないため、さらに上層に形成
されるメタル配線の平坦度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す断面図である。

【図２】図１の実施例の製造方法を示す工程断面図であ
る。

【図３】コーナー部で膜厚を厚くした実施例のメタル配
線を示す平面図である。

【図４】さらに他の実施例を示す２層メタル配線の断面
図である。

【図５】図４の実施例の製造方法を示す工程断面図であ
る。

【図６】従来の２層メタル配線を示す断面図である。

【符号の説明】

２，２６ 下地基板 ４ ポリシリコン配線 ６，１０，３２ 層間絶縁膜 ８，３０ １層目メタル配線 １２，３４ ２層目メタル配線 １４，２８ プリメタル層

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 凹凸のある下地上に少なくとも２層のメ
   タル配線が形成されており、その２層のメタル配線のう
   ちの下層のメタル配線は、上層のメタル配線との間のス
   ルーホールが設けられている部分では下地表面の低い所
   にあるメタル配線と下地表面の高い所にあるメタル配線
   とがほぼ同じ高さになるように下地表面の低い所にある
   メタル配線の膜厚が厚くなっていることを特徴とする半
   導体装置。
2. 【請求項２】 スルーホール部以外でもメタル配線のう
   ちで局部的に電流密度が大きくなる部分では、そのメタ
   ル配線の膜厚が厚くなっている請求項１に記載の半導体
   装置。
3. 【請求項３】 以下の工程（Ａ）から（Ｄ）を含んで少
   なくとも２層のメタル配線を形成する半導体装置の製造
   方法。 （Ａ）凹凸のある下地上に下地の段差とほぼ等しい膜厚
   のメタル膜を堆積し、後で上層メタル配線との間のコン
   タクト用スルーホールが形成される部分のみにパターン
   化によりそのメタル膜を残す工程、 （Ｂ）その上に下地メタル配線用のメタル膜を堆積し、
   パターン化を施して下層メタル配線を形成する工程、 （Ｃ）表面が平坦化された層間絶縁膜を形成し、その層
   間絶縁膜にスルーホールを形成する工程、 （Ｄ）メタル膜を堆積し、パターン化を施して上層メタ
   ル配線を形成する工程。
4. 【請求項４】 以下の工程（Ａ）から（Ｄ）を含んで少
   なくとも２層のメタル配線を形成する半導体装置の製造
   方法。 （Ａ）凹凸のある下地上に下地メタル配線用のメタル膜
   を堆積し、パターン化を施して下層メタル配線を形成す
   る工程、 （Ｂ）その上に下地の段差とほぼ等しい膜厚のメタル膜
   を堆積し、後で上層メタル配線との間のコンタクト用ス
   ルーホールが形成される部分のみにパターン化によりそ
   のメタル膜を残す工程、 （Ｃ）表面が平坦化された層間絶縁膜を形成し、その層
   間絶縁膜にスルーホールを形成する工程、 （Ｄ）メタル膜を堆積し、パターン化を施して上層メタ
   ル配線を形成する工程。
5. 【請求項５】 以下の工程（Ａ）から（Ｄ）を含んで少
   なくとも２層のメタル配線を形成する半導体装置の製造
   方法。 （Ａ）下地上にメタル膜を堆積し、後にスルーホールが
   形成される部分のみにパターン化によりそのメタル膜を
   下地段差層として残す工程、 （Ｂ）その上に下地メタル配線用のメタル膜を堆積し、
   パターン化を施して下層メタル配線を形成する工程、 （Ｃ）表面が平坦化された層間絶縁膜を形成し、前記下
   地段差層上で前記下地メタル配線部分が露出するまでエ
   ッチバックを施す工程、 （Ｄ）メタル膜を堆積し、パターン化を施して上層メタ
   ル配線を形成する工程。