JPH07273198A - Multilayer wiring structure for semiconductor device and its fabrication - Google Patents

Multilayer wiring structure for semiconductor device and its fabrication

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JPH07273198A
JPH07273198A JP8101194A JP8101194A JPH07273198A JP H07273198 A JPH07273198 A JP H07273198A JP 8101194 A JP8101194 A JP 8101194A JP 8101194 A JP8101194 A JP 8101194A JP H07273198 A JPH07273198 A JP H07273198A
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JP
Japan
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layer
metal
layers
wiring
semiconductor device
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JP8101194A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideaki Kuroda
英明 黒田
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Publication of JPH07273198A publication Critical patent/JPH07273198A/en
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Abstract

PURPOSE:To eliminate the need of filling a through hole with a metal, e.g. the need of a W plug, for a contact between metallizations while achieving a positive contact through an easy process and to make a contact having no overlap while making thin the layer insulating film. CONSTITUTION:The multilayer metallization structure for semiconductor device comprises more than two metal layers formed on an underlying layer wherein the odd number metal layers 11, counted from the underlying layer side, constitute a metallization layer whereas the even number metal layers provide connection between the metallization layers, e.g. connection between upper and lower wirings 2, 16 or connection between wirings 2a, 2b through a same odd number metal layer. The connection layer between respective metallization layers are formed by reflow after high temperature sputtering or low temperature sputtering.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の多層配線
構造及びその製造方法に関する。本発明は、例えば、微
細化・集積化した半導体装置における多層配線構造とし
て、また、その製造方法として好適に利用することがで
きる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multilayer wiring structure of a semiconductor device and a manufacturing method thereof. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be suitably used, for example, as a multilayer wiring structure in a miniaturized / integrated semiconductor device and as a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、半導体装置において、金属配
線パターンを2層以上積層した構造の多層配線構造が用
いられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a semiconductor device, a multilayer wiring structure having a structure in which two or more metal wiring patterns are laminated is used.

【0003】図13に、多層配線構造の典型的従来例と
して、現在最も一般的な多層アルミニウム配線デバイス
の断面模式図を示した。図13中、符号1は下地層をな
す層間絶縁膜、2は第1層アルミニウム配線、4′は下
地層1及び第1層アルミニウム配線2上の層間絶縁膜、
11は第2層アルミニウム配線、3′は第1、第2層ア
ルミニウム配線2,11間の導通用スルーホール、18
は該スルーホール2内のWプラグ、8′は第2層アルミ
ニウム配線11上の層間絶縁膜、16は第3層アルミニ
ウム配線、7′は第2、第3の層アルミニウム配線1
1,16間の導通用スルーホール、9′は該スルーホー
ル7′内のWプラグである。
FIG. 13 shows a cross-sectional schematic view of the most common multilayer aluminum wiring device at present as a typical conventional example of the multilayer wiring structure. In FIG. 13, reference numeral 1 is an interlayer insulating film forming a base layer, 2 is a first layer aluminum wiring, 4'is an interlayer insulating film on the base layer 1 and the first layer aluminum wiring 2,
Reference numeral 11 is a second layer aluminum wiring, 3'is a through hole for conduction between the first and second layer aluminum wirings 2 and 11, and
Is a W plug in the through hole 2, 8'is an interlayer insulating film on the second layer aluminum wiring 11, 16 is a third layer aluminum wiring, 7'is a second and third layer aluminum wiring 1
A through hole for conduction between 1 and 16 and 9'is a W plug in the through hole 7 '.

【0004】一般に従来より、多層アルミニウム配線を
自動でレイアウトする場合、1層目のアルミニウム配線
2は基本的にX方向にレイアウトされ、3層目のアルミ
ニウム配線16は第1層アルミニウム配線2と同一方向
にレイアウトされる。
Generally, when a multilayer aluminum wiring is automatically laid out, the first layer aluminum wiring 2 is basically laid out in the X direction, and the third layer aluminum wiring 16 is the same as the first layer aluminum wiring 2. Laid out in the direction.

【0005】また図13の例では、スルーホールはWプ
ラグで埋め込まれているが、スルーホールのアスペクト
比が高くなる0.35μm世代以降のデバイスでは、こ
のような微細かつ高アスペクト比のスルーホールにも拘
らず、良好な接続をとる技術が必須と考えられ、Wプラ
グの如きメタル埋め込み技術が必須の技術とも考えられ
ている。
Further, in the example of FIG. 13, the through holes are filled with W plugs, but in the devices of the 0.35 μm generation or later in which the aspect ratio of the through holes becomes high, such through holes having such a fine and high aspect ratio are formed. Nevertheless, it is considered that a technique for achieving good connection is indispensable, and a technique for embedding a metal such as a W plug is also indispensable.

【0006】しかし、Wプラグを用いた場合、新たな設
備装置を要し、また工程数の増加によりウェハコストが
増大するといった問題点がある。
However, when the W plug is used, there is a problem that a new equipment is required and the wafer cost is increased due to the increase in the number of steps.

【0007】また図13に示す従来例のようにアルミニ
ウム配線層間の膜厚が厚いと、これにスルーホールを開
口する場合、スルーホールが、下層アルミニウム配線か
らはずれないように、スルーホール部分のアルミニウム
部を太くする必要があり、高集積化の妨げになってい
た。
When the film thickness between the aluminum wiring layers is large as in the conventional example shown in FIG. 13, when a through hole is formed in the aluminum wiring layer, the aluminum of the through hole portion is prevented so that the through hole does not come off from the lower layer aluminum wiring. It was necessary to make the part thicker, which hindered high integration.

【0008】もし仮に、スルーホールが、図14に示す
ように下地配線2からはずれた場合、はずれた部分の層
間絶縁膜4′が厚いので、コンタクトエッチング量が多
いため、深い溝が配線の側壁に形成され、例えばWプラ
グでも埋め込みが困難となっている。図14に、符号5
1で、かかる深い埋め込みを要することになってしまう
深い溝部分を示す。
If the through hole is deviated from the underlying wiring 2 as shown in FIG. 14, the amount of contact etching is large because the interlayer insulating film 4'in the deviated portion is thick. It is difficult to embed even with a W plug, for example. In FIG. 14, reference numeral 5
1 indicates a deep groove portion which requires such deep filling.

【0009】[0009]

【発明の目的】本発明は上記従来技術の問題点を解決し
て、金属配線間のコンタクトについてはWプラグなどの
スルーホールの金属埋め込みを不要とし、容易な工程で
確実な接続を達成し、かつ層間絶縁膜を薄膜化でき、オ
ーバーラップレスコンタクトをも可能とした、高集積化
可能な半導体装置の多層配線構造及びその形成方法を提
供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art and eliminates the need to bury a metal in a through hole such as a W plug for a contact between metal wirings, and achieves a reliable connection in an easy process. Further, it is an object of the present invention to provide a highly integrated multi-layer wiring structure of a semiconductor device, which enables a thin interlayer insulating film, and also enables overlapless contact, and a method for forming the same.

【0010】[0010]

【目的を達成するための手段】本出願の請求項1の発明
は、下地上に3層以上の金属層を備える半導体装置の多
層金属配線構造であって、下地側から奇数層目の金属層
により金属配線層を構成し、下地側から偶数層目の金属
層により前記金属配線層間の接続を行う接続層を構成し
たことを特徴とする半導体装置の多層配線構造であっ
て、これにより上記目的を達成するものである。
The invention according to claim 1 of the present application is a multilayer metal wiring structure of a semiconductor device comprising three or more metal layers on a base, wherein the metal layer is an odd-numbered metal layer from the base side. A multi-layer wiring structure of a semiconductor device, characterized in that a metal wiring layer is constituted by and a connection layer for connecting between the metal wiring layers is constituted by an even-numbered metal layer from a base side. Is achieved.

【0011】本出願の請求項2の発明は、前記下地側か
ら偶数層目の金属層による金属配線層間の接続が、上下
配線間の接続であることを特徴とする請求項1に記載の
半導体装置の多層配線構造であって、これにより上記目
的を達成するものである。
According to a second aspect of the present invention, the connection between the metal wiring layers by the even-numbered metal layers from the base side is a connection between upper and lower wirings. A multilayer wiring structure of a device, which achieves the above object.

【0012】本出願の請求項3の発明は、前記下地側か
ら偶数層目の金属層による金属配線層間の接続が、同一
奇数層目の金属層による配線間の接続であることを特徴
とする請求項1に記載の半導体装置の多層配線構造であ
って、これにより上記目的を達成するものである。
The invention of claim 3 of the present application is characterized in that the connection between the metal wiring layers by the even-numbered metal layers from the base side is the connection between the wirings by the same odd-numbered metal layer. A multilayer wiring structure of a semiconductor device according to claim 1, wherein the above object is achieved.

【0013】本出願の請求項4の発明は、下地上に3層
以上の金属層を備え、下地側から奇数層目の金属層によ
り金属配線層を構成し、下地側から偶数層目の金属層に
より前記金属配線層間の接続を行う接続層を構成とした
半導体装置の多層配線構造の製造方法であって、各金属
配線層間の接続層の形成を、金属スパッタ法で行うこと
を特徴とする半導体装置の多層配線構造の製造方法であ
って、これにより上記目的を達成するものである。
The invention according to claim 4 of the present application comprises three or more metal layers on the underlayer, the metal wiring layer is constituted by the odd-numbered metal layers from the underlayer side, and the even-numbered metal layer from the underlayer side. A method of manufacturing a multilayer wiring structure of a semiconductor device, comprising a connection layer for connecting between the metal wiring layers by layers, wherein the formation of the connection layer between each metal wiring layer is performed by a metal sputtering method. A method for manufacturing a multilayer wiring structure of a semiconductor device, which achieves the above object.

【0014】本出願の請求項5の発明は、下地上に3層
以上の金属層を備え、下地側から奇数層目の金属層によ
り金属配線層を構成し、下地側から偶数層目の金属層に
より前記金属配線層間の接続を行う接続層を構成とした
半導体装置の多層配線構造の製造方法であって、各層の
金属配線層を500℃以下でスパッタしたアルミニウム
で形成することを特徴とする半導体装置の多層配線構造
の製造方法であって、これにより上記目的を達成するも
のである。
The invention of claim 5 of the present application comprises three or more metal layers on the underlayer, the metal wiring layer is constituted by the odd-numbered metal layers from the underlayer side, and the even-numbered metal layers from the underlayer side. A method of manufacturing a multilayer wiring structure of a semiconductor device, comprising a connection layer for connecting the metal wiring layers by layers, wherein each metal wiring layer is formed of aluminum sputtered at 500 ° C. or lower. A method for manufacturing a multilayer wiring structure of a semiconductor device, which achieves the above object.

【0015】本出願の請求項6の発明は、下地上に3層
以上の金属層を備え、下地側から奇数層目の金属層によ
り金属配線層を構成し、下地側から偶数層目の金属層に
より前記金属配線層間の接続を行う接続層を構成とした
半導体装置の多層配線構造の製造方法であって、各層の
金属配線層を、アルミニウムを300℃以下の低温でス
パッタした後、400℃以上の温度を加えてアルミニウ
ムをフローさせて形成することを特徴とする半導体装置
の多層配線構造の製造方法であって、これにより上記目
的を達成するものである。
According to the invention of claim 6 of the present application, the metal wiring layer is provided with three or more metal layers on the underlayer, and the metal wiring layer is composed of the odd-numbered metal layers from the underlayer side. A method of manufacturing a multilayer wiring structure of a semiconductor device, comprising a connection layer for connecting between the metal wiring layers by layers, wherein the metal wiring layers of the respective layers are sputtered with aluminum at a low temperature of 300 ° C. or lower, and then 400 ° C. A method of manufacturing a multilayer wiring structure of a semiconductor device, which is characterized in that aluminum is made to flow by applying the above temperature, and thereby the above object is achieved.

【0016】[0016]

【作用】本発明においては、金属配線層間の接続は偶数
層目の金属層により行うので、Wプラグなどのスルーホ
ールの金属埋め込みは不要である。よってスルーホール
の形成は不要で、スルーホールの配線層とのずれも生じ
ない。埋め込み不良による接続不良というこもなく、容
易な工程で確実な接続を達成できる。かつ層間絶縁膜を
薄膜化することもできる。この結果、オーバーラップレ
スコンタクトを可能とし、高集積化が可能である。
In the present invention, since the metal wiring layers are connected by the even-numbered metal layers, it is not necessary to fill the through holes such as W plugs with metal. Therefore, it is not necessary to form the through hole, and the displacement of the through hole from the wiring layer does not occur. A reliable connection can be achieved by an easy process without a connection failure due to an embedding failure. Moreover, the interlayer insulating film can be thinned. As a result, overlapless contact is possible and high integration is possible.

【0017】[0017]

【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照して
説明する。但し当然のことではあるが、本発明は図示の
実施例により限定を受けるものではない。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, it should be understood that the present invention is not limited to the illustrated embodiments.

【0018】実施例1 本実施例の半導体装置の接続構造は、図1に示すよう
に、下地上に3層以上の金属層(1層目アルミニウムで
ある第1層金属層2、2層目アルミニウムである第2層
金属層11、及び3層目アルミニウムである第3層金属
層16)を備える半導体装置の多層金属配線構造であっ
て、下地側から奇数目の金属層2,16により金属配線
層を構成し、下地側から偶数層目の金属層11により前
記金属配線層2,6間の接続(上下配線間の接続)を行
う接続層を構成したものである。また、本実施例におい
ては、下地側から偶数層目の金属層11によりその下層
の同一層の配線2a,2bの接続(同一奇数層目の金属
層による配線間の接続)を行う構成とした。
Example 1 As shown in FIG. 1, the semiconductor device connection structure of this example is such that three or more metal layers (first metal layer, which is the first aluminum layer, second metal layer 2 and second metal layer) are formed on the underlayer. A multi-layer metal wiring structure of a semiconductor device comprising a second metal layer 11 made of aluminum and a third metal layer 16 made of aluminum, the metal layers 2 and 16 being an odd number from the base side. A wiring layer is formed, and a connection layer for connecting the metal wiring layers 2 and 6 (connection between upper and lower wirings) is formed by the even numbered metal layer 11 from the base side. In the present embodiment, the even-numbered metal layer 11 is used to connect the wirings 2a and 2b in the same layer therebelow from the base side (connection between wirings by the same odd-numbered metal layer). .

【0019】また、本実施例の接続構造の製造に際して
は、各金属配線層2,16間の接続層(金属層11)の
形成を、金属スパッタ法で行う。
When manufacturing the connection structure of this embodiment, the connection layer (metal layer 11) between the metal wiring layers 2 and 16 is formed by the metal sputtering method.

【0020】更に詳しくは、本実施例の接続構造は、以
下の工程で製造される。図2ないし図7を参照する。ま
ず図2を参照する。
More specifically, the connection structure of this embodiment is manufactured by the following steps. Please refer to FIG. 2 to FIG. First, referring to FIG.

【0021】予め半導体基板1a(ここではSi基板。
図1参照)に素子分離領域の形成と、ゲート酸化膜の形
成と、トランジスタの形成を行う(図示省略)。この上
に、配線の下地となる層間絶縁膜1を、SiO2 、PS
G、BPSG等で形成する。その後、層間絶縁膜1にコ
ンタクトホールを開口し(図示省略)、1層目のアルミ
ニウム(1Al)をスパッタする。これにより第1層金
属層2形成用のアルミニウム膜21を形成する。本実施
例において第1層金属層2をなす1層目のアルミニウム
は、例えばTi,TiN,AlCu(AlSiCu)等
の複合膜とする。
In advance, a semiconductor substrate 1a (here, a Si substrate.
1), an element isolation region is formed, a gate oxide film is formed, and a transistor is formed (not shown). On top of this, an interlayer insulating film 1 as a base of wiring is formed with SiO 2 , PS.
It is formed of G, BPSG, or the like. After that, a contact hole is formed in the interlayer insulating film 1 (not shown), and the first layer of aluminum (1Al) is sputtered. Thus, the aluminum film 21 for forming the first metal layer 2 is formed. In this embodiment, the first layer of aluminum forming the first metal layer 2 is a composite film of, for example, Ti, TiN, AlCu (AlSiCu) or the like.

【0022】この第1層金属層2上に、SiO2 3を数
十nm〜数百nmCVDし、続けて数百nm厚のPol
y−Siを450℃以下の低温でCVDするか、Pol
y−Si,Ti,TiN等の中間層4をスパッタ法で該
SiO2 3上に数百nm形成し、更に第1層金属層2
(1Al)のパターニング用レジストパターン5の形成
を行う。以上により、図2の構造とする。
SiO 2 3 is deposited on the first metal layer 2 by CVD of several tens of nm to several hundreds of nm, and then Pol of several hundreds of nm is continuously formed.
CVD of y-Si at a low temperature of 450 ° C. or lower, or Pol
An intermediate layer 4 made of y-Si, Ti, TiN or the like is formed on the SiO 2 3 by several hundred nm by a sputtering method, and further, the first metal layer 2 is formed.
A resist pattern 5 for patterning (1Al) is formed. From the above, the structure shown in FIG. 2 is obtained.

【0023】上記レジストパターン5をマスクにして、
Poly−Si(またはTi,TiN)中間層4とSi
2 膜3と第1層金属層2形成用のアルミニウム膜21
を連続してRIEし、この後、SiO2 膜6をプラズマ
TEOS等で形成し、続いてO3 TEOS−NSG膜7
で、金属層間(アルミニウム−アルミニウム間)間隙を
埋め込む。やや広い金属層間(アルミニウム−アルミニ
ウム膜)については、レジストエッチバック法でレジス
ト8を間隙に埋め込む。以上で第1層金属層2がパター
ニングされた図3の構造を得る。
Using the resist pattern 5 as a mask,
Poly-Si (or Ti, TiN) intermediate layer 4 and Si
Aluminum film 21 for forming O 2 film 3 and first metal layer 2
Is continuously RIEed, and thereafter, the SiO 2 film 6 is formed by plasma TEOS or the like, and then the O 3 TEOS-NSG film 7 is formed.
Then, the gap between the metal layers (aluminum-aluminum) is filled. For a rather wide metal layer (aluminum-aluminum film), the resist 8 is embedded in the gap by the resist etch back method. As described above, the structure of FIG. 3 in which the first metal layer 2 is patterned is obtained.

【0024】レジスト8をマスクとして、NSG膜7を
全面エッチバックし、レジスト8を除去した後、数十n
m〜数百nm程度のSOG9をコーティングしてデバイ
ス表面を平坦化する。以上で図4の構造を得る。
The resist 8 is used as a mask to etch back the entire surface of the NSG film 7 to remove the resist 8.
The surface of the device is flattened by coating SOG9 having a thickness of about m to several hundreds nm. With the above, the structure of FIG. 4 is obtained.

【0025】レジストを塗布してそのパターンニングを
行い、得られたレジストパターン10をマスクにして、
SOG9をエッチングし、第1層金属層(1Al)上の
Poly−Si(またはTi,TiN)中間層4を露出
させ、その後、SF6 等のエッチングガスを用い、この
Poly−Si中間層4を選択的にエッチングする。以
上で図5の構造を得る。
A resist is applied and patterned, and using the obtained resist pattern 10 as a mask,
The SOG 9 is etched to expose the Poly-Si (or Ti, TiN) intermediate layer 4 on the first metal layer (1Al), and then this Poly-Si intermediate layer 4 is removed by using an etching gas such as SF 6. Selectively etch. With the above, the structure of FIG. 5 is obtained.

【0026】続けてレジストパターン10をマスクに
し、第1層金属層2(1Al)上のSiO2 膜3をRI
Eして、該第1金属層2(1Al)を部分的に露出させ
た後、レジストパターン10を除去する。この、第1層
金属層2(1Al)が部分的に露出した部分(図6参
照)が、上層金属配線層との接続部となる。よって、薄
いSiO2 膜3が除去された薄い開口において、コンタ
クトがなされることになる。
Subsequently, using the resist pattern 10 as a mask, the SiO 2 film 3 on the first metal layer 2 (1Al) is RI.
After E, the first metal layer 2 (1Al) is partially exposed, and then the resist pattern 10 is removed. This portion (see FIG. 6) where the first metal layer 2 (1Al) is partially exposed becomes a connection portion with the upper metal wiring layer. Therefore, a contact is made in the thin opening where the thin SiO 2 film 3 is removed.

【0027】この後、上述した第1層金属層2(1A
l)と全く同じ手法で、第2層金属層11(2Al)を
形成し、パターニングする。
After that, the above-mentioned first metal layer 2 (1A
The second-layer metal layer 11 (2Al) is formed and patterned by exactly the same method as 1).

【0028】上記のようにして第2層金属層11(2A
l)を形成すると、この第2層金属層11(2Al)
は、非常に薄い層間絶縁膜(SiO2 膜3)中に開口さ
れたスルーホールで第1層金属層2(1Al)とつなが
るので、スルーホールを埋め込むためのタングステン等
は必要ない。
As described above, the second metal layer 11 (2A
l) is formed, the second metal layer 11 (2Al) is formed.
Is connected to the first-layer metal layer 2 (1Al) by a through hole opened in a very thin interlayer insulating film (SiO 2 film 3), so that tungsten or the like for filling the through hole is not necessary.

【0029】ここで本実施例では、第2層金属層11で
ある層間アルミニウムは、室温〜500℃の温度でスパ
ッタ法にて形成する。以上で図6の構造を得る。
In this embodiment, the interlayer aluminum which is the second metal layer 11 is formed by the sputtering method at a temperature of room temperature to 500 ° C. With the above, the structure of FIG. 6 is obtained.

【0030】第2層金属層11(2Al)と第1層金属
層2(1Al)は、非常に薄い層間絶縁膜であるSiO
2 膜3で分離してあるので、配線容量の点と層間耐圧の
点から、第2層金属層11(2Al)と第1層金属層2
(1Al)が対向してレイアウトされることはなく、図
6に示すように、隣接する第1層金属層(1Al)配線
同士(図6中、特に符号2a,2bで示す)をつなぐた
めと、第1層金属層2及び第3層金属層16(1Alと
3Al)間をつなぐための役割を果たす。また、電源配
線のようにして大電流が流れる部分には、第1層、第2
層金属層2,11(1Al,2Al)を重ねて膜厚化
し、エレクトロマイグレーション耐性を確保するために
使用される。
The second metal layer 11 (2Al) and the first metal layer 2 (1Al) are very thin interlayer insulating film SiO.
Since they are separated by the two films 3, the second-layer metal layer 11 (2Al) and the first-layer metal layer 2 are separated from the viewpoint of wiring capacitance and interlayer breakdown voltage.
(1Al) is not laid out so as to face each other, and as shown in FIG. 6, for connecting adjacent first-layer metal layer (1Al) wirings (in particular, shown by reference numerals 2a and 2b in FIG. 6). , And plays a role of connecting the first metal layer 2 and the third metal layer 16 (1Al and 3Al). In addition, in the portion where a large current flows like the power supply wiring, the first layer, the second layer
The layer metal layers 2 and 11 (1Al, 2Al) are stacked to have a film thickness and are used for ensuring electromigration resistance.

【0031】第2層金属層11(2Al)上の平坦化
を、前記第1層金属層2(1Al)上の場合と全く同一
に行った後、第3層金属層16(3Al)を配線層とし
て形成する。これは、第1層、第2層金属層2,11
(1Al,2Al)と同様な手法で形成する。上記によ
り、図7の構造が得られる。12′はSiO2 膜、13
はポリシリコン膜である。
After the second metal layer 11 (2Al) is flattened in the same manner as the first metal layer 2 (1Al), the third metal layer 16 (3Al) is wired. Formed as a layer. This is the first layer, the second metal layer 2, 11
It is formed by the same method as (1Al, 2Al). From the above, the structure of FIG. 7 is obtained. 12 'is a SiO 2 film, 13
Is a polysilicon film.

【0032】本実施例において、第3層金属層16(3
Al)は、第1層金属層2(1Al)とは直交する方向
に自動でレイアウトされることになる。
In this embodiment, the third metal layer 16 (3
Al) is automatically laid out in a direction orthogonal to the first metal layer 2 (1Al).

【0033】以下同様な方法で、奇数層目の金属層(奇
数層目アルミニウム配線)が、通常のアルミニウム配線
に、偶数アルミニウム配線が、ショート配線、接続配
線、電源線厚膜化して使用される構造とする。
In the same manner, the odd-numbered metal layer (odd-layer aluminum wiring) is used as a normal aluminum wiring, and the even-numbered aluminum wiring is used as a short wiring, a connection wiring, and a power supply wiring thick film. The structure.

【0034】以上の工程で図1に示す第3層金属層16
(3Al)が形成されてデバイスが完成する。図中、符
号17は保護層をなすオーバーパッシベーション膜であ
る。
Through the above steps, the third metal layer 16 shown in FIG.
(3Al) is formed to complete the device. In the figure, reference numeral 17 is an overpassivation film forming a protective layer.

【0035】上記説明から明らかなように、本実施例で
は多層配線層の接続としてはWプラグなどのメタルプラ
グ等が不要で、ウェハコスト削減が可能となる。図1
中、符号18で示すのは、下地1である絶縁膜中に開口
した接続孔に埋め込まれたWプラグであるが、これは基
板(下地層1a)の拡散領域と、第1層金属層2(1A
l)との接続をとるためのものである。
As is clear from the above description, in this embodiment, a metal plug such as a W plug is not required to connect the multi-layer wiring layers, and the wafer cost can be reduced. Figure 1
In the figure, reference numeral 18 is a W plug buried in a connection hole opened in the insulating film which is the base 1, which is formed in the diffusion region of the substrate (base layer 1a) and the first metal layer 2 (1A
l) to make a connection.

【0036】また本実施例では、層間絶縁膜(SiO2
3)が薄いため、オーバーラップレスコンタクトが可能
となり、高集積化が可能となる。
In the present embodiment, the interlayer insulating film (SiO 2
Since 3) is thin, overlapless contact is possible and high integration is possible.

【0037】実施例2 図8ないし図12に、実施例2の工程を示す。Embodiment 2 FIGS. 8 to 12 show the steps of Embodiment 2.

【0038】この実施例の場合は、アルミニウム上のS
iO2 ,Poly−Siが無い簡単なプロセスを示して
いる。
In the case of this embodiment, S on aluminum is used.
iO 2, Poly-Si indicates a simple process no.

【0039】図8を参照する。本実施例においても、予
め半導体基板1a(ここではSi基板)に素子分離領域
の形成と、ゲート酸化膜の形成と、トランジスタの形成
を行い(図示省略)、この上に、配線の下地層となる層
間絶縁膜1を、SiO2 、PSG、BPSG等で形成
し、その後、層間絶縁膜1にコンタクトホールを開口し
(図示省略)、実施例1と同様に1層目のアルミニウム
(1Al)をスパッタし、これにより第1層金属層2形
成用のアルミニウム膜21を形成する。
Referring to FIG. Also in this embodiment, an element isolation region, a gate oxide film, and a transistor (not shown) are formed on the semiconductor substrate 1a (here, the Si substrate) in advance, and a wiring underlying layer is formed on the element isolation region. The interlayer insulating film 1 is formed of SiO 2 , PSG, BPSG, or the like, and then a contact hole is formed in the interlayer insulating film 1 (not shown), and the first layer of aluminum (1Al) is formed as in Example 1. Sputtering is performed to form an aluminum film 21 for forming the first metal layer 2.

【0040】本実施例では、この第1層金属層形成用の
膜21上に特に膜(実施例1におけるSiO2 3やPo
ly−Si等の層4)を形成することなく、第1層金属
層2(1Al)のパターニング用レジストパターン5の
形成を行う。以上により、図8の構造とする。
In the present embodiment, a film (such as SiO 2 3 or Po in Embodiment 1) is formed on the film 21 for forming the first metal layer.
The resist pattern 5 for patterning the first metal layer 2 (1Al) is formed without forming the layer 4) such as ly-Si. From the above, the structure shown in FIG. 8 is obtained.

【0041】上記レジストパターン5をマスクにして、
第1層金属層2形成用のアルミニウム膜21をRIEす
る。この後、実施例1と同様にSiO2 膜6をプラズマ
TEOS等で形成し、続いてO3 TEOS−NSG膜7
で、金属層間(アルミニウム−アルミニウム間)間隙を
埋め込む。やや広い金属層間(アルミニウム−アルミニ
ウム膜)については、レジストエッチバック法でレジス
ト8を間隙に埋め込む。以上で図9の構造を得る。
Using the resist pattern 5 as a mask,
RIE is performed on the aluminum film 21 for forming the first metal layer 2. Thereafter, the SiO 2 film 6 is formed by plasma TEOS or the like as in the first embodiment, and then the O 3 TEOS-NSG film 7 is formed.
Then, the gap between the metal layers (aluminum-aluminum) is filled. For a rather wide metal layer (aluminum-aluminum film), the resist 8 is embedded in the gap by the resist etch back method. With the above, the structure of FIG. 9 is obtained.

【0042】レジスト8をマスクとして、NSG膜7を
全面エッチバックし、レジスト8を除去した後、数十n
m〜数百nm程度のSOG等により絶縁膜91をコーテ
ィングしてデバイス表面を平坦化する。レジストを塗布
してそのパターンニングを行う。以上で図10の構造を
得る。
The resist 8 is used as a mask to etch back the entire surface of the NSG film 7 to remove the resist 8.
The device surface is flattened by coating the insulating film 91 with SOG or the like having a thickness of about m to several hundred nm. A resist is applied and its patterning is performed. With the above, the structure of FIG. 10 is obtained.

【0043】得られたレジストパターン10をマスクに
して、絶縁膜91をエッチングし、第1の金属層2(1
Al)を部分的に露出させる。その後、レジストパター
ン10を除去する。この後、上述した第1層金属層2
(1Al)と全く同じ手法で、第2層金属層11(2A
l)を形成し、パターニングする。
The insulating film 91 is etched using the obtained resist pattern 10 as a mask to etch the first metal layer 2 (1
Al) is partially exposed. Then, the resist pattern 10 is removed. After this, the above-mentioned first metal layer 2
In the same manner as (1Al), the second metal layer 11 (2A
l) is formed and patterned.

【0044】上記のようにしてSiO2 系膜の境界を無
くして第2層金属層11(2Al)を形成すると、この
第2層金属層11(2Al)は、非常に薄い層間絶縁膜
91中に開口されたスルーホールで第1層金属層2(1
Al)とつながるので、スルーホールを埋め込むための
タングステン等は必要ない。
When the second layer metal layer 11 (2Al) is formed by removing the boundary of the SiO 2 film as described above, this second layer metal layer 11 (2Al) is formed in the very thin interlayer insulating film 91. The first metal layer 2 (1
Since it is connected to Al), tungsten or the like for filling the through hole is not necessary.

【0045】ここで本実施例では、第2層金属層11で
ある層間アルミニウムは、室温〜500℃の温度でスパ
ッタ法にて形成する。以上で図11の構造を得る。
Here, in this embodiment, the interlayer aluminum which is the second metal layer 11 is formed by the sputtering method at a temperature of room temperature to 500 ° C. With the above, the structure of FIG. 11 is obtained.

【0046】第2層金属層11(2Al)と第1層金属
層2(1Al)は、以上に薄い層間絶縁膜であるSiO
2 膜3で分離してあるので、配線容量の点と層間耐圧の
点から、第2層金属層11(2Al)と第1層金属層2
(1Al)が対向してレイアウトされることはなく、図
11に示すように、隣接する第1層金属層(1Al)配
線同士(図11中、特に符号2a,2bで示す)をつな
ぐためと、第1層金属層2及び第3層金属層16(1A
lと3Al)間をつなぐための役割を果たす。また本実
施例でも電源配線のようにして大電流が流れる部分に
は、第1層、第2層金属層2,11(1Al,2Al)
を重ねて膜厚化し、エレクトロマイグレーション耐性を
確保するために使用される。
The second metal layer 11 (2Al) and the first metal layer 2 (1Al) are made of SiO, which is a thinner interlayer insulating film.
Since they are separated by the two films 3, the second-layer metal layer 11 (2Al) and the first-layer metal layer 2 are separated from the viewpoint of wiring capacitance and interlayer breakdown voltage.
(1Al) is not laid out to face each other, and as shown in FIG. 11, for connecting adjacent first-layer metal layer (1Al) wirings (in particular, shown by reference numerals 2a and 2b in FIG. 11). , The first metal layer 2 and the third metal layer 16 (1A
1 and 3Al). Also in this embodiment, the first layer and the second layer metal layers 2 and 11 (1Al, 2Al) are provided in the portion where a large current flows like the power supply wiring.
Is used to obtain a film thickness by stacking and to ensure electromigration resistance.

【0047】第2層金属層11(2Al)上の平坦化
を、前記第1層金属層2(1Al)上の場合と全く同一
に行った後、第3層金属層16(3Al)を配線層とし
て形成する。これは、第1層、第2層金属層2,11
(1Al,2Al)と同様な手法で形成する。上記によ
り、図12の構造が得られる。
After flattening the second metal layer 11 (2Al) in the same manner as the first metal layer 2 (1Al), the third metal layer 16 (3Al) is wired. Formed as a layer. This is the first layer, the second metal layer 2, 11
It is formed by the same method as (1Al, 2Al). From the above, the structure of FIG. 12 is obtained.

【0048】本実施例は、実施例1より更に簡明な構造
で、同様な効果を得ることができる。
The present embodiment has a simpler structure than that of the first embodiment, and the same effect can be obtained.

【0049】実施例3,4 これらの実施例では、実施例1,2における第2層金属
配線層11の形成を、300℃以下の280℃程度の低
温でアルミニウムをスパッタし、その他400℃以上の
450℃程度のリフロー可能温度に加熱してフローさせ
ることにより、形成した。その他については、実施例
1,2と全く同様にした。
Embodiments 3 and 4 In these embodiments, the second metal wiring layer 11 in Embodiments 1 and 2 is formed by sputtering aluminum at a low temperature of about 280 ° C., which is 300 ° C. or less, and 400 ° C. or more. It was formed by heating to a reflowable temperature of about 450 ° C. and flowing. Others were the same as in Examples 1 and 2.

【0050】本実施例においても、第2層金属配線層1
1により、第1層、第2層金属配線層2,16の接続、
及び同一層の配線2a,2b間の接続が良好にとれ、上
述した実施例と同様の効果を得ることができた。
Also in this embodiment, the second metal wiring layer 1
1, the connection of the first layer and the second layer metal wiring layers 2 and 16;
Also, the connection between the wirings 2a and 2b in the same layer was satisfactorily achieved, and the same effect as that of the above-described embodiment could be obtained.

【0051】[0051]

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、多層金属配
線間の接続として、Wプラグなどのスルーホールの金属
埋め込みを必要とし、容易な工程で確実な接続を達成
し、かつ層間絶縁膜を薄膜化でき、オーバーラップレス
コンタクトを可能とした、高集積化可能な半導体装置の
多層配線構造及びその形成方法を提供することができ
た。
As described above, according to the present invention, it is necessary to bury a metal in a through hole such as a W plug as a connection between multi-layer metal wirings, a reliable connection can be achieved by an easy process, and an interlayer insulating film can be achieved. Thus, it is possible to provide a multilayer wiring structure of a semiconductor device which can be made into a thin film and which enables an overlapless contact and can be highly integrated, and a method for forming the same.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例1に係る半導体装置の接続構造を示す断
面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a connection structure of a semiconductor device according to a first embodiment.

【図2】実施例1に係る半導体装置の接続構造の製造工
程を示す断面図である(1)。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the connection structure of the semiconductor device according to the first embodiment (1).

【図3】実施例1に係る半導体装置の接続構造の製造工
程を示す断面図である(2)。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device connection structure according to the first embodiment (2).

【図4】実施例1に係る半導体装置の接続構造の製造工
程を示す断面図である(3)。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device connection structure according to the first embodiment (3).

【図5】実施例1に係る半導体装置の接続構造の製造工
程を示す断面図である(4)。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device connection structure according to the first embodiment (4).

【図6】実施例1に係る半導体装置の接続構造の製造工
程を示す断面図である(5)。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device connection structure according to the first embodiment (5).

【図7】実施例1に係る半導体装置の接続構造の製造工
程を示す断面図である(6)。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the connection structure of the semiconductor device according to the first embodiment (6).

【図8】実施例2に係る半導体装置の接続構造の製造工
程を示す断面図である(1)。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the connection structure of the semiconductor device according to the second embodiment (1).

【図9】実施例2に係る半導体装置の接続構造の製造工
程を示す断面図である(2)。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the connection structure of the semiconductor device according to the second embodiment (2).

【図10】実施例2に係る半導体装置の接続構造の製造
工程を示す断面図である(3)。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the connection structure of the semiconductor device according to the second embodiment (3).

【図11】実施例2に係る半導体装置の接続構造の製造
工程を示す断面図である(4)。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the connection structure of the semiconductor device according to the second embodiment (4).

【図12】実施例2に係る半導体装置の接続構造の製造
工程を示す断面図である(5)。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the connection structure of the semiconductor device according to the second embodiment (5).

【図13】従来の多層配線構造を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a conventional multilayer wiring structure.

【図14】従来技術の問題点を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a problem of the conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 層間絶縁膜 2 1層目のアルミニウム配線(第1層金属
層) 2a,2b 同一奇数層(1層目アルミニウム)の配
線 3 SiO2 4 中間層(Poly−Si,Ti,TiN
膜 5 レジストパターン 6 P−TEOS,P−SiO,SiO2 7 O3 TEOSSiO2 8 レジスト 9 SOG 10 コンタクト窓開け用レジストパターン 11 2層目のアルミニウム配線(第2層金属
層) 12 SiO2 13 Poly−Si,Ti,TiN 14 層間絶縁膜 15 Viaコンタクト 16 3層目のアルミニウム配線(第3層金属
層) 17 保護層(オーバーパッシベーション膜) 18 下地基板との接続用メタル(W)プラグ 91 薄い層間絶縁膜
First interlayer insulating film 2 first-layer aluminum wiring (first layer metal layer) 2a, the wiring 3 SiO 2 4 intermediate layer 2b same odd layers (first layer aluminum) (Poly-Si, Ti, TiN
Film 5 Resist pattern 6 P-TEOS, P-SiO, SiO 2 7 O 3 TEOSSiO 2 8 Resist 9 SOG 10 Contact window opening resist pattern 11 Second layer aluminum wiring (second layer metal layer) 12 SiO 2 13 Poly -Si, Ti, TiN 14 Interlayer insulating film 15 Via contact 16 Third layer aluminum wiring (third layer metal layer) 17 Protective layer (overpassivation film) 18 Metal (W) plug for connection to underlying substrate 91 Thin interlayer Insulation film

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】下地上に3層以上の金属層を備える半導体
装置の多層金属配線構造であって、 下地側から奇数層目の金属層により金属配線層を構成
し、 下地側から偶数層目の金属層により前記金属配線層間の
接続を行う接続層を構成したことを特徴とする半導体装
置の多層配線構造。
1. A multi-layer metal wiring structure of a semiconductor device comprising three or more metal layers on an underlayer, wherein the metal wiring layer is composed of an odd number of metal layers from the underside, and an even number layer from the underside. A multi-layer wiring structure for a semiconductor device, characterized in that a connection layer for connecting the metal wiring layers is constituted by the metal layer.
【請求項2】前記下地側から偶数層目の金属層による金
属配線層間の接続が、上下配線間の接続であることを特
徴とする請求項1に記載の半導体装置の多層配線構造。
2. The multilayer wiring structure of a semiconductor device according to claim 1, wherein the connection between the metal wiring layers by the even-numbered metal layers from the base side is a connection between upper and lower wirings.
【請求項3】前記下地側から偶数層目の金属層による金
属配線層間の接続が、同一奇数層目の金属層による配線
間の接続であることを特徴とする請求項1に記載の半導
体装置の多層配線構造。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the connection between the metal wiring layers by the even-numbered metal layers from the base side is the connection between the wirings by the same odd-numbered metal layer. Multi-layer wiring structure.
【請求項4】下地上に3層以上の金属層を備え、下地側
から奇数層目の金属層により金属配線層を構成し、下地
側から偶数層目の金属層により前記金属配線層間の接続
を行う接続層を構成とした半導体装置の多層配線構造の
製造方法であって、 各金属配線層間の接続層の形成を、金属スパッタ法で行
うことを特徴とする半導体装置の多層配線構造の製造方
法。
4. A metal wiring layer comprising three or more metal layers on the underlayer, wherein the metal wiring layers are composed of odd-numbered metal layers from the ground side, and the metal wiring layers are connected by even-numbered metal layers from the ground side. A method of manufacturing a multilayer wiring structure of a semiconductor device having a connection layer configured to perform a method of manufacturing a multilayer wiring structure of a semiconductor device, characterized in that a connection layer between each metal wiring layer is formed by a metal sputtering method. Method.
【請求項5】下地上に3層以上の金属層を備え、下地側
から奇数層目の金属層により金属配線層を構成し、下地
側から偶数層目の金属層により前記金属配線層間の接続
を行う接続層を構成とした半導体装置の多層配線構造の
製造方法であって、 各層の金属配線層を500℃以下でスパッタしたアルミ
ニウムで形成することを特徴とする半導体装置の多層配
線構造の製造方法。
5. A metal wiring layer comprising three or more metal layers on an underlayer, wherein the metal wiring layers are composed of odd-numbered metal layers from the underlying side, and the metal wiring layers are connected by even-numbered metal layers from the underlying side. A method of manufacturing a multilayer wiring structure of a semiconductor device having a connection layer configured to perform a method of manufacturing a multilayer wiring structure of a semiconductor device, characterized in that the metal wiring layer of each layer is formed of aluminum sputtered at 500 ° C. or less. Method.
【請求項6】下地上に3層以上の金属層を備え、下地側
から奇数層目の金属層により金属配線層を構成し、下地
側から偶数層目の金属層により前記金属配線層間の接続
を行う接続層を構成とした半導体装置の多層配線構造の
製造方法であって、 各層の金属配線層を、アルミニウムを300℃以下の低
温でスパッタした後、400℃以上の温度を加えてアル
ミニウムをフローさせて形成することを特徴とする半導
体装置の多層配線構造の製造方法。
6. A metal wiring layer comprising three or more metal layers on an underlayer, wherein the metal wiring layer is composed of odd-numbered metal layers from the ground side, and the metal wiring layers are connected by even-numbered metal layers from the ground side. A method of manufacturing a multi-layer wiring structure for a semiconductor device having a connection layer configured to perform the following: sputtering aluminum at a low temperature of 300 ° C. or lower on each metal wiring layer, and then applying a temperature of 400 ° C. or higher to aluminum. A method of manufacturing a multi-layer wiring structure of a semiconductor device, which is characterized by being formed by flow.
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