JPH08255831A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH08255831A
JPH08255831A JP5734295A JP5734295A JPH08255831A JP H08255831 A JPH08255831 A JP H08255831A JP 5734295 A JP5734295 A JP 5734295A JP 5734295 A JP5734295 A JP 5734295A JP H08255831 A JPH08255831 A JP H08255831A
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JP
Japan
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wiring
film
large volume
volume
power supply
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Pending
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JP5734295A
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English (en)
Inventor
Seiichi Sato
誠一 佐藤
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、多層配線の製造方法に係り、特
に長くて体積の大きい電源配線等に接続するコンタクト
ホールの配置方法に関し、コンタクトホール底部での配
線の剥離や断線不良をなくすような多層配線構造を得
る。 【構成】 多層配線構造を有する半導体装置におい
て、大きな体積を有する第1の配線を上層配線とし、小
さな体積を有する第2の配線を下層配線とし、前記第1
と第2の配線を接続するビアは、前記第1の配線の下層
にのみ形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、多層配線の製造方法に
係り、特に、信号線等の細くて短い信号線等の小さな体
積を有する配線から、太くて長い電源配線等の大きな体
積を有する配線に接続するビア(Via)の配置方法に
関する。
【0002】近年、半導体デバイスの高集積化に伴い、
多層配線層が4層、5層と多層化されているが、下層配
線と上層配線とを接続するビアの部分で、良好なコンタ
クトを得ることが、信頼性の面からも要求されている。
【0003】
【従来の技術】図3は従来例の多層配線のビア構造を示
す説明図である。図において、1は基板、21、23、26、
28、30はTiN膜、22、29はAl合金膜、24はSiO2
膜、25はコンタクトホール、27は埋め込みW膜、31は断
線部分である。
【0004】図3(a)に示すように、基板1上の電源
取り入れ口のパッドや電源配線等の長くて幅の広い大き
な体積を有する第1の配線5上にビア4が配置される場
合、プロセスの途中、或いは、配線層では450℃程度
の後工程の熱処理で配線の熱膨張ならびに収縮が起こ
り、図3(b)に示すように、ビア4の底の部分で、大
きな体積を有する第1の配線5に配線剥がれが生じてし
まい、コンタクト抵抗の増大や断線の発生が起こってい
た。
【0005】特に大きな体積を有する電源配線に対して
は、長さや体積の制限は電流容量の点で困難であり、高
密度化のレイアウトの点でも、電源配線上にビアを配置
することが多い状況になっている。
【0006】このビア4の断線不良は、図3(a)に示
すような、電源配線等の大きな体積を有する第1の配線
5のアルミニウム(Al)合金膜22の体積が、1.0×1
4μm3 以上になると発生し易い。例えば、厚さが1
μm、幅が10μmの配線では、長さが1mm以上にな
ると配線の剥離や断線不良が発生しやすくなる。信号線
等のそれ以下の小さな体積を有する第2の配線では断線
不良は起こらない。
【0007】原因は、図3(b)にビア4の部分を拡大
して示すように、Al合金膜22上のTiN膜23が、その
上に堆積する層間絶縁膜であるSiO2 膜24のコンタク
トホール25形成時のエッチングオーバーと埋め込みW膜
27成長前のコンタクトホール25の前処理によるTiN膜
23の膜厚減少のため、ビア4を構成する埋め込みW膜27
の下側の下地密着用のTiN膜26との密着が、Al合金
膜22の大きな堆積による熱処理時の収縮・膨張で剥離し
易く、断線不良31が生じるためである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】前記、多層配線構造に
おいて、電源配線の長さや体積は電流容量によって制限
されており、おおきな体積を持たざるを得ない。
【0009】この電源配線を下層配線として用いると、
体積の小さい配線層を下層配線として用いた場合にくら
べて、後工程での熱処理により配線の熱膨張、収縮が起
こり、図3(b)に示すようなビア4底部での配線剥が
れが生じ、コンタクト抵抗の増大や断線の発生といった
問題が生じた。
【0010】本発明は、このような大きな体積を有する
電源配線のビア底部での配線の剥離や断線不良をなくす
ような多層配線構造を得ることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】図3(a)に示すような
構造でのビア4の断線不良については、電源配線等の大
きな体積を有する配線5のアルミニウム(Al)合金膜
22の体積が、1.0×104 μm3 以下の小さな体積と
なる配線では断線不良は起こらないことがわかった。
【0012】そして、その原因は、前述の図3(b)に
ビア4の部分を拡大して示すように、Al合金膜22上の
TiN膜23が、その上に堆積する層間絶縁膜であるSi
2膜24のコンタクトホール25形成時のエッチングオー
バーと埋め込みW膜27成長前のコンタクトホール前処理
によるTiN膜23の膜厚減少のため、ビア4を構成する
埋め込みW膜27の下側の下地密着用のTiN膜26との密
着が、Al合金膜22の大きな堆積による熱処理時の収縮
・膨張で剥離し易くなるためであることがわかった。
【0013】図1(a)、(b)は本発明の原理説明図
である。図において、1は基板、2は小さな体積を有す
る第2の配線、3は層間絶縁膜、4はビア、5は大きな
体積を有する第1の配線、6は第3の配線、7は上層絶
縁膜、8は中継配線、9は下側スタックビア、10は上側
スタックビアである。上記番号は、一部、前記従来例で
説明した図3の番号と対応し、同じものに相当する。
【0014】前記従来技術における課題は、多層配線構
造を有する半導体装置において、図1(a)に示すよう
に、大きな体積を有する第1の配線を上層配線とし、小
さな体積を有する第2の配線を下層配線とし、前記第1
と第2の配線を接続するビアは、前記第1の配線の下層
のみに形成されていることにより、或いは、図1(b)
に示すように、大きな体積を有する第1の配線を下層配
線とし、小さな体積を有する第2の配線を上層配線と
し、前記第1の配線と前記第2の配線の接続は、前記第
1の配線より下層で、かつ、前記第2の配線よりも小さ
な体積を有する第3の配線を介して行われ、前記第1と
第3の配線を接続するビアは前記第1の配線の下層にの
み形成され、前記第2と第3の配線を接続するビアは前
記第2の配線の下層にのみ形成されていることにより、
更に、前記大きな体積を有する第1の配線は、アルミニ
ウムまたはアルミニウム合金を導電体膜で挟んだ三層構
造からなることにより達成される。
【0015】
【作用】本発明では、ビアの下層に大きな体積を有する
配線を配置することを禁止し、ビアは必ず大きな体積を
有する配線の下側に配置させているため、配線の体積変
化を底の部分で受けなくなるため、配線の断線不良が発
生しなくなる。
【0016】すなわち、図1(a)に示すように、電源
配線等の大きな体積を有する第1の配線5に対してビア
4を配置する際は、必ず大きな体積を有する第1の配線
5の下側にビア4を配置するようにする。このように、
電源配線等の引回しを上の配線層から下の信号線等の小
さな堆積を有する配線層へ行う構造とすることにより、
ビア4の底部での断線不良がなくなる。
【0017】若し、配線レイアウト上、電源配線等の大
きな体積を有する第1の配線5の上層に、信号線等の小
さな体積を有する第2の配線2が必要な場合には図1
(b)に示すように、飽くまでもビア4は電源配線の下
に形成し、配線を引き回して、信号線等の小さな体積の
第2の配線2を上層に配線するようにすればよい。
【0018】
【実施例】図2は本発明の第一の実施例の説明図、図1
(b)は本発明の第二の実施例の説明図である。
【0019】図において、1は基板、4はビア、5は大
きな体積を有する配線、11、13、16、18、20はTiN
膜、12、19はAl合金膜、14はSiO2 膜、15はコンタ
クトホール、17は埋め込みW膜である。
【0020】図1により、本発明の第一の実施例とし
て、大きな体積を有する配線5として電源配線にビア4
を配置する場合、必ず大きな体積を有する第1の配線5
の下層のみに限定して配置する方法を説明する。
【0021】先ず、図2(a)に示すように、Si上の
SiO2 膜等の基板1上にスパッタによりTiN膜11を
1,000Åの厚さに、次に、Cu0.5%、Ti0.5%
を含有したAl合金膜12を 6,000Åの厚さに、続い
て, 反射防止膜としてTiN膜13を1,000 Åの厚さに積
層する。フォトリソグラフィにより小さな体積を有する
配線2である0.8μm幅の信号線をパターニングす
る。
【0022】次に、図2(b)に示すように、基板1上
に層間絶縁膜として、SiO2 膜14をCVD法により9,
000 Åの厚さに被覆し、CMP(Chemical Mechanical
Polishing)により、SiO2 膜14の表面を平坦化する。
そして、SiO2 膜14にコンタクトホール15を開口する
が、多少のオーバーエッチによりTiN膜13の表面が30
0Å程エッチングされる。続いて、埋め込みW膜17の成
長前に密着性を良くするために、コンタクトホール15内
をアルゴンスパッタでドライエッチング前処理する。こ
の時、TiN膜13の表面が更に 300Å程エッチングされ
て、TiN膜13の膜厚は 400Å程度に薄くなる。
【0023】続いて、図2(c)に示すように、密着用
のTiN膜16を 500Åの厚さにスパッタし、埋め込みW
膜17を8,000 の厚さにCVD成長する。続いて、図2
(d)に示すように、埋め込みW膜17をドライエッチン
グによりエッチバックしてコンタクトホール15内のみに
埋め込み、ビア4を形成する。その後、密着用のTiN
膜18を再び 500Åの厚さに成長し、Cu0.5%、Ti
0.5% を含有したAl合金膜19を 6,000Åの厚さ
に、続いて, 反射防止膜としてTiN膜20を1,000 Åの
厚さに積層して、電源配線である線幅が6μmもある大
きな体積を有する第1の配線5を形成する。その後、図
示しないが、カバー絶縁膜を被覆して、多層配線工程を
終了する。
【0024】この実施例において、電源配線である大き
な体積を有する第1の配線5を上層にし、信号線である
小さな体積を有する第2の配線2を下層にした構造であ
るため、信号線の工程中の熱処理による膨張収縮があっ
ても、ビア4でのTiN膜13とTiN膜16との剥離は一
切起こらなかった。
【0025】次に本発明の第2の実施例について前述の
図1(b)により説明する。配線のレイアウト設計上、
どうしても電源配線からその上の層にコンタクトを取り
たい場合には、図1(b)に示すように、一旦、大きな
体積を有する第1の配線5から小さな体積を有する第2
の配線2へ接続するビア4を、一旦大きな体積を有する
第1の配線5の下側から取り、ビア4で下層の第3の配
線6に引回し、再び、中継配線8を介した下側スタック
ビア9と上側スタックビア10により、大きな体積を有す
る第1の配線5の上層に形成される小さな体積を有する
第2の配線2にコンタクトを取る構造にする。
【0026】このような電源配線構造を取る事で、電源
配線上の直上にビアを配置しなくても済むようにするこ
とが出来、ビアにおける断線不良を防止出来る。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の第一の実
施例によれば、電源配線等のビア底部での断線不良がな
くなり、また、電源配線等の設計上配線の長さに規制を
かけられない配線についても、本発明の第二の実施例の
構造を取ることで断線不良の発生を防ぐことが出来、半
導体デバイスの信頼性の向上に大きく寄与することが出
来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の原理説明図
【図2】 本発明の第一の実施例の説明図
【図3】 従来例の説明図
【符号の説明】
図において 1 基板 2 小さな体積を有する第2の配線 3 層間絶縁膜 4 ビア 5 大きな体積を有する第1の配線 6 第3の配線 7 上層絶縁膜 8 中継配線 9 下側スタックビア 10 上側スタックビア 11、13、16、18、20 TiN膜 12、19 Al合金膜 14 SiO2 膜 15 コンタクトホール 16 TiN膜 17 埋め込みW膜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多層配線構造を有する半導体装置におい
    て、大きな体積を有する第1の配線を上層配線とし、小
    さな体積を有する第2の配線を下層配線とし、前記第1
    と第2の配線を接続するビアは、前記第1の配線の下層
    にのみ形成されていることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 多層配線構造を有する半導体装置におい
    て、大きな体積を有する第1の配線を下層配線とし、小
    さな体積を有する第2の配線を上層配線とし、前記第1
    の配線と前記第2の配線の接続は、前記第1の配線より
    下層で、かつ、前記第2の配線よりも小さな体積を有す
    る第3の配線を介して行われ、前記第1と第3の配線を
    接続するビアは前記第1の配線の下層にのみ形成され、
    前記第2と第3の配線を接続するビアは前記第2の配線
    の下層にのみ形成されていることを特徴とする半導体装
    置。
  3. 【請求項3】 前記大きな体積を有する第1の配線は、
    アルミニウムまたはアルミニウム合金を導電体膜で挟ん
    だ三層構造からなることを特徴とする請求項1または2
    記載の半導体装置。
JP5734295A 1995-03-16 1995-03-16 半導体装置 Pending JPH08255831A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19958906A1 (de) * 1999-12-07 2001-07-05 Infineon Technologies Ag Herstellung von integrierten Schaltungen
JP2009170794A (ja) * 2008-01-18 2009-07-30 Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd 薄膜半導体装置の製造方法
JP2017045871A (ja) * 2015-08-27 2017-03-02 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置の製造方法およびドライエッチングの終点検出方法

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US9711423B2 (en) 2015-08-27 2017-07-18 Renesas Electronics Corporation Methods for manufacturing semiconductor device and for detecting end point of dry etching
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Effective date: 20020702