JPH09191051A - 半導体素子の配線構造及びその形成方法 - Google Patents
半導体素子の配線構造及びその形成方法Info
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Abstract
ト状に形成して、接触抵抗を減らし得る半導体素子の配
線構造及びその形成方法を提供する。 【解決手段】半導体基板(11)と、該半導体基板上に
形成された下部電導層(12)と、該下部電導層を包含
した前記半導体基板上に形成され、該下部電導層の上面
が露出されるように接続溝(14)を有し、その下部に
アンダーカットして大きくした下部接続溝(16a)を
設けた絶縁層(18)と、前記接続溝が充填されるよう
に該絶縁層上に形成され、前記下部電導層に電気的連結
される上部電導層(20)と、から半導体素子の配線が
構成されている。
Description
構造及びその形成方法に係るもので、詳しくは、上下両
方側電導層間に接続溝を形成し、該接続溝の形状を工夫
して、接触抵抗を減らし得る半導体素子の配線構造及び
その形成方法に関するものである。
子及び回路の線幅が漸次微細化され、電導線領域間を電
気的連結する金属配線(metallization )においても、
電導線の線幅が漸次縮小されると共に、各電導線を接続
するのための接続溝(contacthole)の大きさも段々縮
小されつつある。
ミニウムの金属配線を適用する時、下部配線層(lower
wiring layer)と上部配線層とをコンタクトホールによ
り直接接触させ、アルミニウムの電気的連結性を維持し
得るようにした半導体素子が開示されているが、該半導
体素子は、電導線と接続溝間にマスクのミスアラインメ
ント(misalignment)が発生する場合、該電導線と接続
溝との接触面積が減少するが、該接触面積の縮小に対す
る対策と解決方法とは提示されておらず、自己整合性に
よる接続溝(self-aligned contact)の形成方法に関し
ても提示されていない。
ては、図14に示すように、半導体基板1と、該半導体
基板1上に形成された下部電導線2と、該下部電導線2
上面が露出されるように接続溝4を有して半導体基板1
上に形成された絶縁膜8と、から構成されていた。図1
4に、前記下部電導線2に対し接続溝4が誤り整列して
形成された状態が表示され、この状態では下部電導線2
の表面が部分的に露出されるため、接触面積が減少する
ようになっている。
従来の半導体素子の配線構造においては、電導線と接続
溝間にマスクの誤り整列が発生する場合、電導線と接続
溝との接触面積が減少し接触抵抗が増加するため、回路
の信号伝達速度が遅くなるという不都合な点があった。
又、抵抗の増加する部位から電流集中(current crowdi
ng)現象が現れ、エレクトロマイグレーション(electr
omigration)現象が発生するため、半導体素子の信頼性
が低下されるという不都合な点があった。
続溝との間にマスクの誤り整列が発生したときに、これ
らの接触面積が減少されることを補償し得る半導体素子
の配線構造及びその形成方法を提供しようとするもので
ある。
め、本発明に係る半導体素子の配線構造(請求項1)
は、半導体基板と、該半導体基板上に形成された下部電
導層と、該下部電導層を包含した半導体基板上に形成さ
れ、該下部電導層の上面が露出されるように接続溝を有
し、かつ該接続溝の該下部電導層側の幅を大きくした絶
縁層と、該絶縁層上に前記接続溝が充填されるように形
成され、前記下部電導層に電気的連結された上部電導層
と、から構成されている。
の下部電導層側の幅を大きくすることにより、接触抵抗
を減らすのである。請求項2に係る発明では、前記接続
溝は、上部接続溝と、該上部接続溝の下部に該上部接続
溝よりも大きくアンダーカット(undercut)して形成さ
れた下部接続溝と、からなることを特徴とする。
カットした形状に形成して、接触抵抗を減らすのであ
り、最も簡便な構造である。請求項3に係る発明では、
前記下部接続溝は、該下部接続溝の両方側面が前記半導
体基板に対し垂直に形成されることを特徴とする。請求
項4に係る発明では、前記下部接続溝は、該下部接続溝
の両方側面が前記半導体基板に対し傾斜して形成される
ことを特徴とする。
プラズマ化学気相蒸着法により形成されたシリコン酸化
膜であることを特徴とする。請求項6に係る発明では、
前記絶縁層は、スピンオングラス(Spin On Glass;以
下「SOG」という)及びプラズマ化学気相蒸着法によ
り形成されたシリコン酸化膜の積層構造であることを特
徴とする。
造形成方法(請求項7)においては、半導体基板上に下
部電導層及び犠牲層を順次形成する工程と、該犠牲層を
パターニングした後、該犠牲層の包含された前記半導体
基板上に絶縁層を形成する工程と、前記犠牲層上面の一
部が露出されるように該絶縁層の所定領域を食刻して接
続溝を形成する工程と、前記下部電導層が露出されるよ
うに前記犠牲層を食刻する工程と、前記接続溝が充填さ
れるように前記絶縁層上に上部電導層を形成する工程
と、該上部電導層をパターニングする工程と、を順次行
うようになっている。
位)が露出されるように絶縁層の所定領域を除去するこ
とで、後に、犠牲層を除去した際に、接続溝の下部電導
層側の幅を大きくすることにより、接触抵抗を減らすの
である。請求項8に係る発明では、前記絶縁層を形成す
る工程では、前記犠牲層をパターニングした後、該犠牲
層を不活性ガスのプラズマを用いてスパッター(sputte
r )エッチングさせることを特徴とする。
成する工程では、前記絶縁層を食刻して上部接続溝を形
成し、該上部接続溝の下部をアンダーカットして該上部
接続溝よりも幅の大きい下部接続溝を形成することを特
徴とする。請求項10に係る発明では、前記下部接続溝
は、その両方側面を半導体基板に対し垂直に形成するこ
とを特徴とする。
溝は、その両方側面を半導体基板に対し所定角傾斜させ
て形成することを特徴とする。請求項12に係る発明で
は、前記絶縁層は、プラズマ化学気相蒸着法を用いてシ
リコン酸化膜に形成することを特徴とする。請求項13
に係る発明では、前記絶縁層は、SOG及びプラズマ化
学気相蒸着法を用いてシリコン酸化膜に積層することを
特徴とする。
は、エッチ選択性を有した絶縁性物質のシリコン窒化膜
であることを特徴とする。請求項15に係る発明では、
前記犠牲層は、エッチ選択性を有したTiW、又はWの
ような導電性物質であることを特徴とする。請求項16
に係る発明では、前記犠牲層は、湿式食刻法を用いて選
択的食刻することを特徴とする。
は、等方性乾式食刻法により選択的食刻することを特徴
とする。請求項18に係る発明では、前記絶縁層は、C
F4 、CHF4 のガスを用いた二方性乾式食刻法により
食刻することを特徴とする。
する。本発明に係る半導体素子の配線構造の第1実施形
態においては、図1及び図4〜図7に示すように、半導
体基板11と、該半導体基板11上に形成された下部電
導層12と、該下部電導層12を包含した半導体基板1
1上に形成され該下部電導層12の上面が露出されるよ
うに上部接続溝14及び下部接続溝16aを有した絶縁
層18と、前記上部接続溝14が充填されるように該絶
縁層18上に形成され前記下部電導層12に電気的連結
される上部電導層20と、から構成されている。
導層12の上面が露出されるように前記下部接続溝16
aが半導体基板11に対し垂直方向に形成されているた
め、若し、前記下部電導層12と上部接続溝14間に誤
り整列が発生した場合においても、前記下部接続溝16
aにより下部電導層12が露出され、従来のように、下
部電導層12と上部接続溝14との接触面積が減少され
ることが該下部接続溝16aにより補償される。
の配線構造の形成方法は、先ず、図4に示すように、半
導体基板11上に下部配線層の下部電導層12及び犠牲
層13aを積層して電導層パターンを形成し、該パター
ンの包含された半導体基板11上に電導層間を絶縁する
ための絶縁層18を形成する。この場合、該絶縁層18
は、プラズマ化学気相蒸着法CVDを用いてシリコン酸
化膜の単一層に形成するか、又は、SOGのような塗布
性シリコン酸化膜及びプラズマ化学気相蒸着法によるシ
リコン酸化膜を用いて単一層若しくは積層型に形成す
る。且つ、前記犠牲層13aは、シリコン酸化膜に形成
するか、又は、前記下部電導層12のアルミニウムに対
し食刻選択性を有する絶縁性物質のシリコン窒化膜、若
しくは、TiW、Wのような導電性物質を用いて形成す
る。
8上に感光膜19を形成し、該感光膜19をマスクとし
て前記犠牲層13a上面の所定部位が露出されるように
前記絶縁層18を食刻して上部接続溝14を形成する。
この場合、前記犠牲層13aは、絶縁層18の食刻時に
エッチングストッパー(Etching stopper )として作用
し、該絶縁層18を食刻する方法としては、CF4 及び
CHF4 のようなガスを用いた二方性乾式食刻法が用い
られる。
3aを選択的に食刻して下部接続溝16aを形成する。
該犠牲層13aの除去方法は、H3 PO4 の溶液を用い
た湿式食刻法又はSF6 のガスを用いた等方性乾式食刻
法が用いられ、前記下部接続溝16aの幅は上部接続溝
14の幅よりも大きく形成する。次いで、図7に示すよ
うに、前記感光膜19を除去し、全ての構造物上に化学
気相蒸着法CVDを用いて上部電導線をなす上部電導層
20を形成した後、パターニングを施して、本発明の工
程を終了する。この時、前記化学気相蒸着法CVDを用
いると、熱分解により導電性物質が蒸着して前記下部接
続溝16aに導電性物質が充分に充填される。
造における接続溝の形成状態を立体的に示した斜視図で
あって、点線で示した部分は上部接続溝14を示し、斜
線で示した部分は下部接続溝16aの突出形成された下
部電導層12の上面を示す。図示されたように、下部電
導層12と下部接続溝16aとの接触面積を極大化させ
るために、下部電導層12の幅方向部位12aが露出さ
れるように形成されている。
の第2実施形態においては、図2及び図8〜図13に示
すように、半導体基板11と、該半導体基板11上に形
成された下部電導層12と、該下部電導層12を包含し
た半導体基板11上に形成され該下部電導層12の上面
が露出されるように上部接続溝14と傾斜された下部接
続溝16bとを有した絶縁層18と、前記上部接続溝1
4が充填されるように該絶縁層18上に形成され前記下
部電導層12に電気的連結される上部電導層20と、か
ら構成されている。
態の半導体素子の配線構造の形成方法を説明すると、先
ず、図8に示すように、半導体基板11上に下部配線層
の下部電導層12及び犠牲層13aが積層された構造の
パターンを形成する。次いで、図9に示すように、アル
ゴン(Ar)のような不活性ガス21のプラズマを用い
て前記犠牲層13bの縁部をスパッター(sputter )食
刻して、傾斜面を有した犠牲層13bを形成する。この
場合、このように食刻工程を施すと、以後形成される下
部接続溝16b上の導電性物質の被覆性が改善され、化
学気相蒸着法CVD及びスパッタリングのような物理的
蒸着法の適用が可能になる。
電導層12及び犠牲層13bの包含された半導体基板1
1上に電導層間を絶縁するための絶縁層18を形成し、
図11に示すように、該絶縁層18上に感光膜19を形
成した後、該感光膜19を用いて前記絶縁層18を食刻
し上部接続溝14を形成する。次いで、図12に示すよ
うに、前記犠牲層13bを選択的に食刻して下部接続溝
16bを形成し、図13に示すように、前記感光膜19
を除去した後、化学気相蒸着法CVDにより前記下部接
続溝16bの包含された絶縁層18上に上部電導線の上
部電導層20を形成し、パターニングして、本工程を終
了する。
施形態において、下部及び上部電導層の物質は通常のア
ルミニウム又はアルミニウム合金、若しくは銅、金のよ
うな導電性の優秀な金属又はその金属合金を適用するこ
とができる。
素子の配線構造及びその形成方法にによれば、上下両方
の電導層間の接続溝の下部電導層側の幅が大きくなるよ
うにして、望ましくは、下部接続溝をアンダーカット状
に形成して、上下両方の電導層の接触面積を極大化して
いるため、マスクの誤り整列により電導層と接続溝との
誤り整列が発生しても、自己整合的に接触面積を確保で
き、半導体素子の接触抵抗が減少して高信頼性の半導体
素子を提供し得るという効果が得られる。
線構造形成方法によれば、犠牲層を用い、その形成を工
夫するなどして、目的とする配線構造を実現することが
できる。
態、及び、マスクの誤り整列の発生された状態を示した
縦断面図である。
列の発生された状態を示した縦断面図である。
示した斜視図である。
1実施形態の第1工程を示した工程図である。
ある。
ある。
ある。
2実施形態の第1工程を示した工程図である。
ある。
である。
である。
である。
である。
図である。
Claims (18)
- 【請求項1】半導体基板(11)と、 該半導体基板(11)上に形成された下部電導層(1
2)と、 該下部電導層(12)を包含した半導体基板(11)上
に形成され、該下部電導層(12)の上面が露出される
ように接続溝を有し、かつ該接続溝の該下部電導層(1
2)側の幅を大きくした絶縁層(18)と、 該絶縁層(18)上に前記接続溝が充填されるように形
成され、前記下部電導層(12)に電気的連結された上
部電導層(20)と、から構成されることを特徴とする
半導体素子の配線構造。 - 【請求項2】前記接続溝は、上部接続溝(14)と、該
上部接続溝(14)の下部に該上部接続溝(14)より
も大きくアンダーカットして形成された下部接続溝(1
6a)と、からなる請求項1記載の半導体素子の配線構
造。 - 【請求項3】前記下部接続溝(16a)は、該下部接続
溝(16a)の両方側面が前記半導体基板(11)に対
し垂直に形成される請求項2記載の半導体素子の配線構
造。 - 【請求項4】前記下部接続溝(16a)は、該下部接続
溝(16a)の両方側面が前記半導体基板(11)に対
し傾斜して形成される請求項2記載の半導体素子の配線
構造。 - 【請求項5】前記絶縁層(18)は、プラズマ化学気相
蒸着法により形成されたシリコン酸化膜である請求項1
〜請求項4のいずれか1つに記載の半導体素子の配線構
造。 - 【請求項6】前記絶縁層(18)は、スピンオングラス
及びプラズマ化学気相蒸着法により形成されたシリコン
酸化膜の積層構造である請求項1〜請求項4のいずれか
1つに記載の半導体素子の配線構造。 - 【請求項7】半導体基板(11)上に下部電導層(1
2)及び犠牲層(13a)を順次形成する工程と、 該犠牲層(13a)をパターニングした後、該犠牲層
(13a)の包含された前記半導体基板(11)上に絶
縁層(18)を形成する工程と、 前記犠牲層(13a)上面の一部が露出されるように該
絶縁層(18)の所定領域を食刻して接続溝を形成する
工程と、 前記下部電導層(12)が露出されるように前記犠牲層
(13a)を食刻する工程と、 前記接続溝が充填されるように前記絶縁層(18)上に
上部電導層(20)を形成する工程と、 該上部電導層(20)をパターニングする工程と、を順
次行う半導体素子の配線構造形成方法。 - 【請求項8】前記絶縁層(18)を形成する工程では、
前記犠牲層(13a)をパターニングした後、該犠牲層
(13a)を不活性ガスのプラズマを用いてスパッター
エッチングさせる請求項7記載の半導体素子の配線構造
形成方法。 - 【請求項9】前記接続溝を形成する工程では、前記絶縁
層(18)を食刻して上部接続溝(14)を形成し、該
上部接続溝(14)の下部をアンダーカットして該上部
接続溝(14)よりも幅の大きい下部接続溝(16a)
を形成する請求項7記載の半導体素子の配線構造形成方
法。 - 【請求項10】前記下部接続溝(16a)は、その両方
側面を半導体基板(11)に対し垂直に形成する請求項
9記載の半導体素子の配線構造形成方法。 - 【請求項11】前記下部接続溝(16a)は、その両方
側面を半導体基板(11)に対し所定角傾斜させて形成
する請求項9記載の半導体素子の配線構造形成方法。 - 【請求項12】前記絶縁層(18)は、プラズマ化学気
相蒸着法を用いてシリコン酸化膜に形成する請求項7記
載の半導体素子の配線構造形成方法。 - 【請求項13】前記絶縁層(18)は、スピンオングラ
ス及びプラズマ化学気相蒸着法を用いてシリコン酸化膜
に積層する請求項7記載の半導体素子の配線構造形成方
法。 - 【請求項14】前記犠牲層(13a)は、エッチ選択性
を有した絶縁性物質のシリコン窒化膜である請求項7記
載の半導体素子の配線構造形成方法。 - 【請求項15】前記犠牲層(13a)は、エッチ選択性
を有したTiW、又はWのような導電性物質である請求
項7記載の半導体素子の配線構造形成方法。 - 【請求項16】前記犠牲層(13a)は、湿式食刻法を
用いて選択的食刻する請求項7記載の半導体素子の配線
構造形成方法。 - 【請求項17】前記犠牲層(13a)は、等方性乾式食
刻法により選択的食刻する請求項7記載の半導体素子の
配線構造形成方法。 - 【請求項18】前記絶縁層(18)は、CF4 、CHF
4 のガスを用いた二方性乾式食刻法により食刻する請求
項7記載の半導体素子の配線構造形成方法。
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