JPH09293719A - 半導体装置の配線構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好なステップカバレッジを有すると共に、
信頼性を向上させた半導体装置の配線構造を得る。 【解決手段】 半導体装置の配線構造を第１配線層をそ
の断面視にて基板表面に垂直な側面と、側面間で基板表
面に平行の延びる上面と、側面と上面との間に切り欠き
状に形成された傾斜面と、で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、配線交差部での配
線の信頼性及び電気抵抗特性を向上させた半導体装置の
配線構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の素子間等を電気的に接続す
るための接続配線は、一般に、半導体基板上に形成した
導体材料にエッチングを施すことにより形成される。半
導体装置の製造に利用されるエッチングは一般にウエッ
トエッチングとドライエッチングに大別されるが、酸や
アルカリ等の化学薬品を使用して、配線材料を溶解除去
するウエットエッチングでは、一度に大量の処理が可能
なことや、必要な装置及び設備が比較的安価である等の
利点を有している。

【０００３】しかし、ウエットエッチングでは、エッチ
ングが等方的に進行してエッチングマスク下の被エッチ
ング部分にいわゆるアンダーカットが形成される。この
ような等方的に進行するエッチングの挙動により、ウエ
ットエッチングでは加工精度を一定以上向上させること
は困難で、高密度な集積回路におけるエッチング工程等
の、微細な精度を要する加工には適当でない。

【０００４】このため、半導体装置の製造には、エッチ
ングが一の方向にのみ進行する、いわゆる、異方性エッ
チングとしてのドライエッチングが一般に利用されてい
る。エッチングによる回路配線の形成は、例えば、図４
に示すように、例えば、シリコンから成る半導体基板２
１上に形成した熱酸化膜２２の表面に、例えば、Ａｌ等
の導電物質から成る下層配線膜を一様な膜厚に形成後、
この下層配線膜上に塗布したレジストをパターニングし
これをマスクとして下層配線膜に、例えば、異方性エッ
チングとしての反応性イオンエッチングを施して、下層
配線層２３をパターン形成している。

【０００５】下層配線層２３をこのように形成したら、
この下層配線層２３を被覆するように層間絶縁膜２４を
一定の層厚に形成後、下層配線層２３上にこの層間絶縁
膜２４を介してやはりＡｌから成る上層配線膜を形成し
及びこれを同様にパターニングすることによりＡｌの上
層配線層２５を形成することにより多層状に電気配線を
形成している。

【０００６】このように半導体基板２１上に形成された
配線もしくは電極は、これらの配線と共にまたは別個に
形成されたトランジスタ、キャパシタ等の素子と共に、
表面保護膜２６により被覆保護される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の従来の
配線構造では、下層配線層２３を反応性イオンエッチン
グ等のいわゆるドライエッチング（異方性エッチング）
により形成しているため、比較的微細な配線等の加工が
可能であるものの、同配線層２３はその断面形状が矩形
状を成すように切り立った側面を有するような形状に形
成されている。

【０００８】このため、下層配線層２３上に層間絶縁膜
２４を介して上層配線層２５を、例えば、交差状に形成
する場合、断面矩形状の下層配線層２３による段差によ
り、層間絶縁膜２４上の上層配線層２５の被覆性、即ち
ステップカバレッジ、が低下し、配線の信頼性の低下を
招く。とりわけ、上述のような構成の多層状配線を比較
的低い電気抵抗特性が要求されるパワーＭＯＳＦＥＴ
や、多数の配線交差部が形成される半導体装置に適用す
る場合、上述したような段差に起因する配線電気抵抗の
増大によりＦＥＴ等の素子に誤動作等の動作上の問題を
招きかねない。

【０００９】また、表面保護膜２６の段差部分２６ａに
は、半導体装置の製造工程等にて、下層配線または段差
と平行な方向にクラックが発生し易く、配線に十分な信
頼性が得られない。従って、本発明の目的は、良好なス
テップカバレッジを有すると共に、信頼性及び電気抵抗
特性を向上させた半導体装置の配線構造を提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、請求項１に記載の半導体装置の配線構造によれば、
半導体基板の酸化膜を介した表面にパターニング形成さ
れた第１配線層と、第１配線層を覆うように酸化膜上に
形成された層間絶縁膜と、層間絶縁膜を介して第１配線
層上に形成された第２配線層と、から成る半導体装置の
配線構造であって、第１配線層はその横断面視にて半導
体基板の表面に実質的に垂直な側面と、側面間で基板表
面に実質的に平行に延びる上面と、側面と上面との間に
切り欠き状に形成された傾斜面と、から成ることを特徴
とする。

【００１１】このように構成することにより、第１配線
層には側面と上面との間に長手方向に延び切り欠き状に
形成された傾斜面３ｃが対向状に付与され、第２配線層
は層間絶縁膜を介して第１配線層３を覆うように形成さ
れるのだが、第１配線層には上述の傾斜面が設けられて
いるので交差に際して第１配線層による段差に起因する
被覆性、即ちステップカバレッジ、が大幅に改善され、
配線の信頼性及び電気抵抗特性は向上される。

【００１２】請求項２の半導体装置の配線構造は、請求
項１の構造において、第２配線層は第１配線との交差部
における縦断面視にて半導体基板の表面に実質的に垂直
な側面と、側面間で基板表面に交差部で上方に湾曲され
た上面と、側面と上面との間に傾斜状に設けられた傾斜
面と、から成る。このように構成することにより、平行
状に積層形成しながら良好なステップカバレッジを有す
る配線構造が得られる。

【００１３】請求項３の半導体装置の配線構造は、請求
項１の構造において、第２配線層は第１配線との交差部
における横断面視にて半導体基板の表面に実質的に垂直
な側面と、側面間で基板表面に実質的に平行に延びる上
面と、側面と上面との間に切り欠き状に形成された傾斜
面と、から成る。このように構成することにより、交差
状に積層形成しながら良好なステップカバレッジを有す
る配線構造が得られる。

【００１４】請求項４の半導体装置の配線構造は、半導
体基板の酸化膜を介した表面にパターニング形成された
第１配線層と、この第１配線層を覆うように酸化膜上に
形成された表面保護膜と、から成る半導体装置の配線構
造であって、第１配線層はその横断面視にて半導体基板
の表面に実質的に垂直な側面と、側面間で基板表面に実
質的に平行に延びる上面と、側面と上面との間に切り欠
き状に形成された傾斜面と、から成ることを特徴とす
る。

【００１５】このように構成することにより、第１配線
層を被覆するように酸化膜上に形成される表面保護膜は
そのステップカバレッジが良好な状態に設けることがで
きる。第１及び第２配線層はＡｌ等の導電性の良好な金
属により形成可能であるが、適度に不純物が導入された
ポリシリコンやシリサイド等の物質により形成すること
も可能であることはいうまでもない。

【００１６】Ａｌ以外の金属としては、例えば、Ｃｕ等
を使用することができる。また、金属シリサイドとして
は、Ｔｉシリサイド等を使用可能である。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、本発明による半導体装置の
配線構造をその実施の形態に従い詳細に説明する。本発
明方法の第１の実施形態による半導体装置の配線構造
は、図１に要部断面を示すように、例えばシリコンから
成る半導体基板１と、半導体基板１の表面に一様の膜厚
に形成された熱酸化膜２と、絶縁膜２の表面に導電性材
料によりパターン形成された第１配線層３と、熱酸化膜
２上の第１配線層３を被覆するように形成された層間絶
縁膜４と、第１配線層３上に層間絶縁膜４を介して積層
状に形成された第２配線層５と、層間絶縁膜４上の第２
配線層５を被覆するように形成された表面保護膜６と、
から成っている。

【００１８】ここで、第１配線層３はその横断面視に
て、図１に示すように、前記半導体基板１の表面に実質
的に垂直な対向側面３ｂと、該側面３ｂ間で前記基板表
面に実質的に平行に延びる上面３ａと、前記側面３ｂと
前記上面３ａとの間に長手方向に延び面取り状に形成さ
れた傾斜面３ｃが対向状に形成されている。また、第２
配線層５は、上述したように、層間絶縁膜４を介して第
１配線層３を覆うようにこれに対して平行状に延びてい
る。第２配線層５はウェットエッチングを用いないドラ
イエッチングのみにより、後述の、傾斜面を設けずに形
成しても良い。しかし、第２配線層５に、図１に示すよ
うに、第１配線層３と同様にドライエッチングにウェッ
トエッチングを併用してその上面５ａと側面５ｂとの間
に長手方向に沿う傾斜面５ｃを設けることにより、例え
ば、３層以上の配線層を積層形成する場合でも第２配線
層の段差による３層目またはそれ以上の配線層のステッ
プカバレッジを向上させることができる。

【００１９】次に、上述のような構成の配線の形成方法
について図２を参照しながら説明する。まず、図２
（ａ）に示すように、シリコンから成る半導体基板１の
表面に熱酸化によるＳｉＯ₂から成る酸化膜２を、例え
ば、約７０００オングストロームの膜厚に形成する。次
いで、酸化膜２の表面に、Ａｌから成る第１導体膜１３
を、例えば、約１３０００オングストロームの一様な膜
厚にＰＶＤ法により形成した後、フオトレジストを塗布
しこれをパターニングしてレジストマスク７を形成す
る。

【００２０】次いで、図２（ｂ）に示すように、レジス
トマスク７を介してＡｌの第１導体膜１３を、例えば、
その膜厚が半分、即ち約６５００オングストローム、程
度になるよう等方性のウェットエッチングを施す。この
第１導体膜１３へのウエットエッチングの実施により、
第１導体膜はマスク７から露出された表面部分はエッチ
ング除去されるのだが、マスク７の両端縁下方にサイド
エッチングによる傾斜面３ｃ、３ｃが対向状に形成され
る。

【００２１】第１導体膜上にこのような傾斜面３ｃ，３
ｃを形成したら、水洗等の必要な処理を施した後、図２
（ｃ）に示すように、上述のマスク７を同様に介して第
１導体膜に、例えば、異方性エッチングとしての反応性
イオンエッチングを施して第１配線層３を形成する。こ
のドライエッチングにより、基板１に実質的に垂直な長
手方向に延びる側面３ｂにより画成された第１配線層３
が形成される。

【００２２】次いで、図２（ｄ）に示すように、第１配
線層３を被覆するようにプラズマ酸化膜を約９０００オ
ングストロームの膜厚に形成し、第１導電層３と以後に
形成する第２導電層との間に介在させる層間絶縁膜４を
形成する。次いで、この層間絶縁膜４の表面にＡｌから
成る第２導電膜をＰＶＤ法により約１５０００オングス
トロームの一様の膜厚に形成後、その表面にレジストを
塗布及びパターニングして、図２（ｅ）に示すように、
レジストマスク８を形成後、ウエットエッチングを施
す。このウエットエッチングによりマスク８から露出さ
れた第２導電膜の表面は部分的にエッチング除去されて
膜厚が半分程度、例えば７５００オングストローム、に
減少されるのだが、マスク８の両端下方の部分はやはり
サイドエッチングによる切り欠き状の湾曲面から成る傾
斜面５ｃ，５ｃが形成される。

【００２３】傾斜面５ｃが形成された第２導体膜は、水
洗等の所要の処理を施した後、マスク８を再びマスクと
して利用して反応性イオンエッチング法による異方性エ
ッチングを施すことにより、図２（ｆ）に示すように、
上面５ａと、長手方向に延びる側面５ｂと、上面５ａ及
び側面５ｂ間に形成された傾斜面５ｃと、により画成さ
れた第２配線層３が第１配線上にこれと平行状に形成さ
れる。

【００２４】第２配線層５を形成したら、マスク８の除
去及び所要の処理を施した後、第２配線層５を被覆する
ように層間絶縁膜４の表面に全面的に表面保護膜として
の窒化膜９を約１２０００オングストロームの膜厚に形
成することにより、本発明の第１の実施形態による配線
構造が得られる。次に、本発明の第２の実施形態による
配線構造を図３に従い説明する。

【００２５】本形態の構造は、第２配線層が第１配線層
上を直行状に交差するように設けられる点を除けば、上
述した第１実施形態と同様に構成される。即ち、本実施
形態では、第１配線層１３は第１実施形態と同様の断面
形状を有し、その上方で層間絶縁膜１４を介して第２配
線層１５が直行状に交差している。第１配線層１３は第
１実施形態と同様な形状を有している。また、第２配線
層１５は第１配線層１３上を層間絶縁膜１４を介してこ
れと直行状に形成されている。この第２配線層１５は５
はウェットエッチングを用いないドライエッチングのみ
により傾斜面を設けずに形成しても良いが、ウエットエ
ッチングを併用して第１配線層１３と同様の傾斜部を設
ければ、第１実施形態と同様に、３層以上の配線層を積
層形成する場合でも第２配線層１５の段差による３層目
またはそれ以上の配線層のステップカバレッジを向上さ
せることができる。

【００２６】第２実施形態の構造を形成するには、図示
は省略するが、層間絶縁膜１４の表面にＡｌから成る第
２導体膜を、例えば、約１５０００オングストロームの
膜厚に形成後、その表面にレジストを塗布及びパターニ
ングしてレジストマスクを形成後、反応性イオンエッチ
ング等の異方性エッチングを施す。この異方性エッチン
グによりマスク８から露出された第２導体膜の部分は選
択的にエッチング除去されて、第２配線層１５が形成さ
れる。ここで、第２配線層１５に第１配線層１３に設け
たような傾斜面は、上述のドライエッチングにウェット
エッチングを併用することにより同様に形成可能であ
る。

【００２７】第２配線層１５を形成したら、マスクの除
去及び所要の処理を施した後、第２配線層を被覆するよ
うに層間絶縁膜の表面に全面的に表面保護膜としての窒
化膜を約１２０００オングストロームの膜厚に形成する
ことにより、本発明の第２実施形態による配線構造が得
られる。本発明の配線構造は、上述の多層状の配線の
他、単一層からなる配線に同様な傾斜面を設けることに
よっても、配線を被覆保護するための保護膜におけるよ
り良好なステップカバレッジを得ることができる。

【００２８】

【発明の効果】以上に詳細に説明したように、本発明の
半導体装置の配線構造は、第１配線層に半導体基板の表
面に導体材料により形成した第１導体膜に等方性のハー
フエッチングを施し、次いで、異方性エッチングを施す
ことにより第１配線層をパターン形成することにより簡
易に得ることができる。この場合配線層上面と側面間の
傾斜面は第１配線層に加えてまたはこれに代えて第２配
線層またはそれより上層の配線層に適宜設けることは可
能である。

【００２９】このように、第１配線層には長手方向に延
び切り欠き状に形成された傾斜面が対向状に形成され、
第２配線層は層間絶縁膜を介して第１配線層３を覆うよ
うに形成されるが、第１配線層には傾斜面が設けられて
いるので交差もしくは積層に際して第１配線層による段
差に起因するステップカバレッジが大幅に改善され、配
線の信頼性及び電気抵抗特性は向上される。

【００３０】このような構成の配線層は、異方性エッチ
ングの前処理工程として、従来使用されてきた等方性エ
ッチングを加える簡単な手段でより信頼性の高いより配
線抵抗の低い多層状の配線構造を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による半導体装置の配線
構造を示す断面図である。

【図２】図１の配線構造の形成工程を示す断面図であ
る。

【図３】本発明の第２実施形態による配線構造の断面図
である。

【図４】従来の半導体装置の配線構造の断面図である。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ 酸化膜 ３ 第１配線層 ３ａ 上面 ３ｂ 側面 ３ｃ 傾斜面 ４ 層間絶縁膜 ５ 第２配線層 ５ａ 上面 ５ｂ 側面 ５ｃ 傾斜面 ６ 表面保護膜 ７ レジストマスク ８ レジストマスク ９ 表面保護膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基板の酸化膜を介した表面にパター
   ニング形成された第１配線層と、前記第１配線層を覆う
   ように前記酸化膜上に形成された層間絶縁膜と、前記層
   間絶縁膜を介して前記第１配線層上に形成された第２配
   線層と、から成る半導体装置の配線構造であって、前記
   第１配線層はその横断面視にて前記半導体基板の表面に
   実質的に垂直な側面と、該側面間で前記基板表面に実質
   的に平行に延びる上面と、前記側面と前記上面との間に
   切り欠き状に形成された傾斜面と、から成ることを特徴
   とする半導体装置の配線構造。
2. 【請求項２】前記第２配線層は前記第１配線との交差部
   における縦断面視にて前記半導体基板の表面に実質的に
   垂直な対向側面と、該側面間で前記基板表面に交差部で
   上方に湾曲された上面と、前記側面と前記上面との間に
   傾斜状に設けられた傾斜面と、から成る請求項１に記載
   の半導体装置の配線構造。
3. 【請求項３】前記第２配線層は前記第１配線との交差部
   における横断面視にて前記半導体基板の表面に実質的に
   垂直な側面と、該側面間で前記基板表面に実質的に平行
   に延びる上面と、前記側面と前記上面との間に切り欠き
   状に形成された傾斜面と、から成る請求項１に記載の半
   導体装置の配線構造。
4. 【請求項４】半導体基板の酸化膜を介した表面にパター
   ニング形成された第１配線層と、この第１配線層を覆う
   ように前記酸化膜上に形成された表面保護膜と、から成
   る半導体装置の配線構造であって、前記第１配線層はそ
   の横断面視にて前記半導体基板の表面に実質的に垂直な
   側面と、該側面間で前記基板表面に実質的に平行に延び
   る上面と、前記側面と前記上面との間に切り欠き状に形
   成された傾斜面と、から成ることを特徴とする半導体装
   置の配線構造。