JPH0982804A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH0982804A
JPH0982804A JP7262454A JP26245495A JPH0982804A JP H0982804 A JPH0982804 A JP H0982804A JP 7262454 A JP7262454 A JP 7262454A JP 26245495 A JP26245495 A JP 26245495A JP H0982804 A JPH0982804 A JP H0982804A
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hole
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forming
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スルーホールを上下に直接接続する積層スル
ーホールを製造する際に、他のスルーホールとの開口深
さを等しくするためにドットパターンを設けているが、
その製造に際してフォトレジストや導体膜の剥がれが生
じ、製造歩留りが低下される。 【解決手段】 積層スルーホールの下側に形成される第
1スルーホール4は、その上端部が第1層間絶縁膜より
も突出されてその突部4aの高さが第2層配線5の上面
高さと等しく形成されるので、ドットパターンを設けな
くとも第2層間絶縁膜7に形成する第2スルーホール9
の開口7aの深さを、第2層配線5の存在する箇所と存
在しない箇所で等しくできる。これにより、ドットパタ
ーンの形成時におけるフォトレジストや導体膜の剥がれ
の発生が防止でき、信頼性のある製造歩留りの高い半導
体装置の製造が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は異なる配線層を電気
的に接続するスルーホールを備える半導体装置に関し、
特にスルーホールを積層構造とした半導体装置とその製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の高集積化に伴い、配線の制
約をいかにして少なくして配線性を向上させるかが課題
となっている。配線自由度向上の一手法としてコンタク
トまたはスルーホール上にスルーホールを重ねた積層構
造が効果的である。このようなコンタクトホールとスル
ーホールを上下に積層した構造、またはスルーホールと
スルーホールを上下に積層した構造を積層スルーホール
と称する。この積層スルーホールの手法では最下層のコ
ンタクトから最上層配線まで平面的に同一箇所で電気的
接続を得ることができるため、中間配線層の配線チャネ
ルの禁止領域を最小限に抑えられ、中間配線層を有効に
活用でき、高密度化が可能となる。
【0003】図4は従来の積層スルーホールの製造工程
を示す図である。先ず、図4(a)のように、半導体基
板11に所要の素子を形成し、かつ半導体基板11の表
面に下地となる絶縁膜11aを形成した後、第1層配線
12を所要パターンに形成する。次いで、第1層配線1
2を覆うように全面に第1層間絶縁膜13をプラズマC
VD法で形成する。そして、次工程で形成する第2層配
線15との電気的な接続を行う箇所に開口を設け、ここ
にタングステン等の導体を埋設して第1スルーホール1
4を形成する。
【0004】次に、図4(b)のように、前記第1層間
絶縁膜13の上に第2層配線15を所要パターンに形成
する。このとき、第2層配線15が本来は形成されない
箇所ではあるが、後工程で形成する第3層配線18に接
続する箇所の第1スルーホール14上には、前記2層配
線15の導体の一部を用いてドットパターン15Aを形
成する。このドットパターン15Aは第1スルーホール
14の径寸法よりも若干大きく形成する。
【0005】次に、図4(c)のように、前記第2層配
線15上の全面に第2層間絶縁膜16をプラズマCVD
法で形成し、後工程で形成する第3層配線18に前記第
2層配線15が電気的に接続する箇所と、前記ドットパ
ターン15Aの箇所にそれぞれ開口16aを設け、ここ
にタングステン等の導体を埋設して第2スルーホール1
7を形成する。そして、前記第2層間絶縁膜16上に第
3層配線18を所要パターンに形成する。これにより、
第3層配線18は、第2スルーホール17を介して第2
層配線15に接続され、また第2スルーホール17を介
してドッドパターン15Aに接続され、さらに第1スル
ーホール14を介して第1層配線12に接続されること
になる。
【0006】このように、第1スルーホール14と第2
スルーホール17とからなる積層スルーホールを採用す
ることで、第1層配線12と第3層配線18とを平面上
の1点箇所において接続することができ、特に第2層配
線15の配線領域の制限を少なくし、第2層配線15の
配線パターン設計を容易にし、かつ高密度化が実現でき
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の積層
スルーホール構造では、第1スルーホール14と第2ス
ルーホール17との間にドットパターン15Aを介挿配
置しているが、このドットパターン15Aは、これが存
在していないと、図5に示すように、第2層配線15が
存在する箇所と、存在していない箇所とでは第2層間絶
縁膜16の膜厚が相違されることになる。このため、第
2スルーホール17を形成する際の第2層間絶縁膜16
の開口16aのエッチングの際に、第2層配線15が存
在していない積層スルーホールの箇所では、必要とされ
るエッチング量が多くなり、この箇所が充分に開口する
までエッチングを行うと、第2層配線15上の開口エッ
チングでは第2層配線15の膜厚に相当する分だけオー
バエッチが行われることになり、ここで生じる反応生成
物のデポジション等が配線表面に付着する等してスルー
ホールの信頼性が低下されることになる。
【0008】また、ドットパターンのような点状のパタ
ーンを形成する場合、通常の配線のようなラインとスペ
ースからなるパターンに比較してフォトリソグラフィに
おけるフォーカスマージンが小さくなる。このため、ド
ットパターンを形成する際は実際に配線として形成され
る最小幅よりも大きなパターンしか形成できないことに
なり、高集積化が困難になる。さらに、フォトレジスト
で形成したドットパターン用のマスクや、導体材料で形
成したドットパターンは下地材質との接触面積が小さい
ため密着性が悪く、ウェハプロセス途中で剥がれたり、
これが他の箇所に再付着したりすることがあり、所要の
箇所に所要のドットパターンを形成することが困難にな
り、半導体装置の製造歩留りを著しく損なうという問題
がある。本発明の目的は、ドットパターンを用いること
なく積層スルーホールを構成することが可能な半導体装
置とその製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、積層スルーホ
ールにおいて、第1層間絶縁膜に形成する第1スルーホ
ールはその上端部が第1層間絶縁膜よりも突出されてそ
の上端部の高さが前記第2層配線の上面高さと等しく形
成されて第2スルーホールに接続される構成とする。
【0010】また、本発明の製造方法は、本来の膜厚よ
りも第2層配線の膜厚に相当する厚さだけ厚く第1層間
絶縁膜を形成した上で、第1層間絶縁膜に開口を開設
し、かつ導体材料を充填して第1スルーホールを形成
し、その上で第1層間絶縁膜を第2層配線の膜厚に相当
する厚さだけエッチングして第1スルーホールの上端部
を第1層間絶縁膜よりも突出させた構成とし、しかる上
で第2層配線を形成し、さらに第2層間絶縁膜を形成し
た上で、第2スルーホール及び第3層配線を形成する工
程を含んでいる。
【0011】
【発明の実施の形態次に、本発明の実施の
形態について図面を参照して説明する。図1及び図2は
本発明の第1の実施形態を製造工程順に示す断面図であ
る。先ず、図1(a)のように、半導体基板1に所要の
素子を形成し、かつその表面には下地絶縁膜1aを形成
する。そして、この下地絶縁膜1a上にアルミニウムま
たはアルミニウム合金からなる第1層配線2を所要のパ
ターンに形成する。この第1層配線2の形成方法として
は、一般的に行われている方法、例えば前記した金属膜
を全面に形成した後、フォトレジストのマスクを所要パ
ターンに形成し、このフォトレジストマスクを利用して
金属膜を選択エッチングする方法が採用できる。 【0012】次いで、プラズマCVD法によりシリコン
酸化膜からなる第1層間絶縁膜3を全面に形成する。こ
こで、形成する第1層間絶縁膜3は本来必要とされる膜
厚よりもその膜厚を大きくしておくことが肝要である。
すなわち、本来必要とされる膜厚に、次工程で形成され
る第2層配線5の膜厚を加えた膜厚に形成する。例え
ば、第1層配線2上における第1層間絶縁膜3の本来の
膜厚が1μm、第2層配線5の膜厚が0.5μmと設定
するならば、ここで形成する第1層間絶縁膜3の膜厚は
第1層配線2上で1.5μmとなるように設定する。
【0013】しかる上で、前記第1層間絶縁膜3の所要
箇所を開口し、この開口内をタングステンで埋設する。
埋設法としては選択CVD法、またはブランケットCV
D法により全面にタングステンを成長した後にエッチバ
ックを行ってもよい。また、窒化チタンや窒化チタンと
チタンの積層膜をタングステン成長の前に形成してもよ
い。これにより、第1スルーホール4が形成される。
【0014】次に、図1(b)のように、第1スルーホ
ール4を構成するタングステンに対して第1層間絶縁膜
3を構成するシリコン酸化膜のエッチングレートが速い
条件で全面をエッチバックし、第1層間絶縁膜3を本来
の膜厚にまで薄くする。これにより、膜厚が低減された
分、第1スルーホール4を構成するタングステンの上端
部4aが第1層間絶縁膜3の上面から突出され、突部が
形成される。したがって、このタングステンの突部4a
は次に形成する第2層配線5の膜厚と同程度の高さとな
る。なお、エッチバックの方法としては、CF4 及びC
HF3 ガスでのRIE法(リアクティブイオンエッチン
グ法)が適用される。
【0015】次いで、図1(c)のように、前記第1層
間絶縁膜3の上の全面にアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金からなる配線導体膜5Aを形成する。ここでは、
450℃での高温スパッタリングによりアルミニウム原
子の流動性を高め、スパッタリング後のアルミニウム表
面の高さが第1スルーホール4の突部4aの高さと同じ
になるようにする。次いで、この配線導体膜5Aの上に
形成しようとする第2層配線のパターンにフォトレジス
ト6を形成する。ここで、前記第1スルーホール4のう
ち、その直上に第2スルーホールを配置して積層スルー
ホールを形成する箇所にはフォトレジスト6のパターン
が形成されないようにする。
【0016】そして、図2(a)のように、前記フォト
レジスト6をマスクに前記配線導体膜5Aをエッチング
し、第2層配線5を形成する。ここで、配線導体5Aが
アルミニウムまたはアルミニウム合金である場合、エッ
チングガスとしてCCl4 ,BCl3 ,Cl2 またはそ
れらの混合ガスを用いることで、前記第1スルーホール
4を構成するタングステンとの選択比を持たせることが
でき、このタングステンがエッチングされることが防止
される。
【0017】次いで、図2(b)のように、プラズマC
VD法によるシリコン酸化膜を成長して第2層間絶縁膜
7を形成する。さらに、この第2層間絶縁膜7上に形成
したフォトレジスト8をマスクとして第2層間絶縁膜7
に開口7aを設ける。この開口7aは、第2層配線5上
と、前記第1スルーホール4の突部4a上に形成する。
このとき、各開口7aにおける第2層間絶縁膜7の開口
深さ寸法は、それぞれ同じ寸法であるため、エッチング
すべき第2層間絶縁膜7の膜厚は等しく、したがって特
に第2層配線5上にオーバエッチングが生じることはな
い。このエッチング法としては、CF4 及びCHF3
スでのRIE法が適用できる。
【0018】次に、図2(c)のように、第2層間絶縁
膜7に設けた各開口7a内にそれぞれタングステンを埋
設し、第2スルーホール9が形成される。そして、前記
第2層間絶縁膜7上に第3層配線10を所要のパターン
に形成することで多層配線構造が完成される。これによ
り、第3層配線10は第2スルーホール9を介して第2
層配線5に接続され、或いは第2スルーホール9及び第
1スルーホール4からなる積層スルーホールによって第
1層配線2に接続されることになる。
【0019】このように、この実施形態の半導体装置で
は、第1スルーホール4の上端部に第2層配線5と同じ
膜厚の突部4aが存在しているため、ドットパターンを
形成しなくとも第2層間絶縁膜7に開口7aを開設する
際のエッチング深さが、第2層配線5が存在する部分と
積層スルーホールとの部分とで同じとなる。したがっ
て、エッチングを単一管理すれば、各開口7aを好適に
開設することができ、一部の開口においてオーバエッチ
ングが生じることはなく、オーバエッチングによって生
じるデポジションが発生することもない。これにより、
ドットパターンを形成することにより生じる問題、すな
わちドットパターンを形成するためのフォトレジストや
導体材料が不要となり、これらが剥がれることによって
生じる半導体装置の製造歩留りの低下を改善することが
可能となる。
【0020】図3は本発明の第2の実施形態の工程の一
部の断面図である。図1(b)までは、第1実施形態と
同様に形成した後、図3(a)のように、全面に通常の
スパッタ法、蒸着法等の方法で第2層の配線導体5Bを
全面に被着する。この形成方法では平坦性が確保されな
いため、同図のように、第1スルーホール4の突部4a
では第2層配線導体5Bはこの部分で突設された状態と
なる。
【0021】しかる上で、図3(b)のように、第2層
配線導体5Bの表面を機械的、あるいは化学機械的研磨
法により研磨し、少なくとも第1スルーホール4の突部
4aの表面を露呈させ、かつ第2層配線導体5Bの表面
を平坦化する。その後、図1(c)に示したと同様にフ
ォトレジストを利用して第2層配線導体5Bをエッチン
グすることで、第2層配線5が形成される。以下、図2
(a)〜(c)の工程を行うことで、第1実施形態と同
様な半導体装置を得ることができる。
【0022】この第2の実施形態においても、図には示
されないが、第1実施形態と同様に、第2層間絶縁膜7
のエッチング時に、第2層配線上と積層スルーホール上
とで第2層間絶縁膜のエッチング深さを等しくでき、ド
ットパターンを不要とし、製造歩留りの改善が可能とな
る。また、この実施形態では、第2層配線の膜厚は化学
機械的研磨で決まるため、第1スルーホールと第2層配
線導体の膜厚は所望の第2層配線の膜厚以上に設定して
おけばよく、プロセスの制御性が良いという利点があ
る。また、高温での導体スパッタや熱処理が不要であ
り、デバイス特性を劣化させることがないという利点も
ある。
【0023】なお、前記第1及び第2の各実施形態で
は、本発明を3層配線に適用した例を示しているが、本
発明においてはその層数はこれに限られるものではな
く、4層以上の配線も可能である。また、積層スルーホ
ールとしてスルーホールとスルーホールを積層した例を
示しているが、前記各実施形態の一方のスルーホールを
コンタクトホールに置き換えれば、コンタクトホールと
スルーホールとを積層した積層スルーホールについても
同様に適用できる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、積層スル
ーホールの下側に形成される第1スルーホールは、その
上端部が第1層間絶縁膜よりも突出されてその上端部の
高さが第2層配線の上面高さと等しく形成されているの
で、ドットパターンを設けなくとも第2層間絶縁膜に形
成する第2スルーホールの開口深さを、第2配線の存在
する箇所と存在しない箇所で等しくでき、オーバエッチ
ングにより生じるデポジションの発生を防止することが
できる。これにより、ドットパターンの形成時における
フォトレジストや導体膜の剥がれの発生が防止でき、信
頼性のある製造歩留りの高い半導体装置の製造が可能と
なる。
【0025】また、本発明の製造方法は、本来の膜厚よ
りも第2層配線の膜厚に相当する厚さだけ厚く第1層間
絶縁膜を形成した上で、第1層間絶縁膜に開口を開設
し、かつ導体材料を充填して第1スルーホールを形成
し、その上で第1層間絶縁膜を第2層配線の膜厚に相当
する厚さだけエッチングして第1スルーホールの上端部
を第1層間絶縁膜よりも突出させているので、ドットパ
ターンを設けなくとも、第1スルーホールの上端部の高
さを第2層配線の上面高さと等しくでき、ドットパター
ンが不要な積層スルーホールの製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を製造工程順に示す断
面図のその1である。
【図2】本発明の第1の実施形態を製造工程順に示す断
面図のその2のである。
【図3】本発明の第2の実施形態の工程一部を示す断面
図である。
【図4】従来の半導体装置を製造工程順に示す断面図で
ある。
【図5】従来の半導体装置の問題を説明するための断面
図である。
【符号の説明】
1 半導体基板 1a 下地絶縁膜 2 第1層配線 3 第1層間絶縁膜 4 第1スルーホール 5 第2層配線 7 第2層間絶縁膜 7a 開口 9 第2スルーホール 10 第3層配線

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1層間絶縁膜に設けた第1スルーホー
    ルにより第1層配線と第2層配線を接続し、第2層間絶
    縁膜に設けた第2スルーホールにより第2層配線と第3
    層配線を接続し、かつ前記第1スルーホールと第2スル
    ーホールを介して前記第1層配線と第3層配線とを接続
    した半導体装置において、前記第1スルーホールはその
    上端部の高さが前記第2層配線の上面高さと等しく形成
    されることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 第1スルーホールは第1層間絶縁膜に開
    設された開口内に導体材料を充填し、この導体材料の上
    端部を第1層間絶縁膜の上方に突出させてなる請求項1
    の半導体装置。
  3. 【請求項3】 第2層配線が存在しない領域の第2スル
    ーホールは第1スルーホールの上端部の直上に直接接触
    した状態で形成される請求項1または2の半導体装置。
  4. 【請求項4】 第1層配線を形成する工程と、この第1
    層配線を覆うように本来の膜厚よりも後記する第2層配
    線の膜厚に相当する厚さだけ厚く第1層間絶縁膜を形成
    する工程と、第1層間絶縁膜の必要箇所に前記第1層配
    線に達する開口を開設し、この開口内に導体材料を充填
    して第1スルーホールを形成する工程と、前記第1層間
    絶縁膜を第2層配線の膜厚に相当する厚さだけエッチン
    グする工程と、前記第2層間絶縁膜上に配線材料を平坦
    に形成し、かつこれをエッチングして第2層配線を形成
    する工程と、全面に第2層間絶縁膜を形成する工程と、
    前記第2層間絶縁膜に前記第2層配線及び第1スルーホ
    ールに達する開口を開設し、この開口内に導体材料を充
    填して第2スルーホールを形成する工程と、この第2ス
    ルーホールを含む必要領域に第3層配線を形成する工程
    を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 第1層配線を形成する工程と、この第1
    層配線を覆うように本来の膜厚よりも後記する第2層配
    線の膜厚に相当する厚さだけ厚く第1層間絶縁膜を形成
    する工程と、第1層間絶縁膜の必要箇所に前記第1層配
    線に達する開口を開設し、この開口内に導体材料を充填
    して第1スルーホールを形成する工程と、前記第1層間
    絶縁膜を第2層配線の膜厚に相当する厚さだけエッチン
    グする工程と、前記第2層間絶縁膜上に配線材料を被着
    し、かつこれを表面が平坦になるように研磨して第2層
    配線を形成する工程と、全面に第2層間絶縁膜を形成す
    る工程と、前記第2層間絶縁膜に前記第2層配線及び第
    1スルーホールに達する開口を開設し、この開口内に導
    体材料を充填して第2スルーホールを形成する工程と、
    この第2スルーホールを含む必要領域に第3層配線を形
    成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
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