JPS58184741A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の輌する技術分野〕 本発明は半導体素子や集積回路などの半導体装置の裏道
方法に係わり特に配線ｊｌｌ道が二階以上におよぶ多ｍ
配線構急の形成方法Ｃ：関丁る●〔従来技術とそのＢ照
点〕 従来、多層配線ｌｆ！愈の半導体素子や集積回路は、素
子Ｙ形成した半導体基板上シーシリコン酸化層などの絶
縁ｍな形成した後前記基板の振子と、その上の絶縁属上
に形成される配線導体との接続に必要な部分の絶縁属に
写真食刻法によって窓！あけ、これ１：よって旙出され
た基板と絶縁膜の全面上《ニアルミニウム等の部体ＷＡ
ｔ被着し、写真食刻法を用いて奉賛部分！除去して所定
のパターンのＩＪ１配線配線導体Ｐｍ酸形成さらにこの
上にシリコン酸化膿あるいはシリコン窒化展などの絶縁
ｍｖ気相成Ｉｋ法あるいは烏周技スパッタリング法尋（
二よリ［１１した後、その上に形成される配線等体層と
の！＆統に必要な部分の絶縁族に写真食刻法で＊ｖあけ
嘱その７＆：曲にアルミニウム勢の導体金員を蒸暑した
仮、写真食刻法で所定の配線パターンｌ有する第２の導
体−を形成する方法が行なわれている。

この様な従来のＭ這方法において線、第１の配線導体に
、よって生ずる股及などによって、第２の配線等体が紋
の側壁においてう丁くなりｌ１ｒｌｌＬや丁（なったり
、写真＊８法で形成した配線導体パターンが段の表部で
細くなったりし、配線の他麿性か劣る欠点があった。こ
の様な欠点を改善Ｔるため九ｌの配線等体上に平坦な絶
縁膜も形成する方法として例えは、ポリイミド＆脂など
の流動ｍ１分子材料を回転墓亜する方法がある。しかし
この方江櫨二おいても素子の微細化および配線占有内積
り６小化１ｎｆｉして以下の株な欠点がある。Ｔなわち
＊１の虻ｌｌ１Ａ専体上の絶縁膜に！２の配線導体と。

１０ケゎ工。６．４５、鱈０１．４゜。

とはソ同じ大きさの窓を形成する場合、写真★麹法での
マスクすれによって窓の白物の一端の絶縁膜に深い細溝
が生じる。ＩＪＩ図にこの様子を示す。

第１囚１＆１は平面図、第１因１ｂｌはそのＡ−ムＩ断
血図であり、１が半導体基板、２が二酸化シリコン族、
３が！Ｉｌｌの配線導体、４がポリイミド樹脂層、５が
接続窓、６が第２の配線導体である。第１因１ｂｌに示
す糠に接続窓５の底部の細婢部で第２の配線導体６、例
えはアルミニウムなどの蒸着膜か極端Ｃ１趣くなり第１
の配線等体３と第２の配線等体６との接続の（ｊｌｌｉ
性を著しく低下させる。上記マスクずれ全考慮して、接
続窓５の大きさｔ第１の配線導体３のｌ’ｐｃ比べて充
分小さくＴれば上記接続窓５の底部でのａ擲は鋳圧でき
るか、しかし例えば第１の配線導体３の巾が２ミクロン
（μｍ）の場合、接続窓５の大きさｖ１μｍ以下にする
必要があり、接続窓５が小さくなることによって、この
領域でのｓ２の配線導体６のアルミニウム蒸着膜が薄く
なり接続の信頼性が低下し、また接触抵抗も１・：。

増大し集積−路の高速動作Ｙ阻害する。上記問題！１避
するための従来法′１に：第２因に示す。第２図１ａｌ
は平面図、！ｌＩ４２図（ｔｅｌはその断面内であり、
ｌが半導体基板、２が二酸化シリコン属、３か第１の配
線導体、鴫がポリイミド展、５か接続窓、６が、第２の
配線導体である。ｓ２図に示す橡に第１の配線等体３の
巾を第２の配線等体６とＩ［Ｉ親する１５の領域で大き
くシ、Ｗ！続窓５Ｙ形成する写真食刻法でのマスクずれ
が生じても接続ｌ１５の底部か第１の配線導体３の巾を
はみ出さないＩＩＩ道が用いられている０写真食刻法で
のマスクずれが少くとも０．５μｍ程度生ずるため接続
窓５のｍ１ｉｔｉζ：おいてｇＩ＆ｌの配置１１導体の
巾ｔ−０，５μｍ以上広げている０このため、第１の配
線導体の間隔は広がり配線の占有山積が増大し半導体集
積ｂ＊＊置のチップナイズの輻小を阻害する。特Ｉ：接
続窓５ｖｌｌ接して多数設ける場合に影響する。また、
第１の配線導体の間隔が制限されるため素子の高密度化
も阻害され菓子の集積度を制限するｏＪＩ！に、第２の
配線導体３の細布化をも制限し配線ＰＩＩｖ多１１（：
形成する檻この影響が大きくなる。

〔発明の目的〕

本発明は、上記◆惰Ｖ考慮してなされたもので、その目
的とするところは従来の配置ｌ１ｔＩＩ間の接続方法を
改良し素子の集積度を鈍め信頼性の為い倣細な多階配置
Ｉ構、ｍ’を得る半導体装置の製電方法を提供すること
６二ある。

〔発明の概要〕

本発明は多触配線構迫の半都体ｖ装置の製造方法におい
てｓ　ｊＮ　１の配置＊＊体を形成した半導体基敷上櫨
二、第１の配置ｌＩｌ辱体闇の凹部を塩め、かつ第１の
配線等体の上部表内を露出する形に第１の絶縁＃を形成
し、次いでこの全血に第２の絶縁膜を形成し、次いで＄
２の１！Ｉ縁無のエツチング過度が第１の絶縁績のエツ
チング趣ｇＬ仁比べて速いエツチング法Ｖ用いて、第２
の絶縁族の所定領域に接続窓ｌ形成ししかる１１第２の
配ｍ導体を形成するようにした方法である。

〔発明の効果〕

本発明６二よれは、Ｔｈｌの配線導体の巾と絢じ大きさ
の接続窓を形成する場合、写真食刻法でのマスクずれが
生じても、′ｌｌｌＩ２の絶縁族のエツチング速度が第
１　（１）絶−展のエツチング過度よりも違いため、第
１の絶縁族は殆んどエツチングされずまた！１５１の配
線導体の上面とＩＪＩｌの絶縁族の上−がはソ同じで平
坦なため接続窓の販伽が平坦仁なるため接続窓での第２
の配線導体の断線が防止でき、１自籾性の＾い多階配線
が得られる。またｔＲ義息の大きさ６二対して第ｌの配
線導体のｒｐを広くする必蒙がないので配置Ｉ導体の細
密化が可能となり配線の占′４４向横が小さくなり、ま
た素子の＾！Ｉｆｍ化ができるためテップサイズが小さ
くしかも高集積の半導体装置が得られる。

〔発明の実施例〕

以下本発明の具体的実施例について図Ｉｊｔ場いて説明
する。

実施例１ ２　）ｍ　ｊ／ｇ道の配線形成（二本発明を進用した場
合（：ついて、第３１７１ａｌ〜ｔｅｌを用いて説明す
る。先ず、第３図１．１に示す如＜＆：ｗＪ嵩子↑受動
素子が形成さ、：・、：１ れたシリコン１板１１１に絶縁族、例えばＶ！ｌ：１ン
歇化ｐｓ１２ｔ４１Ｌ場した後、必要な接続窓を−けて
、この窓も含めかｊ紀シリコン酸化＠１２上亀；第１の
配線導体！例えばマグネトロンスノ（ツタ法ζ−より厚
さ〜０．８しμｍ〕のアルミニウムＩｎ被看した後、該
アルミニウムｍｖ写臭食刻加工亀ユよって所定のアルミ
ニウム配線パターン１３に形成した。

次６二該アルミニウム配線パターン１３表面上を含む１
ｈ板全向上（二第１の絶縁族として流動性＾分子族例え
ばポリイミド樹脂論を回転塗布した後所定の加熱処理例
えば１５０℃３０分間、次いで３００℃３０分間の熱処
理を施して樹脂を慕合させて十分に硬化さセた＾分子極
胆膜１４Ｙ形成した。この工程じおいて、第１の絶縁膜
としての高分子樹脂＄１４はＩｒ１Ｊ記アルミニウム配
線）（ターン１３の段差上≦二はｙ平坦に形成される。

この実施例では、＾分子ｍ＆Ｉ１４の厚さがアルミニウ
ム配線）（ターン１３の上部表向において−０，２〔μ
ｍ〕、またアルミニウム配線パターン１３の凹部におい
て〜０．８〔μｍ〕になる様にした。＄１の配線導体で
あるア１１１ ルミニウム配線パターン１３は、実ＩＮ−は、その配線
巾および隣接Ｔる配線相互の間隔が興なるものが画一的
に多数形成され、能動素子や受動素子の相互を接続して
集積回路を槙成しているが、第３図１ａｌにはアルミニ
ウム配線パターン、１３として七の配線巾が〜２（μｍ
〕、隣接する配線相互の閲嶋か〜３〔μｍ〕の場合のｌ
Ｉ＋　ｔｈ＋彫状を示した。

次に第３図１ｔ＋１４二不丁如く、前記、為分子樹脂層
１４の表面全体をエツチング除去して創紀アルずニウム
配線パターン１３の上部表面ｖｍ出させた・該エツテン
、グ除云工程は、ヒドラジンヒトラードとエチレンジア
ミンの混合溶液によるエツチング、Ａ　Ｉ−等のガスｌ
用いたスパッタエツチングあるいはＯｔガスを用いた反
応性イオンエツチング等の方仏で打なうことができるが
、本実施例では反応性イオンエツチング法により平行平
＆朧の装置を用い簡周波−力印加側に試料を置きＡｊｉ
ｍ波電カー１５０（Ｌ〕圧力〜１（Ｐａ）、Ｏｔ　ＭＬ
　Ｍ　−２０（ｃｃ／ｍ　）の条件下で１Ｊなった。

次に第３図ＩＣ１（二示すダロく、第２の絶縁膜とし【
、例えは８１Ｈ４とＮ、Ｏガスとｌ用いたプラズマ気相
成！ＩＬｌ去により〜２５０（℃）の温度でシリコン酸
化Ｊ１１１５７〜０６〔μｍ〕の厚さ形成した・ 次いで第３図１ｄｌに示す如く、第２の絶縁族であ′る
シリコン酸化ＮｌＡｌ５上にフォトレジスト族１６を回
転塗布し、通常の写Ａ″Ｊ！：刻陽Ｃ−より７オトレジ
スト膜１６の所定領域に窓を形成した後、反応性イオン
エツチング法（二より例えば為周波電力〜１００（Ｗ）
、圧力〜１．３３（Ｐａ）、ａｙ、〜３０Ｃ，ＱＣ７鋼
〕の条件下でシリコン酸化ａ１１１５に〜２〔μｍ〕の
大きさの妃［１続窓１７Ｙ開孔した。上記工程も二お（
１【、写真食刻法でのマスク合わせずれによって配線接
続窓１７は、アルミニウム配線〕くターン１３力為らず
れるが、シリコン酸化ｌｌｌ１１５χｃ’ｙ、ガスｌ用
ｂ）た反応性イオンエッチ法によりエツチングした場合
、上記エツチング粂件においてシリコン酸イヒ誤１５の
エツチング速度が〜５００〔ム／−＝）であるのＣニル
べて、ｔＩ７ＩＩｌの絶縁膜としたポリイミド樹脂ａ１
４は殆んどエツチングされずまたアルミニウムｉ［１３
のエツチング速度も〜１０（Ａ／ｍ’ｓ）と小さｂＸた
め第３（２）ｌｄｌに示したようじ配線接続窓１７の底
部は殆んど平坦な状態が得られた。

次いで前記ホトレジスト展１６Ｖ除去した後第２配Ｗ都
体として例えばマグネトロンスパッタ法により犀さ〜ｌ
〔μｍ〕のアルミニウムａｌｌ　８１’値看しだ後１該
アルミニウムｌｉｔ　ｓｖ写＾負陶加工によって〜２．
５〔μｍ）中のアルミニウム配線パターンを形成して！
Ｊ３図（θ）に示す如く２層構造のアルミニラム配置１
ｋｗ形成した。かくして得られた多層配線の配線特性を
―べた結果、ｊｌ！ｌのアルミニウム配線中が１〜３〔
声ｍ］二対して配！Ｉ接続窓の大きさが各々１〜３〔μ
ｍ′〕で、１つのテップ轟り壱々２゜万個有する配線構
造において、第１のアルミニウム配線と第２のアルミニ
ウム配線との接続のチップ歩留りは〜９０　［ｓ）以上
であり、従来法で形成した接続歩留りが一１０Ｃ％）ｍ
１度であるのに比べて大巾に改善され）また配線の通電
寿命においても着しい改善がみられ信頼性の高い黴細な
多層配線が得られた◎ 同、上記実施例仁おいて、第・２の絶ｌｉＩ展として、
：１ プラズマ気相成長法により形成したシリコン酸化ｍｖ用
いた場合について説明したか、該第２の絶縁膜は配線接
続窓！開孔するエツチング除去６：おいて、第１の絶縁
属に比べてエツチング速度が遅Ｌ［−ｃあｔＬＩｆよく
、シリコン酸化族の他、ン！Ｊ　コン窒化膜等の無機Ｉ
Ｉをプラズマ気相成ｉｊｃ法、熱分解決あるいはスパッ
タ法により形成してもよく１またケイ素化合物ｔアルコ
ールに＃解したいゎゆるスピンオンガラスＩＩＹ用いて
もよい。また上記実施例では第２のＷＩ！、縁膜として
一層の農！形成した場合について説明したがこの他に、
第２の絶縁膜のＴ−鳩に！ＩＩＩの絶縁族のエツチング
速度（＝比べて遅い絶縁ａを被着してその上に下層の絶
縁属に比べてエツチング速度の進い別の絶縁Ｍｖ被被着
てもよい。

実施例２ 実施例１でに、第１の絶縁属として流動性為分子１１ｔ
−用いた場合Ｃついて説明したが、本実施例では第五の
絶縁属として無機絶縁ｊＩｌ用いて２層構造の配線を形
成し・穴場合（二ついて！Ｉｉ図（ａｌ〜（ｅ１１ １用いて説明する。

先づ、第４図（ａｌ　（二示す如〈実施例１で述べたと
同様４ニジてシリコン基板２１上にシリコン酸化膜　　
　　′２２を介して、第１の配線等体として犀さ−０，
８〔μｍ　）　（Ｄアルミニウム組繊パターン２３χ形
成シた後販アルミニクム配−パターン２３表血上ｌ含む
基板全向上（ユ弗ｌの絶縁族として例えはシリコン窒化
膜２４・ｔプラズマ気相成員法により８ｉＨ４とＮＨ，
ガス！用いて温度〜３０（ｌ（：℃）において犀さ〜ｌ
（μｍ）ｉｌ珈Ｔる・ 次に、本発明省等が先（ｎｉｌ嶌した反応性イオンエツ
チング法を利用した絶縁膜の平坦化法（特纏昭５５−１
３０７５４号特願昭５５−１５０１７９号）を用いて前
記シリコン輩化ｗＡ２４の表面全体ｔエツチング除去す
る・例えば、ｃ１４にＨ，を２５〔悌〕龜加し、＾周仮
篭圧１５０（Ｗ）圧力１．３３（Ｐａ）での反応性イオ
ンエツチングＣ二より駒組シリコン酸化族２４の表１ｌ
ｉｌ全体をエツチング除去すると繭記アルミニウム配線
パターン２３の凸部では遥＜一方、凹ｓ２は遅くエツチ
ングか進むため、アルミニウム配線パターン２３の上部
表内に被着したシリコン窒化膜２４が除去されるところ
でエツチングを止ぬることにより＊４１＆１ｂｌＣ示す
如く、アルミニウム配線パターン２３の凹部Ｃニシリコ
ン窒化腕２４がアルミニウム配＠２３の厚さとはｙ同じ
厚さに残存し平坦な表向が得られる。

次に弗４図１ｃｌに示す如く、ｉＪ２の絶縁属としてス
パッタ法によりシリコン酸化ＪＩ２５Ｙ厚さ−０，８〔
μｍ〕形成した。次いで、！＄４図１ｄｌに示す如く、
第２の絶縁属であるシリコン酸化膜２５上に７オトレジ
スト農２６１’回転ｍ布し通常の写真食刻法によりフオ
トレソス）［２６の所定領域（二窓を形成した後、反応
性イオンエツチング法（二より例えは、＾周波電力＝ｌ
ＯＯＬＷ）、圧力−１，３３（Ｐａ）Ｃｋ’４−２４（
ｃｃ／―））ｌ、−９（ｃｃ／＝ｉ）の条件下でシリコ
ン酸化膜２５＆二配１ＩｉＡ接続窓２７Ｙ開孔した。咳
反応性イオンエツチングにおいて、シリコン酸化膜２５
のエツチング速度が〜１ｏＯＬＡ／ｓ”＋）であるの砿
ニルべて第１の絶＃ｊＩ展としたシリコン窒化膜２４は
殆んどエツチングされず第４１ｍ１（１１に示したよう
に配線接続窓２７の底部は平坦に加工される。

次いで、削紀フオトレジス）ｌ１２６１＃去した後、第
２の配線導体として、実ｋＨ１で述べたと同様の方法に
よりアルミニウム配線パターン２８を形成した◇かくし
て得られたアルミニウムの２−配線の配線特性は、実施
例１で得られた結電と同等の特性が侍られ、イ担幀性の
＾い倣細な多層配線が形成された。この多項配線ｙｏ−
ｍｏａゲートアレーの東横回ｗＸに適用したところ素子
の微細化、Ａ＠茨化が改害され、１だ配線の占有面積が
１小され、回路の動作速度の違いしかも信馴性の鳥い半
導体装置が得られた。

同、上記実施例では、第１のアルミニウム配線パターン
の凹部ｌ埋めかつそのアルミニウムパターンの上部表面
ｔＩＩ出して、第１の絶縁膜音形成する方法として、シ
リコン窒化膜をＣ１，と■、ガラス用いた反応性イオン
エツチング法の場合について説明したが、この他Ｃ，？
、　、Ｏ，ν、のガスＶＭいてもよくまた水素ｆ　Ｈ，
の形で加える代りにｃｉｙ１ガスｌ用いてもよい。さＰ
）＆：ｊｊ％の絶ｍ膜としてシリコン線化ｍｖ形成し、
その上にシリコン窒化膜ｌ槓鳩した後反応性イオンエツ
チング法６：よりシリコン電化ｍｖ除去してシリコン献
化誤を第１の絶縁膜とした後、第２の絶縁族としてシリ
コン値化ｓｉ’を用いてもよい。またｍｌのアルミニウ
ム配線パターンの凹部Ｙ埋め、かつそのアルミニウムパ
ターンの上部表向を露出して第１の絶縁膜を形成する方
法として、例えば、第１の絶縁属上にレジスト、オルガ
ノシリケートガラス、＾分１ｍ脂躾等のｌｌ！ａＩｉＩ
ｌｉｔｈｌン塗布して削記第１の絶縁膜表向ｌなだらか
口した後、前記１Ｊ１の絶縁膜と有機膜のエツチング速
度かは譬等しくなるエツチング法により第１の絶縁膜表
面をエツチング除去してもよい。また、上記実施例では
第２の絶縁膜として、−階のｗｋを形成した場合じつい
て説明したが、この他にＢ２の絶縁膜の下Ｆ＃ＡＩ：第
ｌの絶縁膜のエツチング速度（ニルべて遅い絶縁膜を被
着した後その」二ζ二下鳩の絶縁膜に比べてエツチング
速度の速い別の絶縁１１１ｖ被看した構造であってもよ
い。

狗、上記実施例１１：、１．２では配線導体としてアル
ミニウムを用いたが柚の導体層、例えはモリブデン、タ
ングステン、タンタル、白金および前記硅化物、多結畠
シリコンζ二対しても本発明が通用されるごとはいうま
でもない。又、上記いずれの実施例においても配に導体
を２層に設けた場合６二ついて説明したが、３ＰＩｉＩ
以上の配線導体を設けた多層配線も、上紀冥施例で述べ
た方法！くり返し打なうことにより得られ本発明は有効
である。父上記島実施例では第５図１ａｌ〜（ｃ１＆二
示す如く配Ｉｌ！ＩＩ繞窓３７の大きさＢ、、Ｂヨか等
しく、ｓｌの配線導体３３の中入に比べて、配！接続＠
３７の大きさか大きい場合１ａｌはソ等しい場合（ｂｌ
、および小さい場合１ｃｌについ′Ｃ述べたが、１８６
　因１ａｌ〜ｌａｌに示した如＜　ＢｌよりＢ、ｔ−長
くしたｌｓｍ、又はｓ７図１ｍｌ　−１ｃｌに示した如
（Ｂ、よりＢ２も短かくした構造であってもよい。又第
２の配線導体は、配線接続窓の全てｔお＼うｅｔ道でも
、あるいは第１の配線等体の一部に接続して配ＩＩ接続
窓の１伽に配設されるＩＩＩ遺であってもよい。

【図面の簡単な説明】

ｍ１図１ａｌ、（１）ｌおよび第２図１ｍｌ、（ｂｌは
従来の多鵬配＃Ｍ襖造での接続部を示す図、第３図１ｍ
ｌ　−１・）および第４区Ｔａｌ〜ｔｅｌは、本発明の
実施例を示す工Ｓ歎ある０ 図に蒙いて、 １．１１．２１・・・半導体基板、 ２．１２．２２・・・絶縁＊　（ｆｉｌ化シリコンＩＩ
）、３．１３．２３．３３．４３．５３・・・第１の配
線導体（アルミニウムｊｌＪｉｌ）％ 偽、１４．２４−＄　１　ノ１ｉｂｍ族、５．１７．２
７．３７．４７．５７−・・配線接＊ＷＸ。 ６．１８．２ｇ−Ｂ２＋７）配線導体（フル＜＝’ｙｂ
ｌｌｉｔｌｋ）、１５．２５・・・Ｉ８２の絶縁膜、 １６．２６・・・フォトレジスト族。 （７３１７）　　代理人　弁理士　則　近　雁　佑（他
１名） 第　　１　　図 第　　２　囚 第　　３　　図 第４図 第　　５　　図 第　　６　　図 （ａ）　　　ｒ７））ｒｃ） 第　　７　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１第１の配線導体を形成した半導体基板上に第ｌの
   配！Ｉ導体間の凹部を塩め、かつ第１の配線導体の上部
   表面！露出する形に１１７ｋｌの絶縁属Ｖ形成する工程
   と、この全面に第２の絶縁属を形成する工程と、第２の
   絶縁属のエツチング適度かｊｌｌの絶縁属のエツチング
   速度に比べて迷いエツチング法を用いて第２の絶縁属の
   所定領域に接続窓を形成し、しかる後部２の配線導体を
   形成するニーとを備えたこと！特徴とする半導体装置の
   裏道方法。 （２１第１の配線導体の巾と同じ分またはそれより大き
   い配線接続窓を形成することを特徴とする前記特許請求
   の範囲第１項記載の半導体装置の製電方法。 ＋３１　　第２の絶縁膜のエツチング速度が前記ＩＮ１
   の絶縁膜のエツチング速度に比べて通いエツチング方法
   として反応性イオンエツチング法を用いたことを特徴と
   する特許 の半導体装置の！Ｉｌｌ埴方法。