JPS5834945A

JPS5834945A - 多層配線構造体

Info

Publication number: JPS5834945A
Application number: JP13260881A
Authority: JP
Inventors: Kinya Kato; 加藤　謹矢; Keizo Shiyudo; 首藤　啓三; Hirohiko Hasegawa; 長谷川　太彦; Hiroo Ito; 伊東　裕夫; Makoto Terajima; 寺島　諒
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1981-08-26
Filing date: 1981-08-26
Publication date: 1983-03-01

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】本発明は、集積回路素子上に構成された多層配線構造体
に関する。

公知のように集積回路は、半導体基板上に構成された多
数のトランジスタ等の回路素子と、これらの回路素子と
一体に構成され、回路素子を相互に接続する配線構造体
とからなる。また、配線構造体は、配線を構成する配・
線層とこれらの配線層間を絶縁する絶縁体層からなる。

集積回路で用いられる配線は極めて複雑であるため、配
線相互の衝突がしばしば生じる。この衝突を避けるため
、互いに絶縁された複数の配線層を設け、衝突しない配
線を一群として成る配線層に収容し、配線層間をスルー
ホールを以て連結し、立体交差構造として配線構造体を
構成する方法が従来より用いられてきた。かかる配線構
造体を有する集積回路の断面図を第１図に示す。１は回
路素子としてコレｐｐｃ　、ペースＢ、エミッタＥから
なるバイポーラトランジスタを構成する半導体基板、２
は半導体基板に近い下位の配線層内の配線（下位層配線
）、３は半導体基板より遠い上位の配線層内の配線（上
位層配線）、４．５は絶縁体層、６は配線層間の連結部
である。

しかるに、かかる配線構造体においては、上位層配線３
が下位層配線２と交差する場合、下位層配線の作る段差
７を乗シ越えるときに段差切れと称する断線を起こし易
いという欠点があった。また、上位層配線の製作工程に
おいて、下位層配線間の段差凹部に余分のフォトレジス
トが滞留スル等により、上位層配線の食刻精度を低下さ
せる欠点があった。

これらの欠点を除くため、従来より以下のような構造が
用いられて来た。すなわち、下位層配線を食刻法で形成
したのち、下位層配線を被覆するようにリンガラス、鉛
ガラス等からなる所定の温度で流動する絶縁体層を所望
の厚さに被着し、しかる後に所定の温度に加熱してリン
ガラス、鉛ガラス等の絶縁体層を流動させ、リンガラス
、鉛ガラス等を下位層配線間の段差凹部に充填し、下位
層配線の作る段差−を平坦化している。これによって、
前記の段差による欠点は解消される。第２図はこの構造
による配線構造体を有する集積回路の断面図である。こ
こで、１は半導体基板、１０は下位層配線、１１は上位
層配線、１２は流動させたリンガラス、鉛ガラス等の絶
縁体層である。

しかしながら、配線層を３層以上に積層する場合、上記
の構造には欠点が存在する。第３図は３層の配線層から
なる配線構１造体を有する集積回路の断面図である。１
は半導体基板、２０，２１．２２は各々第１．第２．第
３の配線層内の配線（各々第２４は流動させたリンガラ
ス、鉛ガラス等の絶縁体層である。第３図の配線槽□造
体において、第１層配線２０を形成した後、リンガラス
、鉛ガラス等の絶縁体層２３を流動させ第１層配線２０
の作る段差を平坦化し、次に第２層配線２１を形成し、
第１層配線２０の場合と同様にリンガラス、鉛ガラス等
の絶縁体層２４により第２層配線２１の作る段差を平坦
化し、最後に第３層配線２２を形成すれば、第３図の配
線構造体が原理的に得られる。しかし、この配線構造体
の製作過程において、絶縁体層を流動させて配線の作る
段差を平坦化する平坦化工程の温度が大きな問題となる
。すなわち、第２層配線２１の作る段差を平坦化するた
め、絶縁体層２４を流動させる温度において第１層配線
２ｏの作る段差を平坦化した岬縁体層２３．が再び流動
し、すでに形成ずみの第２層配線２１に擾乱を与え、せ
っかく形成された第２層配線２１に好ましからぬ変形を
与えるという欠点がある。一般にｎ層の配線構造体にお
いては、第１層配線の平坦化工程が第（ｉ−１）層以下
の配線に擾乱変形を与えることになる。ただし、ｎ層１
とする。

上記の欠点を防ぐものとしては、各配線層を平坦化する
流動する絶縁体層の軟化点を段階的に変化させ、基板か
ら遠い上位の配線層を平坦化する絶縁体層の軟化点を基
板に近い下位の配線層のそれよシ低く設定する構造が公
知である。一般に、前記の目的に使用される流動する絶
縁体層材料は特定の融点を有せず、温度の上昇と共に粘
度が低下する性質がある。従って、ここでは配線層を平
坦化するに必要な粘度となる温度を軟化点と呼ぶ。

かくすることにより、上位の配線層の平坦化工程におい
ても、下位の配線層を平坦化した絶縁体層が流動しない
ようにできるので、前記の擾乱変形の欠点は防止できる
。しかし、上記の軟化点における段階的変化法では軟化
点の異なる多種類の絶縁体材料を用意せねばならないの
で、製作工程の管理が複雑となり、製品が高価になると
いう欠点がある。さらに、上記の構造では、実現できる
配線層数に限りがあるという欠点がある。すなわち、多
種類の絶縁体材料の組成および流動させる温度を精度よ
く制御しても軟化点差を１５℃以下とすることはできな
いこと、集積回路素子の特性に悪影響を与え々い上限温
度が存在子ること、流動する絶縁体層の材料特性によっ
て決まる下限温度が存在することにより、使用できる流
動する絶縁体材料の種類が限られるためである。

本発明は、前記従来法の欠点を除去するため、所定の温
度で流動する絶縁体材料として基本的には一種類のみを
用いかつ流動させる温度を変えることなしに実現するこ
とができ、しかも実現できる配線層数に制限なしに段差
を平坦化した多層の配線構造体を提供することを目的と
する。

以下実施例によυ本発明の詳細な説明する。

（実施例１）第４図（ａ）　（ｂ）は本発明の二つの実施例であって
、４層の配線層を有する配線構造体の断面図である。

以下のすべての実施例の図においては、配線構造体を主
に示し、集積回路素子を構成した半導体基板は略して基
板とのみ記す。第４図において１は基板、３０　、３１
　、３２　、３３はモリブデン（Ｍｏ　）の配線、３４
　、３５　、３６は一酸化鉛（Ｐｂ０）と二酸化ケイ素
（Ｓｉｇｈ　）の等重量比からなるスパッタリングター
ゲットを用いてスパッタリング法で形成し形成直後に８
００℃で流動させて配線の作る段差を平坦化したＰｂＱ
　−５ｔｏ２系のガラスからなる絶縁体層、３７゜３８
　、３９は上記温度で流動しない二酸化ケイ素（Ｓｉ０
２）からなる絶縁体層である。各層の膜厚は、３０　、
３１　、３２　、３３が０．６　ｐｍ、　３４　、３５
　、３６が最大０．９　ｐ　ｍ　％３７　、３８　、３
９が０．３　ｐｍである。第４図の（ａ）と（ｂ）の違
いは、所定の温度で流動する絶縁体層と流動しない絶縁
体層の積層順序を逆にしたことにある。流動する絶縁体
層３４　、３５　、３６間に流動しない絶縁体層（第４
図（→では３７　、３Ｂ、第４図（ｂ）では３８　、３
９　）を介在させ、流動する絶縁体層３４　、３５をそ
れぞれ掩蔽、閉塞しているので、すべての流動する絶縁
体層の材料および流動させる温度を同一としても、閉塞
された流動する絶縁体層、は閉塞後のいずれの平坦化工
程においても流動できない。この結果、せないノで直接
積層して形成した配線構造体においては、第４図の３１
　、３２に相当する配線で約１００μｍ長で最大１０μ
ｍの横方向ずれが観察されたのに対し、本実施例では上
記理由により配線の擾乱変化は全く観察されないという
効果があった。従って、第４図の配線構造体上に第４図
（ａ）では３６，３９゜３３と同様な層、第４図（ｂ）
では３９　、３６　、３３と同様な層を順に繰り返し積
層することにより、配線層数に制限のない多層の配線構
造体が実現できる。

（実施例２）第５図は本発明の他のひとつの実施例であって、３層の
配線層を有する多層の配線構造体の断面図である。１は
基板、４０　、４１　、４２はモリブデン（ＭＯ）の配
線、４３、．４４　、４５は一酸化鉛（ＰｂＯ）と二酸
化ケイ素（Ｓｉ０２）の等重量比からなるスパッタリン
グターゲットを用いてスパッタリング法で形成し形成直
後に８００℃で流動させて配線の作る段差を平坦化した
ＰｂＯ５ｉｎｚ系のガラスからなる絶縁体層、４６　、
４７　、４８は上記温度で流動しない二酸化ケイ素（ｓ
ｔ’ｏ２）の絶縁体層である。各層の膜厚は４０が０．
５μｍ、４１．４２が０８７μｍ１４３が最大０８μｍ
１４４が０．３　ｐｍ、　４５が最大１μｍ、４６，４
７．４８が０．３　ｐｍである。本実施例では、実施例
１に比べ配線層間絶縁体層として流動する絶縁体層と流
動しない絶縁体層の複雑な組み合わせを用いている。し
かし、実施例１と同様に流動する絶縁体層間に流動しな
い絶縁体層を介在させているので、実施例１で述べたと
同様に配線の擾乱変形を生じない効果があった。従って
、第５図の配線構造体上に４３　、４６　。

４４　、４１　、４７　、４５　、４８　、４２と同様
な層を順に繰ね返し積層することにより、配線層数に限
りのない多層の配線構造体が実現できる。

（実施例３）第６図は本発明の他のひとつの実施例であって、３層の
配線層を有する配線構造体の断面図である。

１は基板、５０　、５１　、５２はモリブデン（ＭＯ）
の配線、５３　、５４　、５５　、５６は一酸化鉛（ｐ
ｂｏ　）　　と二酸化ケイ素（５ｉ０２　）の等重量比
からなるスパッタリングターゲットによりスパッタリン
グ法で形成し形成直後に８００℃で流動させて配線の作
る段差を平坦化したＰｂＯ−５ｉ０２系のガラスからな
る絶縁体層、５７゜５８　、５９　、６０は上記温度で
流動しない二酸化ケイ素（ＳｉＯｚ）の絶縁体層である
。各層の膜厚は５０が０．５ｐｍ、５１　、５２が０．
７　ｐｍ、　５３が最大０．８　ｐｍ　、　５５が最大
１ｐｍ、　５４，５６，５７，５８，５９．６０が０．
３　ｐｍである。

本実施例では実施例２に比べ配線層間絶縁体層として、
流動する絶縁体層と流動しない絶縁体層のさらに複雑な
組み合せを用いている。しかし、実施例１と同様に流動
する絶縁体層間に流動しない絶縁体層を介在させている
ので、実施例１と同様に配線の擾乱変形を生じない効果
があった。従って、第６図の配線構造体上に５７　、５
３　、５Ｂ　、　５４　、５１　。

５９　、５５　、６０　、５６　、５２と同様な層を順
に繰り返し積層することにより配線層数に限りのない多
層の配線構造体上（実施例４）第７図は本発明の他のひとつの実施例であって、４層の
配線層を有する配線構造体の断面図である。

１は基板、７０　、７１　、７２　、７３はモリブデン
（Ｍｏ）の配線、７４　、７５は一酸化鉛（ＰｂＯ）と
二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の等重量比からなるスパッタ
リングターゲットを用いスパッタリング法で形成し形成
直後に８００℃で流動させて配線の作る段差を平坦化し
たＰｂＯ５ｔｏ２系のガラスからなる絶縁体層、７６は
上記温度で流動しない二酸化ケイ素（ＳｉＯｚ）の絶縁
体層である。各層の膜厚は７０が０．５μｍ、？１，７
２゜７３が０．６μｍ１７４が最大１μｍ１７５が最大
１．７μｍ１７６が０．５μｍである。本実施例では、
２配線層内の配線７１　、７２の作る段差を一括して平
坦化している。

すなわち、本実施例は、必ずしも全配線層を遂−平坦化
する必要がない場合である。

本実施例においても、流動する絶縁体層間に流動しない
絶縁体層を介在させているので、実施例１と同様に配線
の擾乱変形を生じない効果があった。従って、第７図の
配線構造体上に７６　、７２．７５゜７３と同様な層を
順に積層することにより、配線層数に限りのない多層の
配線構造体が実現できる。

（実施例５）第８図は本発明の他のひとつの実施例であって、５層の
配線層を有する配線構造体の断面図である。

１は基板、８０　、８１　、８２　、８３　、８４はモ
リプデｙ（Ｍｏ）の配線、８５　、８６は一酸化鉛（Ｐ
ｂＯ）と二酸化ケイ素（Ｓｉ０２）の等重量比からなる
スパッタリングターゲットを用いスパッタリング法で形
成し形成直後に８００℃で流動させて配線の作る段差を
平坦化したＰｂＯ−５ｉ０２系のガラスからなる絶縁体
層、８７゜８８は上記温度で流動しない二酸化ケイ素（
５ｉ０２　）からなる絶縁体層でちる。各層の膜厚は、
８０，８１゜８２　、８３　、８４が０．５　ｐｍ、　
８５が最大１μｍ、８６が最大２μｍ、８７．８８が０
．５μｍである。本実施例では１．３配線層内の配線８
１　、８２　、８３の作る段差を一括して平坦化してい
る。すなわち、本実施例は、実施例４と同様に、必ずし
も全配線層を遂−平坦化する必要がない場合である。

本実施例においても、流動する絶縁体層間に流動しない
絶縁体層を介在させているので、実施例１と同様に配線
の擾乱変形を生じないという効果があった。従って、第
８図の配線構造体上に８７゜８２　、８８　、８３　、
８６　、８４と同様な層を順に積層することにより、配
線層数に限りのない多層の配線構造体が実現できる。

本発明の精神は、第１層配線の平坦化工程において、第
（ｉ−１）層重下の配線の擾乱変形を防く。

べく、流動する絶縁体層間に流動しない絶縁体層を介在
させ、流動する絶縁体層を掩蔽、閉塞することにより閉
塞した流動する絶縁体層の再流動を防止することにある
。従って、配線構造体としては実施例に限定されること
なく、本発明の上言己精神に反しない範囲において種々
の配線構造体カニ用いうる。

本発明における流動する絶縁体層の要件は、配線の作る
段差を絶縁体層の流動により平坦イヒし、その配線上に
交差して設けた配線の段差切れや食刻精度の低下を防止
することにある。従って、平坦化の程度は、上記目的が
達成できればよい。ゆえに流動する絶縁体層の材料とし
ては、実施ｆｌ］で述べたＰｂＯ−５ｉ０２系のガラス
に限定されることなく、実施例と異なる組成のＰｂＯ−
８ｉ０２系、　ｐｂｏ二Ｂ２０！　（二酸化ホウ素）　
−５ｔ（ｈ系、　ＺｎＯ（酸化亜鉛）−ＰｂＯ−Ｂ２０
３−５ｉＣ）２系、　ＺｎＯＢ２Ｏ３ＰｂＯ系。

ＺｎＯＢ２Ｏ３系等のガラスが用いうる。また、ポリス
チレン、ポリエチレン、ポリアミド、ポリセニレンサル
ファイド等の熱可塑性高分子、カルコゲナイドガラスな
ど種々の材料が用いうる。

さらに、流動させる温度も用いる流動する絶縁体層の材
料および所望の平坦化の程度に応じて選択しうる。

また、流動する絶縁体層の形成法は、実施例のスパッタ
リング法に限定されることなく、気相成長（ＣＶＤ）法
、真空蒸着法、塗布法等が用いうる。

一方、流動しない絶縁体層の要件は、上記の流動する絶
縁体層を流動させる温度で流動の生じないことである。

従って、流動しない絶縁体層の材料としては実施例で述
べた二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）に限定されることなく、
窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４’）　、アルミナ（ＡｔｚＯｓ
　）等が用いうる。さらに、流動しない絶縁体層は流動
する絶縁体層を流動させる温度によって相対的に決定さ
れるので、温度によっては流動する絶縁体層の説明にお
いて述べた各種のガラス、熱可塑性高分子、カルコゲナ
イドガラスなどが用いうる。

配線の材料としての要件は、流動する絶縁体層を流動さ
せる温度で溶解流動する絶縁体層または流動しない絶縁
体層との反応等、配線としての機能を消失する程の変形
、変質を生じないことである。従って、配線の材料とし
ては実施例のモリブデン（Ｍｏ　）に限定されることな
く、金（Ａｕ）、白金（ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、
チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｔ　）およびその合
金、タンタル（・’Ｔｈ）リン（Ｐ）またはヒ素（Ａｓ
）等の不純物を含んだ多結晶ケイ素、各種の金属シリサ
イドなどが用いうる０基板としては、バイポーラトランジスタ、電界効果トラ
ンジスタ等の集積回路素子を構成した半導体基板に限定
されることなく、アルミナ（ＡＬ２Ｃ）ｓ　）等からな
るセラミック板等を用いうる。

以上述べたように、本発明は、所定の温度で流動する絶
縁体層としては一種類のみを用い、かつ流動させる温度
を変えることなく多層の配線構造体が実現できるので、
実現できる配線層数に制限がなく、段差を平坦化した安
価の多層の配線構造体をうろことができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来法による配線構造体を有する集積回路の断
面図、第２図は第１図を改良した従来法による配線構造
体を有する集積回路の１１図、第３図は従来法を用いて
原理的に実現できる３層の配線構造体を有する集積回路
の断面図、第４図（ａ）（ｂ）、第５図、第６図、第７
図及び第８図は本発明による配線構造体の実施例を示す
断面図である。１・・・半導体基板（基板）、２　、３．１０，１１，
２０゜２１　、２２　、３０　、３１　、３２　、３３
　、４０　、４１　、４２　、５０　、５１　。５２　、７０　、７１　、７２　、７３　、８０　、８
１　、８２　、８３　、８４・・・配線、４．５・・・
絶縁体層、１２　、２３　、２４　、３４　、３５　、
３６　、４３　。４４　、４５　、５３　、５４　、５５　、５６　、７
４　、７５　、８５　、８６・・・流動する絶縁体層、
３７　、３８　、３９　、４６　、４７　、４８　、５
７　、５８　。５９　、６０　、７６　、８７　、８８・・・流動しな
い絶縁体層。

Claims

【特許請求の範囲】

所定の温度において流動する材料の絶縁体層の間に前記
所定の温度においては流動しない材料の絶縁体層を介在
させて構成された事を特徴とする多層配線構造体。