JPS5986245A - 半導体装置 - 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】 本発明は、多層配線構造を有する半導体集積回路装置に
関するものである。

電子回路の集積化が大規模になり、高密度の集積回路装
置の開発が進むにつれて、配線の交叉が避けられなくな
ってきた。また、大規模集積回路を一層の配線層で形成
すると、配線のためにチップ面積の７０チ程度が必要と
される。配線のための面積を減少させるためには、配線
を多層化することが、最も効果的であることは、言うま
でもない。このように、配線の交叉と、配線面積の縮小
という理由から、多層配線技術の必要性が最近共々必要
となってきている。

従来の多層配線構造を第１図から第３図を用いて説明す
る。第１図は、最も簡単な多層配線構造を示す断面図で
ある。この構造を工程順に説明するとまず最初にシリコ
ン基板１０１上に開孔部を有する絶縁膜１０２を形成し
、その上に第１の配線層としてアルミニウム膜１０３を
選択的に形成する。次に、前記アルミニウム膜１０３を
伊うように絶縁膜１０４を形成し、この絶縁膜に選択的
に開孔部が設けられる。（この開孔部をここではスルー
ホールと称することにする。）次に全面に真空蒸着法又
はスパッタ法で、アルミニウムを被着し、通常の７オト
レジスト技術で不要部分のアルミニウムを除去して第２
の配線層１０５を形成する。この方法によって実現され
る多層配線構造は、第１図にも示した通り、スルーホー
ル部分における第２の配線層が平坦部に比較して薄くな
りやすく、装置の信頼性を著しく低下させるだけでなく
、時には断線に至ることもあり、装置の収率を低下させ
る原因となる場合もある。

このようなスルーホール部での第２の配線層の不連続性
を補う方法としてスルーホールの側壁に傾針をつける。

いわゆるテーパーエッチ技術が開発されて（・るが、こ
の場合には、スルーホールの面積が増大するので、高密
度配線技術としては充分とは言えない。

また、最近急峻なスルーホール側壁に対しても充分な配
線層厚さが実現できる薄膜形成法として減圧状態での気
相成長法が開発された。この方法はアルミニウムやポリ
シリコンについて可能となっている。この方法によって
第２の配線層を設けた場合の装置断面を第２図に示す。

すなわち第２図の第２の配線層２０５は、スルーホール
の側壁に対して、平坦部の膜厚と同じ厚さだけ付着され
るので、断線の心配はない。しかしながら、第２図にお
いては、スルーホールの開孔部が大きいために、スルー
ホール部分を横切って第３の配線層を設けることは困難
である。このために、２層までの配線の多層化について
は本方法が有効であるが、それ以上の３層、４層配線に
は充分な技術であるとはいえない。

この具体例を第３図を用（・て説明する。第３図は選択
的に開孔された絶縁膜３０２を有する半導体基板３０１
上に配線層３０３，３０５，３０７，３０９を層間絶縁
膜３０３，３０６，３０８を介して４層に接続配線した
ものである。すなわち、第３図に示した従来の４層配線
構造においては、スルーホールにおける配線層のステッ
プカバレージの制限と、スルーホール部における段差の
問題から、スルーホールは少しづつずらして別の場所に
開けてゆかなければならない。また、１層目配線３０３
を４層目配線３０９と直接つなぐような深いスルーホー
ルは、不可能であった。このために、配線の自由度と、
配線に要する面積の縮小は、従来の多層配線技術では充
分ではなかった。

本発明の目的は従来の多層配線構造のもつこのような欠
点を除去するとともに、従来不可能であった任意の層間
における接続を可能とする多層配線を有する半導体装置
を提供することにある。

この発明によれば、基板の一生表面に設けられた第１の
電気配線層と、この電気配線層を５５絶縁膜と、この配
線層上の該絶縁膜に選択的に設けられた開孔部と、この
開孔部を通じて第１の電気配線層に接触して設けられる
第２の電気配線層を減圧状態での気相成長法で形成する
半導体装ｌにおいて、この絶縁膜に設けられる開孔部の
平面寸法が第２の電気配線層の厚さの２倍以下であるこ
とを特徴とする半導体装置が得られる。

次に本発明をよりよく理解するために、実施例を用いて
説明する。以下の説明では、便宜上、現在量も広く使用
されている材料、すなわち半導体としてシリコン、電極
配線材料としてアルミニウムを、また配線層間の絶縁膜
として気相成長法による二酸化硅素膜を例にとる。

第４図に示した本発明の第一の実施例は、周知の選択拡
散技術を用いて所定の回路素子が形成されているシリコ
ン基板４０１とこの基板の表面に被着し基板表面を保護
する第１の８　ｉ　０．膜４０２と、この絶縁膜４０２
に被着した電気配線層４０３と、この電気配線層４０３
を覆い、選択的に開孔部を有する第２のＳｔＯ，膜４０
４と、この絶縁膜４０４に被着した第２の電気配線層４
０５よりなる。

本実施例にお（・ては、第２の８１０！膜４０４に選択
的に設けられた開孔部（スルーホール）の平面寸法の一
回の長さＪは、第２の電気配線層４０５の平坦部におけ
る膜厚ｄの２倍以下の寸法に制限され、また、第２の電
気配線層４０５は、減圧状態での気相成長法によるアル
ミニウムにて形成される。なお沼は開孔部も平面形状が
円の場合はこの円の直径となり同様に考えられる。かか
る構成を有するこの実施例の半導体装置は、第２の雷、
気配線層４０５のスルーホール側面における膜厚が、平
坦部における膜厚とほぼ等しいために、スルーホールは
第２の電気配線層４０５で完全に埋められるため、スル
ーホールの−くぼみ瞬は無くなり、平坦化されたものと
なる。従ってスルーホール部における電気配線層の膜厚
減少による信頼性上の不安は完全に無くなり、高信頼度
の電気配線を具備した半導体装置を得ることができる。

またこの実施例に基づき、２層配線がなされた半導体装
置では、さらに３層、４層・・・・・・と多層化するこ
とが可能となり、半導体装置のパターン設計の自由度を
増し、高性能化がはかれる。

次に第５図を参照すると、第５図に示した本発明の実施
例は、所定の回路素子を有する半導体基板５０１と表面
保１１ｏための第１　ノＳ　ｉ　Ｏ，Ｎａ５０２と、こ
のＳｉｎ、層５０２の表面に被着して伸びる第１の電気
配線層５０３と、この第１の電気配線層５０３を覆う第
２の８１０２層５０４と、この５１０１層５０４の表面
に被着して伸びる第２の電気配線層５０５と、この第２
の電気配線層５０５を覆う第３の８ｉ０．ｒｊｉ５０６
と、このＳｉｎ。

１９１５０６の表面に被着して伸びる第３の電気配線層
５０７と、この第３の電気配線層５０７を覆う第４のＳ
ｔＯ，層５０８とから構成される。本実施例においては
、各配線層間に設けられる８ｉ０゜層５０４，５０６，
５０８に選択的に開孔されるスルーホールの平面寸法！
は各配線１１５０５，５０７，５０９の平坦部における
膜厚ｄの２倍以下の寸法に制限され、また各電気配線層
は減圧状態での気相成長法によるアルミニウムにて形成
される。さらに、各５ｉ０１層に開孔されるスルーホー
ルは各８ｉｏｔ層に対して個別に開けられる場合と、何
層かの８ＩＯ３をまとめて開けられる場合とがある。

かかる構成にすれば、すでに第４図を用（゛て説明した
実施例による効果が同様に得られ、３層配線を具備した
高信頼度の半導体装置を得ることができる。

さらに、本実施例による重要な効果は、第４の電気配線
１ｉｉ５０９け直接第１の電気配線ｆｉ！５０３に直接
、接続することができるので、半導体装置のパターンレ
イプラトの自由度が格段に増加し、集積度の向上および
、高性能化かされた高信頼度をもつ半導体装置が容易に
得られる。

以上述べた実施例において、電気配線層としてはアルミ
ニウムを例にとって説明したが、減圧状態の気相成長法
で作ることのできる導電膜、例えばポリシリコンやその
他の金属であってもよい。

また絶縁物としてはＳｉｎ、のみならず、堂化硅素膜で
も良く、またアルミニウム、チタン、タンタルジルコニ
ウム、ハフニク人などの酸化物でもよ（・。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は従来の多層配線構造を示す断面図で
ある。第４図、第５図は各々本発明の実施例を示す断面
図である。 なお、図において、１０１，２０１，３０１，４０１゜
５０１　・・・・・・半導体基板、１０２＊２０２，３
０２，４０２゜５０２・・・・・・表面ｇｌ、護膜、１
０３，１０５，２０３，２０５゜３０３．３０５，３０
７，３０９，４０３，４０５，５０３，５０５゜５０７
．５０９・・・・Ａ電気配線層、１０４，２０４゜３０
４．３０６，３０８，４０４，５０４１５０６゜５０８
・・・・・・絶縁膜、である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板の一主表面に設けられた第１の配線層と、該第１の
   配線層を覆う絶縁膜と、前記第１の配線層上の該絶縁膜
   に選択的に設けられた開孔部と、該開孔部を通じて前記
   第１の配線層に接触して設けられる第２の配＆！層を有
   する半導体装置において、前記開孔部の平面寸法が前記
   第２の配線層の厚さの２倍以下であることを特徴とする
   半導体装置。