JPS62194647A - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は金属多層配置ｌＡ構造を有する半導体装置の
製造方法に関し、特に第１層目配ＦｉｌｌＩのためのコ
ンタクト孔と第２１目配線層を第１層目配線層に電気的
に接続するためのコンタクト孔とが同一領域に形成され
る構成を有する半導体装置の配線形成方法に関する。

［従来の技術〕 近年半導体装置の高集積化が進むにつれて半導体チップ
上に形成される素子数が増大し、応じて配線本数も増加
し、この配線が占める面積が増大して集積度向上に対す
る障害となってきている。

この障害を除去するために、配線を多層構造にしかつ第
１層配線と半導体基板表面とを電気的に１妾統するため
のコンタクト孔と第１層配線と第２層配線とを電気的に
接続するためのコンタクト孔とを同一の領域に形成し配
線面積の低減化を図り、集積度を向上させる方法が行な
われてきている。

第３Ａ図ないし第３Ｃ図は従来の多層配線構造を有する
半導体装置の配線形成工程を概略的に示す断面図である
。以下、第３八図ないし第３Ｃ図を参照して従来の半導
体装置における配線形成工程について説明する。

第３Ａ図について説明する。半導体回路素子（図示せず
）が形成されたシリコン半導体基板１上にたとえはＣＶ
Ｄ法を用いてシリコン教化！！１２を形成した慢、写真
製版Ｊゴよひエツチング技法を用いてシリコン酸化膜２
の予め定められた領域に貫通孔（コンタクト孔）１０を
形成する。次に蒸着法あるいはスパッタリング法を用い
て第１層目のアルミニウム配線１１３を形成し、その後
、第１層目アルミニラｔ）配線１１３を予め定められた
形状にバターニングする。このとき、第１層目アルミニ
ウム配［１３のコンタクト孔１０ｇ４域においてＧＪ　
、絶縁膜でおるシリコン酸化膜２の段差により、段着が
形成される。

第３Ｂ図について説明する。バターニングされた第１層
目アルミニウム配線膠３上および絶縁膜であるシリコン
酸化膜２上にたとえばＣＶＤ法を用いてたとえばシリコ
ン窒化膜からなる１１間絶縁膜４を形成する。次にこの
ｌｌｌ１間絶縁［１１４を写真製版およびエツチング法
を用いてバターニングし・で。

第１ＷＡｒＡアルミニウム配線喚３のためのコンタクト
孔１０ど同一の領域に貫通孔（コンタクト孔）１１を形
成する。

第３Ｃ図について説明する。層間絶縁膜４および貫通孔
１１上の予め定められたｆ［に第２層目のアルミニウム
配線膜５を形成し、貫通孔１１を介して第２層目アルミ
ニウム配ｌｆＡ膜５を第１層目アルミニウム配線１１１
３に電気的に接続する。

［Ｆｌ明が解決しようとする問題点］ 第１層配線膜と半導体基板表面とを電気的に接続するた
めの第１の貫通孔（コンタクト孔）と第２配線膜を第１
配ｌｌＡ膜に電気的に接続するための第２の貫通孔とを
同一の領域に設けることにより集積度の向上を図る半導
体装置においては、第１の貫通孔領埴において第１層配
線膜に段差が形成されるために、第２層配線膜に対する
第２の貫通孔の実効的な段差が大きくなり、第２層配線
膜の第２の貫通孔領噴におけるステップカバレッジ（段
差被覆性）が悪化し、この領域において第１層アルミ配
ｌｉＱｍと第１層配線膜との１１５触不良や第２層ａｔ
！　ｍ　８１１のエレクトロマイグレーションを通じた
発熱、断線が生じることにより半導体装置の信頼性が損
われるという問題点があった９それゆえ、この発明の目
的は上述の問題点を除去し、第１層配線膜と第２層１１
ｉ！線膜との良好な電気的接続を実現することのできる
半導体装置の製造方法を提供することである。

［問題点を解決するための手段］ この発明における多層重！Ｑ構造を有する半導体装置の
製造方法は、第１層配線膜に形成される段差部を回転塗
１５　’ｏＪ能な流動性絶縁物を用いて充填するように
したものである。

し作用］ この発明におけろ回転塗布可能な流動性絶縁物は第１Ｍ
配線膜の第１の貝通孔領域における段差を容易に平坦化
し、ぞれにより第２饗配糊膜の第２の掲通孔饋域にお＋
フる段澄波口性を向上させ、第１１１配線膜と第２ＮＩ
！ｉｌ！線膜との良好な電気的接続を可能にする。

［発明の′Ｘ施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１１２！Ｉはこの発明の一実施例である半導体装置の
コンタクト孔領域における断面構造を電路的に示す図で
ある。第１図において、この発明に従う半導体装置の第
１Ｍ配線膜層は、シリコン酸化膜からなるＷＡ縁膜２上
の予め定められたｇＡ域に形成され、かつ第１の貫通孔
１０を介してシリコン半導体！Ｘ板１表面に電気的に接
続される第１１アルミ配線下層３ａと、第１層アルミニ
ウム配線下層３ａの段差部を平ｔＨ化するために充填さ
れる回転塗布可能な流動性酸化物であるＳＯＧ　＜スピ
ン・オン・ガラス）Ｉｌｌ７と、第１層アルミニウム配
線下層３ａおよびＳＯＧ膜７上に形成される平坦な第１
層アルミニウム配線上層３ｂと、５ＯＧｆｆ１７とアル
ミニウム配線層３ａ　、３ｂとの間に形成され、５ＯＧ
ｌ１７とアルミニウム配置１１３ａ　、３ｂとの反応を
防止するための分離用高融点金属層６とから構成される
。第１！ｌアルミニウム配線膜上には、第１層アルミニ
ウム配線層３ａ　、３ｂおよび絶縁Ｉ！　２上に形成さ
れ、かつ第１の貫通孔１０上に第２の貫通孔１１を有す
るｍ闇絶縁膜４と、ｍ間絶縁膜４上の予め定められた＃
１域に形成され、かつ第２の貫通孔１１を介して第１層
アルミ配線上層３ｂと電気的に接続される第２層アルミ
ニウム配線層５とが設けられる。ここで、第１層アルミ
ニウム配線下層３ａは、通常の多層配線構造におい・て
必要とされるＩＩＦｉＩの少なくとも２分の１以上の膜
厚を有し、これにより半導体基板１表面とのコンタクト
ｆａ域における配線抵抗の上昇の防止を図っている。第
１層アルミニウム配線上ＦＩ３ｂはＳＯＧ！１１７上を
平坦化するとともに第１１１目アルミニウム配Ｉｌ＋！
１１を通常のｍ厚と同程度にし、予め定められた配線抵
抗を実現するために設けられる。

高融点金属層６は、５ＯＧＩＷ７に含まれるシリコン等
の不純物が第１層アルミニウム配ＩＥｉｌ１３ａ　。

３ｂへ拡散し、第１層アルミニウム配置１！！！１３ａ
　。

３ｂにエレクトロマイグレーションを通じた発熱。

断線などが生じないようにするために設けられる。

第２八図ないし第２Ｇ図はこの発明の一実施例である半
導体装置の製造工程を工程順に示す断面図である。以下
、第２八図ないし第２Ｇ図を参照してこの発明の一実施
例である半導体装置の製造方法について説明する。

第２Ａ図において、たとえばシリコンからなる半導体基
板１表面上にＣＶＤ法等を用いてシリコン酸化膜などか
らなる絶縁ｆｉｌ　２を形成し１次に絶縁ｍ２の予め定
められたｒＲ域に写真製版およびエツチング法を用いて
第１の貫通孔１０を形成する。

その後、絶縁１１２および第１の貫通孔１ｏ上に蒸着法
またはスパッタリング法を用いて第１アルミニウム配線
下層３ａを形成する。ここで、第１の貫通孔１０領域に
おける配線抵抗の上昇を防ぐため、第１アルミニウム配
線下層３ａのＩｌｌ厚は従来の第１層アルミニウム配線
躾に必要とされる膜厚の１，７２以上にするのが望まし
い。

第２Ｂ図において、第１アルミニウム配線下層３ａ上に
第１アルミニウム配糧下１１１３ａと次に形成されるＳ
　ＯＧ　Ｉｌｌ　７とを分離するために高融点金属層６
ａをスパッタリング法またはＣＶＯ＠を用いて形成する
。

第２Ｃ図において、高融点金属層６ａ上に回転塗布法を
用いて１１１７１０００Å以上の５ｏＧＩＩＩ７を塗布
し、次に５ＯＧＩｌ１７をベークして固化させる。

第２Ｄ図において、Ｓ　ＯＧ　ｌ１ｌＩ　７を異方性エ
ツチング法を用いてエッチバックして第１の貫通孔１０
領域にのみ残し、第１層アルミニウム配線下層３ａの段
差を補償して平坦化する。

第２Ｅ図において、５ＯＧｆｆＩ７上および高融点金属
層６ａ上に再びスパッタリング法またはＣＶＤ法を用い
て高融点金属１Ｉ６ｂを形成する。この高融点金属１１
ｕ６ｂは５ＯＧｌ１７と次に形成される第１アルミニウ
ム配線上１１３ｂとの反応を防止するための分Ｉ１ｇと
して設けられる。

第２Ｆ図において、高融点金属層６（高融点金属１１６
ａおよび６ｂ）上に第１層目アルミニウム配線上１１３
ｂを蒸着法またはスパッタリング法を用いて形成する。

これにより第１層配５１１ｍ１は、その表面が平坦化さ
れるとともに従来の第１層目のアルミニウム配線層と同
程度の膜厚にされる。また従来の第１層アルミニウム配
線層と同一の配線抵抗が実現される。

第２Ｇ図において、第１層目アルミニウム配線下層３ａ
、高融点金属層６および第１層目アルミニウム配線上層
３ｂを予め定められた形状にバターニングした侵、たと
えばＣＶＤ法を用いて層間絶縁！１１４を形成する。そ
の後、層間絶１１８１４の予め定められたｆＡＲｌ、す
なわち第１のコンタクト孔１０と平面図的に見て重なり
合う領域に第２の間通孔１１を写貴製版およびエツチン
グ法を用いて形成する。この絶縁ＩＦＪ４および第２の
貫通孔１１上に第２Ｍ目アルミニウム配Ｉｉ！膜を形成
することにより、第１図に示される多層配線構造を有す
る半導体装置が得られる。

なお、上記実胎例においては配線材料をアルミニウムと
した場合について説明しているが、これに限定されずた
とえばアルミニウム合金を用いた場合においても同様の
効果を得ることができる。

また第１層目配ｍｓの段差を充填するための絶縁性材料
として５ＯＧＩＩを用いた場合について説明しているが
、ポリイミドなどの流動性絶縁物を用いて充填しても上
記実施例と同様の効果を得ることができる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、第１層目配ａｍに形
成される段差を回転塗布可能な流動性絶縁物を用いて充
填することにより平坦化しているので、第２層目配ｍｓ
を第１層目配線膜に接続するだめの第２の貫通孔領域に
おける段差被慣性が向上し、第１層目配線膜と第２層目
配置！１ｌｆｌｌとの確実な電気的接続を実現すること
ができ、信頼度の高い半導体装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である多層配置１！構造を
有する半導体装置のコンタクト孔（貫通孔）ｇＡ域にお
ける概略断面構造を示す図である。第２八図ないし第２
Ｇ図はこの発明の一実施例である多層配線構造を有する
半導体装置の製造工程を工程順に示した概略断面図であ
る。第３八図ないし第３Ｃ図は従来の多層配線構造を有
する半導体装置の製造工程を工程順に示す断面図である
。 図において、１は半導体！Ｉ阪、２は絶縁膜、３゜３８
．３１１は第１層目配線膜、４は層間１８縁膜、５は第
２層目配線膜、６．６ａ　、６ｂは高融点金Ｉ’１１．
７は回転塗布可能な流動性絶縁物層、１０は第１の貫通
孔、１１は第２の間通孔である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 第２８ｖｌＡ ３ａ：　　＊１４８ｅ）ＣＸＨＩ、　　　　　　６ａ：
　　　、ｔ−、、ｕ、＝＊ａ月（１ｏ：　　コンブ７ト
子ム第２Ｄ図

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板表面上に第１の絶縁膜を介して形成さ
   れる第１の配線層と前記第１配線層上に第２の絶縁膜を
   介して形成される第２配線層とを少なくとも備え、前記
   第１配線層を前記半導体基板表面に電気的に接続するた
   めに前記第１の絶縁膜に設けられる第１の貫通孔と前記
   第２配線層を前記第１配線層に電気的に接続するために
   前記第２絶縁膜に設けられる第２の貫通孔とが平面図的
   に見て互いに重なり合う領域に形成される半導体装置の
   製造方法であって、前記第１配線層は前記第１の貫通孔
   領域において凹状の段差を有しており、 前記第１配線層の前記段差を回転塗布可能な絶縁性材料
   で充填するステップを含む、半導体装置の製造方法。
2. （２）前記回転塗布可能な絶縁性材料で前記第１配線層
   の前記段差部を充填した後に、前記第１配線層上および
   前記回転塗布可能な絶縁性材料で充填された領域上に平
   坦な第３の金属配線層を形成するステップをさらに備え
   る、特許請求の範囲第１項記載の半導体装置の製造方法
   。
3. （３）前記回転塗布可能な絶縁性材料で前記第１配線層
   の前記段差部を充填する前に、前記第１配線層上に第４
   の金属層を形成するステップをさらに備える、特許請求
   の範囲第１項または第２項記載の半導体装置の製造方法
   。
4. （４）前記回転塗布可能な絶縁性材料はスピン・オン・
   ガラスである、特許請求の範囲第１項記載の半導体装置
   の製造方法。
5. （５）前記回転塗布可能な絶縁性材料はポリイミドであ
   る、特許請求の範囲第１項記載の半導体装置の製造方法
   。
6. （６）前記第３の金属配線層は、高融点金属層と前記高
   融点金属層上に形成されるアルミニウムまたはアルミニ
   ウム合金層とから構成される、特許請求の範囲第２項記
   載の半導体装置の製造方法。
7. （７）前記第４の金属層は高融点金属層である、特許請
   求の範囲第３項記載の半導体装置の製造方法。
8. （８）前記第１配線層および前記第２配線層はアルミニ
   ウムまたはアルミニウム合金を用いて構成される、特許
   請求の範囲第１項記載の半導体装置の製造方法。