JPS62298135A - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置、特にその多層配線の信頬性向上
に適用して有効な技術に関する。

〔従来の技術〕

半導体装置では、一般にシリコン単結晶等からなる半導
体基板に種々の回路素子が形成されており、該基板の表
面上には上記回路素子等と電気的導通を行うための多層
配線が形成されている。この多層配線については、１９
８５年９月１日、日経マグロウヒル社発行、「日経マイ
クロデバイス」９月号、Ｐ７１に説明がある。

多層配線は、たとえば次のようにして形成することがで
きる。すなわち、第１絶縁層上に所定形状の第１配線Ｎ
（下部配線層）を形成した後、全体に第２絶縁層を形成
する。この第２絶１（層の所定位置には、上記第１配線
層が露出する４通孔を形成し、その後該導通孔に重なる
ように所定形状の第２配線層を被着形成する。その結果
、上記導通孔において、第１配ｖＡ層と第２配線層との
電気的接続が達成されるものである。そして、上記工程
を繰り返すことにより、第３絶縁層、第３配線層、その
上の第４絶縁層等の如く順次積層形成することができ、
各配線層の電気的接続を有機的に行うことができるもの
である。

ところで、配線層間の電気的接続を行う場所である上記
導通孔の壁面には、その上に被着する配線層のステップ
カバレジを高めるために、絶縁層の表面から深さ方向に
その径が小さくなるような傾斜が付けられているのが一
般である。

また、配線層を、その酸化物が絶縁性である、たとえば
アルミニウム（Ａｊりで形成する場合には、前記第１配
線層と第２配線層との関係で説明すれば、次の問題があ
る。すなわち、上記第１配線層上の絶縁層に導通孔を形
成した後、該絶Ｕ層上に第２配線層を被着する段階にお
いては、それまでの処理により上記導通孔に露出されて
いる配線層の表面が酸化され、酸化アルミニウム（Ａｆ
２０３）の膜が形成されている。したがって、そのまま
の状態で上記第２配線層を被着形成しても、第１配線層
と第２配線層との電気的接続がとれないことになる。そ
のために、第２配線層を被着形成する直前に、たとえば
スパッタエツチングを行い、上記導通孔の第１配線層の
表面に形成されている酸化膜を除去することが必要にな
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、導通孔が前記のような傾斜された壁面で形成
されている場合には、特に、スパッタエツチングを行う
と、上記壁面の絶縁物も同時にエツチングされ、その一
部が導通孔の第１配線層の表面に再付着を起こし、結局
、第１配線層の表面に新たな絶縁膜が形成されることに
なる。そのため、第１配線層と第２配線層との電気的接
続を確実に行うことができないという新たな問題が生し
ることが本発明者により見い出された。

本発明の目的は、その酸化物が絶縁性である金属を用い
て多層配線を形成する場合でも、配線層間の電気的接続
を確実に行うことができる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を闇単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、その酸化物が絶縁性である金属で多層配線の
配線層を形成する場合、下部配線層と上部配線層とを、
該両扉電層間にある絶縁層に形成された導通孔において
下部配線層上に設けられた導電性の金属酸化膜または金
属窒化膜を介して電気的に接続するものである。

〔作用〕

上記した手段によれば、下部配線層上に導電性の金属酸
化膜または金属窒化膜を設けておくことにより、その上
の絶縁層に導通孔を形成する場合には、該４通孔におけ
る下部配線層の酸化を防止することができるため、その
後のスパッタエツチングを行うことなく上部配線層の被
着形成を行い、上記両配線層間の電気的接続を１１実に
行うことができるものである。

〔実施例〕

第１図は、本発明による一実施例である半導体装置の概
略を示す拡大部分断面図である。また、第２図ｔａ＋〜
（Ｃ１は、上記半導体装置の多層配線の形成工程の概略
を示す部分断面図である。

本実施例の半導体装置は、シリコン（Ｓｉ）ｊｌ結晶か
らなる半導体基板１に、種々の回路素子（図示せず。）
が形成されているものである。そして、上記回路素子の
上には、該回路素子等の電気的接続を行うための多層配
線が形成されている。

上記多層配線を具体的に説明すれば、基板１の上面全体
に被着されているフィールド酸化膜（第１絶縁層）２の
上に所定形状の第１配線層３が被着形成されている。フ
ィールド酸化膜２は二酸化ケイ素（Ｓ　ＩＯｚ　）で、
また第１配線層はアルミニウム（Ａ１）でそれぞれ形成
されている。

また、上記第１配ｖＡ層３の上には同じく二酸化ケイ素
からなる第２絶縁層４が形成されており、該絶縁層４に
は上記第１配線層と電気的導通をとるための導通孔５が
形成されている。そして、上記第２配線層上には導通孔
５を塞ぐようにして所定形状のアルミニウムからなる第
２配線層６が被着形成されており、該第２配線層の上に
はファイナルパッシベーション層７が形成されている。

なお、上記導通孔５では、その壁面の下に向かって径が
小さくなる傾斜がつけられており、第２配線層のステッ
プカバレジの向上が閏られている。

本実施例では、上記第１配線層と第２配線層とが、該第
１配線層の表面に被着されている窒化チタン膜（導電性
の金属窒化膜）８を介して達成されているものである。

次に、上記多層配線の形成工程を説明する。

まず、回路素子等の形成が完了した半導体基板にフィー
ルド酸化膜２をＣＶＤ法で形成し、次いで該フィールド
酸化膜２の上に、その表面に窒化チタン膜８が被着され
た所定形状の第１配線Ｎ３を第２図ｔａ＋のように被着
形成する。上記第１配線層３は、フィールド酸化膜２の
上面全体にアルミニウム層を被着し、該アルミニウム層
の表面に、たとえばプラズマＣＶＤまたはスパツクで窒
化チタン膜を被着した後、通常のりソグラフィ技術で形
成することができる。

上記のように、第１配線Ｎ３を形成した後、全体に第２
配線層を形成し、この第２絶縁層に常法に基づいて、第
２図（ｂｌに示すような壁面に傾斜を持つ導電孔５をエ
ツチング形成し、上記第１配線層３の表面の窒化チタン
膜８を露出させる。

次いで、第２図ｔｃ）に示すように、第２配線層６を前
記第１配線層３と同様の方法で所定の形状に被着形成す
る。その後、ファイナルパッシベーション層をＣＶＤ法
で形成することにより、第１図に示す多層配線を形成す
ることができる。

このように、本実施例によれば以下の効果を得ることが
できる。

（１）、アルミニウムからなる第１配線層３の表面に導
電性の窒化チタン膜８を被着することにより、上記配線
層３の上に被着する第２絶縁層４に該配線１３の表面が
露出された導通孔５を形成する場合、その処理工程にお
いて第１配線層３の表面が酸化され、酸化アルミニウム
（Ａ　ｉ　ｚ○、）からなる絶縁膜が形成されることを
防止できるので、上記導通孔５を形成した後、直ちに第
２配線層６を被着形成しても、上記第１配線層および第
２配線層の間の電気的接続を確実に達成することができ
る。

（２）、上記（１）により、導通孔５の形成後に、そこ
までの処理工程で第１配線層３の表面に生成した絶縁膜
を除去するためのスパッタエツチングの工程を排除する
ことができる。

（３）、上記（２）により、壁面に所定の傾斜を設けた
まま導通孔５の径を縮小できるので、ステップカバレジ
が確保された配線層の微細化が可能となる。

（４）、上記（２）および（３）により、電気的導通が
確かな微細配線が形成された半導体装置の製造を可能に
する。

（５）、上記（４）により、高集積度の半導体装置を提
供できる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもなたとえば、第１配線層のアル
ミニウムの上に直接窒化チタン膜を被着した例を示した
が、これに限るものでな（、上記アルミニウムの上に金
属チタンを被着し、該金属チタンの表面を窒化処理した
ものであってもよいことはいうまでもない。

また、前記実施例の窒化チタンはＴｉＮｘで表すことが
できる。ここでＸは必ずしも化学量論的関係を満足する
ものに限るものでなく１、具体的には窒化チタン膜８に
適切な酸化防止能と導電性能等とを付与できる値として
決定されるものである。

さらに、導電性の窒化膜としては、チタンに限らず、タ
ングステン（Ｗ）またはタンタル（Ｔａ）等、その窒化
物が導電性を有し、かつ耐酸化性を存している金属であ
れば如何なるものも利用できる。

また、窒化膜に限るものでなく、酸化チタン等の酸化膜
であっても、所期の目的が達成できるものであれば種々
の金属酸化膜をも利用できるものである。

また、多層配線の例として、２Ｎ構造のみを示したが、
これに限るものでなく、３Ｎ以上であってもよいことは
いうまでもない。

さらに、多層配線の形成材料は、前記実施例に示したも
のに限るものでな（、所期の目的が達成できる範囲で種
々変更できることはいうまでもない、たとえば、配線層
としてはアルミニウムからなるものについて示したが、
アルミニウムを主成分とする合金であってもよいことは
いうまでもなく、その他、その酸化物が絶縁性である金
属であれば如何なるものについても適用できるものであ
る。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるシリコン単結晶から
なる半導体装置に適用した場合について説明したが、こ
れに限定されるものではなく、たとえば、ガリウム・ヒ
素単結晶等からなる化合物半導体装置に適用できること
はいうまでもない。

〔発明の効果〕 本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。

すなわち、配線層が、その酸化物が絶縁性である金属で
形成されてなる多層配線について、下部配線層と上部配
線層とを、該再配線層間にある絶縁層に形成された導通
孔において、下部配線層上に設けられた導電性の金属酸
化膜または金属窒化膜を介して電気的に接続することに
より、上記導通孔をエツチング形成する場合に下部配線
層の表面が酸化されることを防止できるので、そのまま
上部配線層を被着形成することにより、下部配線層と上
部配線層の電気的接触を確保することができるものであ
る。

したがって、導通孔における下部配線層の表面に生成す
る酸化＆ｆｉ　！＆膜のスパッタエツチングの工程を排
除できることにより、工程短縮を可能にすることができ
ると同時に、上記導通孔の壁面に傾斜をつける場合であ
っても、該壁面をスパッタエツチングすることに起因す
る下部配線層への絶縁物の再付着の問題も解消できるの
で、ステップカバレジの高い配線層を微細化することが
可能となり、半導体装置の高集積化に通した多層配線を
提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例である半導体装置の概略
を示す拡大部分断面図、 第２図（ａｌ〜（ｃｌは上記半導体装置の多層配線の形
成工程の概略を示す部分断面図である。 ｌ・・・半導体基板、２・・・フィールド酸化膜（第１
絶縁層）、３・・・第１配線層、４・・・第２絶縁層、
５・・・導通孔、６・・・第２配線層、７・・・フィイ
ナルパンシベーション層、８・・・窒化チタン膜（導電
性の金属窒化膜）。 ／ご

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板に形成された多層配線を構成する配線層
   が、その酸化物が絶縁性である金属で形成され、下部配
   線層と上部配線層とが、該両配線層間に位置する絶縁層
   に形成された導通孔において上記下部配線層上に設けら
   れた導電性の金属酸化膜または金属窒化膜を介して電気
   的に接続されてなる半導体装置。 ２、上記導電性の金属酸化膜または金属窒化膜が下部配
   線層上に被着された他の金属層の表面に形成されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装
   置。 ３、配線層がアルミニウムまたはそれを主体とする合金
   で形成され、導電性の金属窒化膜が窒化チタンからなる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装
   置。