JPS63107042A - 半導体装置およびその製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置の配線、特に多層配線に適用して
有効な技術に関する。

〔従来の技術〕

半導体装置では、搭載する半導体ペレットやその取付基
板に多層配線を形成することが行われている。この多層
配線は、一般にその層数が増えるにしたがい配線形成面
の凹凸が大きくなる傾向にある。そのため、層数が多い
場合１千は、絶縁層を間に介して積層され、かつその絶
縁層に形成された開口部で電気的接続が行われている下
位配線と上位配線との接触が不十分になったり、また段
差部における配線の厚さが薄（なり、十分な導通が確保
できなくなったりする問題がある。そこで、多層配線の
平坦化が重要になるが、この技術については１９８３年
８月２２日、日経マグロウヒル社発行、別冊「マイクロ
デバイセズＪ　Ｐ１３４に説明がある。

ところで、多層配線を平坦化する技術の一つに、下位配
線と上位配線との間の電気的接続を、該面配線の間に位
置する絶縁層に貫通孔を形成し、該貫通孔に導電材料を
充填して貫通配線を形成して行うものがある。この電気
的接続を行う具体的方法としては、たとえば下位配線の
うえに被着形成されている絶縁層の所定位置に貫通孔を
エツチング形成し、次いでその貫通孔に露出されている
下位配線の表面に絶縁層と同じ厚さまでタングステンを
選択的ＣＶＤ法により堆積させ、該貫通孔をタングステ
ンで充填して上記貫通配線を形成し、その後上位配線を
絶縁層の上に被着形成するものがある。

上記選択的ＣＶＤ法には、たとえば六フフ化タングステ
ン（ＷＦｇ）と水素（Ｈ２）との混合ガスを反応ガスと
して用いることができる。この場合、タングステンの堆
積は、上記貫通孔に露出されている下位配線表面に、該
下位配線に存在する還元物質により上記六フッ化タング
ステンが還元されて生成するタングステンが被着するこ
とで開始される。このようにタングステンが還元・被着
されると、そのタングステン、を核にして上記水素で還
元されて生成した新たなタングステンを順次凝集堆積さ
せることができ、上記貫通配線を形成することができる
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の如く、上記選択的ＣＶＤ法では、その開始時にお
いて六フッ化タングステンを、下位配線に存在する還元
物質により還元する反応が起こっている。したがって、
貫通配線の形成に上記選択的ＣＶＤ法の適用を可能にす
るためには、六フッ化タングステンを還元できるシリコ
ン等の物質が下位配線に存在している必要があり、この
ような還元性物質が存在しない材料、たとえばシリコン
を含゛有しないアルミニウムで上記下位配線が形成され
ている場合には、上記選択的ＣＶＤ法を適用することが
できないという問題のあることが本発明者により見出さ
れた。

本発明の目的は、下位配線に還元性物質が存在しない場
合であっても、該下位配線上の絶縁層に貫通配線を形成
する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
を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、下位配線の上に絶縁層を被着形成し、該絶縁
層の所定位置に貫通孔を形成し、少なくとも上記貫通孔
における下位配線層の表面に還元性導電層を被着形成し
、次いで上記還元性導電層で還元される化合物を含む反
応ガスを用いる選択的ＣＶＤ法で、該還元性導電層に導
電材料を被着・堆積させて貫通配線を形成した後、上位
配線の被着形成を行い、該上位配線と下位配線とが、上
記絶縁層に形成された貫通孔に、少なくとも下位配線の
表面近傍に位置する第１導電層と、該第１導電層に接触
する第２導電層とで形成された貫通配線を介して電気的
接続された多層配線を形成するものである。

〔作用〕

上記した手段によれば、下位配線に還元性物質が存在し
ない場合であっても、上記還元性導電層の上に導電材料
を選択的ＣＶＤ法で被着・堆積させるこができるため、
容易に上記貫通配線を形成する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り、第２図（ａ）〜（ｆ）は
上記半導体装置の製造工程の概略を示す拡大部分断面図
である。

本実施例の半導体装置は、シリコン（Ｓｉ）単結晶から
なる半導体基板１に種々の回路素子（図示せず）が形成
されてなるものであり、該半導体基板の上には上記回路
素子等との電気的接続を行うだめの多層配線が形成され
ているものである。

上記多層層配線は、半導体基板の上面に被着形成された
絶縁膜（図示せず）の上に第１配線２が被着形成されて
おり、該第１配線２の上には第１絶縁層３が、該第１絶
縁層３の上には第２配線４が、さらに該第２配線４の上
には第２絶縁層５がそれぞれ被着形成されているもので
ある。そして、上記第１配線２と第２配線４とは、上記
第１絶縁層３に形成されている貫通配線６を介して電気
的に接続されているものである。なお、上記第１配線２
および第２配線３はともにアルミニウム（Ａｌ）からな
り、第１絶縁Ｎ３および第２絶縁層５はそれぞれ二酸化
ケイ素（Ｓ＋０２）および窒化ケイ素（Ｓ　ｉ３Ｎ４　
）で形成されている。

本実施例においては、上記貫通配線が、第１絶縁層３に
形成されている貫通孔３ａの壁面とその底面である第１
配線の表面とに被着形成されているシリコンからなる第
１導電層７と該第１導電層に接触するタングステンから
なる第２導電層８とで形成されている。

次に、上記半導体装置の製造方法について説明する。

まず、常法に基づいて半導体基板１に第１配線２を、そ
の上に第１絶縁層３を形成し、該第１絶縁層３の上に所
定形状のレジスト膜９を形成し、第２図（ａ）の状態を
形成する。

次いで、上記レジスト膜９をマスクにして第１絶縁層３
をドライエツチングし、第２図（ｂ）のような貫通孔３
ａを形成した後、同図（Ｃ）に示すように７・リコンを
蒸着して還元性導電層７ａを全体（ご被着形成する。そ
して、上記レジスト膜９を溶解除去して、第２図（ｄ）
に示すような貫通孔３ａの壁面と底面とに被着された上
記還元性導電層７ａからなる第１導電層７を形成する。

その後、六フッ化タングステンを用いる選択的ＣＶＤ法
により、上記第１導電層７の表面にタングステンを選択
的に被着・堆積させ、第２図（ｅ）に示すようなタング
ステンからなる第２導電層８を形成する。この選択的Ｃ
ＶＤ法では、キャリアガスとして水素を用いている。す
なわち、反応ガスは、六フフ化タングステンと水素との
混合ガスである。

以上のように第１導電層７と第２導電層８とからなる貫
通配線を形成した後、常法に基づき第２配線を、さらに
その上に第２絶縁層５を形成することにより、第１図に
示す半導体装置の製造が達成される。

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）、第１配置２の上に第１絶縁層３をｖＬ着影形成
、該第１絶縁層３０所定位置に貫通孔３ａを形成し、上
記貫通孔３ａの壁面およびその底面である第１配線層２
の表面にシリコンからなる還元性導電層７ａを被着形成
して上記貫通孔３ａの中に第１導電層７を形成し、次い
で上記第１導電層７で還元される性質のある六フフ化タ
ングステンを含む反応ガスを用いて選択的ＣＶＤ法を行
い、該第１導電舊７にタングステンからなる第２導電層
８を被着・堆積させて貫通配線６を形成した後、第２配
線の被着形成を行うことにより、上記第１配線に上記六
フッ化タングステンを還元する物質が存在していない場
合であっても、還元性導電材料からなる第１導電層７の
上にタングステンを選択的に被着・堆積させることがで
きるので、シリコンからなる第１導電層７とタングステ
ンからなる第２導電層８とからなる貫通配線６を容易に
形成することができる。

（２）、上記（１）より、第１配線２を形成する材料に
関係なく貫通配線６を選択的ＣＶＤ法で形成することが
できるので、任意の導電材料を用いてなる多層配線につ
いてその平坦化を容易に達成することができる。

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い。

たとえば、貫通孔６の第１導電層７を構成する還元性導
電層７ａとしてシリコンを用いた場合について説明した
が、これに限るものでな（、六フフ化タングステンを還
元する性質があり、同一の目的に使用できる導電材料で
あれば種々使用可能である。また、反応ガスを構成する
六フッ化タングステンについても同様であり、少なくと
もＣＶＤ条件において所定の蒸気圧を有する化合物で、
容易に導電状態に還元される性質のあるものであればい
かなるものをも使用することができる。

なお、前記実施例では、第１導電層７がシリコンで形成
され°ている場合について説明したが、シリコンの単独
使用ではその電気的導通が不十分である場合には、ホウ
素（Ｂ）等のＰ型不純物やリン（Ｐ）等のＮ型不純物ま
たは他の導電性を付与する物質をシリコンに含有せしめ
てもよいことはいうまでもない。

また、前記実施例ではシリコンを第１絶縁層３に貫通孔
３ａを形成した後に蒸着形成する場合について示したが
、第１絶縁膜３を形成する前に第１配線２の全体または
所定部に予め被着しておいてもよい。

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半導体ペレットの内
部配線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、いわゆるマザーチップ
やパッケージ基板等の半導体ペレットを取付け、その電
気的接続のために用いる配線基板に適用しても有効な技
術である。

〔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、下位配線の上に絶縁層を被着形成し、該ａｔ
層の所定位置に貫通孔を形成し、少なくとも上記貫通孔
における下位配線層の表面に還元性導電層を被着形成し
、次いで上記還元性導電層で還元される化合物を含む反
応ガスを用いる選択的ＣＶＤ法で、該還元性導電層に導
電材料を被着・堆積させて貫通配線を形成した後、上位
配線の被着形成を行いうことにより、下位配線に還元性
物質が存在しない場合であっても、上記還元性導電層の
上に導電材料を選択的ＣＶＤ法で被着・堆積させるこが
できるので、該上位配線と下位配線とが、上記絶縁層に
形成された貫通孔に、少なくとも下位配線の表面近傍に
位置する第１導電層と、該第１導電層に接触する第２導
電層とで形成された貫通配線を介して電気的接続された
多層配線を容易に形成することができる。したがって、
上記配線を構成する導電材料の種類に関係なく、上記貫
通配線を形成することができ、任意の導電材料を用いた
多層配線についてその平坦化を達成できるものである。

【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（ａ）〜（ｆ）は上記半導体装置の製造工程の概
略を示す拡大部分断面図である。 １・・・半導体基板、２・・・第１配線、３・・・第１
Ｍ！縁層、４・・・第２配線、５・・・第２絶縁層、６
・・・貫通配線、７・・・第１導電層、８・・・第２導
電層、９・・・レジスト膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　その間に絶縁層を介して積層されてなる下位配線と
   上位配線とが、上記絶縁層に形成された貫通孔に導電材
   料を充填してなる貫通配線を介して電気的に接続されて
   いる多層配線を備えてなる半導体装置であって、上記貫
   通配線が、少なくとも下位配線の表面近傍に位置する第
   １導電層と、該第１導電層に接触する第２導電層とで形
   成されてなる半導体装置。 ２　上記第１導電層が、シリコンまたはシリコン主体の
   材料からなり、第２導電層がタングステンからなること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。 ３　上記下位配線がアルミニウムで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。 ４　上記多層配線が、半導体ペレットの内部配線である
   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。 ５　上記多層配線が、半導体ペレットの取付基板に形成
   されている配線であ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。 ６　下位配線の上に絶縁層を被着形成し、該絶縁層の所
   定位置に貫通孔を形成し、少なくとも上記貫通孔におけ
   る下位配線層の表面に還元性導電層を被着形成し、次い
   で導電材料を選択的ＣＶＤ法で上記還元性導電層に堆積
   させて貫通配線を形成した後、上位配線の被着形成を行
   う半導体装置の製造方法。 ７　上記還元性物質がシリコンであり、導電材料がタン
   グステンであることを特徴とする特許請求の範囲第６項
   記載の半導体装置の製造方法。 ８　上記下位配線が、アルミニウムで形成されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の半導体装置
   の製造方法。 ９　上記多層配線が、半導体ペレットの内部配線である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の半導体装
   置の製造方法。 １０　上記多層配線が、半導体ペレットの取付基板に形
   成されている配線であることを特徴とする特許請求の範
   囲第６項記載の半導体装置の製造方法。