JPS63287035A - 多層配線をもつ半導体集積回路装置 - 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】 （技術分野） 本発明は多層配線をもつ半導体集積回路装置に関するも
のである。

（従来の技術） 半導体集積回路装置では、例えばシリコン基板などの半
導体基板にトランジスタなどの素子を形成し、それらの
素子の間及び素子と外部とを接続するためにアルミニウ
ムなどの金属層によって配線を形成する。　　　゛ 集積度が高くなって１つの半導体基板に多数の素子が形
成されるようになると、配線は一層だけでは済まず、多
層に形成されるようになる。多層配線は下層配線と上層
配線の間に層間絶縁膜を介在させて配線間を絶縁すると
ともに、必要な部分には層間絶縁膜にスルーホールを設
けてそのスルーホールの開口部を経て下層配線と上層配
線とを接続するようにしている。

第６図に従来の多層配線における下層配線パターンを示
し、第８図にそのＡ−Ａ線位置での断面図を示す。

２は例えばアルミニウム届にてなる配線であり、半導体
基板にトランジスタなどの素子が形成された下地１２上
に形成されている。配線２上には層間絶縁膜６が形成さ
れ１層間絶縁膜６にはスルーホール８があけられて上層
配線１０と下層配線２とがスルーホール８を経て接続さ
れる。

下層配線２と上層配線１０が接続される部分、すなわち
スルーホール８が設けられる部分では、スルーホール８
の開口幅よりも大きいランド部３が形成されている。ラ
ンド部３は配線２の幅よりも広く設定されている。

このようにランド部３が設けられるのは、スルーホール
８と下層配線２との重ね合わせのずれを見込んで余裕を
与えるためである。第１０図に示されるように、もしラ
ンド部３を設けなかった場合。

重ね合わせのずれが発生すると開口部８が配線２から食
み出して下地１２までエツチングする。１２ｂは下地１
２がエツチングされた部分である。

これにより、上層の配線ｌＯと下地１２の配線や素子と
が短絡したり、電流がリークする原因となる。

ランド部３を設けると、高密度化を図る上で妨げになる
。

（目的） 本発明は半導体集積回路装置の多層配線の集積度を上げ
ることを目的とするものである。

（構成） 本発明では、多層配線の下層配線を被う層間絶縁膜の下
部に耐エツチング性の絶縁膜又は前記下層配線下部の絶
縁膜より厚い絶縁膜を形成し、かつ、前記下層配線が上
層配線に接続される部分にはその下層配線よりも広い幅
のランド部が設けられていない。

以下、実施例について具体的に説明する。

第１図（Ｅ）は一実施例を表わす。なお図において、同
一の部分には同一の符号を付す。

下地１２上にアルミニウム配線２が形成されており、配
線２よりも薄い酸化アルミニウムの絶縁膜１６が配線２
の外側に形成されている。配線２及び酸化アルミニウム
絶縁膜１６上に設けられた層間絶縁膜６のスルーホール
１４を経て、上層配線１０と下層配線２が接続されてい
る。

次に、本実施例の製造方法を説明する。

従来の半導体集積回路装置の製造プロセスに従って下地
１２を形成し、スルーホールの形成まで行なう。その上
に下層配線メタル層を形成し、レジストのパターンを形
成する。そして、そのレジストをマスクにして第１図（
Ａ）示されるように下層配線メタル層をエツチングし、
下層配線２とその外側に約１０００Ａ程度のアルミニウ
ム膜２ａが残るようにする。その後、レジスト１８を残
した状態で酸素イオンを全面にイオン注入する。イオン
注入条件は、加速電圧が例えば５０ＫｅＶ、ドーズ量が
例えば５Ｘ１０”７ｃｍ”である。

同図（Ｂ）に示されるようにレジスト１８を除去する。

そして３００〜５００℃の熱処理を行なって注入した酸
素を活性化し、アルミニウム膜２ａを酸化アルミニウム
膜１６にする。なお、この熱処理工程は省略することが
できる。すなわち、後の工程で層間絶縁膜を形成する際
に熱処理が施こされるので１層間絶縁膜形成用の熱処理
で代用することができるからである。

同図（Ｃ）に示されるように、全面に例えば５ｉＯｚの
層間絶縁膜６を堆積し、その上にレジスト２０を塗布し
、レジスト２０にはスルーホールを形成するためのパタ
ーン化を施す。このときのスルーホールの開口幅は下層
配線１２の配線幅よりも大きくてもよい。

次に、同図（Ｄ）に示されるように、レジスト２０をマ
スクにして層間絶縁膜６をエツチングし、スルーホール
１４を形成する０層間絶縁膜６のエツチングには、例え
ばフッ素系のガスを用いたプラズマエツチングを使用す
る。このエツチング工程はオーバエツチングになっても
よい、フッ素系のプラズマエツチングではアルミニウム
と酸化アルミニウムはエツチングされないので、エツチ
ングが酸化アルミニウム膜１６で停止し、下地１２まで
エツチングが及ぶことがない。

その後、通常の配線工程によって上層の配線１０を形成
すると、同図（Ｅ）に示される実施例が得られる。

この実施例では二層配線が示されているが、三層、四層
などの多層配線を形成するには、更に上記の同図（Ａ）
〜（Ｅ）で示される工程を繰り返せばよい。

第２図（Ｅ）は第２の実施例を表わす。

第１図（Ｅ）の実施例と比較すると、下層配線２の側壁
にも酸化アルミニウムの絶縁膜が形成されている点で相
違する。

第２図（Ａ）〜（Ｅ）により本実施例の製造方法を説明
する。

従来の半導体集積回路装置の製造工程に従って下地１２
を形成し、スルーホールの形成まで行なう。下地１２上
に第２図（Ａ）に示されるように下層配線層を形成して
フォトリソグラフィ・エツチングによって配線２を形成
する。配線２の形成に用いたフォトレジスト１８を残し
たままで、スパッタリング法によって再度アルミニウム
膜２２を形成する。アルミニウム膜Ｌ！２の厚さは約１
００ＯＡである。

そして、全面に酸素イオンをイオン注入する。

イオン注入条件は、加速電圧が例えば５０ＫｅＶ、ドー
ズ量が５Ｘ１０”／ｃｍ”である。

同図（Ｂ）に示されるように、レジスト１８を除去する
。このリフトオフによってレジスト１８上のアルミニウ
ム膜も除去される。

次に、３００〜５００℃の熱処理を行なって注入した酸
素を活性化し、アルミニウム膜２２を酸化アルミニウム
膜１６ａに変える。なお、この熱処理工程は第１図の実
施例と同様に後の層間絶縁膜形成時の熱処理で代用する
ようにしてもよい。

同図（Ｃ）に示されるように、層間絶縁膜６を堆積し、
フォトレジスト２０を塗布して第１図の実施例と同様に
スルーホール形成用のパターン化を行なう、この場合も
スルーホール開口幅は下層配線２の幅よりも大きくても
よい。

同図（Ｄ）に示されるように、エツチングによって層間
絶縁膜６にスルーホール１４を形成する。

この場合もエツチングは例えばフッ素系のプラズマエツ
チングで行なう。このエツチングはオーバエツチングに
なっても酸化アルミニウム膜１６ａがストッパとして働
き、下地１２までエツチングされることはない。

この後、同図（Ｅ）に示されるように、通常の工程によ
り上層配線工０を形成する。

さらに多層配線とすることができることも第１図の実施
例と同様である。

第３図（Ｃ）は第３の実施例を表わす。

下地の最上層がＢＰＳＧ膜２４膜島４、ＢＰＳＧ膜２４
上２４上配線２が形成されており、下層配線２よりも幅
の広いスルーホール１６が層間絶縁膜６に形成され、上
層の配線１０がそのスルーホール１４を介して下層配線
２と接続されている。

本実施例の製造方法を第３図（Ａ）〜（Ｃ）により説明
する。

ＢＰＳＧ膜２４上２４上配線２を形成し、下層配線２を
被って層間絶縁膜６を形成する０層間絶縁膜６としては
ＳｉＯ２膜を使用する。

層間絶縁膜６上にフォトレジスト２０を塗布し、フォト
レジスト２０にスルーホール形成用のパターンを形成す
る。このスルーホール開口幅は配線２の幅よりも大きく
てもよい。

次に、同図（Ｂ）に示されるように、フォトレジスト２
０をマスクにしてウェットエツチングを行なう、エツチ
ング液はＳｉＯ２に対するエッチレートが大きく、ＢＰ
ＳＧに対するエッチレートが小さいもの、例えばＨＦや
ＢＨＦなどのフッ酸系のエツチング液を選ぶ、これによ
り、オーバエツチングを行なってもエツチングがＢＰＳ
Ｇ膜２４膜島４り、それより下の下地がエツチングされ
ることはない。

その後は同図（Ｃ）に示されるように、通常の工程に従
って上層配線１０を形成する。　　　　　゛本実施例で
も以上の工程を繰り返せばさらに多層の配線を形成する
ことができる。

第４図（Ｆ）は第４の実施例を表わす。

トランジスタなどの素子が形成されたシリコン基板２５
上に層間絶縁膜２６が形成されて下地１２を構成してい
る。下地１２上には下層配線２が形成され、下層配線２
とシリコン基板２５の素子とがスルーホールを介して接
続している。

配線２の外側には約１０００人程度のＳｉＣにてなる絶
縁膜２８が形成されており、配線２及び５ｉＣ４＠縁膜
２８上に形成された層間絶縁膜６にはスルーホール１４
が形成され、上層配線１０がスルーホール１４を介して
下層配線２と接続されている。

第４図（Ａ）〜同図（Ｆ）によって本実施例の製造方法
を説明する。

従来の製造工程によって層間絶縁膜２６にスルーホール
を設ける段階まで形成し、下層電極膜を形成して、同図
（Ａ）に示されるように、フォトレジスト１８をマスク
にしてエツチングを行ない、配線２を形成する。

次に、同図（Ｂ）に示されるように、フォトレジスト１
８を残した状態で全面にＳｉＣ膜２８をスパッタリング
法により約１００ＯＡの厚さに形成する。

次に、同図（Ｃ）に示されるように、−シスト１８を除
去すると、レジス１１８上のＳｉＣ膜はリフトオフによ
って除去され、ＳｉＣ膜２８は層間絶縁膜２６上にだけ
残る。

次に、同図（Ｄ）に示されるように、ＣＶＤ法によって
層間絶縁膜６を形成し、上記の実施例と同様にしてスル
ーホールを形成するためのフォトレジスト２０を形成す
る。この場合もスルーホール用の開口の幅は下層配線２
の幅よりも大きくてもよい。

次に、同図（Ｅ）に示されるように、レジスト２０をマ
スクにして、ＣＦ　４ガスを用いたプラズマエツチング
により層間絶縁膜６をエツチングしてスルーホール１４
を形成する。同図（Ｅ）はスルーホール１４の形成後、
レジスト２０を除去した状態を表わしている。

このドライエツチング工程では、ＳｉＣ膜２８はＣＦ　
４でエツチングされないので、下部の層間絶縁膜２６が
エツチングされることがない。

その後、通常の工程に従って同図（Ｆ）に示されるよう
に上層配線１０を形成する。上層配線ｌＯと下層配線２
はスルーホール１４を介して接続される。

本実施例でもさらに多層の配線を形成する場合には、同
図（Ａ）から同図（Ｆ）までの工程を繰り返せばよい。

なお、本実施例では層間絶縁膜２６上にＳｉＣ膜２８が
残るが、ＳｉＣ膜２８は絶縁物であり、何ら問題はなく
、むしろ耐湿性があるので信頼性が向上する。

第５図（Ｅ）は第５の実施例を表わす。

下地上層の層間絶縁膜１２ａは通常の層間絶縁膜より厚
く形成され、その凹部に下層配線２が形成されている。

層間絶縁膜１２ａ上にはＳＯＧ膜３膜製０して層間絶縁
膜６が形成され、層間絶縁膜６に設けられた下層配線２
より幅の広い開口のスルーホール１４を介して、下層配
線２と上層配線１０が接続されている。

第５図（Ａ）〜同図（Ｅ）により本実施例の製造方法を
説明する。

同図（Ａ）に示されるように、半導体集積回路装置の通
常の製造プロセスに従って下地のスルーホールの形成ま
で行なう、ただし、通常の層間絶縁膜の膜厚は７０００
〜１００００人程度であるが、この場合は下地の上層に
ある層間絶縁膜１２ａは通常の層間絶縁膜の膜厚よりも
下層配線２の膜厚分の５０００〜１００００人程度を厚
く堆積しておく、シたがって、層間絶縁膜１２ａの厚さ
は１２０００〜２００００人とする。

そして、下層配線２を形成する凹部３２を形成するため
のフォトレジスト３４を形成する。

レジスト３４をマスクにして層間絶縁膜１２ａをエツチ
ングする。このエツチングは下層配線２の膜厚分だけ行
なう、これによって、同図（Ｂ）に示されるように、層
間絶縁膜１２ａに凹部３２が形成される。

レジスト３４を除去した後、下層配線２を形成するため
の配線金属層を形成し、フォトリソグラフィ工程とエツ
チングによってその金属層をパターン化して配線２を形
成する。

次に、同図（Ｃ）に示されるように、ＳＯＧ膜３膜製０
布して表面を平坦化し、３００〜５００℃でベーキング
を行なう。

その後、層間絶縁膜６を堆積し、その上にスルーホール
を形成するためのフォトレジスト２ｏを形成する。

このときもスルーホールの開口部は下層配線２の配線幅
よりも大きくてもよい。

同図（Ｄ）に示されるように、７１５間絶縁膜６をエツ
チングし、スルーホール１４を形成した後。

レジスト２０を除去する。このエツチングではある程度
のオーバエツチングを行なっても下層の層間絶縁膜１２
ａが厚く形成されているので、その層間絶縁膜１２ａよ
りも下側の活性領域（層間絶縁膜１２ａよりも下側の下
層配線を含む）までエラタングされることはない。

同図（Ｅ）に示されるように１通常の工程によって上層
配線１０を形成する。

本実施例でもさらに多層の配線を形成する場合には、層
間絶縁膜６を厚く形成しておき、上層配線ｌＯが層間絶
縁膜６の凹部に形成されるようにし、同図（ｉ）から同
図（Ｅ）の工程を繰り返せばよい。

本実施例では下層配線２が層間絶縁膜１２ａに埋め込ま
れた形になるため、第９図に示されるように上層配線１
０に下層配線２の段差が呪われることがなく、層間絶縁
膜６の表面を平坦化できる利点がある。

また、第８図の従来のものと比較すると、第９図に示さ
れるように、スルーホール１４の開口部を大きくするこ
とができるので、記号すで示されるようにスルーホール
エツジでの上層配線１０のカバレッジが良好になり、第
８図の記号ａで示される部分と比べて断線などの問題が
少なくなる。

（効果） 本発明により形成される下層パターン２とスルーホール
１４を第７図に示す、これを従来の第６図のものと比較
すると、スルーホール１４を下層配線２の配線幅よりも
広くしてもオーバエツチングによる問題が生じないので
、下層配線２にランド部（第６図の記号３）を設ける必
要がなくなり、その分だけ配線２の間隔を狭くすること
ができ、配線の高密度化を図る上で有利になる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）から同図（Ｅ）は第１の実施例を製造方法
とともに示す断面図、第２図（Ａ）から同図（Ｅ）は第
２の実施例を製造方法とともに示す断面図、第３図（Ａ
）から同図（Ｃ）は第３の実施例を製造方法とともに示
す断面図、第４図（Ａ）から同図（Ｆ）は第４の実施例
を製造方法とともに示す断面図、第５図（Ａ）から同図
（Ｅ）は第５の実施例を製造方法とともに示す断面図、
第６図は従来の下層配線とスルーホールの関係を示す平
面図、第７図は本発明による下層配線とスルーホールの
関係を示す平面図、第８図は第６図のＡ−Ａ線位置での
断面図、第９図は第５図の実施例の断面図、第１０図は
従来の多層配線でランド部を設けなかった場合の問題点
を示す断面図である。 ２・・・・・・下層配線。 ６・・・・・・層間絶縁膜、 １０・・・・・・上層配線、 １２ａ・・・・・・厚い層間酸化膜、 １４・・・・・・スルーホール、 １６．１６ａ・・・・・・酸化アルミニウム膜、２４・
・・・・・ＢＰＳＧ膜、 ２８・・・・・・ＳｉＣ膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）素子が形成された下地上に多層配線が形成された
   半導体集積回路装置において、前記多層配線の下層配線
   を被う層間絶縁膜の下部に耐エッチング性の絶縁膜又は
   前記下層配線下部の絶縁膜より厚い絶縁膜が形成されて
   おり、かつ、前記下層配線が上層配線に接続される部分
   にはその下層配線よりも広い幅のランド部が設けられて
   いないことを特徴とする半導体集積回路装置。