JPH0577185B2 - - Google Patents

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線構造を有する半導体装
置に関し、特に第１層目配線層のためのコンタク
ト孔と第２層目配線層を第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構造に関
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
体チツ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つてきている。
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接
続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、
集精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３Ａ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
上にたとえばCVD法を用いてシリコ酸化膜２を
形成した後、写真製版および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
法あるいはスパツタリング法を用いて第１層目の
アルミニウム配線膜３を形成し、その後、第１層
目アルミニウム配線膜３を予め定められた形状に
パターニングする。このとき、第１層目アルミニ
ウム配線膜３のコンタクト孔１０領域において
は、絶縁膜であるシリコン酸化膜２の段差によ
り、段差が形成される。

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膜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層間絶縁
膜４を形成する。次にこの層間絶縁膜４を写真製
版およびエツチング法を用いてパターニングし
て、第１層目アルミニウム配線膜３のためのコン
タクト孔１０と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領域に第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線膜５を第１層目
アルミニウム配線膜３に電気的に接続する。

［発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配線膜に電気的に接続するための
第２の貫通孔と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
貫通孔領域において第１層配線膜に段差が形成さ
れるために、第２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
の貫通孔領域におけるステツプカバレツジ（段差
被覆性）が悪化し、この領域において第１層アル
ミ配線膜と第２層配線膜との接触不良や第２層配
線膜のエレクトロマイグレーシヨンを通じた発
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つた。

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層配線膜との良好な電
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］ この発明における半導体装置は、第１層配線膜
のコンタクト領域に形成される段差部を絶縁材を
用いて充填するとともにこの充填用絶縁材と配線
層との間に高融点金属層を設けたものである。

［作用］ この発明における回転塗布可能な流動性絶縁物
は第１層配線膜の第１の貫通孔領域における段差
を容易に平坦化し、それにより第２層配線膜の第
２の貫通孔領域における段差被膜性を向上させ、
第１層配線膜と第２層配線膜との良好な電気的接
続を可能にする。また、充填用絶縁材と第１層配
線膜との間に形成される高融点金属膜はこの充填
材と第１層配線膜との相互作用を防止し、第１層
配線の信頼性を保証する。

［発明の実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。

第１図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概略的に
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１層配線層は、シリコ酸化膜から
なる絶縁膜２上の予め定められた領域に形成さ
れ、かつ第１の貫通孔１０を介してシリコン半導
体基板１表面に電気的に接続される第１層アルミ
配線下層３ａと、第１層アルミニウム配線下層３
ａの段差部を平坦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）膜７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、SOG膜７と
アルミニウム配線層３ａ，３ｂとの間に形成さ
れ、SOG膜７とアルミニウム配線層３ａ，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層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
び絶縁膜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を有する層間絶縁膜４と、
層間絶縁膜４上の予め定められた領域に形成さ
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膜厚の少なくとも２分の
１以上の膜厚を有し、これにより半導体基板１表
面とのコンタクト領域における配線抵抗の上昇の
防止を図つている。第１層アルミニウム配線上層
３ｂはSOG膜７上を平坦化するとともに第１層
目アルミニウム配線膜を通常の膜厚と同程度に
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、SOG膜７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
線層３ａ，３ｂへ拡散し、第１層アルミニウム配
線層３ａ，３ｂにエレクトロマイグレーシヨンを
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２Ａ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２Ａ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膜２を形成し、次に絶
縁膜２の予め定められた領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、絶縁膜２および第１の貫通孔１０上
に蒸着法またはスパツ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の膜厚は
従来の第１層目アルミニウム配線膜に必要とされ
る膜厚の1/2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アルミニウム配線下層３ａと次に形
成されるSOG膜７とを分離するために高融点金
属層６ａをスパツタリング法またはCVD法を用
いて形成する。

第２Ｃ図において、高融点金属層６ａ上に回転
塗布法を用いて膜厚1000Å以上のSOG膜７を塗
布し、次にSOG膜７をベークして固化させる。

第２Ｄ図において、SOG膜７を異方性エツチ
ング法を用いてエツチバツクして第１の貫通孔１
０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、SOG膜７上および高融点
金属層６ａ上に再びスパツタリング法または
CVD法を用いて高融点金属膜６ｂを形成する。
この高融点金属膜６ｂはSOG膜７と次に形成さ
れる第１アルミニウム配線上層３ｂとの反応を防
止するための分離膜として設けられる。

第２Ｆ図において、高融点金属層６（高融点金
属膜６ａおよび６ｂ）上に第１層目アルミニウム
配線上層３ｂを蒸着法またはスパツタリング法を
用いて形成する。これにより第１層配線層は、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の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パタ
ーニングした後、たとえばCVD法を用いて層間
絶縁膜４を形成する。その後、層間絶縁膜４の予
め定められた領域、すなわち第１のコンタクト孔
１０と平面的に見て重なり合う領域に第２の貫通
孔１１を写真製版およびエツチング法を用いて形
成する。この絶縁膜４および第２の貫通孔１１上
に第２層目アルミニウム配線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、上記実施例において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層目配線膜の段差を充填するための絶
縁性材料としてSOG膜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
線膜に形成される段差を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層目配線膜
を第１層目配線膜に接続するための第２の貫通孔
領域における段差被覆性が向上し、第１層目配線
膜と第２層目配線膜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。さらに、充填用絶縁物を第１層目
配線膜との間には高融点金属層が設けられている
ため、この絶縁材と第１層目配線膜との間の相互
作用が確実に防止され、第１層目配線膜の信頼性
が保証される。

【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線構
造を有する半導体装置のコンタクト孔（貫通孔）
領域における概略断面構造を示す図である。第２
Ａ図ないし第２Ｇ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は半導体基板、２は絶縁膜、
３，３ａ，３ｂは第１層目配線膜、４は層間絶縁
膜、５は第２層目配線膜、６，６ａ，６ｂは高融
点金属膜、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の導通孔であ
る。なお、図中、同一符号は同一または相当部分
を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板表面上に形成され、かつ前記半導
   体基板表面上に達する第１の貫通孔を有する第１
   の絶縁膜、 前記第１の絶縁膜上および前記第１の貫通孔部
   に形成される第１の配線層、 少なくとも前記第１の貫通孔部において前記第
   １の配線層上に形成される第１の高融点金属層、 前記第１の貫通孔部において前記第１の高融点
   金属層上に前記第１の貫通孔の段差を充填するよ
   うに形成される絶縁物質、 前記第１の高融点金属層および前記絶縁物質上
   に形成される第２の高融点金属層、 前記第２高融点金属層上に形成される第２の配
   線層、 前記第１の配線層および前記第２の配線層上に
   形成され、かつ前記第１の貫通孔と平面図的に見
   て重なり合う領域上に前記第２配線層に達する第
   ２の貫通孔を有する第２の絶縁層、および 前記第２の絶縁層上および前記第２の貫通孔部
   に形成される第３の配線層を備える、半導体装
   置。 ２ 前記絶縁物質は、回転塗布可能な絶縁物質に
   より構成される、特許請求の範囲第１項記載の半
   導体装置。 ３ 前記回転塗布可能な絶縁物質はスピン・オ
   ン・ガラスである、特許請求の範囲第２項記載の
   半導体装置。 ４ 前記第１、第２および第３の配線層はアルミ
   ニウムまたはアルミニウム合金層により構成され
   る、特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれ
   かに記載の半導体装置。 ５ 前記絶縁物質はポリイミドである、特許請求
   の範囲第１項、第２項、および第４項のいずれか
   に記載の半導体装置。