JPH01206649A - 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〕 本発明は、Ｌ　Ｓ　Ｉ　　（Ｌａｒｇｅ　５ｃａｌｅ　
Ｉｎｔｅｇｒａｔｅ＋ＪＣｉｒｃｕｉｔ　）等の半導体
素子における多層配線構造に係り、特にスルーホールの
上に他のスルーホールを多重形成する際のコンタクト信
頼性の向上に適用して有効な技術に関するものである。

〔従来の技術〕

高速ＬＳＩにおける多層配線において、信号の伝播遅延
を低減するためには、層間絶縁膜を厚く形成して配線層
間のインダクタンスを抑制するとともに、配線層間を接
続するスルーホールのレイアウトの自由度を高める必要
のあることが本発明者によって明らかにされた。

上記スルーホールの形成技術について記載されている例
としては、特開昭６０−１４０７２０号公報がある。

すなわち、スルーホールは通常、上層配線と下層配線と
の電気的コンタクトを実現するために設けられ、まず絶
縁層に開口部を設けた後、当該絶縁層の上層に配線層を
堆積形成すると同時に、上記開口部内に配線材料を堆積
することによって下層の配線層とのコンタクトを行うも
のである。

上記公報においては、半導体基板上に形成された多層配
線基板において、スルーホールを形成する際に階段状の
段差を設けて、スルーホール内壁面への配線形成を容易
にし、上層配線と下層配線との電気的導通を良好にする
技術が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記公報に記載された技術においては上記ス
ルーホール上の絶縁層にさらにスルーホールを形成する
、いわゆる多重スルーホールについては十分に配慮され
てはいなかった。

すなわち、ＬＳＩの集積度が高まってくると、多層配線
の自由度を確保するた緬に、複数の配線層を貫通する多
重スルーホールの形成が必須となっている。このような
多重スルーホールの形成に際しては、上記公報における
スルーホールを多重形成した場合、絶縁層には段差が形
成されてはいるものの、該段差の高低差が極ｔで大きく
なり、この上層に配線層が堆積形成された場合、配線層
材料が、この高低差のためにスルーホール内に十分に流
れ込まず、その表面張力によってスルーポールに空間を
残したままスルーホールの開口部のみを閉塞してしまい
、上層配線と下層配線とのコンタクトが実現されない、
いわゆるステップカバレージ不良の生じる可能性の高い
ことが本発明者によって見出された。

本発明は、上記課題に着目してなされたものであり、そ
の目的は、電気的信頼性の高い多重スルーホール配線を
実現することのできる技術を提供することにある。

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

〔課題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
を説明すると、次の通りである。

すなわち、半導体基板上に２以上の配線層間を貫通する
多重スルーホールを積層形成する際に、多重スルーホー
ルの開口部周囲の絶縁層について該開口部を最低位とし
た段差状に形成するとともに、該段差のテラス径を少な
くともその上層に位置する絶縁層のテラス径よりも大と
なるように形成するものである。

〔作用〕

上記した手段によれば、スルホール開口周囲の絶縁層が
段差状に形成され、かつ下層に位置する絶縁層における
段差のテラス径が上層の絶縁層における段差のテラス径
よりも大きく形成されているため、上層の段差を高低差
の小さい複数の段差に分割することがてきるた約、いず
れの層においても配線材料が確実にスルーホール内に流
れ込み、スルーホール内に無用な空間が形成されること
なく、上層配線と下層配線との確実なコンタクトを実現
できる。

〔実施例〕

第１図は（ａ）〜（ｉ）本発明の一実施例である半導体
基板上のスルーホールの形成過程を順次示す説明図であ
る。

この第１図に基づいて本実施例のスルーホールの形成過
程を説明する。

−４〜 まず、ンリコン半導体からなる半導体基板１の表面にＣ
ＶＤ法等の公知技術を用いてシリコン酸化膜（ＳｉＯ９
）等からなる基礎絶縁膜２を形成する。続いて、上記基
礎絶縁膜２の上層にアルミニウム（Ａβ）等からなる第
１配線層１１を蒸着又はスパッタリング等の手法によっ
て形成した後、さらに、前述と同様のＣＶＤ法を用いて
、上記第１配線層１１上に第１層間絶縁膜２１を形成す
る（第１図（ａ））。

次に、所定の有機化合物からなる公知のフォトレジスト
材を上記第１層間絶縁膜２１の上面全体に塗布しレジス
ト層３ａを形成した後、このレジスト層３ａに対して図
示しないフォトマスクを用いた紫外線照射、あるいは電
子ビームの走査照射により所定形状のパターンエツチン
グを行う。これにより照射部分のレジスト層３ａが化学
的に変化し、現像工程を通じて、当該照射部分のレジス
ト層３ａの一部が除去されて下層の第１層間絶縁膜２１
の一部が露出状態となる（第１図（ｂ））。

かかる状態で、このレジスト層３ａをマスクとして当該
露出部分の第１層間絶縁膜２１を所定深さまでエツチン
グ除去する。このようなエツチング処理は、公知のドラ
イエツチングあるいはイオンエツチング等の技術による
。また、エツチングの深さはエツチング速度を制御する
ことにより容易に所望の値とすることが可能である。当
該エツチング工程により、第１層間絶縁膜２１の上面が
段差状に加工され、所定の径Ｂを有するテラス面Ｔ１　
　が形成される（第１図（Ｃ））。

次に、上記と同様のフォトレジスト技術を用いたエツチ
ング処理により、上記第１層間絶縁膜２１のテラス面の
中心に径すを有する第１のスルーホール３１を形成した
後レジスト層３ａを除去して第１層間絶縁膜２１の加工
を完了する（第１図（ｄ））。

次に、上記第１層間絶縁膜２１の上面に前述と同様の蒸
着またはスパッタリング等の技術によりアルミニウム（
Ａβ）等からなる第２配線層１２を形成する。この過程
において、該配線層１２を構成するアルミニウム等の導
電性材料は、第１のスルーホール３１の内部にも充填さ
れるため、この第２配線層１２の形成と同時に、当該ス
ルーホール３１を通じて該第２配線層１２と第１配線層
１１との電気的コンタクトが実現する（第１図（ｅ））
。

上記第２配線層１２が形成された後、この第２配線層１
２の上面に全面にわたってシリコン酸化膜からなる第２
層間絶縁膜２２が形成される。この第２層間絶縁膜２２
は、下層に形成されている第１層間絶縁膜２１および第
２配線層１２の段差形状がそのまま反映されて堆積形成
される。

次に、上記第２層間絶縁膜２２の上面に対して、フォト
レジスト材をまず全面に塗布してレジスト層３ｂを形成
した後、前述と同様のエツチング処理を経て、径Ａを備
えた中間段差部Ｓを形成する（第１図（ｇ））。かかる
中間段差部Ｓによって形成されるテラス面Ｔ２　の径Ａ
は、前述の第１層間絶縁膜２１のテラス面Ｔ１　の径Ｂ
よりも小さければ如何なる値であってもよい。続いて、
この中間段差部Ｓの中心に上記と同様の技術により第２
のスフ− ルーホール３２を開口することにより、第２層間絶縁膜
２２の加工を完了する（第１図０１））このとき、第２
のスルーホール３２の径ａは、中間段差部Ｓの後人より
も小さければよく、前述の第１のスルーホール３１の径
すと同等もしくはそれよりも大きくても小さくてもよい
。。

次に、上記のようにして形成された第２層間絶縁膜２２
の上面に、アルミニウム（ＡＩｌ）等からなる第３配線
層１３が蒸着あるいはスパッタリング処理により形成さ
れる（第１図（１））。本実施例によれば、この第３配
線層１３の形成に際して、上記第２層；」絶縁膜２２の
上面に（ま中間段差部Ｓを有しており、中心に位置する
第２のスルーホール３２に向かって各段差部が高低差の
少ない複数の段差に分割されているため、配線材料がス
ルーホール３２の開口部を塞いでしまうことが有効に防
止され、第１および第２配線層１１．１２との電気的コ
ンタクトが確実に実現されている。

このように、本実施例によれば第１お、よび第２層間絶
縁膜２２の上面にそれぞれスルーホール３１．３２に向
かって段差部を設けることにより実質的にスルーホール
内壁面の高さを小さくできるた袷、このスルーホール３
１．３２上に配線材料を堆積形成した場合にも、配線材
料がスルーホール開口部を閉塞してしまうことを有効に
防止でき、信頼性の高い電気的コンタクトを実現できる
。

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、本発明は上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、実施例では、第１層間絶縁膜２１の段差は１
つのみしか形成していないが、第２層間絶縁膜２２と同
様に、１あるいは２以上の段差部を設けた構造、さらに
第１のスルーホール３１の中心に向かって複数の段差部
を設けた構造としてもよい。このように段差部を複数個
にして各段差の高低差を小さくすることは、各層間絶縁
膜２１゜２２の厚さを大きくとった場合において特に有
効である。

〔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、スルホール開口周囲の絶縁層が段差状に形成
され、かつ下層に位置する絶縁層における段差のテラス
径が上層の絶縁層における段差のテラス径よりも大きく
形成されているため、上層の段差を高低差の小さい複数
の段差に分割することが可能となり、いずれの層におい
ても配線材料が確実にスルーホール内に充填され、スル
ーホール内に無用な空間が形成されることなく、上層配
線と下層配線との確実なコンタクトを実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（１）は本発明の一実施例である半導体
基板上のスルーホールの形成過程を順次示す説明図であ
る。 １・・・半導体基板、２・・・基礎絶縁膜、３ａ、３ｂ
・・・レジスト層、１１・・・第１配線層、１２・・・
第２配線層、１３・・・第３配線層、２１・・・第１層
間絶縁膜、２２・・・第２層間絶縁膜、３１．３２・・
・スルーホール、Ｓ・・・中間段差部、Ｔ＋　、　Ｔ２
　　・・・テラス面。 代理人　弁理士　小　川　勝　男

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板上にそれぞれ絶縁層を介して少なくとも
   ２以上の配線層が多層形成された半導体ペレットを備え
   た半導体装置であって、上記半導体基板上に２以上の配
   線層間を貫通する多重スルーホールが積層形成されてお
   り、該多重スルーホールの開口部周囲の絶縁層が開口部
   を最低位とした段差状に形成されているとともに、該段
   差のテラス径が少なくともその上層に位置する絶縁層の
   テラス径よりも大となるように形成されていることを特
   徴とする半導体装置。 ２、上記段差における段差壁面が下層にいくにしたがっ
   て小径となる断面テーパ構造を有していることを特徴と
   する請求項１記載の半導体装置。