JPH03141661A

JPH03141661A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH03141661A
Application number: JP28049189A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Takada; 高田　稔秋
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1989-10-26
Filing date: 1989-10-26
Publication date: 1991-06-17
Anticipated expiration: 2014-07-28
Also published as: JP2926790B2

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に関し、特に、層間絶縁体層に開口
したスルーホールを介して、電気的に接続する配線構造
を有する半導体装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の半導体装置の配線構成は、層間絶縁膜を
挟んで下層配線と上層配線があり、層間絶縁膜に開口し
たスルーホールによって、電気的に接続していた。そし
て、このスルーホールは下層配線の上面に開口し、この
露出した上面部と上層配線を接触させて、電気的接続す
る構造となっている（第７図（ａ）、　（ｂ）参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の半導体装置は、集積度があがり、微細化
が進むにつれて、配線間隔及び配線巾も狭くなっていっ
た。それゆえ、スルーホールの開口面積も、しだいに小
さくなる、それと同時に下層配線と上層配線の接続面積
も小さくなった。そのためにスルーホールの電気抵抗が
高くなっていた。

第４図はスルーホールの開口面積と電気抵抗の関係を示
したグラフである。このブラフは、スルーホール１００
０ケ直列に接続して測定した電気抵抗を示す。このグラ
フの実線が従来例であり、スルーホールの開口面積が小
さくなるに従って急激に電気抵抗が増加しているのがわ
かる。この理由として、下層配線表面できる自然の酸化
膜が原因と考えられる。この酸化膜は数人〜数十人であ
り、スルーホールによって、下層配線と上層配線を接続
した後の熱処理（およそ４００℃）あるいは、上層配線
を形成する時の前処理で簡単に破ることができる。その
ため下層配線と上層配線の接触面積は、スルーホールの
開口面積より、常に小さくなっている。この酸化膜を破
られる大きさが均一で、密度が一定とすると、スルーホ
ールの開口面積が小さくなるに従って、接触面積は急激
に減少することになり、スルーホールの電気抵抗は、大
幅に増加する。

そして、スルーホールの電気抵抗が増加すると、半導体
装置の特性を悪化させたり、規格はずれによる歩留り低
下させたりする。例えば、抵抗増加によっである回路の
出力のＬｏｗ　１ｅｖｅｌが高くなり、次の回路の入力
でＨｉｇｈ　１ｅｖｅｌと感じるため誤動作を生じさせ
たり、配線容量と電気抵抗の積である時定数が犬さくな
るため、スイッチングスピードを遅くらせたりする。こ
のように、微細化が進みスルーホール開口面積が小さく
なっていくと、電気抵抗を増加させ半導体装置の特性及
び歩留りを低下させる欠点がある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の半導体装置は、層間絶縁体層に開口したスルー
ホールを介して電気的に接続する配線構造において、下
層配線の上面及び側面を接続面として、上層配線と電気
的に接続することを特徴とする。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図（ａ）は本発明の第１の実施例の平面図、第１図
（ｂ）は第１図（ａ）のｘ−ｘ’線断面図である。

図で、ｌは下部層間絶縁膜、２は下層配線、３はストッ
パー絶縁膜、４は上部層間絶縁膜、５はスルーホール、
６は上層配線である。

この実施例は、スルーホールの部分を下層配線の巾より
大きくとって、下層配線の側面も、表面と同じように接
続面として利用するものである。

このようにすると、上層配線との接触面積が増えること
になり、下層配線表面にできた自然酸化膜が熱処理等に
よって破れて、上層配線と接触する密度、大きさを一定
とした場合、開口面積が小さくなったとしても側面の接
触面によって接触面積がそれほど小さくならず、そのた
め、電気抵抗は高くなりにくい。第４図は、スルーホー
ルの開口面積と電気抵抗の関係を示したものである。こ
の図で本発明のスルーホール開口面積となっているのは
、下層配線の表面面積を表わしている。この図かられか
るように、従来例ではスルーホール開口面積の縮小と同
時にスルーホール抵抗が急激に増加しているのに対して
本発明ではそれほど増加していない。

次に、本発明の一例を第２図（ａ）乃至（ｋ）に示す。

第２図（ａ）は、半導体基板内に所望の拡散層を形成し
た後、下部層間絶縁膜１を形成し、下層配線になる部分
に、簡単に剥離できる材料（例えばホトレジスト）を堆
積した後パターニングする。

第２図（ｂ）は、前記剥離材料をマスクにして、下部層
間絶縁膜ｌをエツチングする。この場合、下部層間絶縁
膜には窒化膜、酸化膜、ポリイミｌ”ＴＥ　０３　等の
膜を用い、エツチングにはりアクテフ・イオンエッチ等
を用いる。第２図（Ｃ）は、スパッタリング法を用いて
配線材料を堆積する。配線材料は、銅、銅を含むアルミ
ニウム、Ｓｉを含むアルミニウム、アルミニウム等が用
いられる。

第２図（ｄ）は、剥離材料と、剥離材料上に堆積された
配線材料をリフトオフ法によって除去し、下層配線２を
形成するものである。第２図（ｅ）は、ストッパ絶縁膜
３を堆積する。この材料は下部層間絶縁膜１にポリイミ
ド系樹脂を用いたとすればＣＶＤ又は、プラズマ酸化膜
か窒化膜を用いる。

第２図（ｆ）は、上部層間絶縁膜４を堆積する。この材
料は例えば、窒化膜、酸化膜、ポリイミド。

ＴＥ０１等を用いる。第２図（ｇ）は、ホトレジストを
１２を塗布して開口した図であり、第２図（ｈ）は、そ
れをマスクにして上部層間絶縁膜４にスルーホールの開
口窓を形成する。例えば、上部層間絶縁膜４と下部層間
絶縁膜１にポリイミド系の樹脂を用い、ストッパ絶縁膜
にはプラズマ窒化膜を用いる。上部層間絶縁膜４をドラ
イエッチを行なうが、下層配線のない部分はストッパ絶
縁膜としてプラズマ窒化膜を用いているため、エツチン
グしすぎによる深い溝ができることはない。第２図（１
）は、上部層間絶縁膜をマスクとしてストッパ絶縁膜を
除去１−１薄いＨＦ系の液により下層配線上の自然酸化
膜を除去するのと同時に角を丸くした図である。第２図
（Ｄは、その上に上層配線層を堆積した後、パターニン
グし上層配線６を形成する。ここで、ストッパ絶縁膜を
用いた理由は、下部、上部絶縁膜にスイッチングスピー
ド向上のため比誘電率の低いポリイミド系樹脂（例えは
比誘電率は、ポリイミド３．５、Ｓ　１０２３．８．５
ｉ３Ｎ４７）を使ったためである。例えば、第２図（ｋ
）のように、下部絶縁膜にプラズマ窒化膜、上部絶縁膜
にプラズマ酸化膜を用いて、下部絶縁膜をストッパ絶縁
膜と兼用することもできる。このようにすると下層配線
の側面の分だけ、上層配線との接触面積が増えスルーホ
ール抵抗がそれほど増加しない。例えば、第１図と第６
図のスルーホールの接触面積を比較すると、従来の第６
図は下層配線の巾よりスルーホールの巾を狭くとらなけ
ればならない。下層配線巾を３μｍとした場合、スルー
ホールの巾は、１．５μｍである。そして、下層配線の
長さ方向の長さを２μｍとすると、」二層配線との接触
面積は１５μｍＸ２μｍ＝３μｒ＋（である。それに対
して本発明の例では、下層配線の側面が露出している濶
さを０．５μｍとすると上層配線との接触面積は、（３
μｍ（上面）＋０５μｍ×２（側面））×２μｍ＝８μ
Ｍとなり、大幅に増加する。

第３図（ａ）乃至（１）は、本発明の製造方法の他の例
を示す工程順断面図である。この例では、下層配線の１
１がさらに狭くなり、下層配線上でスルーホールの開口
ができない場合を示した。第３図（ａ）〜（ｄ）までは
第２図（ａ）〜（ｄ）と同じ方法である。第３図（ｅ）
で、上層絶縁膜４を堆積する。

この材料は第２図と同じである。第３図（「）は、ホト
レジストを塗布して開口した図であり、そのスルーホー
ルは下層配線の上面より外側に一部出ている。第３図（
ｇ）は、ホトレジスト１２をマスクにして、上部絶縁膜
と下部絶縁膜をエツチング除去して、下層配線の上面及
び側面を露出させる。

次に、第３図（ｈ）に示すように、上層配線材を堆積す
る。この場合、例えば、アルミニウムをスパッタリング
法で堆積すると、スルーホールの開口部で第３図（ｈ）
のようなステップカバレッジの悪い形状になる。第３図
（ｉ）は、これにエキシマレーザ光を照射して、アルミ
ニウム膜を一時的に溶融して、平坦化する。アルミニウ
ムはＡｒＦエキシマレーザ光（１９３ｎｍ）に対し、高
い吸収係数（〜１．３　Ｘ　１０　’ｃｍ−’）を示す
。このため、アルミニウム内に入射した光の約７０％は
、表面よりわずか１０ｎｍの浅い層内で吸収され、溶融
し、粘性流動によって平坦化される（　Ｓｅｍ１ｃｏｎ
ｄｕｃｔｏｒＷｏｒｌｄ　１９８８１１月８３ページ）
。この後、この膜をパターニングして上層配線６を形成
する。このようにすると、下層配線の膜厚の分だけ側面
の面積が増え下層配線の巾がさらに狭くなったとしても
上層配線と接触する面積が増えスルーホールの抵抗がそ
れほど増加しない。例えば、下層配線の１１が１．５μ
ｍで膜厚が２μｍとし、スルーホールの配線方向の長さ
を１．５μｍとすると、上層配線との接触面積は従来の
下層配線の表面にスルーホールを形成する構造では下層
配線の巾方向のスルーホールの長さを１．０μｍとした
とき、１．ＯＸｌ、５μｍ１＝１．５μＭとなる。それ
に対して、本発明の例では（１，０（上面）＋１．５（
側面））Ｘｌ、５μ背３．７５μｍｌとなり、大幅に増
加する。第５図（ａ）乃至（ｅ）はそれぞれ本発明の第
２．第３．第４、第５の実施例の平面図である。第５図
（ａ）は、下層配線の終端に適用した場合である。第５
図（ｂ）は、下層配線の折れる角に適用した場合である
。第５図（ｃ）は、上層配線が下層配線と平行する場合
に適用したものである。第５図（ｄ）は、下層配線を凹
状にへこませて、下層配線の側壁面積を増やした場合で
ある。第６図（ａｌ　（ｂ）は、本発明の第６．第７の
突指例の平面図である。下層配線を縦方向にくぼませる
ことにより、段差８を設は側壁面積を増やした場合であ
る。特に第６図（ｂ）は、下層配線の内側に小さいくぼ
みをたくさん設けることにより側壁面積を増やした場合
である。このくぼみは、ホトレジストによるバターニン
グがドライエッチ又はウェットエッチで形成できる。こ
のようにすることによりスルーホール抵抗は、著しく減
少する。第６図（ｃ）は第６図（ｂ）のｚ−ｚ’線断面
図である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、微細化が進み配線巾が狭
くなったとしても、下層配線の上面と側面を上層配線と
の接触面とするため、下層配線と上層配線との接触面積
が減少せず、スルーホール抵抗が増加しにくい構造とな
る。そのため、半導体装置のスイッチングスピードの遅
れや、誤動作が生じることなく、また、規格はずれによ
る歩留りの低下もなく半導体装置の微細化を進めること
ができるため、その効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　（ｂ）は、それぞれ本発明の半導体装
置の第１の実施例の平面図および断面図、第２図（ａ）
乃至（ｋ）は本発明の製造方法の一例を示す断面図、第
３図は本発明の製造方法の他の例を示す断面図、第４図
はスルーホールのＵＦＪ口面槓とスルーホール抵抗の相
関図、第５図（ａ）乃至（ｄ）はそれぞれ本発明の第２
．第３．第４．第５の実施例の平面図、第６図（ａ）、
（ｂ）はそれぞれ本発明の半導体装置の第６．第７の実
施例の平面図、第６図（ｃ）は第６図（ｂ）のｚ−ｚ’
線断面図、第７図（ａ）、　（ｂ）は従来の半導体装置
の平面図および断面図である。１・・・・・・下部層間絶縁膜、２・・・・・・下層配
線、３・・・・ストッパー絶縁膜、４・・・・・・上部
層間絶縁膜、５・・・・・・スルーホール、６・・・・
・・上層配線、７・・・・・・層間絶縁膜、８・・・・
・・段差、１１・・・・・・剥離材料、１２・・・・・
ホトレジスト。

Claims

【特許請求の範囲】

　層間絶縁体層に開口したスルーホールを介して、電気
的に接続する配線構造において、下層配線の上面及び側
面を接続面として、上層配線と電気的に接続することを
特徴とする半導体装置。