JPH04139859A - 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およびその製造方法に関し、特に多
層配線の接続構造およびその製造方法に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

従来技術による多層配線の接続構造について第６図（ａ
）の平面図とそのＡ−Ｂ断面図である第６図（ｂ）を参
照して説明する。

半導体基板１上に第１の絶縁膜２を介して第１の配線３
が形成され、第２の絶縁膜４を介して第２の配線５が形
成され、第３の絶縁膜６を介して第３の配線７が形成さ
れている。

第２の絶縁膜４および第３の絶縁膜６に開けられたピア
ホール８を通して第１の配線３と第３の配線７とが接続
されている。

ピアホール８は例えば選択ＣＶＤ法によりタングステン
なとの高融点金属９て埋め込まれる。

第２の配線５は第１の配線３および第３の配線７と電気
的に絶縁するために、ピアホール８から一定距離をとる
必要がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

第６図（ａＬ　　（ｂ）に示すように、ピアホール８に
埋め込まれた高融点金属９が第２の配線５と電気的にシ
ョートしないために、ピアホール８と第２の配線５との
間に一定距離が必要になる。

一定距離としてピアホール８と第２の配線５との位置合
せ余裕や、ピアホール８、第２の配線５の司法ばらつき
を考慮して１．５μ以上必要である（第１の配線３と第
３の配線７との接続部の近傍には第２の配線５を配置で
きない）。

第１の配線と第３の配線との位置関係を良く考慮して第
２の配線を設計しなくてはならないため、配線密度を上
げるのが困難になる。

また配線の配置−にの制約か大きく、設計が複雑になり
多くの労力と工数が必要になるという問題がある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の半導体装置は、半導体基板」二に設けられた第
１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜上に設けられた第１の
配線と、前記第１の配線上を含む全面に設けられた第２
の絶縁膜と前記第２の絶縁膜上に設けられた第２の配線
と、前記第２の配線上を含む全面に設けられた第３の絶
縁膜と、前記第３の絶縁膜上に設けられた第３の配線と
、前記第■の配線と前記第３の配線とを垂直に接続する
開口部を有し、前記開口部の少なくとも一部が前記第２
の配線を貫通して設けられ、前記開口部の内壁に沿って
絶縁膜か設けられ、前記開口部内を前記第１の配線から
前記第３の配線に到る金属が設けられるものである。

また本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に
第１の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜上に
第１の配線を形成する工程と、全面に第２の絶縁膜を形
成する工程と、前記第２の絶縁膜上に第２の配線を形成
する工程と、全面に第３の絶縁膜を形成する工程と、開
口部の少なくとも一部が前記第２の配線を貫通する位置
に前記第１の配線上の前記第２の絶縁膜、前記第２の配
線、前記第３の絶縁膜に開口部を形成する工程と、前記
開口部の内壁を含む全面に前記開口部の径よりも十分小
さい膜厚の第４の絶縁膜を形成する工程と、異方性エツ
チングして前記開口部の内壁にのみ前記第４の絶縁膜を
残す工程と、前記第１の配線」−の開口部を金属で埋め
込む工程と、前記聞口部を覆って第３の配線を形成する
工程とからなるものである。

〔実施例〕

本発明の第１の実施例について、第１図（ａ）の平面図
とそのＡ−Ｂ断面図である第１図（ｂ）とを参照して説
明する。

半導体基板１上に厚さ１μｍの酸化シリコン膜からなる
第１の絶縁膜２を介して厚さ０．５μｍのアルミからな
る第２の配線５が形成される。

その上に厚さ１μｍの酸化シリコン膜からなる第２の絶
縁膜４を介して厚さ０．５μｍのアルミからなる第２の
配線５が形成される。

その上に厚さ１μｍの酸化シリコン膜からなる第３の絶
縁膜６を介して厚さ０．５μｍのアルミからなる第３の
配線７が形成される。

第２の絶縁膜４、第２の配線５、第３の絶縁膜６を貫通
して開けられたピアホール８を伝って第１の配線３と第
３の配線７とが接続される。

ピアホール８は選択ＣＶＤ法により第１の配線３上に成
長したタングステンなどの高融点金属９によって埋め込
まれる。

ピアホール８の内壁は高融点金属９と第２の配線５との
間を絶縁するために酸化シリコン膜からナル厚さ０．１
μｍのスペーサ１０が形成されている。

つぎに本発明の第１の実施例の製造方法について、第２
図（ａ）〜（ｆ）を参１（６シて説明する。

はじめに第２図（ａ、　）に示すように、半導体基板１
上に常圧ＣＶＤ法により酸化シリコン膜からなる厚さ１
μｍの第１の絶縁膜２を形成する。

つぎにスパッタ法により全面に厚さ０．５μｍのアルミ
を堆積してから、選択エツチングして第１の配線３を形
成する。

つぎにプラズマＣＶ　Ｉ）法により厚さ１．０μｍの酸
化シリコン膜からなる第２の絶縁膜４を堆積する。

つぎにスパッタ法により全面に厚さ０．５μｍのアルミ
を堆積してから、選択エツチングして第２の配線５を形
成する。

つぎにプラズマＣＶ　ｌ）法により厚さ１．０μｍの酸
化シリコン膜からなる第３の絶縁膜６を堆積してからフ
ォトレジスト１１を形成する。

つぎに第２図（１））に示すように、フ、１　トレジス
ト１１をマスクとして第３の絶縁膜６、第２の配線５、
第２の絶縁膜４を異方性エツチングしたのち、フォトレ
ジスト１１を除去して、第１の配線３上にピアホール８
か形成される。

このときピアホール８は第２の配線５を貫通して形成さ
れる。

つぎに第２図（Ｃ）に示すように、全面に厚さ０．１μ
ｍの酸化シリコン膜からなる第４の絶縁膜１２を形成す
る。

つぎに第２図（ｄ）に示すように、第４の絶縁膜１２を
異方性エツチングすることにより、ピアホール内壁部の
みに第４の絶縁膜（１２）を残して、スペーサ１０とす
る。

つぎに第２図（ｅ）に示すように、選択ＣＶＤ法により
第１の配線３の上のみにタングステンなどの高融点金属
９を成長させて、ピアホール８を埋め込む。

つぎに第２図（ｆ）に示すように、全面に厚さ０．５μ
ｍのアルミを堆積してから、ピアホール８を覆うように
選択エツチングして第３の配線７を得る。

本実施例ではスペーサ１０がピアホール８に対して自己
整合的に形成される。

したがって第２の配線５と高融点金属９きの絶縁に要す
る距離は約０．１μｍであり、従来技術の約１．５μｍ
よりも大幅に縮小することができる。

つぎに本発明の第２の実施例について、＠３図（ａ）の
平面図と、そのＡ−Ｂ断面図である第３図（ｂ）および
Ｃ−１つ断面図である第３図（Ｃ）を参照して説明する
。

本実施例においては、ピアホール８に対する第２の配線
５の位置が異なっている。

第１の配線３と第３の配線７とを接続するためのピアホ
ール８の右半分が、第２の配線５を貫通している。

ピアホール８の右半分は第２の絶縁膜４、第２の配線５
、第３の絶縁膜６を貫通し、ピアホール８の左半分は第
２の絶縁膜４、第３の絶縁膜６を貫通することになる。

ここでもピアホール８の内壁に厚さ０．１μｍのスペー
サ１０が設けられているため、ピアホール内の高融点金
属９と第２の配線５とは絶縁されている。

第１の配線３と第２の配線５とが平面的に一部重なって
いても、第２の配線５とショートすることなく第１の配
線３と第３の配線７とを接続することができる。

したがって第２の配線の配置上の制約か減り、第２の配
線の密度の向上および配線の配置の自由度の向上が実現
された。

つぎに配線層の集積度がとの程度向上するかについて、
第４図（ａ）の平面図とそのＡ−Ｂ断面図である第４図
（ｂ）とを参り、６シて説明する。

比較のために従来技術について、第５図（ａ）の平面図
とそのＡ−Ｂ断面図である第５図（ｂ）とに示す。

第１の配線と第３の配線との接続用のピアホールを隣接
して配置する場合を考える。

第４図（ａ）、（ｂ）では第２の配線を貫通してピアホ
ールを形成している。ａはピアホールの内径、ｂはスペ
ーサの幅、Ｃはピアホール−第２の配線間隔、ｄは第２
の配線間隔である。

標準値としてａ　＝　１　、０　ｕ　ｍ　１ｂ　＝　０
．１　ｕｍｌ　ｃ＝１．０μｍとすると、ピアホール間
のピッチは ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｃ＋ｂ＝４．２μｍ となる。ここでＣの値は第２の配線５のピアホール部に
おける有効な線幅が２．０μｍとなるように定めた。

つぎに従来技術におけるピアホール間のピッチを求める
。

第５図（ａ）においてｅはピアホールの径、ｆはピアホ
ール−第２の配線間隔、ｇは第２の配線幅である。ｅの
値は第６図と同様に１．０μｍとする。ｆの値はピアホ
ールと第２の配線のばらつきを考慮して１．５μｍは必
要である。ｇの値は第４図（ａ）と同様に第２の配線の
有効な線幅２．０μｍと一致させた。したがってピアホ
ール間のピッチは ｅ＋ｆ＋ｇ＋ｆ＝６．０μｍ となる。

本発明によりピアホール間のピッチは従来技術に比べて
７０％（４，２μｍ／６．０μｍ＝０゜７）に縮小され
たことがわかる。

本発明により第２の配線の集積度と合わせて第１の配線
の集積度も向上できる利点がある。

さらに回路変更などのため第２の配線が存在するピアホ
ールの位置を変更するには、従来技術では第２の配線を
ピアホール部から離れた位置に移さなければならない。

しかし本発明では第２の配線の位置を移すことなくピア
ホール位置を変更できるので、設計変更するマスクパタ
ーン層の数が少ないという効果もある。

本発明は３層配線の半導体装置に限定されることなく、
４層以上の多層配線構造の半導体装置にも適用すること
ができる。

〔発明の効果〕

第１の配線と第３の配線とを接続するとき、第１の配線
と第３の配線との間に設けられた第２の配線の位置を自
由に設定できる。レイアウト上の自由度が向上し、設計
の効率が」二るという効果がある。

またピアホール部の高融点金属と第２の配線との間の絶
縁膜はピアホールに対し自己整合的に形成することがで
きるので、ピアホールと第２の配線との間に位置合わせ
の余裕を見込む必要がなく、配線層の集積度を向上でき
るという効果もある。

さらに回路変更などの目的でピアホール位置を変更する
ときに、変更を要するマスク層の数が少なくなるという
効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の第１の実施例を示す平面図、第
１図（ｂ）は第１図（ａ）のＡ−Ｂ断面図、第２図（ａ
）〜（ｆ）は本発明の第１の実施例を工程順に示す断面
図、第３図（ａ）は本発明の第２の実施例を示す平面図
、第３図（１））は第３図（ａ）のＡ−Ｂ断面図、第３
図（Ｃ）は第３図（ａ）のＣ−Ｄ断面図、第４図（ａ）
は本発明の詳細な説明する平面図、第４図（ｂ）は第４
図（ａ）のＡ−Ｂ断面図、第５図（ａ）は従来技術によ
る多層配線の接続構造を説明する平面図、第５図（ｂ）
は第５図（ａ）のＡ−Ｂ断面図、第６図（ａ）は従来技
術による多層配線の接続構造を示す平面図、第６図（ｂ
）は第６図（ａ）のＡＢ断面図である。 １・・・半導体基板、２・・・第１の絶縁膜、３・・・
第１の配線、４・・・第２の絶縁膜、５・・・第２の配
線、６・・・第３の絶縁膜、７・・・第３の配線、８・
・・ピアホール、９・・・高融点金属、１０・・・スペ
ーサ、１１・・・フォトレジスト、１２・・・第４の絶
縁膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板上に設けられた第１の絶縁膜と、前記第
   １の絶縁膜上に設けられた第１の配線と、前記第１の配
   線上を含む全面に設けられた第２の絶縁膜と前記第２の
   絶縁膜上に設けられた第２の配線と、前記第２の配線上
   を含む全面に設けられた第３の絶縁膜と、前記第３の絶
   縁膜上に設けられた第３の配線と、前記第１の配線と前
   記第３の配線とを垂直に接続する開口部を有し、前記開
   口部の少なくとも一部が前記第２の配線を貫通して設け
   られ、前記開口部の内壁に沿って絶縁膜が設けられ、前
   記開口部内を前記第１の配線から前記第３の配線に到る
   金属が設けられることを特徴とする半導体装置。 ２、半導体基板上に第１の絶縁膜を形成する工程と、前
   記第１の絶縁膜上に第１の配線を形成する工程と、全面
   に第２の絶縁膜を形成する工程と、前記第２の絶縁膜上
   に第２の配線を形成する工程と、全面に第３の絶縁膜を
   形成する工程と、開口部の少なくとも一部が前記第２の
   配線を貫通する位置に前記第１の配線上の前記第２の絶
   縁膜、前記第２の配線、前記第３の絶縁膜に開口部を形
   成する工程と、前記開口部の内壁を含む全面に前記開口
   部の径よりも十分小さい膜厚の第４の絶縁膜を形成する
   工程と、異方性エッチングして前記開口部の内壁にのみ
   前記第４の絶縁膜を残す工程と、前記第１の配線上の開
   口部を金属で埋め込む工程と、前記開口部を覆って第３
   の配線を形成することを特徴とする半導体装置の製造方
   法。