JPH04307939A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH04307939A
JPH04307939A JP7199591A JP7199591A JPH04307939A JP H04307939 A JPH04307939 A JP H04307939A JP 7199591 A JP7199591 A JP 7199591A JP 7199591 A JP7199591 A JP 7199591A JP H04307939 A JPH04307939 A JP H04307939A
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JP
Japan
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insulating film
wiring
interlayer insulating
contact hole
layer
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Pending
Application number
JP7199591A
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English (en)
Inventor
Fukashi Harada
深志 原田
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法、
特に多層配線構造を有する半導体装置における配線形成
面の平坦化方法に関する。
【0002】近年の半導体ICの高集積化に伴い、回路
を構成する配線は多層化され、且つ配線の幅も極度に微
細化されてきている。かかる状況において微細配線ルー
ルによる配線の高品質を確保して、半導体ICの高信頼
性を維持するためには、多層配線形成に際して、配線の
、厚さや幅の設計寸法からの目減りや、形状劣化等を伴
わない平坦化技術が要求される。
【0003】
【従来の技術】素子が微細化され回路が高集積化される
半導体ICにおいては、多層配線が多く用いられるが、
かかる半導体装置においてその高信頼性を確保するため
に、多層配線を構成する各層の配線を設計ルール通りに
精度良く形成することが極めて重要である。そのため多
層配線においては、配線を形成する下地面を平坦化する
ことが是非とも必要になる。
【0004】従来、微細配線ルールに基づく多層配線を
形成するに際して、配線層のパターニングはリアクティ
ブイオンエッチング(RIE )処理によって行われ、
その反応ガスに、エッチング性のガス(アルミニウム若
しくはその合金の場合 CCl4 )と堆積性のガス(
アルミニウム若しくはその合金の場合 SiCl4、B
Cl3等)を混合して用いることによりパターン形状の
劣化を極力抑える方法が行われていた。また配線形成面
の平坦化のためには、スピンコートされるSOG(Sp
in On Glass )膜により配線間の凹部を埋
める方法が用いられていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来の配線
層のパターニング方法においては、反応ガス中の上記エ
ッチング性ガスと堆積性ガスの比率の変動、レジストと
のエッチングの選択性の減少等によって形成される配線
パターンに設計寸法からの厚さや幅の目減りを生じ、特
に配線ルールが微細化されるLSI等においては、上記
厚さや幅の目減りによって配線の性能や信頼性が大幅に
低下するという問題があった。
【0006】また上記従来のSOGスピンコートによる
平坦化方法においては、配線間隔の狭い部分と、広い部
分とではそこに溜まるSOGの厚さが異なるので、平坦
化が部分的に不十分になり、特に配線ルールが微細化さ
れるLSI等においては、その段差部上でステップカバ
レージ不足による上層配線の膜厚不足や段切れが生じ易
くなり、配線の性能や信頼性が大幅に低下するという問
題が生じていた。
【0007】そこで本発明は、配線のパターニングに際
して幅や厚さの設計寸法からの目減りを回避し、且つ配
線形成面をほぼ完全に平坦化し、多層配線の性能や信頼
性を高度に保つことを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理説明
用模式断面図で、図中、1は下部絶縁膜、2は下層の第
1の導電性パターン(第1層配線のコンタクト用パッド
部)、3は層間絶縁膜、4はコンタクトホール配設領域
、5は溝、6はコンタクトホール、7はコンタクトホー
ルを含む溝内の埋め込まれた上層の第2の導電体層(第
2層埋込み配線)を示す。  上記課題は、同図に示さ
れるように、第1の導電性パターン(2) を有する基
板上に層間絶縁膜(3) を形成する工程と、該層間絶
縁膜(3) に、該第1の導電性パターン(2) 上の
コンタクトホール配設領域(4) を包含する所定のパ
ターン形状を有し、且つ該層間絶縁膜(3) の底部に
達しない深さの溝(5) を形成する工程と、該層間絶
縁膜(3) の該溝(5) 内の該コンタクトホール配
設領域(4) に該第1の導電性パターン(2) 面を
表出するコンタクトホール(6) を形成する工程と、
該層間絶縁膜(3) 上に該コンタクトホール(6) 
及び該溝(5) の内部を完全に埋める第2の導電体層
を堆積する工程と、該第2の導電体層を異方性を有する
ドライエッチング手段により該層間絶縁膜(3) の上
面が完全に表出するまで全面エッチングして、該層間絶
縁膜(3) の該コンタクトホール(6) を含む該溝
(5) 内に平坦に埋め込まれた上層の第2の導電性パ
ターン(7) を形成する工程、若しくは該第2の導電
体層を該層間絶縁膜の溝に沿ってパターニングして、該
層間絶縁膜の該コンタクトホールを含む溝内を埋め、且
つ該層間絶縁膜の表面上に突出した上層の第2の導電性
パターンを形成する工程の、両方若しくは何れか一方と
を含む本発明による半導体装置の製造方法によって解決
される。
【0009】
【作用】即ち本発明においては、上層の導電性パターン
例えば上層の導電体層(配線)(7) を層間絶縁膜(
3) の表面に形成した設計ルールに見合う溝(5) 
内に平坦若しくは平坦より高く埋込むことによって、上
層配線(7) のパターニングに際し、上層配線(7)
 の品質維持に必要な部分をエッチングガスにふれない
ようにして、幅や厚さの目減りによる信頼性の低下を回
避する。また少なくとも最上層以外の上層配線(7) 
においては、溝(5) に埋め込まれた配線(7) の
上面と層間絶縁膜(3)の上面とがほぼ同一平面上に位
置するように形成されるので、更に上層の配線を形成す
る面は段差部の存在しないほぼ完全な平坦面になり、カ
バレッジ性の不足による更に上層配線の品質劣化を生ず
ることがなくなる。
【0010】以上により、高歩留りで高信頼性を有する
多層配線が形成される。
【0011】
【実施例】以下本発明を一実施例について、図2及び図
3に示す模式工程断面図を参照し、具体的に説明する。
【0012】図2(a) 参照 本発明の方法によりLSI等の多層配線を形成するに際
しては、素子(図示せず)が形成された半導体基板10
上に下層絶縁膜11が形成され、この下層絶縁膜11上
に図示しないコンタクトホールを介して例えば純Al若
しくはAl合金からなる第1層Al配線(コンタクトパ
ッド部図示)12が導出されてなる被加工基板上に、先
ずCVD 法によりPSG等からなる 1.5μm程度
の厚さの第1の層間絶縁膜13を形成する。この第1の
層間絶縁膜13の厚さ(t1)は層間絶縁耐力を満足す
る厚さに、この第1の層間絶縁膜に埋め込まれる第2層
の配線に必要な厚さを加算した値以上に規定される。
【0013】図2(b) 参照 次いでエッチング手段に[CF4+CHF3] ガスに
よるリアクティブイオンエッチング( RIE ) 手
段を用いる通常のフォトリソグラフィによりコントロー
ルエッチングを行い、上記第1の層間絶縁膜13に第1
層Al配線12に対するコンタクトホール形成領域14
を含む第2層配線のパターン形状に対応するパターン形
状を有する例えば幅1μm、深さ 0.8μm程度の第
1の溝15を形成する。ここで、上記第1の溝15の幅
及び深さ(d) は、第2層配線に必要な幅及び厚さ(
t2)と等しく規定される。また、コンタクトパッド部
は通常とおり配線幅の2〜3倍程度の幅に形成される。
【0014】なお、図中のR1は上記フォトリソグラフ
ィに際し形成された第1のレジストマスクを示す。 図2(c) 参照 次いで、前記同様のエッチング手段を用いるフォトリソ
グラフィにより、第1の層間絶縁膜13の第1の溝15
内のコンタクトホール形成領域14に第1層Al配線1
2(コンタクトパッド部)の上面を表出する第1のコン
タクトホール16を形成する。図中、R2は上記フォト
リソグラフィに際し形成された第2のレジストマスクを
示す。
【0015】図2(d) 参照 次いで、通常のバイアススパッタ法により上記第1の層
間絶縁膜13上に、第1のコンタクトホール16及び第
1の溝15内を完全に埋める厚さ1μm程度の第2のA
l(Al合金を含む)層117 を堆積する。
【0016】図2(e) 参照 次いで、エッチングガスに塩素系のガス例えばCCl4
を用いるRIE 手段により、第1の層間絶縁膜13の
上面が完全に表出するまでエッチングバックを行い、第
1の層間絶縁膜13の第1のコンタクトホール16を含
む第1の溝15内に、上面が第1の層間絶縁膜13の上
面とほぼ平坦な第2層埋込みAl配線17を形成する。
【0017】図3(a) 参照 次いで、上記第2層埋込みAl配線17を有する第1の
層間絶縁膜13上に、前記同様層間絶縁耐力と第3層配
線に必要な厚さの和に対応する例えば 1.5μm程度
の厚さの第2の層間絶縁膜18を形成する。
【0018】図3(b) 参照 次いで上記第2の層間絶縁膜18の、第2層配線と第3
層配線とのコンタクトホール形成領域19を含む第3層
配線のパターンに対応する領域に、前記同様のフォトリ
ソグラフィ手段により第3層配線に必要な幅及び厚さに
対応する例えば幅1μm、深さ 0.8μm程度の第2
の溝20を形成する。図中、R3は第3のレジストマス
クを示す。
【0019】図3(c) 参照 次いで、前記同様のフォトリソグラフィ手段により、上
記第2の層間絶縁膜18に形成された第2の溝20内の
第2層Al埋込み配線17に対するコンタクトホール形
成領域19に第2層埋込みAl配線17のコンタクトパ
ッド部を表出する第2のコンタクトホール21を形成す
る。図中、R4は第4のレジストマスクを示す。
【0020】図3(d) 参照 次いで、第4のレジストマスクR4を除去し、次いで上
記第2の層間絶縁膜18上に前記第2のコンタクトホー
ル21を含む第2の溝20内を完全に埋める例えば厚さ
1μm程度の第3のAl(Al合金を含む)層122 
を堆積し、次いで、エッチング手段に塩素系のガス例え
ばCCl4等を用いるRIE 手段を用いる通常のフォ
トリソグラフィにより上記第3のAl層122 のパタ
ーニングを行って、下部が第2の層間絶縁膜18内に埋
め込まれ、且つ第2のコンタクトホール21で第2層A
l埋込み配線17に接続する第3層Al配線22を形成
し、3層のAl配線を有する多層配線構造が完成する。
【0021】なお、上記第3層Al配線22のパターニ
ングをエッチバック法により行わずに、フォトリソグラ
フィ手段により行ったのは、この第3層Al配線22が
最上層配線であり、敢えて完全に埋込む必要がなかった
ことによる。
【0022】また上記実施例においては、溝15、20
等の形成を先に行い、コンタクトホール16、21等の
形成を後に行ったが、これらの順序は逆であっても差支
えない。 上記実施例の説明から明らかなように、本発明によれば
、多層配線構造の形成に際して、上層の配線例えば(1
7)(22)等を層間絶縁膜例えば(13)(18)等
に形成した溝(15)(20)等に平坦若しくは平坦よ
り高く埋込むことによって、上層配線(17)(22)
等のパターニングに際し、上層配線(17)(22)等
の品質維持に必要な部分はエッチングガスに接触せしめ
ない。従って上層配線(17)(22)等にその性能が
損なわれるような幅や厚さの目減りは生ぜずその信頼性
が確保される。
【0023】また、少なくとも最上層以外の上層配線(
17)においては、溝(15)に埋め込まれた配線(1
7)の上面と層間絶縁膜(13)の上面とがほぼ同一平
面上に位置するように層間絶縁膜(13)内に埋め込ま
れるので、更に上層の配線(22)を形成する面は段差
部の存在しないほぼ完全な平坦面になり、カバレッジ性
の不足による更に上層配線(22)の品質劣化を生ずる
ことがなくなる。
【0024】
【発明の効果】以上説明のように本発明によれば、多層
配線における配線の品質確保に必要な断面形状が設計値
通りに確保され、且つ配線層のカバレッジ性不足による
配線品質の劣化は生じない。従って本発明は多層配線構
造を有する半導体装置の歩留り及び信頼性の向上に寄与
するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】  本発明の原理説明用模式断面図
【図2】 
 本発明の方法の一実施例の模式工程断面図(その1)
【図3】  本発明の方法の一実施例の模式工程断面図
(その2)
【符号の説明】
1  下部絶縁膜 2  下層の第1の導電性パターン(第1層配線)3 
 層間絶縁膜 4  コンタクトホール形成領域 5  溝 6  コンタクトホール

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1の導電性パターン(2) を有する基
    板上に層間絶縁膜(3) を形成する工程と、該層間絶
    縁膜(3) に、該第1の導電性パターン(2) 上の
    コンタクトホール配設領域(4) を包含する所定のパ
    ターン形状を有し、且つ該層間絶縁膜の底部に達しない
    深さの溝(5) を形成する工程と、該層間絶縁膜(3
    ) の該溝(5) 内の該コンタクトホール配設領域(
    4) に該第1の導電性パターン(2) 面を表出する
    コンタクトホール(6) を形成する工程と、該層間絶
    縁膜(3) 上に該コンタクトホール(6) 及び該溝
    (5) の内部を完全に埋める第2の導電体層を堆積す
    る工程と、該第2の導電体層を異方性を有するドライエ
    ッチング手段により該層間絶縁膜(3) の上面が完全
    に表出するまで全面エッチングして、該層間絶縁膜(3
    ) の該コンタクトホール(6) を含む該溝(5) 
    内に平坦に埋め込まれた上層の第2の導電性パターン(
    7) を形成する工程、若しくは該第2の導電体層を該
    層間絶縁膜の溝に沿ってパターニングして、該層間絶縁
    膜の該コンタクトホールを含む溝内を埋め、且つ該層間
    絶縁膜の表面上に突出した上層の第2の導電性パターン
    を形成する工程の、両方若しくは何れか一方とを含むこ
    とを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP7199591A 1991-04-05 1991-04-05 半導体装置の製造方法 Pending JPH04307939A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5585307A (en) * 1995-02-27 1996-12-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Forming a semi-recessed metal for better EM and Planarization using a silo mask
JPH09283523A (ja) * 1996-04-12 1997-10-31 Lg Semicon Co Ltd 半導体素子の多層配線の形成方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5585307A (en) * 1995-02-27 1996-12-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Forming a semi-recessed metal for better EM and Planarization using a silo mask
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