JPH11204522A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体基板上の最上層の層間絶縁膜に形成さ
れた最上層の埋め込み配線と埋め込み型の外部接続用電
極とが電気的に確実に接続されるようにして、半導体装
置の信頼性を向上させる。 【解決手段】 最上層の配線１１０及び外部接続用電極
１１２は、最上層の層間絶縁膜１０３に埋め込まれるよ
うに形成されている。最上層の層間絶縁膜１０３よりも
下側に、最上層の配線１１０と外部接続用電極１１２と
を接続する接続配線１０２が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置、特に
半導体基板上の最上層の層間絶縁膜に形成された埋め込
み配線及び埋め込み型の外部接続用電極を備えた半導体
装置及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】 以下、半導体基板上の最
上層の層間絶縁膜に形成された埋め込み配線を備えた半
導体装置及びその製造方法について、図３（ａ）〜
（ｃ）及び図４（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明す
る。

【０００３】まず、図３（ａ）に示すように、半導体基
板１０の上に第１層の層間絶縁膜１１を堆積した後、該
第１層の層間絶縁膜１１に下層の埋め込み配線１２を形
成する。次に、下層の埋め込み配線１２の上を含む第１
層の層間絶縁膜１１の上に全面に亘って第２層の層間絶
縁膜１３を堆積した後、該第２層の層間絶縁膜１３の上
に、コンタクトホール形成領域に開口部１４ａを有する
エッチングストッパーとなる酸化アルミニウム膜１４を
形成する。

【０００４】次に、図３（ｂ）に示すように、酸化アル
ミニウム膜１４の上に最上層となる第３層の層間絶縁膜
１５を全面に堆積した後、該第３層の層間絶縁膜１５に
対してフォトリソグラフィ及びエッチングを行なって、
図３（ｃ）に示すように、配線形成用凹部１６及びコン
タクトホール１７を有するパターン化された第３層の層
間絶縁膜１５Ａを形成する。

【０００５】次に、図４（ａ）に示すように、第３層の
層間絶縁膜１５Ａの上に全面に亘って例えばアルミニウ
ム膜よりなる金属膜１８を堆積した後、該金属膜１８に
対して第３層の層間絶縁膜１５Ａが露出するように化学
機械研磨を行なって、金属膜１８よりなり、下層の埋め
込み配線１２とコンタクトにより接続された最上層の埋
め込み配線１９を形成する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最上層の埋
め込み配線を外部と電気的に接続するためには、該最上
層の埋め込み配線と電気的に接続されていると共に、ボ
ンディングワイヤ又はバンプによって外部と接続される
外部接続用電極が必要になる。この場合、外部接続用電
極は最上層の層間絶縁膜上に形成される必要があると共
に、工程数の増加を招かないために、最上層の埋め込み
配線と外部接続用電極とを同一の工程で形成することが
好ましい。

【０００７】そこで、図５（ａ）〜（ｄ）に示すような
半導体装置及びその製造方法を考慮した。尚、図５
（ａ）〜（ｄ）においては、図示の都合上、下層の層間
絶縁膜及び下層の埋め込み配線については、省略してい
る。

【０００８】まず、図５（ａ）に示すように、半導体基
板２０上に最上層の層間絶縁膜２１を堆積した後、該最
上層の層間絶縁膜２１にフォトリソグラフィ及びエッチ
ングを行なって最上層配線用凹部２２及び外部電極用凹
部２３を形成する。

【０００９】次に、図５（ｂ）に示すように、最上層の
層間絶縁膜２１に再びフォトリソグラフィ及びエッチン
グを行なって、最上層の配線と下層の配線とを接続する
ためのコンタクトホール２４、最上層の配線と外部接続
電極とを接続する接続配線を埋め込むための接続配線用
凹部２５を形成すると共に、外部電極用凹部２３を掘り
下げる。

【００１０】次に、図５（ｃ）に示すように、最上層配
線用凹部２２、外部電極用凹部２３、コンタクトホール
２４及び接続配線用凹部２５を含む最上層の層間絶縁膜
２１の上にバリア層２６を堆積した後、該バリア層２６
の上に全面に亘って金属膜２７を堆積する。

【００１１】次に、図５（ｄ）に示すように、金属膜２
６に対して最上層の層間絶縁膜２１が露出するまで化学
機械研磨を行なって、最上層の埋め込み配線２８、該最
上層の埋め込み配線２８と図示しない下層の配線とを接
続するコンタクト２９、埋め込み型の外部接続用電極３
０、及び最上層の配線２８と外部接続用電極３０とを接
続する埋め込み接続配線３１を形成する。

【００１２】ところが、外部接続用電極３０と埋め込み
接続配線３１との接続部３２は、最上層の層間絶縁膜２
１の段差部の上に位置するため、図６に示すように、金
属膜２６に対して化学機械研磨を行なったときに膜厚が
薄くなってしまうので、埋め込み型の外部接続用電極３
０と埋め込み接続配線３１との間の抵抗が大きくなった
り、埋め込み型の外部接続用電極３０と埋め込み接続配
線３１とが接続されなくなったりして、半導体装置の信
頼性が低下するという問題が発生する。尚、図６におい
て、一点鎖線は埋め込み接続配線３１の本来の形状を示
している。

【００１３】前記に鑑み、本発明は、半導体基板上の最
上層の層間絶縁膜に形成された最上層の埋め込み配線と
埋め込み型の外部接続用電極とが電気的に確実に接続さ
れるようにして、半導体装置の信頼性を向上させること
を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る半導体装置は、半導体基板上の最上層
の層間絶縁膜に形成されている最上層の埋め込み配線
と、最上層の層間絶縁膜に形成されている埋め込み型の
外部接続用電極と、最上層の層間絶縁膜よりも下側に形
成されており、最上層の配線と外部接続用電極とを接続
する接続配線とを備えている。

【００１５】本発明の半導体装置によると、最上層の層
間絶縁膜よりも下側に、最上層の配線と外部接続用電極
とを接続する接続配線が設けられているため、最上層の
配線と外部接続用電極とを接続する接続配線を最上層の
層間絶縁膜に埋め込む必要がない。もっとも、最上層の
層間絶縁膜よりも下側に形成されている接続配線のほか
に、最上層の配線と外部接続用電極とを接続する接続配
線を最上層の層間絶縁膜に埋め込むように形成しても差
し支えがないのは当然である。

【００１６】本発明に係る半導体装置の製造方法は、半
導体基板上の最上層の層間絶縁膜に形成された最上層の
埋め込み配線及び埋め込み型の外部接続用電極を備えた
半導体装置の製造方法を対象とし、半導体基板上に下層
の層間絶縁膜を堆積する工程と、下層の層間絶縁膜の上
に、最上層の埋め込み配線が形成される領域の下側の領
域と埋め込み型の外部接続用電極が形成される領域の下
側の領域とに架けて延びるように接続配線を形成する工
程と、接続配線よりも上側に最上層の層間絶縁膜を堆積
する工程と、最上層の層間絶縁膜に、最上層の埋め込み
配線を埋め込むための配線用凹部、該配線用凹部と接続
配線とを連通させるコンタクトホール、及び接続配線と
連通しており埋め込み型の外部接続用電極を埋め込むた
めの電極用凹部をそれぞれ形成する工程と、導電膜を配
線用凹部、コンタクトホール及び電極用凹部を含む最上
層の層間絶縁膜の上に全面に亘って堆積する工程と、導
電膜に対して最上層の層間絶縁膜が露出するように化学
機械研磨を行なうことにより、コンタクトホールに埋め
込まれた導電膜を介して接続配線と接続する最上層の埋
め込み配線及び接続配線と直接に接続する埋め込み型の
外部接続用電極をそれぞれ形成する工程とを備えてい
る。

【００１７】本発明の半導体装置の製造方法によると、
下層の層間絶縁膜の上に、最上層の埋め込み配線が形成
される領域の下側の領域と埋め込み型の外部接続用電極
が形成される領域の下側の領域とに架けて延びるように
接続配線を形成する工程と、配線用凹部、コンタクトホ
ール及び電極用凹部を含む最上層の層間絶縁膜の上に堆
積された導電膜に対して化学機械研磨を行なって最上層
の埋め込み配線及び埋め込み型の外部接続用電極を形成
する工程とを備えているため、導電膜に対して化学機械
研磨を行なう際には、最上層の埋め込み配線及び埋め込
み型の外部接続用電極が埋め込まれている最上層の層間
絶縁膜よりも下側には既に接続配線が形成されるので、
導電膜に対して行なう化学機械研磨工程において接続配
線が研磨されることはない。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、一実施形態に係る半導体装
置及びその製造方法について、図１（ａ）〜（ｃ）及び
図２（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。

【００１９】まず、図１（ａ）に示すように、半導体基
板１００の上に、例えば酸化シリコン膜よりなる下層の
層間絶縁膜１０１を堆積した後、該下層の層間絶縁膜１
０１に例えば銅膜よりなる接続配線１０２を周知の方法
により形成する。この場合、接続配線１０２は、最上層
の埋め込み配線が形成される領域の下側の領域と埋め込
み型の外部接続用電極が形成される領域の下側の領域と
に架けて延びるように形成しておく。

【００２０】次に、接続配線１０２及び下層の層間絶縁
膜１０１の上に全面に亘って例えば酸化シリコン膜より
なる最上層の層間絶縁膜１０３を堆積した後、該最上層
の層間絶縁膜１０３に、フォトリソグラフィ及びエッチ
ングにより最上層の埋め込み配線を埋め込むための配線
用凹部１０４及び埋め込み型の外部接続用電極を埋め込
むための電極用凹部１０５を形成する。この場合、配線
用凹部１０４及び電極用凹部１０５の深さとしては、デ
バイス設計により種々の値を採りうるが、通常は０．５
〜２μｍ程度である。

【００２１】次に、図１（ｂ）に示すように、最上層の
層間絶縁膜１０３の上に、コンタクトホール形成領域及
び外部接続用電極形成領域に開口部１０６ａを有するレ
ジストパターン１０６を形成した後、該レジストパター
ン１０６をマスクとして最上層の層間絶縁膜１０３に対
してエッチングを行なって、図１（ｃ）に示すように、
配線用凹部１０４の下側に接続配線１０２と連通するコ
ンタクトホール１０７を形成すると共に、電極用凹部１
０５を接続配線１０２と連通するように掘り下げる。

【００２２】尚、本実施形態においては、配線用凹部１
０４を形成した後にコンタクトホール１０７を形成した
が、コンタクトホール１０７を形成した後に配線用凹部
１０４を形成してもよい。

【００２３】次に、図２（ａ）に示すように、配線用凹
部１０４、コンタクトホール１０７及び電極用凹部１０
５を含む最上層の層間絶縁膜１０３の上に全面に亘っ
て、銅が最上層の層間絶縁膜１０３に拡散することを防
止する、窒化チタン膜とチタン膜との積層膜よりなるバ
リア層１０８を堆積した後、該バリア層１０８の上に全
面に亘ってアルミニウム膜等よりなる導電膜１０９を堆
積する。

【００２４】導電膜１０９は、電極用凹部１０５には充
填されていなくてもよいが、配線用凹部１０４及びコン
タクトホール１０７には充填されるように堆積する。導
電膜１０９を堆積する方法としては、ＣＶＤ法、メッキ
法又はスパッタリング法等を用いることができる。スパ
ッタリング法を用いる場合には、導電膜１０９が配線用
凹部１０４及びコンタクトホール１０７に確実に充填さ
れるように、堆積した後に熱処理を加えて導電膜１０９
を流動させることが好ましい。

【００２５】また、バリア層１０８を構成する窒化チタ
ン膜及びチタン膜の膜厚は、例えば３０ｎｍ及び２０ｎ
ｍとすることができ、アルミニウム膜よりなる導電膜１
０９の膜厚は例えば１μｍとすることができるが、配線
用凹部１０４に埋め込まれる最上層の配線及びコンタク
トホール１０７に埋め込まれるコンタクトの抵抗をでき
るだけ小さくするために、バリア層１０８の膜厚は小さ
い方が好ましく、具体的には５０ｎｍ以下であることが
望ましい。

【００２６】尚、バリア層１０８としては、窒化チタン
膜とチタン膜との積層構造に代えて、窒化チタン膜又は
タンタル膜等の単層構造であってもよい。また、導電膜
１０９としては、アルミニウム膜に代えて、銅膜又はタ
ングステン膜等を用いることができる。

【００２７】次に、図２（ｂ）に示すように、導電膜１
０９に対して最上層の層間絶縁膜１０３が露出するよう
に化学機械研磨を行なって、最上層の配線１１０、該最
上層の配線１１０と接続配線１０２とを接続するコンタ
クト１１１、及び接続配線１０２と直接に接続する外部
接続用電極１１２をそれぞれ形成する。

【００２８】次に、最上層の配線１１０、外部接続用電
極１１２及び最上層の層間絶縁膜１０３の上に全面に亘
ってシリコン窒化膜１１３及びシリコン酸化膜１１４を
堆積して、シリコン窒化膜１１３及びシリコン酸化膜１
１４よりなる保護膜を形成した後、該保護膜に外部接続
用開口部１１５を形成する。

【００２９】本実施形態によると、下層の層間絶縁膜１
０３の上に接続配線１０２を形成した後、接続配線１０
２の上に最上層の層間絶縁膜１０３を堆積し、その後、
最上層の層間絶縁膜１０３の上に堆積した導電膜１０９
に対して化学機械研磨を行なうため、導電膜１０９に対
して行なう化学機械研磨は接続配線１０２に対しては行
なわれないので、接続配線１０２が研磨されて膜厚が薄
くなったり断線したりする事態を回避することができ
る。

【００３０】また、本実施形態によると、電極用凹部１
０５を接続配線１０２と接続するように掘り下げた後
に、導電膜１０９を充填しているため、外部接続用電極
１１２の厚さを大きくできるので、外部接続用電極１１
２にボンディングワイヤ又はバンプを接合する工程を容
易且つ確実に行なうことができる。

【００３１】さらに、本実施形態によると、電極用凹部
１０５を接続配線１０２と接続するように掘り下げ、外
部接続用電極１１２の厚さを最上層の配線１１０の厚さ
よりも大きくしているが、前述のように、導電膜１０９
に対して行なう化学機械研磨は接続配線１０２に対して
は行なわれないので、最上層の配線１１０と外部接続用
電極１１２との電気的接続が不安定になる事態を防止す
ることができる。

【００３２】尚、最上層の配線１１０と外部接続用電極
１１２とを電気的に接続する接続配線１０２は、最上層
の層間絶縁膜１０３よりも下側であれば、いずれの配線
層に設けられても差し支えがない。

【００３３】

【発明の効果】本発明の半導体装置によると、最上層の
層間絶縁膜よりも下側に接続配線が形成されており、接
続配線を最上層の層間絶縁膜に埋め込む必要がないた
め、つまり、最上層の配線及び外部接続用電極を形成す
るための化学機械研磨工程において接続配線が研磨され
ることがないため、接続配線の膜厚が薄くなったり接続
配線が断線したりしないので、最上層の埋め込み配線と
埋め込み型の外部接続用電極との電気的接続が確実にな
り、これにより半導体装置の信頼性が向上する。

【００３４】本発明の半導体装置の製造方法によると、
最上層の層間絶縁膜の上に堆積された導電膜に対して化
学機械研磨を行なう際には、最上層の層間絶縁膜よりも
下側には既に接続配線が形成されているため、導電膜に
対して行なう化学機械研磨工程において接続配線が研磨
されることはないので、接続配線が研磨されて膜厚が薄
くなったり断線したりする恐れがなくなる。このため、
最上層の埋め込み配線と埋め込み型の外部接続用電極と
の電気的接続が確実になるので、半導体装置の信頼性が
向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態に係る半
導体装置の製造工程の各工程を示す断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態に係る半
導体装置の製造工程の各工程を示す断面図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は従来の半導体装置の製造方法
の各工程を示す断面図である。

【図４】（ａ）、（ｂ）は従来の半導体装置の製造方法
の各工程を示す断面図である。

【図５】（ａ）〜（ｄ）は本発明の前提となる半導体装
置の製造方法の各工程を示す断面図である。

【図６】本発明の前提となる半導体装置の製造方法によ
り得られる半導体装置の問題点を説明する断面図であ
る。

【符号の説明】 １００ 半導体基板 １０１ 下層の層間絶縁膜 １０２ 接続配線 １０３ 最上層の層間絶縁膜 １０４ 配線用凹部 １０５ 電極用凹部 １０６ レジストパターン １０７ コンタクトホール １０８ バリア層 １０９ 導電膜 １１０ 最上層の配線 １１１ コンタクト １１２ 外部接続用電極 １１３ シリコン窒化膜 １１４ シリコン酸化膜 １１５ 外部接続用開口部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上の最上層の層間絶縁膜に形
   成されている最上層の埋め込み配線と、 前記最上層の層間絶縁膜に形成されている埋め込み型の
   外部接続用電極と、 前記最上層の層間絶縁膜よりも下側に形成されており、
   前記最上層の配線と前記外部接続用電極とを接続する接
   続配線とを備えていることを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 半導体基板上の最上層の層間絶縁膜に形
   成された最上層の埋め込み配線及び埋め込み型の外部接
   続用電極を備えた半導体装置の製造方法であって、 半導体基板上に下層の層間絶縁膜を堆積する工程と、 前記下層の層間絶縁膜の上に、前記最上層の埋め込み配
   線が形成される領域の下側の領域と前記埋め込み型の外
   部接続用電極が形成される領域の下側の領域とに架けて
   延びるように接続配線を形成する工程と、 前記接続配線よりも上側に前記最上層の層間絶縁膜を堆
   積する工程と、 前記最上層の層間絶縁膜に、前記最上層の埋め込み配線
   を埋め込むための配線用凹部、該配線用凹部と前記接続
   配線とを連通させるコンタクトホール、及び前記接続配
   線と連通しており前記埋め込み型の外部接続用電極を埋
   め込むための電極用凹部をそれぞれ形成する工程と、 導電膜を前記配線用凹部、コンタクトホール及び電極用
   凹部を含む前記最上層の層間絶縁膜の上に全面に亘って
   堆積する工程と、 前記導電膜に対して前記最上層の層間絶縁膜が露出する
   ように化学機械研磨を行なうことにより、前記接続配線
   と前記コンタクトホールに埋め込まれた前記導電膜を介
   して接続する前記最上層の埋め込み配線及び前記接続配
   線と直接に接続する前記埋め込み型の外部接続用電極を
   それぞれ形成する工程とを備えていることを特徴とする
   半導体装置の製造方法。