JPH11297826A - 多層配線の接続構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体装置を平坦化でき、スルーホールを製
造する工程が増加しない多層配線の接続構造を提供す
る。 【解決手段】 多層配線の接続構造は、シリコン基板１
と、シリコン基板１上に形成された、上面６ａと側面６
ｂを有する導電層６と、導電層６の側面６ｂに接し、か
つ導電層の上面６ａを露出させるように形成された側壁
層７および８と、導電層６の上面６ａに達するスルーホ
ール９を有する絶縁層１３とを備える。絶縁層１３がエ
ッチングされる速度は側壁層７および８がエッチングさ
れる速度よりも速い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、多層配線の接続
構造に関し、特に、半導体装置に用いられる多層配線の
接続構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置においては、さまざま
な領域で、多層配線が形成されている。図３３は、従来
の多層配線の構造を示す断面図である。図３３を参照し
て、シリコン基板２０１上に絶縁層２０２が形成されて
いる。絶縁層２０２上にアルミニウム合金からなる導電
層２０３が形成されている。導電層２０３を覆うように
絶縁層２０４が形成されている。絶縁層２０４には導電
層２０３に達するスルーホール２０５が形成されてい
る。スルーホール２０５を埋込むように接続導電層２０
６が形成されている。接続導電層２０６に接するように
絶縁層２０４上にアルミニウム合金からなる導電層２０
７が形成される。導電層２０３と導電層２０７とが接続
導電層２０９により接続されて多層配線が形成されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、半導体装置の微
細化が進むにつれて、多層配線も微細化することが求め
られている。多層配線を微細化すると、図３３で示す導
電層２０３および２０７の幅も小さくなる。そのため、
スルーホール２０５を導電層２０３の上に開孔できない
場合が生じ、たとえば、スルーホールが点線２１０で示
すように導電層２０３から外れた位置に形成される場合
がある。この場合、スルーホールをエッチングにより形
成する際に、スルーホールが絶縁層２０２の内部まで達
することがある。その結果、絶縁層２０２内の導電層
（図３３では示さず）とスルーホールに形成される接続
導電層が接触してショートするという問題が生じ得る。

【０００４】この問題を解決するために、導電層を覆う
エッチングストッパを形成する技術が、たとえば特開昭
６２−２０５６４５号公報に記載されている。図３４
は、エッチングストッパを用いた従来の多層配線の構造
を示す断面図である。図３４を参照して、シリコン基板
２０１上に絶縁層２０２が形成されている。絶縁層２０
２上に導電層２２１が形成されている。導電層２２１を
覆うようにシリコン窒化膜からなるエッチングストッパ
２２２が形成されている。エッチングストッパ２２２上
に絶縁層２２３が形成されている。エッチングストッパ
２２２は絶縁層２２３よりエッチングされにくい。

【０００５】絶縁層２２３とエッチングストッパ２２２
とには、導電層２２１に達するスルーホール２２４が形
成されている。スルーホール２２４を埋込むように接続
導電層２２５が形成されている。接続導電層２２５と接
するように絶縁層２２３上に導電層２２６が形成されて
いる。

【０００６】このように構成された多層配線において
は、スルーホールを導電層２２１の真上に形成できなか
った場合、たとえばスルーホールが点線２２７で示す位
置に形成された場合がある。しかし導電層２２１の側面
付近では、絶縁層２２３よりもエッチングされにくいエ
ッチングストッパ２２２の厚さが厚いために、スルーホ
ールが絶縁層２０２まで達する可能性が少なくなる。こ
れにより、ショートなどの問題を防ぐことができる。

【０００７】しかしながら、近年、半導体装置の微細化
に伴い、半導体装置を構成するそれぞれの層を平坦化す
ることが求められている。図３４で示すような構造で
は、エッチングストッパ２２２を導電層２２１上に形成
するため、エッチングストッパ２２２と導電層２２１と
が重なる領域では、絶縁層２０２の表面からエッチング
ストッパ２２２の表面までの高さはｈ₁ ＋ｈ₂ となり、
エッチングストッパ２２２がない場合に比べて、高さが
ｈ₁ の段差が新たに発生することになる。そのため、従
来のような構造では、半導体装置を構成する各層を平坦
化するという要求に応えることができなかった。

【０００８】図３５は、スルーホール２２４を製造する
工程を示す断面図である。図３５を参照して、従来の方
法では、スルーホール２２４を形成する際には、シリコ
ン基板２０１の上に絶縁層２０２、導電層２２１、エッ
チングストッパ２２２、絶縁層２２３およびレジストパ
ターン２２８を形成する。レジストパターン２２８に従
って絶縁層２２３をエッチングすることにより、スルー
ホール２２４を形成する。次に、エッチャントを替え
て、エッチングストッパ２２２をエッチングする。した
がって、図３４で示すような構造を形成するためには、
スルーホール２２４を形成するためのエッチングを二度
行なう必要があり、製造工程が増加するという問題があ
った。また、エッチングストッパ２２２が導電層２２１
の上面にあるため開口不良を起こしやすく歩留り低下の
原因になる。

【０００９】さらに、スルーホールが図３４中の点線２
２７で示す部分に形成された場合には、導電層２２１と
接続導電層２２５との接触面積が低下するおそれがあ
る。そのため、接続部分での電気抵抗の上昇およびエレ
クトロマイグレーションに対する耐性の低下という問題
が発生する。

【００１０】そこで、この発明は、上述のような問題点
を解決するためになされたものであり、この発明の目的
は、半導体装置を構成する各層を平坦化できるような多
層配線の接続構造を提供することである。

【００１１】また、この発明の別の目的は、スルーホー
ルを形成する際の工程が増加しない多層配線の接続構造
を提供することである。

【００１２】また、この発明のさらに別の目的は、導電
層間の接触面積が低下しない多層配線層の接続構造を提
供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明の１つの局面に
従った多層配線の接続構造は、半導体基板と、第１導電
層と、側壁層と、絶縁層と、第２導電層とを備える。第
１導電層は、上面と側面とを有し、半導体基板の上に形
成される。側壁層は、第１導電層の側面に接し、かつ第
１導電層の上面を露出させるように形成される。絶縁層
は、第１導電層と側壁層とを覆い、第１導電層の上面に
達する貫通孔を有する。第２導電層は、貫通孔を充填し
て第１導電層に接するように絶縁層の上に形成される。
絶縁層がエッチングされる速度は側壁層がエッチングさ
れる速度よりも速い。

【００１４】このような多層配線の接続構造において
は、側壁層が第１導電層の上面を露出させるように形成
されるため、第１導電層の上面にエッチングストッパと
しての層を形成した場合に比べて、半導体装置を構成す
る層を平坦化できる。

【００１５】また、絶縁層がエッチングされる速度は側
壁層がエッチングされる速度よりも速いため、側壁層は
エッチングストッパとして機能する。そのため、貫通孔
が第１導電層の真上に形成されなかった場合にも、その
側壁層がエッチングストッパとなり、貫通孔が半導体基
板まで達することを防ぐことができ、ショートなどを防
止することができる。

【００１６】また、第１導電層の上面と側壁層の上面と
は、ほぼ同一平面上にあることが好ましい。この場合、
第１導電層の上面と側壁層の上とが１つの表面を形成す
るため、半導体装置を構成する層をさらに平坦化するこ
とができる。

【００１７】第２導電層は、貫通孔を充填する接続導電
層と、接続導電層に接して絶縁層の上に形成された上層
導電層とを含むことが好ましい。

【００１８】接続導電層に接する上層導電層の下面にお
ける幅は、貫通孔の幅よりも広いことが好ましい。この
場合、上層導電層の下面が、貫通孔を充填する接続導電
層に確実に接することになり、接触不良などの問題を解
消することができる。

【００１９】この発明の別の局面に従った多層配線の接
続構造は、半導体基板と、第１導電層と、絶縁層と、第
２導電層とを備える。第１導電層は、半導体基板上に形
成され、上面と下面とを有する。絶縁層は、第１導電層
を覆い、第１導電層の上面に達する貫通孔を有する。第
２導電層は、貫通孔を充填して第１導電層に接するよう
に絶縁層の上に形成される。半導体基板から遠ざかるに
つれて第１導電層の下面から上面に至る間で、第１導電
層の幅が変化することによって相対的に第１導電層の幅
の広い部分と狭い部分とが存在する。

【００２０】このような多層配線の接続構造において
は、相対的に第１導電層の幅の広い部分が存在する。そ
のため、貫通孔が第１導電層の上面の真上に形成されな
かった場合にも、この第１導電層の幅の広い部分に貫通
孔が達することになる。そのため、第１導電層の幅がほ
ぼ一定である場合に比べて、第１導電層と、貫通孔を充
填して第１導電層と接する第２導電層との接触面積を十
分確保できる。

【００２１】また、第１導電層の幅は、上面で相対的に
広いことが好ましい。また、第１導電層の幅は、下面で
相対的に広いことが好ましい。

【００２２】さらに、第１導電層の幅は、上面と下面で
相対的に広く、上面と下面との間で相対的に狭くなって
いることが好ましい。

【００２３】第１導電層の幅は、上面と下面で相対的に
狭く、上面と下面との間で相対的に広くなっていること
が好ましい。

【００２４】このように構成することにより、第１導電
層の上面、下面または上面と下面の間のいずれかで第１
導電層の幅が広くなるので、この幅の広い部分で第１導
電層と第２導電層との接触面積を確保することができ
る。

【００２５】また、第２導電層は、貫通孔を充填する接
続導電層と、その接続導電層に接して絶縁層の上に形成
された上層導電層とを含むことが好ましい。

【００２６】接続導電層に接する上層導電層の下面にお
ける幅は、貫通孔の幅よりも広いことが好ましい。この
場合、上層導電層の下面が、貫通孔を充填する接続導電
層に確実に接することになり、接触不良などの問題を解
消することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。

【００２８】（実施の形態１）図１は、この発明の実施
の形態１に従った多層配線の接続構造を示す断面図であ
る。図１を参照して、シリコン基板１上にＴＥＯＳ（Te
tra ethyl orthosilicate ）を原料としたシリコン酸化
膜からなる絶縁層２が形成されている。絶縁層２上に幅
が約０．３μｍで高さが０．３μｍの導電層３および６
が形成されている。導電層６が第１導電層を構成する。
導電層３の側面には、幅が約０．２μｍ以下のシリコン
窒化膜からなる、側壁層４および５が形成されている。
導電層６の側面６ｂには、シリコン窒化膜からなる側壁
層７および８が形成されている。導電層３および６と、
側壁層４、５、７および８とを覆うように、絶縁層２上
に、ＴＥＯＳを原料としたシリコン酸化膜からなり、側
壁層７および８よりエッチングされる速度が速い絶縁層
１３が形成されている。

【００２９】絶縁層１３は径が約０．２μｍのスルーホ
ール９を有する。スルーホール９の側面と導電層６の上
面６ａとを覆うようにチタンナイトライドからなる厚さ
約２０ｎｍのバリア層１０が形成されている。バリア層
１０に接するようにタングステンからなるプラグ層１１
が形成されている。プラグ層１１とバリア層１０とに接
するように絶縁層１３上にアルミニウム合金からなる導
電層１２が形成されている。導電層１２とプラグ層１１
とバリア層１０とが第２導電層を構成する。また、バリ
ア層１０とプラグ層１１とが接続導電層を構成する。導
電層１２が上層導電層を構成する。また、バリア層１０
とプラグ層１１とを設けずに導電層１２がスルーホール
９を充填して導電層６と直接接するようにしてもよい。

【００３０】このように構成された多層配線の接続構造
においては、エッチングストッパとしての側壁層７およ
び８が、導電層６の上面６ａを露出させるため、導電層
６上にエッチングストッパを設けた場合に比べて、半導
体装置を構造する層を平坦化できる。

【００３１】また、この側壁層７および８は、絶縁層１
３よりもエッチングされにくいので、図１に示すよう
に、スルーホール９の一部分が側壁層７に達した場合に
も、側壁層７はあまりエッチングされずスルーホール９
が絶縁層２の内部やシリコン基板１まで到達するのを防
ぐことができる。

【００３２】次に、図１で示す多層配線の接続構造の製
造方法について説明する。図２〜図５は、図１で示す多
層配線層の接続構造の製造工程を示す断面図である。

【００３３】図２を参照して、シリコン基板１上にＴＥ
ＯＳを原料としてシリコン酸化膜からなる絶縁層２を形
成する。絶縁層２上にスパッタリングによりアルミニウ
ム合金層を形成する。アルミニウム合金層上に所定のパ
ターンを有するレジストパターン１５を形成する。レジ
ストパターン１５に従ってアルミニウム合金層をエッチ
ングすることにより、導電層３および６を形成する。

【００３４】図３を参照して、導電層３および６を覆う
ようにＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法により
シリコン窒化物層を形成する。シリコン窒化物層を全面
エッチバックすることにより、導電層３および６に接す
るエッチングストッパとしての側壁層４、５、７および
８を形成する。

【００３５】図４を参照して、絶縁膜２を覆うようにＴ
ＥＯＳを原料としてシリコン酸化膜からなる絶縁膜１３
を形成する。絶縁膜１３上に所定の形状がパターンを有
するレジストパターン１８を形成する。レジストパター
ン１８に従って絶縁層１３をエッチングすることによ
り、スルーホール９を形成する。

【００３６】図５を参照して、レジストパターン１８を
除去した後、ＣＶＤ法によりスルーホール９の側面と導
電層６の上面６ａとを覆うようにチタンナイトライド層
１６を形成する。チタンナイトライド層に接し、かつス
ルーホール９を充填するようにタングステン層１７をＣ
ＶＤ法により形成する。

【００３７】図１を参照して、チタンナイトライド層１
６およびタングステン層１７を全面エッチバックするこ
とにより、バリア層１０およびプラグ層１１を形成す
る。バリア層１０およびプラグ層１１に接するように絶
縁層１３上にアルミニウム合金層を形成し、このアルミ
ニウム合金層上にレジストパターンを形成する。レジス
トパターンに従ってアルミニウム合金層を所定の形状に
パターニングすることにより下面１２ａの幅がスルーホ
ール９の径よりも大きい導電層１２を形成する。これに
より、図１で示す多層配線の接続構造が完成する。

【００３８】このような製造方法においては、図４で示
すように、スルーホール９の一部が側壁層７に達した場
合にも、側壁層７は、シリコン酸化膜よりもエッチング
されにくいため、スルーホール９が絶縁層２やシリコン
基板１まで達することはない。そのため、このスルーホ
ール９をタングステン層１７で充填しても絶縁層２中の
導電層とショートすることがない。また、１回のエッチ
ングでスルーホール９を形成できる。

【００３９】（実施の形態２）図６は、この発明の実施
の形態２に従った導電層の接続構造を示す断面図であ
る。図６を参照して、シリコン基板１に絶縁層２が形成
されている。絶縁層２上には、厚さが約０．３μｍで幅
が約０．３μｍの第１導電層としての導電層２６が形成
されている。絶縁層２上に導電層２６と同じ寸法の導電
層２３が形成されている。導電層２６の側壁２６ｂに接
するように厚さ約０．３μｍのシリコン窒化膜からなる
エッチングストッパとしての側壁層２４が形成されてい
る。

【００４０】側壁層２４の上面２４ａと、導電層２６の
上面２６ａとは同一平面内にある。したがって、絶縁層
２から上面２４ａまでの高さと絶縁層２から上面２６ａ
までの高さとはどの部分でもほぼ等しい。導電層２３お
よび２６と側壁層２４とを覆うようにＴＥＯＳを原料と
したシリコン酸化膜からなり側壁層２４よりもエッチン
グされる速度が速い絶縁層３３が形成されている。

【００４１】絶縁層３３には、導電層２６の上面２６ａ
に達するスルーホール２９が形成されている。スルーホ
ール２９の径は約０．２μｍである。スルーホール２９
の側面と導電層２６の上面２６ａを覆うように厚さ約２
０ｎｍのチタンナイトライドからなるバリア層３０が形
成されている。バリア層３０に接し、かつスルーホール
２９を覆うようにタングステンからなるプラグ層３１が
形成されている。プラグ層３１とバリア層３０とに接す
るように絶縁層３３上にアルミニウム合金からなる導電
層３２が形成されている。バリア層３０とプラグ層３１
と導電層３２とが第２導電層を構成する。

【００４２】このような多層配線の接続構造において
は、エッチングストッパとしての側壁層２４が導電層２
６の上面２６ａを露出させるため、導電層２６ａの上に
エッチングストッパを形成した場合に比べて、半導体装
置を構成する層を平坦化できるとともに、開口不良の心
配がない。さらに、導電層２６の上面２６ａと側壁層２
４の上面２４ａとがほぼ同一平面内にあるため、図１に
示す半導体装置よりもさらに平坦化されるという効果が
ある。

【００４３】次に、図６で示す多層配線の接続構造の製
造方法について説明する。図７〜図１０は、図６で示す
多層配線の接続構造の製造工程を示す断面図である。

【００４４】図７を参照して、シリコン基板１上に絶縁
層２を形成する。絶縁層２上に厚さ約０．３μｍのシリ
コン窒化物層を形成する。このシリコン窒化物層の上に
所定のパターンを有するレジストパターン３５を形成す
る。レジストパターンに従ってシリコン窒化物層をエッ
チングする。これにより、シリコン窒化物層に開孔２５
を形成し、側壁層２４を形成する。

【００４５】図８を参照して、開孔２５を充填するよう
にスパッタリングによりアルミニウム合金層を形成す
る。アルミニウム合金層を全面エッチバックすることに
より、開孔２５に埋込まれた導電層２３と、上面２６ａ
と側面２６ｂとを有する導電層２６とを形成する。

【００４６】図９を参照して、導電層２３および２６と
側壁層２４とを覆うように厚さ約１μｍのシリコン酸化
膜からなる絶縁層３３を形成する。絶縁層３３上に所定
のパターンを有するレジストパターン３８を形成する。
レジストパターン３８に従って絶縁層３３をエッチング
することにより、導電層２６の上面２６ａに達するスル
ーホール２９を形成する。

【００４７】図１０を参照して、レジストパターン３８
を除去した後、スルーホール２９の側面と導電層２６の
上面２６ａとを覆うチタンナイトライド層３６をＣＶＤ
法により形成する。チタンナイトライド層３６を覆いか
つスルーホール２９を充填するようにＣＶＤ法によりタ
ングステン層３７を形成する。

【００４８】図６を参照して、タングステン層３７とチ
タンナイトライド層３６とを全面エッチバックすること
により、プラグ層３１とバリア層３０を形成する。プラ
グ層３１とバリア層３０とに接するように絶縁層３３上
にスパッタリングによりアルミニウム合金層を形成す
る。アルミニウム合金層上にレジストパターンを形成
し、このレジストパターンに従ってアルミニウム合金層
をエッチングすることにより、その下面３２ａの幅がス
ルーホール２９の径よりも大きな導電層３２を形成す
る。これにより、図６で示す多層配線の接続構造が完成
する。

【００４９】このような方法に従えば、図９で示す工程
において、スルーホール２９の一部が側壁層２４に達し
ても、側壁層２４は絶縁層３３よりもエッチングされに
くいため、スルーホール２９が絶縁層２やシリコン基板
１に達することがない。そのため、この絶縁層にバリア
層３０やプラグ層３３を埋込んでもこれらが他の配線層
とショートすることがない。また、１回のエッチングで
スルーホール２９を形成できる。

【００５０】（実施の形態３）図１１は、この発明の実
施の形態３に従った多層配線の接続構造を示す断面図で
ある。図１１を参照して、シリコン基板１上に絶縁層２
が形成されている。絶縁層２上には、チタンナイトライ
ドからなる導電層４４および４５と、導電層４４および
４５の双方に接するように、アルミニウム合金からなる
導電層４３が形成されている。導電層４４および４５の
幅はともに約０．５μｍであり、厚さはともに約５０ｎ
ｍである。導電層４３の幅は約０．３μｍであり、厚さ
は約０．４μｍである。

【００５１】絶縁層２上に、チタンナイトライドからな
る導電層４７および４８と、導電層４７および４８の双
方に接するアルミニウム合金からなる導電層４６が形成
されている。導電層４６、４７および４８が第１導電層
を構成する。導電層４７は、第１導電層の下面４７ａを
有し、導電層４８は、第１導電層の上面４８ａを有す
る。導電層４６、４７および４８の寸法は、導電層４
３、４４および４５とそれぞれ同一である。第１導電層
の幅は上面４８ａと下面４７ａとの間で小さくなってい
る。導電層４８は導電層４６より広い幅を有する。

【００５２】導電層４３、４４、４５、４６、４７およ
び４８を覆うように厚さ約１．５μｍのシリコン酸化膜
からなる絶縁層５２が形成されている。絶縁層５２に
は、導電層４８に達する、径が約０．３μｍのスルーホ
ール４９が形成されている。スルーホール４９の側面
と、上面４８ａとを覆うようにチタンナイトライドから
なるバリア層５０が形成されている。バリア層５０に接
しかつスルーホール４９を充填するようにタングステン
からなるプラグ層５１が形成されている。

【００５３】プラグ層５１とバリア層５０とに接するよ
うに絶縁層５２上に幅が約０．５μｍで厚さが約５０ｎ
ｍのチタンナイトライドからなるの導電層５７が形成さ
れている。導電層５７は下面５７ａを有し、下面５７ａ
の幅は、スルーホール４９の径よりも広い。導電層５７
上にはアルミニウム合金からなる導電層５６と、チタン
ナイトライドからなる導電層５８が形成されている。ま
た、絶縁層５２上には、チタンナイトライドからなる導
電層５４および５５と、アルミニウム合金からなる導電
層５３が形成されている。導電層５３および５６の寸法
は、導電層４３と同一である。導電層５４および５７の
寸法は、導電層４４の寸法と同一である。導電層５５お
よび５８の寸法は、導電層４５の寸法と同一である。

【００５４】導電層５６、５７および５８と、プラグ層
５１と、バリア層５０とが第２導電層を構成する。ま
た、導電層５６、５７および５８が上層導電層であり、
プラグ層５１およびバリア層５０が接続導電層である。
また、プラグ層５１およびバリア層５０を設けずに導電
層５７でスルーホール４９を充填してもよい。

【００５５】このように構成された多層配線の接続構造
においては、導電層４８が導電層４６よりも広い幅を有
する。そのため、スルーホール４９を導電層４６の真上
に形成することができなくてもスルーホール４９が導電
層４８に達する。そのため、スルーホール４９を充填す
るバリア層５０と導電層４８との接触面積が確保される
ので、接触不良の問題が発生するのを抑制することがで
きる。

【００５６】また、下面４７ａの幅がスルーホール４９
の幅よりも広いために、導電層５７とバリア層５０およ
びプラグ層５１が確実に接続する。

【００５７】次に、図１１に示す多層配線の接続構造の
製造方法について説明する。図１２〜図１７は、図１１
で示す多層配線の接続構造の製造工程を示す断面図であ
る。図１２を参照して、シリコン基板１の表面に絶縁層
２を形成する。絶縁層２上にチタンナイトライド層、ア
ルミニウム合金層、チタンナイトライド層を堆積する。
チタンナイトライド層上に所定のパターンを有するレジ
ストパターン６４を形成し、このレジストパターンに従
ってチタンナイトライド層、アルミニウム合金層および
チタンナイトライド層をＢＣｌ₃ ガスとＣｌ₂ の混合ガ
スでエッチングする。これにより、導電層４４、４５、
４７、４８、６３および６６を形成する。

【００５８】図１３を参照して、アルカノールアミンな
どの有機アルカリ水溶液でアルミニウム合金層を選択的
にウェットエッチングすることにより、導電層４３およ
び４６を形成する。

【００５９】図１４を参照して、レジストパターン６４
を除去した後導電層４３、４４、４５、４６、４７およ
び４８を覆うように厚さ約１．５μｍのシリコン酸化膜
からなる絶縁層５２を形成する。絶縁層５２上に所定の
パターンを有するレジストパターン６５を形成する。レ
ジストパターン６５に従って絶縁層５２をエッチングす
ることにより、導電層４８に達するスルーホール４９を
形成する。

【００６０】図１５を参照して、レジストパターン６５
を除去した後絶縁層５２の表面を覆いかつスルーホール
４９の側面と上面４８ａとに接するようにＣＶＤ法によ
りチタンナイトライド層を形成する。このチタンナイト
ライド層上にスルーホール４９を充填するようにＣＶＤ
法によりタングステン層を形成する。タングステン層と
チタンナイトライド層とを全面エッチバックすることに
より、スルーホール４９内に充填されたバリア層５０と
プラグ層５１とを形成する。

【００６１】図１６を参照して、絶縁層５２上にチタン
ナイトライド層、アルミニウム合金層、チタンナイトラ
イド層を形成する。チタンナイトライド層上に所定のパ
ターンを有するレジストパターン６７を形成する。レジ
ストパターン６７に従ってチタンナイトライド層、アル
ミニウム合金層およびチタンナイトライド層をＢＣｌ ₃
ガスとＣｌ₂ ガスとの混合ガスでエッチングして導電層
５４、５５、５７、５８、７１および７２を形成する。

【００６２】図１７を参照して、アルカノールアミンな
どの有機アルカリ水溶液で導電層７１および７２をウェ
ットエッチングすることにより、導電層５３および５６
を形成する。最後に、レジストパターン６７を取除いて
図１１で示す多層配線の接続構造が完成する。

【００６３】このような方法に従えば、図１４で示す工
程から明らかなように、スルーホール４９が導電層４６
の真上に形成されなくてもスルーホール４９が導電層４
８と接すので、バリア層４９と導電層４８との接触面積
を確保することができる。

【００６４】（実施の形態４）図１８は、この発明の実
施の形態４に従った多層配線の接続構造を示す断面図で
ある。図１８を参照して、シリコン基板１上に絶縁層２
が形成されている。絶縁層２の表面にはアルミニウム合
金からなり幅が約０．５μｍで厚さが約０．５μｍの導
電層８３が形成されている。導電層８３の側壁に接する
ようにチタンナイトライドからなり幅が約０．２μｍ以
下の導電層８４および８５が形成されている。

【００６５】絶縁層２上に上面８６ａおよび下面８６ｂ
を有する導電層８６が形成されている。導電層８６の側
面に接するように下面８７ｂおよび８８ｂを有する導電
層８７および８８が形成されている。導電層８６の材質
および寸法は導電層８３の材質および寸法と同一であ
る。導電層８７および８８の材質および寸法は、導電層
８４および８５の材質および寸法と同一である。

【００６６】導電層８３、８４、８５、８６、８７およ
び８８を覆うように厚さ約１．５μｍのシリコン酸化膜
からなる絶縁層９２が形成されている。絶縁層９２に
は、導電層８６および８８に達するスルーホール８９が
形成されている。スルーホール８９の側面を覆い導電層
８６および８８に接するようにチタンナイトライドから
なるバリア層９０が形成されている。バリア層９０に接
しかつスルーホール８９を充填するようにタングステン
からなるプラグ層９１が形成されている。

【００６７】絶縁層９２上にはバリア層９０およびプラ
グ層９１に接するように導電層９６および９８が形成さ
れている。導電層９６の側面に接するように下面９７ａ
を有する導電層９７が形成されている。絶縁層９２上に
導電層９３の側面に接するように導電層９４および９５
が形成されている。導電層９３および９６の材質および
寸法は導電層８３の材質および寸法と同一である。導電
層９４および９７の材質および寸法は導電層８４の材質
および寸法と同一である。導電層９５および９８の材質
および寸法は導電層８５の材質および寸法と同一であ
る。

【００６８】導電層８６、８７および８８が第１導電層
を構成する。下面８６ａ、８７ａおよび８８ａが第１導
電層の下面である。第１導電層の下面で第１導電層の幅
が最大となる。導電層９６、９７および９８と、バリア
層９０と、プラグ層９１とが第２導電層を構成する。導
電層９６、９７および９８が上層導電層を構成し、バリ
ア層９０およびプラグ層９１が接続導電層を構成する。
下面９６ａ、９７ａおよび９８ａが上層導電層の下面で
ある。上層導電層の下面の幅はスルーホール８９の径よ
りも広い。また、プラグ層９１およびバリア層９０を設
けずに導電層９６または導電層９８がスルーホール８９
を埋込んでもよい。

【００６９】このように構成された多層配線の接続構造
においては、導電層８６、８７および８８により構成さ
れる第１導電層がテーパ状に形成されているため、スル
ーホール８９が導電層８６の真上に形成されなくても、
スルーホール８９は、導電層８６と導電層８８に接する
ことになる。そのため、バリア層９０と導電層８６およ
び８８との接触面積を確保することができ、接触抵抗の
増大を防ぐことができる。

【００７０】また、上層導電層の下面の幅がスルーホー
ル８９の径よりも広いため、バリア層９０およびプラグ
層９１と上層導電層とが確実に接続する。

【００７１】次に、図１８で示す多層配線の接続構造の
製造方法について説明する。図１９〜図２２は、図１８
で示す多層配線の接続構造の製造工程を示す断面図であ
る。図１９を参照してシリコン基板１上に絶縁層２を形
成する。絶縁層２上にスパッタリングによりアルミニウ
ム合金層を形成する。アルミニウム合金層上に所定のパ
ターンを有するレジストパターン１０１を形成する。レ
ジストパターン１０１に従ってアルミニウム合金層をエ
ッチングすることにより、導電層８３および８６を形成
する。

【００７２】図２０を参照して、レジストパターン１０
１を除去した後、導電層８３および８６と絶縁層２とを
覆うようにＣＶＤ法によりチタンナイトライド層を形成
する。チタンナイトライド層を全面エッチバックするこ
とにより、導電層８４、８５、８７および８８を形成す
る。導電層８３、８４、８５、８６、８７および８８を
覆うように厚さ約１．５μｍのシリコン酸化膜からなる
絶縁層９２を形成する。絶縁層９２上に所定のパターン
を有するレジストパターン１０２を形成する。レジスト
パターン１０２に従って絶縁層９２をエッチングするこ
とにより、導電層８６および８８に達するスルーホール
８９を形成する。

【００７３】図２１を参照して、レジストパターン１０
２を除去した後、絶縁層９２の表面とスルーホール８９
の側面と導電層８６および８８に接するようにチタンナ
イトライド層をＣＶＤ法により形成する。チタンナイト
ライド層に接しかつスルーホール８９を充填するように
ＣＶＤ法によりタングステン層を形成する。タングステ
ン層とチタンナイトライド層とを全面エッチバックする
ことにより、スルーホール８９内にバリア層９０とプラ
グ層９１とを形成する。

【００７４】図２２を参照して、絶縁層９２を覆うよう
にスパッタリングによりアルミニウム合金層を形成す
る。アルミニウム合金層上に所定のパターンを有するレ
ジストパターン１０３を形成する。レジストパターン１
０３に従ってアルミニウム合金層をエッチングすること
により、導電層９３および９６を形成する。

【００７５】図１８を参照して、レジストパターン１０
３を除去した後、導電層９３および９６を覆うようにＣ
ＶＤ法によりチタンナイトライド層を形成する。チタン
ナイトライド層を全面エッチバックすることにより、導
電層９４、９５、９７および９８を形成する。これによ
り、図１８で示す多層配線の接続構造が完成する。

【００７６】このような製造方法に従えば、図２０で示
すように、スルーホール８９を導電層８６の真上に形成
できなかった場合でも、スルーホール８９が導電層８６
および８８に達するので、バリア層が導電層８６および
８８に接することになる。そのため、導電層８６および
８８とバリア層９０との接触面積を確保することができ
る。

【００７７】（実施の形態５）図２３は、この発明の実
施の形態５に従った多層配線の接続構造の断面図であ
る。図２３を参照して、シリコン基板１上に絶縁層２が
形成されている。絶縁層２上には、ほぼ台形の導電層１
１３および１１６が形成されている。導電層１１６の上
面１１６ａの幅は約０．３μｍであり、下面１１６ｂの
幅は約０．５μｍである。また、導電層１１３および１
１６の厚さは約０．４μｍである。導電層１１６が第１
導電層を構成する。

【００７８】導電層１１３および１１６を覆うようにシ
リコン酸化膜からなる絶縁層１２２が形成されている。
絶縁層１２２には、導電層１１６に達するスルーホール
１１９が形成されている。スルーホール１１９の径は約
０．２μｍである。スルーホール１１９の側面と導電層
１１６の上面１１６ａとに接するように厚さ約２０ｎｍ
のチタンナイトライドからなるバリア層１２０が形成さ
れている。バリア層１２０に接し、かつスルーホール１
１９を充填するようにタングステンからなるプラグ層１
２１が形成されている。

【００７９】プラグ層１２１とバリア層１２０とに接す
るように絶縁層１２２上に上面１２６ａと下面１２６ｂ
とを有する導電層１２６が形成されている。また、絶縁
層１２２上に導電層１２３が形成されている。導電層１
２３および１２６の材質および寸法は、導電層１１６と
同一である。

【００８０】導電層１２６と、バリア層１２０と、プラ
グ層１２１とが第２導電層を構成する。導電層１２６が
上層導電層を構成し、プラグ層１２１およびバリア層１
２０が接続導電層を構成する。また、バリア層１２０お
よびプラグ層１２１を設けずにスルーホール１１９を充
填するように導電層１２６を形成してもよい。

【００８１】このように構成された多層配線の接続構造
においては、導電層１１６が台形であるために、導電層
１１６が正方形や長方形の場合に比べて、スルーホール
１１９がずれて形成された場合にも、スルーホールが導
電層１１６に達する可能性が高くなる。そのため、導電
層１１６とバリア層１２０との接触面積を確保すること
ができる。また、導電層１２６の下面１２６ｂの幅がス
ルーホール１１９の径よりも大きいため、導電層１２６
がバリア層１２０およびプラグ層１２１と確実に接触す
るようになる。

【００８２】次に、図２３で示す多層配線の接続構造の
製造方法について説明する。図２４〜図２８は、図２３
で示す多層配線の接続構造の１つの製造工程を示す断面
図である。図２４を参照して、シリコン基板１上に絶縁
層２を形成する。絶縁層２上にスパッタリングによりア
ルミニウム合金層１２４を形成する。アルミニウム合金
層１２４上に所定のパターンを有するレジストパターン
１２５を形成する。

【００８３】図２５を参照して、レジストパターン１２
５に従ってＢＣｌ₃ ガスとＣｌ₂ ガスとＣＨＦ₃ ガスと
の混合ガスによりアルミニウム合金層１２４をエッチン
グする。このＢＨＦ₃ ガスの作用により、台形状、すな
わちテーパ状の導電層１１３および１１６を形成する。

【００８４】図２６を参照して、導電層１１３および１
１６を覆うように厚さ約１．５μｍのシリコン酸化膜か
らなる絶縁層１２２を形成する。絶縁層１２２上に所定
のパターンを有するレジストパターン１２８を形成す
る。レジストパターン１２８に従って絶縁層１２２をエ
ッチングすることにより、導電層１１６に達するスルー
ホール１１９を形成する。

【００８５】図２７を参照して、スルーホール１１９の
側面を覆いかつ導電層１１６に接するようにＣＶＤ法に
よりチタンナイトライド層を堆積する。このチタンナイ
トライド層に接し、かつスルーホール１１９を充填する
ようにＣＶＤ法によりタングステン層を形成する。タン
グステン層とチタンナイトライド層を全面エッチバック
することにより、スルーホール１１９内にバリア層１２
０とプラグ層１２１とを形成する。

【００８６】図２８を参照して、プラグ層１２１とバリ
ア層１２０とに接するように絶縁層１２２上にスパッタ
リングによりアルミニウム合金層１２８を形成する。ア
ルミニウム合金層１２８上に所定のパターンを有するレ
ジストパターン１２９を形成する。このレジストパター
ンに従って図２５で示す工程と同様の手法を用いて台形
状の導電層１２３および１２６を形成する。その後、レ
ジストパターン１２９を除去することにより、図２３で
示す多層配線の接続構造が完成する。

【００８７】図２９〜図３１は、図２３で示す多層配線
の接続構造の別の製造工程を示す断面図である。図２９
を参照して、シリコン基板１上に絶縁層２を形成する。
絶縁層２上にアルミニウム合金層１２４を形成する。ア
ルミニウム合金層１２４上に所定のパターンを有するレ
ジストパターン１３１を形成する。

【００８８】図３０を参照して、レジストパターン１３
１を温度１２０℃〜１５０℃の雰囲気に保ち、レジスト
パターンを楕円状にする。

【００８９】図３１を参照して、レジストパターン１３
２もエッチングされるような条件でアルミニウム合金層
１２１をエッチングする。これにより、レジストパター
ン１３１が徐々にエッチングされるので、アルミニウム
合金層１２４は台形状の導電層１３１および１６１とな
る。また、レジストパターン１３２もエッチングされて
レジストパターン１３３となる。その後、レジストパタ
ーン１３３を除去し、図２６〜図２７で示す工程に従え
ば、図２３で示す多層配線の接続構造が完成する。これ
らの製造方法に従えば、図２６で示すように、スルーホ
ール１１９が導電層１１６の上面１１６ａの真上に形成
されなくても、導電層１１６のテーパ状の部分にスルー
ホール１１９が達するので導電層１１６とバリア層１２
０との接触面積を確保することができる。

【００９０】（実施の形態６）図３２は、この発明の実
施の形態６に従った多層配線の接続構造を示す断面図で
ある。図２３で示す多層配線の接続構造では、導電層１
１３および１１６が台形であったが、図３２で示す導電
層１４１および１４２の幅は、上面１４１ａおよび１４
２ａと、下面１４１ｂおよび１４２ｂとで狭い。導電層
１４１および１４２の幅は、上面１４１ａおよび１４２
ａと下面１４１ｂおよび１４２ｂとの間で広くなってい
る。また、導電層１４１および１４２はアルミニウム合
金からなる。その他の点については、図３２で示す多層
配線の接続構造は、図２３で示す多層配線の接続構造と
同様である。

【００９１】このように構成しても、図３２で示す多層
配線と同様の効果がある。今回開示された実施の形態は
すべての点で例示であって制限的なものではないと考え
られるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではな
くて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と
均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれるこ
とが意図される。

【００９２】

【発明の効果】請求項１の発明に従えば、半導体装置を
平坦化でき、開口不良を起こしにくく、かつ貫通孔の製
造工程が増加しない多層配線の接続構造を提供できる。

【００９３】請求項２の発明では、半導体装置をさらに
平坦化できる。請求項３および４に記載の発明では、上
層導電層と接続導電層とを確実に接続できる。

【００９４】請求項５〜９に記載の発明では、第１導電
層と第２導電層との接触面積を確保できる。

【００９５】請求項１０および１１に記載の発明におい
ては、上層導電層と接続導電層とを確実に接続できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に従った多層配線の
接続構造を示す断面図である。

【図２】 図１で示す多層配線の接続構造の製造方法の
第１工程を示す断面図である。

【図３】 図１で示す多層配線の接続構造の製造方法の
第２工程を示す断面図である。

【図４】 図１で示す多層配線の接続構造の製造方法の
第３工程を示す断面図である。

【図５】 図１で示す多層配線の接続構造の製造方法の
第４工程を示す断面図である。

【図６】 この発明の実施の形態２に従った多層配線の
接続構造を示す断面図である。

【図７】 図６で示す多層配線の接続構造の製造方法の
第１工程を示す断面図である。

【図８】 図６で示す多層配線の接続構造の製造方法の
第２工程を示す断面図である。

【図９】 図６で示す多層配線の接続構造の製造方法の
第３工程を示す断面図である。

【図１０】 図６で示す多層配線の接続構造の製造方法
の第４工程を示す断面図である。

【図１１】 この発明の実施の形態３に従った多層配線
の接続構造を示す断面図である。

【図１２】 図１１で示す多層配線の接続構造の製造方
法の第１工程を示す断面図である。

【図１３】 図１１で示す多層配線の接続構造の製造方
法の第２工程を示す断面図である。

【図１４】 図１１で示す多層配線の接続構造の製造方
法の第３工程を示す断面図である。

【図１５】 図１１で示す多層配線の接続構造の製造方
法の第４工程を示す断面図である。

【図１６】 図１１で示す多層配線の接続構造の製造方
法の第５工程を示す断面図である。

【図１７】 図１１で示す多層配線の接続構造の製造方
法の第６工程を示す断面図である。

【図１８】 この発明の実施の形態４に従った多層配線
の接続構造を示す断面図である。

【図１９】 図１８で示す多層配線の接続構造の製造方
法の第１工程を示す断面図である。

【図２０】 図１８で示す多層配線の接続構造の製造方
法の第２工程を示す断面図である。

【図２１】 図１８で示す多層配線の接続構造の製造方
法の第３工程を示す断面図である。

【図２２】 図１８で示す多層配線の接続構造の製造方
法の第４工程を示す断面図である。

【図２３】 この発明の実施の形態５に従った多層配線
の接続構造を示す断面図である。

【図２４】 図２３で示す多層配線の接続構造の１つの
製造方法の第１工程を示す断面図である。

【図２５】 図２３で示す多層配線の接続構造の１つの
製造方法の第２工程を示す断面図である。

【図２６】 図２３で示す多層配線の接続構造の１つの
製造方法の第３工程を示す断面図である。

【図２７】 図２３で示す多層配線の接続構造の１つの
製造方法の第４工程を示す断面図である。

【図２８】 図２３で示す多層配線の接続構造の１つの
製造方法の第５工程を示す断面図である。

【図２９】 図２３で示す多層配線の製造方法の別の製
造方法の第１工程を示す断面図である。

【図３０】 図２３で示す多層配線の製造方法の別の製
造方法の第２工程を示す断面図である。

【図３１】 図２３で示す多層配線の製造方法の別の製
造方法の第３工程を示す断面図である。

【図３２】 この発明の実施の形態６に従った多層配線
の接続構造を示す断面図である。

【図３３】 従来の多層配線の接続構造を示す断面図で
ある。

【図３４】 エッチングストッパが形成された従来の多
層配線の接続構造を示す断面図である。

【図３５】 エッチングストッパをエッチングする際の
多層配線の製造工程を示す断面図である。

【符号の説明】

１ シリコン基板、３，６，１２，２３，２６，３２，
４３，４４，４５，４６，４７，４８，５４，５５，５
７，５８，６３，６６，７１，７２，８４，８５，８
７，８８，９４，９５，９７，９８，１１３，１１６，
１４１，１４２導電層、４，５，７，８ 側壁層、９，
２９，４９，８９，１１９ スルーホール、１０，３
０，５０，９０，１２０ バリア層、１１，３１，５
１，９１，１２１ プラグ層。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板と、 前記半導体基板の上に形成された、上面と側面とを有す
   る第１導電層と、 前記第１導電層の側面に接し、かつ前記第１導電層の上
   面を露出させるように形成された側壁層と、 前記第１導電層と前記側壁層とを覆い、前記第１導電層
   の上面に達する貫通孔を有する絶縁層と、 前記貫通孔を充填して前記第１導電層に接するように前
   記絶縁層の上に形成された第２導電層とを備え、 前記絶縁層がエッチングされる速度は、前記側壁層がエ
   ッチングされる速度よりも速い、多層配線の接続構造。
2. 【請求項２】 前記第１導電層の上面と前記側壁層の上
   面とはほぼ同一平面上にある、請求項１に記載の多層配
   線の接続構造。
3. 【請求項３】 前記第２導電層は、前記貫通孔を充填す
   る接続導電層と、前記接続導電層に接して前記絶縁層の
   上に形成された上層導電層とを含む、請求項１または２
   に記載の多層配線の接続構造。
4. 【請求項４】 前記上層導電層の下面における幅は、前
   記貫通孔の幅よりも広い、請求項３に記載の多層配線の
   接続構造。
5. 【請求項５】 半導体基板と、 前記半導体基板上に形成された、上面と下面とを有する
   第１導電層と、 前記第１導電層を覆い、前記第１導電層の上面に達する
   貫通孔を有する絶縁層と、 前記貫通孔を充填して前記第１導電層に接するように前
   記絶縁層の上に形成された第２導電層とを備え、 前記半導体基板から遠ざかるにつれて前記第１導電層の
   下面から上面に至る間で、前記第１導電層の幅が変化す
   ることによって相対的に前記第１導電層の幅の広い部分
   と狭い部分とが存在する、多層配線の接続構造。
6. 【請求項６】 前記第１導電層の幅は、前記上面で相対
   的に広い、請求項５に記載の多層配線の接続構造。
7. 【請求項７】 前記第１導電層の幅は、前記下面で相対
   的に広い、請求項５に記載の多層配線の接続構造。
8. 【請求項８】 前記第１導電層の幅は、前記上面と前記
   下面とで相対的に広く、前記上面と前記下面との間で相
   対的に狭い、請求項５に記載の多層配線の接続構造。
9. 【請求項９】 前記第１導電層の幅は、前記上面と前記
   下面とで相対的に狭く、前記上面と前記下面との間で相
   対的に広い、請求項５に記載の多層配線の接続構造。
10. 【請求項１０】 前記第２導電層は、前記貫通孔を充填
    する接続導電層と、前記接続導電層に接して前記絶縁層
    の上に形成された上層導電層とを含む、請求項５〜９の
    いずれか１項に記載の多層配線の接続構造。
11. 【請求項１１】 前記接続導電層に接する前記上層導電
    層の下面における幅は、前記貫通孔の幅よりも広い、請
    求項１０に記載の多層配線の接続構造。