JPS60187039A - 多層配線部材 - 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】 〔技術分野〕 本発明は、多層配線技術に適用して有効な技術に関する
ものであり、特に、半導体集積回路装置（以下、ＩＣと
いう）の多層配線技術に適用して有効な技術に関するも
のである。

〔背景技術〕

半導体基板上部に導電層と絶縁層とを交互九重ね合せ複
数層をなす多層配線構造を具備したＩＣは、下層配線と
層間絶縁層を介して設けられる上層配線とは、層間絶縁
層に設けられる接続孔によって電気的に接続しているが
、高集積化を図るために、接続孔がドライエツチングプ
ロセスによって形成される傾向にある。

これらの組合せによって構成される多層配線構造を具備
したＩＣにおいては、接続孔が急峻な段差形状を形成し
、その部分九おける上層配線の被着性が極めて悪いため
に、電気的信頼性を低下する問題点がある。

そこで、接続孔内部を例えば垂直蒸着技術によるアルミ
ニウムで埋め込み、急峻な段差形状を緩和して上層配線
の電気的な信頼性を得ることが考えられる。

かかる技術における検討の結果、本発明者は、前記接続
孔において、特に電源用配線、等圧使用される比較的大
きな径の接続孔（以下、大面積接続孔という）での電気
的な接続が良好に行なわれない場合を生ずるという問題
点を見い出した。

それは、以下圧述べる原因によってである。

接続孔内部にアルミニウムを埋め込む工程は、以下のと
おりである。まず、下層配線を形成し、それを覆うよう
に層間絶縁層を形成し、前記下層配線の所定上部の層間
絶縁層を除去して接続孔を形成する。その後、接続孔内
部を埋め込むように垂直蒸着技術によるアルミニウムを
酸化シリコン層上部全面に形成する。そして、接続回内
部に埋め込まれたアルミニウム以外の不要なアルミニウ
ムを除去するためにマスクを形成し、不要なアルミニウ
ムを除去すればよい。前記マスクは、ホトレジスト、絶
縁膜等が用いられ、通常、ＩＣな構成するウェーハを回
転させ流動性を有するマスク材料を塗布し、前記流動性
を除去することによ−て形成される。従って、微小な接
続孔に埋め込まれたアルミニウム上部には、厚いマスク
が形成され、大面積接続孔に埋め込まれたアルミニウム
上部には、不要なアルミニウム上部と同程度の薄いマス
クが形成される。これによって、不要なアルミニウムを
除去するために薄いマスクを除去しその上面を露出させ
ようとすると、大面積接続孔に埋め込まれたアルミニウ
ム上部の薄いマスクも除去されその上面が露出されてし
まう。すなわち、不要なアルミニウムの除去とともに、
大面積接続孔に埋め込まれたアルミニウムおよびその下
部の下層配線が部分的に除去されてしまい、その部分に
おける下層配線と上層配線との電気的接続不良を生じる
からである。

本発明者は、大面積接続孔の径がその製造プロセス条件
によっても異なるが８〔μｍ〕程度以上になると、前記
問題点が生じるという結果を実験によって得ることがで
きた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、下層配線と上層配線との特に大面積接
続孔における電気的接続を良好にすることが可能な技術
手段を提供することにある。

本発明の他の目的は、下層配線と下層配線との接続孔部
における電気的信頼性を向上することが可能な技術手段
を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付した図面によって明らかになる
であろう。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、以下のとおりである。

すなわち、その所定上部に接続孔を備えた下層配線にお
いて、前記下層配線と接続孔を埋めるための導電性金属
からなる層この間に、該導電性金属からなる層を形成し
た後に施されるフォトエツチング工程によって蝕刻され
にくい導電性材料からなる層を設けることにより、特に
大面積接続孔における、下層配線が前記フォトエツチン
グ工程によって蝕刻されないという作用で、下層配線と
上層配線との電気的接を良好にするものである。

本発明の構成について、実施例とともに説明する。

本実施例は、多層配線構造を具備したＩＣに適用した場
合について説明する。

なお、全図において、同一機能を有するものは同一符号
を付してその説明のくり返しは省略する。

〔実施例〕

第１図は、本発明の詳細な説明するための微小接続孔と
大面積接続孔とを同一断面に示す要部断面図である。

第１図において、１は単結晶シリコンからなる半導体基
板（以下、基板という）であり、後述する微ｌト接続孔
および大面積接続孔を構成するためのものであり、さら
に図示していないが論理回路を構成する半導体素子等が
設けられており、ＩＣを構成するためのものである。２
は基板１の上面部に構成された絶縁層であり、主として
後述する１層目の配線を基板１に設けられた半導体素子
等から電気的に絶縁するためのものである。

３Ａおよび３Ｂはたとえばアルミニウムまたはアルミニ
ウム合金からなる１層目の配線である。

電源配線３Ａは主として基板１０半導体素子フヒ成領域
間部の絶縁層２０所定上面部に被着し延在して複数本設
けられ、たとえば図示していない基板１０周辺に設けら
れるポンディングパッドと論理回路を構成するための半
導体素子とを電気的罠接続し、前記論理回路を動作させ
るのに要する比較的大きな電流を流すためのものである
。微細配線３Ｂは、主として基板１０半導体素子間部の
絶縁層２０所定上面部に延在して複数本設けられ、前記
半導体素子間を電気的に接続するためのものである。

４は基板１上部に配線３Ａ、３Ｂを覆って設けられる層
間絶縁層であり、主として１層目の配線３Ａ、３Ｂと後
述する２層目の配線とを電気的に絶縁するためのもので
ある。

５Ａは１層目の電源配線３Ａの所定上部の眉間絶縁層４
を選択的に除去して構成した大面積接続孔であり、１層
目の電源配線３Ａと後述する２層目の電源配線とを電気
的に接続するためのものである。５Ｂは１層目の微細配
線３Ｂの所定上部の層間絶縁層４を選択的に除去して構
成した微小接続孔であり、１層目の微細配線３Ｂと後述
する２層目の微細配線とが電気的に接続するためのもの
である。

６はたとえばチタン−タングステン合金または銅からな
る蝕刻防止部材である。蝕刻防止部材６は接続孔５Ａ、
１５Ｂを構成したことによって、層間絶縁層４で債われ
ない１層目の配線３Ａ。

３Ｂの上面に少な（とも設けられ、特に、後述する接続
孔５ＡＫ埋め込み層を形成した後に施されるフォトエツ
チング工程によって広い接続孔５Ａがその上部に設けら
れている配線３Ａが蝕刻されるのを防止するためのもの
である。蝕刻防止部材６は接続孔埋め込み層を形成した
後に施されるフォトエツチング工程によって、蝕刻され
にくい導電性材料からなっている。前記蝕刻防止部材６
は、製造工程上、大面積接続孔５Ａにおける電源配線３
Ａ上部に設けられるとともＫ、微小接続孔５Ｂにおける
微細配線３Ｂ上面部にも設けられる。このことから、前
記蝕刻防止部材６の膜厚およびそれを構成するための材
料は、１層目の配線３Ａ。

３Ｂおよび後述する２層目の配線が有する抵抗値に対し
て問題とならないように定められる。蝕刻防止部材６は
１層目の配線３Ａ、３Ｂとの被着性が良好であり、後述
すて・多続孔埋め込み層、との被着性も良好な導電性材
木　：ｆ：、’ｉされる。なお、大面積接続孔５Ａの中
央部においては前記蝕刻防止部材６が設けられていない
。この理由は後述する。

７は接続孔５Ａ、５Ｂを埋め込むように設けられたアル
ミニウムまたはアルミニウム合金からなる接続孔埋め込
み層であり、接続孔５Ａ、５ＢＫおける急峻な段差を緩
和し、下層配線と上層配線との電気的接続を良好にする
ためのものである。

アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる２層目の
電源配線８Ａは、接続孔５Ａとたとえば図示していない
他の１層目の電源配線の接続孔との間の絶縁層の上面部
に設けられ、複数の１層目の電源配線を接続孔を介して
電気的に接続するだめのものである。アルミニウムまた
はアルミニウム合金からなる２層目の微細配線８Ｂは、
接続孔５Ｂとたとえば図示していない他の１層目の微細
配線の接続孔との間の絶縁層４の上面部に設けられ、複
数の１層目の微細配線を接続孔を介して電気的に接続す
るためのものである。また８Ａはポンディングパッドに
接続される場合もある。９はＩＣ上面部を覆うように設
けられるたとえばフォスフオシリケードガラス層からな
る絶縁層であり、主として２層目の配線８Ａ、８Ｂを外
部から保護するためのものである。

次Ｋ、本実施例の具体的な製造方法を説明する。

第２図反型第６図は本発明の詳細な説明するための各製
造工程における接続孔を中心に示す要部断面図である。

まず、基板１を用意する。この基板１の主面部に半導体
素子等を形成した後、絶縁層２を形成する。絶縁層２と
しては、熱酸化技術または化学的気相析出（以下、ＣＶ
Ｄという）技術による酸化シリコン層を用いればよい。

１層目の電源配線３Ａおよび微細配線３Ｂを絶縁層２上
面の所定の領域に膜厚な１〔μｍ〕程度に形成する。絶
縁層２の上面を覆うようにアルミニウムまたはアルミニ
ウム合金からなる層をスパッタ蒸着技術を用いて形成す
る。そしてドライエツチング技術を用いて１層目の配線
のパターン罠従ってパターニングすればよい。

その後、絶縁層４を形成する。これは、スパッタ法で形
成した酸化シリコン等からなる層を用い、その膜厚な１
〜３〔μｍ〕程度に形成すればよい。

次に１層目の配線３Ａ、３Ｂの所定上部の前記絶縁層４
を選択に除去して接続孔５Ａ、５Ｂを形成する。そして
、第２図に示すようＫ、１層目の配＄３Ａ、３Ｂの露出
した部分および絶縁層４０表面部九スパッタ蒸着技術を
用い、チタン・タングステン合金、銅等の導電性材料か
らなる層６Ａをその膜厚な１０００〜２０００１）程度
に形成する。

次に、第３図に示すように、接続孔５Ａ、５Ｂを埋める
ために前記導電性材料からなる層６Ａを覆うよう処アル
ミニウムまたはアルミニウム合金からなる接続孔埋め込
み層７，７Ａを垂直蒸着技術等を用いて形成する。この
とき絶縁層４表面に生じている断差部において、層７は
破断するように形成される。さらにその上面部を覆うよ
５にフォトレジスト層１０を形成する。このとき、接続
孔５Ｂにおけるアルミニウムまたはアルミニウム合金か
らなる層７上部の７オトレジスト層１ｏは、絶縁層４上
部に形成されるフォトレジスト層１゜より厚く形成され
る。一方、接続孔５Ａにおけるアルミニウムまたはアル
ミニウム合金からなる層７上部の７オトレジスト層１０
の厚さは、その性質上絶縁層４上部に形成されるフォト
レジスト層１０と同等となる。

次に、不要なアルミニウムまたはアルミニウム合金から
なる層７Ａの上面部が露出するように、フォトレジスト
層１０をその上面部から除去していく。このため、第４
図に示すように、接続孔５Ｂの上部にはフォトレジスト
層１０が残るが、接続孔５Ａの中央部にはフォトレジス
ト層１０が残らず、したがって接続孔５Ａの中央部の接
続孔埋め込み層７が露出する。

次に第５図に示すように絶縁層４の上部の不要なアルミ
ニウムまたはアルミニウム合金からなる層７Ａを蝕刻技
術を用いて除去する。このとき、接続孔５Ａの中央部の
接続孔埋め込み層７も共に蝕刻される。接続孔埋め込み
層７の下部には蝕刻防止部材６があることから１層目の
配線３Ａが蝕刻されることはない。蝕刻ｉ止部材６を構
成する導電性材料が前記の蝕刻工程で用いられるエツチ
ング液に対して蝕刻されにくいからである。

第５図に示した工程の後、第６図に示すように、絶縁層
４上部の不要な蝕刻防止部材６を除去する。

これは１層目の配線３Ａ、３Ｂが電気的に短終するのを
防止するためである。接続孔５Ａ、５Ｂには蝕刻防止部
材６が残在するが、これによって接続孔５Ａ、５Ｂの抵
抗が問題となることはない。

前記蝕刻防止部材６の膜厚が１０００〜２０００〔λ〕
と薄く、かつチタン−タングステン合金・銅等の導電性
材料からなるからである。なお、これと同時に接続孔５
Ａ内の露出している蝕刻防止材６が選択的に除去される
。

第６図に示す工程の後、２層目の配線８Ａ。

８Ｂを１層目の配線３Ａ、３Ｂと同様の技術によって形
成し、さらＫその上部を覆うように保護層９を形成する
。保護層９はたとえばフォス７オシリケートガラスから
なる層をＣＶＤ技術を用いて形成すればよい。

これら一連の製造工程によって、本実施例のＩＣは完成
する。

〔効　果〕

電源配線用接続孔等の比較的大きな径の接続孔を具備す
るＩＣにおいて以下の効果を得ることができる。

＋１１　下層配線の上面部に蝕刻防止部材を設けたこと
により、その後に施されるフォトエツチング工程によっ
て前記下層配線が蝕刻されないという作用で、接続孔に
おいて、下層配線と上層配線との電気的接続が良好にな
るという効果が得られる。

＋２２　下層配線の上面部に蝕刻防止部材を設げたこと
により、その後に施されるフォトエツチング工程によっ
て前記下層配線が蝕刻されないという作用で、ＩＣ上面
部の平坦化をより向上するという効果が得られる。

（３１前記Ｉｌｌ　、　１２）によりＩＣの信頼性を向
上することができるという効果が得られる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例にもとづ
き具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種
々変更可能であることはいうまでもない。。

例えば、前記実施例は接続孔埋め込み層を形成した後に
蝕刻防止部材を形成したが、蝕刻防止部材は１層目の配
線を形成するための導電性材料からなる層を形成した後
に、その上面部に蝕刻防止を形成するための導電層を形
成し、ドライエツチング技術を用いて１層目の配線をバ
ターニングする工程と同時に形成してもよい。

また、前記実施例は、蝕刻防止部材をチタン・タングス
テン合金、銅によって形成したが、銅合金、タンタルで
もよい。少な（とも接続孔埋め込み層とのエツチングレ
ートが異なり、接続孔部の抵抗値を著しく増加させない
ような導電性材料であればよい。また大面積接続孔（５
Ａ）はポンディングパッド部の接続孔であっても良い。

〔利用分野〕

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である半導体装置の多層配
線技術に適用した場合について説明したが、それに限定
されるものではなく、たとえば、配線基板における多層
配線技術などに適用できる。

さらＫ、前記実施例は２層配線構造を具備するＩＣにつ
いて説明したが、本発明は２層配線構造に限定されるも
のではな（３層配線構造、あるいはそれ以上の多層配線
構造を具備するＩＣに適用してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の詳細な説明するための下層配線と上
層配線を接続孔で電気的に接続したことを示す要部断面
図、 第２図反型第６図は、本発明の実施例の具体的な製造方
法を説明するための各製造工程における接続孔部を中心
に示す要部断面部である。 １・・・基板、２・・・絶縁層、３Ａ、３Ｂ・・１層目
の配線、４・・・層間絶縁層、５Ａ、５Ｂ・・・接続孔
、６・・・蝕刻防止部材、７，７Ａ・・・接続孔埋め込
み層、８Ａ、８Ｂ・・・２層目の配線、９・・・保護層
、１ｏ・・・フォトレジスト層。 第　１　図 第　２　図 第　３　図 第　４　図 第　５　図 第　６　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板主面上部に設けられた第１層目の第１導電層に
   よって構成される第１の配線と、その上部に絶縁層を介
   して設けられた第２層目の第２導電層によって構成され
   る第２の配線と、前記第１の配線の所定上部の前記絶縁
   層に第２の配線と電気的に接続するために設けられた接
   続孔と、前記第１の配線および第２の配線と電気的に接
   続し接続孔内部を埋め込むように設けられた第３導電層
   とを備えた多層配線部材であって、前記接続孔部におけ
   る第１の配線の上面部に第３導電層と異なる導電性材料
   によって構成された第４導電層を備えたことを特徴とす
   る多層配線部材。 ２　前記第４導電層は、前記第１の配線が前記接続孔内
   部以外の不要な第３導電層の７オトエソチングエ程によ
   って蝕刻されるのを防止するためのものであることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の多層配線部材。