JPS6248897B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、半導体装置の多層配線間の内部接
続を行う方法に関するものである。

半導体素子の高集積化および高速化を目的とし
て、電極配線の多層化あるいは素子の多層化がな
されつつある。このような場合においては、下方
の電極配線と上方の電極配線との内部接続あるい
は下方の電極配線と上方の基板との内部接続が必
要となつてくる。以下、従来の内部接続法を二層
配線の場合を例にとつて第１図を用いて説明す
る。

基板１の内部あるいは表面の加工を施した後、
第一の絶縁膜２を形成し、その上にアルミニウム
などの第一の金属膜３まスパツタ法或いは電子ビ
ーム蒸着法などにより形成した後（第１図ａ参
照）通常の写真製版工程を経て食刻し一層目の配
線４を完了する（第１図ｂ参照）。次に、全面に
第二の絶縁膜５を形成し、一層目の配線４と二層
目の配線との接続が必要な箇所は第２の絶縁膜を
通常の写真製版工程を経て食刻し開口部６を形成
する（第１図ｃ参照）。しかる後、アルミニウム
などの第二の金属膜７を形成した後（第１図ｄ参
照）、通常の写真製版工程を経て食刻し二層目の
配線８を完了する。（第１図ｅ参照） しかしながら、この従来の方法では、第二の絶
縁膜５が厚い場合には、第２図に示すように、一
層目の配線４と二層目の配線８との内部接続をと
ることが困難である。その理由は、二層目配線８
の金属膜の被覆性に限界があり、開口部６の段差
が大きくなると、それを覆いきれなくなるためで
ある。また開口部６の大きさが数μｍ以下と小さ
い場合にも被覆が困難になり内部接続がとれない
場合が生じてくる。

そこで、一層目金属のひげ状結晶の核を生成さ
せ、これを成長させて二層目金属との接続をとる
方法が提案されている。この方法を第３図を用い
て説明する。

基板１上に第一の絶縁膜２を形成した後、第１
図の場合と同様な工程を経て一層目の配線４を完
了する（第３図ａ）。次に全面に第二の絶縁膜５
を形成した後（第３図ｂ）、300℃〜400℃程度の
熱処理を行うと、一層目の配線４の金属のひげ状
結晶１０が成長する（第３図ｃ）。この場合成長
させる長さは、第二の絶縁膜５の高さを越えるも
のとする。

一層目の配線金属４がアルミニウムの場合は、
通常、第二の絶縁膜５としてはCVD酸化膜ある
いはプラズマCVD窒化膜が用いられる。第二の
絶縁膜のパターニング用レジスト１１を塗布した
場合、ひげ状結晶１０を成長させた部分は段差が
大きいためピンホール１２となる（第３図ｄ）。
このピンホール１２から第二の絶縁膜５をエツチ
ングしてヒゲ状結晶１０を露出させた後、レジス
ト１１を除去する（第３図ｅ）。その後、二層目
の配線８を形成する（第３図ｆ）。

しかしながら、この方法では、熱処理を行つた
場合に所望の位置以外の部分でもひげ状結晶が成
長し、絶縁不良の原因となる。

本発明は、このような欠点を除去するためにな
されたもので、所望の箇所にひげ状結晶の成長を
促進する金属を下敷することにより、絶縁不良の
ない半導体装置の製造方法を提供することを目的
としている。

以下、この発明の一実施例を第４図を用いて説
明する。基板１の内部あるいは表面の加工を施し
た後、第一の絶縁膜２を形成する。その上にチタ
ンタングステン膜１３を形成し、通常の写真製版
工程を経て、内部接続をとる部分のみにチタンタ
ングステン膜１３を残す。その後、一層目のアル
ミニウム配線４および第二の絶縁膜５を形成する
（第４図ｃ）。その後、300℃〜400℃程度の熱処理
を行うとチタンタングステン膜13上のアルミニウ
ムにヒゲ状結晶９が成長する（第４図ｄ）。チタ
ンタングステン膜１３上のアルミニウム４ではヒ
ゲ状結晶９の核が生成しやすく、また結晶の成長
速度も、チタンタングステン膜１３のない場合に
比べて約５倍速い。第二の絶縁膜５の厚さを越え
る高さまで成長させた以降は第３図に示したと同
じ工程を経て、二層目のアルミニウムの配線８を
完了する（第４図ｆ）。

ヒゲ状結晶の成長条件は、配線金属の種類によ
り異なるが、例えばアルミニウムの場合は、300
℃前後の温度でヒートサイクルを加えるのが最も
良い。

なお、上記実施例では、一層目配線４と二層目
配線８の金属をアルミニウムとし、ヒゲが結晶を
促進する金属をチタンタングステンとした場合に
ついて示したが、チタンタングステン以外の他の
金属でも、促進効果があれば用いても良い。また
配線用の金属が他の種類の金属であれば、その金
属のヒゲ状結晶の成長を促進する金属を用いれば
良い。

また、上記実施例では一層の素子での二層配線
間の内部接続について示したが、三層配線以上の
多層配線の場合にも応用できる。また多層の素子
を積み重ねた、いわゆる三次元素子の場合にも応
用できる。その応用例を第５図に示す。図におい
て、１４は二層目素子基板、１５は三層目素子基
板、１６は三層目配線で他は前記のものと同様で
ある。

以上のように、この発明によれば、絶縁膜をは
さんで接続をとりたい部分のみで金属間の接続が
得られ、絶縁不良をなくすことができ、かつ絶縁
膜の高さによらず確実な金属間接続が得られる。
また、内部接続を行う部分もひげ状形晶の大きさ
である数μｍ以下にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の多層配線の内部接続法を示す側
面図、第２図は、従来法による接続不良を示す同
じく断面図、第３図はひげ状結晶成長を利用した
従来の内部接続法を示す断面図、第４図は本発明
の一実施例を示す多層配線の内部接続法を示す断
面図、第５図は本発明の内部接続法を三次元素子
に応用した他の実施例を示す断面図である。 なお、図中、同一符号は、同一、又は相当部分
を示す。１……半導体素子、４……一層目配線金
属、８……２層目の配線金属、９，１０……ひげ
状結晶、１３……ひげ状結晶の成長を促進する下
敷金属。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多層配線構造を有する半導体装置の製造にお
   いて、接続部分となる下方の電極配線金属のひげ
   状結晶（Whisker）を成長させて上方の電極配線
   との内部接続をとる場合において、上記下方の電
   極配線金属のひげ状結晶の成長を促進する金属を
   下敷する工程を加えたことを特徴とする半導体装
   置の製造方法。 ２ 上記下方の電極配線金属とひげ状結晶の成長
   を促進する金属との組合せが、アルミニウムとチ
   タン・タングステンであることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の半導体装置の製造方法。