JPH0358424A - 配線接続孔の形成方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業」二の利用分野） 本発明は、半導体素子の配線に関するもので、特に、配
線接続孔即ちコンタクトホールにｔｆ適する， （従来の技術） 集積度が益々向上すると共に、Ｃ．　Ｄ　（ＣｏｓｔＤ
ｏｗｎ）が望まれている集積回路素子では、リソグラフ
ィ　（Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）工程に生ずる合せずれ
を縮小して微細なコンタクトホールの形或技術が要求さ
れている。従来集積回路素子に利用されていろコンタク
トホールの形或方法について第１図及び第２図により説
明する。図には、多層配線を備えた集積回路素子を示し
ているが、本発明に直接関係がない第１層配線より下側
（半導体基板寄り）の構造は簡筆にして絶縁物層と半導
体基板だけを示した。この多層配線素子では、例えばシ
リコンがらむりある導電型を示し、絶縁物層を設置した
半導体基板１には、反対導電型の不純物を導入拡散して
能動または受動領域（図示せず）を形戊後ここに導電性
金属からなる電極と配線層を設け、これを被覆する層間
絶縁物層には，第２層配線を４電性金属により形成して
いる。この具体的な構造としては、第１図にあるように
、シリコン半導体基扱１の表面に形成する絶縁物層２に
は、導電性金属例えばＡＱまたはＡｎ合金（ＡＱ−Ｓｉ
−Ｃｕ．　ＡＭ−Ｓｉなど）からなる第１の配線３を設
置し、これを層間絶縁１１葵４により被覆する。この層
間絶縁膜４にコンタクトホール５をエッチンクにより形
成するに当たっては、第１の配線３が、これに対応する
層間絶縁物漕４のエッチング除去工程時のストッパーと
して機能するので、オーバエッチングについて配慮する
必要はない。第１図にあるように、第１の配線３に゛屯
気的な接続ができるように形成されるコンタクトホール
５の径ａの外に、リソグラフィ工程時に必要な合せ余裕
分ｂを予め見込んでいなければならない。一方、素子パ
ターンの微細化のために合せ余裕分ｂを省略した第１の
配線寸法の縮小例を第２図ａ．ｂに明らかにしたが，こ
れにより集積回路の集積密度が向上する． （発明が解決しようとする課題） 第ｌ図に示したようにコンタクトホール５の径をａとす
る時、第１の配線３との間に合せ余裕ｂが要るために第
１の配線３の幅Ｃは、ａ＋２ｂとなり、＃ｌは、リング
ラフィの解像度により制約を受けてむやみに小さくでき
ず、実際２μｍＸ２μｒｎの径を形成するのに合せ余裕
分ｂが１．５μｍ，合計５μｍとなり、通常の配線２μ
ｍよりがなり大きくなる。このために無駄なスペースが
要るごとになり集積密度が悪化する。これに対し１、第
２図８、ｂのように第１層の配線をエッチング工程での
ストッパに利用しない場合には、適当な時点で中止しな
ければならない。

ところで半導体集積回路素子では、第１の配腺３から半
導体基板方向にかけては、種々の部品がモノリシックに
形戊されているので、平坦化工程を施した層間絶縁物層
４では部品に対応して膜厚に差が生じる． 例えば第１の配ＩＩＡ３として，厚さ０．３μｍの多結
晶シリコン層６とその表面付近に形成する厚さ０．１μ
ｍ程度の酸化膜７の２重層を配置する第２図ａに示す構
造では、第２図ｂに明らかにする構造に比べて層間絶縁
物層の厚さが薄い。従って、同一の半導体基板１内に第
２図ａ．ｂの構造が共存する場合には、一方（第２図ｂ
）のコンタクトホール５が完或するまでエッチング工程
を続けるので、他方のコンタクトホール５にとってオー
バエッチングとなる． このため、図に明らかなように、第１の配線よりはずれ
る箇所Ｋでは、突抜けた溝８ができてしまう。このこと
は、コンタクトホールに堆積する第２層配緑９ではいわ
ゆる段切れや段線が発生し、半導体集積回路素子の信頼
性を損なう．本発明は、このような事情により成された
もので、特に，コンタクトホールに堆積する配線層の段
切れや段線を防止するコンタクトホールの形成方法を提
供することを目的とするものである。

〔発明の構造〕

（課題を解決するための手段） 半導体基板を被覆する絶縁物層に導電性金属からなる第
１の配線を設置する工程と、この第１の配線を他の絶縁
物層で撞う工程と，第ｌの配線に対応する他の絶縁物層
を除去して頂面が異なる平面に位置する第ｌの配線を露
出させる窓を形成する工程と，この窓を含めた他の絶縁
物層全ｍ１に微小溝部充填材を被檀する工程と，この窓
が第１の配線から離れた箇所に発生する微小溝に充填材
を残すエッチング工程と、頂面が異なる第１の配線に第
２の配線を接続する工程に本発明に係わるコンタクトホ
ールの形成方法の特徴がある。

（作　用） 半導体素子用の配線は、半導体基板に形戊する絶縁物層
に設置される外に、この絶縁物層以外の介在物を介して
設ける場合もあるが、本発明方法では当然両者を含む。

このために両配線の頂面ば異なる平面に位置しており、
またこの配線を覆う他の絶縁物層即ち層間絶縁膜の平坦
面に添って延長する他の配線により両者を電気的に接続
する場合もある。

このような半導体素子のコンタクトホールを形成する層
間絶ＩＩＩｔ膜には、頂面が異なる平面に位レ１する第
１、第２の配線が露出させる工程を施して窓を形成後、
コンタクトホールが第１の配線から離れた箇所に発生す
る微小溝を被覆した充填材をエッチングして第１の配線
を再び露出させてコンタクトホールを形或する。充填材
の厚さはコンタクトホールの深さより薄くするが、第１
の配線を露出させる工ＵＡで形成されるｔｔｌｔ部を塊
るのに十分な厚さにする。この充填材のノリさは一定な
のでＬッチング工程をオーバエッチングなしで行うこと
ができろうその結果、゛】ンタクトホールに堆積して＠
ｌの配腺磨と屯気的に接続する第２の配線の段線や段切
れか防ｄｚでき、半導体索−ｔの信頼性を向−Ｌする利
点があり，猷産上の効東が極めて大きい。

（実施例） 第３図ａ　＝　ｄを参照して本発明に係わる実施例とし
てｌ６ビソトのＡ　Ｌ）コンバータにおけるコンタクト
ホールにより説明する。量産においては各ビ・ソト毎に
多数のコンタクトホールを−度に形戒することになる． この集積回路素子Ｃは，例えばある導電型を示すシリコ
ン半導体基板に反対導電型の不純物を導入拡敗して複数
の能動または受動領域を形成し，更に製造する１『！１
路にとって必要な抵抗など回路要素をモノリシック（Ｎ
ｏｎｏｌｙｔｈｉｅ）に形Ｊ戊する。このような能動ま
たは受動領域そして１ｌ１路要素には，導電性金属層を
接触させて電気的な導通を図ると共に必要な回路を構成
するために配線層を導電性金属層で設匝するが、複雑な
回路では，配線屑を層間絶縁膜を利用して多段に構成し
て、いわゆる多層配線素子を得る。

一方、回路要素を必要とするのは、多層配ｌ；Ａ−ｌ４
子に限らず，単層配線素子にも適用されており、本発明
方法は、この両素子に適用可能なことを付言しておく．
また、図には、本発明方法に直接関係があるシリコン半
導体基板１０即ち能動または受動領域、回路要素及び形
成されている絶縁物層１ｌだけを記載した、この絶縁物
層ｌ１も半導体基板ｌＯの表面に直接被覆される酸化膜
と、いわゆる層間絶縁物層の両者を想定している，この
絶縁物層１ｌは，半纏体素子におけるいわゆるフｆ−ル
ド絶縁物層を指しており、素子の耐圧により厚さはバラ
ックが以下の記載では代表的な数値を示した。また、特
許請求の範囲では磨間絶縁物漕を他の絶縁物層と記載し
ていろ４、 第３図ａに明らかなように．半導体基板１０に設置した
厚さ約７０００人〜８０００入の絶縁物層１ｌには，Ｅ
記のように能動または受動領域に電気的に接続した厚さ
が（）．８μｍ　＝　ｔ　，　０μ（ｎの第１の配線１
２と、批抗などの圓路要素に電気的に接続したＪリさ０
．４μｍ程度の多結晶珪素層１３及びこれにｌＩ続した
酸化膜（厚さＩＯＯＯＡ位）Ｉ４を設け．ここに第工の
配線１５をＩｌ（ねた状態が示されている．従って、第
１の配線１２、ｉ５のｆｌｉ面は異ｋった平而に位置し
Ｃいる．松お、配線１２．　１５及び後述の配線には，
＾ＱまたはＡＱ合金（ＡＱ−Ｓｉ−Ｃｕ．ＡＱ−Ｓｉな
ど）を使用する。

次に、具体的な製造工Ｐａを説明すると、第上、第２の
配＄１２．　１５用として脚にＳｉを１重量％含有した
Ａ４合金をスパッタリング工程により１．０μｍ堆積後
、通常のフォトリソグラフイ法と反応性イオンエッチン
グ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｉｒ．ｔｃｈｉｎｇ）
法によりパター・ニング（Ｐａｔ．ｔｅｒｎｉ叶）　Ｌ
Ｊて，絶縁物層１１及び多結晶珪素層ｌ３に連続して酸
化ｌｌ！Ｊｌ４に第Ｌ及び第２の配線ｉ２、ｌ５を重ね
て形成する，この多結晶珪素層１３とこれに連続した酸
化膜ｌ４は，特許，Ｊ求の範囲では介在物としているが
、以後の記載は前者による。

次に、この第１の配線１２、ｌ５を覆って層間絶縁物層
として機能するシリコン酸化物層１６を化学的気相成長
（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｕｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉ
ｏｎ）法によりほぼ１．５μｍの厚さに堆積する。慝に
、第１及び第２の配線ｌ２、１５に対応するシリコン酸
化物層１６の表面には、形成工程の一環として反応性イ
オンエッチング法を利用した通常のレジストエッチバッ
ク（１１ｓｓｉｓｔ　Ｅｔｃｈ　Ｂａｃｋ）法による平
坦化工程を施した。引続いて，通常のフォトリングラフ
ィ法と反応性イオンエッチングによりコンタクトホール
ｌ７用の窓ｌ８を設けて第１の配ＩｉＡｌ２、ｌ５を露
出する。

この反応性イオンエッチング工程の終点は、第１の配線
ｌ２の頂面までエッチングが進行してから更に約１０％
オーバ（Ｏｖｅｒ）エッチされるようにエッチング速度
から決めたが，第１の配線１２、】５とコンタクトホー
ルｌ７が若干ずれてかつ第１の配線ｌ５の厚さ方向付近
に細い溝Ｋが形成された状態となる。

これを第３図ｂに示したが、更にプラズマＣＶＤ法によ
り約０．３μｍ厚のシリコン酸化膜ｌ９を堆積すること
により細い溝Ｋを塊めると共に、窓ｌ８の側壁２０とシ
リコン酸化物層ｌ６の表面にも被覆して、第３図ｂに示
す断面構造となる。このような充填材としての機能を果
たすシリコン酸化膜ｌ９は、特許請求の範囲では、充填
材として示されている。

次には、第３図Ｃにあるように窓ｌ８底部のシリコン酸
化膜１９部分を除去して第ｌの配ｇｔｚ、ｌ５を露出さ
せるために反応性イオンエッチング法により全面をエッ
チバックする。この量は、シリコン酸化膜ｌ９がエッチ
ングされてからｌＯ％オーバエッチされるように決めた
。この時窓ｌ８内のシリコン酸化１１１１９は、すべて
の位置で同一の膜厚になっているので、すべてｌＯ％オ
ーバエッチされることになる。

このエノチバック工程として反応性イオンエッチング法
即ち異方性エッチング手段でなく等方性エッチング手段
でも良い．と言うのは、細い溝Ｋの深さと幅が大きい時
は異方性エッチングが良いが、小さい場合には等方性エ
ッチングでも周囲に影響かで松いので可能である。この
ようにしてコンタクトホールｌ７ができ、ここに第３図
ｄにあるようにＡＱまたは利合金からなる第２の配線２
１をスパッタリング法により堆積して、第１の配線ｉ２
、１５と電気的に接続する。

この結果、！６ビットのＡＤコンバータの多層配線が完
成され、後工程である立化珪素やＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈ
ｏｒ　Ｓｉｌｉｃａｔｅ　Ｇｌａｓｓ）または両者の混
合層などからなるバッシベイション（Ｐａｓｓｉｖａｔ
ｉｏｎ　）層形或工程などを経て半導体集積回路素子と
して完成される．このように１６ビットのＡＤコンバー
タを対象とする実施例は、多層配線構造であるが、上記
のように単層配線素子にも当然適用可能であることを付
記する． 〔発明の効果〕 このように本発明方法では、第１層配線を構成する複数
配線の設置場所に係わらず，コンタクトホールの寸法と
同等以下の径でこの複数配線が形成できることになり、
この第１層配線を構或する配線を同一平面内に存在する
場合だけ可能であった従来例よりはるかに集積度が向上
する。

例えば７０００索子のバイボーラＬＳＩ［２μｍ配線ル
ール（Ｒｕｌｅ）］のチップサイズが従来４．３Ｘ４．
６画が３．４　Ｘ　３．８ｍに縮小でき、面積では，約
３５％縮小した。

更に、本発明方法を実施しなかった場合は、第２層配線
の段切れによる歩留低下が起こり，バイボーラＬＳＩの
歩留りの差は約２０％となり、極めて有効な手段と言わ
ざるを得ない。

更にまた、単層配線で構ｌ反する半導体素子及び半導体
集積回路ｔ４子の信頼性試験では、５０％のライフの改
善効果が認められた。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図ａ．ｂは、従来のコンタクトホールの
構造を示す断面図、第３図ａ　”　ｄは、本発明方法の
工程毎の断向図である。 ｔ．ｉｏ：半導体基板，　２、１１：絶縁物層、３、ｌ
２、１５：第１の配線、　４、ｌ６：層間絶縁物層、５
％ ｌ７：コンタクトホール、 ６、 ｌ３：多結晶シリコン， ７、 ｌ４：酸化膜， １８：窓、 ｌ９：シリコン酸化膜、 ２０：側鷹， ２１：第２の配線．

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板を被覆する絶縁物層に導電性金属からなる第
   １の配線を設置する工程と、この第１の配線を他の絶縁
   物層で覆う工程と、この第１の配線に対応する他の絶縁
   物層を除去して頂面が異なる平面に位置する第１の配線
   を露出させる窓を形成する工程と、この窓を含めた他の
   絶縁物層全面に微小溝部充填材を被覆する工程と、第１
   の配線から離れた位置に発生する微小溝に充填材を残す
   エッチング工程と、頂面が異なる第１の配線に第２の配
   線を接続する工程を具備することを特徴とする配線接続
   孔の形成方法