JPS5921043A - 半導体装置の製造方法 - 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】 本発明は、半導体乗積回路寿との半導体装置を製造する
方法に係シ、特にその多層金視配線（以下、多層配線と
いう）において下層金属配線と」二層金稿配線との層間
絶縁膜及び下層金属膜と−１一層金属膜との連絡用開孔
部の形成方法に関するものである。

半導体乗積回路などの半導体装置を製造する際に多層配
線技術（／ｉ不可欠であり、最近増々断線防止、微細パ
ターン化が要求されている。

従来の多層配線の製造方法全第１図に示して説明すると
、図において、（１）は半導体基板、（２）は半導体基
板（１）上に形成された厚い酸化膜よｌりなる絶縁膜、
（３）は第１の金属層、（４）は第２の金属層である。

（５）は前記第１及び第２の金属層（３）、　（４）間
に形成される層間絶縁膜、（６）は前記第１及び第２の
金属Ｍ（３）、（４）の連絡用開孔部である。かかる多
層配線を製造する場合は、まず半導体基板（１）上に公
知の方法で第１金属層（３）によシミ極及び配線を写真
食刻法により形成し、次いで前記第１金属層（３）と第
２金属層（４）との間に公知の技術によシ層間絶縁膜０
）を形成する。このとき、層間絶Ｒ膜（５）としては酸
化膜あるいは窒化膜等を用い、膜厚は層間耐圧及び配線
容量等の問題よＪｌ、０．ｍ　程度必要になる。そして
、写真食刻法によシ第１金属層（３）と第２金属層（４
）との連絡用開孔部（６）全形成する。次いで、前記開
孔部（６）及び第１金属層（３）ヲ含む半導体基板（１
）上の全面に第２金属層（４）を形成し、しかる後写真
食刻法によシ第２金属層（４）の配線及び第１金属層（
３）との接続を行なう方法がとられている。

ところで、とのような従来方法によシ層間絶縁膜（５）
及び第１金属層（３）と第２金属層（４）との連絡用開
孔部（６）全形成する場合、第１金属層（３）と第２金
属層（４）との層間絶縁膜（５）の膜厚は比較的厚く、
さらに連絡用開孔部（６）の斜面は第２金属層（４）の
形成時の断線を防ぐために比較的傾斜をゆるやかにする
必要がある。このため、仕上りの開孔部（６）は設計値
に比し極めて犬きくなシ、その開孔部壁が第２図中の点
線部で示す如く開孔部壁（ａ）及びΦ）まで後退する。

したがって、第１金属層（３）と第２金属層（４）の膜
質が同一であれば、第２金属層（４）による配線形成時
に第３図中の符号Ｉの領域に示す如く。

第１金属層（３）の配線に断線が生じる。また、層間絶
縁膜（５）と第１金属層（３）下の絶縁膜（２）が同一
の膜質であれば、開孔部（６）の形成のための層間絶縁
膜（５）のエツチング時に第３図中の符号■の領域に示
す如く、第１金属層（３）下の絶縁膜（２）も同時にエ
ツチングされ、第２金属層（４）の形成時に段差が大き
くなるために、これによる第２金属層（４）の断線が生
じだシする。

これらを防止するためには、あらかじめ設計段階におい
て第１金属層（３）による配線領域上に第２金属層（４
）との連絡用開孔部（６）が形成できるように、また連
絡用開孔部（６）を第２金属層（４）による配線が充分
にσえるように、連絡用開孔部（６）と第１金属層（３
）による配線領域との余裕（Ｃ）（第２図参照）、及び
連絡用開孔部（６）と第２金属層（４）との余裕（ｄ）
（第２図参照）を充分とる必要がある。したがって、第
２図及び第３図に示す如く、第１金属層（３）による配
線間隔（ｅ）及び第２金属層（４）による配線間隔（ｆ
）の最小寸法は限られておシ、前述の如く余裕をとるた
めには第４図中の符号■及び■の領域の追加が必要とな
る。このことは、第２図及び第３図に示すセルサイズの
距離人が第４図に示すセルサイズの距離Ｂとなシ、セル
サイズ及びチップサイズの拡大をしいられるという欠点
があった。

本発明は上記のような従来のものの欠点を除去するため
になされたもので、上層金属及び下層金属の眉間絶縁膜
をエツチング比の異なる２層の絶縁膜で形成し、かつ各
層金属の連絡用開孔部の構造を２段形状にすることによ
シ、との開孔部形成時の眉間絶縁膜のサイドエッチによ
る各金属層の断線を防止するとともに、各金属層による
配線の微細化を容易に行なうことのできる多層配線の製
造方法を提供することを目的としている。

以下、本発明の一実施例を図に基いて説明する。

第５図は本発明方法によシ製造される多層配線の上層金
属と下層金属との連絡用開孔部の断面図であシ、図にお
いて、（１）は半導体基板、（りは半導体基板（１）上
に形成された絶縁膜としての厚い酸化膜、（３）は第１
の金属層、（（イ）は第２の金属層である。

また、σ）は第１及び第２金属層（３）　、　（４）間
の第１絶縁膜、（８）は同じく第２の絶縁膜、（９）は
第１金属層（３）と第２金属層（４）との第１連絡用開
孔部、（１０）は第１連絡用開孔部（９）内に形成され
た第２連絡用開孔部である。

次に、本発明による多層配線の製造方法を第６図乃至第
１１図を参照して説明する。第６図において、比較的厚
い酸化膜（２）ヲ含む半導体基板（１）上に第１金属層
（３）による電極及び配線を形成し、次に後述する第２
金属層（４）（第５図参照）との絶縁のために第１絶縁
膜σ）及び第２絶縁膜（８）（第７図参照）を形成する
。この場合、まずＣＶＤ法あるいはスパッター法などの
方法によシ第１金属層（３）を含む全面に第６図に示す
如く酸化硅素による第１絶縁膜（７）を形成し、次いで
第１絶縁膜１７′）上に第７図に示す如く、第１絶縁膜
ｑ）の酸化硅素とエツチング比の異なる窒化硅素による
第２絶縁膜（８）金ＣＶＩ）　？Ｊ、あるいはスパッタ
ー法により形成する。

このとき、第２絶縁膜（８）の膜厚は第１絶縁膜（７）
の膜厚に比１７充分厚く、たとえげ第１絶縁膜（７）の
膜厚は１０００へ一２ｏｏｏＸ、第２絶縁膜（８）の膜
厚ば５ｏｏｏ−９ｏｏｏＸ程度が適当である。次に写真
食刻法により第１金属層（３）と第２金属層（４）との
連絡・　　用開孔部全形成すべき領域２にの第２絶縁膜
（８）に、まず第８図に示す如く第１開孔部（９）を形
成する。

この場合、第２絶縁膜（８）のエツチングに際［７ては
第２金縞層（４）の開孔部壁での断線を防ぐために、開
孔部壁の傾斜はゆるやかにすることが重重しく、１だ第
２絶縁膜（８）の膜厚は前述の如く比較的厚いために、
開孔部１１ｉ積は設計値に比し、かなりのサイドエッチ
畦をしいられる。なお、第８図中、（１１）は第２絶縁
膜（８）のエツチングに際し塗布されたｌ／シストであ
る。

次いで、第２絶縁膜（８）に形成された第１開孔部（９
）内の第１絶縁膜σ）に同じく写真食刻法により第９図
に示す如く第２開孔部（１０）全形成する。この場合、
第１絶縁膜σ）は第２絶Ｈ膜（８）に比し、充分膜厚は
薄いために、第２開化部（１０）の開孔部壁に傾胴全つ
りる必要もなく、またエツチング時の設計値に対するサ
イドエッチＭｌもはとんどなく、開孔部面積は設削値に
対して椿めて精度良く形成できる（第１０１！’１参照
）。なＪＩＦ−１ｐ＋ｙ　９　ｃ＋に：１ｉ’イｊ（１
２）は第１絶縁膜（７）のエツチングに際１７塗布され
たレジストである。次いで、第１０図に示ず如（ｖジス
）　（１２）’に除去１．　ｋ後、第２１：ｉｌ孔（’
ｆｉｔ（１０）内の第１金属層（３）と第２開化部（１
０）及び第１開孔部（９）を含む全面に第１１図に示す
如＜、ｐｙ２妬属層（４）全公知の方法により形成し、
写真食刻法で第１金属層（３）との接続あるいは第２金
属層（４）による配線を形成して完了する。

このように、上記実施例によると、第１金属層（３）と
第２金属層（４）との層間絶縁膜全エツチング比の異な
る笛１および第２絶縁膜（７）　、　（８）で形成１〜
、かつ第１金属層（３）と第２金属層（４）の連絡用開
孔部を第１及び第２開孔部（９）、（１０）にて２段構
造とすることにより、第１金属層（３）上の開孔部面積
が設計値に対し極めて精度良く形成できる。つまり、連
絡用開孔部（１０）と第１金属層（３）による配線の余
裕（Ｃ）（第２図参照）と、連絡用開孔部（１ｏ）と第
２金属層（４）による配線との余裕（ｄ）（第２図参照
）を極めて少なくでき、パターンの微細化が可能になる
。１だ、従来のような連絡用開孔部（６）形成時の層間
絶縁膜（５）のサイドエッチによる第１及び第２金属層
の断線全防止することもできる。

なお、上記実施例においては第１−絶縁膜（７）として
酸化硅素、第２絶縁膜（８）として窒化硅素を用いたが
、逆に第１絶縁膜（７）として窒化硅素、第２絶縁膜（
８）とＩ−て酸化硅素を用いても上記実施例と同様の効
果を奏する。さらに、上記実施例においては′２層の金
属配線について述べたが、３層以上の多層配線における
下層金属と上層金属間の連絡用開孔部においても適用可
能である。

以−１−のように本発明によれば、多層配線の層間絶縁
膜をエツチング比の異なる２層の絶縁膜によ）形成し、
さらに下層金属と−Ｌ層金属との連絡用開孔部の断面も
２段構造とするととによ如、下層金属上の開孔部面積が
設計値に対して極めて精度よく形成でき、したがって、
多層配線における」二層金属及び下層金属の断線が防止
できるとともに、微細パターン化がはかれるなどのすぐ
れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来方法による多層配線の」二層金属と下Ｉ婿
金属との連絡用開孔部の断面図、第２図は従来方法によ
る多層配線の１セルの断面図、第３図は従来方法による
多層配線の説明に供する１セルの断面図、第４図は従来
方法による多層配線の欠点を防止するために拡大をしい
られた１セルの断面図、第５図は本発明方法の一実施例
を説明するための多層配線による上層金属と下層金属ど
の連絡用開孔部の断面図、第６図乃至第１１図ｔ」：同
じく本発明による多層配線の製造方法の工程断面図であ
る。 （１）・・・・半導体基板、（２）・・・・酸化膜、（
３）・・・・第１金属層、（４）・・・・第２金属層、
（！ｉ）・・・・層間絶縁膜、（６）・・・・各金属層
連絡用開孔部、σ）・・・・第１絶縁膜（第１層間絶縁
膜）、（８）・・・・第２絶縁膜（第２層間絶縁膜）、
（９）・・・・第１開孔部、（１０）・・・・第２開孔
部、（１１）、（１２）−−−−レジスト、（ａ）　、
　（ｂ）　−・・・開孔部壁、（Ｃ）・・・・第１金属
層による配線と開孔部との余裕、（ｄ）・・・・第２金
属層による配線と開孔部との余裕、（ｅ）・・・・第１
金属層による配線の最小間隔、（ｆ）・・・・第２金属
層による配線の最小間隔、（ｇ）・・・・最終開孔部、
（Ｉ）・・・・第１金属層の断線部、（Ｕ）・・・・第
２金属層の断線部、（ＩＩＩ）・・・・第２金属層によ
る配線の追加領域、（■）・・・・第１金属層による配
線の追加領域、Ａ・・・・最小セルサイズ、Ｂ・・・・
第１，２金属層の断線防止のためにしいられた最小セル
サイズ。 代　　理　　人　　　　　葛　　野　　信　　−（１１
） 第５図 第１図 第２図 第３図 第４図 第６図 第７図 第８図 ―ト−二二が 第９図 第１０図 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 α）半導体基板上の多層金属配線形成工程において、下
   層の金属膜を形成する工程と、前記下層金属膜全選択的
   に除去する工程と、前記下層金属膜を含む全面を第１絶
   縁膜で覆う工程と、前記第１絶縁膜とエツチング比の異
   なる第２絶縁膜全前記第１絶縁膜上全面に該第１絶縁膜
   厚よ）も厚く覆う工程と、前記第２絶縁膜に第１開孔部
   全形成する工程と、前記第１開孔部内の第１絶縁膜に第
   ２開孔部全形成する工程と、前記第１開孔部と第２開孔
   部及び第２開孔部内の下層金属換金含む半導体基板上の
   全面に上層金属膜を形成する工程全具備してなることを
   特徴とする半導体装置の製造方法。 Ｃ）第１絶縁膜として酸化硅素または酸化硅素を主成分
   とする物質を用い、第２絶縁膜として窒化硅素音用いる
   こと全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。 ０）第１絶縁膜として窒化硅素を用い、第２絶縁膜とし
   て酸化硅素捷たは酸化硅素を主成分とする物質音用いる
   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。