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JP2004288699A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法 Download PDF

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JP2004288699A
JP2004288699A JP2003075797A JP2003075797A JP2004288699A JP 2004288699 A JP2004288699 A JP 2004288699A JP 2003075797 A JP2003075797 A JP 2003075797A JP 2003075797 A JP2003075797 A JP 2003075797A JP 2004288699 A JP2004288699 A JP 2004288699A
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JP
Japan
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insulating film
interlayer insulating
film
wiring layer
forming
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Withdrawn
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JP2003075797A
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English (en)
Inventor
Yosuke Ooka
洋介 大岡
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
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Abstract

【課題】断線の懸念を解消する高信頼性の多層配線構造を有する半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】絶縁膜10上に配線層としてアルミニウム配線21が形成されている。アルミニウム配線21には段差緩和のために側壁スペーサ11が形成されている。さらに絶縁膜10上に層間絶縁膜の第2膜として少なくともアルミニウム配線21及び側壁スペーサ11を覆うCVD膜12が形成され、CVD膜12上に、層間絶縁膜の第3膜としてより平坦性に富んだスピンコート膜13が形成されている。さらにその上には層間絶縁膜の第4膜として再びCVD膜14が形成されている。このような構成によって層間絶縁膜IL1が形成されている。ビアホール31が形成され、上層のアルミニウム配線22がアルミニウム配線21と接続されている。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層配線構造を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置の高集積化、多機能化により、配線層は、より多層化が進んでいる。また、各配線層を分別する層間絶縁膜も段差被覆性(カバレッジ)、平坦性等の要求から多層構造になる場合がある。また、配線間を接続するビアはアスペクト比の高い形状が少なくない。配線層がビアホール内へ良好に付き回るようにするため、ビアホール間口を広げる加工は一般的に用いられる技術である。
【0003】
図4は、従来の多層配線の接続部を示す断面図であり、問題となる構造例である。素子が形成され半導体集積回路が構成される半導体基板上の所定層にBPSG(ボロン・リン珪化ガラス)膜やSiO膜などの層間絶縁膜60が形成されている。層間絶縁膜60上にアルミニウム配線71が形成されている。アルミニウム配線71上を覆うように第1層間絶縁膜61が形成されている。第1層間絶縁膜61上に、より平坦性に富んだ第2層間絶縁膜62が形成されることにより段差が緩和される。さらにその上には第3層間絶縁膜63が形成されている。このような構成によって層間絶縁膜IL1が形成されている。
【0004】
層間絶縁膜IL1上に、図示しないレジストパターンに従ってアルミニウム配線71を底部とするビアホール81が形成されている。ビアホール81は間口H1を広げる加工が施され、上層のアルミニウム配線72がビアホール81内へ入り込み易くなっている。ビアホール81近傍の層間絶縁膜IL1に突発的に段差の激しい異常エッチング部分72Eが形成されることがあり、常に断線の危険性がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
図5は、上記図4の構成に至る途中工程を示す断面図である。ビアホール81の間口を広げる加工はレジストパターンRP形成後のウェットエッチングにより達成される。ウェットエッチングにより第1層間絶縁膜62が等方的にエッチングされる際、エッチング液はレジストパターンRPと第3層間絶縁膜63の間の接触界面方向に広がるように侵入していく。段差部Sには段差に起因したエッチングレートの高い部分が存在し、その部分にまでエッチング液が到達すると段差部Sの第3層間絶縁膜63のエッチングが促進される。エッチングはさらに第2層間絶縁膜62へ達する。第2層間絶縁膜62は段差を緩和する目的で主にSOG(Spin on glass )膜が使用され、エッチングレートが高く容易にエッチングされる。この結果、局所的に段差の激しい異常エッチング部分が形成され、図1に示したように、上層のアルミニウム配線72の断線する可能性が高くなる。
【0006】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、断線の懸念を解消する高信頼性の多層配線構造を有する半導体装置及びその製造方法を提供しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体装置は、半導体基板上に層間絶縁膜を配して分別される下層の配線層及び上層の配線層と、前記上層の配線層が前記下層の配線層と接続するビア領域と、を具備し、前記層間絶縁膜は前記ビア領域近傍において少なくとも前記下層の配線層の側壁スペーサを有することを特徴とする。
【0008】
上記本発明に係る半導体装置によれば、配線の側壁スペーサの存在により、層間絶縁膜はより段差の緩和された形態で設けられる。これにより、より平坦性が得易い状態となると共に段差に起因したエッチングレートの高い部分が解消される。エッチング制御性向上及び、異常エッチングの解消に寄与する。
【0009】
なお、上記本発明に係る半導体装置において、前記層間絶縁膜は前記側壁スペーサを含めて複数種類の多層構造となっていることを特徴とする。多層配線になるほど平坦度の重要性が高く、有用な構成である。
また、前記ビア領域の開孔径に比べてビア領域の間口が広がっていることを特徴とする。高アスペクト比のビア領域に有効である。
【0010】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上に層間絶縁膜を配して分別される下層の配線層及び上層の配線層、これらを接続するビア領域を有する半導体装置の製造方法において、前記層間絶縁膜は少なくとも前記下層の配線層における側壁スペーサの形成を伴って複数種類の膜で構成し、前記ビア領域はウェットエッチング工程及びドライエッチング工程を経てビア開孔することを特徴とする。
【0011】
上記本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、配線の側壁スペーサを形成することにより、層間絶縁膜はより段差の緩和された下地領域を得て設けられる。これにより、より平坦性が得易い状態となると共に段差に起因したエッチングレートの高い部分が解消される。エッチング制御性向上及び、異常エッチングの解消に寄与する。
【0012】
本発明のより好ましい実施態様に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上における所定絶縁膜上に第1配線層を形成する工程と、前記所定絶縁膜上に層間絶縁膜の第1膜として前記第1配線層の側壁スペーサを形成する工程と、前記所定絶縁膜上に層間絶縁膜の第2膜として少なくとも前記第1配線層及び側壁スペーサを覆う第1CVD膜を形成する工程と、前記第1CVD膜上に層間絶縁膜の第3膜としてスピンコート膜を形成し、エッチバックを施す平坦化工程と、前記第1CVD膜及びスピンコート膜上に層間絶縁膜の第4膜として第2CVD膜を形成する工程と、総合的な前記層間絶縁膜に対し前記第1配線層に到達するビア開孔のためのマスクパターンを形成する工程と、前記層間絶縁膜に対し前記マスクパターンを伴い少なくとも第2CVD膜を部分的に除去するウェットエッチング工程と、前記層間絶縁膜に対し前記マスクパターンを伴い第1配線層に到達するビア開孔を形成するドライエッチング工程と、前記層間絶縁膜上に前記第1配線層とのビア領域と繋がる第2配線層を形成する工程と、を具備したことを特徴とする。
【0013】
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、層間絶縁膜は側壁スペーサを含めて複数種類の多層構造で設けられるようになる。多層配線になるほど平坦度の重要性が高く、平坦性に優れた構成の実現に寄与する。また、ウェットエッチング工程により、ビア領域の開孔径に比べてビア領域の間口を広げ、高アスペクト比のビア領域に対する上層の配線の接続を容易にする。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の要部の構成を示す断面図である。素子が形成され半導体集積回路が構成される半導体基板上の所定層にBPSG(ボロン・リン珪化ガラス)膜やSiO膜などの図示しない配線との層間の絶縁膜10が形成されている。絶縁膜10上に配線層としてアルミニウム配線21が形成されている。アルミニウム配線21には絶縁性サイドウォール、いわゆる側壁スペーサ11が形成されている。側壁スペーサ11は層間絶縁膜の第1膜としてアルミニウム配線21の段差緩和のために設けられている。さらに絶縁膜10上に層間絶縁膜の第2膜として少なくともアルミニウム配線21及び側壁スペーサ11を覆うCVD膜12が形成されている。CVD膜12上に、層間絶縁膜の第3膜としてより平坦性に富んだスピンコート膜13が形成されている。さらにその上には層間絶縁膜の第4膜として再びCVD膜14が形成されている。このような構成によって層間絶縁膜IL1が形成されている。
【0015】
層間絶縁膜IL1上に、図示しないレジストパターンに従ってアルミニウム配線21を底部とするビアホール31が形成され、上層のアルミニウム配線22がアルミニウム配線21と接続されている。ビアホール31は間口H1を広げる加工が施され、上層のアルミニウム配線22がビアホール31内へ入り込み易くなっている。
【0016】
上記実施形態によれば、アルミニウム配線21の側壁スペーサ11を形成することにより、層間絶縁膜IL1は、CVD膜12の形成からより段差の緩和された下地領域を得ることができる。これにより、より平坦性が得易い状態となると共にCVD膜14において段差に起因したエッチングレートの高い部分が解消される。エッチング制御性向上及び、異常エッチングの解消に寄与する。
【0017】
図2、図3は、それぞれ上記図1の構成を実現する要部を工程順に示す断面図である。
図2に示すように、絶縁膜10上に形成されるアルミニウム配線21は、例えばCuを1%未満(例えば0.5%)含有させたAl−Cu構造としている。アルミニウム層11の下地にはバリアメタルとしてTi層/TiN層の積層が形成されることもある(図示せず)。アルミニウム配線21上にCVD法により厚く堆積した絶縁膜を異方性エッチングし側壁スペーサ11を形成する。その後、絶縁膜10上に層間絶縁膜の第2膜として少なくともアルミニウム配線21及び側壁スペーサ11を覆うCVD膜12を形成する。さらに、CVD膜12上に、層間絶縁膜の第3膜としてより平坦性に富んだスピンコート膜13を形成する。さらにその上には層間絶縁膜の第4膜として再びCVD膜14を形成する。このような構成によって層間絶縁膜IL1が構成される。
【0018】
次に、図3に示すように、層間絶縁膜IL1に対しフォトリソグラフィ技術を経てレジスト膜によるマスクパターンを形成する。この状態で、層間絶縁膜IL1に対するウェットエッチングを施す。このウェットエッチングは時間制御されCVD膜14は所定範囲等方的にエッチングされる。このとき、CVD膜14には局所的にウェットエッチレートの高い部分はない。これにより、部分的に異常エッチングされることはなく、適当なビアホール間口H1の大きさが確保できる。その後、ドライエッチング工程に移行する。これにより、アルミニウム配線21に到達するビアホール31を形成する。次に、アルミニウム膜をスパッタ形成しパターニングすることにより、図1に示されるようなビア領域と繋がるアルミニウム配線22を形成する。
【0019】
上記実施形態の方法によれば、層間絶縁膜は側壁スペーサを含めて複数種類の多層構造で設けられるようになる。多層配線になるほど平坦度の重要性が高く、平坦性に優れた構成の実現に寄与する。また、ウェットエッチング工程により、ビア領域の開孔径に比べてビア領域の間口を広げ、高アスペクト比のビア領域に対する上層の配線の接続を容易にする。
【0020】
以上説明したように本発明によれば、配線の側壁スペーサの存在により、層間絶縁膜はより段差の緩和された形態で設けられる。これにより、より平坦性が得易い状態となると共にエッチングレートの均一なCVD膜の形成が可能となる。エッチング制御性向上及び、異常エッチングの解消に寄与する。この結果、断線の懸念を解消する高信頼性の多層配線構造を有する半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施形態に係る半導体装置の要部の構成を示す断面図。
【図2】図1の構成を実現する要部を工程順に示す第1断面図。
【図3】図2に続く第2工程断面図。
【図4】従来の多層配線の接続部を示す問題となる構造例の断面図。
【図5】図4の構成に至る途中工程を示す断面図。
【符号の説明】
10,60…層間絶縁膜、11…側壁スペーサ、12,14,61,63…CVD膜、13,62…スピンコート膜、21,22,71,72…アルミニウム配線,31,81…ビアホール、IL1…層間絶縁膜。

Claims (5)

  1. 半導体基板上に層間絶縁膜を配して分別される下層の配線層及び上層の配線層と、
    前記上層の配線層が前記下層の配線層と接続するビア領域と、
    を具備し、
    前記層間絶縁膜は前記ビア領域近傍において少なくとも前記下層の配線層の側壁スペーサを有することを特徴とする半導体装置。
  2. 前記層間絶縁膜は前記側壁スペーサを含めて複数種類の多層構造となっていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 前記ビア領域の開孔径に比べてビア領域の間口が広がっていることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。
  4. 半導体基板上に層間絶縁膜を配して分別される下層の配線層及び上層の配線層、これらを接続するビア領域を有する半導体装置の製造方法において、
    前記層間絶縁膜は少なくとも前記下層の配線層における側壁スペーサの形成を伴って複数種類の膜で構成し、前記ビア領域はウェットエッチング工程及びドライエッチング工程を経てビア開孔することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 半導体基板上における所定絶縁膜上に第1配線層を形成する工程と、
    前記所定絶縁膜上に層間絶縁膜の第1膜として前記第1配線層の側壁スペーサを形成する工程と、
    前記所定絶縁膜上に層間絶縁膜の第2膜として少なくとも前記第1配線層及び側壁スペーサを覆う第1CVD膜を形成する工程と、
    前記第1CVD膜上に層間絶縁膜の第3膜としてスピンコート膜を形成し、エッチバックを施す平坦化工程と、
    前記第1CVD膜及びスピンコート膜上に層間絶縁膜の第4膜として第2CVD膜を形成する工程と、
    総合的な前記層間絶縁膜に対し前記第1配線層に到達するビア開孔のためのマスクパターンを形成する工程と、
    前記層間絶縁膜に対し前記マスクパターンを伴い少なくとも第2CVD膜を部分的に除去するウェットエッチング工程と、
    前記層間絶縁膜に対し前記マスクパターンを伴い第1配線層に到達するビア開孔を形成するドライエッチング工程と、
    前記層間絶縁膜上に前記第1配線層とのビア領域と繋がる第2配線層を形成する工程と、
    を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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