JPS61136244A - Wiring process of semiconductor device - Google Patents
Wiring process of semiconductor deviceInfo
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- JPS61136244A JPS61136244A JP25857584A JP25857584A JPS61136244A JP S61136244 A JPS61136244 A JP S61136244A JP 25857584 A JP25857584 A JP 25857584A JP 25857584 A JP25857584 A JP 25857584A JP S61136244 A JPS61136244 A JP S61136244A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
11上p上J造!
本発明は半導体装置の多層配線方法に関し、更に詳しく
いえばビア・ホールあるいはコンタクトホールの穴埋め
並びにその存在に基く非平坦化の問題を同時に解決する
ことのできる半導体デバイスの多層配線技術に関する。[Detailed description of the invention] 11th page J construction! The present invention relates to a multilayer wiring method for semiconductor devices, and more particularly to a multilayer wiring technology for semiconductor devices that can simultaneously solve the problem of filling via holes or contact holes and unevenness due to their presence.
眉迷p退迷
最近のIC5LSI等の半導体デバイスの設計製造技術
の進歩はめざましく、就中素子の小型化、高集積化の動
向が著しい。ところで、半導体デバイスの集積度を高め
るためには素子のディメンジョンを小さくする必要があ
るが、これをおし進めるとチップ上でこれら素子を結線
するための配線パターンが複雑化し、配線パターンによ
りチップ全面のかなりの部分が占有されてしまうので、
高密度実装化はこれによって大きく制限されることにな
る。一方、配線パターン幅の縮小により上記問題はある
程度解決し得るが、電流容量、配線抵抗等配線パターン
に要求される緒特性を考慮すれば、パターン幅の縮小に
も限界がある。In recent years, the design and manufacturing technology for semiconductor devices such as IC5LSI has made remarkable progress, with the trend towards miniaturization and higher integration of elements being particularly noticeable. By the way, in order to increase the degree of integration of semiconductor devices, it is necessary to reduce the dimensions of the elements, but as this progresses, the wiring patterns for connecting these elements on the chip become more complex, and the wiring patterns cover the entire surface of the chip. Since a large portion of the space will be occupied,
This greatly limits high-density packaging. On the other hand, although the above problem can be solved to some extent by reducing the width of the wiring pattern, there is a limit to the reduction of the width of the pattern when considering the characteristics required of the wiring pattern such as current capacity and resistance of the wiring.
このような情況の下で、半導体デノくイスの高集R1化
に伴う上記配線上の問題を解決するだに極めて有効な技
術として多層配線技術が注目され、広範に利用されてい
る。Under these circumstances, multilayer wiring technology has attracted attention and is widely used as an extremely effective technology for solving the above-mentioned wiring problems associated with the increase in R1 density of semiconductor devices.
この多層配線技術はIC等半導体デ/<イスの配線を多
層化し、チップ等に配置された各素子間の結合に大きな
自由度を与え、高密度のデノくイスを形成する上で極め
て重要な技術であり、既にAI層3層を含むデバイス(
例えば)<イボ−°うLSlなど)、A1層2層を含む
高密度ロジックLSI(ゲートアレイ等)、2〜3層に
多重化されたA1層を有するポリシリコンゲートなどが
実現され、実用化されている。This multilayer wiring technology multilayers the wiring of semiconductor devices such as ICs, provides a large degree of freedom in coupling between each element arranged on a chip, etc., and is extremely important in forming high-density devices. It is a technology that already has three AI layers (
For example, high-density logic LSIs (gate arrays, etc.) containing two A1 layers, polysilicon gates with A1 layers multiplexed into two or three layers, etc.) have been realized and put into practical use. has been done.
この多層配線技術の利点は、チップ上に配線用のスペー
スをさく必要なしに、各種の素子をレイアウトし得るこ
とから、集積度、密度の改善番fカ1りでなく、チップ
の小型化を図ることも可能となる。更に、配線の自由度
が増し、ノでターン設計が容易になると共に、配線の電
気的特性の設定にも余裕ができる。The advantage of this multilayer wiring technology is that it allows various elements to be laid out without having to create space for wiring on the chip, which not only improves the degree of integration and density, but also reduces the size of the chip. It is also possible to Furthermore, the degree of freedom in wiring increases, making it easier to design turns, and providing more leeway in setting the electrical characteristics of the wiring.
しかしながら、この多層配線技術においても、工程が複
雑であり、表面の凹凸が大きいことから、半導体物性と
は直接関係のない新たなデノくイス不良モードが発生す
るという改善すべき問題を内包している。このような不
良モードのうち特に重大なのは、例えば表面での配線の
オープンやショート等の発生であり、また多層配線工程
が複数の薄膜デポジション工程により構成されており、
基板と第1配線層、第1配線層と第2配線層間のコンタ
クトをとるためのコンタクトホールもしくはヒ゛ア・ホ
ールなどにおけるステツブカノイレージの不七分さが不
良モード発生の原因となっている。However, even with this multilayer interconnection technology, the process is complicated and the surface has large irregularities, so a new denomination failure mode that is not directly related to the semiconductor physical properties occurs, which is a problem that needs to be improved. ing. Among these failure modes, the most serious is, for example, the occurrence of wiring opens or shorts on the surface, and the multilayer wiring process consists of multiple thin film deposition processes.
Inconsistency in stepper noise in contact holes or via holes for making contact between the substrate and the first wiring layer, or between the first wiring layer and the second wiring layer, is a cause of failure modes.
従って、多層配線構造を有する半導体デノくイスにおい
ては、層間絶縁膜の平坦化を行うことが多層配線に起因
する不良モードの発生を防止し、高信頼度で、歩留りよ
く半導体デバイスを得るために重要である。この平坦化
が不十分である場合には段差部分において上記配線が断
線する可能性が極めて・高く、断線していなくとも後の
使用の際に電流集中に基く溶断などの発生する可能性が
極めて大きい。例えば、特に上記のようなコンタクトホ
ール、ビア・ホールなどが存在する部分においては段差
が急であるために配線が断線を起こす危険性が高い。Therefore, in semiconductor devices having a multilayer wiring structure, flattening the interlayer insulating film is necessary to prevent failure modes caused by the multilayer wiring and to obtain semiconductor devices with high reliability and high yield. is important. If this flattening is insufficient, there is a very high possibility that the above-mentioned wiring will break at the stepped portion, and even if it is not broken, there is a very high possibility that it will melt due to current concentration during subsequent use. big. For example, especially in areas where there are contact holes, via holes, etc. as described above, there is a high risk that the wiring will break due to steep steps.
この層間絶縁膜の平坦化プロセスは、現在(i)エッチ
・バック法、(ii)リフトオフ法、(iii)シリカ
膜塗布法(ポリイミド塗布法)および(iv )バイア
ス・スパッタ法等各種の方法が検討されているが、プロ
セス上のバラツキが大きく、LSI等のデバイスの製造
歩留りを低下させる主な原因となっている。Currently, various methods are used to planarize the interlayer insulating film, such as (i) etch-back method, (ii) lift-off method, (iii) silica film coating method (polyimide coating method), and (iv) bias sputtering method. Although this method is being studied, there are large variations in the process, which is the main cause of lowering the manufacturing yield of devices such as LSIs.
以上述べた多層配線技術における各種問題を、添付第2
図に沿って更に具体的に述べる。まず、基板(例えばS
i) 1上にフィールド酸化膜(SiO2)2を形成し
、次いでコンタクトホール3をエツチングにより形成す
る(第2図(a)参照)。次いで、第1配線層4(例え
ばA1)を形成し、エツチングにより所定の配線パター
ンとしく第2図(5)参照)、更に燐ガラス(PSG)
などの層間絶縁膜5を形成し、同様にビア・ホール6を
設ける(第2図(C)参照)。次に、第2のA1配線層
7を形成し、同様にエツチングにより所定の配線パター
ンとしく第2図G)参照)、第2の絶縁層8を設けて配
線パターンを完成する(第2図(e)〉。The various problems in multilayer wiring technology mentioned above are explained in attached 2nd page.
This will be described in more detail with reference to the diagram. First, a substrate (for example, S
i) A field oxide film (SiO2) 2 is formed on the substrate 1, and then a contact hole 3 is formed by etching (see FIG. 2(a)). Next, a first wiring layer 4 (for example, A1) is formed and etched into a predetermined wiring pattern (see FIG. 2 (5)), and then a phosphor glass (PSG) layer is formed.
An interlayer insulating film 5 is formed, and via holes 6 are similarly provided (see FIG. 2(C)). Next, a second A1 wiring layer 7 is formed and similarly etched into a predetermined wiring pattern (see Figure 2G)), and a second insulating layer 8 is provided to complete the wiring pattern (see Figure 2G). (e)〉.
第2図(e)の多層配線完成図において、フィールド酸
化膜2や層間絶縁膜5などは、一般に絶縁耐圧、配線容
量を考慮すると約1μm程度の厚さが必要とされるが、
コンタクトホール3やビア・ホール6がこれら膜に設け
られるために、これによる段差も約1μm程度となる。In the completed multilayer wiring diagram shown in FIG. 2(e), the field oxide film 2, interlayer insulating film 5, etc. generally require a thickness of about 1 μm considering dielectric strength voltage and wiring capacitance.
Since the contact hole 3 and via hole 6 are provided in these films, the step difference due to this is also about 1 μm.
その結果コンタクトホール部分での断線A1ビア・ホー
ル部分での断線B並びに層間膜5の平坦化が不十分なた
めに生ずる断線C等が形成されることになる。As a result, a disconnection A in the contact hole portion, a disconnection B in the via hole portion, and a disconnection C due to insufficient planarization of the interlayer film 5 are formed.
発明が解決しようとする問題点
かくして、層間絶縁膜の平坦化並びにコンタクトホーノ
ペビア・ホール等の段差部分のステップカバレージは、
多層配線構造を有する半導体デバイス作製において、多
層配線形成に基く不良モードを解消するために要ともい
うべき重要な工程である。Problems to be Solved by the Invention Thus, planarization of interlayer insulating films and step coverage of stepped portions such as contact hole vias and holes are as follows:
In manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure, this is an important step in order to eliminate failure modes based on the formation of multilayer wiring.
それにもかかわらず、従来提案されている上記のような
各種方法は夫々固有の欠点を有しており、上記の二つの
問題を根本的に解決する方法はいまのところ確立されて
いない。例えば、エッチ・バックによる方法ではレジス
ト膜と絶縁膜(例えばPSG)という性質の異る2つの
層を同一のエツチング速度でエツチングし得るような特
殊な条件設定を行う必要があるが、このような条件設定
は極めて困難である。また、リフト・オフ法においても
眉間膜とAI配線層との間に間隙が形成され、これが第
2の層間膜の形成後においても溝として残されるために
十分な平坦化を保証すことは難しい。Nevertheless, each of the above-mentioned methods proposed in the past has its own drawbacks, and no method has been established to fundamentally solve the above two problems. For example, in the etch-back method, it is necessary to set special conditions so that two layers with different properties, a resist film and an insulating film (for example, PSG), can be etched at the same etching speed. Setting conditions is extremely difficult. In addition, even in the lift-off method, a gap is formed between the glabella film and the AI wiring layer, and this gap remains as a groove even after the formation of the second interlayer film, making it difficult to ensure sufficient flattening. .
そこで、上記のような従来法の各種欠点を示さず、多層
配線技術自体の欠点に基く半導体デバイスの不良モード
を皆無どし、製造歩留りを大巾に改善し得る多層配線の
形成方法の開発が切に望まれていた。本発明の目的もこ
のような配線構造の形成方法を開発することにある。Therefore, it is necessary to develop a method for forming multilayer wiring that does not exhibit the various drawbacks of the conventional methods described above, eliminates the failure mode of semiconductor devices based on the shortcomings of the multilayer wiring technology itself, and can greatly improve manufacturing yield. It was desperately needed. It is also an object of the present invention to develop a method for forming such a wiring structure.
問題点を解決するための手段
本発明者等は多層配線技術における上記問題、特にステ
ップカバレージ性並びに層間膜等の平坦化の問題を解決
すべく種々検討した結果、第2層目以後の配線層形成に
際し、まず該層を所定の厚さの半分程度の厚さで形成し
、エツチングにより眉間膜段差上部における配線材料層
のみを除去し、再度配線材料を堆積させることにより、
ビア・ホール、コンタクトホールの穴埋めと層の平坦化
とが同時に達成し得ることを見出した。本発明はこのよ
うな新規知見に基き完成されたものである。Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted various studies to solve the above-mentioned problems in multilayer wiring technology, particularly the problems of step coverage and flattening of interlayer films, etc. As a result, the present inventors have found that During formation, the layer is first formed to a thickness of about half of the predetermined thickness, only the wiring material layer above the glabellar membrane step is removed by etching, and the wiring material is deposited again.
It has been found that filling of via holes and contact holes and planarization of layers can be achieved at the same time. The present invention was completed based on such new findings.
即ち、本発明の半導体デバイスの配線方法は、第1の配
線パターンを形成し、次いで層間膜およびビア・ホール
またはコンタクトホールの形成後第2の配線パターンを
形成する各工程を繰返して、半導体装置の多層配線技術
を形成する方法であって、第2層以後の配線パターンを
形成する際に、まず配線材料を配線パターンの所定の厚
さの約半分に相当する厚さで堆積させ、次いでレジスト
材を上面が平坦となるように塗布し、ドライエツチング
により層間膜段差部上の配線材料上面まで該レジストを
除去し、エツチングにより該層間膜段差部上の配線材料
のみを除去し、レジストを除去し、更に所定の厚さとな
るように配線材料を堆積した後所定のパターンにエツチ
ングすることを特徴とする。That is, in the semiconductor device wiring method of the present invention, the steps of forming a first wiring pattern, forming an interlayer film and via holes or contact holes, and then forming a second wiring pattern are repeated to form a semiconductor device. A method for forming a multilayer wiring technology, in which when forming a wiring pattern for the second layer and subsequent layers, a wiring material is first deposited to a thickness equivalent to about half of a predetermined thickness of the wiring pattern, and then a resist is deposited. Apply the material so that the upper surface is flat, remove the resist by dry etching up to the upper surface of the wiring material on the step part of the interlayer film, remove only the wiring material on the step part of the interlayer film by etching, and remove the resist. The method is further characterized in that a wiring material is deposited to a predetermined thickness and then etched into a predetermined pattern.
本発明の半導体装置の多層配線の形成方法において有利
に使用できる層間膜材料は5102・5r3N・・PG
S、ポリイミドなどの樹脂、Al2O*などの公知の各
種材料から、下地材料、配線材料等に応じて適宜選ぶこ
とができる。この層間膜の形成方法としては、スパッタ
リング法(SiO□、S+3N−等)、化学的蒸着法(
CVD法:S10□、PSG等)、塗布法(Si30.
、ポリイミド等)、陽極酸化法(A1203)など各種
の方法を利用することができる。The interlayer film material that can be advantageously used in the method for forming multilayer wiring of a semiconductor device according to the present invention is 5102.5r3N...PG.
It can be appropriately selected from various known materials such as S, resins such as polyimide, and Al2O*, depending on the base material, wiring material, etc. Methods for forming this interlayer film include sputtering method (SiO□, S+3N-, etc.), chemical vapor deposition method (
CVD method: S10□, PSG, etc.), coating method (Si30.
, polyimide, etc.), anodic oxidation method (A1203), and various other methods can be used.
また、多層配線用金属膜の材料としては、主としてAI
またはその合金が使用され、その他特殊なデバイス構造
、実装形式(例えばビームリード、フリップチップ形式
)においてはMo、 W、 TiPt。In addition, the main material for the metal film for multilayer wiring is AI.
Mo, W, TiPt, or their alloys are used in other special device structures and packaging formats (e.g. beam lead, flip chip format).
Pd5Pt、 Au等を使用することもできる。この金
属膜の形成もスパッタリング法、真空蒸着法、CVD法
、物理的蒸着法(PVD法)、その他の蒸着法等によっ
て実施でき、材料の種類等に応じて適宜選択して利用す
る。Pd5Pt, Au, etc. can also be used. Formation of this metal film can also be carried out by sputtering, vacuum evaporation, CVD, physical vapor deposition (PVD), and other evaporation methods, which are appropriately selected and used depending on the type of material.
本発明の方法においては、コンタクトホールビア・ホー
ルの形成並びに配線材料の所定のパターンを形成する場
合には、フォトエツチング法が利用される。この際のレ
ジストとしては各種の公知の材料を使用することができ
、ポリケイ皮酸系樹脂、例えば東京応化製TPR,O3
Rシリーズ、Kodak社製KPRシリーズ等;シスイ
ソプレンとアリルジアジド架橋剤との組合せ、例えば東
京応化部OMR,NMRシリーズ、Kodac社製KM
ERシリーズ等:ノボラブク型フェノール樹脂と0−キ
ノンアジドとのエステル、例えば5hipley社のA
Zシリーズ、東京応化社の0FPRシリーズなどのフォ
トレジストを挙げることができる。このレジストの選択
に当っては、後の金属膜の工・/チング操作を考慮する
必要があり、例えば八1などに対しエツチング速度の低
いもの、即ち選択比の高い材料、例えばOF P R?
?、78、A 21350 J 。In the method of the present invention, photoetching is used to form contact holes and via holes and to form predetermined patterns of wiring material. Various known materials can be used as the resist at this time, including polycinnamic acid resins such as TPR, O3 manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd.
R series, KPR series manufactured by Kodak, etc.; combination of cis-isoprene and allyldiazide crosslinking agent, such as Tokyo Ohkabu OMR, NMR series, KM manufactured by Kodak
ER series, etc.: Ester of novolabuku type phenolic resin and 0-quinone azide, such as 5hipley's A
Examples include photoresists such as Z series and Tokyo Ohkasha's 0FPR series. When selecting this resist, it is necessary to take into consideration the later etching/etching operation of the metal film.
? , 78, A 21350 J.
0MR83などを使用することにより、特にドライエツ
チング(反応性ガスプラズマエツチング)を金属膜の除
去に有利に応用することが可能となる。By using OMR83 or the like, dry etching (reactive gas plasma etching) can be particularly advantageously applied to the removal of metal films.
その他のポリメチルメタクリレート、エポキシ化ポリブ
タジェンなどの電子線レジスト等を使用することも当然
可能である。Of course, it is also possible to use other electron beam resists such as polymethyl methacrylate and epoxidized polybutadiene.
このレジスト膜の形成は洗浄、塗布、プレベータからな
る一連の操作によって実施でき、またこのレジスト膜の
除去は、02プラズマ中に生ずる原子状酸素と高分子樹
脂との化学反応による、高分子樹脂の低分子化並びに低
分子樹脂の酸化によるCO2、H2Oへの分解、気化作
用を利用するプラズマアッシング法あるいは反応性イオ
ンエツチング法(RIE法)等により実施することが有
利である。また、次の金属膜の除去に平行平板電極型プ
ラズマエツチング装置を用いる場合には、レジストの除
去をも該装置で行うことにより、レジストの除去と金属
1摸の除去とを連続して行うことが可能である。Formation of this resist film can be carried out by a series of operations consisting of cleaning, coating, and prebeta, and removal of this resist film is performed by chemical reaction between atomic oxygen generated in 02 plasma and polymer resin. It is advantageous to use a plasma ashing method or a reactive ion etching method (RIE method), which utilizes the effect of reducing the molecular weight, decomposing the low-molecular resin into CO2 and H2O through oxidation, and vaporizing the resin. In addition, when using a parallel plate electrode type plasma etching device to remove the next metal film, the resist is also removed using the same device, so that the resist removal and the metal pattern removal can be performed continuously. is possible.
前記金属膜の除去は、燐酸、硝酸、酢酸などを主成分と
するエツチング液を用いる一般的な湿式エツチングの他
、スパッタエツチング、イオンビームエツチングなどが
いずれも使用でき、またプラズマエツチング装置を使用
し、反応ガス圧10−3〜10’−’Torr程度で行
われる、いわゆる反応性イオンエツチングを利用するこ
とも当然可能である。To remove the metal film, in addition to general wet etching using an etching solution mainly composed of phosphoric acid, nitric acid, acetic acid, etc., sputter etching, ion beam etching, etc. can be used, and plasma etching equipment can also be used. Of course, it is also possible to use so-called reactive ion etching, which is carried out at a reaction gas pressure of about 10-3 to 10'-' Torr.
この方法では、金属膜材料がA1である場合には、反応
性ガスとしてcc+4+ (0□、C1□、C2H,)
、B[:I3 + (02)、CC+□F2などが使用
され、A1は揮発性のAlCl3として除去され、勤、
WSPt、 TiなどではCF、が用いられ、夫々揮発
性生成物Mo F s、WFs、ptFa、TiF、な
どとして除去され、またT1、CrではCCI sが、
Cr5AuなどではCI2が、更にAuについてはC2
C12F、が使用されて、同様に揮発性のハロゲン化物
として除去されることになる。In this method, when the metal film material is A1, the reactive gas is cc+4+ (0□, C1□, C2H,)
, B[:I3 + (02), CC+□F2, etc. are used, A1 is removed as volatile AlCl3, and
For WSPt, Ti, etc., CF is used and removed as volatile products MoFs, WFs, ptFa, TiF, etc., and for T1, Cr, CCIs is
CI2 is used for Cr5Au, etc., and C2 is used for Au.
C12F, will be used and removed as a volatile halide as well.
この段階で、配線パターン上に残されるレジストは、前
記のプラズマアッシング、一般的なウェットエツチング
もしくは適当な有機溶媒で除去される。At this stage, the resist remaining on the wiring pattern is removed by the aforementioned plasma ashing, general wet etching, or a suitable organic solvent.
かくしてレジストを除去した後、配線パターンの所定の
厚さを確保するのに必要な厚さで配線材料を再度堆積さ
せ、同様にフォトエツチングにより所定の配線パターン
を形成する。After removing the resist in this way, wiring material is deposited again to a thickness necessary to ensure a predetermined thickness of the wiring pattern, and a predetermined wiring pattern is similarly formed by photoetching.
本発明の方法を添付第1図に従って更に詳しく説明する
と、まず第1図(a)に示したように基板(例えばS1
チツプ)上にフィールド酸化膜等を形成し、これにコン
タクトホールを形成しく簡単化のため図示せず)、更に
第1の配線パターン10を形成し、その上に眉間膜11
(例えばPSG)を設ける。ここまでの操作において
、第1配線パターンを平坦に形成するためには、前記フ
ィールド酸化膜等にコンタクトボールを形成した後、配
線材料層を形成し、その上にレジストを塗布し、該レジ
ストをプラズマアッシングなどで該配線材料層の表面ま
で除去して、コンタクトホール部分のレジストのみを残
し、次いで該配線材料層をエツチングによって除去し、
上記ホール部のレジストを除去し、再度配線材料を蒸着
などにより形成し、フォトエツチングすることに第1の
配線パターンとすることにより、フィールド酸化膜等に
おけるホールの存在に基く第1配線パターンにおける表
面平坦化の問題を解決することができる。To explain the method of the present invention in more detail with reference to the attached FIG. 1, first, as shown in FIG. 1(a), a substrate (for example, S1
A field oxide film etc. is formed on the chip (chip), a contact hole is formed in this (not shown for simplicity), a first wiring pattern 10 is formed, and a glabellar film 11 is formed on it.
(for example, PSG). In the operations up to this point, in order to form a flat first wiring pattern, a contact ball is formed on the field oxide film, etc., a wiring material layer is formed, a resist is applied thereon, and the resist is Remove up to the surface of the wiring material layer by plasma ashing or the like, leaving only the resist in the contact hole portion, and then remove the wiring material layer by etching,
The resist in the hole portion is removed, a wiring material is formed again by vapor deposition, etc., and the first wiring pattern is formed by photo-etching, so that the surface of the first wiring pattern is The flattening problem can be solved.
次いで、第1図ら)に示したように、層間膜11にビア
・ホール12をフォトエツチングにより形成し、その上
に第2配線層を蒸着、スパッタ等により、配線パターン
に必要とされる最終的な厚さの約半分(約0.5〜0.
7μm)の厚さで形成する(第1図(C)参照)。次い
で、第1図(d)のように、該配線材料層13上にレジ
スト14(あるいはポリイミド等)を、上面が平坦とな
るように塗布する。この際レジスト層14等を上面が平
坦となるように塗布するためには、膜厚を厚くするかあ
るいはレジスト液の粘度を小さくして流動性を高くする
などの工夫を施すことが有利である。更に、かくして平
坦に形成したレジスト層を第1図(d)の点線aまでプ
ラズマアッシャ−1RrE装置等を用いてドライエ・l
チングにより除去した後(第1図(e)参照)、ウェッ
トエツチングもしくはドライエツチングにより層間膜段
差上部における配線材料のみを除去しく第1図(f)参
照)、次に残されたレジスト、ポリイミド等を有機溶剤
、プラズマアッシング等で除去する(第1図(母参照)
。最後に、第1図色)に示したように、第2回目の配線
材料15の堆積を行い、フォトエツチングにより所定の
パターン(15”)化を行って第1図(山こ示すような
多層配線構造を完成する。Next, as shown in FIG. 1, etc., via holes 12 are formed in the interlayer film 11 by photoetching, and a second wiring layer is deposited on top of the via hole 12 by vapor deposition, sputtering, etc. to form the final wiring pattern required. Approximately half the thickness (approximately 0.5 to 0.
7 μm) (see FIG. 1(C)). Next, as shown in FIG. 1(d), a resist 14 (or polyimide, etc.) is applied onto the wiring material layer 13 so that the upper surface thereof is flat. At this time, in order to apply the resist layer 14 etc. so that the upper surface is flat, it is advantageous to take measures such as increasing the film thickness or decreasing the viscosity of the resist solution to increase fluidity. . Furthermore, the resist layer thus formed flat is dried using a plasma asher-1RrE device or the like up to the dotted line a in FIG. 1(d).
After removal by etching (see Figure 1(e)), only the wiring material above the interlayer film step is removed by wet etching or dry etching (see Figure 1(f)), and then the remaining resist, polyimide, etc. Remove with organic solvent, plasma ashing, etc. (see Figure 1 (mother))
. Finally, as shown in Figure 1 (color), a second wiring material 15 is deposited, a predetermined pattern (15") is formed by photo-etching, and a multi-layer layer as shown in Figure 1 (color) is formed. Complete the wiring structure.
以上の説明では配線パターンを2層含む多層配線構造に
ついて述べたが、第1図(a)〜(i)の操作を繰返す
ことにより更に3層、4層等高次の多層配線を行うこと
も可能である。In the above explanation, a multilayer wiring structure including two layers of wiring patterns has been described, but by repeating the operations shown in FIG. It is possible.
一作月
半導体装置、例えば亡S■などにおいては、層間膜内に
゛存在するビア・ホールの数はぼう大な数に及び、しか
もこれらがすべて導通し、かつ十分に低いコンタクト抵
抗値を有していなければならない。このような場合に、
従来公知の方法、例えばリフトオフ法などに従って配線
を行った場合、配線パターンのビア・ホーノペコンタク
トホール、あるいは平坦化が不十分な部分における断線
、使用中の電流集中に基く溶断などの発生率は著しく大
きなものとなり、従ってLSIなどを代表とするホール
数の多いデバイスはど、配線に起因する不良モードの発
生率が高く、信頼性の低下、製造歩留りの低下が著しく
なるものと予想される。In semiconductor devices such as semiconductor devices, the number of via holes existing in the interlayer film is enormous, and all of them are electrically conductive and have sufficiently low contact resistance. must be maintained. In such a case,
When wiring is performed using a conventionally known method such as the lift-off method, there is a high incidence of wire breakage in vias and hole contact holes in the wiring pattern, or in areas where flattening is insufficient, and fusing due to current concentration during use. Therefore, devices with a large number of holes, such as LSIs, are expected to have a high incidence of failure modes due to wiring, resulting in a significant decrease in reliability and manufacturing yield. .
しかしながら、本発明の方法に従って多層配線構造を形
成することにより、即ち第2層目以後の配線パターンの
形成を上記の如き諸工程に従って実施することにより、
はぼ完全に満足し得る多層配線構造を半導体デバイスに
与えることが可能となる。However, by forming a multilayer wiring structure according to the method of the present invention, that is, by forming the wiring patterns from the second layer onward according to the steps described above,
It becomes possible to provide a semiconductor device with an almost completely satisfactory multilayer wiring structure.
本発明の方法によれば、配線材料を2度に亘り堆積して
形成することにより、まず1回目の蒸着およびその後の
エツチング操作(第1図(C)〜(e))によりビア・
ホールまたはコンタクトホール部分の穴埋めができ、ま
た1回目と2回目の配線材料の堆積により、段差部分に
おけるステップカバレージ性良好な配線材料層の形成が
可能となる。従って、ビア・ホール、コンタクトホール
部分、層間膜段差部分等での断線、使用中の溶断等は全
(起こらない。According to the method of the present invention, by depositing and forming the wiring material twice, vias are first formed by the first vapor deposition and subsequent etching operations (FIGS. 1C to 1E).
It is possible to fill holes or contact holes, and by depositing the wiring material in the first and second times, it is possible to form a wiring material layer with good step coverage in the step portion. Therefore, disconnections in via holes, contact holes, interlayer film steps, etc., and melting during use do not occur.
尚、本発明の方法において、第1図(a)の層間膜形成
後、エッチ・バック等の方法を応用して眉間膜表面の平
坦化を実施することにより、たとへエッチ・バックによ
る平坦化にバラツキがあったとしても、段差部分がステ
ップ・カバレージ性よく蒸着できるので、本発明による
平坦化と併用することにより更に一層良好な多層配線構
造を得ることができる。In the method of the present invention, after the interlayer film shown in FIG. 1(a) is formed, the surface of the glabellar film is flattened by applying a method such as etch-back. Even if there are variations in the thickness, the stepped portions can be deposited with good step coverage, so by using the method in combination with the planarization according to the present invention, an even better multilayer wiring structure can be obtained.
かくして、本発明の方法は、以上の説明において例示し
たホール数の著しく多いLSIはもとより、各種の半導
体デバイス全般に対し、小型化、高集積化を図るために
多層配線を施す場合に極めて有効であり、これら各種の
半導体デバイスの多層配線に起因する不良モードを抑え
、製造歩留りの大巾な改善をもたらすことが期待される
。Thus, the method of the present invention is extremely effective not only for LSIs with a significantly large number of holes as exemplified in the above explanation, but also for various semiconductor devices in general, when performing multilayer wiring in order to achieve miniaturization and high integration. It is expected that this method will suppress failure modes caused by multilayer wiring in these various semiconductor devices and bring about a significant improvement in manufacturing yield.
また、従来知られている技術のみを利用し、これらを組
合せることにより実施することができるので、本発明の
方法は高い応用性を有するものであるといえる。Further, since it can be carried out using only conventionally known techniques and by combining them, it can be said that the method of the present invention has high applicability.
実施例
基板としてSiチップを、層間膜として5in2を、ま
た配線材料としてAIを用い、更にレジスト材としては
A Z 1350 Jを用いて、第1図に示したような
各工程に沿って配線材料層即ちA1層を2層含む多層配
線を形成した。第2層目のA1層形成に際し、第1回目
および第2回目の八を蒸着膜の厚さは夫々0.5μmと
し、レジスト層のエツチングは02プラズマによるプラ
ズマアッシャ−を使用し、AIのエツチングには反応性
ガスとしてCC1,を用いた反応性イオンエツチング装
置を用いて行った。尚、各層の厚さは約1μm程度とし
た。Example Using a Si chip as the substrate, 5in2 as the interlayer film, AI as the wiring material, and AZ 1350 J as the resist material, the wiring material was changed according to each process as shown in Figure 1. A multilayer wiring including two layers, that is, the A1 layer, was formed. When forming the second A1 layer, the thickness of the first and second evaporated films was 0.5 μm, and the resist layer was etched using a plasma asher using 02 plasma. This was carried out using a reactive ion etching apparatus using CC1 as a reactive gas. Note that the thickness of each layer was approximately 1 μm.
こうして、本発明の方法に従って作製した多層配線を有
するSiチップは、ステップカバレージ性、層間膜等の
平坦化が十分であるために、ホールの埋込みが完全であ
り、平坦性に優れ、断線、長時間作動後の溶断等不良モ
ードは殆ど示さず、長期間寿命を有すること、並びに製
造歩留りが大巾に改善されたことを確認した。In this way, the Si chip having multilayer wiring manufactured according to the method of the present invention has sufficient step coverage and flattening of interlayer films, etc., so that holes are completely filled, excellent flatness is achieved, and there is no disconnection or long wires. It was confirmed that there were almost no failure modes such as melting after operation for a long time, and that the product had a long service life and the manufacturing yield was greatly improved.
発明の効果
以上詳細に説明したように、本発明の半導体デバイスの
多層配線技術によれば、第2層目の配線材料層の形成を
2度に分けて実施するという特異な特徴に基き、コンタ
クトホーノペビア・ホールなどが存在しても、これらに
起因する段差部の被覆性は極めて良好であり、従ってホ
ールの穴埋めが不十分であることから生ずる各種欠陥、
並びに各層の平坦化が不十分なために生ずる欠陥等、多
層配線に起因する不良モードを殆どもしくは完全に排除
することが可能となる。Effects of the Invention As explained in detail above, according to the multilayer wiring technology for semiconductor devices of the present invention, contact Even if there are hornopevia holes, the coverage of the stepped portions caused by these is extremely good, and therefore various defects caused by insufficient filling of the holes,
Furthermore, it is possible to almost or completely eliminate failure modes caused by multilayer wiring, such as defects caused by insufficient planarization of each layer.
従って、本発明の方法により得られる、多局配線を有す
る半導体デバイスは極めて高い信頼性を有し、長時間寿
命にも優れ、また製造歩留りも著しく高いものである。Therefore, a semiconductor device having multi-station wiring obtained by the method of the present invention has extremely high reliability, excellent long life, and extremely high manufacturing yield.
更に、本発明の方法では、従来から良く知られた技術の
みを利用することにより実施でき、特別に新しい技術の
使用を必要としないので極めて広い応用性を有するもの
である。Furthermore, the method of the present invention can be implemented using only conventionally well-known techniques and does not require the use of any new techniques, so it has extremely wide applicability.
第1図(a)〜(i)は本発明の方法における各工程を
説明するための模式的な図であり、
第2図は従来の多層配線の形成方法並びにそこに見られ
る欠点を説明するための第1図と同様な模式図である。
(主な参照番号)
1・・・基板、
2・・・フィールド酸化膜、
3・・・コンタクトホール、
4.10・・・第1配線層、
5.11・・・層間絶縁膜、
6.12・・・ビア・ホーノへ
7・・・第2配線層、
8・・・第2絶縁層、
■3・・・第2配線層(約+A厚)、
14・・・レジスト、
15・・・第2配線層(約A厚)、
特許出願人 住友電気工業株式会社
代 理 人 弁理士 新居 正彦
10・・・M1配線肩
11・・・層間膜
12・・・ヒ゛了・本−ル
((1)(h)
J
10゜FIGS. 1(a) to (i) are schematic diagrams for explaining each step in the method of the present invention, and FIG. 2 is a diagram for explaining the conventional method for forming multilayer wiring and the drawbacks seen therein. FIG. 1 is a schematic diagram similar to FIG. (Main reference numbers) 1... Substrate, 2... Field oxide film, 3... Contact hole, 4.10... First wiring layer, 5.11... Interlayer insulating film, 6. 12... To via horn 7... Second wiring layer, 8... Second insulating layer, ■3... Second wiring layer (approximately +A thickness), 14... Resist, 15...・Second wiring layer (approximately A thickness), Patent applicant Sumitomo Electric Industries Co., Ltd. Representative Patent attorney Masahiko Arai 10...M1 wiring shoulder 11...Interlayer film 12...Here complete ( (1) (h) J 10°
Claims (1)
成し、これにビア・ホールまたはコンタクトホールを形
成した後、第2の配線パターンを形成する工程を繰返し
実施して、半導体装置の多層配線構造を形成する方法に
おいて、 第2層以後の配線パターンを形成する工程が、配線パタ
ーンの所定の厚さの約1/2に相当する厚さで配線材料
層を形成し、次いで上面が平坦となるようにレジスト材
を塗布し、該レジストをドライエッチングにより上記層
間膜段差部上の配線材料上面まで除去し、エッチングに
より該層間膜段差部上の配線材料のみを除去し、レジス
トを除去した後所定の配線パターンの厚さとなるように
配線材料層を再度形成し、所定のパターンにエッチング
する各工程を含む、 ことを特徴とする上記半導体装置の多層配線の形成方法
。(1) The process of forming a first wiring pattern, then forming an interlayer film, forming via holes or contact holes therein, and then forming a second wiring pattern is repeated to form a semiconductor device. In the method of forming a multilayer wiring structure, the step of forming the wiring pattern after the second layer forms a wiring material layer with a thickness corresponding to about 1/2 of the predetermined thickness of the wiring pattern, and then the upper surface is Apply a resist material so that it is flat, remove the resist by dry etching up to the upper surface of the wiring material on the step part of the interlayer film, remove only the wiring material on the step part of the interlayer film by etching, and remove the resist. The method for forming a multilayer wiring for a semiconductor device as described above, comprising the steps of forming the wiring material layer again to have a thickness of a predetermined wiring pattern and etching it into a predetermined pattern.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25857584A JPS61136244A (en) | 1984-12-07 | 1984-12-07 | Wiring process of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25857584A JPS61136244A (en) | 1984-12-07 | 1984-12-07 | Wiring process of semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61136244A true JPS61136244A (en) | 1986-06-24 |
Family
ID=17322151
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP25857584A Pending JPS61136244A (en) | 1984-12-07 | 1984-12-07 | Wiring process of semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61136244A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63254746A (en) * | 1987-04-11 | 1988-10-21 | Sony Corp | Formation of interconnection |
JPH0287628A (en) * | 1988-09-26 | 1990-03-28 | Nec Corp | Semiconductor device |
JPH02197130A (en) * | 1989-01-26 | 1990-08-03 | Fujitsu Ltd | Formation of wiring pattern |
-
1984
- 1984-12-07 JP JP25857584A patent/JPS61136244A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63254746A (en) * | 1987-04-11 | 1988-10-21 | Sony Corp | Formation of interconnection |
JPH0287628A (en) * | 1988-09-26 | 1990-03-28 | Nec Corp | Semiconductor device |
JPH02197130A (en) * | 1989-01-26 | 1990-08-03 | Fujitsu Ltd | Formation of wiring pattern |
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