多層配線構造およびその製造方法

【目的】本発明は、信頼性の高いプラグを形成することによって、下層配線と上層配線とを接続する多層配線構造の信頼性の向上を図るとともに、プラグと上層配線との接触面積を大きくして、接触抵抗の低減を図る。
【構成】基板１１上に下層配線１３を形成し、下層配線１３を覆う状態にプラグ形成膜（図示せず）を成膜した後、当該プラグ形成膜で下層配線１３上にプラグ１５を形成する。次いでプラグ１５と下層配線１３とを覆う状態に層間絶縁膜１４を成膜した後、当該プラグ１５の上層部が突出する状態に当該層間絶縁膜１４の上層を除去する。その後プラグ１５に接続する状態にして層間絶縁膜１４の上面に上層配線１６を形成する。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プラグによって下層配線と上層配線とを接続する多層配線構造およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の微細化にともなって配線の多層化や微細化が要求されている。例えば多層配線構造では、上層配線のカバレジを向上させるために、下層配線と上層配線との間に形成される層間絶縁膜の表面を平坦化することが行われている。層間絶縁膜の表面を平坦化した場合には、低い位置に形成された下層配線と上層配線とを接続するコンタクトホールのアスペクト比は非常に大きくなる。そこで、コンタクトホールの内部に金属や導電性の多結晶シリコン等を埋め込んでプラグを形成する技術が提案されている。
【０００３】上記プラグ形成技術には、例えば図５に示すように、層間絶縁膜５１に設けたコンタクトホール５２の内部を埋め込む状態に、化学的気相成長法によってブランケットタングステン膜５３を形成する。その後、層間絶縁膜５１上の２点鎖線で示すブランケットタングステン膜５３を除去して、コンタクトホール５２の内部に残したブランケットタングステン膜５３でプラグ５４を形成する方法が提案されている。
【０００４】または図６の示すように、層間絶縁膜６１に設けたコンタクトホール６２の内部に、選択成長技術によってタングステン（Ｗ）を選択成長させることにより、プラグ６３を形成する技術が提案されている。
【０００５】また半導体装置の微細化にともなって、コンタクトホールの径も微細化されている。例えば０．２５μｍ〜０．３μｍ程度の径のコンタクトホールも形成されている。このようなコンタクトホールでは、アスペクト比が非常に大きい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ブランケットタングステンによるプラグ形成技術では、図７に示すように、コンタクトホール５２の内部にブランケットタングステン膜（５３）を形成した際に、ボイド５５が生じることがある。ボイド５５を生じた場合には、その後の熱を加える工程において、ボイド５５が膨張してコンタクトホール５２を破壊する。この結果、上記プラグ５４を用いた多層配線構造の信頼性が非常に低下する。また選択成長によるプラグ形成技術では、選択成長面の状態に影響されやすいので、汚染等が選択成長面に生じた場合には選択成長が十分に行われない。このため、プラグが十分な高さに形成されないので、このプラグを用いた多層配線構造の信頼性は非常に低下する。
【０００７】また配線の微細化にともなって、例えば下層配線と上層配線とを接続するためのコンタクトホールの径も小さくなっているために、コンタクトホールの内部に形成されるプラグの上面の面積も狭くなっている。このため、プラグと上層配線との接触面積が小さくなるので、接触抵抗が高くなる。この結果、例えば半導体装置の動作速度が遅くなり、当該半導体装置の高速化が妨げられている。
【０００８】本発明は、信頼性に優れた多層配線構造およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達成するためになされたものである。すなわち、基板上に形成した下層配線と、その下層配線の上面に形成したプラグと、下層配線を覆う状態にしてプラグの上部が突出する状態に形成した層間絶縁膜と、プラグに接続する状態にして層間絶縁膜の上面に形成した上層配線とよりなるものである。
【００１０】上記多層配線構造の製造方法であって、第１の工程で、基板上に下層配線を形成し、第２の工程で、下層配線を覆う状態にプラグ形成膜を成膜した後、当該プラグ形成膜で下層配線上にプラグを形成する。次いで第３の工程で、プラグと下層配線とを覆う状態に層間絶縁膜を成膜した後、当該プラグの上層部が突出する状態に当該層間絶縁膜の上層を除去する。その後第４の工程で、層間絶縁膜の上面にプラグに接続する状態に上層配線を形成する。
【００１１】あるいは、第１の工程で、基板上に下層配線形成膜を成膜し、続いて当該下層配線形成膜の上面にプラグ形成膜を成膜した後、所定の位置に当該プラグ形成膜でプラグを形成する。次いで第２の工程で、プラグを載せた状態にして下層配線形成膜で下層配線を形成する。その後上記第３の工程と上記第４の工程とを行う。
【００１２】または第１の工程で基板上に下層配線形成膜を成膜し、続いて当該下層配線形成膜の上面にプラグ形成膜を成膜した後、当該プラグ形成膜の一部分と当該下層配線形成膜の一部分とを除去して、上面にプラグ形成膜を載せた状態にして下層配線形成膜よりなる下層配線を形成する。次いで第２の工程で、下層配線上のプラグ形成膜で、当該下層配線上の所定の位置にプラグを形成する。その後上記第３の工程と上記第４の工程とを行う。
【００１３】
【作用】上記多層配線構造では、層間絶縁膜の表面にプラグの上層部を突出させた状態で、当該プラグを形成したので、上層配線とプラグとの接触面積が大きくなる。このため、プラグと上層配線との接触抵抗が低減されるとともに、接続が確実になる。また上記製造方法では、プラグを形成してから層間絶縁膜を成膜し、その後プラグの上層部が突出する状態に層間絶縁膜の上層を除去したので、上層配線との接続信頼性が高いプラグが形成される。
【００１４】
【実施例】本発明の実施例を図１に示す概略構成断面図により説明する。図に示すように、基板１１上には絶縁膜１２が形成されている。この絶縁膜１２の上面には下層配線１３が形成されている。この下層配線１３は、例えばアルミニウム系金属より形成されている。上記基板１１上には、上記下層配線１３を覆う状態に層間絶縁膜１４が成膜されている。この層間絶縁膜１４は、例えば酸化シリコン膜で形成されている。
【００１５】さらに下層配線１３上の層間絶縁膜１４には、当該下層配線１３に接続しかつ当該層間絶縁膜１４の表面より突出する状態にプラグ１５が形成されている。このプラグ１５は、例えばタングステン（Ｗ），チタン（Ｔｉ）等の高融点金属または導電性の多結晶シリコン等により形成されている。またさらに、上記層間絶縁膜１５の上面には、上記プラグ１５に接続する状態に上層配線１６が形成されている。この上層配線１６は、例えばアルミニウム系金属で形成されている。上記の如くに、多層配線構造１０が形成されている。
【００１６】上記多層配線構造１０では、層間絶縁膜１４の表面にプラグ１５の上層部を突出させた状態で、当該プラグ１５を形成したので、上層配線１６とプラグ１５との接触面積が大きくなる。このため、プラグ１５と上層配線１６との接触抵抗が低減されるとともに、その接続が確実になる。
【００１７】次に上記多層配線構造１０の第１の製造方法を、図２の製造工程図により説明する。図に示す構成部品のうち、前記図１で説明したと同様の構成部品には同一符号を付す。図２の（１）に示すように、基板１１上には絶縁膜１２が形成されている。まず第１の工程では、通常の配線形成技術によって、絶縁膜１２上に、例えばアルミニウム系金属よりなる下層配線１３を形成する。
【００１８】次いで図２の（２）に示す第２の工程を行う。この工程では、例えば通常の化学的気相成長法によって、下層配線１３を覆う状態にプラグ形成膜２１を成膜する。その後、通常のホトリソグラフィー技術とエッチングとによって、当該プラグ形成膜２１の２点鎖線で示す部分を除去し、残したプラグ形成膜２１で上記下層配線１３上の所定の位置にプラグ１５を形成する。
【００１９】続いて図２の（３）に示す第３の工程を行う。この工程では、例えばテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を用いたプラズマ化学的気相成長法によって、上記プラグ１５と上記下層配線１３とを覆う状態に、前記絶縁膜１２上に下層酸化シリコン膜２２を成膜する。続いて例えば通常の回転塗布技術によって、上記下層酸化シリコン膜２２を覆う状態にかつ下層配線１３間の段差を埋め込む状態に、ＳＯＧ（Spin on glass ）膜２３を成膜する。その後通常のエッチバック処理によって、上記プラグ１５の上層部が突出する状態にＳＯＧ膜２３の２点鎖線で示す部分と下層酸化シリコン膜２２の１点鎖線で示す部分とを除去する。
【００２０】さらに図２の（４）に示すように、例えばテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を用いたプラズマ化学的気相成長法によって、少なくとも上記プラグ１５と上記ＳＯＧ膜２３とを覆う状態に、上層酸化シリコン膜２４を成膜する。このようにして、下層酸化シリコン膜２２とＳＯＧ膜２３と上層酸化シリコン膜２４とで層間絶縁膜１４を形成する。次いで通常の塗布技術によって、上記層間絶縁膜１４の上面に、エッチバック用の膜として、例えばレジスト膜２５を成膜する。
【００２１】その後、通常のエッチバック処理によって、上記レジスト膜２５の２点鎖線で示す部分と上記層間絶縁膜１４の１点鎖線で示す部分とを除去し、上記プラグ１５の上層部を突出させる。このとき、突出したプラグ１５の上層部以外の部分は、上記層間絶縁膜１４に覆われている。
【００２２】その後図２の（５）に示す第４の工程を行う。この工程では、通常の配線形成技術によって、層間絶縁膜１４の上面に、例えばアルミニウム系金属よりなる配線形成膜２６を形成する。その後通常のホトリソグラフィー技術とエッチングとによって、２点鎖線で示す部分の配線形成膜２６を除去する。このようにして、残した配線形成膜２６で、上記プラグ１５に接続する上層配線１６を形成する。上記の如くに、多層配線構造１０が形成される。
【００２３】上記第１の製造方法では、プラグ１５を形成してから層間絶縁膜１４を成膜し、その後プラグ１５の上層部が突出する状態に層間絶縁膜１４の上層を除去したので、信頼性の高いプラグ１５が形成される。
【００２４】次に上記多層配線構造１０の第２の製造方法を、図３の製造工程図により説明する。図に示す構成部品のうち、前記図１で説明したと同様の構成部品には同一符号を付す。図３の（１）の概略断面図および（２）のレイアウト図に示すように、第１の工程では、通常の化学的気相成長法によって基板１１上の絶縁膜１２の上面に、例えばアルミニウム系金属よりなる下層配線形成膜３１を成膜する。続いて通常の化学的気相成長法によって、当該下層配線形成膜３１の上面にプラグ形成膜３２を成膜する。その後、通常のホトリソグラフィー技術とエッチングとによって、２点鎖線で示す上記プラグ形成膜３２を除去し、所定の位置に上記残したプラグ形成膜３２で島状パターンよりなるプラグ１５を形成する。
【００２５】次いで図３の（３）の概略断面図および（４）のレイアウト図に示す第２の工程を行う。この工程では、例えば通常のホトリソグラフィー技術とエッチングとによって、上記プラグ１５を載せた状態にして上記下層配線形成膜３１の２点鎖線で示す部分を除去し、残した当該下層配線形成膜３１で下層配線１３を形成する。
【００２６】その後前記図２で説明した第１の製造方法と同様の第３の工程と第４の工程とを行って、図３の（５）の概略断面図に示すように、プラグ１５の上層部が突出した状態に層間絶縁膜１４を成膜し、さらに上記プラグ１５に接続する状態に、上記層間絶縁膜１４上に上層配線１６を形成した多層配線構造１０を得る。
【００２７】上記第２の製造方法でも前記第１の製造方法と同様に、プラグ１５を形成してから層間絶縁膜１４を成膜し、その後プラグ１５の上層部が突出する状態に層間絶縁膜１４の上層を除去したので、上層配線１６との接続信頼性が高いプラグ１５が形成される。
【００２８】次に上記多層配線構造１０の第３の製造方法を、図４の製造工程図により説明する。図に示す構成部品のうち、前記図１で説明したと同様の構成部品には同一符号を付す。図４の（１）の概略断面図および（２）のレイアウト図に示すように、第１の工程では、通常の化学的気相成長法によって基板１１に設けた絶縁膜１２上に、例えばアルミニウム系金属よりなる下層配線形成膜４１を成膜する。続いて通常の化学的気相成長法によって、当該下層配線形成膜４１の上面にプラグ形成膜４２を成膜する。その後、通常のホトリソグラフィー技術とエッチングとによって、２点鎖線で示す上記プラグ形成膜４２を除去し、さらに１点鎖線で示す部分の下層配線形成膜４１を除去する。そして上面にプラグ形成膜４２を載せた状態にして下層配線形成膜４１よりなる下層配線１３が形成される。
【００２９】次いで図４の（３）の概略断面図および（４）のレイアウト図に示す第２の工程を行う。この工程では、例えば通常のホトリソグラフィー技術によって、例えばレジストよりなるエッチングマスク４３を形成する。次いでエッチングを行って、上記プラグ形成膜４２の２点鎖線の斜線で示す部分（レイアウト図参照）を除去し、残した当該プラグ形成膜４２でプラグ１５を形成する。その後例えばアッシャー処理によって、エッチングマスク４３を除去する。
【００３０】次に前記図２で説明した第１の製造方法と同様の第３の工程と第４の工程とを行って、図４の（５）の概略断面図に示すように、プラグ１５の上層部が突出した状態に層間絶縁膜１４を成膜し、さらに上記プラグ１５に接続する状態に、上記層間絶縁膜１４上に上層配線１６を形成した多層配線構造１０を得る。
【００３１】上記第３の製造方法でも前記第１の製造方法と同様に、プラグ１５を形成してから層間絶縁膜１４を成膜し、その後プラグ１５の上層部が突出する状態に層間絶縁膜１４の上層を除去したので、信頼性の高いプラグ１５が形成される。しかも下層配線１３の幅方向に対してプラグ１５の幅方向が自己整合的に形成されるので、プラグ１５は最大限に大きく形成される。
【００３２】
【発明の効果】以上、説明したように本発明の多層配線構造では、層間絶縁膜の表面にプラグの上層部を突出させた状態で、当該プラグを形成したので、上層配線とプラグとの接触面積が大きくなる。このため、プラグと上層配線との接触抵抗が低減されるとともに、接続が確実になるので、多層配線構造の信頼性の向上が図れる。また上記製造方法では、プラグを形成してから層間絶縁膜を成膜し、その後プラグの上層部が突出する状態に層間絶縁膜の上層を除去したので、信頼性の高いプラグが形成される。よって、多層配線構造の信頼性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の概略構成断面図である。
【図２】実施例の製造工程図である。
【図３】実施例の別の製造工程図である。
【図４】実施例の別の製造工程図である。
【図５】従来例の概略構成断面図である。
【図６】別の従来例の概略構成断面図である。
【図７】課題の説明図である。
【符号の説明】
１０多層配線構造
１１基板
１３下層配線
１４層間絶縁膜
１５プラグ
１６上層配線
２１プラグ形成膜
３１下層配線形成膜
３２プラグ形成膜
４１下層配線形成膜
４２プラグ形成膜

【特許請求の範囲】
【請求項１】基板上に形成した下層配線と、前記下層配線上に形成したプラグと、前記下層配線を覆う状態にして、前記プラグの上部が突出する状態に形成した層間絶縁膜と、前記プラグに接続する状態にして前記層間絶縁膜の上面に形成した上層配線とよりなることを特徴とする多層配線構造。
【請求項２】請求項１記載の多層配線構造の製造方法であって、基板上に下層配線を形成する第１の工程と、前記下層配線を覆う状態にプラグ形成膜を成膜した後、当該プラグ形成膜で前記下層配線上にプラグを形成する第２の工程と、前記プラグと前記下層配線とを覆う状態に層間絶縁膜を成膜した後、当該プラグの上層部が突出する状態に当該層間絶縁膜の上層を除去する第３の工程と、前記層間絶縁膜の上面に前記プラグに接続する状態に上層配線を形成する第４の工程とを行うことを特徴とする多層配線構造の製造方法。
【請求項３】請求項１記載の多層配線構造の製造方法であって、基板上に下層配線形成膜を成膜し、続いて当該下層配線形成膜の上面にプラグ形成膜を成膜した後、所定の位置に当該プラグ形成膜でプラグを形成する第１の工程と、前記プラグを載せた状態にして前記下層配線形成膜で下層配線を形成する第２の工程と、前記プラグと前記下層配線とを覆う状態に層間絶縁膜を成膜した後、当該プラグの上層部が突出する状態に当該層間絶縁膜の上層を除去する第３の工程と、前記層間絶縁膜の上面に前記プラグに接続する状態に上層配線を形成する第４の工程とを行うことを特徴とする多層配線構造の製造方法。
【請求項４】請求項１記載の多層配線構造の製造方法であって、基板上に下層配線形成膜を成膜し、続いて当該下層配線形成膜の上面にプラグ形成膜を成膜した後、当該プラグ形成膜の一部分と当該下層配線形成膜の一部分とを除去して、プラグ形成膜を載せた状態にして下層配線形成膜よりなる下層配線を形成する第１の工程と、前記下層配線上のプラグ形成膜で、当該下層配線上の所定の位置にプラグを形成する第２の工程と、前記プラグと前記下層配線とを覆う状態に層間絶縁膜を成膜した後、当該プラグの上層部が突出する状態に当該層間絶縁膜の上層を除去する第３の工程と、前記層間絶縁膜の上面に前記プラグに接続する状態に上層配線を形成する第４の工程とを行うことを特徴とする多層配線構造の製造方法。

【図１】