多層配線構造およびその製造方法

【目的】本発明は、多層配線構造において、下層の第１の配線と上層の第３の配線とを接続する際に、中層の第２の配線に接触することなく最小の設計寸法になるコンタクトホールを形成して、配線の高密度実装化を図る。
【構成】基板11上の第１の配線12を覆う第１の層間絶縁膜13を成膜し、絶縁膜16，17を上面に形成した第２の配線14，15を第１の層間絶縁膜13上に形成する。各第２の配線14，15と各絶縁膜16，17とを覆う第２の層間絶縁膜18を成膜し、第１の配線12上で第２の配線14，15間の第１，第２の層間絶縁膜13,18 にコンタクトホール19を設け、その側壁に絶縁性のサイドウォール20を形成し、コンタクトホール19を介して第１の配線12に接続する第３の配線21を第２の層間絶縁膜18上に形成したものである。あるいは、コンタクトホール19内に導電性のプラグ（図示せず）を設け、プラグに接続する第３の配線21を形成したものである。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、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】１層目の配線と３層目の配線とを接続するには、２層目の配線に接触しない状態にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールを介して３層目の配線を１層目の配線に接続していた。すなわち図７の概略構成断面図および図８の配線のレイアウト図に示すように、基板７１上には第１の配線７２が形成されている。この第１の配線７２を覆う状態に第１の層間絶縁膜７３が成膜されている。さらに上記第１の層間絶縁膜７３の上面には第２の配線７４，７５が、第１の配線７２を横切る状態に形成されている。また各第２の配線７４，７５を覆う状態に、第２の層間絶縁膜７６が成膜されている。上記１層目の配線７２上の第２の層間絶縁膜７６と上記第１の層間絶縁膜７３とには、第２の配線７４，７５に接触することなく、コンタクトホール７７が設けられている。さらにコンタクトホール７７を介して第１の配線７２に接続する第３の配線７８が第２の層間絶縁膜７６の上面に形成されている。上記コンタクトホール７７は、第２の配線７４，７５に接触することがないように、マスクあわせ余裕７９を考慮して設計されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記配線構造では、コンタクトホールを設計する際に、コンタクトホールのマスク合わせ余裕を考慮しなければならない。このため、第２の配線の間隔は、コンタクトホールの幅とマスク合わせ余裕とを合わせた幅以上に広くする必要がある。この結果、第２の配線の配線密度を小さくするには限界が生じ、第２の配線の高密度実装を阻んでいる。
【０００４】本発明は、配線の高密度実装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。
【０００５】
【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多層配線構造である。すなわち、基板上には第１の配線が形成されていて、この第１の配線を覆う状態に第１の層間絶縁膜が成膜されている。また第１の層間絶縁膜上には、上面に絶縁膜を形成した複数の第２の配線が形成されていて、各第２の配線と各絶縁膜とを覆う状態に第２の層間絶縁膜が成膜されている。さらに第１の配線の所定位置における第２の配線間の第２の層間絶縁膜と第１の層間絶縁膜とにはコンタクトホールが設けられていて、コンタクトホールの側壁には絶縁性のサイドウォールが形成されている。そしてコンタクトホールを介して第１の配線に接続する第３の配線が第２の層間絶縁膜上に形成されているものである。あるいは、コンタクトホールの内部に導電性のプラグを設けて、このプラグに接続する状態に第３の配線を形成したものである。
【０００６】上記多層配線構造の製造方法であって、第１の工程で、基板上に第１の配線を形成した後、第１の配線を覆う状態に第１の層間絶縁膜を成膜する。次いで第２の工程で、第１の層間絶縁膜上に絶縁膜を載せた複数の第２の配線を形成した後、各第２の配線と前記絶縁膜とを覆う状態に第２の層間絶縁膜を成膜する。続いて第３の工程で、第１の配線の所定位置における第２の配線間の第２の層間絶縁膜と第１の層間絶縁膜とにコンタクトホールを設けた後、第４の工程で、コンタクトホールの側壁にサイドウォールを形成する。その後第５の工程で、コンタクトホールを介して第１の配線に接続する状態に第３の配線を第２の層間絶縁膜上に形成する。あるいは第４の工程が終了した後、第５の工程で、コンタクトホールの内部に導電性のプラグを形成し、その後第６の工程で、プラグに接続する状態に、第２の層間絶縁膜上に第３の配線を形成する。
【０００７】
【作用】上記構成の多層配線構造では、第２の配線の間隔を利用して、第２の配線の側壁に絶縁性のサイドウォールを形成することにより、コンタクトホールが自己整合的に形成される。このため、コンタクトホールの設計寸法が小さくなる。またコンタクトホールの内部にプラグを形成したことにより、第１の配線と第３の配線との接続性が高まる。
【０００８】上記多層配線構造の製造方法では、第２の配線間を利用して、自己整合的に第２の配線間方向のコンタクトホールの幅が決定される。またコンタクトホールの側壁に絶縁性のサイドウォールを形成することにより、コンタクトホールと第２の配線間の絶縁膜が必要最小限の厚さに形成される。このため、コンタクトホールを形成するのに必要な設計寸法が最小になる。またコンタクトホールにプラグを形成することにより、第３の配線を形成するのに、カバレジ性を考慮する必要がなくなる。
【０００９】
【実施例】本発明の第１の実施例を、図１の概略構成断面図および図２の配線のレイアウト図により説明する。図に示すように、基板１１上には第１の配線１２が形成されている。この第１の配線１２を覆う状態に第１の層間絶縁膜１３が成膜されている。また第１の層間絶縁膜１３上には、複数の第２の配線１４，１５が形成されている。各第２の配線１４，１５の上面のそれぞれには絶縁膜１６，１７が形成されている。各第２の配線１４，１５と各絶縁膜１６，１７とを覆う状態に第２の層間絶縁膜１８が成膜されている。さらに第１の配線１２の所定位置における第２の配線１４，１５間の第２の層間絶縁膜１８と第１の層間絶縁膜１３とにはコンタクトホール１９が設けられている。このコンタクトホール１９の側壁には絶縁性のサイドウォール２０が形成されている。そしてコンタクトホール１９を介して第１の配線１２に接続する第３の配線２１が第２の層間絶縁膜１８上に形成されている。上記の如くに、多層配線構造１は構成されている。
【００１０】上記構成の多層配線構造１では、第２の配線１４，１５の間隔をコンタクトホール１９の幅に設定したことにより、第２の配線１４，１５の間隔で設定されるコンタクトホール１９の幅の設計寸法が小さくなる。またコンタクトホール１９の側壁に絶縁性のサイドウォール２０を形成したことにより、コンタクトホール１９と第２の配線１４，１５との間の第２の層間絶縁膜１８の厚さは必要最小限の厚さで十分である。
【００１１】次に上記第１の実施例の多層配線構造１の製造方法を、図３，図４の製造工程図（その１），（その２）により説明する。図３，図４では、図面左側に概略断面図を示し、図面右側に配線のレイアウト図を示す。図３の（１）に示す第１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基板１１上に第１の配線１２を形成した後、例えば化学的気相成長法によって、第１の配線１２を覆う状態に第１の層間絶縁膜１３を成膜する。
【００１２】次いで図３の（２）に示す第２の工程を行う。この工程では、例えば化学的気相成長法によって、第１の層間絶縁膜１３の上面に第２の配線を形成する膜３１を成膜する。続いて例えば化学的気相成長法によって、第２の配線を形成する膜３１の上面に例えば酸化シリコン膜３２を成膜する。さらに例えばスパッタ法によって、エッチングマスク形成膜３３を成膜する。このエッチングマスク形成膜３３は、例えばタングステン（Ｗ）膜よりなる。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、上記エッチングマスク形成膜３３の破線で示す部分と上記酸化シリコン膜３２の１点鎖線で示す部分とを除去して、残したエッチングマスク形成膜３３でエッチングマスク３４，３５を形成し、残した酸化シリコン膜３２で絶縁膜１６，１７を形成する。さらに上記第２の配線を形成する膜３１の２点鎖線で示す部分を除去して、残した第２の配線を形成する膜３１で第２の配線１４，１５を形成する。
【００１３】その後図３の（３）に示すように、例えば化学的気相成長法によって、各第２の配線１４，１５と絶縁膜１６，１７とエッチングマスク３４，３５とを覆う状態に第２の層間絶縁膜１８を成膜する。
【００１４】次いで図４の（４）に示す第３の工程を行う。この工程では、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、第１の配線１２の所定位置における第２の配線１４，１５間の第２の層間絶縁膜１８と第１の層間絶縁膜１３とにコンタクトホール１９を設ける。さらに、例えば異方性エッチングによって、エッチングマスク３４，３５の２点鎖線で示す部分も除去する。このとき、第１の配線１２の表層もわずかにエッチングされる場合もある。
【００１５】続いて図４の（５）に示す第４の工程を行う。この工程では、通常の化学的気相成長法によって、少なくとも上記コンタクトホール１９の側壁にサイドウォール形成膜３６を成膜した後、通常の異方性エッチングによって、コンタクトホール１９の側壁に形成されたサイドウォール形成膜３６以外の２点鎖線で示すサイドウォール形成膜３６を除去して、サイドウォール２０を形成する。
【００１６】その後図４の（６）に示す第５の工程を行う。この工程では、例えば化学的気相成長法によって、上記コンタクトホール１９の内部と上記第２の層間絶縁膜１８の上面とに第３の配線を形成する膜（３７）を成膜する。そして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、上記第３の配線を形成する膜（３７）の不要な部分（図示せず）を除去して、当該第３の配線を形成する膜（３７）で上記第１の配線１２に接続する第３の配線２１を形成する。
【００１７】上記多層配線構造１の製造方法では、第２の配線１４，１５間を利用しているので、自己整合的に第２の配線１４，１５間方向のコンタクトホール１９の幅が決定される。またコンタクトホール１９の側壁に絶縁性のサイドウォール２０を形成することにより、コンタクトホール１９と第２の配線１４，１５間の絶縁膜が当該サイドウォール２０によって必要最小限の厚さに形成される。このため、コンタクトホール１９を形成するのに必要な設計寸法が最小になる。さらに第２の配線１４，１５の上面に絶縁膜１６，１７を設け、この絶縁膜１６，１７の上面にエッチングマスク３４，３５を形成したので、コンタクトホール１９が第２の配線１４，１５にオーバラップする状態に形成されても、絶縁膜１６，１７がエッチングされて第２の配線１４，１５が露出するこがない。
【００１８】次に第２の実施例を、図５の概略構成断面図により説明する。図に示す多層配線構造２は、前記図１で説明した多層配線構造１のコンタクトホール１９の内部に、第１の配線１２に接続する導電性のプラグ４１を設けるとともに、上記プラグ４１に接続する状態にして第２の層間絶縁膜１８の上面に第３の配線２１を形成したものである。なお図４においては、上記図１で説明したと同様の構成部品には同一符号を付す。またプラグ４１以外の構成部品は、上記図１で説明したと同様なのでここでの説明は省略した。
【００１９】上記構成の多層配線構造２では、コンタクトホール１９の内部にプラグ４１を設けたことにより、第３の配線２１のカバレジ性が向上する。このため、第３の配線２１は、コンタクトホール１９の開口部で段切れ状態にならない。またプラグ４１によって、第１の配線１２と第３の配線２１との接続性が高まる。
【００２０】次に上記第２の実施例の多層配線構造２の製造方法を、図６の製造工程図により説明する。第１の工程より第４の工程までは、上記図３の（１）〜（３），図４の（４），（５）で説明したと同様なのでここでの説明は省略する。また上記図３，図４で説明したと同様の構成部品には同一の符号を付す。
【００２１】その後図６の（１）に示す第５の工程を行う。この工程では、例えば化学的気相成長法によって、コンタクトホール１９の内部と第２の層間絶縁膜１８の上面とに、第１の配線１２に接続するプラグ形成膜４２を成膜する。このプラグ形成膜４２は、例えばブランケットタングステン膜よりなる。次いで通常のエッチバック処理によって、上記プラグ形成膜４２の２点鎖線で示す部分を除去して、コンタクトホール１９の内部に残したプラグ形成膜４２でプラグ４１を形成する。
【００２２】次いで図６の（２）に示す第６の工程を行う。この工程では、例えば化学的気相成長法によって、上記プラグ４１の上面と上記第２の層間絶縁膜１８の上面とに第３の配線を形成する膜（３７）を成膜する。そして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、上記第３の配線を形成する膜（３７）の不要な部分（図示せず）を除去して、残した第３の配線を形成する膜（３７）で上記第プラグ４１に接続する第３の配線２１を形成する。
【００２３】上記多層配線構造２の製造方法では、コンタクトホール１９にプラグ４１を形成することにより、第２の層間絶縁膜１８の上面に第３の配線２１を形成するのに、カバレジ性を考慮する必要がなくなる。
【００２４】
【発明の効果】以上、説明したように本発明の多層配線構造によれば、第２の配線の間隔によって、第２の配線間方向のコンタクトホールの幅が自己整合的に決定される。このため、コンタクトホールの設計寸法が小さくなるので、配線形成面積の縮小化を図ることができる。したがって、配線の高密度実装が可能になる。またコンタクトホールの内部にプラグを形成したことにより、第１の配線と第３の配線との接続性の向上が図れる。
【００２５】本発明の製造方法では、第２の配線間を利用して自己整合的に第２の配線間にコンタクトホールを形成し、さらにコンタクトホールの側壁に絶縁性のサイドウォールを形成するので、コンタクトホールと第２の配線との間の絶縁膜を必要最小限の厚さに形成することが可能になる。このため、コンタクトホールを形成するのに必要な設計寸法を最小にすることができる。またコンタクトホールにプラグを形成することにより、第３の配線を形成する際にカバレジ性を考慮する必要がなくなるので、第３の配線の形成が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例の概略構成断面図である。
【図２】第１の実施例の配線のレイアウト図である。
【図３】第１の実施例の製造工程図（その１）である。
【図４】第１の実施例の製造工程図（その２）である。
【図５】第２の実施例の概略構成断面図である。
【図６】第２の実施例の製造工程図である。
【図７】従来例の概略構成断面図である。
【図８】従来例の配線のレイアウト図である。
【符号の説明】
１多層配線構造
２多層配線構造
１１基板
１２第１の配線
１３第１の層間絶縁膜
１４第２の配線
１５第２の配線
１６絶縁膜
１７絶縁膜
１８第２の層間絶縁膜
１９コンタクトホール
２０サイドウォール
２１第３の配線
４１プラグ

【特許請求の範囲】
【請求項１】基板上に形成した第１の配線と、前記第１の配線を覆う状態に成膜した第１の層間絶縁膜と、前記第１の層間絶縁膜上に形成した複数の第２の配線と、前記各第２の配線上に形成した絶縁膜と、前記各第２の配線と前記絶縁膜とを覆う状態に成膜した第２の層間絶縁膜と、前記第１の配線の所定位置における前記第２の配線間の前記第２の層間絶縁膜と前記第１の層間絶縁膜とに設けたコンタクトホールと、前記コンタクトホールの側壁に形成した絶縁性のサイドウォールと、前記コンタクトホールを介して前記第１の配線に接続するもので、前記第２の層間絶縁膜上に形成した第３の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、基板上に第１の配線を形成した後、前記第１の配線を覆う状態に第１の層間絶縁膜を成膜する第１の工程と、前記第１の層間絶縁膜上に絶縁膜を載せた複数の第２の配線を形成した後、前記各第２の配線と前記絶縁膜とを覆う状態に第２の層間絶縁膜を成膜する第２の工程と、前記第１の配線の所定位置における前記第２の配線間の前記第２の層間絶縁膜と前記第１の層間絶縁膜とにコンタクトホールを設ける第３の工程と、前記コンタクトホールの側壁に絶縁性のサイドウォールを形成する第４の工程と、前記コンタクトホールを介して前記第１の配線に接続する状態に前記第２の層間絶縁膜上に第３の配線を形成する第５の工程とよりなる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において、前記コンタクトホールの内部に導電性のプラグを設けるとともに前記第３の配線を前記プラグに接続する状態で形成したことを特徴とする多層配線構造。
【請求項４】請求項３記載の多層配線構造の製造方法であって、基板上に第１の配線を形成した後、前記第１の配線を覆う状態に第１の層間絶縁膜を成膜する第１の工程と、前記第１の層間絶縁膜上に絶縁膜を載せた複数の第２の配線を形成した後、前記各第２の配線と前記絶縁膜とを覆う状態に第２の層間絶縁膜を成膜する第２の工程と、前記第１の配線の所定位置における前記第２の配線間の前記第２の層間絶縁膜と前記第１の層間絶縁膜とにコンタクトホールを設ける第３の工程と、前記コンタクトホールの側壁に絶縁性のサイドウォールする第４の工程と、前記コンタクトホールの内部に導電性のプラグを形成する第５の工程と、前記プラグに接続する状態に前記第２の層間絶縁膜上に第３の配線を形成する第６の工程とよりなることを特徴とする多層配線構造の製造方法。

【図１】