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JPS6134257B2 - - Google Patents
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JPS6134257B2 - - Google Patents

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JPS6134257B2
JPS6134257B2 JP18730580A JP18730580A JPS6134257B2 JP S6134257 B2 JPS6134257 B2 JP S6134257B2 JP 18730580 A JP18730580 A JP 18730580A JP 18730580 A JP18730580 A JP 18730580A JP S6134257 B2 JPS6134257 B2 JP S6134257B2
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JP
Japan
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layer
wiring layer
wiring
insulating layer
interlayer insulating
Prior art date
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Application number
JP18730580A
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Japanese (ja)
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JPS57112053A (en
Inventor
Hiroyuki Ikubo
Yorihiro Uchama
Masataka Shingu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に多
層配線構造を有する半導体装置の製造方法に一つ
の提案を行なうものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and in particular, proposes a method for manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure.

半導体集積回路(IC)等の半導体装置にあつ
ては、集積度を向上するために、半導体基板上に
形成される配線は2層以上の多層配線構造とされ
る。
In semiconductor devices such as semiconductor integrated circuits (ICs), wiring formed on a semiconductor substrate has a multilayer wiring structure of two or more layers in order to improve the degree of integration.

かかる多層配線構造を実現するための製造方法
として、従来一般には第1図乃至第4図に示され
る工程がとられている。
As a manufacturing method for realizing such a multilayer wiring structure, the steps shown in FIGS. 1 to 4 have conventionally been generally adopted.

すなわちまず第1図に示されるように、半導体
基板11の表面に形成された絶縁皮膜12上に厚
さ1〔μm〕程のアルミニウム層が選択的に被着
され、所定のパターンを有する第1層(下層)配
線層13が形成される。アルミニウム層は蒸着等
によつて絶縁被膜12上全面に被着され、フオ
ト・リソグラフイ技術が適用されて所定の配線パ
ターンに形成される。
That is, first, as shown in FIG. 1, an aluminum layer with a thickness of about 1 [μm] is selectively deposited on an insulating film 12 formed on the surface of a semiconductor substrate 11, and a first layer having a predetermined pattern is formed. A layer (lower layer) wiring layer 13 is formed. The aluminum layer is deposited on the entire surface of the insulating film 12 by vapor deposition or the like, and is formed into a predetermined wiring pattern by applying photolithography technology.

第2図に示されるように、次いで前記第1層配
線層13上、絶縁皮膜12上を覆つて厚さ1〔μ
m〕程の層間絶縁層14が形成される。前記層間
絶縁層14は例えば燐シリケートガラス(PSG)
から構成され、フオスフイン(PH3)、モノシラ
ン(SiH4)及び酸素(O2)との気相反応によつて
形成される。かかる気相反応法によれば、前記第
1層配線層13の肩部においては燐シリケートガ
ラス層14の異常成長が生じ肉厚部14′と肉薄
部14″を生じる。
As shown in FIG. 2, the first wiring layer 13 and the insulation film 12 are then covered to a thickness of 1 μm.
m] of interlayer insulating layer 14 is formed. The interlayer insulating layer 14 is made of phosphorus silicate glass (PSG), for example.
It is formed by a gas phase reaction with phosphine (PH 3 ), monosilane (SiH 4 ) and oxygen (O 2 ). According to such a gas phase reaction method, abnormal growth of the phosphorus silicate glass layer 14 occurs at the shoulder portion of the first wiring layer 13, resulting in a thick portion 14' and a thin portion 14''.

次いで第3図に示されるように、第1層配線層
13の所定部分上の層間絶縁層14が除去され層
間接続孔(スルーホール)15が形成される。か
かる層間接続層14の選択的除去には通常のフオ
ト・リソグラフイ技術が適用される。かかる層間
絶縁層14の選択的除去によつて形成される層間
接続孔15の開口縁部も急峻な傾斜を有する。
Next, as shown in FIG. 3, the interlayer insulating layer 14 on a predetermined portion of the first wiring layer 13 is removed to form an interlayer connection hole (through hole) 15. A normal photolithography technique is applied to selectively remove the interlayer connection layer 14. The opening edge of the interlayer contact hole 15 formed by such selective removal of the interlayer insulating layer 14 also has a steep slope.

次いで第4図に示されるように、層間接続孔1
5によつて表出した第1層配線及び層間絶縁層1
4を覆つて厚さ1〔μm〕程のアルミニウム層が
選択的に被着され所定のパターンを有する第2層
(上層)配線層16が形成される。かかるアルミ
ニウム層も蒸着等によつて被着された後、フオ
ト・リソグラフイ技術が適用されて所定のパター
ンに形成される。
Next, as shown in FIG. 4, the interlayer connection hole 1
First layer wiring and interlayer insulating layer 1 exposed by 5
A second (upper) wiring layer 16 having a predetermined pattern is formed by selectively depositing an aluminum layer having a thickness of about 1 [μm] over the wiring layer 4. The aluminum layer is also deposited by vapor deposition or the like, and then photolithography is applied to form it into a predetermined pattern.

このような従来一般の方法によつて形成された
多層配線構造にあつては、前記第1層配線層13
の肩部において生じる層間絶縁層14の肉厚部、
肉薄部及び急峻部のために第2層配線層16にも
かかる肉厚部、肉薄部に対応する肉厚部、肉薄部
を生じ、かかる第2層配線層16の断線を生じ易
く、また交差配線部では第1層配線層13と第2
層配線層16との短絡を生じ易く、当該半導体装
置の製造歩留り、信頼性を低下させる一因となつ
ていた。
In a multilayer wiring structure formed by such a conventional general method, the first wiring layer 13
The thick part of the interlayer insulating layer 14 that occurs at the shoulder part of
Due to the thin and steep parts, the second wiring layer 16 also has thick parts and thin parts corresponding to the thin parts, and the second wiring layer 16 is likely to break or cross. In the wiring part, the first wiring layer 13 and the second
Short circuits with the wiring layer 16 are likely to occur, which is a factor in lowering the manufacturing yield and reliability of the semiconductor device.

このような欠点を除去するために、例えば、第
1層配線層を形成後、当該第1層配線層の両側面
に液状絶縁物を塗布、加熱硬化して当該第1層配
線層の側面をなだらかなものとしてから層間絶縁
層を被着することが提案されているが、このよう
な方法によれば製造工程の増加を招いてしまう。
In order to eliminate such defects, for example, after forming the first wiring layer, a liquid insulator is applied to both sides of the first wiring layer and cured by heating to coat the side surfaces of the first wiring layer. It has been proposed to smooth the surface and then apply an interlayer insulating layer, but such a method increases the number of manufacturing steps.

本発明は多層配線構造を有する半導体装置の製
造において、製造工程の大幅な増加を招くことな
く、下層配線層及び層間絶縁層にゆるやかな傾斜
を形成して、上層配線層の断線及び配線層間の短
絡を生ずることのない製造方法を提供しようとす
るものである。
In manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure, the present invention forms a gentle slope in a lower wiring layer and an interlayer insulating layer without causing a significant increase in the number of manufacturing steps, thereby preventing disconnections in upper wiring layers and gaps between wiring layers. The object is to provide a manufacturing method that does not cause short circuits.

このため本発明によれば、半導体基板上に第1
の配線層をアルミニウムあるいはアルミニウム合
金で形成し、次いで前記第1の配線層を覆つて絶
縁層を形成し、層間接続すべき部分の該絶縁層に
開口を設け、次いで前記第1の配線層上にエネル
ギー線を照射して該絶縁層を溶融することにより
該絶縁層にて覆われた前記第1の配線層側端を溶
融し前記第1の配線層及び前記第1の配線層の表
面の傾斜をなだらかなものとし、しかる後平担化
した前記絶縁層上に第2の配線層を形成し、前記
開口を通して第1の配線層と層間接続する半導体
装置の製造方法が提供される。
Therefore, according to the present invention, the first
A wiring layer is formed of aluminum or an aluminum alloy, an insulating layer is formed to cover the first wiring layer, an opening is formed in the insulating layer at a portion where interlayer connection is to be made, and then an insulating layer is formed on the first wiring layer. By irradiating energy beams to melt the insulating layer, the side edges of the first wiring layer covered with the insulating layer are melted, and the surface of the first wiring layer and the first wiring layer is melted. A method of manufacturing a semiconductor device is provided, in which a second wiring layer is formed on the insulating layer, which has been flattened with a gentle slope, and is interlayer connected to the first wiring layer through the opening.

以下本発明を実施例をもつて詳細に説明する。 The present invention will be explained in detail below using examples.

第5図乃至第11図は本発明による半導体装置
の製造方法を示す工程図である。
5 to 11 are process diagrams showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

本発明によれば、まず第5図に示されるように
シリコン(Si)半導体基板101の表面に形成さ
れた二酸化シリコン(SiO2)等からなる絶縁皮膜
102上に厚さ〔μm〕程のアルミニウム層10
3が被着形成される。
According to the present invention, first, as shown in FIG . layer 10
3 is deposited.

半導体基板101には図示されていないが、ト
ランジスタ等の能動素子及び/あるいは抵抗等の
受動素子を構成する不純物導入領域が形成されて
いる。絶縁皮膜102は半導体基板101の表面
を熱酸化することによつて、あるいは気相成長法
(CVD)法によつて形成することができる。更に
アルミニウム層103は蒸着法等によつて形成さ
れる。
Although not shown in the drawings, the semiconductor substrate 101 has an impurity-introduced region that constitutes an active element such as a transistor and/or a passive element such as a resistor. The insulating film 102 can be formed by thermally oxidizing the surface of the semiconductor substrate 101 or by a vapor deposition (CVD) method. Further, the aluminum layer 103 is formed by a vapor deposition method or the like.

次いで第6図に示されるように、前記アルミニ
ウム層103を選択的に除去して、所望の配線層
104A,104Bが構成される。かかるアルミ
ニウム層103の選択的な除去には通常のフオト
リソグラフイ技術を適用することができる。
Next, as shown in FIG. 6, the aluminum layer 103 is selectively removed to form desired wiring layers 104A and 104B. Ordinary photolithography techniques can be applied to selectively remove the aluminum layer 103.

次いで第7図に示されるように、前記配線層1
04A,104B及び表出している絶縁皮膜10
2を覆つて厚さ1〔μm〕程の層間絶縁層105
が被着形成される。層間絶縁層105は燐シリケ
ートガラス(PSG)から構成され、フオスフイン
(PH3)、モノシラン(SiH4)及び酸素(O2)との気
相反応によつて形成される。かかる気相反応によ
れば、前記配線層104A,104Bの肩部にお
いては、燐シリケートガラス層105の異常成長
が生じ肉厚部と肉薄部を生じる。
Next, as shown in FIG. 7, the wiring layer 1
04A, 104B and exposed insulation film 10
An interlayer insulating layer 105 with a thickness of about 1 [μm] covers 2.
is deposited. The interlayer insulating layer 105 is made of phosphorus silicate glass (PSG), and is formed by a gas phase reaction with phosphine (PH 3 ), monosilane (SiH 4 ), and oxygen (O 2 ). According to such a gas phase reaction, abnormal growth of the phosphorus silicate glass layer 105 occurs in the shoulder portions of the wiring layers 104A and 104B, resulting in thick portions and thin portions.

次いで第8図に示されるように、配線層104
Aの所定部分上に層間絶縁層105が選択的に除
去され層間接続孔(スルーホール)106が形成
される。かかる層間絶縁層105の選択的除去に
は通常のフオト・リソグラフイ技術が適用され
る。かかる層間絶縁層105の選択的に除去によ
つて形成される層間接続孔106の開口縁部も急
峻な傾斜を有する。
Next, as shown in FIG. 8, a wiring layer 104 is formed.
The interlayer insulating layer 105 is selectively removed on a predetermined portion of A, and an interlayer connection hole (through hole) 106 is formed. A normal photolithography technique is applied to selectively remove the interlayer insulating layer 105. The opening edge of the interlayer contact hole 106 formed by selectively removing the interlayer insulating layer 105 also has a steep slope.

本発明によれば、次いで、少くとも前記配線層
104A,104B部分へレーザー照射がなされ
配線層104A,104B及びかかる配線層を覆
う層間絶縁層105が一旦溶融されて、第9図に
示されるように配線層104A,104Bの肩部
に丸みあるいはなだらかな傾斜が生じさせられる
とともに、層間絶縁層105に生じていた肉薄部
が消失させられて、更に層間接続孔106の開口
縁部の傾斜もなだらかなものとされる。
According to the present invention, laser irradiation is then applied to at least the wiring layers 104A and 104B, and the wiring layers 104A and 104B and the interlayer insulating layer 105 covering the wiring layers are once melted, as shown in FIG. At the same time, the shoulders of the wiring layers 104A and 104B are rounded or gently sloped, and the thin part that had appeared in the interlayer insulating layer 105 is eliminated, and the opening edge of the interlayer connection hole 106 is also sloped gently. considered as something.

ここで加熱用レーザーとしては、炭酸ガス
(CO2)ガスレーザー(波長10.6〔μm〕)が用い
られる。当該レーザー光は、パルス幅1.0〔μ
m〕程度、エネルギー密度1〜3J/cm2、スポツト
径5〜20〔mm〕のパルス光として、被処理半導体
基板上に垂直方向あるいは斜め方向から照射され
る。かかるレーザー光の照射の際、レーザー光の
照射位置を固定し被処理半導体基板をX方向及び
Y方向に移動させる。またレーザー光路の途中に
適当な短形状開口を有するマスクを配置すれば、
半導体基板上の半導体素子(チツプ)毎の照射が
可能となる。炭酸ガスレーザーはアルミニウムに
直接照射しても加熱効果は殆んどないが、燐シリ
ケートガラスによつて覆つた場合、該燐シリケー
トガラスの吸収した熱によつてアルミニウムは溶
融する。
Here, a carbon dioxide (CO 2 ) gas laser (wavelength: 10.6 [μm]) is used as the heating laser. The laser beam has a pulse width of 1.0 [μ
The semiconductor substrate to be processed is irradiated vertically or obliquely as pulsed light with an energy density of 1 to 3 J/cm 2 and a spot diameter of 5 to 20 [mm]. During irradiation with such laser light, the irradiation position of the laser light is fixed and the semiconductor substrate to be processed is moved in the X direction and the Y direction. In addition, if a mask with an appropriate rectangular aperture is placed in the middle of the laser beam path,
It becomes possible to irradiate each semiconductor element (chip) on a semiconductor substrate. A carbon dioxide laser has almost no heating effect even when directly irradiated onto aluminum, but when covered with phosphorus silicate glass, the aluminum is melted by the heat absorbed by the phosphorus silicate glass.

本発明によれば、次いで第10図に示されるよ
うに、層間接続孔106によつて表出した配線層
104A及び層間絶縁層105上を覆つて厚さ1
〔μm〕程のアルミニウム層107が被着され
る。この時層間絶縁層105上には急峻な段差、
凹凸が存在しないため、アルミニウム層107は
ほぼ一様な厚さに被着される。
According to the present invention, as shown in FIG.
An aluminum layer 107 of about [μm] is deposited. At this time, there is a steep step on the interlayer insulating layer 105.
Since there are no irregularities, the aluminum layer 107 is deposited to a substantially uniform thickness.

しかる後、フオト・リソグラフイ技術を適用し
て前記アルミニウム層107を選択的に除去して
第11図に示されるように上層配線層108を形
成する。かかる上層配線層108は層間絶縁層1
05に急峻な段差、凹凸あるいは肉薄部が存在し
ないために、肉薄部を有せずまた下層配線と短絡
を生じる恐れもない。
Thereafter, photolithography is applied to selectively remove the aluminum layer 107 to form an upper wiring layer 108 as shown in FIG. The upper wiring layer 108 is the interlayer insulating layer 1
Since there are no steep steps, irregularities, or thin parts in 05, there is no thin part and there is no risk of short circuiting with the underlying wiring.

以上のように本発明によれば、下層配線及び層
間絶縁層を形成した後、少くとも下層配線層部分
にレーザー光を照射して下層配線層及び当該下層
配線層を覆う層間絶縁層を一旦溶融することによ
つて、層間絶縁層の表面の傾斜、凹凸をなめらか
にする。しかる後、上層配線層を形成する。した
がつて、上層配線層の断線あるいは上層配線と下
層配線との短絡を生じることがなく、当該半導体
装置の製造歩留り、信頼性を高めることができ
る。
As described above, according to the present invention, after forming the lower wiring layer and the interlayer insulating layer, at least the lower wiring layer portion is irradiated with a laser beam to temporarily melt the lower wiring layer and the interlayer insulation layer covering the lower wiring layer. By doing so, the slope and unevenness of the surface of the interlayer insulating layer are smoothed. After that, an upper wiring layer is formed. Therefore, disconnection of the upper wiring layer or short circuit between the upper wiring layer and the lower wiring layer does not occur, and the manufacturing yield and reliability of the semiconductor device can be improved.

なお前記実施例においては加熱用エネルギー線
としてレーザー光を用いたが、電子線を用いても
よいことはもちろんである。
In the above embodiments, a laser beam was used as the heating energy beam, but it goes without saying that an electron beam may also be used.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図乃至第4図は従来の半導体装置の製造方
法の製造工程を示す断面図、第5図乃至第11図
は本発明の実施例を示す工程断面図である。 図面において、11,101……半導体基板、
12,102……絶縁皮膜、13,104A,1
04B……第1層(下層)配線層、14,105
……層間絶縁層、16,108……第2層(上
層)配線層、である。
1 to 4 are cross-sectional views showing manufacturing steps of a conventional semiconductor device manufacturing method, and FIGS. 5 to 11 are process cross-sectional views showing an embodiment of the present invention. In the drawings, 11,101...semiconductor substrate,
12,102...Insulating film, 13,104A,1
04B...First layer (lower layer) wiring layer, 14,105
. . . interlayer insulating layer, 16, 108 . . . second layer (upper layer) wiring layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 半導体基板上に第1の配線層をアルミニウム
あるいはアルミニウム合金で形成し、次いで前記
第1の配線層を覆つて絶縁層を形成し、層間接続
すべき部分の該絶縁層に開口を設け、次いで前記
第1の配線層上にエネルギー線を照射して該絶縁
層を溶融することにより該絶縁層にて覆われた前
記第1の配線層側端に溶融し前記第1の配線層及
び前記第1の配線層の表面の傾斜をなだらかなも
のとし、しかる後平担化した前記絶縁層上に第2
の配線層を形成し、前記開口を通して第1の配線
層と層間接続することを特徴とする半導体装置の
製造方法。
1. Form a first wiring layer of aluminum or aluminum alloy on a semiconductor substrate, then form an insulating layer covering the first wiring layer, provide an opening in the insulating layer at a portion where interlayer connection is to be made, and then By irradiating an energy beam onto the first wiring layer and melting the insulating layer, the side end of the first wiring layer covered with the insulating layer is melted and the first wiring layer and the first wiring layer are melted. The surface of the first wiring layer is made to have a gentle slope, and then a second wiring layer is formed on the flattened insulating layer.
1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a wiring layer, and making an interlayer connection to a first wiring layer through the opening.
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