(57)【要約】【課題】  下層配線とコンタクトとを精度良く接続することのできる技術を提供する。【解決手段】  半導体基板１の主面上に形成された下層配線４ａ、４ｂと、それら下層配線４ａと下層配線４ｂとの間、ならびに下層配線４ａ、４ｂ上に形成された層間絶縁膜９と、層間絶縁膜９上に形成された上層配線１０と、下層配線４ａと上層配線１０とを電気的に接続するコンタクト８ａと、下層配線４ｂと上層配線１０とを電気的に接続するコンタクト８ｂとを有する半導体装置は、コンタクト８ａが下層配線４ａの側面で電気的に接続され、コンタクト８ｂが下層配線４ｂの側面で電気的に接続されている。【選択図】  図１
2006278599.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の主面上の同一平面内に形成された第１および第２配線と、
前記第１および第２配線間、ならびに前記第１および第２配線上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された第３配線と、
前記第１配線と前記第３配線とを電気的に接続する第１コンタクトと、
前記第２配線と前記第３配線とを電気的に接続する第２コンタクトとを有する半導体装置であって、
前記第１コンタクトは、前記第１配線の側面で電気的に接続され、
前記第２コンタクトは、前記第２配線の側面で電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置において、
前記第１コンタクトは、さらに前記第１配線の側面から上面にかけて電気的に接続され、
前記第２コンタクトは、さらに前記第２配線の側面から上面にかけて電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置において、
前記第１配線と第２配線とは平行に配置されており、
前記第１および第２コンタクトは、前記第１および第２コンタクト間の間隔が不均等で配置されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１記載の半導体装置において、
前記第１および第２配線は、ポリシリコンからなることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
以下の工程を含む半導体装置の製造方法：
（ａ）半導体基板の主面上の同一平面内の同一方向に第１および第２配線を形成する工程、
（ｂ）前記第１および第２配線間、ならびに前記第１および第２配線上に絶縁膜を形成する工程、
（ｃ）前記第１および第２配線の側面を露出する第１および第２コンタクトホールを前記絶縁膜に形成する工程、
（ｄ）前記第１および第２配線と電気的に接続される前記第１および第２コンタクトホールに金属膜を埋め込む工程、
（ｅ）前記金属膜と電気的に接続される前記絶縁膜上に第３配線を形成する工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造技術に関し、特に、下層配線と上層配線とを電気的に接続するコンタクトに適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の微細化／複雑化が進み、レイアウトの縮小化が非常に重要な課題になってきている。レイアウトの縮小化に伴い、下層配線と電気的に接続されるコンタクトにおいては、その電気的接続を得るための工夫がなされている。
【０００３】
特許文献１には、半導体基板上に絶縁膜を介して設けられる下層配線と、該下層配線上に設けられる層間絶縁膜と、該層間絶縁膜および前記下層配線に設けられるコンタクトホールと、該コンタクトホール内に埋め込まれ、前記下層配線のコンタクトホールにより露出する側壁に接触して設けられる接続用金属と、該接続用金属と電気的に接続して前記層間絶縁膜上に設けられる上層配線とからなる上層配線と下層配線との接続構造に関する記載がある。
【特許文献１】特開平１１−２５１４３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の構造は、下層配線にコンタクトホールを形成し、そのコンタクトホールに接続用金属を埋め込んで、下層配線とコンタクトとを接続することを謳っているため、同一層で形成された第１配線と第２配線とを電気的に接続するような場合にまで適用できないと考えられる。
【０００５】
また、特許文献１に記載の下層配線形成に用いられるのは、Ａｌ（アルミニウム）−Ｓｉ（シリコン）−Ｃｕ（銅）、Ａｌ−ＣｕのＡｌ系もしくはＷ（タングステン）、Ａｌ、Ｃｕとなっているため、下層配線形成にＰＯＬＹ−Ｓｉ（ポリシリコン、多結晶シリコン）を使った場合には適用できないと考えられる。
【０００６】
また、多層配線において下層配線と上層配線との間に、中間配線が下層配線と重なるように存在する場合、下層配線と上層配線とを電気的に接続するコンタクトを下層配線上に形成することができないと考えられる。
【０００７】
ところで、本発明者らは半導体装置の開発を行っている。以下に、本発明者らが見出した課題について図５〜図７により説明する。なお、本願においては、ＴＥＧ（Test Element Group）およびそれを用いた半導体装置を総称して半導体装置とする。
【０００８】
図５は、本発明者らが検討した半導体装置を模式的に示す断面図である。図６は、図５の半導体装置の下層配線１０４およびコンタクト１０８を模式的に示す平面図である。図７は、図５の半導体装置の変形例を模式的に示す断面図である。なお、図６のＸ３−Ｘ’３線の断面が図５に示されている。
【０００９】
図５〜図７中の符号１０１は半導体基板、符号１０２はＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）、符号１０３は絶縁層、符号１０４は下層配線、符号１０５は層間絶縁膜、符号１０６は層間絶縁膜、符号１０７は中間配線、符号１０８はコンタクト、符号１０９は層間絶縁膜、符号１１０は上層配線、符号１１１は半導体装置および符号１１２は酸化膜である。
【００１０】
図５および図６に示すように、半導体装置１１１は、層間絶縁膜１０６を評価するために形成されている。この層間絶縁膜１０６を選択し、電圧を印加するために、下層配線１０４、中間配線１０７が形成されている。例えば層間絶縁膜１０６の耐圧試験をするために電圧を印加する場合、外部からの給電により層間絶縁膜１０６に電圧印加が行われる。この外部と電気的に接続されるパッド（図示せず）が、上層配線１１０と電気的に接続されている。この上層配線１１０と、下層配線１０４とは、コンタクト１０８を介して電気的に接続されている。すなわち、外部電圧が、パッド、上層配線１１０およびコンタクト１０８を介して、下層配線１０４に供給されることとなる。このように下層配線１０４は、電圧を通す配線としての役割も有する。
【００１１】
図５に示す半導体装置１１１の製造工程について説明する。ＳＴＩ１０２が形成された半導体基板１０１上に例えば酸化シリコン膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、絶縁層１０３および層間絶縁膜１０５を形成する。
【００１２】
続いて、半導体基板１０１上に、下層配線１０４となるポリシリコン膜を形成する。次いで、半導体基板１０１上に例えば酸化シリコン膜を形成し、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、層間絶縁膜１０６を形成する。
【００１３】
続いて、半導体基板１０１上にポリシリコン膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、中間配線１０７を形成する。この中間配線１０７の形成時に中間配線１０７の下のポリシリコン膜も合わせてエッチングすることにより下層配線１０４が形成されることになる。
【００１４】
続いて、半導体基板１０１上に酸化膜１１２および層間絶縁膜１０９を形成し、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）技術により平坦化する。
【００１５】
続いて、所望の領域、例えば下層配線１０４の表面までコンタクトホールを形成し、そのコンタクトホールに金属膜を埋め込み、コンタクト１０８を形成する。次いで、半導体基板１０１上に上層配線１１０を形成する。
【００１６】
ここで、層間絶縁膜１０６のエッチング残りが発生してコンタクト１０８が下層配線１０４と接続できなくなる為、エッチ量を多くする必要がある。しかし、エッチ量が多すぎると、図７に示すように、そのポリシリコン膜の下地である下層配線１０４が削れてしまう。すなわち、層間絶縁膜１０６を評価する半導体装置１１１の下層配線給電部で、下層配線１０４の削れが発生してしまう。この状態でコンタクト１０８を形成し測定を行ったとしても、コンタクト不良でＴＥＧ測定ができず、測定異常が多発してしまう。したがって、このような下層配線１０４の削れが発生した場合においても、コンタクト１０８が下層配線１０４と電気的に接続する必要がある。
【００１７】
本発明の目的は、下層配線とコンタクトとを精度良く接続することのできる技術を提供する。
【００１８】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００２０】
本発明による半導体装置は、半導体基板の主面上に形成された第１および第２配線と、
前記第１および第２配線間ならびに前記第１および第２配線上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された第３配線と、前記第１配線と前記第３配線とを電気的に接続する第１コンタクトと、前記第２配線と前記第３配線とを電気的に接続する第２コンタクトとを有する半導体装置であって、前記第１コンタクトは、前記第１配線の側面で電気的に接続され、前記第２コンタクトは、前記第２配線の側面で電気的に接続されている。
【００２１】
また、本発明による半導体装置の製造方法は、（ａ）半導体基板の主面上に第１および第２配線を形成する工程、（ｂ）前記第１および第２配線間ならびに前記第１および第２配線上に絶縁膜を形成する工程、（ｃ）前記第１および第２配線の側面を露出する第１および第２コンタクトホールを前記絶縁膜に形成する工程、（ｄ）前記第１および第２配線と電気的に接続されるように、前記第１および第２コンタクトホールに金属膜を埋め込む工程、（ｅ）前記金属膜と電気的に接続されるように、前記絶縁膜上に第３配線を形成する工程を有する。
【発明の効果】
【００２２】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００２３】
下層配線の側面とコンタクトとを電気的に接続することで、下層配線のコンタクトを電気的に接続する精度を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２５】
（実施の形態１）
図１および図２は、本実施の形態１で示す半導体装置を模式的に示す断面図である。図３は、図１および図２の半導体装置の下層配線４ａ、４ｂおよびコンタクト８ａ、８ｂを模式的に示す平面図である。なお、図３におけるＸ１−Ｘ’１線の断面を図１にて示し、Ｘ２−Ｘ’２線の断面を図２にて示している。
【００２６】
図１〜図３中の符号１は半導体基板、符号２はＳＴＩ、符号３は絶縁層、符号４ａ、４ｂは下層配線、符号５は層間絶縁膜、符号６は層間絶縁膜、符号７は中間配線、符号８ａ、８ｂはコンタクト、符号９は層間絶縁膜、符号１０は上層配線、符号１１は半導体装置および符号１２は酸化膜である。
【００２７】
図１〜図３に示すように、半導体基板１の主面と平行な同一平面内において層間絶縁膜９により絶縁分離された２つの下層配線４ａ、下層配線４ｂが形成されている。この下層配線４ａには、複数のコンタクト８ａが電気的に接続されており、これらコンタクト８ａは、上層配線１０と電気的に接続されている。同様に、この下層配線４ｂには、複数のコンタクト８ｂが電気的に接続されており、これらコンタクト８ｂは、上層配線１０と電気的に接続されている。すなわち、下層配線４ａと、下層配線４ｂとは、コンタクト８および上層配線１０により、電気的に接続されている。また、外部からの電圧が供給されるパッド（図示せず）が上層配線１０と電気的に接続され、形成されている。すなわち、外部電圧が、パッド、上層配線１０およびコンタクト８ａ、８ｂを介して、下層配線４ａ、４ｂに供給されることとなる。このように下層配線４ａ、４ｂは、電圧を通す配線としての役割も有する。
【００２８】
したがって、例えば層間絶縁膜６の耐圧試験をするために、外部からの給電によりパッド、上層配線１０およびコンタクト８ａ、８ｂを介して、下層配線４ａ、４ｂに電圧が印加されることとなる。
【００２９】
図１に示すように、コンタクト８ａは、下層配線４ａの側面および側面から上面にかけて下層配線４ａと電気的に接続されている。コンタクト８ｂは、下層配線４ｂの側面および側面から上面にかけて下層配線４ｂと電気的に接続されている。
【００３０】
一方、図２に示すように、コンタクト８ａは、下層配線４ａの側面のみで下層配線４ａと電気的に接続されている。同様にコンタクト８ｂは、下層配線４ｂの側面のみで下層配線４ｂと電気的に接続されている。
【００３１】
図３に示すように、複数のコンタクト８ａは下層配線４ａの側面に沿って、すなわちｙ方向に沿って配置されている。同様に、複数のコンタクト８ｂは下層配線４ｂの側面に沿って、すなわちｙ方向に沿って配置されている。また、互いに隣接するコンタクト８ａとコンタクト８ｂとのｘ方向の間隔は不均等に配置されている。このような配置にすることで、コンタクト８ａと下層配線４ａとの合わせずれ、あるいは、コンタクト８ｂと下層配線４ｂとの合わせずれが発生した場合であってもコンタクト８ａ、８ｂと下層配線４ａ、４ｂとをそれぞれ確実に電気的に接続することができる。すなわち、下層配線のコンタクトを電気的に接続する精度を向上することができる。
【００３２】
また、コンタクト８ａ、８ｂと接続される下層配線４ａ、４ｂが、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、ポリシリコンなどからなる配線やその他の絶縁膜で上部からの接続が困難な場合であってもコンタクト８ａ、８ｂは、下層配線４ａ、４ｂと電気的に接続され、すなわち、下層配線４ａと、下層配線４ｂとを、コンタクト８および上層配線１０を介して電気的に接続することができる。なお、下層配線４ａに対し、コンタクト８ａが１つ、下層配線４ｂに対し、コンタクト８ｂが１つであっても、下層配線４ａと、下層配線４ｂとを、コンタクト８および上層配線１０を介して電気的に接続することができるが、コンタクト８ａ、８ｂと下層配線４ａ、４ｂとの合わせずれが発生した場合であってもコンタクト８ａ、８ｂと下層配線４ａ、４ｂとをそれぞれ確実に電気的に接続するためには、コンタクト８ａおよびコンタクト８ｂは複数であることが好ましい。
【００３３】
前記発明が解決しようとする課題で本発明者らが検討したコンタクト１０８の下層配線１０４との電気的接続は、コンタクトホールの底部と下層配線１０４を接続することで得られていた。すなわち、下層配線１０４の上部から、下層配線１０４とコンタクト１０８との電気的接続を取っていた。しかし、本実施の形態で示すように、コンタクト８ａ、８ｂと下層配線４ａ、４ｂとの電気的接続を、少なくとも下層配線４ａ、４ｂの側面で得ることで、本発明者らが検討したような下層配線１０４のレイアウトを一定量とらなくても、下層配線４ａ、４ｂの側面での導通が可能なため、半導体装置１１を含むセルのシュリンク化が進められる。さらに、下層配線が一定量の長さがなかったために本発明者らが検討した構造上では使用できなかったコンタクトと下層配線との電気的接続ができることで、レイアウトの多彩化を図ることができる。
【００３４】
また、図３に示したように、コンタクト８ａ、８ｂの合わせを不均等にすることで合わせずれに強くなり、合わせずれによる再生を減少させることにより、サイクルタイムの短縮が図ることができる。
【００３５】
また、本発明者らが検討したような下層配線の上部から、下層配線とコンタクトとの電気的接続とともに、本実施の形態で示したようなコンタクトと下層配線との電気的接続を、少なくとも下層配線の側面で得ることで、なんらかの理由で下層配線が削れなどにより損失しても、コンタクトと下層配線との電気的接続を保つことができる。
【００３６】
次に、半導体装置１１の製造工程について説明する。ＳＴＩ２が形成された半導体基板１上に例えば酸化シリコン膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、絶縁層３および層間絶縁膜５を形成する。
【００３７】
続いて、半導体基板１上に例えばポリシリコン膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、そのポリシリコン膜からなる下層配線４ａ、４ｂを形成する。本実施の形態では、このようにして下層配線４ａ、４ｂを形成するが、後述する中間配線７を形成する際のエッチングにおいて、下層配線４ａ、４ｂを形成しても良い。
【００３８】
続いて、半導体基板１上に例えば酸化シリコン膜を形成し、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、層間絶縁膜６を形成する。次いで、半導体基板１上に例えばポリシリコン膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、そのポリシリコン膜からなる中間配線７を形成する。
【００３９】
続いて、半導体基板１上に酸化膜１２および層間絶縁膜９を形成し、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）技術により平坦化する。次いで、所望の領域、例えば下層配線４ａ、４ｂの表面までコンタクトホールを形成し、そのコンタクトホールに金属膜を埋め込み、コンタクト８ａ、８ｂを形成する。
【００４０】
続いて、半導体基板１上に例えば銅（Ｃｕ）からなる上層配線１０を形成する。その後、同様にして層間絶縁膜９、コンタクト、配線およびパッシベーション膜を形成して、半導体装置１１が完成する。なお、この上層配線１０は、例えばパッド（図示せず）と電気的に接続され、外部電圧が、パッド、上層配線１０およびコンタクト８ａ、８ｂを介して、下層配線４ａ、４ｂに供給されることとなる。
【００４１】
（実施の形態２）
前記実施の形態１では、図１および図２に示したように、コンタクト８ａ、８ｂは下層配線４ａ、４ｂと電気的に接続する一方で、その下地である半導体基板１（ＳＴＩ２）の表面上に形成されていた。本実施の形態では、コンタクト８ａ、８ｂの下地として絶縁層３を適用する場合について説明する。
【００４２】
図４は、本実施の形態２で示す半導体装置を模式的に示す断面図である。半導体装置１１のコンタクト８ａ、８ｂの下地として絶縁層３が形成されている。
【００４３】
本実施の形態で示す半導体装置１１の製造工程は、前記実施の形態と同様の工程であるが、絶縁層３を形成することにより、コンタクト８ａ、８ｂを形成する工程のアッシングによるエッチバック量を多くしすぎても、半導体基板１（ＳＴＩ２）の表面を削り過ぎることを防止することができる。
【００４４】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００４５】
例えば前記実施の形態では半導体装置に適用した場合について説明したが、例えば不揮発性半導体装置、高密度半導体装置にも適用することができる。
【００４６】
また、例えば前記実施の形態では下層配線としてポリシリコンからなる下層配線を適用した場合について説明したが、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗおよびそれらを含む合金などの金属を適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く利用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態１で示す半導体装置を模式的に示す断面図である。
【図２】本実施の形態１で示す半導体装置を模式的に示す断面図である。
【図３】図１および図２の半導体装置の下層配線およびコンタクトを模式的に示す平面図である。
【図４】本実施の形態２で示す半導体装置を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明者らが検討した半導体装置を模式的に示す断面図である。
【図６】図５の半導体装置の下層配線およびコンタクトを模式的に示す平面図である。
【図７】図５の半導体装置の変形例を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  半導体基板
２  ＳＴＩ
３  絶縁層
４ａ、４ｂ  下層配線
５  層間絶縁膜
６  層間絶縁膜
７  中間配線
８  コンタクト
８ａ、８ｂ  コンタクト
９  層間絶縁膜
１０  上層配線
１１  半導体装置
１２  酸化膜
１０１  半導体基板
１０２  ＳＴＩ
１０３  絶縁層
１０４  下層配線
１０５  層間絶縁膜
１０６  層間絶縁膜
１０７  中間配線
１０８  コンタクト
１０９  層間絶縁膜
１１０  上層配線
１１１  半導体装置
１１２  酸化膜
【図１】
2006278599.tif 000003
【図２】
2006278599.tif 000004
【図３】
2006278599.tif 000005
【図４】
2006278599.tif 000006
【図５】
2006278599.tif 000007
【図６】
2006278599.tif 000008
【図７】
2006278599.tif 000009