JP3074713B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP3074713B2 JP02248235A JP24823590A JP3074713B2 JP 3074713 B2 JP3074713 B2 JP 3074713B2 JP 02248235 A JP02248235 A JP 02248235A JP 24823590 A JP24823590 A JP 24823590A JP 3074713 B2 JP3074713 B2 JP 3074713B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置およびそのその製造方法に関し、
特に多層配線を有する半導体装置およびその製造方法に
関する。
〔従来の技術〕
近年、半導体装置の高密度化が進み、多層配線が多く
用いられているが、半導体装置の高速化を進めるには配
線間容量の低減が必須となってきている。配線間容量を
低減した多層配線としては、層間絶縁膜を除去して配線
間を空洞とし、ビアホール部の接続体のみによって上層
配線を支える空中配線が、電子情報通信学会創立70周年
記念総合全国大会予稿集2−260頁,講演番号456(昭和
62年)で提案されている。このような空中配線構造の多
層配線における配線間容量は、配線間が全て層間絶縁膜
により充填されている通常の多層配線に比べ、1/4〜1/3
程度に低減されている 〔発明が解決しようとする課題〕 上述した従来の空中配線構造を有する多層配線は、配
線間容量を低減するという面では理想的構造であるが、
配線間の力学的支持が配線間を電気的に接続する導電性
の接続体のみにより行なわれているため、機械的衝撃に
弱いという欠点がある。また、ジュール熱等による熱膨
張によって起こる配線の熱応力は分散されずに接続体に
集中する。これら熱的,機械的衝撃により、配線の断
線,配線間の短絡等の発生頻度は高くなり、大規模集積
回路等にこの空中配線構造を有する多層配線を適用する
ことは非現実的となる。
本発明の目的は、配線間が全て層間絶縁膜により充填
されている通常の多層配線に比べて充分配線間容量を低
減し、かつ、熱的,機械的衝撃に対して充分耐えうる多
層配線を有する半導体装置およびその製造方法を提供す
ることである。
〔課題を解決するための手段〕
第1の発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上
に無機膜からなる下層の層間絶縁膜を形成する工程と、
この下層の層間絶縁膜上に下層配線層と上層の層間絶縁
膜とフォトレジスト膜とを順次形成する工程と、このフ
ォトレジスト膜をパターニングして第1のマスクを形成
する工程と、この第1のマスクを用いて前記上層の層間
絶縁膜と下層配線層とをパターニングし下層配線を形成
する工程と、前記第1のマスクを除去したのちパターニ
ングされた上層の層間絶縁膜を含む全面に有機絶縁膜を
形成する工程と、この有機絶縁膜をエッチングし前記パ
ターニングされさ上層の層間絶縁膜の表面を露出させる
工程と、この露出した上層の層間絶縁膜にビアホールを
形成する工程と、全面に上層配線層を形成すると共に前
記ビアホール内を上層配線層で埋める工程と、この上層
配線層上にフォトレジスト膜を形成したのちパターニン
グし第2のマスクを形成する工程と、この第2のマスク
を用いて前記上層配線層と上層の層間絶縁膜をパターニ
ングし前記下層配線に交差する上層配線を形成したの
ち、第2のマスクと残された前記有機絶縁膜を除去する
工程とを含んで構成される。
〔実施例〕
次に本発明について図面を参照して説明する。
第1図は本発明の第1の実施例により製造された半導
体装置を説明するための2層配線近傍の斜視図である。
第1図において、半導体基板20上に形成されたシリコ
ン酸化膜等からなる下層無機絶縁膜1上にアルミニウム
等からなる第1層配線2が形成され、第1層配線同志の
間は空洞となっている。そして第1層配線2上には、シ
リコン酸化膜等からなる第1層間無機絶縁膜3を介して
アルミニウム等からなる第2層配線6が形成されてい
る。第1層配線2と第2層配線6の交差部分には接体を
形成するためのビアホール(図示せず)部分を除いて第
1層間無機絶縁膜3が存在し、第2層配線6はビアホー
ルを通して第1層配線2と接続している。また、この交
差部分以外には第1層間無機絶縁膜3はなく、空洞とな
っている。本第1の実施例では、配線は空中配線構造と
異なり、ビアホール部以外でも第2層配線6が第1層間
無機絶縁膜3を介して第1層配線2と交差しているた
め、この交差部分においても第2層配線6は第1層配線
2に力学的に支持されることになる。
上述の交差部分のみは、配線間が全て層間絶縁膜によ
り充填されている通常の多層配線と同一構造となってお
り、他の部分は空中配線構造と同一構造とみなすことが
できる。配線の配置等により幅はあるが、配線間容量全
体における上述の交差部分の占める比率は1/4程度以下
となることから、本第1の実施例により製造された半導
体装置の配線間容量は、配線間がすべて層間絶縁膜によ
り充填されている通常の多層配線の配線間容量の1/3〜1
/4程度となる。
次に、第2図及び第3図を用いて第1の実施例の製造
方法を説明する。第2図は第1図における第2層配線6
を含むA−A′線に沿った断面図であり、第3図は第1
図における第1層配線2を含むB−B′線に沿った断面
図である。
まず、第2図(a)に示すように、半導体基板20上に
シリコン酸化膜等の下層無機絶縁膜1を形成した後、ア
ルミニウム膜等の第1層配線層を約0.5μmの厚さに形
成し、さらにシリコン酸化膜等の第1層間無機絶縁膜3
を約0.5μm形成する。次にフォトレジストを塗布し、
フォトレジストのパターニングを行ない、パターニング
されたフォトレジストをマスクとして第1層間無機絶縁
膜3及び第1層配線層のエッチングを行ない第1層配線
2を形成したのちフォトレジストを除去する。次に第2
図(b)に示すように、ポリイミド等を用いてスピンオ
ン法により第1層間有機絶縁膜4を約1.5μm形成す
る。
次に第2図(c)に示すように、酸素ガスを用いたプ
ラズマエッチング法により第1層間有機絶縁膜4のエッ
チングを行ない、第1層間無機絶縁膜3の横側に存在す
る第1層間有機絶縁膜4を残しつつ第1層間無機絶縁膜
3の表面を露出させる。次に第2図(d)に示すよう
に、通常のフォトリソグラフィー法に用いて第1層間無
機絶縁膜3の所望の位置にビアホール5を開孔する。
次に第2図(e)に示すように、マグネトロンスパッ
タリング法により、アルミニウム膜等の第2層配線層6A
を約0.5μmの厚さに形成する。次に第2図(f)及び
第3図(a)に示すように、フォトレジストを塗布した
のちパターニングし、第2層配線用のマスク7を形成す
る。
次に第3図(b)に示すように、マスク7を用い塩素
系ガス等を用いた異方性プラズマエッチングを行なうこ
とにより、第2層配線層6Aをパターニングし第2層配線
6を形成する。次に第3図(c)に示すように、弗素系
ガス等を用いた異方性プラズマエッチングを行なうこと
により、第1層間無機絶縁膜3のパターニングを行な
う。
次に第2図(g)及び第3図(d)に示すように、マ
スク7を除去する。次に第2図(h)及び第3図(e)
に示すように、酸素ガスを用いた等方性プラズマエッチ
ング法により、第1層間有機絶縁膜4を除去し、空洞8
を形成する。尚、これは、全工程のマスクの除去と同時
に行なってもよい。
このように第1の実施例によれば第1図に示された所
望の配線構造が実現されるが、このような製造方法は、
第1層間無機絶縁膜3のパターニングを、第1層配線2
のパターニングのリソグラフィーおよび第2層配線6の
パターニングのリソグラフィーを利用して行なうことが
できるので、新たなリソグラフィー工程を必要とせず製
造工程数の増加を防ぐことができる。
次に、第4図及び第5図を用いて本発明の第2の実施
例の製造方法を説明する。本第2の実施例は第1の実施
例にさらに第3層配線を形成したものであり、第3層配
線が第1図における第1層配線2を含むB−B′線に沿
って形成されたものである。第4図は第1図における第
2層配線6を含むA−A′線に沿った断面図であり、第
5図は第1図における第1層配線2を含むB−B′線に
沿った断面図である。
まず第4図(a)および第5図(a)に示すように、
第1の実施例における第2図(e)に示した構造、すな
わち第2層配線層6Aを形成した後、シリコン酸化膜等か
らなる第2層間無機絶縁膜9を約0.5μm形成し、次で
第2層配線用のフォトレジストをパターニングしマスク
10を形成する。次に第5図(b)に示すように、マスク
10を用い弗素系ガス等を用いた異方性プラズマエッチン
グ法により、第2層間無機絶縁膜9のパターニングを行
なう。
次に第5図(c)に示すように、塩素系ガス等を用い
た異方性プラズマエッチングを行なうことにより、第2
層配線層6Aをパターニングし第2層配線6を形成する。
次に第5図(d)に示すように、弗素系ガス等を用いた
異方性プラズマエッチングを行なうことにより、第1層
間無機絶縁膜3のパターニングを行なう。
次に第4図(b)及び第5図(e)に示すように、マ
スク10を除去する。次に第4図(c)及び第5図(f)
に示すように、ポリイミド等を用いてスピンオン法によ
り第2層間有機絶縁膜11を約2μmの厚さに形成する。
次に第5図(g)に示すように、酸素ガスを用いたプ
ラズマエッチング法により第2層間有機絶縁膜11のエッ
チングンを行ない、第2層間無機絶縁膜9の横側に存在
する第2層間有機絶縁膜11を残しつつ第2層間無機絶縁
膜9の表面を露出させる。次に第5図(h)に示すよう
に、通常のリソグラフィー法を用いて第2層間無機絶縁
膜9の所望の位置にビアホール12を開孔する。
次に第5図(i)に示すように、マグネトロンスパッ
タリング法によりアルミニウム膜等の第3層配線層13A
を約0.5μmの厚さに形成する。次に第4図(d)及び
第5図(j)に示すように、第3層配線用のフォトレジ
ストを形成したのちパターニングしマスク14を形成す
る。
次に第4図(e)に示すように、このマスク14を用
い、塩素系ガス等を用いた異方性プラズマエッチングを
行なうことにより、第3層配線層13Aのパターニングを
行ない第3層配線13を形成する。次に第4図(f)に示
すように、弗素系ガス等を用いた異方性プラズマエッチ
ングを行なうことにより、第2層間無機絶縁膜9のパタ
ーニングを行なう。
次に第4図(g)及び第5図(k)に示すように、マ
スク14を除去する。次に第4図(h)及び第5図(l)
に示すように、酸素ガス等を用いた等方性プラズマエッ
チングを行なうことにより、第1層間有機絶縁膜4およ
び第2層間有機絶縁膜11を除去し、空洞15および空洞16
を形成する。尚、これは前工程のマスク14の除去と同時
に行なってもよい。
このような製造方法は、第1層間無機絶縁膜3のパタ
ーニングを、第1層配線2のパターニングのリソグラフ
ィーおよび第2層配線6のパターニングのリソグラフィ
ーを利用して行なうことができ、かつ、第2層間無機絶
縁膜9のパターニングを、第2層配線6のパターニング
のリソグラフィーおよび第3層配線13のパターニングの
リソグラフィーを利用して行なうことができるので、新
たなリソグラフィー工程を必要とせず製造工程数の増加
を防ぐことができる。
また、このように第2の実施例により形成された配線
構造は、空洞の誘電率が小さいので、配線間容量が小さ
く、かつ、第1層間無機絶縁膜3により第2層配線が支
えられ、第2層間無機絶縁膜9により第3層配線13が支
えられているので、熱的,機械的衝撃に強い3層配線構
造となっている。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、ビアホール部分を除い
て、上層配線と下層配線の交差部分に層間絶縁膜を設け
るとにより、従来の空中配線構造を有する多層配線とは
異なり、配線層間の力学的支持が配線間の交差部分によ
って行なわれるため、熱的,機械的衝撃に対する耐性の
高い半導体装置が得られる効果がある。
また、上層配線と下層配線の交差部分に層間絶縁膜を
設け、かつ、交差部分以外の層間領域を空洞とすること
により、配線間が全て層間絶縁膜により充填されている
通常の多層配線に比べて1/3〜1/2程度に低減される配線
間容量を有利する半導体装置が得られるという効果もあ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を説明するための斜視
図、第2図(a)〜(h)及び第3図(a)〜(e)は
本発明の第1の実施例の製造方法を説明するための半導
体チップの断面図、第4図(a)〜(h)及び第5図
(a)〜(l)は本発明の第2の実施例の製造方法を説
明するための半導体チップの断面図である。 1……下層無機絶縁膜、2……第1層配線、3……第1
層間無機絶縁膜、4……第1層間有機絶縁膜、5……ビ
アホール、6A……第2層配線層、6……第2層配線、7
……マスク、8……空洞、9……第2層間無機絶縁膜、
10……マスク、11……第2層間有機絶縁膜、12……ビア
ホール、13A……第3層配線層、13……第3層配線、14
……マスク、15,16……空洞、20……半導体基板。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に無機膜からなる下層の層間
    絶縁膜を形成する工程と、この下層の層間絶縁膜上に下
    層配線層と上層の層間絶縁膜とフォトレジスト膜とを順
    次形成する工程と、このフォトレジスト膜をパターニン
    グして第1のマスクを形成する工程と、この第1のマス
    クを用いて前記上層の層間絶縁膜と下層配線層とをパタ
    ーニングし下層配線を形成する工程と、前記第1のマス
    クを除去したのちパターニングされた上層の層間絶縁膜
    を含む全面に有機絶縁膜を形成する工程と、この有機絶
    縁膜をエッチングし前記パターニングされた上層の層間
    絶縁膜の表面を露出させる工程と、この露出した上層の
    層間絶縁膜にビアホールを形成する工程と、全面に上層
    配線層を形成すると共に前記ビアホール内を上層配線層
    で埋める工程と、この上層配線層上にフォトレジスト膜
    を形成したのちパターニングし第2のマスクを形成する
    工程と、この第2のマスクを用いて前記上層配線層と上
    層の層間絶縁膜をパターニングし前記下層配線に交差す
    る上層配線を形成したのち、前記第2のマスクと残され
    た前記有機絶縁膜を除去する工程とを含むことを特徴と
    する半導体装置の製造方法。
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