JP2002064137A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
が高い半導体装置およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 下地絶縁層10上に、配線間のピッチP
1〜P3が異なる複数の配線12a〜12fを形成す
る。ついで、配線設計上配線遅延が所定値を超えると予
測される、配線間のピッチの小さい隣り合う配線間に、
この配線上に形成される層間絶縁層16との密着を阻害
する密着阻害層を形成する。形成される半導体装置18
は、配線ピッチが小さい配線間に誘電率の小さい空隙部
が形成されるとともに(C部)、配線ピッチが大きい配
線間に絶縁膜が選択的に埋め込まれる(A部、B部)。
Description
その製造方法に関する。
基板上に複数本の配線と複数個の電子部品を配設するこ
とによって形成される。
よって配線を基板上に突設して形成するときは、配線の
形成されていない基板表面をさらに層間絶縁層によって
覆うとともに配線間を埋め込むことが行われ、また、こ
の場合、層間絶縁層を多層に形成するときは、これら配
線を形成する工程と、層間絶縁層を形成する工程が所望
の回数繰り返される。なお、これに対して、ダマシン法
等によって配線を基板に埋め込み形成することも行われ
ている。
問題となる。この配線遅延は、配線に用いられる金属の
電気抵抗と、基板または他の配線との間の寄生容量に比
例する。近年、微細化の進展に伴い、配線幅の減少によ
る電気抵抗の増加と配線ピッチの減少による上記容量の
増加が顕著となり、配線遅延の増大をもたらしている。
層間絶縁層として誘電率の小さい材料を選択することが
行われ、あるいは、配線遅延が問題となる箇所について
回路設計段階で配線ピッチを大きくすること等が考慮さ
れている。
を設けないこと、すなわち、配線間に空隙部を形成する
ことによって、配線間の誘電率を空気並に低減する、い
わゆるエアアイソレーション法が提案されている。
た従来の技術のうち、前者の場合、層間絶縁層として誘
電率の小さい材料を選択する方法については、誘電率を
せいぜい2程度に下げることができるに止まり、配線遅
延を軽減する効果は必ずしも十分ではなく、また、配線
ピッチを大きくする方法については、細密化が進展する
なかでその対応がとれる余地はわずかであり、また、特
に、電子部品の配置等のレイアウト上の制約から配線ピ
ッチの変更が不可能な場合もあり、この方法において
も、配線遅延を軽減する効果は必ずしも十分ではない。
いては、配線の信頼性の確保、言いかえれば、形成した
配線の変形あるいは断線の防止を始めとする多くの課題
が残されており、実用化には至っていない。
のであり、配線遅延が軽減されるとともに配線の信頼性
が高い半導体装置およびその製造方法を提供することを
目的とする。
は、少なくとも2本以上の配線が突設された基板上に絶
縁層が形成されてなる半導体装置において、配線設計上
配線遅延が所定値を下回ると予測される、隣り合う配線
間に選択的に絶縁膜が埋め込まれてなることを特徴とす
る。
び配線間寄生容量のそれぞれに比例し、前者の電気抵抗
は配線幅に、また後者の容量は配線間のピッチにそれぞ
れ反比例するため、配線毎の配線遅延の大小を予測する
ことができる。したがって、配線設計上、配線遅延が所
定値を超える配線間と所定値を超えない配線間とを特定
することができる。
は、配線間に空隙部を形成するため、配線遅延を軽減す
ることができるものの、その反面、配線間に絶縁膜が埋
め込まれていないために、形成した配線の変形あるいは
断線を生じるおそれがある。これに対して、本発明によ
れば、配線設計上配線遅延が所定値を下回ると予測され
る、隣り合う配線間に選択的に絶縁膜が埋め込まれてな
るため、配線遅延が軽減されるとともに配線の信頼性が
高い半導体装置を得ることができる。
線間の上下に設けられた絶縁層は、一方が親水性材料に
よって形成され、他方が疎水性材料によって形成されて
なると、空隙部が好適に形成された半導体装置を得るこ
とができる。このとき、例えば、上下の絶縁層(層間絶
縁層)がいずれも親水性材料によって形成されるととも
に、上下の層間絶縁層の間に疎水性材料によって形成さ
れた格別の層を設ける構成としてもよい。
と前記絶縁層とが交互にそれぞれ2層以上形成されてな
ると好適である。2層目の配線は、第1層目の絶縁層
(層間絶縁層)上に突設され、2層目の絶縁層(層間絶
縁層)は、第1層目の絶縁層上および2層目の配線上に
形成される。
は、基板上に少なくとも2本以上の配線を突設する配線
形成工程と、層間絶縁層を形成する層間絶縁層形成工程
とを含む半導体装置の製造方法において、該配線形成工
程と該層間絶縁層形成工程との間に、該層間絶縁層との
密着を阻害する密着阻害層を形成する密着阻害層形成工
程を有することを特徴とする。
少なくとも2本以上の配線を突設する方法は、例えば、
配線層を形成し、その後に所定のマスクを用いてドライ
エッチングする方法が好適であるが、この方法に限定す
るものではない。
絶縁層を形成する方法は、無機、有機の絶縁材料ペース
トを塗布等する方法が好適であるが、この方法に限定す
るものではない。
を阻害する密着阻害層を形成する方法としては、濡れ性
を低下させる観点から、前記層間絶縁層および前記密着
阻害層はいずれか一方を親水性材料により形成し、他方
を疎水性材料により形成すると好適である。そして、例
えば、印刷法等によって配線設計上配線遅延が所定値を
超えると予測される、隣り合う配線間の領域のみに密着
阻害材料を塗布し、あるいは表面処理によって付着させ
る等の方法を用いることができるが、これらの方法に限
定するものではない。
縁ペーストの表面張力、粘性および自重の兼ね合いで、
配線ピッチが小さい部分の配線間に絶縁膜が埋め込まれ
ることがない一方で配線ピッチが大きい部分の配線間に
絶縁膜が埋め込まれるため、少ない工程数で好適に密着
阻害層を形成することができ、配線遅延の小さい半導体
装置を得ることができる。
害層は、配線設計上配線遅延が所定値を超えると予測さ
れる、隣り合う配線間のみに形成すると、配線ピッチが
大きい部分の配線間に絶縁膜が確実に埋め込まれるた
め、配線の変形や断線のより少ない半導体装置を得るこ
とができる。
前記層間絶縁層形成工程を2回以上繰り返すとともに、
前記配線間のみに該層間絶縁層を形成する材料である絶
縁性ペーストが進入しないように該絶縁性ペーストの粘
度を調整する絶縁性ペースト粘度調整工程を、前記密着
阻害層形成工程の代わりに、少なくとも1回入れ替えて
行うことができる。
く、層間絶縁層形成工程において、配線設計上配線遅延
が所定値を超えると予測される、隣り合う配線間のみ
に、該層間絶縁層を形成する材料である絶縁性ペースト
が進入しないように、該絶縁性ペーストの粘度を調整す
る絶縁性ペースト粘度調整工程を有することによって
も、本発明の効果を得ることができる。
超えると予測される、隣り合う配線は、通常、配線幅が
均一に形成されるときに、配線ピッチが小さい。したが
って、このピッチの小さい配線間に絶縁性ペーストが進
入して配線間を充填することのない程度に絶縁性ペース
トの粘度を所定の大きな値に調整することにより配線間
に空隙部を残すことができる。このような絶縁性ペース
トの所定の粘度は、配線ピッチが種々異なる基板に粘度
が種々異なる絶縁性ペーストを塗布形成する試験を繰り
返してデータを採取することにより、適宜設定すること
ができる。
の製造方法の好適な実施の形態について、図を参照し
て、以下に説明する。 [実施の形態1]実施の形態1に係る半導体装置およびそ
の製造方法について、図1の工程図および図2〜図8の
半導体装置の部分断面図を参照して説明する。
ンジスタ(半導体素子)を形成する(トランジスタ形成
工程 S1:基板およびトランジスタは図示せず。)。
ついで、その上に、例えば、SiO2系のTEOS(テ
トラエチルオルソシリケート)等からなる下地絶縁層1
0を形成する(下地絶縁層形成工程 S2、図2)。
する。そして、配線間のピッチP1〜P3が異なる複数
の配線(配線パターン)12a〜12fをドライエッチ
ング法により形成する(配線形成工程 S3、図3)。
配線材料として、この場合、Alを用いる。この際、配
線形成と併せて、必要なコンタクトホール等を下地絶縁
層10に形成し、さらにコンタクト等を形成する(図示
せず。)。
えると予測される、隣り合う配線間のみに、後述する層
間絶縁層との密着を阻害するための密着阻害層を形成す
る(密着阻害層形成工程 S4、図4)。
い(図3中、P1)配線12a、12b間、配線12
b、12c間、配線12c、12d間および配線12
e、12f間の配線遅延が所定値を超えると予測され、
一方、配線ピッチの大きい(図3中、P2、P3)配線
12d、12e間、配線12aとその配線12aと隣り
合う図示しない配線との間および配線12fとその配線
12f隣り合う図示しない配線との間の配線遅延が所定
値を下回ると予測される。したがって、配線ピッチの大
きい配線12d、12e間、配線12aと配線12aが
隣り合う図示しない配線との間および配線12fとその
配線12fが隣り合う図示しない配線との間に、例え
ば、図示しないマスクを施す等した上で、配線ピッチの
小さい配線12a、12b間、配線12b、12c間、
配線12c、12d間および配線12e、12f間の箇
所に、密着阻害剤をコーティングして、密着阻害層14
を形成する。この場合、密着阻害剤をコーティングする
方法に代えて、チャンバ内に、密着阻害剤として、例え
ば、HMDS(ヘキサメチルジシラザン)蒸気を流通し
て表面処理してもよい。
るMSQ(メチルシルセシロキサン)を塗布して、層間
絶縁層16を形成する(層間絶縁層形成工程 S5、図
5)。このとき、層間絶縁層16は密着阻害層14が設
けられていない下地絶縁層10の部分と密着して隣り合
う配線間に絶縁膜が埋め込まれるが(図5中、A部、B
部)、密着阻害層14が設けられた下地絶縁層10の部
分とは密着せず隣り合う配線間に空隙部が形成されるこ
とになる(図5中、C部)。なお、図5は、説明の便宜
上、絵画的に(模式的に)表示している。
後、さらに、ベーク、キュアの処理を行う(図示せ
ず。)。これにより、配線が突設された基板上に層間絶
縁層が形成された、すなわち、配線層と層間絶縁層がそ
れぞれ1層形成された半導体装置18が完成する(S
6、図5)。
記、配線形成工程、密着阻害層形成工程および層間絶縁
層形成工程をさらに1回または複数回繰り返し、配線層
および層間絶縁層が多層に形成された半導体装置を形成
する。
き、ステップ3(S3)からステップ5(S5)までの
工程である、配線形成工程(図6)、密着阻害層形成工
程(図7)および層間絶縁層形成工程(図8)並びにベ
ーク処理等の工程を繰り返す(多層化工程 S7、図6
〜図8)。これにより、配線層および層間絶縁層が多層
に形成された半導体装置20が完成する(ステップ8、
図8)。
る半導体装置18、20は、配線ピッチが小さい隣り合
う配線間に空隙部が形成されるため、配線間の誘電率が
低下し、配線遅延が小さくなるとともに、配線ピッチの
大きい隣り合う配線間に選択的に絶縁膜が埋め込まれる
ため、配線の信頼性を確保することができる。
縁層を形成する際、密着を阻害するために、いずれの層
間絶縁層にも密着阻害層を介在させる構成としている
が、これに代えて、いずれか1層の層間絶縁層の密着を
阻害する方法として、後述するように層間絶縁層を形成
する際に絶縁性ペーストの粘度を調整する方法を用いて
もよい。 [実施の形態2]つぎに、実施の形態2に係る半導体装置
およびその製造方法について、図9を参照して説明す
る。なお、実施の形態2および以下の実施の形態におい
て半導体装置の製造方法は基本的には同様であるため、
実施の形態1と同じ構成要素については実施の形態1と
同じ参照符号を付すとともに各製造工程の図示を省く。
また、層間絶縁層等の第2層以降の製造工程については
説明を省略する。
(トランジスタ形成工程)、その上に、TEOS等から
なる下地絶縁層10を形成する(下地絶縁層形成工
程)。さらに、下地絶縁層10上に、配線間のピッチP
1〜P3が異なる(図3参照)複数の配線12a〜12
fをドライエッチング法によりAl材料を用いて形成す
るとともに(配線形成工程)、コンタクト等を形成す
る。
の、例えば、有機材料であるSiLK(ダウ ケミカル
社の登録商標)を塗布して、層間絶縁層16を形成する
(層間絶縁層形成工程)。このとき、配線設計上配線遅
延が所定値を超えると予測される、配線ピッチの小さい
(P1)、隣り合う配線12a、12b間、配線12
b、12c間、配線12c、12d間および配線12
e、12f間に、SiLKが進入しないように、SiL
Kの粘度を所定値に調整した後(絶縁性ペースト粘度調
整工程)、下地絶縁層10に塗布する。粘度調整は、S
iLKの溶媒の比率を変化させることによって行う。
成されておらずかつ配線ピッチの大きい(P2、P3)
配線12d、12e間、配線12aとその配線12aが
隣り合う図示しない配線との間および配線12fとその
配線12fが隣り合う図示しない配線との間の下地絶縁
層10の部分とは密着するが(図9中、A部、B部)、
粘度の高いSiLKが進入しにくい配線12a、12b
間、配線12b、12c間、配線12c、12d間およ
び配線12e、12f間の下地絶縁層10の部分とは密
着せず(図9中、C部)、したがって、このC部には空
隙部が形成されることになる。
れ1層形成された半導体装置22が完成する(図9)。
は、配線ピッチが小さい配線間に空隙部が形成されるた
め、配線間の誘電率が低下し、配線遅延が小さくなると
ともに、配線ピッチの大きい隣り合う配線間に選択的に
絶縁膜が埋め込まれるため、配線の信頼性を確保するこ
とができる。 [実施の形態3]つぎに、実施の形態3に係る半導体装置
およびその製造方法について、図10を参照して説明す
る。
22と同様に各層を形成する。すなわち、下地絶縁層1
0にAlを用いて配線12a〜12fを形成した後(配
線形成工程)、粘度を所定値に調整したSiLKを塗布
して、層間絶縁層16を形成する(層間絶縁層形成工
程)。そして、キュア処理等の層間絶縁層16の安定化
処理を行う。
層を形成するが、その方法は、第1層目の場合とはやや
異なる。
を第1層目の層間絶縁層16に突設した後、第2の層間
絶縁層を形成する前に、配線ピッチの小さい(P1)配
線30a、30b間、配線30b、30c間、配線30
c、30d間および配線30e、30f間に、選択的
に、例えば、CVD法により、親水性のSi02からな
る酸化膜32を形成する。
所定値に調整したSiLKを塗布して、第2の層間絶縁
層34を形成する(層間絶縁層形成工程)。このとき、
配線ピッチの小さい(P1)配線30a、30b間、配
線30b、30c間、配線30c、30d間および配線
30e、30f間は、親水性の酸化膜32が形成されて
いるため、疎水性の層間絶縁層34は疎水性の層間絶縁
層16と密着せず(図10中、C部)、このC部には空
隙部が形成される。一方、配線ピッチの大きい(P2、
P3)配線30d、30e間、配線30aとその配線3
0aが隣り合う図示しない配線との間および配線30f
とその配線30fが隣り合う図示しない配線との間は、
露出した疎水性の層間絶縁層16に疎水性の層間絶縁層
34が良好に密着する(図10中、A部、B部)。
形成された半導体装置36が完成する(図10)。
は、配線ピッチが小さい配線間に空隙部が形成され、誘
電率が低下しているため配線遅延が小さくなるととも
に、配線ピッチの大きい隣り合う配線間に選択的に絶縁
膜が埋め込まれるため、配線の信頼性を確保することが
できる。 [実施の形態4]つぎに、本実施の形態4に係る半導体装
置およびその製造方法について、図11を参照して説明
する。
22と同様に各層を形成する。すなわち、下地絶縁層1
0にAlを用いて配線12a〜12fを形成した後(配
線形成工程)、粘度を所定値に調整したSiLKを塗布
して、層間絶縁層16を形成する(層間絶縁層形成工
程)。そして、キュア処理等の層間絶縁層16の安定化
処理を行う。
層を形成するが、その方法は、第1層目の場合とは異な
る。
を第1層目の層間絶縁層16に突設した後、第2の層間
絶縁層を形成する前に、配線ピッチの小さい(P1 図
3参照)配線40a、40b間、配線40b、40c
間、配線40c、40d間および配線40e、40f間
ならびに配線40a〜40fに、選択的に、例えば、C
VD法により、ポリマー材料からなる有機薄膜42を形
成する。第1層目の層間絶縁層16は疎水性であるが、
この有機薄膜42を層間絶縁層16上に形成することに
よりさらに疎水性化の度合いを強化することができる。
この有機薄膜42は、以下の説明で明らかなように、密
着を阻害する層となる(密着阻害層形成工程)。
に、無機材料であるMSQを塗布して、第2の層間絶縁
層44を形成する(層間絶縁層形成工程)。
0aとその配線40aが隣り合う図示しない配線との間
および配線40fとその配線40fが隣り合う図示しな
い配線との間に比べて、有機薄膜42が形成された配線
40a、40b間、配線40b、40c間、配線40
c、40d間および配線40e、40f間は一層疎水性
化されているため、前者においては層間絶縁層44は層
間絶縁層16に密着し(図11中、A部、B部)、一
方、後者においては、層間絶縁層44が層間絶縁層16
(有機薄膜42)と密着せず(図9中、C部)、このC
部には空隙部が形成されることになる。この場合、MS
Qの粘度を所定値に調整しておくと、粘度調整効果と有
機薄膜42の効果とが相俟って発揮されて、好適であ
る。
形成された半導体装置46が完成する(図11)。この
半導体装置46は、疎水性の層間絶縁膜16と親水性の
層間絶縁膜44とが交互に積層された形態となってい
る。
は、配線ピッチが小さい配線間に空隙部が形成され、誘
電率が低下しているため配線遅延が小さくなるととも
に、配線ピッチの大きい隣り合う配線間に選択的に絶縁
膜が埋め込まれるため、配線の信頼性を確保することが
できる。
ず、本発明の半導体装置の製造方法は、密着阻害層形成
工程において、基板全面に密着阻害層を形成してもよ
い。
の表面張力、粘性および自重の兼ね合いで、配線ピッチ
が小さい部分の配線間に絶縁膜が埋め込まれることがな
い一方で配線ピッチが大きい部分の配線間に絶縁膜が埋
め込まれて、より少ない工程数で本発明の効果を奏する
ことができる。
設計上配線遅延が所定値を下回ると予測される、隣り合
う配線間に選択的に絶縁膜が埋め込まれてなるため、配
線遅延が小さく、配線の信頼性も高い半導体装置を得る
ことができる。
によれば、配線形成工程と該層間絶縁層形成工程との間
に、該層間絶縁層との密着を阻害する密着阻害層を形成
する密着阻害層形成工程を有し、あるいは、絶縁性ペー
ストの粘度を調整する絶縁性ペースト粘度調整工程を有
することにより、誘電率を低下させ、配線遅延の小さい
半導体装置を得ることができる。
明するための、製造工程のブロック図である。
明するための半導体装置の部分断面図であり、下地絶縁
層を形成する工程を示す。
明するための半導体装置の部分断面図であり、配線を形
成する工程を示す。
を説明するための半導体装置の部分断面図であり、密着
阻害層を形成する工程を示す。
明するための半導体装置の部分断面図であり、層間絶縁
層を形成する工程を示す。
明するための半導体装置の部分断面図であり、配線をさ
らに形成する工程を示す。
明するための半導体装置の部分断面図であり、密着阻害
層をさらに形成する工程を示す。
明するための半導体装置の部分断面図であり、層間絶縁
層をさらに形成する工程を示す。
ある。
である。
面図である。
線 14 密着阻害層 16、34、44 層間絶縁層 18、20、22、36、46 半導体装置 32 酸化膜 42 有機薄膜
Claims (9)
- 【請求項1】 少なくとも2本以上の配線が突設された
基板上に絶縁層が形成されてなる半導体装置において、 配線設計上配線遅延が所定値を下回ると予測される、隣
り合う配線間に選択的に絶縁膜が埋め込まれてなること
を特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 前記隣り合う配線間の上下に設けられた
絶縁層は、一方が親水性材料によって形成され、他方が
疎水性材料によって形成されてなることを特徴とする請
求項1に記載の半導体装置。 - 【請求項3】 前記配線と前記絶縁層とが交互にそれぞ
れ2層以上形成されてなることを特徴とする請求項1ま
たは2に記載の半導体装置。 - 【請求項4】 基板上に少なくとも2本以上の配線を突
設する配線形成工程と、層間絶縁層を形成する層間絶縁
層形成工程とを含む半導体装置の製造方法において、 該配線形成工程と該層間絶縁層形成工程との間に、該層
間絶縁層との密着を阻害する密着阻害層を形成する密着
阻害層形成工程を有することを特徴とする半導体装置の
製造方法。 - 【請求項5】 前記密着阻害層は、配線設計上配線遅延
が所定値を超えると予測される、隣り合う配線間のみに
形成することを特徴とする請求項4記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項6】 前記層間絶縁層および前記密着阻害層は
いずれか一方を親水性材料により形成し、他方を疎水性
材料により形成することを特徴とする請求項4に記載の
半導体装置の製造方法。 - 【請求項7】 前記配線形成工程および前記層間絶縁層
形成工程を2回以上繰り返すとともに、前記配線間のみ
に該層間絶縁層を形成する材料である絶縁性ペーストが
進入しないように該絶縁性ペーストの粘度を調整する絶
縁性ペースト粘度調整工程を、少なくとも1回入れ替え
て行うことを特徴とする請求項4または5に記載の半導
体装置の製造方法。 - 【請求項8】 基板上に少なくとも2本以上の配線を突
設する配線形成工程と、層間絶縁層を形成する層間絶縁
層形成工程とを含む半導体装置の製造方法において、 該層間絶縁層形成工程は、配線設計上配線遅延が所定値
を超えると予測される、隣り合う配線間のみに、該層間
絶縁層を形成する材料である絶縁性ペーストが進入しな
いように、該絶縁性ペーストの粘度を調整する絶縁性ペ
ースト粘度調整工程を有することを特徴とする半導体装
置の製造方法。 - 【請求項9】 前記配線形成工程および前記層間絶縁層
形成工程を2回以上繰り返すことを特徴とする請求項
4、5または8のいずれかに記載の半導体装置の製造方
法。
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