JP2570953B2 - 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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JP2570953B2
JP2570953B2 JP5027614A JP2761493A JP2570953B2 JP 2570953 B2 JP2570953 B2 JP 2570953B2 JP 5027614 A JP5027614 A JP 5027614A JP 2761493 A JP2761493 A JP 2761493A JP 2570953 B2 JP2570953 B2 JP 2570953B2
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Description

【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を有する半
導体装置に関し、特に層間膜の平坦化を図った半導体装
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種の多層配線構造の一例を図
6を参照して説明する。先ず、図6(a)のように、半
導体素子が形成された半導体基板41上に絶縁膜42を
形成し、必要な部分を開口した後、アルミニウム或いは
アルミニウムと銅との合金等の金属膜43を形成する。
更に、図6(b)のように、金属膜43上にレジスト4
4を所要パターンに形成する。そして、図6(c)のよ
うに、レジスト44をマスクに金属膜43をエッチング
し、レジストを除去することで、実際に使用される配線
パターン45と、上層の層間膜の平坦化のために利用さ
れるダミー配線パターン46を形成する。このダミー配
線パターン46により配線パターン45の段差が緩和さ
れ、この上に形成する層間膜の表面が平坦化される。
【0003】また、従来の他の平坦化を図った構造とし
て図7に示すようにダミー配線を設けていないものがあ
る。この例では、層間膜に液相成長法(LPD:Liquid
Phase Deposition )で形成した酸化膜(SiO2 )を
用いている。先ず、図7(a)のように、半導体素子が
形成された半導体基板51上に絶縁膜52を形成し、必
要な部分を開口した後、アルミニウム或いはアルミニウ
ムと銅との合金等の金属膜を形成する。更に、金属膜上
に図外のレジストを所要パターンに形成し、そのレジス
トをマスクに金属膜をエッチングし、レジストを除去す
ることで、実際に使用される配線パターン53を形成す
る。ここで、配線パターン53は、金や銅等の電解メッ
キ法により形成することもある。次いで、図7(b)の
ように、全面にCVD酸化膜54を成長し、その上に図
7(c)のように、LPD酸化膜55を成長して層間膜
を形成し、この酸化膜55により配線パターン53の段
差を緩和して平坦化を図っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図6に示した構成の半
導体装置では、ダミー配線パターンによって直上或いは
直下の配線層との間の配線容量が増加するという問題が
ある。例えば、3層配線で第1層と第3層が平行し、第
2層は第1層及び第3層と垂直に交差しており、パッド
に接続された固定電位配線間にフローティング状態のダ
ミー配線パターンが形成され、ダミー配線パターンと固
定電位配線の比率が3:1である配線容量測定パターン
の例を考える。このパターンについて容量を実測したと
ころ、配線幅 1.2μm、配線ピッチ2〜 2.2μm、配線
長約860μm、配線材料AlSi約1μm厚、又層間
膜は無機塗布膜をCVD酸化膜で挟んだ構造で平坦化を
しており、平坦部の厚さ約1μmである場合には、配線
容量は第2層では第1層のダミー配線パターンの有無で
殆ど差はでないが、第3層では第2層にダミー配線パタ
ーンがあると6〜8%増加する。又、第1層は第2層に
ダミー配線パターンがあると5〜10%増加し、第2層
は第3層にダミー配線パターンがあると14〜19%増
加する。今後、更に多層配線となり、上下層共にダミー
配線パターンが存在することになると、配線容量が更に
増大することになる。このような配線容量の増加によ
り、半導体装置の処理速度が遅くなるという問題があ
る。
【0005】一方、図7に示した構成のものでは、配線
パターン53間の凹部を埋めるためにLPD法により酸
化膜55を成長しているが、このLPD酸化膜は等方成
長であるため、配線パターン53の表面上にも成長され
ることになり、単にLPD成長しただけでは酸化膜55
の平坦化を行うことはできず、何らかの工程が必要とさ
れる。このため、結果として従来から行われている手
法、例えば平坦でない層間膜上に樹脂等を塗布し、これ
をエッチングバックして平坦化する等の工程が必要とな
り、製造工程が複雑化されることになる。本発明の目的
は、多層配線構造の平坦化を図る一方で、ダミー配線パ
ターンによる配線容量の増大を防止した半導体装置を提
供することにある。また、本発明の他の目的は、製造工
数を複雑化することがない多層配線構造の平坦化を図っ
た半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、半導体基板上にアルミニウム膜を形成する工
程と、このアルミニウム膜の一部の少なくとも表面側の
一部を酸化させてアルミナ層を形成する工程と、前記ア
ルミニウム膜をパターニングし、アルミニウムからなる
配線パターンとアルミナからなるダミー配線パターンを
形成する工程を含む。更に、半導体基板上に導電膜を選
択的にパターニングして配線パターンを形成する工程
と、配線パターン間に開口を有するマスク膜を形成する
工程と、このマスク膜の開口内に液相成長法により絶縁
膜を形成し、かつ前記マスク膜を除去して残された前記
絶縁膜をダミー配線パターンとして形成する工程とを含
む。
【0007】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明の参考例をその製造工程と共に示す断
面図である。先ず、図1(a)のように、半導体素子が
形成された半導体基板1上に絶縁膜2を形成し、必要な
部分を開口した後、アルミニウム或いはアルミニウムと
銅との合金等の金属膜を形成する。更に、金属膜上にレ
ジストを所要パターンに形成し、このレジストをマスク
に金属膜をエッチングし、レジストを除去することで、
実際に使用される配線パターン3を形成する。ここで、
金属膜は電解メッキ等で形成される金や銅等であっても
よい。次に、図1(b)のように、シリカ等の無機塗布
膜或いはポリイミド等の有機塗布膜を回転塗布し、 300
〜 400℃で60分程度の熱処理を加えて塗布膜4を形成
する。このとき熱処理後の平坦部の厚さがほぼ配線パタ
ーン3と同じになるように、塗布膜4の粘度と塗布回転
数を調整する。ここで、塗布膜の代わりに気相成長法等
でシリコン酸化膜或いはシリコン窒化膜等の無機膜を配
線と略同じ厚さに形成してもよい。
【0008】次いで、図1(c)のように、塗布膜4に
レジスト5のパターニングを行う。ここでのレジストの
パターニングは、図1(a)で示された配線パターン3
以外の空いている領域を配線ピッチに即して形成したも
の、即ちダミー配線パターンのみのパターンとなる。次
に、図1(d)のように、パターニングされたレジスト
5をマスクに塗布膜4の異方性エッチングを行い、配線
パターン3間の空いている領域に配線パターンとほぼ同
じ幅と厚さとピッチを持ったダミー配線パターン6を形
成する。この場合、先に塗布膜からなるダミー配線パタ
ーンを形成し、その後に配線パターンを形成してもよ
い。したがって、この構成によれば、配線パターン3間
に形成するダミー配線パターン6を絶縁膜で形成してい
るので、上下配線層との間の配線容量が増大されること
はなく、半導体装置の動作速度が改善できる効果があ
る。
【0009】図2は本発明の第2参考例を示す図であ
る。先ず、図2(a)のように、半導体素子が形成され
た半導体基板11上に絶縁膜12を形成し、必要な部分
を開口した後、アルミニウム或いはアルミニウムと銅と
の合金等の金属膜を形成する。更に、金属膜上にレジス
トを所要パターンに形成し、このレジストをマスクに金
属膜をエッチングし、レジストを除去することで、実際
に使用される配線パターン13を形成する。ここで、金
属膜は電解メッキ等で形成される金や銅等であってもよ
い。次に、図2(b)のように、レジスト14を回転塗
布し、ダミー配線パターンを形成する箇所に配線パター
ン13と同じ幅及びピッチで開口を行う。このときレジ
スト14の平坦部の厚さは配線パターン13より厚くな
るようにレジストの粘度と塗布回転数を調整する。次
に、図2(c)のように、レジスト14上にシリカ等の
無機塗布材或いはポリイミド等の有機塗布材を回転塗布
し、ホットプレートで 100〜 150℃で1分程度の熱処理
を加えて塗布膜15を形成する。
【0010】次に、図2(d)のように、レジスト14
の開口部の塗布膜15の厚さが配線パターンと同じ程度
になるまで塗布膜15の全面エッチングを行い、レジス
ト14を除去した後、 300〜 400℃で60分程度の熱処
理を加えて配線パターン13間の空いている領域に配線
とほぼ同じ幅と厚さとピッチを持ったダミー配線パター
ン16を形成する。この参考例においても、ダミー配線
パターン16を絶縁膜で構成することにより、上下配線
層との間の容量の増大を防止することができる。なお、
この場合でも先に塗布膜からなるダミー配線パターンを
形成し、その後に配線パターンを形成してもよい。又、
この実施例ではダミー配線パターンを全面エッチングに
より形成するため、異方性エッチングと等方性エッチン
グのいずれを用いてもよく、エッチング条件も比較的容
易に決定できる。
【0011】図3は本発明の第実施例を示す図であ
る。先ず、図3(a)のように、シリコン基板21上に
絶縁膜であるシリコン酸化膜22を形成し、必要な部分
を開口した後、導電膜であるアルミニウム膜23を形成
する。更に、図3(b)のように、フォトリソグラフィ
技術を用いてパターニングされたレジストパターン25
を形成し、これをマスクに選択的に前記アルミニウム膜
23の陽極酸化を行い、少なくとも後にダミー配線パタ
ーンとなる領域をアルミニウムの化合物でありかつ絶縁
物でもある酸化アルミニウム(アルミナ)層24として
形成する。次に、図3(c)のように、再度フォトリソ
グラフィ技術を用いて配線パターンとダミー配線パター
ンを形成するためのレジストパターン26を形成する。
そして、このレジストパターン26をマスクにして前記
アルミニウム膜23とアルミナ層24とを同時に異方性
のドライエッチングでパターニングし、その後レジスト
を除去する。これにより、アルミニウムで形成された配
線パターン27と、アルミナで形成されたダミー配線パ
ターン28が形成される。この実施例において、ダミ
ー配線パターン28が絶縁膜で形成されるため、上下配
線層との間の容量の増大が防止できることは同じであ
る。但し、この実施例では配線パターンとダミー配線パ
ターンとを同一のエッチング工程で形成できる利点があ
る。
【0012】図4は本発明の第実施例を示す図であ
る。ここでは、図4(a)及び(b)に示すように、第
実施例と同様にアルミニウム膜23を形成した後、ア
ルミニウム膜を選択的に陽極酸化してアルミナ層24を
形成するが、この場合にはアルミニウム膜23の表面か
ら一部の厚さをアルミナ層24として形成している。そ
の上で図4(c)及び(d)のように第3実施例と同様
の工程で配線パターン27とダミー配線パターン28を
形成する。この実施例においても上下配線層との間の容
量の増大を防止てきるのは勿論であるが、ここでは、ア
ルミナ層24の深さが浅くてよいことから、アルミニウ
ム膜23の陽極酸化時にアルミナ層24の横方向の広が
りを抑えることができ、より微細なピッチの素子に適用
することが可能となる。尚、アルミニウムをアルミナと
する例として陽極酸化を用いているが、この方法に限定
されるものではない。
【0013】図5は本発明の第実施例を示す図であ
る。先ず、図5(a)のように、半導体素子が形成され
た半導体基板31上に絶縁膜32を形成し、必要な部分
を開口した後、アルミニウム或いはアルミニウムと銅と
の合金等の金属膜を形成する。更に、金属膜上にレジス
トを所要パターンに形成し、このレジストをマスクに金
属膜をエッチングし、かつレジストを除去して実際に使
用される配線パターン33を形成する。この配線パター
ン33は、金属の電解メッキ法により形成してもよい。
次に、図5(b)のように、配線パターン33上にレジ
スト34を回転塗布し、ダミー配線パターンを形成する
箇所に配線パターン33と同じ幅、及び同じピッチで開
口する。このときレジスト34の平坦部の厚さは配線パ
ターン33より厚くなるようにレジスト34の粘度と塗
布回転数を調整する。
【0014】次に、図5(c)のように、LPD法を用
いて成長させた酸化膜35をレジスト44の開口部のみ
に選択的に成長させる。このとき、LPD酸化膜35の
厚さは、配線パターン33と略同じになるように成長条
件を制御する。しかる後、図5(d)のように、レジス
ト34を除去することにより、配線パターン33間の空
いている領域に配線パターン33と同じ幅と厚さとピッ
チを持ったダミー配線パターン36がLPD酸化膜35
によって形成される。したがって、この構成においても
上下配線層との間の容量の増大を防止することができ
る。
【0015】また、この第実施例においては、第1,
第2実施例と異なり、ダミー配線パターンの形成に際し
てエッチング工程が存在しないため、エッチングの弊害
が防止できる。即ち、ダミー配線パターンをエッチング
により形成すると、ダミー配線パターンの側面、場合に
よっては配線パターンの側面にエッチング残渣が生じこ
とがあり、この残渣が後工程での不良の発生原因とな
る。例えば、直上の絶縁膜を形成する際の「巣」が発生
する原因となる。この点、この実施例では、エッチング
工程が存在しないため、各配線パターンの側面にエッチ
ング残渣が生じることはなく、後工程での不良を未然に
防止し、製造歩留りが向上する。また、ここではダミー
配線パターンをLPDで形成するため、制御するのは成
長膜厚だけでよく、エッチング条件の制御に比べてかな
り容易に条件の制御を行うことができ、製造工程マージ
ンが拡大される。また、エッチング工程の省略により、
製造工程も短縮される。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように本発明により製造さ
れる半導体装置は、配線パターン間に形成するダミー配
線パターンを絶縁膜で形成しているので、上下配線層と
の間の配線容量が増大されることはなく、半導体装置の
処理速度が改善できる効果がある。そして、本発明の製
造方法(請求項)によれば、アルミニウムに選択的に
アルミナを形成することで、一度のフォトリソグラフィ
技術で配線パターンとダミー配線パターンとを同時に形
成することができる。また、本発明の製造方法(請求項
)によれば、エッチング工程が不要とされるので、配
線パターンの側面にエッチング残渣が生じることがな
く、後工程での不良の発生を未然に防止することがで
き、製造歩留りを向上することができるとともに、信頼
性が向上される。更に、ダミー配線パターンを形成する
際の制御が容易となり、製造を容易に行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の参考例を製造工程順に示す断面図であ
る。
【図2】本発明の第2の参考例を製造工程順に示す断面
図である。
【図3】本発明の第実施例を製造工程順に示す断面図
である。
【図4】本発明の第実施例を製造工程順に示す断面図
である。
【図5】本発明の第実施例を製造工程順に示す断面図
である。
【図6】従来構造の一例を製造工程順に示す断面図であ
る。
【図7】従来構造の他の例を製造工程順に示す断面図で
ある。
【符号の説明】
1,11,21,31 半導体基板 3,13,33 配線パターン 4,15 塗布膜 6,16,36 ダミー配線パターン 23 金属膜(アルミニウム膜) 24 アルミナ層 27 配線パターン 28 ダミー配線パターン 35 LPD酸化膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−240946(JP,A) 特開 平4−218918(JP,A) 特開 平4−287326(JP,A) 特開 平2−262338(JP,A) 特開 平6−5594(JP,A) 特開 平5−347365(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 配線パターン間にダミー配線パターンを
    形成し、これら配線パターン上に形成される層間膜の平
    坦化を図った半導体装置の製造方法において、半導体基
    板上にアルミニウム膜を形成する工程と、このアルミニ
    ウム膜の平面領域の一部の少なくとも表面側の一部を
    化してアルミナ層を形成する工程と、前記アルミニウム
    膜をパターニングし、アルミニウムからなる配線パター
    ンとアルミナからなるダミー配線パターンを形成する工
    程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 配線パターン間にダミー配線パターンを
    形成し、これら配線パターン上に形成される層間膜の平
    坦化を図った半導体装置の製造方法において、半導体基
    板上に導電膜を選択的にパターニングして配線パターン
    を形成する工程と、配線パターン間に開口を有するマス
    ク膜を形成する工程と、このマスク膜の開口内に液相成
    長法により絶縁膜を形成し、かつ前記マスク膜を除去し
    て残された前記絶縁膜をダミー配線パターンとして形成
    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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