JP3001212B2 - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置および半導体装置の製造方法

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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の動作速度を律速する要因の1つ
である配線間の容量を減少させるのに適した半導体装置
および半導体装置の製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕
従来の半導体装置の製造方法は各トランジスタやキャ
パシタを電気的に接続するために、アルミニウム等の金
属により1次的な配線をした後、その上に酸化シリコン
等の絶縁物を堆積し、さらに2次的な配線をする工程が
ある。この酸化シリコンの様に配線間に堆積される膜を
層間膜と言い、配線を立体的に行うことを多層配線と言
う。
第4図は従来の多層配線形成工程を示す部分断面図
で、図において、(1)はトランジスタ、キャパシタ上
に形成された酸化膜、(2)は1次的なアルミニウム配
線、(3)は1次的なアルミニウム配線(2)を被覆す
る酸化膜、(4)はSOG(Spin On Glass)で、酸化膜
(3)の表面を平坦化するために使われる物質である。
(5)は酸化膜、(6)は層間膜、(11)は2次的なア
ルミニウム配線である。多層配線を形成する工程を第4
図に従って説明する。酸化膜(1)の下にはトランジス
タやキャパシタ等(図示せず)が存在している。それら
を電気的に接続するために、1次的にアルミニウム配線
(2)をスパッタ装置で堆積する。つぎに、この1次配
線をする部分のみアルミニウムを残し、他の箇所のアル
ミニウムはエッチング液で除去する(第4図(a))。
アルミニウム配線(2)間の短絡防止とアルミニウム配
線(2)を保護するために、アルミニウム配線(2)上
にプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)装置によ
り、例えば、400℃程度で、膜厚2000Å程度、酸化膜
(3)を堆積する(第4図(b))。400℃程度で堆積
するのはアルミニウムの融点が660℃程度であり、この
温度より低温で酸化膜(3)を堆積させないと、アルミ
ニウム配線(2)が融けてしまうからである。このま
ま、連続して酸化膜(3)を堆積させると表面に凹凸が
形成され、2次的な配線が困難になるので、SOG(4)
により凹凸を平坦化する。SOG(4)はガラスの一種で
常温で形を容易に加工できる固溶体であり、酸化膜
(3)上に滴下し、スピナーで回転させ遠心力を利用し
て、酸化膜(3)の凹部を埋め平坦化する(第4図
(c))。その後、さらにプラズマCVD装置により酸化
膜(5)を例えば、400℃で膜厚6000Å程度堆積する。
酸化膜(3)、SOG(4)、酸化膜(5)により層間膜
(6)が形成される(第4図(d))。層間膜(6)上
にスパッタ装置でアルミニウムを堆積し、配線箇所のみ
残して、不要な箇所はエッチングにより除去することに
より、2次配線であるアルミニウム配線(11)を形成す
る(第4図(e))。
この従来の多層配線をする際に用いられる層間膜
(6)には、酸化膜(5)を堆積後加工しないで使用さ
れていたが、トランジスタのゲート長が1μm以下にな
ってくると、トランジスタの微細化に伴い、動作速度の
向上を図るために、層間膜厚を小さくする傾向にある。
配線間に形成される配線容量Cは、次(1)式のように
表わされる。
ただし、εは誘電率、dは層間膜厚、Sは配線の面積
である。上記(1)式より層間膜厚が小さくなると、配
線容量が大きくなることがわかる。
半導体装置全体の動作遅延時間をTとすると次(2)
式のように近似できる。
T=k・RC …(2) ただし、kは比例定数、Rは配線抵抗である。
すなわち、トランジスタの動作速度の向上を図るため
に層間膜厚dを小さくしても、配線間に形成される配線
容量Cが大きくなってしまうことに加えて、半導体装置
の微細化に伴って配線幅が小さくなり、配線抵抗Rが大
きくなるため、動作遅延時間Tの低減が困難であること
がわかる。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の半導体装置は以上のように構成されていたの
で、微細化に伴い層間膜厚が小さくなり配線容量が大き
くなることにより、トランジスタの高速化が半導体装置
全体の高速化にあまり反映されないという問題点があっ
た。
本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたもの
で、層間膜の誘電率εを下げると同時に配線容量Cを下
げることにより、半導体装置全体の動作速度を向上させ
ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
請求項1に係る発明は、第1の配線層上に積層された
絶縁膜と、絶縁膜上に形成された第2の配線層とを備え
た半導体装置において、第1の配線層と第2の配線層と
の間に位置する絶縁膜に無数の空孔を備えるという手段
を講じた。
また、請求項2に係る発明は、第1の配線層上に酸化
シリコン膜を形成する工程と、RIE装置で弗素イオンを
含むエッチャントを用いて上記酸化シリコン膜の所望の
箇所に無数の空孔を形成する工程と、空孔を保持しなが
ら上記酸化シリコン膜上に第2の配線層を形成する工程
とを備えるという手段を講じた。
〔作用〕
請求項1に係る発明は、トランジスタやキャパシタに
電気的に接続する第1の配線層と、さらにその表面上に
形成される第2の配線層との間に無数の空孔によって誘
電率が低減された絶縁膜を備えているため、第1の配線
層と第2の配線層の間の配線容量を低減することができ
る。
また、請求項2に係る発明は、RIE装置で弗素イオン
を含むエッチャントを用いているため、第1の配線層と
第2の配線層との間に形成される酸化シリコン膜に無数
の空孔を形成することができる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を図について説明する。第1
図は本発明の一実施例である層間膜(6)の誘電率εを
下げるための製造工程を示す部分断面図である。第1図
(a)から第1図(d)までの工程は前記従来のものの
第4図(a)から第4図(d)までの製造工程と全く同
一であるので説明は省略する。酸化膜(5)の誘電率は
約3.9であり、層間膜(6)の誘電率を下げるには酸化
膜(5)の一部に誘電率の低い物質、例えば空気(誘電
率は約1.0)を入れればよい。そこで、酸化膜(5)に
例えばRIE(Reactive Ion Etching)装置で、直径0.5μ
mの穴を無数にあけ、空孔(7)を形成する(第1図
(e))。エッチャントに例えばCHF3を使用すると、弗
素イオンF-が酸化膜(5)を構成するSiO2の結合を切断
し、SiO2はSiOとOに分解する。SiOは常温では気体であ
り、空孔(7)から出たあと再び酸化されSiO2となり、
酸素Oの一部は水素Hと反応してH2Oとなる。このよう
にして形成された空孔(7)には空気が存在するので層
間膜(6)の誘電率を下げることができ、同時に配線容
量Cも下げられる。図中省略するが、この後、2次のア
ルミニウム配線(11)をスパァタ装置で形成する時に
は、空孔(7)の直径が小さいので、アルミニウムが空
孔(7)内に入り空孔(7)を埋めてしまうことはな
い。
次に本発明の参考例を第2図に示す。第2図は第1図
と同じく層間膜(6)の誘電率εを下げるための製造工
程を示す部分断面図で、第2図(a)から第2図(c)
までの工程は、前記従来のものの第4図(a)から第4
図(c)までの工程と全く同一であるので説明は省略す
る。酸化膜(5)の誘電率は3.9であり、層間膜(6)
の誘電率を下げるには酸化膜(5)を誘電率が低くしか
も絶縁性の物質に代えればよい。そこで、まず粒子の粗
いポリシリコン(8)をプラズマCVDで例えば、400℃で
膜厚6000Å堆積し(第2図(d))、次に例えば、400
℃で酸化することにより、従来プラズマCVDで堆積させ
た酸化膜(5)より粒子の粗い酸化膜(9)を形成する
(第2図(e))。粒子が粗い酸化膜は粒子が密な酸化
膜よりも誘電率が低いので、配線容量Cが低減される。
次に、本発明の更にもう1つの参考例を第3図に示
す。第3図は第1図と同じく層間膜(6)の誘電率εを
下げるための工程を示す部分断面図である。第3図
(a)から第3図(d)までの工程は、前記従来のもの
の第4図(a)から第4図(d)までの工程と全く同一
であるので説明は省略する。誘電率は分子が分極するこ
とにより生じ、分極する方向が一致すればするほど誘電
率は大きくなる。そこで、誘電率を小さくするには分極
の方向性を壊せばよい。イオン注入装置により、酸素イ
オンを例えば10keVで注入することにより(第3図
(e))、SiO2分子の分極の方向性を破壊し、その結
果、誘電率は低減され、同時に配線容量Cも低減され
る。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明によれば、トランジスタやキャ
パシタに電気的に接続する第1の配線層と、さらにその
表面上に形成される第2の配線層との間に無数の空孔に
よって誘電率が低減された層間膜を備えているため、微
細化に伴って層間膜厚が減少しても、第1の配線層と第
2の配線層との間の配線容量の増大を抑えて、動作遅延
時間を小さくでき、半導体装置全体の動作の高速化が実
現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(e)は本発明の一実施例である層間膜
の誘電率を下げるための半導体装置の製造工程を示す部
分断面図、第2図(a)〜(e)、第3図(a)〜
(e)は本発明の半導体装置の製造工程の参考例を示す
部分断面部分図、第4図(a)〜(e)は従来の半導体
装置の多層配線形成工程を示す部分断面図である。 図中、(1)はトランジスタ、キャパシタ上に形成され
た酸化膜、(2)は1次のアルミニウム配線、(3)は
1次のアルミニウム配線を被覆する酸化膜、(4)はSO
G、(5)は酸化膜、(6)は層間膜、(7)は空孔、
(8)は粒子の粗いポリシリコン、(9)は粒子の粗い
酸化膜、(10)は酸素イオンを注入した酸化膜である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1の配線層上に積層された絶縁膜と、上
    記絶縁膜上に形成された第2の配線層とを備えた半導体
    装置において、上記第1の配線層と上記第2の配線層と
    の間に位置する上記絶縁膜に無数の空孔を備えたことを
    特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】第1の配線層上に酸化シリコン膜を形成す
    る工程と、RIE装置で弗素イオンを含むエッチャントを
    用いて上記酸化シリコン膜の所望の箇所に無数の空孔を
    形成する工程と、上記空孔を保持しながら上記酸化シリ
    コン膜上に第2の配線層を形成する工程とを備えたこと
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
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