JP3415563B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多層配線を有する
半導体装置、特に、配線間容量の低減を図る半導体装置
及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子の高集積化及び高速化
に伴い、多層配線を有する半導体装置において、素子の
動作速度に影響を与える層間絶縁膜の容量の低減が望ま
れている。一般に、多層配線の配線間容量には、上層配
線と下層配線との間の容量（上下配線間容量）と、同一
の配線層内において互いに隣接する配線間の容量（隣接
配線間容量）とがある。この配線間容量を低減するに
は、配線を覆う層間絶縁膜に用いる絶縁材料の誘電率を
小さくすれば良いが、さらに配線間容量を低減するため
に、配線間にそれぞれ空隙を設ける方法が特開平第１１
−２３３６２５号公報に開示されている。

【０００３】以下、特開平第１１−２３３６２５号公報
に開示された、従来の半導体装置について図面を参照し
ながら説明する。

【０００４】図１３は従来の半導体装置の断面構成を示
している。図１３に示すように、シリコンからなる半導
体基板１０１の上には、酸化シリコンからなる第１の絶
縁膜１０２が形成され、第１の絶縁膜１０２の上には金
属からなる下層配線パターン１０３が形成され、下層配
線パターン１０３の上にはポリイミドからなる第２の絶
縁膜１０４が形成され、下層配線パターン１０３の側面
及び上面と第２の絶縁膜１０４との間には空隙１０５が
それぞれ設けられている。

【０００５】第２の絶縁膜１０４の上には金属からなる
上層配線パターン１０６が形成されており、上層配線パ
ターン１０６はプラグ１０７を介して下層配線パターン
１０３と電気的に接続されている。第１の絶縁膜１０２
と第２の絶縁膜１０４との間の下層配線パターン１０３
が相対的にまばらな領域には、プラグと同一部材からな
り、第２の絶縁膜４を支える支柱１０８が形成されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の半導体装置は、下層配線パターン１０３の配線同士
の間隔が微細になると配線間に第２の絶縁膜１０４を支
える支柱１０８を形成することが困難になるという問題
を有している。

【０００７】また、第２の絶縁膜１０４を十分に保持し
て該第２の絶縁膜１０４のたわみを防止することにより
該第２の絶縁膜１０４の上面の平坦性を確保し、且つ、
多層配線構造に十分な機械的強度を与えるには、十分な
数の支柱１０８を設ける必要がある。これにより、金属
からなる支柱１０８によって配線間容量が増大すると共
に、支柱１０８を介して隣接する配線同士が短絡してし
まう虞も生じるという問題を有している。

【０００８】本発明は、前記従来の問題に鑑み、隣接配
線間容量と上下配線間容量とを低減しながら、平坦性に
優れ且つ層間絶縁膜を十分に保持できる多層配線構造を
形成できるようにすることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明の半導体装置及びその製造方法は、配線パタ
ーンの上に該配線パターンとほぼ同等の絶縁膜パターン
を形成し、該絶縁膜パターンの上面に層間絶縁膜を形成
する構成とするものである。

【００１０】本発明に係る半導体装置は、半導体基板上
に形成された第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜の上に形成
された配線パターンと、配線パターンの上に形成された
第２の絶縁膜からなる絶縁膜パターンと、基板の上方
に、絶縁膜パターンの側面上部を覆うように形成された
第３の絶縁膜とを備え、配線パターンの側面及び絶縁膜
パターンの側面下部と、第３の絶縁膜との間には空隙が
形成されている。

【００１１】本発明の半導体装置によると、基板上の第
１の絶縁膜の上に形成された配線パターンと、該配線パ
ターンの上に形成された第２の絶縁膜からなる絶縁膜パ
ターンと、基板の上方に絶縁膜パターンの側面上部を覆
うように形成された第３の絶縁膜とを備えているため、
層間絶縁膜である第３の絶縁膜は、絶縁膜パターンの少
なくとも上部によって保持されるようになる。従って、
配線パターンの側面及び絶縁膜パターンの側面下部と第
３の絶縁膜との間には空隙が形成されているため、隣接
配線間容量を低減できる上に、さらに、第１の絶縁膜と
第２の絶縁膜との間の配線同士の間に支柱を設ける必要
がなくなるため、支柱による配線間容量の増大又は隣接
する配線間の短絡の虞がなくなる。また、配線間に支柱
を形成した場合と比べて第３の絶縁膜を支える面積を大
きくでき、第３の絶縁膜を十分に保持できるため、第３
の層間絶縁膜のたわみが防止されて平坦性を向上させる
ことができると共に、多層配線構造の機械的強度を向上
できる。

【００１２】本発明の半導体装置において、絶縁膜パタ
ーンが、その上面が第３の絶縁膜の上面から露出するよ
うに形成されていることが好ましい。このようにする
と、第３の絶縁膜の上面の平坦性を確実に向上させるこ
とができる。

【００１３】本発明の半導体装置において、第３の絶縁
膜が絶縁膜パターンの上側にも形成されていることが好
ましい。このようにすると、第２の絶縁膜からなる絶縁
膜パターンはその側面上部だけでなく上側も第３の絶縁
膜により覆われるため、第３の絶縁膜の比誘電率が第２
の絶縁膜の比誘電率よりも小さく、且つ、第３の絶縁膜
の上に他の配線パターンを形成する場合には、該他の配
線パターンの隣接配線間容量のうちの下側のフリンジ成
分が低減するので、線間容量をさらに低減することがで
きる。

【００１４】従って、本発明の半導体装置において、第
３の絶縁膜の比誘電率が第２の絶縁膜の比誘電率よりも
小さいことが好ましい。

【００１５】本発明に係る第１の半導体装置の製造方法
は、半導体基板上の第１の絶縁膜の上に第１の配線パタ
ーンを形成する第１の配線パターン形成工程と、半導体
基板の上に第１の配線パターンを含む全面にわたって第
２の絶縁膜を堆積する第２の絶縁膜堆積工程と、第２の
絶縁膜における第１の配線パターンの上に導体膜からな
るプラグを選択的に形成するプラグ形成工程と、第２の
絶縁膜におけるプラグを含む第１の配線パターンの上方
の領域をマスクして第２の絶縁膜に対してエッチングを
行なうことにより、第２の絶縁膜から絶縁膜パターンを
形成する絶縁膜パターン形成工程と、プラグの上部及び
絶縁膜パターンの上部に粘性及び絶縁性を持つ薄膜を圧
入した後、薄膜を硬化させることにより、薄膜からなる
第３の絶縁膜を形成する第３の絶縁膜形成工程と、第３
の絶縁膜に対して少なくともプラグの上面が露出するよ
うに研磨を行なった後、第３の絶縁膜の上に、第２の配
線パターンをプラグと電気的に接続するように形成する
第２の配線パターン形成工程とを備えている。

【００１６】第１の半導体装置の製造方法によると、半
導体基板の上に第１の配線パターンを含む全面に第２の
絶縁膜を堆積しておき、該第２の絶縁膜におけるプラグ
を含む第１の配線パターンの上方の領域をマスクして第
２の絶縁膜に対してエッチングを行なうことにより、第
２の絶縁膜から絶縁膜パターンを形成する。続いて、プ
ラグの上部及び絶縁膜パターンの上部に粘性及び絶縁性
を持つ薄膜を圧入した後、薄膜を硬化させることによ
り、薄膜からなる第３の絶縁膜を形成し、形成した第３
の絶縁膜に対して少なくともプラグの上面が露出するよ
うに研磨を行なった後、第３の絶縁膜の上に第２の配線
パターンをプラグと電気的に接続するように形成する。
これにより、配線パターンの側面及び絶縁膜パターンの
側面下部と、第３の絶縁膜との間に空隙が形成されるた
め、本発明の半導体装置を実現できる。

【００１７】第１の半導体装置の製造方法は、プラグ形
成工程と絶縁膜パターン形成工程との間に、第２の絶縁
膜に対してその上面がプラグの上面よりも低くなるよう
にエッチングを行なうエッチング工程をさらに備えてい
ることが好ましい。このようにすると、第２の絶縁膜か
らなる絶縁膜パターンの側面上部だけでなく該絶縁膜パ
ターンの上側も第３の絶縁膜により覆われるため、第３
の絶縁膜の比誘電率が第２の絶縁膜の比誘電率よりも小
さい場合には、第２の配線パターンの隣接配線間容量の
うちの下側のフリンジ成分が低減する。

【００１８】本発明に係る第２の半導体装置の製造方法
は、半導体基板上の第１の絶縁膜の上に第１の導体膜を
形成する第１の導体膜形成工程と、第１の導体膜の上に
全面にわたって第２の絶縁膜を堆積する第２の絶縁膜堆
積工程と、第２の絶縁膜における第１の導体膜の上に第
２の導体膜からなるプラグを選択的に形成するプラグ形
成工程と、第２の絶縁膜におけるプラグを含む第１の配
線パターン形成領域の上側の領域をマスクして第２の絶
縁膜に対してエッチングを行なうことにより、第２の絶
縁膜から絶縁膜パターンを形成する絶縁膜パターン形成
工程と、プラグと絶縁膜パターンとをマスクとして、第
１の導体膜に対してエッチングを行なうことにより、第
１の導体膜から第１の配線パターンを形成する第１の配
線パターン形成工程と、プラグの上部及び絶縁膜パター
ンの上部に粘性及び絶縁性を持つ薄膜を圧入した後、薄
膜を硬化させることにより、薄膜からなる第３の絶縁膜
を形成する第３の絶縁膜形成工程と、第３の絶縁膜に対
して少なくともプラグの上面が露出するように研磨を行
なった後、第３の絶縁膜の上に、プラグと電気的に接続
するように第２の配線パターンを形成する第２の配線パ
ターン形成工程とを備えている。

【００１９】第２の半導体装置の製造方法によると、半
導体基板上の第１の絶縁膜の上に第１の導体膜を形成し
ておき、形成した第１の導体膜の上の全面に第２の絶縁
膜を堆積する。続いて、第２の絶縁膜における第１の導
体膜の上に第２の導体膜からなるプラグを選択的に形成
し、第２の絶縁膜における、プラグを含む第１の配線パ
ターン形成領域の上側の領域をマスクして第２の絶縁膜
に対してエッチングを行なうことにより、第２の絶縁膜
から絶縁膜パターンを形成する。さらに、プラグと絶縁
膜パターンとをマスクとして、第１の導体膜に対してエ
ッチングを行なって、第１の導体膜から第１の配線パタ
ーンを形成するため、形成されたプラグと第１の配線パ
ターンとの間の位置ずれ及び第１の配線パターンと絶縁
膜パターンとの間の位置ずれが生じない。これにより、
プラグと第１の配線パターンとを電気的に確実に接続で
きると共に、位置ずれによって絶縁膜パターンの一部が
第１の配線パターンの空隙に形成されることによる隣接
配線間容量の増大を防止することができる。

【００２０】第２の半導体装置の製造方法は、プラグ形
成工程と絶縁膜パターン形成工程との間に、第２の絶縁
膜に対してその上面がプラグの上面よりも低くなるよう
にエッチングを行なうエッチング工程をさらに備えてい
ることが好ましい。このようにすると、第２の絶縁膜か
らなる絶縁膜パターンの側面上部だけでなく該絶縁膜パ
ターンの上側も第３の絶縁膜により覆われるため、第３
の絶縁膜の比誘電率が第２の絶縁膜の比誘電率よりも小
さい場合には、第２の配線パターンの隣接配線間容量の
うちの下側のフリンジ成分が低減する。

【００２１】第１又は第２の半導体装置の製造方法にお
いて、薄膜が熱硬化性を有し、第３の絶縁膜形成工程
が、基板上に形成された薄膜と、プラグの上面及び絶縁
膜パターンの上面とを対向させた後、薄膜をプラグの上
部及び絶縁膜パターンの上部に圧入する圧入工程と、プ
ラグの上部及び絶縁膜パターンの上部が圧入された薄膜
に対して熱処理を行なって薄膜を硬化させた後、薄膜か
ら基板を剥離する剥離工程とを含むことが好ましい。こ
のようにすると、配線パターンの側面及び絶縁膜パター
ンの側面下部と、第３の絶縁膜との間に確実に空隙を設
けることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）本発明の第１
の実施形態について図面を参照しながら説明する。

【００２３】図１は本発明の第１の実施形態に係る半導
体装置の断面構成を示している。図１に示すように、例
えば、シリコンからなる半導体基板１の上には、酸化シ
リコンからなる第１の絶縁膜２が形成され、該第１の絶
縁膜２の上にはアルミニウム合金からなる下層配線パタ
ーン３が形成され、該下層配線パターン３の上には酸化
シリコンからなる第２の絶縁膜により形成された絶縁膜
パターン４が形成されている。また、下層配線パターン
３の側面と絶縁膜パターン４の下部側面との間には空隙
５がそれぞれ形成されている。

【００２４】基板１の上方で絶縁膜パターン４の側面上
部には、例えばポリイミドからなる第３の絶縁膜として
の層間絶縁膜６が形成されている。層間絶縁膜６及び絶
縁膜パターン４の上面にはアルミニウム合金からなる上
層配線パターン７が形成されており、該上層配線パター
ン７は、例えばタングステンからなるプラグ８を介して
下層配線パターン３と電気的に接続されている。

【００２５】また、層間絶縁膜６を構成する材料の比誘
電率は、絶縁膜パターン４を構成する材料の比誘電率よ
りも小さい。

【００２６】ここでは、説明の都合上、半導体装置の配
線部分のみを図示しているが、トランジスタやキャパシ
タ等の能動素子又は受動素子からなる半導体素子を備え
た半導体装置を想定している。

【００２７】このように、第１の実施形態によると、下
層配線パターン３の側面だけでなく絶縁膜パターン４の
側面下部及びプラグ８の側面下部にも空隙が形成されて
いるため、隣接配線間容量と上下配線間容量とを共に低
減できるので、半導体装置の高集積化及び高速化を確実
に図ることができる。

【００２８】また、下層配線パターン３と上層配線パタ
ーン７との層間絶縁膜６は、下層配線パターン３のそれ
ぞれの上部に設けた絶縁膜パターン４によって保持され
ているため、下層配線パターン３の間に支柱を設ける必
要がなくなるので、支柱によって配線間容量が増大した
り、支柱を介して配線間の短絡が生じることがなくな
る。

【００２９】さらに、下層配線パターン３のパターン間
隔が全体にわたって微細であって、パターン間に支柱を
形成することが困難である場合においても、層間絶縁膜
６が下層配線パターン３の各パターンの上に形成された
絶縁膜パターン４によって十分に保持されるため、層間
絶縁膜６のたわみによる平坦性の低下を防止できる。

【００３０】また、本実施形態においては、下層配線パ
ターン３及び上層配線パターン７の２層からなる多層配
線の場合を説明したが、３層以上の多層配線を有する半
導体装置であっても同様の効果を得ることができる。

【００３１】（第１の製造方法）以下、前記のように構
成された半導体装置の第１の製造方法について図面を参
照しながら説明する。

【００３２】図２（ａ）〜図２（ｄ）乃至図４（ａ）〜
図４（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置
の第１の製造方法における工程順の断面構成を示してい
る。

【００３３】まず、図２（ａ）に示すように、シリコン
からなる半導体基板１１の上に、酸化シリコンからなる
第１の絶縁膜１２とアルミニウム合金からなる第１の導
体膜とを順次堆積する。次に、第１の導体膜上にレジス
ト膜（図示せず）を塗布し、フォトリソグラフィ法によ
りマスクパターンを形成した後、形成したマスクパター
ンを用いて第１の導体膜に対してエッチングを行なって
該第１の導体膜からなる第１の配線パターンとしての下
層配線パターン１３を形成する。

【００３４】次に、図２（ｂ）に示すように、プラズマ
ＣＶＤ法を用いて、半導体基板１１の上に全面にわたっ
て酸化シリコンからなる第２の絶縁膜１４Ａを堆積す
る。

【００３５】次に、図２（ｃ）に示すように、フォトリ
ソグラフィ法及びドライエッチング法により、第２の絶
縁膜１４Ａにおける下層配線パターン１３の上側の所定
の領域に接続孔１４ａを形成する。

【００３６】次に、図２（ｄ）に示すように、蒸着法等
を用いて、半導体基板１１の上に接続孔１４ａを含む全
面にわたって、例えばタングステンからなる第２の導体
膜を堆積させることにより、該第２の導体膜を第２の絶
縁膜１４Ａの接続孔１４ａに充填する。続いて、堆積し
た第２の導体膜に対して化学機械研磨（ＣＭＰ）を行な
うことにより、第２の導体膜からなるプラグ１５を形成
する。

【００３７】次に、図３（ａ）に示すように、第２の絶
縁膜１４Ａの上にプラグ１５を含む全面にわたってレジ
スト膜を塗布し、フォトリソグラフィ法により、第２の
絶縁膜１４Ａの上におけるプラグ１５を含む下層配線パ
ターン１３の上側の領域をマスクするマスクパターン３
１を形成する。

【００３８】次に、図３（ｂ）に示すように、マスクパ
ターン３１を用いて第２の絶縁膜１４Ａに対してエッチ
ングを行なって、下層配線パターン１３上に、第２の絶
縁膜１４Ａからなる絶縁膜パターン１４Ｂを形成し、そ
の後、マスクパターン３１を除去する。なお、図３
（ｃ）は、第１の絶縁膜１２に形成された下層配線パタ
ーン１３と、該下層配線パターン１３上に形成されたプ
ラグ１５及び絶縁膜パターン１４Ｂとの様子を表わして
いる。

【００３９】一方、図３（ｄ）に示すように、石英ガラ
スからなる基板２１の上面に、例えば熱硬化性を持つポ
リイミドを塗布した後、必要に応じて該ポリイミドが流
れない程度の粘性を持つように硬化させて該ポリイミド
からなる薄膜２２Ａを形成する。

【００４０】次に、図４（ａ）に示すように、薄膜２２
Ａが形成された基板２１をヒータ３５の上に載置し、続
いて、絶縁膜パターン１４Ｂ等が形成された半導体基板
１１における絶縁膜パターン１４Ｂ側を基板２１におけ
る薄膜２２Ａと対向させ、該薄膜２２Ａを下層配線パタ
ーン１３との間に間隔をおくように絶縁膜パターン１４
Ｂ及びプラグ１５の上部に圧入する。同時に、ヒータ３
５を用いて薄膜２２Ａが硬化する程度に基板２１を加熱
する。

【００４１】次に、図４（ｂ）に示すように、薄膜２２
Ａから基板２１を剥離する。ここで、基板２１の剥離を
容易にするために、圧入工程前に、絶縁膜パターン１４
Ｂ及びプラグ１５の表面に薄膜２２Ａとの密着性を高め
る密着剤を塗布したり、また、剥離時に基板２１に対し
て超音波振動を加えたりすると良い。

【００４２】次に、図４（ｃ）に示すように、例えば、
化学機械研磨法を用いて、薄膜２２Ａに対して絶縁膜パ
ターン１４Ｂ及びプラグ１５の上面が露出するように研
磨を行なって、薄膜２２Ａから第３の絶縁膜としての層
間絶縁膜２２Ｂを形成する。

【００４３】次に、図４（ｄ）に示すように、層間絶縁
膜２２Ｂの上面に全面にわたってアルミニウム合金から
なる第３の導体膜を堆積すると共に、第３の導体膜の上
にレジスト膜（図示せず）を塗布し、フォトリソグラフ
ィ法によるパターニングを行なって、第３の導体膜から
なり第２の配線パターンとしての上層配線パターン２３
を形成する。

【００４４】このようにすると、下層配線パターン１３
の側面だけでなく、下層配線パターン１３の上に形成さ
れた絶縁膜パターン１４Ｂの側面下部にも空隙２５を形
成できる。

【００４５】さらに、層間絶縁膜２２Ｂは、下層配線パ
ターン１３上の絶縁膜パターン１４Ｂ及びプラグ１５に
より保持されるため、第１の絶縁膜１２上における下層
配線パターン１３のパターン同士の間の領域に支柱を設
ける必要がない。

【００４６】また、各空隙２５は、下層配線パターン１
３と層間絶縁膜２２Ｂとが直接に接触しないため、下層
配線パターン１３のパターン間の間隔の上方に大きく形
成できる。

【００４７】なお、層間絶縁膜２２Ｂとしてポリイミド
を用いたが、これに限らず、絶縁性を有する材料、望ま
しくは、酸化シリコンよりも誘電率が小さい材料、例え
ば、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商
標））、水酸化シルセスキオキサン、メチルシルセスキ
オキサン又はポリアリルエーテル等を用いてもよい。

【００４８】また、下層配線パターン１３及び上層配線
パターン２３としてアルミニウム合金を用いたが、これ
に限らず、アルミニウム、銅又は金等の金属を含む導電
性材料であれば良い。

【００４９】（第２の製造方法）以下、第１の実施形態
に係る半導体装置の第２の製造方法について図面を参照
しながら説明する。

【００５０】図５（ａ）〜図５（ｃ）乃至図７（ａ）〜
図７（ｃ）は第１の実施形態に係る半導体装置の第２の
製造方法における工程順の断面構成を示している。

【００５１】まず、図５（ａ）に示すように、シリコン
からなる半導体基板１１の上に、酸化シリコンからなる
第１の絶縁膜１２、アルミニウム合金からなる第１の導
体膜１３Ａ及び酸化シリコンからなる第２の絶縁膜１４
Ａを順次堆積する。

【００５２】次に、図５（ｂ）に示すように、フォトリ
ソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、第２の
絶縁膜１４における下層配線パターン形成領域に接続孔
１４ａを形成する。

【００５３】次に、図５（ｃ）に示すように、蒸着法等
を用いて、半導体基板１１の上に接続孔１４ａを含む全
面にわたってタングステンからなる第２の導体膜を堆積
させることにより、該第２の導体膜を第２の絶縁膜１４
の接続孔１４ａに充填する。続いて、堆積した第２の導
体膜に対して化学機械研磨（ＣＭＰ）を行なうことによ
り、第２の導体膜からなるプラグ１５を形成する。

【００５４】次に、図６（ａ）に示すように、第２の絶
縁膜１４Ａの上にプラグ１５を含む全面にわたってレジ
スト膜を塗布し、フォトリソグラフィ法により、第２の
絶縁膜１４Ａの上におけるプラグ１５を含む下層配線パ
ターン形成領域をマスクするマスクパターン３１を形成
する。

【００５５】次に、図６（ｂ）に示すように、マスクパ
ターン３１を用いて第２の絶縁膜１４Ａに対してエッチ
ングを行なって、下層配線パターンを有する第２の絶縁
膜１４Ａからなる絶縁膜パターン１４Ｂを形成する。続
いて、マスクパターン３１を再度用いて、第１の導体膜
１３Ａに対してエッチングを行なうことにより、第１の
導体膜１３Ａから第１の配線パターンとしての下層配線
パターン１３Ｂを形成する。

【００５６】このとき、下層配線パターン１３Ｂと絶縁
膜パターン１４Ｂとは同一のマスクパターン３１を用い
て順次形成されるため、下層配線パターン１３Ｂと絶縁
膜パターン１４Ｂとの間にパターンのずれが生じること
がない。

【００５７】その上、下層配線パターン１５におけるプ
ラグ１５の下側の領域は、プラグ１５により自己整合的
に形成されるため、下層配線パターン１３Ｂにおけるプ
ラグ１５との接続部にも位置ずれが生じることがない。
これにより、マスクの合わせずれによって生じる下層配
線パターン１３Ｂと絶縁膜パターン１４Ｂとの間の位置
ずれ及び下層配線パターン１３Ｂとプラグ１５との間の
位置ずれを防止することができる。従って、絶縁膜パタ
ーン１４Ｂの一部が、第１の絶縁膜１２上における下層
配線パターン１３Ｂのパターン同士の間の領域に形成さ
れることがなくなるため、下層配線パターン１３Ｂの空
隙を確実に且つ縮小されることなく形成することができ
る。また、プラグ１５と下層配線パターン１３Ｂとが確
実に接触して接続不良が生じないので、電気的に確実に
接続される。

【００５８】以下の工程は、第１の製造方法と同様であ
る。

【００５９】すなわち、図６（ｃ）に示すように、石英
ガラスからなる基板２１の上面に、熱硬化性ポリイミド
を塗布した後、必要に応じて該ポリイミドが流れない程
度の粘性を持つように硬化させて該ポリイミドからなる
薄膜２２Ａを形成する。

【００６０】次に、図６（ｄ）に示すように、薄膜２２
Ａが形成された基板２１をヒータ３５の上に載置し、続
いて、半導体基板１１における絶縁膜パターン１４Ｂ側
を基板２１における薄膜２２Ａと対向させ、該薄膜２２
Ａを下層配線パターン１３Ｂとの間に間隔をおくように
絶縁膜パターン１４Ｂ及びプラグ１５の上部に圧入す
る。同時に、ヒータ３５を用いて薄膜２２Ａが硬化する
程度に基板２１を加熱する。

【００６１】次に、図７（ａ）に示すように、薄膜２２
Ａから基板２１を剥離する。ここで、基板２１の剥離を
容易にするために、圧入工程前に、絶縁膜パターン１４
Ｂ及びプラグ１５の表面に薄膜２２Ａとの密着性を高め
る密着剤を塗布するか、剥離時に基板２１に対して超音
波振動を加えるかすると良い。

【００６２】次に、図７（ｂ）に示すように、化学機械
研磨法を用いて、薄膜２２Ａに対して絶縁膜パターン１
４Ｂ及びプラグ１５の上面が露出するように研磨を行な
って、薄膜２２Ａから第３の絶縁膜としての層間絶縁膜
２２Ｂを形成する。

【００６３】次に、図７（ｃ）に示すように、層間絶縁
膜２２Ｂの上面に全面にわたってアルミニウム合金から
なる第３の導体膜を堆積すると共に、第３の導体膜の上
にレジスト膜を塗布し、パターニングを行なって、第３
の導体膜からなり第２の配線パターンとしての上層配線
パターン２３を形成する。

【００６４】以上説明したように、第２の製造方法によ
ると、マスク合わせずれによる下層配線パターン１３Ｂ
と絶縁膜パターン１４Ｂとの間の位置ずれ及び下層配線
パターン１３Ｂとプラグ１５との間の位置ずれを防止で
きるため、下層配線パターン１３Ｂのパターン同士の空
隙２５の容積を小さくならないように確実に形成できる
ので、空隙２５を有する多層配線構造を確実に形成でき
る。

【００６５】また、第１の製造方法と比べてリソグラフ
ィ工程を１回分少なくすることができるので、第１の製
造方法よりもプロセスを簡略化できる。

【００６６】（第２の実施形態）以下、本発明の第２の
実施形態について図面を参照しながら説明する。

【００６７】図８は本発明の第２の実施形態に係る半導
体装置の断面構成を示している。図８において、図１に
示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付して
いる。第２の実施形態に係る半導体装置は、下層配線パ
ターン３の上に設けられた絶縁膜パターン４Ｂの上面
が、プラグ８の上面よりも低くなるように形成されてい
る。これにより、絶縁膜パターン４Ｂの上面と上層配線
パターン７の下面との間に、絶縁膜パターン４Ｂよりも
比誘電率が小さい第３の絶縁膜６が介在することになる
ため、上層配線パターン７の下側の実効的な誘電率が小
さくなるので、下層配線パターン３の上部及び上層配線
パターン７の下部における隣接間容量のフリンジ成分を
さらに低減できる。その結果、半導体装置の一層の高集
積化及び高速化を図ることができる。

【００６８】なお、本実施形態においては、下層配線パ
ターン３及び上層配線パターン７の２層からなる多層配
線の場合を説明したが、３層以上の多層配線を有する半
導体装置であっても、第３の絶縁膜６の上に上層配線パ
ターン７を形成すれば、同様の効果を得ることができ
る。

【００６９】以下、前記のように構成された半導体装置
の製造方法について図面を参照しながら説明する。

【００７０】図９（ａ）〜図９（ｄ）乃至図１２
（ａ）、図１２（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る
半導体装置の製造方法における工程順の断面構成を示し
ている。

【００７１】まず、図９（ａ）に示すように、シリコン
からなる半導体基板１１の上に、酸化シリコンからなる
第１の絶縁膜１２とアルミニウム合金からなる第１の導
体膜とを順次堆積する。次に、第１の導体膜上にレジス
ト膜（図示せず）を塗布し、フォトリソグラフィ法によ
りマスクパターンを形成した後、形成したマスクパター
ンを用いて第１の導体膜に対してエッチングを行なって
該第１の導体膜からなる第１の配線パターンとしての下
層配線パターン１３を形成する。

【００７２】次に、図９（ｂ）に示すように、プラズマ
ＣＶＤ法を用いて、半導体基板１１の上に全面にわたっ
て酸化シリコンからなる第２の絶縁膜４４Ａを堆積す
る。

【００７３】次に、図９（ｃ）に示すように、フォトリ
ソグラフィ法及びドライエッチング法により、第２の絶
縁膜４４Ａにおける下層配線パターン１３の上側の所定
の領域に接続孔４４ａを形成する。

【００７４】次に、図９（ｄ）に示すように、蒸着法等
を用いて、半導体基板１１の上に接続孔４４ａを含む全
面にわたって、例えばタングステンからなる第２の導体
膜を堆積させることにより、該第２の導体膜を第２の絶
縁膜４４Ａの接続孔４４ａに充填する。続いて、堆積し
た第２の導体膜に対して化学機械研磨（ＣＭＰ）を行な
うことにより、第２の導体膜からなるプラグ１５を形成
する。

【００７５】次に、図１０（ａ）に示すように、第２の
絶縁膜４４Ａに対してエッチバックを行なうことによ
り、上面がプラグ１５の上面よりも低い第２の絶縁膜４
４Ｂを形成する。

【００７６】次に、図１０（ｂ）に示すように、第２の
絶縁膜４４Ｂの上にプラグ１５を含む全面にわたってレ
ジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィ法により、第２
の絶縁膜４４Ｂの上におけるプラグ１５を含む下層配線
パターン１３の上側の領域をマスクするマスクパターン
３１を形成する。

【００７７】次に、図１０（ｃ）に示すように、マスク
パターン３１を用いて第２の絶縁膜４４Ｂに対してエッ
チングを行なって、下層配線パターン１３上に、第２の
絶縁膜４４Ｂからなる絶縁膜パターン４４Ｃを形成し、
その後、マスクパターン３１を除去する。なお、図１０
（ｄ）は、第１の絶縁膜１２に形成された下層配線パタ
ーン１３と、該下層配線パターン１３上に形成されたプ
ラグ１５及び絶縁膜パターン４４Ｃとの様子を表わして
いる。図１０（ｄ）に示すように、プラグ１５の上面は
絶縁膜パターン４４Ｃの上面よりも高い位置にある。

【００７８】一方、図１１（ａ）に示すように、石英ガ
ラスからなる基板２１の上面に、例えば熱硬化性を持つ
ポリイミドを塗布した後、必要に応じて該ポリイミドが
流れない程度の粘性を持つように硬化させて該ポリイミ
ドからなる薄膜２２Ａを形成する。

【００７９】次に、図１１（ｂ）に示すように、薄膜２
２Ａが形成された基板２１をヒータ３５の上に載置し、
続いて、絶縁膜パターン４４Ｃ等が形成された半導体基
板１１における絶縁膜パターン４４Ｃ側を基板２１にお
ける薄膜２２Ａと対向させ、該薄膜２２Ａを下層配線パ
ターン１３との間に間隔をおくように絶縁膜パターン４
４Ｃ及びプラグ１５の上部に圧入する。同時に、ヒータ
３５を用いて薄膜２２Ａが硬化する程度に基板２１を加
熱する。

【００８０】次に、図１１（ｃ）に示すように、薄膜２
２Ａから基板２１を剥離する。ここで、基板２１の剥離
を容易にするために、圧入工程前に、絶縁膜パターン４
４Ｃ及びプラグ１５の表面に薄膜２２Ａとの密着性を高
める密着剤を塗布したり、また、剥離時に基板２１に対
して超音波振動を加えたりすると良い。

【００８１】次に、図１２（ａ）に示すように、例え
ば、化学機械研磨法を用いて、薄膜２２Ａに対してプラ
グ１５の上面が露出するように研磨を行なって、薄膜２
２Ａから第３の絶縁膜としての層間絶縁膜２２Ｂを形成
する。このとき、絶縁膜パターン４４Ｃの上面はプラグ
１５の上面よりも低いため、絶縁膜パターン４４Ｃの上
面は層間絶縁膜２２Ｂから露出することがない。

【００８２】次に、図１２（ｂ）に示すように、層間絶
縁膜２２Ｂの上面に全面にわたってアルミニウム合金か
らなる第３の導体膜を堆積すると共に、第３の導体膜の
上にレジスト膜（図示せず）を塗布し、フォトリソグラ
フィ法によるパターニングを行なって、第３の導体膜か
らなり第２の配線パターンとしての上層配線パターン２
３を形成する。

【００８３】本実施形態によると、上層配線パターン２
３は、酸化シリコンからなる絶縁膜パターン４４Ｃより
も比誘電率が小さい層間絶縁膜２２Ｂによってその下面
の全面が覆われているため、上層配線パターン２３の下
側の実効的な誘電率が小さくなるので、上層配線パター
ン２３における隣接間容量のうちのフリンジ成分をさら
に低減することができる。

【００８４】なお、層間絶縁膜２２Ｂとしてポリイミド
を用いたが、これに限らず、絶縁性を有する材料、望ま
しくは、酸化シリコンよりも誘電率が小さい材料、例え
ば、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン）、水酸化
シルセスキオキサン、メチルシルセスキオキサン又はポ
リアリルエーテル等を用いてもよい。

【００８５】また、下層配線パターン１３及び上層配線
パターン２３としてアルミニウム合金を用いたが、これ
に限らず、アルミニウム、銅又は金等の金属を含む導電
性材料であれば良い。

【００８６】

【発明の効果】本発明の半導体装置及びその製造方法に
よると、配線パターンの側面及び絶縁膜パターンの側面
下部と第３の絶縁膜との間には空隙が形成されるため、
隣接配線間容量を低減できる。その上、第１の絶縁膜と
第３の絶縁膜との間の配線同士の間に、第３の絶縁膜を
支える支柱を設ける必要がなくなるため、該支柱による
配線間容量の増大又は隣接する配線間の短絡の虞がなく
なるので、装置の高集積化及び高速化を図ることができ
る。さらに、配線間に支柱を形成した場合と比べて第３
の絶縁膜を支える面積を大きくできるため、該第３の絶
縁膜を十分に支持できるようになるので、該第３の絶縁
膜の平坦性を向上できると共に、多層配線構造の機械的
強度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を示
す構成断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係
る半導体装置の第１の製造方法を示す工程順の構成断面
図である。

【図３】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の第
１の製造方法を示し、（ａ）、（ｂ）及び（ｄ）は工程
順の構成断面図であり、（ｃ）は一工程の斜視図であ
り、（ｂ）は（ｃ）のIIIｂ−IIIｂ線における構成断面
図である。

【図４】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係
る半導体装置の第１の製造方法を示す工程順の構成断面
図である。

【図５】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係
る半導体装置の第２の製造方法を示す工程順の構成断面
図である。

【図６】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係
る半導体装置の第２の製造方法を示す工程順の構成断面
図である。

【図７】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係
る半導体装置の第２の製造方法を示す工程順の構成断面
図である。

【図８】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置を示
す構成断面図である。

【図９】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第２の実施形態に係
る半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図であ
る。

【図１０】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の
製造方法を示し、（ａ）〜（ｃ）は工程順の構成断面図
であり、（ｄ）は一工程の斜視図であり、（ｃ）は
（ｄ）のＸｃ−Ｘｃ線における構成断面図である。

【図１１】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２の実施形態に
係る半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図で
ある。

【図１２】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２の実施形態
に係る半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図
である。

【図１３】従来の半導体装置を示す構成断面図である。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ 第１の絶縁膜 ３ 下層配線パターン ４ 絶縁膜パターン（第２の絶縁膜） ４Ｂ 絶縁膜パターン（第２の絶縁膜） ５ 空隙 ６ 層間絶縁膜（第３の絶縁膜） ７ 上層配線パターン ８ プラグ １１ 半導体基板 １２ 第１の絶縁膜 １３ 下層配線パターン（第１の配線パターン） １４Ａ 第２の絶縁膜 １４ａ 接続孔 １４Ｂ 絶縁膜パターン １５ プラグ ２１ 基板 ２２Ａ 薄膜 ２２Ｂ 層間絶縁膜（第３の絶縁膜） ２３ 上層配線パターン（第２の配線パターン） ２５ 空隙 ３１ マスクパターン ３５ ヒータ ４４Ａ 第２の絶縁膜 ４４ａ 接続孔 ４４Ｂ 第２の絶縁膜 ４４Ｃ 絶縁膜パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3205 H01L 21/3213 H01L 21/768

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上の第１の絶縁膜の上に第１
   の配線パターンを形成する第１の配線パターン形成工程
   と、 前記半導体基板の上に前記第１の配線パターンを含む全
   面にわたって第２の絶縁膜を堆積する第２の絶縁膜堆積
   工程と、 前記第２の絶縁膜における前記第１の配線パターンの上
   に導体膜からなるプラグを選択的に形成するプラグ形成
   工程と、 前記第２の絶縁膜における前記プラグを含む前記第１の
   配線パターンの上方の領域をマスクして前記第２の絶縁
   膜に対してエッチングを行なうことにより、前記第２の
   絶縁膜から絶縁膜パターンを形成する絶縁膜パターン形
   成工程と、 前記プラグの上部及び前記絶縁膜パターンの上部に粘性
   及び絶縁性を持つ薄膜を圧入した後、前記薄膜を硬化さ
   せることにより、前記薄膜からなる第３の絶縁膜を形成
   する第３の絶縁膜形成工程と、 前記第３の絶縁膜に対して少なくとも前記プラグの上面
   が露出するように研磨を行なった後、前記第３の絶縁膜
   の上に、第２の配線パターンを前記プラグと電気的に接
   続するように形成する第２の配線パターン形成工程とを
   備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 前記プラグ形成工程と前記絶縁膜パター
   ン形成工程との間に、前記第２の絶縁膜に対してその上
   面が前記プラグの上面よりも低くなるようにエッチング
   を行なうエッチング工程をさらに備えていることを特徴
   とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 半導体基板上の第１の絶縁膜の上に第１
   の導体膜を形成する第１の導体膜形成工程と、 前記第１の導体膜の上に全面にわたって第２の絶縁膜を
   堆積する第２の絶縁膜堆積工程と、 前記第２の絶縁膜における前記第１の導体膜の上に第２
   の導体膜からなるプラグを選択的に形成するプラグ形成
   工程と、 前記第２の絶縁膜における前記プラグを含む第１の配線
   パターン形成領域の上側の領域をマスクして前記第２の
   絶縁膜に対してエッチングを行なうことにより、前記第
   ２の絶縁膜から絶縁膜パターンを形成する絶縁膜パター
   ン形成工程と、 前記プラグと前記絶縁膜パターンとをマスクとして、前
   記第１の導体膜に対してエッチングを行なうことによ
   り、前記第１の導体膜から第１の配線パターンを形成す
   る第１の配線パターン形成工程と、 前記プラグの上部及び前記絶縁膜パターンの上部に粘性
   及び絶縁性を持つ薄膜を圧入した後、前記薄膜を硬化さ
   せることにより、前記薄膜からなる第３の絶縁膜を形成
   する第３の絶縁膜形成工程と、 前記第３の絶縁膜に対して少なくとも前記プラグの上面
   が露出するように研磨を行なった後、前記第３の絶縁膜
   の上に、前記プラグと電気的に接続するように第２の配
   線パターンを形成する第２の配線パターン形成工程とを
   備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 前記プラグ形成工程と前記絶縁膜パター
   ン形成工程との間に、前記第２の絶縁膜に対してその上
   面が前記プラグの上面よりも低くなるようにエッチング
   を行なうエッチング工程をさらに備えていることを特徴
   とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】 前記薄膜は熱硬化性を有し、 前記第３の絶縁膜形成工程は、 基板上に形成された前記薄膜と、前記プラグの上面及び
   前記絶縁膜パターンの上面とを対向させた後、前記薄膜
   をプラグの上部及び前記絶縁膜パターンの上部に圧入す
   る圧入工程と、 前記プラグの上部及び前記絶縁膜パターンの上部が圧入
   された前記薄膜に対して熱処理を行なって前記薄膜を硬
   化させた後、前記薄膜から前記基板を剥離する剥離工程
   とを含むことを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれ
   か１項に記載の半導体装置の製造方法。