JP3897006B2 - 多層配線の形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、多層配線の形成方法及び多層配線基板の製造方法に関し、特に、配線層間を接続するためのコンタクトホールの形成技術に関する。

近年、半導体装置や電気光学装置等の電子デバイスでは、集積度を高めるために配線の多層化が行なわれている。このような多層配線構造を有するデバイスでは、層間絶縁膜を介して積層された配線層間の導通をとるために、層間絶縁膜にコンタクトホール（開口部）が形成されている。

例えば電気光学装置の分野では、画素スイッチング用のＴＦＴと信号線，画素電極を多層に形成したものが開発されている（特許文献１参照）。この構造のものでは、例えば基板の最下層部にＴＦＴが配置され、この上に第１層間絶縁膜を介して信号線が配置される。また、基板上には更に、この信号線及び第１層間絶縁膜を覆う第２層間絶縁膜が設けられ、この上に画素電極が配置される。そして、これらの層間の導通をとるために、ＴＦＴのソース領域はゲート絶縁膜，第１層間絶縁膜を貫通する第１のコンタクトホールを介して信号線に接続され、ドレイン領域はゲート絶縁膜，第１層間絶縁膜，第２層間絶縁膜を貫通する第２のコンタクトホールを介して画素電極に接続される。
従来、このような開口部の形成工程には、ドライエッチングが用いられていた。
特許第２６２５２６８号公報

しかしながら、コンタクトホールをエッチングによって形成する場合、このコンタクトホールの形成される層間絶縁膜の膜厚不均一性によって、得られるデバイスの電気的特性にバラツキが生じる場合がある。例えば、膜厚が薄いところではオーバーエッチングが起きるため、コンタクトホールの形状が拡大したり下層側の配線層が薄膜化されたりする。特にドライエッチングの場合、絶縁材と導電材とのエッチング選択比を十分に確保できないため、薄膜化の程度は大きくなる。このような下層側の配線層の薄膜化は、コンタクト抵抗の増大や非オーミックな導通特性を招いたり、時には導通不良の原因となる。また、オーバエッチによるコンタクトホールの形状拡大は隣接する導電層間でリーク電流の増大や短絡不良原因となる。そして、リーク電流や短絡の問題は、配線層の密度が高くなり、隣接する配線層間の間隔が狭くなった場合により深刻となる。

また、膜厚が厚いところでは、エッチング不足によりコンタクトホールの底部に層間絶縁膜が残存し導通不良の原因となる。また、上述のエッチング工程ではプラズマエッチングを行なう場合が多いが、この場合、基板にプラズマダメージが生じ、デバイスの電気的特性が劣化する虞がある。しかも、プラズマエッチングでは反応生成物が発生するため、この生成物がコンタクトホールの底部や側壁部に付着することで、導通不良の原因ともなる。

また、上述のような多層構造のデバイスでは、接続を行なう上下方向の配線層間の間隔が広くなる（即ち、層間に配置される層間絶縁膜の層数が多くなったり、膜厚が厚くなる）に従って、これらの間に配置されるコンタクトホールのアスペクト比は大きくなり、開口部を一回の工程で形成することは難しくなる。このため、従来は、これらの配線層間に中継電極を設け、下層側の配線層と中継電極との間、及び、中継電極と上層側の配線層との間を別々のコンタクトホールで接続する方法がとられていた（上記特許文献１参照）。しかし、この方法では、中継電極を形成する分、集積度が下がるため、デバイスの高性能化の妨げになる。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、デバイスの性能を損なうことなく、層間の導通を確実に行なえるようにした多層配線の形成方法、及びこれを用いた多層配線基板の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する為に、本発明に係る多層配線の形成方法は、基板上に形成された第１配線層上に第１マスク材を形成する第１マスク材形成工程と、前記基板上に、前記第１マスク材の膜厚と同等または前記第１マスク材の膜厚以下の膜厚である第１層間絶縁膜を形成する第１層間絶縁膜形成工程と、前記第１マスク材を除去し、前記基板上に前記第１配線層と前記第１層間絶縁膜とが重ならない第１開口部を形成する第１開口部形成工程と、前記基板上に、前記第１層間絶縁膜と前記第１開口部とを覆う有機材料層を形成する工程と、前記第１開口部上に形成された前記有機材料層を残して前記有機材料層を除去し、前記第１開口部上に前記第１層間絶縁膜から突出する第２マスク材を形成する第２マスク材形成工程と、前記第１層間絶縁膜上に、前記第１層間絶縁膜の膜厚との合計が前記第２マスク材の膜厚と同等または前記第２マスク材の膜厚以下となる膜厚である第２層間絶縁膜を形成する第２層間絶縁膜形成工程と、前記第２マスクを除去し、前記基板上に前記第１配線層と前記第１層間絶縁膜と前記第２層間絶縁膜とが重ならない第２開口部を形成する第２開口部形成工程と、を含むことを特徴とする。

すなわち、本方法では、層間絶縁膜形成前に、予め第１配線層の上に例えば柱状のマスク材を形成し、層間絶縁膜形成後に剥離液等を用いてこれを除去する。これによって生じた穴をコンタクトホールとして用いることができる。このため、ドライエッチングを用いた従来の方法と違って、基板にダメージが生じることはない。特に本方法では、接続を行なう層間の間隔が広くなっても、単にマスク材の高さ（膜厚）を変えるだけで対処できるため、従来のようにエッチング時間が長くなることで、基板へのダメージが大きくなる等の不都合は生じない。また、マスク材の除去方法では、第1配線層を全くエッチングしない方法を選択することができるので、マスク材の除去に十分な時間をかけることができる。このため、確実にマスク材を除去できると同時に、コンタクトホールの形状を損なうことや第１配線層が薄膜化することがないといった効果を奏することも可能である。

上記多層配線の形成方法が、前記第２開口部形成工程のあと、前記第２開口部にコンタクト形成材料を供給し、前記第２開口部に前記第１配線層と接続するプラグを形成するプラグ形成工程と、前記第２層間絶縁膜上に前記プラグと接続する第２配線層を形成する第２配線形成工程と、を含むことが好ましい。

また、本発明に係る多層配線の形成方法が、互いに導通された第１配線層および第２配線層を含む複数の配線層が絶縁膜を介して積層されてなる多層配線の形成方法であって、基板上に第１配線層を形成する工程と、前記第１配線層の上に、所定位置に開口部を有する絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜の上に前記開口部を介して導通する第２配線層を形成する工程とを備え、前記絶縁膜の形成工程は、前記第１配線層の上に、前記所定位置に第１開口部を有する第１絶縁膜を形成する工程と、前記基板上の前記所定位置に、前記第１開口部の内部を覆って前記第１絶縁膜上に突出するマスク材を形成する工程と、前記マスク材を除いた前記基板の全面に第２絶縁膜を形成する工程と、前記マスク材を除去することにより、前記第２絶縁膜を厚み方向に貫通し且つ前記第１開口部と連通する第２開口部を形成する工程とを有することを特徴とするものであってもよい。

すなわち、第１、第２の配線層間に複数層の層間絶縁膜が配置された場合には、第１の配線層に近い１層又は複数層の層間絶縁膜（第１絶縁膜）をエッチング等の方法で開口し、それ以外の層間絶縁膜（第２絶縁膜）を上述のマスク材の形成／除去によって開口しても、本発明の目的を十分に達成することができる。このように層間に配置される絶縁膜を第１絶縁膜と第２絶縁膜とに分け、これらの絶縁膜の開口方法を独立に選択することで、工程の自由度を高めることができる。

また、本発明に係る多層配線の形成方法が、前記第１絶縁膜と前記第２配線層との間には複数層の絶縁膜が配置され、前記絶縁膜の形成工程では、前記第１絶縁膜の形成工程後に、前記マスク材の形成工程と、前記第２絶縁膜の形成工程と、前記マスク材の除去工程とを繰り返すことにより、前記第１配線層および第２配線層間に配置される複数層の絶縁膜を連通する開口部を形成するものであることが好ましい。これにより、配線層間の間隔が広がった場合であっても、基板へのダメージを十分に抑えつつ、これらを確実に接続することができる。

また、本発明に係る多層配線の形成方法が、前記第１絶縁膜の形成工程は、前記第１配線層上に絶縁膜を形成する工程と、フォトリソグラフィ技術を用いて、前記第１開口部の形成領域に位置する絶縁膜を除去する工程とを有することが好ましい。また、前記マスク材の形成工程では、前記開口部の形成予定位置に液体有機材料を選択的に吐出し、これを固化させることで前記マスク材を前記開口部の形成予定位置に形成することが好ましい。

また、本発明に係る多層配線の形成方法が、前記マスク材の形成工程では、前記基板全面に感光性樹脂を形成し、これを露光および現像することで前記マスク材をパターン形成するものであることが好ましい。なお、上述のマスク材の形成方法は、基板上に柱状の構造物を形成できる方法であればどのようなものでもよい。また、使用するマスク材も、無機材料，有機材料のいずれでもよく、又、これらの混合材料としてもよい。しかし、マスク材を有機材料とすれば、これを塗布法を用いて簡便に形成できるので、より好ましい。具体的には、上記マスク材の形成工程において、基板全面に感光性樹脂を形成し、これを露光，現像して上記マスク材を上記開口部の形成予定位置にパターン形成することで、上述の柱状構造を最も簡便に得ることができる。また、このようにマスク材を感光性樹脂とした場合には、剥離液等を用いることで、基板にダメージを与えることなくこれを簡単に除去できるため、本発明の効果がより発揮されやすい。

また、本発明に係る多層配線の形成方法が、基板上に形成された第１配線層の上に、第１液体材料を塗布し第１マスク材を形成する第１マスク材形成工程と、前記基板上に、前記第１マスク材の膜厚と同等または前記第１マスク材の膜厚以下の膜厚である第１層間絶縁膜を形成する第１層間絶縁膜形成工程と、前記第１マスク材を除去し、前記基板上に前記第１配線層と前記第１層間絶縁膜とが重ならない第１開口部を形成する第１開口部形成工程と、を含むものであることが好ましい。また、マスク材を有機物とした場合には、マスク材を、例えばインクジェットプリンタのプリンタヘッドのような定量吐出装置を用いて、液滴吐出法により形成することも可能である。例えば液滴吐出法を用いると、材料を必要な部分にのみ供給できるため、他の塗布方法に比べて材料の使用効率が高く、コスト的に有利となる。マスク材を塗布で形成する方法としては、この他にも、スピンコート法、ディップコート法、ロールコート法、カーテンコート法、スプレー法等の公知の方法を用いることができる。これらの方法にはそれぞれに一長一短があるため、形成するコンタクトホール（開口部）の形態に応じて、これらを使い分けることが望ましい。例えば、スピンコート法では、膜厚の均一性が高く、膜厚の制御も比較的容易であるが、材料の利用効率という点で難がある。一方、液滴吐出法では、材料の利用効率は高いものの、アスペクト比の高い柱状構造物を作るのは難しい。このため、上記マスク材の形成工程では、コンタクトホールの深さ、例えば、コンタクトホールの貫通する層間絶縁膜の層数に応じて、マスク材の形成方法を選択することが好ましい。例えばこの層数が１層であれば、液滴吐出法を用いればよく、複数層ある場合には、スピンコート法等の方法を用いて基板全面に厚膜の感光性樹脂を形成し、露光、現像によってこれをパターニングすればよい。

また、本発明に係る多層配線の形成方法が、前記第１マスク材形成工程が、前記第１配線層上の所定領域の周囲に、前記第１液体材料に対する撥液性を高める撥液処理を行う工程を含み、前記第１マスク材が前記所定領域上に形成されることが好ましい。また、前記第１層間絶縁膜形成工程が、前記基板上に、第２液体材料を塗布する工程を含むことが好ましい。また、前記第１層間絶縁膜形成工程が、前記第２液体絶縁材料を塗布する前に、前記第１マスク材に、前記液体絶縁材料に対する發液性を高める撥液処理を行う工程を含むことが好ましい。また、前記第１開口部形成工程のあと、前記第１開口部にコンタクト形成材料を供給し、前記第１開口部に前記第１配線層と接続するプラグを形成するプラグ形成工程と、前記第１層間絶縁膜上に前記プラグと接続する第２配線層を形成する第２配線形成工程と、を含むことが好ましい。

（第１実施形態）
まず、図１，図２を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る多層配線基板の製造方法について説明する。図１，図２は３層の配線層を基板上に積層形成する工程に対して本発明を適用した例を示している。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。

本実施形態では、まず、図１（ａ）に示すように、絶縁膜が形成された半導体基板や、ガラスやプラスチック等からなる絶縁基板などの基板１０の表面に、公知の方法を用いて配線層１１を形成する。
次に、図１（ｂ）に示すように、この配線層１１上の所定の位置に開口部Ｈ１，Ｈ２を有する層間絶縁膜１２を形成する。この層間絶縁膜１２は、例えばＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）や酸素ガスなどを原料としてプラズマＣＶＤ法により形成することができる。或いは、ＳＯＧ等の液体絶縁材料を基板全面に塗布し、これを焼成することによっても形成できる。この液体絶縁材料の塗布方法としては、スピンコート法，ディップコート法，ロールコート法，カーテンコート法，スプレー法，液滴吐出法（インクジェット法）等の公知の方法を用いることができる。特にスピンコート法では、遠心力によって液体材料が引き伸ばされるため、膜厚均一性が高く表面が平坦な層間絶縁膜が形成される。また、液体絶縁材料としては、上述のＳＯＧの他、ポリシラザンやポリイミド，Ｌｏｗ−Ｋ材等を使用することができる。
そして、このように形成された層間絶縁膜１２の上にレジストを塗布し、パターニングにより開口部の形成される領域（開口部の形成予定位置）に開口部を形成する。そして、このレジストをマスクとしてエッチングを行ない、このレジストの開口部に位置する層間絶縁膜を除去することで、図１（ｂ）の構造が得られる。

次に、図１（ｃ）に示すように、層間絶縁膜１２の上に、開口部Ｈ１を介して配線層１１と導通する配線層１３を形成する。この工程では、まず、インクジェットプリンタのプリンタヘッドのようなの定量吐出装置を用いて、開口部Ｈ１内に有機金属化合物を主成分とした液体コンタクト形成材料や金属微粒子が分散された液体コンタクト材料を供給し、この液体コンタクト形成材料を焼成，固化することにより、開口部Ｈ１内に接続プラグ１３ａを形成する。この際、液体材料を開口部Ｈ１内に確実に充填するために、液体材料を塗布する前に、予め開口部内に親液処理を施しておくことが望ましい。この親液処理は、例えば開口部内に紫外線を照射することによって行なうことができる。

次に、層間絶縁膜１２を覆って撥液膜を形成する。そして、マスクを介して基板に紫外線を照射し、配線層１３の形成予定位置に配置された撥液膜を分解，除去する。これにより、基板上に撥液膜のある領域とない領域が形成される。撥液膜のある領域は撥液性を有し、撥液膜のない領域は親液性を有する。即ち、基板上に撥液性領域と親液性領域が形成され、親液性領域が配線形成領域となる。そして、この配線形成領域に有機金属化合物を主成分とする液体配線材料や金属微粒子が分散された液体配線材料を供給し、これを熱処理して配線層１３を形成する。この後、基板全体に紫外線を照射して、残りの撥液膜を分解，除去する。
なお、接続プラグは配線層１３と同時に形成してもよい。この場合、図１（ｂ）の段階で撥液膜を形成し、マスク露光により、開口部Ｈ１及び配線層１３の形成予定位置に配置された撥液膜を分解除去する。そして、このようにして形成された撥液膜のない領域及び開口部Ｈ１の内部に液体配線材料を供給することで、配線層１３と同時に接続プラグ１３ａを形成することができる。

次に、図１（ｄ）に示すように、スピンコート法等の方法を用いて、配線層１３及び層間絶縁膜１２を覆うように、基板全体に感光性樹脂であるレジスト１４を形成する。この際、層間絶縁膜１２上に配置されるレジスト１４の膜厚は、後述の層間絶縁膜１５の膜厚と同じかそれ以上とする。これにより、後述のマスクピラー１４ａが層間絶縁膜１５内に埋没することを防止できる。
次に、図２（ａ）に示すように、このレジスト１４を露光，現像して、開口部Ｈ２の形成位置にのみレジストを残す。これにより、基板上には、開口部Ｈ２の内部を覆って層間絶縁膜１２の上に突出した柱状のマスクピラー（マスク材）１４ａが形成される。

次に、図２（ｂ）に示すように、マスクピラー１４ａの周囲、即ち、マスクピラー１４ａを除いた基板の全面に酸化シリコン等からなる層間絶縁膜１５を形成する。この層間絶縁膜１５は、層間絶縁膜１２と同様に、液体絶縁材料をスピンコート法等の方法を用いて塗布し、これを熱処理することによって形成できる。この際、マスクピラー１４ａの上部に液体絶縁材料が付着するのを防ぐために、液体絶縁材料を塗布する前に、予めマスクピラー１４ａに撥液処理を施しておくことが望ましい。このマスクピラー１４ａの撥液処理は、四フッ化炭素などのフッ素原子を含むガスを大気圧プラズマによって分解して活性なフッ素単原子やイオンを生成し、この活性なフッ素にマスクピラー１４ａを晒すことによって行なうことができる。なお、マスクピラー１４ａをフッ素原子を含む撥液性のフォトレジストによって形成した場合には、このような撥液処理は不要である。
次に、図２（ｃ）に示すように、マスクピラー１４ａを剥離液等を用いて除去する。これにより、層間絶縁膜１２，１５には、開口部Ｈ２の形成位置に、配線層１１に通じる開口部Ｈ３が形成される。

次に、図２（ｄ）に示すように、層間絶縁膜１５の上に、開口部Ｈ３を介して配線層１１と導通する配線層１６を形成する。この工程では、上述した配線層１３の形成工程と同様に、まず、定量吐出装置を用いて、開口部Ｈ３内に有機金属化合物を主成分とした液体コンタクト形成材料を供給し、この液体コンタクト形成材料を焼成，固化することにより、開口部Ｈ３内に接続プラグ１６ａを形成する。この際、開口部Ｈ３内に液体材料を確実に充填するために、紫外線照射等の方法を用いて開口部内を予め親液化しておくことが望ましい。
次に、層間絶縁膜１５を覆って撥液膜を形成し、マスク露光により、この撥液膜をパターニングし配線形成領域を形成する。そして、この配線形成領域に有機金属化合物を主成分とする液体配線材料を供給し、これを熱処理して配線層１６を形成する。この後、基板全体に紫外線を照射して、残りの撥液膜を分解，除去する。なお、接続プラグ１６ａは配線層１６と同時に形成してもよい。

このように本実施形態では、層間絶縁膜形成前に形成したマスクピラーを層間絶縁膜形成後に剥離し、これによって生じた穴をコンタクトホールとして利用している。このため、層間絶縁膜を形成した後に、ドライエッチングによりこれを開口する従来の方法と違って、基板にダメージが生じることはない。特に本方法では、接続を行なう層間の間隔が広くなっても、単にマスク材の高さ（膜厚）を変えるだけで対処できるため、従来のようにエッチング時間が長くなることで、基板へのダメージが大きくなる等の不都合は生じない。
なお、本実施形態では、配線層１１と配線層１３とを接続する開口部Ｈ１をエッチングで形成した例を示したが、開口部Ｈ３と同様に、これをマスクピラーの形成／除去により形成することも可能である。しかし、層間の間隔が小さい（即ち、層間に配置される層間絶縁膜の層数が少ない）場合には、この間のコンタクトホールをドライエッチングで形成しても、これにかかるエッチング時間やオーバーエッチング量は少なくなるので、上述した基板へのダメージは小さい。このため、本実施形態のように、配線層１１に近い層間絶縁膜をエッチングで開口し、それ以外の層間絶縁膜をマスクピラーの形成／除去によって開口したとしても、本発明の主眼である、配線の接続信頼性の向上という目的は十分に達成される。また、層間絶縁膜の形成時にマスク材の存在が、層間絶縁膜の膜質や該層間絶縁膜と下層膜との界面状態の制御において問題になることがあるが、このような場合には層間絶縁膜形成後に開口部を形成するのが望ましい。

（第２実施形態）
次に、図３〜図５を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る多層配線の形成方法について説明する。図３〜図５は、上記第１実施形態と同様に、３層の配線層を基板上に積層形成する工程に対して本発明を適用した例を示している。本実施形態では、１層目と３層目、１層目と２層目、及び２層目と３層目が導通された多層配線の形成方法について説明する。

本実施形態では、図３（ａ）に示すように、まず、ガラスやプラスチック等からなる基板１０の表面に、公知の方法を用いて配線層２１を形成し、この配線層２１上において、後述の開口部Ｈ４，Ｈ５の形成される位置にマスクピラー（マスク材）２２，２２を形成する。このマスクピラー２２は、定量吐出装置を用いてレジスト等の液体有機材料を選択的に塗布し、これを固化することにより形成される。この際、マスクピラー２２の膜厚（高さ）は、後述の層間絶縁膜２３の膜厚と同じかそれ以上とする。これにより、マスクピラー２２が層間絶縁膜２３内に埋没することを防止できる。また、この工程では、滴下された液体材料が開口部の形成予定位置を超えて周囲に大きく広がるのを防ぐために、滴下前に、予め配線層２１において開口部Ｈ４，Ｈ５の形成される位置の周囲に撥液処理を施しておくことが望ましい。この撥液処理は、例えばフッ素樹脂等の撥液膜を配線層上に形成することによって行なうことができる。

次に、図３（ｂ）に示すように、このマスクピラー２２の周囲、即ち、マスクピラー２２を除いた基板の全面に酸化シリコン等からなる層間絶縁膜２３を形成する。この層間絶縁膜２３は、ＳＯＧ，ポリシラザン，ポリイミド，Ｌｏｗ−Ｋ材等の液体絶縁材料をスピンコート法等の方法を用いて基板全面に塗布し、これを熱処理することによって形成することができる。この際、マスクピラー２２の上部に液体絶縁材料が付着するのを防止するために、液体絶縁材料を塗布する前に、予めマスクピラー２２に撥液処理を施しておくことが望ましい。なお、マスクピラー２２をフッ素原子を含む撥液性のフォトレジストによって形成した場合には、このような撥液処理は不要である。
次に、図３（ｃ）に示すように、マスクピラー２２を剥離液等を用いて除去する。これにより、層間絶縁膜２３には、配線層２１に通じる開口部Ｈ４，Ｈ５が形成される。

次に、図４（ａ）に示すように、層間絶縁膜２３の上に、開口部Ｈ４を介して配線層２１と導通する配線層２４を形成する。この工程では、まず、定量吐出装置を用いて、開口部Ｈ４内に有機金属化合物を主成分とした液体コンタクト形成材料を供給し、この液体コンタクト形成材料を焼成，固化することにより、開口部Ｈ４内に接続プラグ２４ａを形成する。この際、液体材料を開口部Ｈ４内に確実に充填するために、液体材料を塗布する前に、予め開口部内に親液処理を施しておくことが望ましい。
次に、層間絶縁膜２３を覆って撥液膜を形成し、マスク露光により、この撥液膜に配線用の溝を形成する。そして、この溝内に有機金属化合物を主成分とする液体配線材料を供給し、これを熱処理して配線層２４を形成する。この後、基板全体に紫外線を照射して、残りの撥液膜を分解，除去する。なお、接続プラグは配線層１３と同時に形成してもよい。

次に、図４（ｂ）に示すように、スピンコート法等の方法を用いて、配線層２４及び層間絶縁膜２３を覆うように、基板全体に感光性樹脂であるレジスト２５を形成する。この際、層間絶縁膜２３上に配置されるレジスト２５の膜厚は、後述の層間絶縁膜２６の膜厚と同じがそれ以上とする。これにより、後述のマスクピラー２５が層間絶縁膜２６内に埋没することを防止できる。
次に、図４（ｃ）に示すように、このレジスト２５を露光，現像して、開口部Ｈ４，Ｈ５の形成位置にのみレジストを残す。これにより、基板上には、配線層２４の形成位置に柱状のマスクピラー２５ａが形成され、開口部Ｈ５の形成位置には、この開口部Ｈ５の内部を覆って層間絶縁膜２３上に突出した柱状のマスクピラー２５ｂが形成される。

次に、図４（ｄ）に示すように、マスクピラー２５ａ，２５ｂの周囲、即ち、マスクピラー２５ａ，２５ｂを除いた基板の全面に酸化シリコン等からなる層間絶縁膜２６を形成する。この層間絶縁膜２６は、層間絶縁膜２３と同様に、液体絶縁材料をスピンコート法等の方法を用いて基板全面に塗布し、これを熱処理することによって形成できる。この際、マスクピラー２５ａ，２５ｂの上部に液体絶縁材料が付着するのを防ぐために、液体絶縁材料を塗布する前に、予めマスクピラー２５ａ，２５ｂに撥液処理を施しておくことが望ましい。なお、マスクピラー２５ａ，２５ｂをフッ素原子を含む撥液性のフォトレジストによって形成した場合には、このような撥液処理は不要である。
次に、図５（ａ）に示すように、マスクピラー２５ａ，２５ｂを剥離液等を用いて除去する。これにより、層間絶縁膜２６における開口部Ｈ４の形成位置には、配線層２４に通じる開口部Ｈ６が形成される。一方、層間絶縁膜２３，２６には、開口部Ｈ５の形成位置に、配線層２１に通じる開口部Ｈ７が形成される。

次に、図５（ｂ）に示すように、層間絶縁膜２６の上に、開口部Ｈ６を介して配線層２４と導通する配線層２７と、開口部Ｈ７を介して配線層２１と導通する配線層２８とを形成する。この工程では、上述した配線層２４の形成工程と同様に、まず、定量吐出装置を用いて、開口部Ｈ６内に有機金属化合物を主成分とした液体コンタクト形成材料を供給し、この液体コンタクト形成材料を焼成，固化することにより、開口部Ｈ３内に接続プラグ２７ａを形成する。続いて、層間絶縁膜２６を覆って撥液膜を形成し、マスク露光により、この撥液膜に配線用の溝を形成する。そして、この溝内に有機金属化合物を主成分とする液体配線材料を供給し、これを熱処理して配線層２７を形成する。この後、基板全体に紫外線を照射して、残りの撥液膜を分解，除去する。

次に、開口部Ｈ７内に有機金属化合物を主成分とした液体コンタクト形成材料を供給し、この液体コンタクト形成材料を焼成，固化することにより、開口部Ｈ７内に接続プラグ２８ａを形成する。続いて、層間絶縁膜２６を覆って撥液膜を形成し、マスク露光により、この撥液膜に配線用の溝を形成する。そして、この溝内に有機金属化合物を主成分とする液体配線材料を供給し、これを熱処理して配線層２８を形成する。この後、基板全体に紫外線を照射して、残りの撥液膜を分解，除去する。なお、接続プラグ２７ａ，２８ａは、それぞれ配線層２７，２８と同時に形成してもよい。また、配線層２７，２８はどちらを先に形成してもよい。
このように本実施形態でも、ドライエッチングを用いずに配線層間のコンタクトホールを形成できるため、配線の接続信頼性を高めることができる。

（第３実施形態）
次に、図６〜図８を参照しながら、本発明の第３実施形態に係る多層配線基板の製造方法について説明する。図６〜図７は、上記第１実施形態と同様に、３層の配線層を基板上に積層形成する工程に対して本発明を適用した例を示している。本実施形態では、１層目と３層目、及び２層目と３層目が導通された多層配線の形成方法について説明する。

本実施形態では、図６（ａ）に示すように、まず、ガラスやプラスチック等からなる基板３０の表面に、公知の方法を用いて配線層３１を形成し、この配線層３１上において、後述の開口部Ｈ８の形成される位置にマスクピラー（マスク材）３２を形成する。このマスクピラー３２は、定量吐出装置によりレジスト等の液体有機材料を塗布し、これを固化することにより形成される。この際、マスクピラー３２の膜厚（高さ）は、後述の層間絶縁膜３３の膜厚と同じかそれ以上とする。これにより、マスクピラー３２が層間絶縁膜３３内に埋没することを防止できる。また、この工程では、滴下された液体材料が開口部の形成予定位置を超えて周囲に大きく広がるのを防ぐために、滴下前に、予め配線層３１において開口部Ｈ８の形成される位置の周囲に撥液処理を施しておくことが望ましい。この撥液処理は、例えばフッ素樹脂等の撥液膜を配線層上に形成することによって行なうことができる。

次に、図６（ｂ）に示すように、このマスクピラー３２の周囲、即ち、マスクピラー３２を除いた基板の全面に酸化シリコン等からなる層間絶縁膜３３を形成する。この層間絶縁膜３３は、ＳＯＧ，ポリシラザン，ポリイミド，Ｌｏｗ−Ｋ材等の液体絶縁材料をスピンコート法等の方法を用いて基板全面に塗布し、これを熱処理することによって形成することができる。この際、マスクピラー３２の上部に液体絶縁材料が付着するのを防止するために、液体絶縁材料を塗布する前に、予めマスクピラー３２に撥液処理を施しておくことが望ましい。なお、マスクピラー３２をフッ素原子を含む撥液性のフォトレジストによって形成した場合には、このような撥液処理は不要である。

次に、図６（ｃ）に示すように、層間絶縁膜３３の上に配線層３４を形成する。この工程では、まず、層間絶縁膜３３を覆って撥液膜を形成し、マスク露光により、この撥液膜に配線用の溝を形成する。そして、この溝内に有機金属化合物を主成分とする液体配線材料を供給し、これを熱処理して配線層３４を形成する。この後、基板全体に紫外線を照射して、残りの撥液膜を分解，除去する。
次に、マスクピラー３２を剥離液等を用いて除去する。これにより、層間絶縁膜３３には、配線層３１に通じる開口部Ｈ８が形成される。なお、この配線層３４の形成工程とマスクピラー３２の除去工程とは、どちらを先に行なってもよい。

次に、図７（ａ）に示すように、スピンコート法等の方法を用いて、配線層３４及び層間絶縁膜３３を覆うように、基板全体に感光性樹脂であるレジスト３５を形成する。この際、層間絶縁膜３３上に配置されるレジスト３５の膜厚は、後述の層間絶縁膜３６の膜厚と同じがそれ以上とする。これにより、後述のマスクピラー３５ａが層間絶縁膜３６内に埋没することを防止できる。
次に、図７（ｂ）に示すように、このレジスト３５を露光，現像して、配線層３４の形成位置及び開口部Ｈ８の形成位置にのみレジストを残す。これにより、基板上には、配線層３４の形成位置に柱状のマスクピラー３５ａが形成され、開口部Ｈ８の形成位置には、この開口部Ｈ８の内部を覆って層間絶縁膜３３の上に突出した柱状のマスクピラー３５ｂが形成される。

次に、図７（ｃ）に示すように、マスクピラー３５ａ，３５ｂの周囲、即ち、マスクピラー３５ａ，３５ｂを除いた基板の全面に酸化シリコン等からなる層間絶縁膜３６を形成する。この層間絶縁膜３６は、層間絶縁膜３３と同様に、液体絶縁材料をスピンコート法等の方法を用いて基板全面に塗布し、これを熱処理することによって形成できる。この際、マスクピラー３５ａ，３５ｂの上部に液体絶縁材料が付着するのを防ぐために、液体絶縁材料を塗布する前に、予めマスクピラー３５ａ，３５ｂに撥液処理を施しておくことが望ましい。なお、マスクピラー３５ａ，３５ｂをフッ素原子を含む撥液性のフォトレジストによって形成した場合には、このような撥液処理は不要である。
次に、図８（ａ）に示すように、マスクピラー３５ａ，３５ｂを剥離液等を用いて除去する。これにより、層間絶縁膜３６における配線層３４の形成位置には、配線層３４に通じる開口部Ｈ９が形成される。一方、層間絶縁膜３３，３６には、開口部Ｈ８の形成位置に、配線層３１に通じる開口部Ｈ１０が形成される。

次に、図８（ｂ）に示すように、層間絶縁膜３６の上に、開口部Ｈ９を介して配線層３４と導通する配線層３７と、開口部Ｈ１０を介して配線層３１と導通する配線層３８とを形成する。この工程では、まず、定量吐出装置を用いて、開口部Ｈ９内に有機金属化合物を主成分とした液体コンタクト形成材料を供給し、この液体コンタクト形成材料を焼成，固化することにより、開口部Ｈ９内に接続プラグ３７ａを形成する。続いて、層間絶縁膜３６を覆って撥液膜を形成し、マスク露光により、この撥液膜に配線用の溝を形成する。そして、この溝内に有機金属化合物を主成分とする液体配線材料を供給し、これを熱処理して配線層３７を形成する。この後、基板全体に紫外線を照射して、残りの撥液膜を分解，除去する。

次に、開口部Ｈ１０内に有機金属化合物を主成分とした液体コンタクト形成材料を供給し、この液体コンタクト形成材料を焼成，固化することにより、開口部Ｈ１０内に接続プラグ３８ａを形成する。続いて、層間絶縁膜３６を覆って撥液膜を形成し、マスク露光により、この撥液膜に配線用の溝を形成する。そして、この溝内に有機金属化合物を主成分とする液体配線材料を供給し、これを熱処理して配線層３８を形成する。この後、基板全体に紫外線を照射して、残りの撥液膜を分解，除去する。なお、接続プラグ３７ａ，３８ａは、それぞれ配線層３７，３８と同時に形成してもよい。また、配線層３７，３８はどちらを先に形成してもよい。
このように本実施形態でも、ドライエッチングを用いずに配線層間の開口部を形成できるため、配線の接続信頼性を高めることができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上述の実施形態では、配線層が層間絶縁膜を介して３層積層された多層配線の形成方法を例に挙げて説明したが、４層以上の多層配線を形成する場合でも、同様の方法を用いることができる。このような多層配線構造では、接続を行なう配線層の間隔が広くなる程、例えば、接続される配線層間に配置される配線層の数が多くなる程、本発明の効果は大きくなる。

また、上記実施形態では、マスクピラーを液滴吐出法やスピンコート法によって形成したが、いずれの方法をとるかは自由に選択することができる。例えば、マスクピラー１４ａやマスクピラー２５ａ，２５ｂを液滴吐出法により形成することも可能である。しかし、液滴吐出法では、アスペクト比の高い柱状構造物を形成することは難しいため、どのような塗布方法を用いるかは、形成しようとするコンタクトホールの深さによって選択することが好ましい。具体的には、形成するコンタクトホールが浅い場合（例えば、開口部の貫通する層間絶縁膜の層数が１層の場合）には、液滴吐出法を用い、コンタクトホールが深い場合（例えば、開口部の貫通する層間絶縁膜の層数が複数層ある場合）には、スピンコート法等の方法を用いて基板全面に感光性樹脂を形成し、露光，現像によりこれをパターニングすることによって、マスクピラーを形成すればよい。なお、液滴吐出法を用いる場合には、吐出する液体有機材料は、必ずしも感光性の樹脂に限定されず、例えばポリイミド溶液等であってもよい。

本発明の第１実施形態に係る多層配線の形成方法を説明するための工程図。 図１に続く工程図。 本発明の第２実施形態に係る多層配線の形成方法を説明するための工程図。 図３に続く工程図。 図４に続く工程図。 本発明の第３実施形態に係る多層配線の形成方法を説明するための工程図。 図６に続く工程図。 図７に続く工程図。

符号の説明

１０，２０，３０・・・基板、１１，１３，１６，２１，２４，２７，２８，３１，３４，３７，３８・・・配線層，１２，１５，２３，２６，３３，３６・・・絶縁膜、１４ａ，２２，２５ａ，２５ｂ，３２，３５ａ，３５ｂ・・・マスクピラー（マスク材）、Ｈ１〜Ｈ１０・・・開口部（開口部）

Claims (12)

1. 基板上に形成された第１配線層上に第１マスク材を形成する第１マスク材形成工程と、
   前記基板上に、前記第１マスク材の膜厚と同等または前記第１マスク材の膜厚以下の膜厚である第１層間絶縁膜を形成する第１層間絶縁膜形成工程と、
   前記第１マスク材を除去し、前記基板上に前記第１配線層と前記第１層間絶縁膜とが重ならない第１開口部を形成する第１開口部形成工程と、
   前記基板上に、前記第１層間絶縁膜と前記第１開口部とを覆う有機材料層を形成する工程と、
   前記第１開口部上に形成された前記有機材料層を残して前記有機材料層を除去し、前記第１開口部上に前記第１層間絶縁膜から突出する第２マスク材を形成する第２マスク材形成工程と、
   前記第１層間絶縁膜上に、前記第１層間絶縁膜の膜厚との合計が前記第２マスク材の膜厚と同等または前記第２マスク材の膜厚以下となる膜厚である第２層間絶縁膜を形成する第２層間絶縁膜形成工程と、
   前記第２マスクを除去し、前記基板上に前記第１配線層と前記第１層間絶縁膜と前記第２層間絶縁膜とが重ならない第２開口部を形成する第２開口部形成工程と、を含むことを特徴とする多層配線の形成方法。
2. 請求項１に記載の多層配線の形成方法において、
   前記第２開口部形成工程のあと、前記第２開口部にコンタクト形成材料を供給し、前記第２開口部に前記第１配線層と接続するプラグを形成するプラグ形成工程と、
   前記第２層間絶縁膜上に前記プラグと接続する第２の配線層を形成する第２配線形成工程と、を含むことを特徴とする多層配線の形成方法。
3. 互いに導通された第１および第２配線層を含む複数の配線層が絶縁膜を介して積層されてなる多層配線の形成方法であって、
   基板上に第１配線層を形成する工程と、
   前記第１配線層の上に、所定位置に開口部を有する絶縁膜を形成する工程と、
   前記絶縁膜の上に前記開口部を介して導通する第２配線層を形成する工程とを備え、
   前記絶縁膜の形成工程は、
   前記第１配線層の上に、前記所定位置に第１開口部を有する第１絶縁膜を形成する工程と、
   前記基板上の前記所定位置に、前記第１開口部の内部を覆って前記第１絶縁膜上に突出するマスク材を形成する工程と、
   前記マスク材を除いた前記基板の全面に第２絶縁膜を形成する工程と、
   前記マスク材を除去することにより、前記第２絶縁膜を厚み方向に貫通し且つ前記第１開口部と連通する第２開口部を形成する工程とを有することを特徴とする、多層配線の形成方法。
4. 請求項３に記載の多層配線の形成方法において、
   前記第１絶縁膜と前記第２配線層との間には複数層の絶縁膜が配置され、
   前記絶縁膜の形成工程では、前記第１絶縁膜の形成工程後に、前記マスク材の形成工程と、前記第２絶縁膜の形成工程と、前記マスク材の除去工程とを繰り返すことにより、前記第１および第２配線層間に配置される複数層の絶縁膜を連通する開口部を形成することを特徴とする多層配線の形成方法。
5. 請求項３または４に記載の多層配線の形成方法において、
   前記第１絶縁膜の形成工程は、前記第１配線層上に絶縁膜を形成する工程と、フォトリソグラフィ技術を用いて、前記第１開口部の形成領域に位置する絶縁膜を除去する工程とを有することを特徴とする多層配線の形成方法。
6. 請求項３ないし５のいずれかに記載の多層配線の形成方法において、
   前記マスク材の形成工程では、前記基板全面に感光性樹脂を形成し、これを露光および現像することで前記マスク材をパターン形成することを特徴とする多層配線の形成方法。
7. 請求項３ないし６のいずれかに記載の多層配線の形成方法において、
   前記マスク材の形成工程では、前記開口部の形成予定位置に液体有機材料を選択的に吐出し、これを固化させることで前記マスク材を前記開口部の形成予定位置に形成することを特徴とする多層配線の形成方法。
8. 基板上に形成された第１配線層の上に、第１液体材料を塗布し第１マスク材を形成する第１マスク材形成工程と、
   前記基板上に、前記第１マスク材の膜厚と同等または前記第１マスク材の膜厚以下の膜厚である第１層間絶縁膜を形成する第１層間絶縁膜形成工程と、
   前記第１マスク材を除去し、前記基板上に前記第１配線層と前記第１層間絶縁膜とが重ならない第１開口部を形成する第１開口部形成工程と、を含むことを特徴とする多層配線の形成方法。
9. 請求項８に記載の多層配線の形成方法において、
   前記第１マスク材形成工程が、前記第１配線層上の所定領域の周囲に、前記第１液体材料に対する撥液性を高める撥液処理を行う工程を含み、前記第１マスク材が前記所定領域上に形成されることを特徴とする多層配線の形成方法。
10. 請求項８または９に記載の多層配線の形成方法において、
    前記第１層間絶縁膜形成工程が、前記基板上に、第２液体材料を塗布する工程を含むことを特徴とする多層配線の形成方法。
11. 請求項８ないし１０のいずれかに記載の多層配線の形成方法において、
    前記第１層間絶縁膜形成工程が、前記第２液体絶縁材料を塗布する前に、前記第１マスク材に、前記液体絶縁材料に対する發液性を高める撥液処理を行う工程を含むことを特徴とする多層配線の形成方法。
12. 請求項８ないし１１のいずれかに記載の多層配線の形成方法において、
    前記第１開口部形成工程のあと、前記第１開口部にコンタクト形成材料を供給し、前記第１開口部に前記第１配線層と接続するプラグを形成するプラグ形成工程と、
    前記第１層間絶縁膜上に前記プラグと接続する第１の配線層を形成する第１配線形成工程と、を含むことを特徴とする多層配線の形成方法。

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