JPH01318248A

JPH01318248A - 半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH01318248A
Application number: JP15165388A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Tsuchitani; 槌谷　孝裕; Shunichi Nagamine; 長嶺　俊一; Takeshi Toyofuku; 毅豊福; Seiji Sasaki; 佐々木　成二
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-06-20
Filing date: 1988-06-20
Publication date: 1989-12-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔概要〕エア・アイソレーションされた多層配線及びその形成方
法に関し。

下部配線層と上部配線層とを接続するコンタクト部間に
制約を設けることな（、上部配線層に充分な強度をもた
せ、かつエア・アイソレーシジンによる寄生容量低下の
効果を損なわないようにすることを目的とし。

半導体基板の表面に下部配線層を形成し１表面に層間絶
縁膜を堆積させた後、所定の位置にコンタクト窓を形成
し１表面に上部配線層を形成し。

所定の位置で下部配線層とコンタクト部により接続させ
、コンタクト部以外の部分の１層間絶縁膜を所定の大き
さに除去して開口部を形成し、開口部の内部に絶縁物を
充填し２層間絶縁膜を除去して、上部配線層を支える絶
縁物からなる支柱を形成するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体装置及びその製造方法、特にエア・ア
イソレーションされた多層配線及びその形成方法に関す
る。

近年、ＬＳＩの高密度化に伴い、配線を半導体装置の表
面に多層に形成することが盛んに行われている。

そして、ＬＳＩが高速化するに従って、多層配線の配線
間の寄生容量が問題になってきている。

多層配線の配線間の寄生容量を低下させる方法として、
エア・アイソレージコン、すなわち空気により下部配線
層と上部配線層とを分離する方法が考えられているが、
エア・アイソレーション法にも解決すべき問題が多層存
在するのが現状である。

〔従来の技術〕

第２７図〜第３０図は、従来のエア・アイソレーション
法による多層配線の形成方法の各工程を示す図である。

以下、第２７図〜第３０図を用いて、従来のエア・アイ
ソレーション法による多層配線の形成方法を説明する。

（工程ｌ、第第２口半導体基板３０１の表面に下部配線層３０２を形成する
。

（工程２．第２８図参照）表面に下部配線層３０２が形成された半導体基Ｆｉ３０
１の表面にポリイミド［３０３を堆積させる。その後．
ポリイミド層３０３をエツチングして．所定の位置に所
定の大きさの開口部３０４を形成する。

（工程３．第２９図参照）ポリイミドＩＪ３０３の表面に上部配線層３０５を形成
する。上部配線層３０５を構成する金属は開口部３０４
にも充填し，下部配線層３０２とコンタクトをとるよう
にする。

（工程４，第３０図参照）ポリイミドＪｉ１５３０３を灰化して除去する。このよ
うにして、半導体基板３０１０表面に形成された下部配
線層３０２と，この下部配線層３０２とコンタクト部３
０６で接続されると共に支えられ。

かつエア・アイソレーション部３０７により分離された
上部配線層３０５とからなる多層配線構造が得られる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のエア・アイソレーションによる多層配線には，上
部配線層の強度が不足して種々のトラブルを引き起こす
という問題があった。

トラブルの１例を第３１図に示す。

第３１図に示すように，上部配線層３０５はコンタクト
部３０６でのみ支えられている。このため、コンタクト
部３０６間の距離が長い場合，上部配線層３０５の物理
的強度が低下してたわみが生じ，その結果．上部配線層
３０５が下部配線層３０２に接触してしまうという問題
が発生する。

また、上部配線Ｎ３０５同士が接触してしまうという問
題も発生する。

この問題を解決する方法として，コンタクト部間の距離
を短くする方法が考えられる。

第３２図は．コンタクト部間の距離を短くして上記の問
題点を解決したエア・アイソレージコンによる多層配線
の例を示す図である。

第３２図において，半導体基板３０１の表面には，下部
配線層３０２の他にダミー配線層３０７が形成されてい
る。そして、上部配線１３ｏｓはコンタクト部３０６で
下部配線層３０２に接続されると共に支えられ５　さら
に、ダミー・コンタクト部３０８でダミー配線層３０７
に接続されると共に支えられている。この結果、ダミー
・コンタクト部３０８を含めると、上部配線層３０５を
支えるコンタクト部の数が増え、したがって、コンタク
ト部間の距離が短くなるので、上部配線層３０５の物理
的強度は増大し、上記のトラブルを回避することができ
る。

しかしながら、ダミー配線層３０７を形成することは、
配線パターンに大きな制約を設けることとなり、ＬＳＩ
の微細化の妨げとなる。また、ダミー・コンタクト部３
０８を設けることは、抵抗を増大させることとなる。

したがって、第３２図に示すように、コンタクト部間の
距離を短くしても、上記のトラブルの根本的な解決策と
はならない。

本発明は、下部配線層と上部配線層とを接続するコンタ
クト部間に制約を設けることなく、上部配線層に充分な
強度をもたせ、かつエア・アイソレーションによる寄生
容量低下の効果を損なわないようにした。エア・アイソ
レーションされた多層配線及びその形成方法を提供する
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために３本発明に係る半導体装置
、特にエア・アイソレーションされた多層配線は、半導
体基板の表面に形成された下部配線層と、この下部配線
層とコンタクト部により接続されると共に支えられ、エ
ア・アイソレーションにより絶縁された上部配線層とか
らなる多層配線構造を有する半導体装置において、上部
配線層に、コンタクト部以外にも、それを支える。絶縁
物からなる支柱を設けるように構成する。

また９本発明に係る半導体装置の製造方法、特にエア・
アイソレージコンされた多層配線の形成方法は、半導体
基板の表面に下部配線層を形成する工程と１表面に層間
絶縁膜を堆積させた後、所定の位置にコンタクト窓を形
成する工程と１表面に上部配線層を形成し、所定の位置
で下部配線層とコンタクト部により接続させる工程と、
コンタクト部以外の部分の１層間絶縁膜を所定の大きさ
に除去して開口部を形成する工程と、開口部の内部に絶
縁物を充填する工程と５層間絶縁膜を除去して、上部配
線層を支える絶縁物からなる支柱を形成する工程からな
るように構成する。

第１図は１本発明の原理説明図である。

第１図において、１は半導体基板、２は下部配線層、３
はコンタクト部、４はエア・アイソレーション部、５は
上部配線層、６は支柱である。

半導体基板１の内部には、能動素子や受動素子などが形
成されている。

下部配線層２は、半導体基ｖｉ、１の表面に形成され、
半導体基板１の内部に形成された種々の素子を相互に接
続するためのものである。

コンタクト部３は、下部配線層２と上部配線層５とを電
気的に接続すると共に上部配線層５を物理的に支える。

エア・アイソレーション部４は、上部配線Ｎ５を他の部
分から絶縁するためのものである。

上部配線Ｎ５は、半導体基板１の内部に形成された種々
の素子を相互に接続するためのものである。

支柱６は、絶縁物からなり、上部配ＩＩ−！層５を物理
的に支えるためのものである。

第２図（ａ）　〜（ｃ）は、第１図のＡ−Ａ’断面図で
あり、支柱６の各種の構造を示している。

第３図（ａ）　〜（ｃ）は、第１図のＢ−Ｂ’断面図で
あり、支柱６の各種の構造を示しているや第２図及び第
３図において、（ａ）は、支柱６が上部配線層５をその
側面で支える構造を示しており、（ｂ）は、支柱６が上
部配線層５をその側面及び下面の端部で支える構造を示
しており。

（ｃ）は、支柱６が上部配線層５を側面、下面の端部及
び上面で支える構造を示している。

〔作用〕

第１図に示すように９本発明に係るエア・アイソレーシ
ョンされた多層配線は、コンタクト部３間の距離の長い
部分や下部配線層２と上部配線層５とが交差する部分に
絶縁物からなる支柱６を設けて、上部配線層５の物理的
強度を禮保しようとするものである。

支柱６は、下部配線層２のパターンの制約を受けること
なく、形成する位置を自由に選定することができる。さ
らに、支柱部においても半導体基板１又は下部配線層２
と上部配線層５との間への支柱６の介在を最小限にする
ことができるので。

エア・アイソレーションによる寄生容量低下の効果を充
分に発揮することができる。

〔実施例〕

［実施例１］第４図〜第１３図は、第１の実施例の各工程を示す図で
ある。

以下、第４図〜第１３図を用いて、第１の実施例を説明
する。

（工程１．第４図参照）半導体基板１０１の表面に下部配線層１０２を形成する
。

（工程２．第５図参照）下部配線層１０２が形成された半導体基板１゜ｌの表面
に眉間絶縁膜としてのポリイミド層１゜３を堆積させる
。その後、エツチング等により。

ポリイミド層１０３の所定の位置に所定の大きさのコン
タクト窓１０４を形成する。

（工程３．第６図参照）ポリイミドＮ１０３の表面に上部配線層１０５を形成す
る。この時、上部配線層１０５を構成する金属は、コン
タクト窓１０４の内部にも充填させて、下部配線層１０
２と上部配線層１０５とを接続するコンタクト部１０６
を形成する。

（工程４．第７図〜第９図参照）第７図は、工程３までの状態を上から見た図である。

本工程では１点線で囲んだエツチング領域１゜７のポリ
イミド層１０３を、０２ガスによるＲＩＥ（反応性イオ
ン・エツチング）などの異方性エツチングにより除去し
て、開口部１０Ｂを形成する。エツチング・マスクとし
ては、ＳｉレジストやＳｉ樹脂＋レジスト等の多層レジ
ストなどを用いる。

このエツチング・マスクは、使用後、ＣＦ、プラズマな
どで除去する。

第８図は、ポリイミドＦＪ１０３のエツチング領域１０
７をエツチングにより除去した後のＡ−Ａ’断面図であ
る。また、第９図（ａ）は、Ｂ−Ｂ’断面図であり、第
９図（ｂ）は、ｃ−ｃ’断面図である。

（工程５．第１Ｏ図参照）表面に、ＣＶＤ法によす、　Ｓｉｎ、やＰＳＧなどの絶
縁膜１０９を堆積させる。この時、ＣＶＤ膜１０９が、
開口部１０８の内部に充分に入り込むようにする。

（工程６．第１１図参照）ＲＩＥ等の異方性エツチングにより、ポリイミド層１０
３の上面及び上部配線層１０５の上面に堆積されたＣＶ
Ｄ膜１０９をエッチバックする。

（工程７．第１２図及び第１３図参照）０、プラズマな
どの等方性エツチングにより。

ポリイミド［１０３を除去する。この時、上部配線層１
０５の下部のポリイミド層１０３も完全に除去される。

以上の工程を経て、第１３図に示すエア・アイソレーシ
ョンされた多層配線が完成する。第１３図において、支
柱１１１は、ＣＶＤ膜１０９がら構成されている。

［実施例２］本実施例は、実施例１の工程７の次に１次の工程を付は
加える。

（工程８．第１４図参照）第１の実施例の工程７の後、ＣＶＤ膜１０９の表面に、
　Ｓｉｎ、やＰＳＧなどを堆積させて第２のＣＶＤ膜１
１２を形成する。

こうすることにより、第１３図に示した支柱１１１の物
理的強度が、より向上する。

［実施例３］本実施例は、第１の実施例で用いたＣＶＤ膜１０９の代
わりにＳＯＧを使用するものである。

工程１（第４図）〜工程３（第６図）までは。

実施例１と同じである。

（工程４．第１５図参照）ポリイミドＮ１０３の表面に第２のポリイミド層１１３
を堆積させる。

（工程５．第１６図参照）支柱を作るべき部分のポリイミド層１０３及び第２のポ
リイミド層１１３を０２ガスのＲＩＨなどの異方性エツ
チングにより除去して、開口部１１４を形成する。

（工程６．第１７図参照）全面に５ＯＧ１１５を塗布する。この時、５ＯＧ１１５
が開口部１１４の内部に充分行き渡るようにする。

（工程７．第１８図参照）ＲＩＥ等の異方性エツチングにより、上部配線層１０５
及び第２のポリイミド層１１３の表面に塗布された５Ｏ
Ｇ１１５をエンチング部して除去する。

（工程８）実施例１の工程７（第１２図）と同じである。

結果として、第１３図に示したものが完成する。

［実施例４１本実施例は、上部配線層を支える支柱が、上部配線層を
その側面及び下面の端部で支える構造をなすように形成
するものである。

工程１（第４図）〜工程４（第７図〜第９図）は、実施
例１と同じである。

（工程５．第１９図参照）開口部１０Ｂのポリイミド層１０３を０２プラズマなど
の等方性エツチングで少しエツチングすることにより、
上部配線層１０５の下部の端部にサイド・エツチング部
１１６を形成する。

（工程６．第２０図参照）全面にＣＶＤ法により、　ＳｉＯ□やＰＳＧなどのＣＶ
Ｄ膜１１７を堆積させる。この時、ＣＶＤ膜１１７が開
口部１０８の内部、特にサイド・エンチング部１１６に
付着するようにする。

（工程７．第２１図参照）０□プラズマなどの等方性エツチングにより。

ポリイミド層１０３を除去する。上部配線層１０５の下
部のポリイミドＮ１０３は、横からの回り込みにより除
去され、エア・アイソレーション部１１８が形成される
。

以上の工程を経て、第１３図に示すエア・アイソレーシ
ョンされた多層配線が完成する。

［エツチング・パターン］第２２図〜第２６図は、上部配線層を支える支柱を形成
すべき部分のポリイミド層をエツチングにより除去する
ためのエンチング・パターンを示したものである。

第２２図〜第２６図において、２０Ｉは下部配線層、２
０２は上部配線層、２０３はエツチング・パターンであ
る。

第２２図のエツチング・パターンと第２３図のエツチン
グ・パターンを比較すると、下部配線層と上部配線層の
パターンは同じであるが、ポリイミド層をサイド・エツ
チングする量から、第２３図に示すエツチング・パター
ンの方が望ましい。

また、第２５図のエツチング・パターンと第２６図のエ
ツチング・パターンを比較すると、下部配線層と上部配
線層のパターンは同じであるが。

ポリイミド層をサイド・エツチングする量から。

第２５図に示すエンチング・パターンの方が望ましい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、エア・アイソレーションされた多層配
線において、下部配線層と上部配線層とを接続するコン
タクト部間に制約を設けることなく、下部配線層に充分
な強度をもたせ、かつエア・アイソレーションによる寄
生容量低下の効果をｔ員なわないようにすることができ
る。

したがって、低配線容量のＬＳＩを作成することが可能
になり、ＬＳＩの高速化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図。第２図（ａ）〜（ｃ）及び第３図（ａ）　〜（ｃ）は支
柱の各種の構造を示す図。第４図〜第１３図は実施例１の各工程を示す回。第１４図は実施例２の部分工程図。第１５図〜第１８図は実施例３の部分工程図。第１９図〜第２１図は実施例４の部分工程図。第２２図〜第２６図はエツチング・パターンの例を示す
図。第２７図〜第３０図は従来例を示す図。第３１図は従来の問題点を示す図。第３２図は従来の改善例を示す図である。第１図においてｌ：半導体基板２：下部配線層３：コンタクト部４：エア・アイソレーション部５：上部配線層６：支柱

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体基板（１）の表面に形成された下部配線層
（２）と、この下部配線層（２）とコンタクト部（３）
により接続されると共に支えられ、エア・アイソレーシ
ョン部（４）により絶縁された上部配線層（５）とから
なる多層配線構造を有する半導体装置において、上部配線層（５）に、コンタクト部（３）以外にも、そ
れを支える、絶縁物からなる支柱（６）を設けたことを
特徴とする半導体装置。
（２）半導体基板（１０１）の表面に下部配線層（１０
２）を形成する工程と、表面に層間絶縁膜（１０３）を堆積させた後、所定の位
置にコンタクト窓（１０４）を形成する工程と、表面に上部配線層（１０５）を形成し、所定の位置で下
部配線層（１０２）とコンタクト部（１０６）により接
続させる工程と、コンタクト部（１０６）以外の部分の、層間絶縁膜（１
０３）を所定の大きさに除去して開口部（１０８、１１
４）を形成する工程と、開口部（１０８、１１４）の内部に絶縁物（１０９、１
１５）を充填する工程と。層間絶縁膜（１０３）を除去して、上部配線層（１０５
）を支える絶縁物からなる支柱（１１１）を形成する工
程からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。