JPH02220464A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は中空配線構造を有する半導体装置及びその製造
方法に関する。

（従来の技術） 近年スパーコンピューターや通信機器には高速性に優れ
た集積回路（ＩＣ）が多用されている。

この様なＩＣには高速性を生かすために数々の工夫がな
されており、特に配線については、配線容量を極力抑え
た構造の所謂中空配線が使用されている。この中空配線
を備えたＩＣを第５図に示した餐希申寺噸喘断面図に沿
って説明する。

先ず、シリコン基板（１）上のフィールド絶縁膜（５、
）で囲まれた領域に電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）（
Ｑ）や拡散層（Ｄ）を形成し、これらを含む全面にＳｉ
Ｏ２膜を形成する。この後ＦＥＴ　（Ｑ）及び拡散層（
Ｄ）上のＳ　ｉＯ２膜の所望箇所を開孔して第１層間絶
縁膜（５゜）を形成する。この絶縁膜（５゜）上及び開
孔内に、（第５図（ａ））。

次いで、全面にＳ　ｉ　０２膜を堆積し、この膜のうち
フィールド絶縁膜（５□）及び第１層配線上の所望箇所
に開孔（Ｈ）、（Ｈ２）を形成して第２層間絶縁膜（６
）を設ける。この開孔（Ｈｌ）は第１及び第２層間絶縁
膜（５゜）、（８）を通して形成されるため、開孔（Ｈ
２）と比べ深い（第５図（ｂ））。

さらに、第２層間絶縁膜（６）上にＡｇ層を被着し後、
エツチングにより所望形状に加工して第２層配線（７）
及びこの配線から延在した配線支持用柱（８）及び接続
部（８□）を形成する。この際開孔（Ｈｌ）が深いため
Ａ、９が底まで入らず、開孔（Ｈｌ）内部がＡΩで完全
に埋まりにくい（第５図（Ｃ））。

最後に、第１及び第２層間絶縁膜（５゜）。

（６）を除去することにより、中空配線が完成する。

この中空配線構造は配線間が真空或は低誘電率の気体で
満たされるため、配線容易が小さく、高速用ＩＣに適し
ている（第５図（ｄ））。

しかしながら、この様な高速用ＩＣにも以下の問題があ
る。

■　第１及び第２層配線（３）　、　（７）は一般に熱
伝導性の低い気体で覆われるため、通電中に生じた熱が
放散されにくい。特にこの問題は、金属がくぼんで通電
しにくくなった部分（円で囲む領域Ａ、Ｂ、Ｃ）で顕著
になり、この部分（Ａ）　、　（Ｂ）　。

（Ｃ）が局部的に高温になって、配線（７）と支持用柱
（８□）間の切断或いは、配線（７）自体の断線を引き
起こす。

■　配線支持用柱（８、）は、第１及び第２層間絶縁膜
（５□）、（６）を貫通して設けた開孔（Ｈｌ）の形成
後、この内部にＡρを被着して形成されるため、開孔（
Ｈｌ）の奥までＡｌ１が入りに＜＜、下部でＡＮが欠け
る。この問題は多層配線の上層配線を支える支持用柱に
なるほど顕著になる。これにより柱（８□）によって第
２層配線（７）はうまく支えられなくなってたわみ、或
いは以上述べた様に、従来の半導体装置では、通電中の
発熱によって配線が断線かる問題及び、配線を形の整っ
た支持用柱で支持できない事に起因する配線のショート
という問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、高信頼性を
もって配線を良好に支持ししかも発熱性に適した配線支
持用柱を備えた半導体装置を提供する事を第１の目的と
する。

また、この様な配線支持用柱を備えた半導体装置を容易
に形成することのできる半導体装置の製造方法を提供す
る事を第２の目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するためになされたもので、第
１の発明は基板と、この基板上又はこの基板上に絶縁膜
を介して形成された配線支持用柱と、周囲が真空又は気
体で覆われると共に前記支持用柱で支持された配線とを
備えた半導体装置において、前記支持用柱が金属を含む
材料で設けられると共に前記基板表面と平行方向の径の
長さが一部太くなっている事を特徴とする半導体装置を
提供するものである。

また、第２の発明は基板上に層間絶縁膜と配線層を交互
に設ける工程と、その後層間絶縁膜を除去する工程とを
備えた半導体装置の製造方法において、夫々の前記層間
絶縁膜に配線支持用柱を形成し、前記支持用柱を積層す
ることにより前記配線層を支持する積層支持柱を形成す
る事を特徴とする半導体装置の製造方法を提供するもの
である。

（作　用） 本発明によれば、配線支持用柱に熱伝導性及び放熱作用
の高い金属を主とする材料を用い、しかもその径を一部
大きくして表面積を広く稼いでいるため、中空配線に発
生した通電時の熱を効果的に逃がすことができる。

さらに、種々の異なる高さの配線支持用柱を、夫々の配
線形成工程にて分割して形成するために、この柱の高さ
に拘わることなく整った形状の柱を得ることができる。

（実施例） 本発明の詳細を実施例によって説明する。

第１図は本発明の第１の実施例に係るＧａＡｓＩＣを製
造工程順に示した断面図である。

先ず。半絶縁性ＧａＡｓＩＣ板（１）表面に拡散層（図
示せず）を設け、この上に電極（２）を形成する事によ
って、素子例えばショットキーゲート型電界効果トラン
ジスタを完成させる。その後全面に例えばＳ　ｉｏ　２
膜を堆積し、所望の箇所に開孔設けて第１層間絶縁膜（
５）を形成する。次いで全面にＡｐを被着した後これを
エツチングによって加工し、第１層配線（３）と、配線
支持用柱（４□）及び電極（２）とのコンタクト部（４
□）を夫々形成する。ここで配線支持用柱（４、）は爲
媚嘲小後述する高い柱の− 部になる様に予め形成している（第１図（ａ））。

さらに、Ｓ　ｉｏ　２膜を全面に堆積し、この膜のうち
支持用柱（４□）及び第１層配線（３）の所望箇所上を
開孔して第２層間絶縁膜（６）を形成する。

その後全面にＡＮを被着し、これを所望の配線形状にエ
ツチングで加工することにより、第２層配線（７）と、
この配線から延在した配線支持用柱（８）及び第１層配
線とのコンタクト部（８゜）を形成する（第１図（ｂ）
）。

その後第１図（ｂ）に示した工程と同様にして第３層間
絶縁膜（９）と、第３層配線（１０）及びこれから延在
した配線支持用柱（１１□）やコンタクト部（１１２）
を夫々形成する（第１図（Ｃ））。

最後に第１．第２及び第３層間絶縁膜（５）　、　（６
）　。

（９）をウェットエツチングにより除去する事によりて
、第１．第２及び第３層配線からなる中空配線が完成す
る（第１図（ｄ））。

この様に形成された中空配線例えば第３層配線（１０）
は、３つの配線支持用柱（４□）、（８、）。

（１１１”）を順次積層して形成した柱（以下積層支持
柱と呼ぶ）によって支持される。この積層支持柱はその
つなぎ目の径が広がっているために、積層しない従来の
支持用柱と比べ表面積が大きい。

この表面積の増加は５０〜１００％程度にできる場合に
よってはこれ以上も可能である。従って通電中に発生し
た熱を速やかに放散することができ、中空配線の断線を
防止できる。

また、積層支持柱形成に当たり、個々の支持用柱（４）
、　　（８）、　　（１１１）を通常の配線パターンと
同一工程にて配線パターンと別に設けるだけで良いので
、従来技術をそのまま用い、しかも工程数の増加はない
。

さらに、従来３層以上の配線の支持用柱を整った形に形
成するのは困難であったが、この製造方法では、高さに
拘わることなく、強固で欠損のな柱の形成が容易に行え
る。

次に本発明の第２の実施例を第２図に沿って説明する。

尚、先の実施例と同一部分の説明は以後省略した。

先ず、先の実施例と同様の工程を経て、第１層間絶縁膜
（５）を設けた後、所望箇所を開孔し、選択ＣＶＤ法に
よって、この開孔にタングステンの支持用柱（４、）を
形成する。この際絶縁膜（５）の高さより多少高めにタ
ングステンを成長させる事によって、支持用柱（４□）
は、頭部に笠ができる（第２図（ａ））。

次いで、電極（２）上の第１層間絶縁膜（５）に開孔を
形成した後Ａｌを全面に被着し、これを所望の配線形状
にエツチングで加工して第１層配線（３）を形成する。

この後全面にＳ　Ｌ　Ｏ２膜（６□）を堆積し、この上
にフォトレジスト（６２）を塗布するこれにより表面の
段差はほぼなくなる（第２図（ｂ））。

さらに、エッチバック法によりこのレジスト（６２）を
エツチングしてゆき、Ｓｉｏ２膜（６、）を削りこれを
平坦化した所で止め、第２層間絶縁膜（６３）を形成す
る。この後第２図（ａ）の工程と同様にして支持用柱（
８、）を形成する（第２図（Ｃ））。

しかる後、第１層配線（３）上の第２層間絶縁膜（６３
）に開孔を形成し、第２図（ｂ）の工程と同様にして第
２層配線（７）を形成する（第２図（ｄ））。

その後、第２図（ｂ）及び第２図（Ｃ）と同様の工程を
経て、平坦化した第３層間絶縁膜（９）を形成する。

次いでこの支持用柱（８□）上の第３層間絶縁膜（９）
に開孔を形成して、この開孔にタングステンの支持用柱
（１１□）を選択ＣＶＤ法で形成する。

この後、再び第２層配線（７）上の所定の第３層間絶縁
膜（９）に開孔を設け、さらに、全面にＡ、Ｑを被着し
てこれを配線形状にエツチングで加工することにより第
３層配線（ｌＯ）と、これが延在して第２層配線（７）
に接触するコンタクト部＜１１２’）を夫々形成する（
第２図（ｅ））。

最後にウェットエツチングによって第１．第２図及び第
３層間絶縁膜（５）、（６３）、（９）を除去し、３層
構造の中空配線が完成する（第２図（ｒ））。

このＧａＡｓ　ＩＣも先述したものと同様の効果を有す
る。また、その他に、積層支持柱は、配線の材料である
アルミニウムに比べ堅いタングステンでできているため
、より高次の高い所に形成される配線を歪むことなく強
固に支持できる。しかもこの柱には高融点金属でできて
いるために、通電中の加熱に起因する変形に強い。例え
ばＡΩであればこの様な熱に対してエレクトロマイグレ
ーションを引き起こし、変形してしまう。

さらに、本発明の第３の実施例を第３図に示す。

これは先に説明した第２の実施例中でのコンタクト部間
（４）、　　（８）、　　（１１□）に相当する部分を
支持用柱と同じ工程でしかも同じ選択ＣＶＤ法で形成す
るものである。この実施例も第２の実施例と同様の効果
がある。その他、配線間をつなぐ材料は全てタングステ
ンであるため、この中空配線は第２の実施例以上の強度
を持ち、信頼性が高い。

最後に、本発明の第４の実施例を第４図に示す。

これは配線支持用柱（４）、　　Ｃ１３）、　　（１１
，）を第２及び第３の実施例と同様に夫々タングステン
の選択ＣＶＤ法で形成したものである。その際、夫々の
柱の径を変えることによって、積層支持柱の径が下方部
にいくに従って太くなるようにしたものである。これに
より積層支持柱は、その表面積が増し、しかも安定に配
線を支持できる。その他、積層支持柱の中心部を太くし
ても構わない。

本発明は上記実施例に限られるものではない。

例えば、ここでは基板にＣ；ａＡｓを用いたが、他の化
合物半導体例えばＩｎＰでも良く、或はＳｔやＧｅ等で
あっても構わない。基板をＳｉにした場合には、半絶縁
性を呈するＧａＡｓとは異なり一般に導電型を呈するた
め、支持用柱は基板上に絶縁膜を介して形成される。

また、配線にはアルミニウムを用いたが、アルミニウム
とＳｉ或いはＣｕとの合金や、Ａｕを主成分とする材料
を用いても良い。配線構造は単層に限るものではなく、
例えば下からＴ　ｉ　／　Ｐ　ｔ・／Ａｕの如く３層の
ものでも差し支えない。

さらに、配線支持用柱は、金属を含む熱伝導性の良い材
料であれば良く、アルミニウムやタングステンの他、硅
化タングステン、モリブデン、硅化チタン等の選択形成
可能な材料が好ましい。

尚、本発明は上記記載に限られるものではなくその主旨
を逸脱しない範囲内で種々変形して実施する事ができる
。

〔発明の効果〕

上記構成によれば、高い信頼性によって配線を支持でき
しかも放熱性に適した配線支持用柱を備えた半導体装置
を容易に形成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１図の実施例を示す図、第２図は本
発明の第２の実施例を示す図、第３図は本発明の第３の
実施例を示す図、第４図は本発明の第４の実施例を示す
図、第５図は従来例を示す図である。 １・・・基板　　　　　　　　２・・・電極３・・・第
１層配線 ４、、　８．、　ｌｌｉ・・配線支持用柱４２．８２，
１１２・・・コンタクト部５・・・第１層間絶縁膜　　
　６・・・第２層間絶縁膜５・・・第１層間絶縁膜 ６・・・第２層間絶縁膜 ７・・・第２層配線 ９・・・第３層間絶縁膜 １０・・・第３層配線

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板と、この基板上又はこの基板上に絶縁膜を介
   して形成された配線支持用柱と、周囲が真空又は気体で
   覆われると共に前記支持用柱で支持された配線とを備え
   た半導体装置において、前記支持用柱が金属を含む材料
   で設けられると共にその径の長さが一部太くなっている
   事を特徴とする半導体装置。
2. （２）前記支持用柱の径は前記支持用柱の下方になるに
   従ってより太くなっている事を特徴とする請求項１記載
   の半導体装置。
3. （３）基板上に層間絶縁膜と配線層を交互に設ける工程
   と、この配線層を支持するための配線支持用柱を前記層
   間絶縁膜に開口を設けて形成する工程と、その後層間絶
   縁膜を除去する工程とを備えた半導体装置の製造方法に
   おいて、前記層間絶縁膜形成の都度この層間絶縁膜の前
   記配線支持用柱形成部に開口を設けて配線支持用柱を積
   層形成する事を特徴とする半導体装置の製造方法。
4. （４）前記配線支持用を選択ＣＶＤ法で形成した事を特
   徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。