JPH02237136A - 半導体装置における中空配線の製造方法 - 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） この発明は、半導体基板上で気体により分離絶縁ざれる
中空配線の製造方法に関し、特に中空配線の下地層の改
良に関する。

（従来の技術） 近年、半導体！！ｉｉｍは高速化、高性能化が進められ
ている。素子においては、例えばＧａＡｓＫの化合物半
導体デバイスにより＾速化が図られている。しかしなが
ら、ｔＳ１の高速化に大ぎな影響を与える信号の遅延時
間は、索了の特ｖ１だ（ノではなく、素子問を電気的に
接続する配線が右するＷｆｎによっても仲則される。ま
た、回路全体としての″ｉ１Ｍ．時間は、素子が高性能
と八り累了自身の遅延時聞が小さくなるにともなって、
配ａ容吊（こ起囚ずる遅延が支配的となる。したがって
、Ｌ．　ＳＩの高速化、高性能化を達成するためには、
配線容溌の低減が必要不可欠な課題となる。

イこで、配線容ｆｎを低減する方法としては、従来から
種々の方法が記案されている。その一つの方法が中空配
線である。この中空配線は、接続される他の配線以外に
対して気体又は真空により絶縁分離された配線である。

このような中空配線にあっては、従来のように配線間あ
るレ弓よ配線と電極間に絶縁体が１７在しないため、配
線容耐を従来に比べて低減することができる。

次に、この中空配線の代表的製造方法を■程断面図第４
図（ａ　）乃至同図（［）を用いて説明ずる。同図に丞
す製造方法は、電解メッキ法によりＡｕからなる中空配
線を形成したものである。

まー、半導体基板１上に素子の一部となる不純物層（図
示Ｌず）を形成した後、居間絶Ｒ膜となるＳｉＯ２膜３
をＣＶＤ法により全面に堆積する。

続いて、Ｓｉ０２膜３をエツヂング処理により選択的に
開口し、素子の電１４５を露出させる。その後、素子の
電極５間を接続リる第１層配線７を形成する（第４図（
ａ｝）。

次に、ノ４トレジスト材を全面に塗布した後、フォトリ
ソグラフィの解像度を高めるためのブリベークを１１０
℃程度の温度で行い、露光、現像づる。これにより、中
空配線により接続しようとする第１層配ｌｉＡ７の上部
領域を間口して、接続孔９をｔｉスる第１のフ４トレジ
スト１１を形成ずる。

この時に、第１のフォトレジス１〜１１は、後述する第
１の金属膜１３が接続孔９の内部にあっＣし被肴するよ
うに、接続孔９がテーパーをもつＪ、うに現像除去され
る。その後、第１のフＡトレジスト１１と下地との密着
性を向上させるとともにレジスト自身の強度を高めるた
めのボストベークを１３０’Ｃ程度の温度で行う。続い
て、後述づる電解メッキの７Ｎ極となる第１の金屈膜１
３例えば八〇を蒸着法により５００　程度の厚さで比較
的薄く全面に被若１る（第２図（ｂ》）。

次に、第１の金属膜１３の上部に、中空配線台形成しよ
うとする領域を開口してメッキ時のマスクとなる第２の
フォトレジスト１５を形成ケる。

続いて、後述−４るメッキ処理のメッキ液が、マスクと
なる第２のフォトレジスト１５と下地との間に浸透しな
いように、第２のフＡトレジス［−１５と下地の第１の
金属膜１３との密着性を向ｊさセるために、第２のフォ
トレジスト１５に対してボストベイクを行う。この時に
、第２のフォ１・レジストの下層に第１のフオトレジス
１・１１が形成されているために、第１のフォトレジス
ト１１の１３０℃のポストベーク温度以下の温良例えば
１１０℃程１ｑの湿度でポストベークを行わなければな
らない。その後、第１の金属膜１３を電極としてＡｕの
電解メッキを行い、開口部の第１の金属膜１３の−Ｌに
中空配線１７となるＡｔ７を第２のフォトレジスト１５
よりも低く形成する（第４図（Ｃ　））。

次に、第２のフォトレジスト１５を除去する（第２図（
ｄ）》。

次に、メッヤされたＡＬＩをマスクとして、露出されて
いる第１の金属膜１３を例えばエンストリップ液等のエ
ッヂング液によりエッチングして除去ケる。この時、メ
ッ４〜ざれた八〇の上部もエツブ−ングされるため、メ
ッキざれたＡｕの厚さを薄くさせないために第１の金属
＃３１３は蒲く形成したほうがよい（第４図（ｅ）》。

最後に、第１のフォトレジスト１１を除去して、中空配
輸１７を形成１る（第４図（『）》。

このようにして、中空配線が電解メッ４−によって形成
される。

（発明が解決しようとする課題） 上記した製造方法において、第４図（ｃ）ｉ．二示す第
２の７ォトレジスト１５を形成Ｊる際に、下地との密着
性を高めるために露光前にプリベータを行っている。こ
の時、下層の第１のフＡトレジスト１１は１３０℃程度
の潟度でべ−４−ングを行っているため、この温度より
も低い例えば１１０℃程度の温度でプリベータを行って
いた。

しかしながら、このような温度でプリベータを行った場
合にあつ′Ｃも、下層の第１のフォ１・レジスト１１に
彰胃を与えることがある。例えば第５図に示寸ように、
第２のフォトレジスト１５をプリベークした際に、第１
のフォトレジスト１１からガスが発生し、第１のフォト
レジス１・１１と第１の金属１１３との間に気泡１９が
生じてしまう。

このため、、第１の金属膜１３が変形して、第１の金属
膜１３上に形成される中空配線１７を所望の形状するこ
とができな《なるとい・う不Ｉ合を招いていた。さらに
、このことは、多層中空配線構造を困難にしていた。

また、第４図（ｄ　）に示した第１の金属膜１３を除去
りる際に、第１の金属膜１３の八〇をエツブングするエ
ッチング液は、その主成分がシアン化カリウム（ＫＣＮ
）であるため、第６図に示すように、第１のフォトレジ
スト１１に４傷を与えて変形を１１１いていた。このた
め、第１のフＡトレジスト１１］一に形成された中空配
線１７も疫形し、十述したと同様の不具合を招していた
。

このような不具合は、中空となる領域に耐エツヂング竹
，耐＾温性に弱い有機物質のレジスト材を用いていたた
めであり、メッキ法以外での中空配線の形成方法におい
ても同様である。

そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたしのであり
、その目的とケるところ番よ、中空配線を所望の形状に
形成することを可能とし、多層中空配線を可能とする半
導体Ｈｉｆｌにおける中空配線の製造方法を提供するこ
とにある。

［Ｒ明の構成Ｊ （課題を解決ｑるための手段） １記目的を達成りるために、この発明は、半導体基板上
に層間膜を介して配線を形成１６Ｊ程と、前記層間膜を
選択的に除去することにより前記配線からなる中空配線
を形成する工程とを具備サる竿導体装欝にお１ノる中空
配線の製造方沫において、前記層間膜をＩＹｊ記中空配
線に対して選択的に除去可能な導電性材料で形成｛る事
を要旨とり−る。

（作用） 」一記工程にあって、この発明は、中空配線の下地層を
導電性材料として、中空配線を形成する際に安定した下
地層とし、この下地層を中空配線に対して選択的除去可
能としている。

（実施例） 以下、図面を用いてこの発明の実施例を説明する。

第１図（ａ　）乃至同図（Ｕ　）はこの発明の第１の実
施例に係る半導体装置における中空配線の製造方法の工
程を示寸断面図である。この第１の実施例は、後に中空
となるＢク間膜にＡＮを使用し、電解メッキによりＡＩ
Ｊの中空配線を多層形成したちのである。以下にその製
造方法を示す。

まず、半導体基板１Ｆに素子の電極５聞を接続ζるＴｉ
　／Ｐｔ　／Ａｕからなる第１Ｐ＃ｌｋ！線７を、前述
した第４図（ａ　＞に示したようにして形成する（第１
図（ａ）》。

次に、第１のＡｕ２１をバイアススバツタ法を用いて表
面が平坦となるように厚さ１．５μ易程瓜に全面に堆積
する。堆積方法はバイアススバツタ法に限らないが、ｊ
ｆｆｖ４される第１のＡ愛２１は、その表面が復述づ゜
る中空配線の下面となるので、第１のＡＭ２１を平坦に
堆積づるようにする。また、Ｈｔ．　ｆＩｉする第１の
Ａｌ２１の厚さは、中空配線のｎさに対応して設定する
ようにすればよい（第１図〈ｂ）》。

次に、墳梢した第１のΔ髪２１の上に中空配線の柱とな
る領域（接続孔）を開口した第１のフォトレジスト２３
をリングラフイー技術を用いて形成りる。続いて、第１
のフォトレジスト２３をマスクとして、例えばＣｌ２系
のガスを用いたＲｉＥ法により第１の八１２１をエッチ
ング除去する。

これにより、開口した第１のフ茸トレジスト２３の下部
の第１配線層７を露出させる（第１図（Ｃ　））。

次に、全面の第１のフォトレジスト２３をすべて除去し
た擾、中空配線となる１２ｆｌ配線を形成する領域を開
口した第２のフォトレジスト２４を第１のＡｉ２１の上
部に形成する。この第２のフォトレジスト２４は、次■
程における電解メッキ時のマスクとなるため、メッキ液
が第２の７ォトレジスト２４と下地のＡｉ２１との接合
面に浸透しないようにする必聾がある。このため、第２
のフォトレジスト２４に対して下地との密着性を高める
ボストベークを行う。この時に、第２のフＡトレジスト
２４の下地として熱に対して弱い層がないため、ボスト
ベークを十分な温度１００℃〜１５０℃Ｖ１度にまで上
げることが可能となる。この実施例にあっては、レジス
トパターンが変形しない程度の温度と゜して１３０℃程
度の温度でボストベークを行った。

イの後、ｆＧ極をＡＭ２１どしメッキ液を用いて電解メ
ッキによりＡｕを〜ざ１．２μ爾程瓜にメッキリる。こ
れにより、中空配線となるＡｕの第２層配線２５を形成
する。この時に、膜厚１．５μＩＩｔ）の厚いＡｌｌ２
１を雷搏としているため、電極の抵抗が従来の薄い八〇
電極に比べてかなり低くなる。これにより、例えば３イ
ンチウＩハーの極周辺部から電流を供給した場合であ−
》でも、非常に均一性の優れた△Ｕメッキが可能となる
。なＪゴ、メッキされる八〇の膜厚は第２のノオトレジ
スト２４の膜厚以下に設定される《第１図（ｄ）》次に
、第２フォトレジスト２４を除去する。これにより、下
層には有機物質のフォトレジスト材がなくなるため、こ
れまでの１程を行なっても損傷を受ける層はなくなる。

したかっ−Ｃ１上記した工程を繰り返し行うことにより
、多層の中空配線を容易に形成することが可能となる。

そこで、中空配線を多層化する場合には、第２のフォト
レジス１−２５を除去した後に、第２のＡ斐２７を全面
に堆積ヂる。続いで、第２層配線２５に接続するだめの
１８続孔を開口した第３のノＡｔ・レジスト２９を形成
し、この第３のフォ１・レジスト２９を、マスクとして
第２のＡｕ２７を第２層配線２５が露出１るまでエッチ
ングして除六１る（第１図（Ｃ））。

次に、第ζ３の７ォトレジス１・２９を除去した｛９、
第１図（ｄ　）に示したと同様にして、第４のフォ１・
レジスト３１を形成し、電解メッキにより中空配線とな
るＡＬＩの第３ＷＱ配線３３を形成υる（第１図（『》
）。

次に、第４のフォトレジスト３１を除去リる。

その後、第１のＡ愛２１と第２のΔ愛２７を混酎（リン
酸＋フッ化アン［ニウム）により中空配線のＡＬＩに対
して選択的にエッヂング除去する。このようにして、第
２層配線２５及び第３層配線３３からなる多層の中空配
線が形成される（弟１図（ｇ）》。なお、中空配線をさ
らに多層化りる場合には、前工程（第１図（ｒ））にひ
き続いて、第１図（ｅ）〜同図（『）に示した工程を繰
り返し行うようにすればよい。

このように、Ａｕの中空配線の下地に、レジスト材に比
べて耐エツヂーング竹、耐高温性、導電性に両れ、ＡＬ
Ｊに対して選択的除去が可能なＡｎの金屈を用いたのぐ
、メッ４一時の冫スクとなるフォトレジストを十分なＷ
／ｕでベーキングすることが可能となる。また、このよ
うなベーキングを行ったり、不要なフォトレジストをエ
ッチング除去した場合にあっても、下地の形状が変形す
ることはなくなるので、中空配線を所望の形状に確実か
つ再現性よく形成寸るこどが可能となる。ざらに、下地
のＡＩｌは安定しているめ、高温でのベーキング、電解
メッキ、エッチング除去等の工程を繰り返し行った場合
でも、下地のＡＮにダメージを与えることなはなくなる
。このため、上述した工程を繰り返しｔｉうことにより
、多層の中空配線を容易に形成ずることが可能となる。

また、中空配線の下地どなるＡｎを電解メッキの電極と
することが可能となる。これにより、メッキ時の電極を
新たに設（ブる必要はな＜　’ｃｇる。さらに、中空配
線の柱となる接続孔の開口面槓が狭くとも、Ａｕを接続
孔内部にまで確実にメッ４ｉＪることができるようにな
る。

次に、この発明の第２の実施例について第２図（ａ　）
乃芋同図（Ｃ）を用いて説明覆る。第２図は第２の実施
例の■程を示１Ｊ断面図である。同図に示づ実施例は、
メッキを用いずに中空配線を形成するようにしたもので
ある。

まず、前述した第１の実施例の第１図（ａ　）乃至同図
（Ｃ　）に示したと同様の］−稈の後に、第１のフＡト
レジス１・３５を仝而にＱ布りる．，続いて、この第１
の７４トレジスト３５を１５０℃の＾；扁度でブリベー
クリる。ひさ続いＣ，Ｓ；　Ｏ模３７を抵抗加熱悉石払
により２　０　０　０　　程度のＨさに全面に堆積形成
する。その後、中空配線を形成しようとずる領域が開口
された第２のフォトレジスト３９を、ＳＩＯ躾３７の上
部に形成する（第２図（ａ）》。

次に、ＳｉＯＦＪ３７を第２のフォトレジス１〜３９を
マスクとして、ＣＦ４ガス用いた＋１　ｒ　Ｅ法により
１ツチング除去する。続いて、エツヂング除去して間［
Ｉ　ＬたＳｉＯ膜３７を冫スクとして、０２ガスを用い
／，：ＲＩＥ冫人により第１のフォトレジスト＜３　Ｊ
を１ツチング除去づる。この時、第２のフＡトレジスｔ
−　３　９　ｉｉすべで除去される。このＪツヂング処
理においで１マスクとなるＳｉＯＧ３７が開口端部で第
１のフォトレジスト３５に対してオーバーハングとなる
ように、ＩＩＩＥ法でのエッチング条件を設定７−る。

これにより、第１のフォトレジスト３５はサイド．〕ツ
ヂングされた状態となる。イして、Δｕ４１を全面に蒸
もして堆積サる（第２図（ｂ））。

次に、ＳｉＯ膜３７の下部の第１のフォトレジスト３５
を、例えばアヒント等の右■溶剤により除去する。これ
により、中空配線に対して不要なＡ　ｕを下層の第１の
７ォトレジスト３５とともに除去リ−る。その後、第１
の△髪２１を混酸を用いて除去して、ＡＵからなる中空
配線４１が形成される。この時に、第１のＡｕ２１と下
地のＳｉＯ２膜３との選択除去比が非常に大ぎくとれる
ため、ＳｉＯ２膜３への彰費を極めて少なくして、第１
のΔ琵２１の除去を行うことがでぎる（第２図（Ｃ））
。なＪｊ　，中空配線を多府化する場合には、第２図＜
ｂ＞に示した工程の後に第２図（ａ　）及び同図（ｂ　
）に示した−Ｔ：　Ｉを繰り返し行うようにすればよい
。

このように、電解メッキを用いなくとも、中空配線は、
第１の実施例と同様な効果を得て形成でることができる
。

なお、この発明は．［記実施例に限定されることはない
。例えば中空配線と下地との組合せは八〇とＡｎに限る
ことは４【ク、中空配線がＰ【やＴ１／Ｐｔ　／Ａｕ等
のＡＬ＋を含む金属化合物で、下地が少なくともＡＮを
含む金属化合物であ・）−Ｃもよい。すなわち、中空配
線と下地との聞で選択的除六が可能で、レジスト材に比
べて導電性、耐エッチング性、耐＾潟性に優れた物質の
組合せであればよい。

また、前述した第１の実施例で示した工程において、電
解メッキを２つの工程に分けて、以下（示すような工程
としてもよい。

まず、第１図（Ｃ　）に示した工程にあって、第２の中
空配線の柱となる接続孔を第１のＡＩＬ２１に開口形成
した後に、ΔＵの電解メッキを行う。

これにより、接続孔を第１のＡＭ２１と同じ＾さによで
Ａｕ４３を埋込む（第３図（ａ））．次に、Ｍ１のフォ
トレジスト２３をすべて除去した後、中空配線となる領
域を開口した第２のフＪ＋−レジスト４５を形成する。

続いて、この第２のフォトレジスト４５をマスクとして
、八〇の電解メッキを行い、第２のフォトレジスト４５
の開［」部に△１１４７をメッキする（第３図（ｂ））
。

このような手法は、メッキ時のマスクとなるレジストパ
ターンを同一面上に精度良く何回でも形成可能な特微を
活用したちのぐある。これに対して、従来にあっては、
下層のレジストにダメージを与えることなく、レジスト
パターンを形成することは困難であった。

次に、第１のＡＭ２１を混酎により除去して、中空配ｍ
４９が形成される（第３図（Ｃ））。

このような工程にあっては、中空配線にお番ブる柱の、
Ｅ部の表面形状を平坦にすることができる。

すなわち、第１及び第２の実施例にあって、中空配線の
Ａｌｌを形成する際に、接続孔の底面と下地となるＡＮ
の上面とに高さの差が生じるため、ＡＵをメッキした場
合には接続孔の上部のＡｕの表面にくぼみが生じてしま
うのに対しで、』，記したＴｆ５！にあっては、中空配
線の△Ｕの形成を２つの工程に分けたのて・、上述した
ようなことはなくなる。

したがって、このような工程にあって、多層中空配線を
形成する場合には、より平坦な面．Ｊ：にｄｉいて工程
を繰り返し行うことが可能となる。

［発明の効果１ 以上説明したように、この発明は、中空配線の下地層を
中空配線に対して選択除去可能な導電ｆ１月料としてい
るので、中空配線の形成時に下地を安定させることがで
きる。これにより、中空配線を所望の形状に形成するこ
とが可能になるとともに，中空配線を容易に多ｐｉ化Ｍ
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実論例に係る了埼休装δにお
ける中空配線の製造方法を示リエ１ｆｊ断面図、第２図
はこの発明の第２の実施例に係る半導体装？１における
中空配線の製造方法を承り工程断面図、第３図はこの発
明の他の実施例を示す工程断面図、第４図乃至第６図は
従来の中空配線の製造方法を示Ｊ工程断面図である。 １・・・半導体ヰ仮 ２１・・・第１のＡ更 ２７・・・第２のＡ髪

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上に層間膜を介して配線を形成する工
   程と、 前記層間膜を選択的に除去することにより前記配線から
   なる中空配線を形成する工程と を具備する半導体装置における中空配線の製造方法にお
   いて、 前記層間膜を前記中空配線に対して選択的に除去可能な
   導電性材料で形成する事を特徴とする半導体装置におけ
   る中空配線の製造方法。
2. （２）中空配線は前記層間膜を電極とする電解メッキに
   よつて形成することを特徴とする請求項１記載の半導体
   装置における中空配線の製造方法。