JPH08181485A - 半導体集積回路の配線構造およびその製造方法 - Google Patents
半導体集積回路の配線構造およびその製造方法Info
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- JPH08181485A JPH08181485A JP6322535A JP32253594A JPH08181485A JP H08181485 A JPH08181485 A JP H08181485A JP 6322535 A JP6322535 A JP 6322535A JP 32253594 A JP32253594 A JP 32253594A JP H08181485 A JPH08181485 A JP H08181485A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体集積回路の信号配線に印加される隣接
配線間のクロストークノイズを低減し、信号を安定して
伝達させる。 【構成】 絶縁膜３ａ，３ｂと第１の導電膜４からなる
複合膜に、側壁絶縁膜７付き配線溝６を形成し、さらに
かかる配線溝６に第２の導電体８を埋め込んで溝埋め込
み配線９を形成することで、配線９の両側に自己整合的
シールド層１０が形成されている配線構造である。 【効果】 自己整合的にシールド層を形成することで、
信号配線のレイアウト設計に負担をかけることなく、信
号配線間のクロストークノイズを静電遮蔽できる。
配線間のクロストークノイズを低減し、信号を安定して
伝達させる。 【構成】 絶縁膜３ａ，３ｂと第１の導電膜４からなる
複合膜に、側壁絶縁膜７付き配線溝６を形成し、さらに
かかる配線溝６に第２の導電体８を埋め込んで溝埋め込
み配線９を形成することで、配線９の両側に自己整合的
シールド層１０が形成されている配線構造である。 【効果】 自己整合的にシールド層を形成することで、
信号配線のレイアウト設計に負担をかけることなく、信
号配線間のクロストークノイズを静電遮蔽できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路の配線間
のシールド層の構造とその製造方法に関するものであ
る。
のシールド層の構造とその製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、シリコン半導体基板に形成される
集積回路（以後、ＬＳＩと称す）の機能の多様化が図ら
れ、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体素子の集積度が著しく大き
くなっている。これらのＭＯＳＦＥＴを接続するための
配線密度を向上するため、配線幅の縮小、狭ピッチ化お
よび多層化が必須となっている。また、制御信号（クロ
ック）が５００ＭＨｚを越えるといったＬＳＩの高速化
に対する要請も強い。
集積回路（以後、ＬＳＩと称す）の機能の多様化が図ら
れ、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体素子の集積度が著しく大き
くなっている。これらのＭＯＳＦＥＴを接続するための
配線密度を向上するため、配線幅の縮小、狭ピッチ化お
よび多層化が必須となっている。また、制御信号（クロ
ック）が５００ＭＨｚを越えるといったＬＳＩの高速化
に対する要請も強い。
【０００３】ところで、この配線密度の増加と信号伝送
の高速化によって、隣接する配線間の信号漏洩や注入と
いったクロストークノイズによる誤動作が懸念されてい
る。このクロストークノイズとは、信号の立ち上がりあ
るいは立ち下がりに生じる静電誘導起電力により、信号
の送られていないはずの配線にノイズ信号が入力される
現象であり、このノイズによりＬＳＩデバイスが誤動作
を起こす。このクロストークノイズを防ぐ方法として、
図４に示す多層配線層１４ａ，１４ｂ間にシールド層１
６を形成する方法（クワォンら、アイ・イ・イ・イ、ト
ランザクションオン コンポーネント（ＩＥＥＥ Ｔｒ
ａｎｓ．ｏｎ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）、ハイブリッド＆
マニュファクチャリング テクノロジー（Ｈｙｂｒｉｄ
＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈ．）、Ｖｏ
ｌ．ＣＨＭＴ−１０、ＮＯ．３、ｐｐ３１４−３２０，
１９８７）や、図５に示すように配線の上方と下方にシ
ールド層１６を形成するのみならず、その両側にシール
ド配線層１７を形成する方法（特開平２−８２５３１号
公報）が提案されている。
の高速化によって、隣接する配線間の信号漏洩や注入と
いったクロストークノイズによる誤動作が懸念されてい
る。このクロストークノイズとは、信号の立ち上がりあ
るいは立ち下がりに生じる静電誘導起電力により、信号
の送られていないはずの配線にノイズ信号が入力される
現象であり、このノイズによりＬＳＩデバイスが誤動作
を起こす。このクロストークノイズを防ぐ方法として、
図４に示す多層配線層１４ａ，１４ｂ間にシールド層１
６を形成する方法（クワォンら、アイ・イ・イ・イ、ト
ランザクションオン コンポーネント（ＩＥＥＥ Ｔｒ
ａｎｓ．ｏｎ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）、ハイブリッド＆
マニュファクチャリング テクノロジー（Ｈｙｂｒｉｄ
＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈ．）、Ｖｏ
ｌ．ＣＨＭＴ−１０、ＮＯ．３、ｐｐ３１４−３２０，
１９８７）や、図５に示すように配線の上方と下方にシ
ールド層１６を形成するのみならず、その両側にシール
ド配線層１７を形成する方法（特開平２−８２５３１号
公報）が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来のＬＳ
Ｉの構造および製造方法には、以下に述べる課題があっ
た。まず、図４に示した多層配線間にシールド層を挟み
込む方法は、例えば第１アルミ配線層１４ａと第２アル
ミ配線層１４ｂとの間に、配線層間シールド層１６を挟
み込むことで、上下に位置する両配線間のクロストーク
ノイズを遮断することはできる。しかしながら、左右に
隣接する信号配線間のクロストークノイズを遮断するこ
とはできない。また、図５に示した信号配線の両側にシ
ールド配線１７をレイアウトして設置する方法では、隣
接する信号配線間のクロストークノイズを遮断すること
はできる。しかしながら、信号配線のレイアウトの際
に、シールド配線１７のレイアウトを考慮する必要があ
る点や、シールド配線１７が信号配線路の障害となるこ
とを回避しながら設計する必要がある点等、信号配線の
レイアウト設計が極めて複雑となる。特に大規模なＬＳ
Ｉに適用することは難しい。さらにこの構造では、シー
ルド配線層１７とアルミ配線層１４との厚さが同じであ
る。そのためシールド配線層１７の側面とアルミ配線層
１４との間に大きな容量カップリングが生じる。すなわ
ちアルミ配線層１７間のクロストークノイズは遮断され
るが、シールド配線層１７との大きな容量のため信号伝
達遅延が大きくなってしまう。
Ｉの構造および製造方法には、以下に述べる課題があっ
た。まず、図４に示した多層配線間にシールド層を挟み
込む方法は、例えば第１アルミ配線層１４ａと第２アル
ミ配線層１４ｂとの間に、配線層間シールド層１６を挟
み込むことで、上下に位置する両配線間のクロストーク
ノイズを遮断することはできる。しかしながら、左右に
隣接する信号配線間のクロストークノイズを遮断するこ
とはできない。また、図５に示した信号配線の両側にシ
ールド配線１７をレイアウトして設置する方法では、隣
接する信号配線間のクロストークノイズを遮断すること
はできる。しかしながら、信号配線のレイアウトの際
に、シールド配線１７のレイアウトを考慮する必要があ
る点や、シールド配線１７が信号配線路の障害となるこ
とを回避しながら設計する必要がある点等、信号配線の
レイアウト設計が極めて複雑となる。特に大規模なＬＳ
Ｉに適用することは難しい。さらにこの構造では、シー
ルド配線層１７とアルミ配線層１４との厚さが同じであ
る。そのためシールド配線層１７の側面とアルミ配線層
１４との間に大きな容量カップリングが生じる。すなわ
ちアルミ配線層１７間のクロストークノイズは遮断され
るが、シールド配線層１７との大きな容量のため信号伝
達遅延が大きくなってしまう。
【０００５】本発明の目的は、これらの問題を解決する
半導体集積回路の配線構造とその製造方法を提示するこ
とにある。
半導体集積回路の配線構造とその製造方法を提示するこ
とにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁膜と第１
の導電膜からなる複合膜に形成された側壁絶縁膜付き溝
に、第２の導電体を埋め込んで配線を形成することで、
第１の導電膜からなり前記配線層よりも薄いシールド層
が前記配線の両側に自己整合的に形成されていることを
特徴とする半導体集積回路の配線構造である。この配線
構造は多層に積層して多層配線としてもよい。
の導電膜からなる複合膜に形成された側壁絶縁膜付き溝
に、第２の導電体を埋め込んで配線を形成することで、
第１の導電膜からなり前記配線層よりも薄いシールド層
が前記配線の両側に自己整合的に形成されていることを
特徴とする半導体集積回路の配線構造である。この配線
構造は多層に積層して多層配線としてもよい。
【０００７】また多層配線にした場合、積層された配線
層間に存在する層間絶縁膜中の縦配線形成領域以外に自
己整合的にシールド層が形成されていることで、各配線
の上下左右に自己整合的シールド層を設けて上下層間の
カップリングをなくすようにしてもよい。
層間に存在する層間絶縁膜中の縦配線形成領域以外に自
己整合的にシールド層が形成されていることで、各配線
の上下左右に自己整合的シールド層を設けて上下層間の
カップリングをなくすようにしてもよい。
【０００８】またシールド層は別に一定電源に接続せ
ず、一定電位に接続された半導体基板と容量カップリン
グしているだけでもよい。
ず、一定電位に接続された半導体基板と容量カップリン
グしているだけでもよい。
【０００９】また本発明は、下地膜上に、絶縁膜、第１
の導電膜からなる複合膜を形成する工程と、前記複合膜
に配線溝を形成する工程と、前記配線溝に側壁絶縁膜を
形成する工程と、前記配線溝に第２の導電体を埋め込む
ことを特徴とする半導体集積回路の配線の製造方法であ
る。
の導電膜からなる複合膜を形成する工程と、前記複合膜
に配線溝を形成する工程と、前記配線溝に側壁絶縁膜を
形成する工程と、前記配線溝に第２の導電体を埋め込む
ことを特徴とする半導体集積回路の配線の製造方法であ
る。
【００１０】また、本発明は、絶縁膜と第１の導電膜か
らなる複合膜に形成された側壁絶縁膜付き溝に、第２の
導電体を埋め込んで配線を形成することで、第１の導電
膜からなり前記配線層よりも薄いシールド層が前記配線
の両側に自己整合的に形成された配線層上に、絶縁膜、
第１の導電膜および絶縁膜の積層された層間絶縁膜を形
成する工程と、前記層間絶縁膜に側壁絶縁膜の形成され
た穴を形成する工程と、この穴に第３の導電体を埋め込
んで縦配線を形成する工程とにより、層間絶縁膜中の縦
配線形成領域以外に自己整合的シールド層を形成するこ
とを特徴とする半導体集積回路の配線の製造方法であ
る。
らなる複合膜に形成された側壁絶縁膜付き溝に、第２の
導電体を埋め込んで配線を形成することで、第１の導電
膜からなり前記配線層よりも薄いシールド層が前記配線
の両側に自己整合的に形成された配線層上に、絶縁膜、
第１の導電膜および絶縁膜の積層された層間絶縁膜を形
成する工程と、前記層間絶縁膜に側壁絶縁膜の形成され
た穴を形成する工程と、この穴に第３の導電体を埋め込
んで縦配線を形成する工程とにより、層間絶縁膜中の縦
配線形成領域以外に自己整合的シールド層を形成するこ
とを特徴とする半導体集積回路の配線の製造方法であ
る。
【００１１】なお、配線間あるいは層間絶縁膜に形成さ
れたシールド層を伝熱板として用いることで、半導体集
積回路から発生する熱を放出することができる。
れたシールド層を伝熱板として用いることで、半導体集
積回路から発生する熱を放出することができる。
【００１２】
【作用】第１の導電膜を含む積層膜に配線層を埋め込む
ことで、配線間に自己整合的に第１の導電膜からなるシ
ールド膜が形成されるため、配線レイアウトの際、シー
ルド配線のレイアウトを考慮する必要がなく、またシー
ルド配線が信号配線路の障害となることを回避しながら
設計する必要もなくなり、信号配線のレイアウト設計に
負担をかけることなく、配線間クロストークノイズを低
減できる。
ことで、配線間に自己整合的に第１の導電膜からなるシ
ールド膜が形成されるため、配線レイアウトの際、シー
ルド配線のレイアウトを考慮する必要がなく、またシー
ルド配線が信号配線路の障害となることを回避しながら
設計する必要もなくなり、信号配線のレイアウト設計に
負担をかけることなく、配線間クロストークノイズを低
減できる。
【００１３】またシールド膜を配線膜より薄くすること
で配線とシールド膜間のカップリングを少なくできる。
で配線とシールド膜間のカップリングを少なくできる。
【００１４】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００１５】図１は、本発明の第１の実施例を示す断面
工程図である。本実施例では、ＭＯＳＦＥＴ等（図示せ
ず）の形成されたシリコン基板１上のアルミ配線間に自
己整合的シールド層を形成する場合の実施例である。ま
ずシリコン基板１上に下地絶縁膜を形成する。下地絶縁
膜２としては、プラズマＣＶＤ法による１〜２μm 程度
のＢＰＳＧ膜（ボロン・リン添加シリケイトガラス膜）
やＳｉＯ2 膜であり、基板１に形成されたＭＯＳＦＥＴ
等のデバイスパターンを反映した凹凸が下地絶縁膜２表
面に存在する。この凹凸は、コロイダルシリカ粒子を分
散させたシリカ砥粒を用いたポリッシングで除去する。
ここでは、シリカ砥粒の滴下量は５０〜２００ｍｌ／分
とし、ポリッシング圧力は０．４ｋｇ／cm2 程度、基板
および研磨布の張られた研磨定盤の回転速度は３５ｒｍ
ｐとした。ポリッシング後、下地絶縁膜表面ブラシによ
るスクラブと、それに続く希フッ酸水溶液を用いて下地
絶縁膜表面を１００〜２００Ａ程度エッチングすること
で、ポリッシングの際に用いたコロイダルシリカ粒子を
除去した。
工程図である。本実施例では、ＭＯＳＦＥＴ等（図示せ
ず）の形成されたシリコン基板１上のアルミ配線間に自
己整合的シールド層を形成する場合の実施例である。ま
ずシリコン基板１上に下地絶縁膜を形成する。下地絶縁
膜２としては、プラズマＣＶＤ法による１〜２μm 程度
のＢＰＳＧ膜（ボロン・リン添加シリケイトガラス膜）
やＳｉＯ2 膜であり、基板１に形成されたＭＯＳＦＥＴ
等のデバイスパターンを反映した凹凸が下地絶縁膜２表
面に存在する。この凹凸は、コロイダルシリカ粒子を分
散させたシリカ砥粒を用いたポリッシングで除去する。
ここでは、シリカ砥粒の滴下量は５０〜２００ｍｌ／分
とし、ポリッシング圧力は０．４ｋｇ／cm2 程度、基板
および研磨布の張られた研磨定盤の回転速度は３５ｒｍ
ｐとした。ポリッシング後、下地絶縁膜表面ブラシによ
るスクラブと、それに続く希フッ酸水溶液を用いて下地
絶縁膜表面を１００〜２００Ａ程度エッチングすること
で、ポリッシングの際に用いたコロイダルシリカ粒子を
除去した。
【００１６】しかる後、図１（ａ）に示したように、下
地絶縁膜２上に絶縁膜３ａ／第１の導電膜４／絶縁膜３
ｂからなる複合膜５を形成する。ここで、絶縁膜３はＣ
ＶＤ法で得られるＢＰＳＧやＳｉＯ2 膜やフッ酸添加シ
リカ膜であり、第１の導電膜４としては、タングステ
ン、チタンやアルミ等の金属膜あるいは酸化ルテニウム
や窒化チタン等の導電性セラミック膜、ドープ多結晶シ
リコン膜、タングステンシリサイド等のシリサイド膜あ
るいはそれらの複合膜である。絶縁膜３と第１の導電膜
との膜厚に関して制限はないが、例えばＳｉＯ2 膜（２
０００Ａ）／（ＴｉＮ（５００Ａ）／Ｗ（２０００Ａ）
／ＴｉＮ（５００Ａ）／ＳｉＯ2 （３０００Ａ）からな
る複合膜５とした。また、複合膜５は図示したような三
層構造である必要はなく、第１の導電膜４上に絶縁膜３
ｂを積層した二層構造であってもよい。
地絶縁膜２上に絶縁膜３ａ／第１の導電膜４／絶縁膜３
ｂからなる複合膜５を形成する。ここで、絶縁膜３はＣ
ＶＤ法で得られるＢＰＳＧやＳｉＯ2 膜やフッ酸添加シ
リカ膜であり、第１の導電膜４としては、タングステ
ン、チタンやアルミ等の金属膜あるいは酸化ルテニウム
や窒化チタン等の導電性セラミック膜、ドープ多結晶シ
リコン膜、タングステンシリサイド等のシリサイド膜あ
るいはそれらの複合膜である。絶縁膜３と第１の導電膜
との膜厚に関して制限はないが、例えばＳｉＯ2 膜（２
０００Ａ）／（ＴｉＮ（５００Ａ）／Ｗ（２０００Ａ）
／ＴｉＮ（５００Ａ）／ＳｉＯ2 （３０００Ａ）からな
る複合膜５とした。また、複合膜５は図示したような三
層構造である必要はなく、第１の導電膜４上に絶縁膜３
ｂを積層した二層構造であってもよい。
【００１７】次に、図１（ｂ）に示したように、フォト
リソグラフィーとドライエッチング工程で前記した複合
膜５に配線溝６を形成して下地絶縁膜２を露出させる。
次にＣＶＤ法による絶縁膜の成膜と異方性エッチバック
で、配線溝６に側壁絶縁膜７を形成する。配線溝の幅や
ピッチあるいは側壁絶縁膜の厚さには制限はないが、例
えば幅０．８μm の配線溝を１．２μm ピッチで形成
し、さらに０．１μm のシリコン酸化膜からなる側壁絶
縁膜７を形成する。なお、側壁絶縁膜は配線溝６に埋め
込まれる配線材料と複合膜５中の第１の導電膜４とを絶
縁することが主目的であるが、配線と第１の導電膜４と
の静電カップリングによる寄生容量を低減するため低誘
電体材料である方が望ましい。従って、側壁絶縁膜とし
て、シリコン酸化膜（誘電率：３．８〜４程度）以外
に、誘電率３．３程度のフッ素添加シリカ膜等の無機絶
縁膜や誘電率２．５程度のパリレン（Ｐａｒｙｌｅｎｅ
ｓ）（Ｍａｊｉｄ，ｅｔ．ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏ
ｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｖｏ
ｌ．１８，Ｎｏ．２，ｐｐ．３０１−３１１，１９８
９）等の低誘電率有機膜であってもよい。
リソグラフィーとドライエッチング工程で前記した複合
膜５に配線溝６を形成して下地絶縁膜２を露出させる。
次にＣＶＤ法による絶縁膜の成膜と異方性エッチバック
で、配線溝６に側壁絶縁膜７を形成する。配線溝の幅や
ピッチあるいは側壁絶縁膜の厚さには制限はないが、例
えば幅０．８μm の配線溝を１．２μm ピッチで形成
し、さらに０．１μm のシリコン酸化膜からなる側壁絶
縁膜７を形成する。なお、側壁絶縁膜は配線溝６に埋め
込まれる配線材料と複合膜５中の第１の導電膜４とを絶
縁することが主目的であるが、配線と第１の導電膜４と
の静電カップリングによる寄生容量を低減するため低誘
電体材料である方が望ましい。従って、側壁絶縁膜とし
て、シリコン酸化膜（誘電率：３．８〜４程度）以外
に、誘電率３．３程度のフッ素添加シリカ膜等の無機絶
縁膜や誘電率２．５程度のパリレン（Ｐａｒｙｌｅｎｅ
ｓ）（Ｍａｊｉｄ，ｅｔ．ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏ
ｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｖｏ
ｌ．１８，Ｎｏ．２，ｐｐ．３０１−３１１，１９８
９）等の低誘電率有機膜であってもよい。
【００１８】次に、側壁絶縁膜７付き配線溝８の形成さ
れた複合膜５に、アルミの高温リフロースパッタリング
法で配線溝を埋め込むように、第２の導電膜８であるア
ルミ膜を形成する。アルミの成膜厚は配線溝６の深さと
幅によるが、溝深さが０．８μm で幅が０．４μm の場
合、０．４〜０．８μm のアルミを成膜する。しかる
後、コロイダルシリカ粒子を過酸化水素水等の酸化剤を
含む弱アルカリ性水溶液に分散させた砥粒を用いて複合
膜５上のアルミを研磨によって除去することで、図１
（ｃ）に示した配線溝６にアルミを埋め込んだ溝埋め込
み配線９を得る。ここでは、配線溝に高温リフロースタ
ックリング法でアルミを埋め込んだ実施例を示したが、
ＣＶＤ法によるアルミ、銅やタングステン、さらにはタ
ングステンシリサイドを成膜しても良い。
れた複合膜５に、アルミの高温リフロースパッタリング
法で配線溝を埋め込むように、第２の導電膜８であるア
ルミ膜を形成する。アルミの成膜厚は配線溝６の深さと
幅によるが、溝深さが０．８μm で幅が０．４μm の場
合、０．４〜０．８μm のアルミを成膜する。しかる
後、コロイダルシリカ粒子を過酸化水素水等の酸化剤を
含む弱アルカリ性水溶液に分散させた砥粒を用いて複合
膜５上のアルミを研磨によって除去することで、図１
（ｃ）に示した配線溝６にアルミを埋め込んだ溝埋め込
み配線９を得る。ここでは、配線溝に高温リフロースタ
ックリング法でアルミを埋め込んだ実施例を示したが、
ＣＶＤ法によるアルミ、銅やタングステン、さらにはタ
ングステンシリサイドを成膜しても良い。
【００１９】この溝埋め込み配線９の両側には、複合膜
５中の第１の導電膜４が存在し、溝埋め込み配線９間の
クロストークノイズを低減するための自己整合的シール
ド層１０として働く。なお、このシールド層１０の厚さ
は、配線９よりも薄いため同じ厚さである場合よりも対
向する面積が小さくなる。このため、配線９とシールド
層間のカップリング容量は小さくなる。ただしあまり薄
くしすぎると配線間クロストークのシールド層として不
十分となる。実際にはシールド層１０の厚さは側壁絶縁
膜７の厚さとの兼ね合いで決定される。側壁膜７が厚く
なれば配線間距離が増大する。この場合、配線間容量は
小さくなる。従ってシールド層１０を薄くすることがで
きる。但し、側壁膜７を厚くしすぎると埋め込み配線９
の幅が狭くなり配線抵抗が増大してしまう。
５中の第１の導電膜４が存在し、溝埋め込み配線９間の
クロストークノイズを低減するための自己整合的シール
ド層１０として働く。なお、このシールド層１０の厚さ
は、配線９よりも薄いため同じ厚さである場合よりも対
向する面積が小さくなる。このため、配線９とシールド
層間のカップリング容量は小さくなる。ただしあまり薄
くしすぎると配線間クロストークのシールド層として不
十分となる。実際にはシールド層１０の厚さは側壁絶縁
膜７の厚さとの兼ね合いで決定される。側壁膜７が厚く
なれば配線間距離が増大する。この場合、配線間容量は
小さくなる。従ってシールド層１０を薄くすることがで
きる。但し、側壁膜７を厚くしすぎると埋め込み配線９
の幅が狭くなり配線抵抗が増大してしまう。
【００２０】この自己整合的シールド層１０は、溝埋め
込み配線９の形成領域以外の半導体基板１の略全面を被
覆しているため、この自己整合的シールド層１０と半導
体基板１との間に大きな容量が形成される。従って、自
己整合的シールド層を接地電位等に電気的に固定しなく
とも、遮断効果を得ることができる。このため、本実施
例の製造方法においては、電位固定のための設計上およ
び製造上の付加工程は不用である。
込み配線９の形成領域以外の半導体基板１の略全面を被
覆しているため、この自己整合的シールド層１０と半導
体基板１との間に大きな容量が形成される。従って、自
己整合的シールド層を接地電位等に電気的に固定しなく
とも、遮断効果を得ることができる。このため、本実施
例の製造方法においては、電位固定のための設計上およ
び製造上の付加工程は不用である。
【００２１】図２は、本発明の第２の実施例を示す断面
図である。ここでは、信号配線の両側に自己整合的シー
ルド層１０の形成された第１層目の配線９ａ上に層間絶
縁膜１１ａが形成され、さらにこの層間絶縁膜１１ａに
スルーホールを形成した後、コリメータースパッタリン
グ法で５００Ａ程度の窒化チタン（図示せず）を成膜し
た後、ＣＶＤ法でこのスルーホールを埋め込みながらタ
ングステンを成膜し、さらにＳＦ6 ガスを用いたドライ
エッチング法でタングステンをエッチバックすること
で、スルーホールにタングステンを埋め込んだ縦配線１
２ａが形成されている。この層間絶縁膜１１ａ上には、
自己整合的シールド層の形成されている第２層目の配線
９ｂが形成され、縦配線１２ａを介して第１層目の配線
９ａと第２層目の配線９ｂとが接続されている。さら
に、同様の工程を繰り返すことで、自己整合的シールド
層の形成されている第３層目の配線９ｃが積層された多
層配線構造を得る。なお、本実施例の場合、第１層目と
第２層目の配線間および第２層目と第３層目配線間との
縦方向（上下方向）の信号線間のクロストークノイズを
低減するため、層間絶縁膜１１ａ，１１ｂを可能なかぎ
り厚くする必要があり、例えばその厚さを１〜２μm と
することが望ましい。
図である。ここでは、信号配線の両側に自己整合的シー
ルド層１０の形成された第１層目の配線９ａ上に層間絶
縁膜１１ａが形成され、さらにこの層間絶縁膜１１ａに
スルーホールを形成した後、コリメータースパッタリン
グ法で５００Ａ程度の窒化チタン（図示せず）を成膜し
た後、ＣＶＤ法でこのスルーホールを埋め込みながらタ
ングステンを成膜し、さらにＳＦ6 ガスを用いたドライ
エッチング法でタングステンをエッチバックすること
で、スルーホールにタングステンを埋め込んだ縦配線１
２ａが形成されている。この層間絶縁膜１１ａ上には、
自己整合的シールド層の形成されている第２層目の配線
９ｂが形成され、縦配線１２ａを介して第１層目の配線
９ａと第２層目の配線９ｂとが接続されている。さら
に、同様の工程を繰り返すことで、自己整合的シールド
層の形成されている第３層目の配線９ｃが積層された多
層配線構造を得る。なお、本実施例の場合、第１層目と
第２層目の配線間および第２層目と第３層目配線間との
縦方向（上下方向）の信号線間のクロストークノイズを
低減するため、層間絶縁膜１１ａ，１１ｂを可能なかぎ
り厚くする必要があり、例えばその厚さを１〜２μm と
することが望ましい。
【００２２】図３は、本発明の第３の実施例を示す断面
図である。本実施例も自己整合的シールド層の形成され
た多層配線構造であるが、ここでは多層配線間の層間絶
縁膜にも、自己整合的シールド層を形成することで、信
号配線間の上下方向のクロストークノイズを低減させる
ための配置がなされている。まず、図３（ａ）に示すよ
うに、自己整合的シールド層１０ａの形成された第１層
目の配線上に、絶縁膜３ｃ／第１の導電膜４／絶縁膜３
ｄからなる層間絶縁膜１３を形成する。ここで、絶縁膜
３ｃ，３ｄはＣＶＤ法で得られるＢＰＳＧやＳｉＯ2 膜
やフッ素添加シリカ膜であり、第１の導電膜４として
は、タングステン、チタンやアルミ等の金属膜あるいは
酸化ルテニウムや窒化チタン等の導電性セラミック膜、
あるいはそれらの複合膜である。絶縁膜３ｃ，３ｄと第
１の導電膜との膜厚に関して制限はないが、例えばＳｉ
Ｏ2 膜（７０００Ａ）／（ＴｉＮ（５００Ａ）／Ｗ（１
０００Ａ）／ＴｉＮ（５００Ａ））／ＳｉＯ2 （７００
０Ａ）からなる層間絶縁膜１３である。
図である。本実施例も自己整合的シールド層の形成され
た多層配線構造であるが、ここでは多層配線間の層間絶
縁膜にも、自己整合的シールド層を形成することで、信
号配線間の上下方向のクロストークノイズを低減させる
ための配置がなされている。まず、図３（ａ）に示すよ
うに、自己整合的シールド層１０ａの形成された第１層
目の配線上に、絶縁膜３ｃ／第１の導電膜４／絶縁膜３
ｄからなる層間絶縁膜１３を形成する。ここで、絶縁膜
３ｃ，３ｄはＣＶＤ法で得られるＢＰＳＧやＳｉＯ2 膜
やフッ素添加シリカ膜であり、第１の導電膜４として
は、タングステン、チタンやアルミ等の金属膜あるいは
酸化ルテニウムや窒化チタン等の導電性セラミック膜、
あるいはそれらの複合膜である。絶縁膜３ｃ，３ｄと第
１の導電膜との膜厚に関して制限はないが、例えばＳｉ
Ｏ2 膜（７０００Ａ）／（ＴｉＮ（５００Ａ）／Ｗ（１
０００Ａ）／ＴｉＮ（５００Ａ））／ＳｉＯ2 （７００
０Ａ）からなる層間絶縁膜１３である。
【００２３】しかる後（図３（ｂ））、フォトリソグラ
フィーとドライエッチング法により、第１層目の配線に
至るスルーホール（あるいはコンタクトホール）を層間
絶縁膜１３に形成し、ＣＶＤ法によるＳｉＯ2 膜成長と
異方性ドライエッチング法とにより、側壁絶縁膜７ｂを
形成する。コリメートスパッタ法で５００Ａ程度の窒化
チタン（図示せず）膜を形成した後、ブランケット・タ
ングステンＣＶＤ法でかかるスルーホールを埋め込みな
がら、タングステン膜を成長する。タングステンの成長
膜厚は側壁膜の形成されたスルーホール径の少なくとも
半分以上であればよく、例えばスルーホール径が０．４
μm であった場合のタングステン膜厚は０．３μm 程度
でもよい。この層間絶縁膜１３上のタングステン膜をポ
リッシングにより除去して、側壁絶縁膜７ｂ付きスルー
ホールにタングステンを埋め込んで、縦配線１２ｃを形
成する。かかる縦配線１２ｃの形成領域以外の層間絶縁
膜１３には第１の導電膜４が存在しており、これが層間
絶縁膜１３中の自己整合的に形成されたシールド層１０
ｂとなる。なお、タングステンのポリッシングには、１
０ｗｔ％程度のコロイダルシリカ粒子を、酸化剤を含む
弱アルカリ性水溶液（ｐＨ〜８）に分散させたシリカ砥
粒を用いる。シリカ砥粒の滴下速度は５０〜１５０ｍｌ
／分であり、加工圧力は０．４ｋｇ／cm2 、基板および
研磨布の張られた研磨定盤の回転速度は３５ｒｍｐと
し、ポリッシング後プラシスクラブと希薄フッ酸水溶液
によるエッチングを行って基板表面を洗浄した。
フィーとドライエッチング法により、第１層目の配線に
至るスルーホール（あるいはコンタクトホール）を層間
絶縁膜１３に形成し、ＣＶＤ法によるＳｉＯ2 膜成長と
異方性ドライエッチング法とにより、側壁絶縁膜７ｂを
形成する。コリメートスパッタ法で５００Ａ程度の窒化
チタン（図示せず）膜を形成した後、ブランケット・タ
ングステンＣＶＤ法でかかるスルーホールを埋め込みな
がら、タングステン膜を成長する。タングステンの成長
膜厚は側壁膜の形成されたスルーホール径の少なくとも
半分以上であればよく、例えばスルーホール径が０．４
μm であった場合のタングステン膜厚は０．３μm 程度
でもよい。この層間絶縁膜１３上のタングステン膜をポ
リッシングにより除去して、側壁絶縁膜７ｂ付きスルー
ホールにタングステンを埋め込んで、縦配線１２ｃを形
成する。かかる縦配線１２ｃの形成領域以外の層間絶縁
膜１３には第１の導電膜４が存在しており、これが層間
絶縁膜１３中の自己整合的に形成されたシールド層１０
ｂとなる。なお、タングステンのポリッシングには、１
０ｗｔ％程度のコロイダルシリカ粒子を、酸化剤を含む
弱アルカリ性水溶液（ｐＨ〜８）に分散させたシリカ砥
粒を用いる。シリカ砥粒の滴下速度は５０〜１５０ｍｌ
／分であり、加工圧力は０．４ｋｇ／cm2 、基板および
研磨布の張られた研磨定盤の回転速度は３５ｒｍｐと
し、ポリッシング後プラシスクラブと希薄フッ酸水溶液
によるエッチングを行って基板表面を洗浄した。
【００２４】次に（図３（ｃ））、実施例１に記載した
方法により、自己整合的にシールド層１０ｂの形成され
た層間絶縁膜１３上に、自己整合的シールド層１０ｃの
形成された第２層目の配線層９ｂを形成する。第１層目
の配線９ａと第２層目の配線９ｂとは、縦配線１２で接
続されている。ここで、第１層目の配線９ａと第２層目
の配線との間には、層間絶縁膜１３中の自己整合的シー
ルド膜１０ｂが存在するため、両配線層間のクロストー
クノイズは遮断される。当然のことながら、各配線層内
における信号配線両側にも自己整合的シールド層１０
ａ、１０ｃが存在するため、隣接する配線間のクロスト
ークノイズも低減される。
方法により、自己整合的にシールド層１０ｂの形成され
た層間絶縁膜１３上に、自己整合的シールド層１０ｃの
形成された第２層目の配線層９ｂを形成する。第１層目
の配線９ａと第２層目の配線９ｂとは、縦配線１２で接
続されている。ここで、第１層目の配線９ａと第２層目
の配線との間には、層間絶縁膜１３中の自己整合的シー
ルド膜１０ｂが存在するため、両配線層間のクロストー
クノイズは遮断される。当然のことながら、各配線層内
における信号配線両側にも自己整合的シールド層１０
ａ、１０ｃが存在するため、隣接する配線間のクロスト
ークノイズも低減される。
【００２５】なお、多層配線間に縦横に存在する自己整
合的シールド層は、クロストークノイズを遮断する作用
のみならず、ＬＳＩから発生する熱の伝熱板としての作
用もある。すなわち、半導体集積回路チップをパッケー
ジする際に、これらの自己整合的シールド層をパッケー
ジの放熱板に接続することで、チップ内部で発生した熱
を効率よく外部に放出することができる。
合的シールド層は、クロストークノイズを遮断する作用
のみならず、ＬＳＩから発生する熱の伝熱板としての作
用もある。すなわち、半導体集積回路チップをパッケー
ジする際に、これらの自己整合的シールド層をパッケー
ジの放熱板に接続することで、チップ内部で発生した熱
を効率よく外部に放出することができる。
【００２６】
【発明の効果】本発明による配線間あるいは層間絶縁膜
内部に自己整合的にシールド層を形成することで、信号
配線のレイアウト設計に負担をかけることなく、隣接す
る信号配線のクロストークノイズを静電遮蔽できる。そ
の結果、ＬＳＩの動作信頼性が著しく向上するのみなら
ず、より高速・高付加価値の半導体集積回路の製造が可
能となる。また、自己整合的シールド層を利用して、半
導体集積回路チップ内部で発生する熱の冷却を効率よく
行うことができることから、より大量のトランジスタと
集積化した大規模システムを１つの半導体集積回路チッ
プ上で実現させることができ、複数のチップを必要とし
た場合と比較して、大幅にその製造コストが低減され
る。
内部に自己整合的にシールド層を形成することで、信号
配線のレイアウト設計に負担をかけることなく、隣接す
る信号配線のクロストークノイズを静電遮蔽できる。そ
の結果、ＬＳＩの動作信頼性が著しく向上するのみなら
ず、より高速・高付加価値の半導体集積回路の製造が可
能となる。また、自己整合的シールド層を利用して、半
導体集積回路チップ内部で発生する熱の冷却を効率よく
行うことができることから、より大量のトランジスタと
集積化した大規模システムを１つの半導体集積回路チッ
プ上で実現させることができ、複数のチップを必要とし
た場合と比較して、大幅にその製造コストが低減され
る。
【図１】本発明による第１の実施例を説明するための断
面斜視工程図である。
面斜視工程図である。
【図２】本発明による第２の実施例を説明するための断
面斜視図である。
面斜視図である。
【図３】本発明による第３の実施例を説明するための断
面斜視工程図である。
面斜視工程図である。
【図４】従来の半導体集積回路の構造を説明するための
断面図である。
断面図である。
【図５】従来の半導体集積回路の構造を説明するための
断面図である。
断面図である。
１ シリコン基板 ２ 下地配線層 ３，３ａ〜３ｆ 絶縁膜 ４ 第１の導電膜 ５ 複合膜 ６ 配線溝 ７ 側壁絶縁膜 ８ 第２の導電膜 ９，９ａ〜９ｃ 溝埋め込み配線 １０，１０ａ〜１０ｃ 自己整合的シールド層 １１ 層間絶縁膜 １２ 縦配線 １３ 第１の導電層を含む層間絶縁膜 １４，１４ａ，１４ｂ アルミ配線 １５ グランドメタル層 １６ 配線層間シールド層 １７ シールド配線層
Claims (7)
- 【請求項１】絶縁膜と第１の導電膜からなる複合膜に形
成された側壁絶縁膜付き溝に、第２の導電体を埋め込ん
で配線を形成することで、第１の導電膜からなり前記配
線層よりも薄いシールド層が前記配線の両側に自己整合
的に形成されていることを特徴とする半導体集積回路の
配線構造。 - 【請求項２】請求項１に記載の配線構造が多層に積層さ
れたことを特徴とした半導体集積回路の配線構造。 - 【請求項３】積層された配線層間に存在する層間絶縁膜
中の縦配線形成領域以外に自己整合的にシールド層が形
成されていることで、各配線の上下左右に自己整合的シ
ールド層が存在することを特徴とする請求項２に記載の
半導体集積回路の配線構造。 - 【請求項４】シールド層が一定電源に接続されておらず
一定電位に接続された半導体基板と容量カップリングし
ている請求項１、２、または３に記載の半導体集積回路
の配線構造。 - 【請求項５】下地膜上に、絶縁膜と第１の導電膜からな
る複合膜を形成する工程と、前記複合膜に配線溝を形成
する工程と、前記配線溝に側壁絶縁膜を形成する工程
と、前記配線溝に第２の導電体を埋め込むことを特徴と
する半導体集積回路の配線の製造方法。 - 【請求項６】絶縁膜と第１の導電膜からなる複合膜に形
成された側壁絶縁膜付き溝に、第２の導電体を埋め込ん
で配線を形成することで、第１の導電膜からなり前記配
線層よりも薄いシールド層が前記配線の両側に自己整合
的に形成された配線層上に、絶縁膜と第１の導電膜の積
層された複合層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶
縁膜に側壁絶縁膜の形成された穴を形成する工程と、こ
の穴に第３の導電体を埋め込んで縦配線を形成する工程
とにより、層間絶縁膜中の縦配線形成領域以外に自己整
合的シールド層を形成することを特徴とする半導体集積
回路の配線の製造方法。 - 【請求項７】第２の導電体が第１の導電膜よりも厚い請
求項５または６に記載の半導体集積回路の配線の製造方
法。
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|---|---|---|---|
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| JP6322535A JP2809122B2 (ja) | 1994-12-26 | 1994-12-26 | 半導体集積回路の配線構造およびその製造方法 |
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