JPS5877247A - 配線構造体の製造方法 - 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】 本発明は、各配線層の表面を平坦化した配線層数に制限
のない多層配線構造体の製造法に関するものである。

公知のように集積回路は、半導体基板上に構成された多
数のトランジスタ等の集積回路素子と、これと一体に構
成されて集積回路素子を相互に接続する配線構造体とか
らなる。また、配線構造体は、配線を構成する配線層と
、配線層間を絶縁する絶縁体層とからなる。集積回路で
用いられる配線は極めて複雑であるだめ、配線相互の衝
突がしばしば生じる。この衝突を避けるため、互に絶縁
された複数の配線層を設け、衝突しない配線同志を一群
として成る配線層に収容し、配線層間をスルホールを以
って連結し、立体交差構造とした多層配線構造体を構成
する方法が従来より用いられてきた。

しかるに、上記配線構造体においては、下位層配線が下
位層配線と交差する場合、下位層配線の作る段差を乗り
越える際、段差切れと称する断線を起し易いという欠点
があった。また、上位層配線の製作工程において、下位
層配線間の段差凹部位層配線の食刻精度を低下させる欠
点があった。

これらの欠点を除くために、各種の平坦化技術□が提案
されており、例えば低融点ガラスの粘性流動を利用した
表面平坦化技術、即ちＧＦＰ　（Ｇｔ＆ｓａ　’Ｆｌｏ
ｗ　Ｐｔ＆ｎａｒｉｚａｔｉｏｎ　）技術がある。従来
のＧＦＰ技術、例えば、特願昭５６−５７９３９号［半
導体集積回路装置」に記載されているが如き平坦化技術
においては、良好な平坦性が達成されており、急激な段
差は存在しないものの、ゆるやかな遠距離段差は依然と
して存在する。即ち、第１図は上記の平坦化技術の概要
を示す断面プロファイルであり、１は基板、２は配線導
体、３は加熱により粘性流動を生せしめた後のｐｂｏ　
５ｔｏ２系低融点ガラスである０ ４は、配線導体の疎、密によ：うて生ずるガラス表面の
遠距離段差である。この遠距離段差４の極大値は、配線
導体の最密領域と配線導体の存在しない領域との間の段
差に相当する。このような遠距離段差は、配線層を〈ヤ
かえし積層するにつれて、また、配線導体の膜厚を厚く
するにつれて段差が累積し、積層可能な配線層数を制約
する。また、配線導体２の疎密と導体群の局所位置によ
って導体上の絶縁体の膜厚が異なるという問題がある。

これを避けるために、回路接続上不必要なダミーの擬似
配線を挿入することもある。

また、他の平坦化技術、例えば、Ｉ）　７　トオフ法を
用いた平坦化技術においては、はぼ好ましい平坦性が得
られているものの、依然として微細な段差（７０字溝）
が残存している。即ち、第２図は上記平坦化技術の概要
を示す図であり、１は基板、２は配線導体、５は配線導
体の空隙をリフトオフ法で埋め込んだ絶−縁体（”　５
ｔｏ２”’、）である。６はリフトオフ工程によって生
ずる７字溝である。このような７字溝６はリフトオフ条
件によって決まり、リフトオフ用のレジストおよびＳｉ
ｎｇの析出条件を適切に選択することによって、ある程
度削減することができる。しかし、このことは多層配線
のプロセス条件を制約することになる。また、このよう
な７字溝６は、配線の微細化につれて、配線層数や歩留
まりの制限要因となる。　　　　　　　１本発明は、配
線導体間の空隙あるいは配線溝を・リフトオフ法によっ
て埋め込み、この弐面に流動□状態の絶縁体を塗布して
表面を平坦化することを特徴とし、その目的は段差の累
積を生じない完全平坦化された多層配線構造体の製造法
を提供するにある。

以下本発明の詳細な説明する。

第３図は本発明の一実施例であり、配線構造体の製造工
程を示す図である。以下工程に従って説明する。基板１
の表面に配線導体を形感すべき金属、例えばアルミニー
−ム（Ａｔ）薄膜２ａヲスパツタ法によって形成しく厚
さ２０．５μｍ）、配線導体２を形成するためにアルミ
ニューム薄膜２ａの上面に食刻用マスク７を、例えば樹
脂系レジスト（Ａｚ１３５０　Ｊ　：　５ｈｉｐｌｅｙ
社製）を用いて形成する（第３図（ａ）　）６次に、と
の食刻用マスク７を用いてアルミニー−ム薄膜２ａを食
刻し、配線導体２を得る（第３図（ｂ））。ここで、基
板１には、能動素子を含む集積回路が形成されるシリコ
ン基板等が適用できる。図には明示されていないが、西
粋線導体２の一部は基板１に既に形成されている能動素
子に接続され得ることはいうまでもない。また、本発明
による工程に先き立 成されており、この配線層上に本発明による配線層が形
成され得ることもいうまでもない。

またさらに、基板１は集積回路チップを搭載し、チップ
間の接続に供するセラミック基板などの配線板であって
もよい。

さて、次にリフトオフ法によって、配線導体２間の空隙
８に絶縁体９を充填して埋め込む工程に移る。即ち、第
３図（ｂ）の工程を経たのち、アルミニューム薄−膜２
ａの食刻に用いた食刻用マスク７と配線導体間の空隙８
とを覆って、配線導体２とほぼ同じ膜厚の絶縁体９，９
ａとして二酸化シリコン（５ｉ０２　、厚さ２０．５μ
ｍ）をＲ１’スｊ　ツタ法によって堆積する（第３図（
Ｃ））。このとき、食刻用マスク７の耐熱性を考慮して
、投入すべきＲＦ−：ワーおよτ：：二：：：：Ｉ！板
加熱温度を適切に設定する次に、食刻用マスク７の表面
に堆積した二酸化シリコン９ａを除去するために、食刻
用マスク７をレジストはく離液（Ｊ−１００：　Ｉ、Ｒ
ＣＬ社製）あるいは食刻用マスク７の表面上の二酸化シ
リコン９ａは完され、リフトオフ法により配線導体２間
の空隙８は絶縁体９によって充填され、埋め込まれたこ
とになる（第３図（勢）。食刻用マスク７の溶解除去を
効果的に行なうために、マスク７の側−壁部に付着せる
絶縁体である二酸化シリコンを溶解すべく、緩衝弗酸液
にて３０〜６０秒スライドエッチを行なうことが好まし
い。側壁部に付着せる二酸化シリコンは脆弱構造である
ため、スライ′トエリ７トオジが終了した時点では、配
線導体２ＣＡＬ）の側壁部と埋め込まれた絶縁体（Ｓｉ
０２）の側壁部の接触部に微細な間隙である７字−１０
が生ずる。このＶ字溝ｌＯの深さと間隙は、食刻用マス
ク７の断面形状、絶縁体９　（Ｓｉ０２）の堆積手法、
スライドエッチの有無などのリフトオフ法のプロセス条
件によって決まる。概ね、Ｖ字溝１０の深さは配線導体
２の膜厚と同程度から約半分程度の範囲にある。Ｖ字溝
１０の表面での間隙は、上記膜厚と同程度の大きさから
上記膜厚に食刻角マスク７の膜厚を加えた大きさまでの
範囲にある。

次に、第３図（（至）の配線導体２（Ａｔ）と絶縁体９
（５ｉ０２　）との表面を覆って、流動状態の絶縁材と
してポリイミド系の樹脂液をスピンナにより塗布し、塗
布膜１１を得る。塗布膜厚は、樹脂の粘度１０００　ｃ
ｐ　（センチポアズ）、スピンナの回転数６００゜ｒｐ
ｍに対して約１〜１．２μｍとなる。スピンナによる回
転塗布の過程で、ポリイミド系樹脂の流動によりＶ字溝
１０等の凹部は埋め尽され、塗布膜１１（ポリイミド系
樹脂）の基板１より遠い面は平坦化される（第３図（ｅ
））。塗布膜１１の膜厚は、配線構造体の使使用目的に
よって異なるが、概ね配線導体２の膜厚と同程度から４
〜５倍までの範囲が好ましい。次に、２００℃〜４００
℃の温度範囲で３０分程度熱処理を行なうことにより、
ポリイミド系樹脂に含まれる溶媒が除去されるとともに
、樹脂の重合反応も完了し、所望の平坦化絶縁体１１ａ
が得られる（第３図（ｆ））。このようにして得られた
絶縁体９と平坦化絶縁体１．ｌａとよりなる層同絶縁嘆
の膜厚は、配線導体２の形状、膜厚、疎密によって殆ん
ど影響されることなく、その上面はほぼ完全に平坦化さ
れる。したがって、もはや遠距離段差や７字溝は存在し
ないことは明白である。かくして、完全平坦化配置層よ
りなる配線構造体力、得られる。

ここで、上記のポリイミド系の樹脂の他、例えばシリコ
ン系樹脂等の他の樹脂も本発明に適用できることは明ら
かである。また、樹脂の塗布方法についても、上記のス
ピンコード法の他に、樹脂の溶液中に基板１を浸漬して
薄膜を被着する浸漬法や霧状の液体をふきつける噴霧法
や、刷毛塗り法も適用できる。流動状態の絶縁材として
、上記のポリイミド系樹脂に代えてシリコンアルコレー
ト溶液を用いる実施例を以下に説明する。

第３図において（ｄ）の工程までは、上記の実施例と同
じである。次に、流動状傅の絶縁材として、シラノール
（Ｓｔ（ＯＨ）４）のアルコール溶液（５ｉ０２換算濃
度６ｗｔ％）に燐（Ｐ）を５．９ｗｔ％添加した溶液（
以下シラノール溶液という）を用いる。第３図（第の配
線導体２（Ａ／、）と絶縁体９　（５ｉＯｚ　）との表
面を覆って、シラノール溶液をスピンナにより塗布し、
塗布膜１１を得る（第３図（ｅ））。塗布膜１１の膜厚
は、粘度１〜１０ｃｐ、スピンナ回転数３００Ｏｒｐｍ
に対して、０．２〜０．５μｍとなる。スピンナによる
回転塗布の過程で、シラノールの流動によりＶ字溝１０
等の凹部は埋められ、段差が緩和される。

次に、１５０〜２００℃で３０分〜゛２時間乾燥するこ
とによりシラノールの脱水縮重合が進行する。ひき続き
、４５０℃〜５００℃で３０分〜６０分焼成することに
より、脱水縮重合が完了し、リンガラスが生成される。

シラノールの塗布から焼成までの工程を、所望の層間膜
厚に応じ、２〜３回くり返えす。こうすることにより、
Ｖ字溝１０は埋め尽され、平坦化絶縁体１１ａ（！Ｊン
ガラス）の基板より遠い面は平坦化される（第３図（ｆ
））。１回の塗布で形成される膜厚は、シラノールの濃
度およびスピンナの回転数等によって決まり、焼成時に
ひび割れを生じない範囲で、濃度、スピンナの回転数を
かえて膜厚を所望の値に調節できる。また、燐（Ｐ’）
を含まないシラノール溶液も、もちろん使用できる。

但し、この時には焼成温度を５００　℃〜７００ｔｌ：
の範囲で適切な温度を選ぶ。

シラノール溶液の代シに、他のアルコレート例えばエチ
ルシリケート（Ｓｔ　（０’Ｃ２Ｒ５）４　）を用いる
ことができる。即ち、エチルシリケートのアルコール溶
液に水と酸を添加し、スピンナにより回転塗布すること
により塗布膜１１を得る。この塗布過程でエチルシリケ
ートは加水分解を生じ、ンリコ／・と酸素の縮重合が進
行し固化する。次に、これを３００〜７００℃の範囲で
適切な湿度で焼成することにより、縮重合が完了し、５
ｉ０２ガラスが生成され、平坦化絶縁体１１ａを得る。

このエチルシリケート溶液に他の金属アルコキシドを混
合することにより、各種のガラス薄膜が形成される。こ
れらのエチルシリケート溶液あるいは各種のアルコキン
ド混合溶液を流動状態の絶縁材として用いることができ
ることは明らかである。

第３図に示す上記実施例と異なるリフトオフプロセスを
用いた実施例を第４図に示す。即ち、第３図における絶
縁体９を形成するりフトオフ法の代りに、配線導体２を
形成するリフトオフ法を用いる。基板１に絶縁体９ｂ　
（５ｉＯ２）をスパッタ法あるいはＣＶＤ法により形成
し、その上面に配線溝形成のための食刻用マスク７ａ（
第３図（＆）に示す食刻用マスク℃反転バタンよりなる
）を形成する（第４図（ａ））。この食刻用マスク７ａ
には、第３図の実施例と同゛・じ＜ＡＺ系の樹脂系レジ
ストを用いる。

次に、絶縁体９ｂを緩衝弗酸液を用いて食刻し、配線溝
１３と食刻された絶縁体９を得る。食刻法については、
プラズマエツチング、湿゛式エツチング等公知の手法を
用いうろことは云うまでもない。

次に、食刻用マスク７ａを利用して、リフトオフ法によ
シ配線溝１３を配線導体２で充填し埋め込む。

即ち、食刻用マスク７ａと配線溝１３−とを覆って、ス
パッタ法あるいは真空蒸着法により配線導体２゜２ｂと
してアルミニー−ム（Ｍｏを絶縁体９とほぼ同じ膜厚で
堆積する（第４図（Ｃ））。　　　　　　　。

次に、食刻用マスク７ａの上面に付着せるアルミニュー
ム膜２ｂを除去すべく、食刻用マスク７ａをレジストは
く離液またはプラズマ灰化を用いて溶解除去する。かく
して、マスク７ａの表面上のアルミニューム２ｂは完全
に除去され、配線溝１３は配線導体２（Ａｔ）によって
充填され埋め込まれたことになる（第４図（ｄ））。マ
スク７ａの溶解除去を効果的に行なうために、マスク７
ａの側壁に付着せるアルミニニーム全溶解すべく、反応
性イオンエツチング（Ｒ１１）あるいは湿式エツチング
によって３０秒程度スライドエツチングをすることが好
ましい。

リフトオフが完了した時点（第４図（ｄ））では、第３
図に示す実施例と同様に、配線導体２（Ａｔ）の側壁部
と絶縁体９　（Ｓｔｏｗ　）の側壁部との接触部にＶ字
溝１０ａが生ずる。

以下）流動状態０絶縁体を６布し１得６塗布膜工程以降
（第４図（ｅ）　、　（ｆ）　）は、第３図の（ｅ）　
、　（ｆ）工程と全く同じであり、第３図の実施例で記
載した事項は第４図の実施例においてもすべて成立する
ことは云うまでもない。この工程を経ることにより、第
３図と異なる新たなり７トオフプロセスによる完全平坦
化配線層が実現できる。かくして、新たな完全平坦化配
線層よりなる配線構造体が得られる。

上記の第３図、第４図に示す実施例において、配線導体
２については、アルミニー−ム（Ａｔ）Ｋ代えて、他の
金属例えば、モリブデン（Ｍｏ）　　、タングステン（
Ｗ）、白金＜Ｐｔ）、金（Ａｕ）、アルミニューム合金
、多結晶シリコン、各棹メタルシリサイド等が適用しう
ろことは容易に理解できる。このとき、配線導体金属の
組成に応じて、（ｅ）の工程における塗布膜１１の熱処
理温度を、金属の融点温度以下の範囲で所望の温度を選
択しうる。

また、絶縁体９としては、二酸化シリコン（Ｓｉ０２）
のみでなく、他の絶縁体例えば窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ
４　）　、アルミナ（Ａｔｚ　Ｏｓ　）等の絶縁体が使
用できる。　　　。

かくして得られた完全平坦化配線においては、従来の平
坦化技術では不可避であった遠距離段差（第１図）や微
細な７字溝（第２図）は存在しないことは明白である。

本発明による完全平坦化配線層（第３図、第４図）を用
いて形成した多層配線構造体の実施例として、４層配線
構造体の製造法を第５図に示す。

第５図（ａ）は第３図に示す完全平坦化配線層を、第５
図（ｂ）は第４図に示す完全平坦化配線層をそれぞれ用
いた実施例である。

第５図（ａ）の実施例について詳細に説明するが、第５
図（ｂ）の実施例の内容は第５図（ａ）より容易に類推
できるから、説明を省略する。ここで、１は基板であり
、能動素子が作り込まれている／リコン基板であっても
よい。この場合には、能動素子との接続があり得るが、
本実施例では省略されている。また、基板１はセラミッ
ク等の配線板であってもよい。さらに、いずれの場合と
も、本実施例の配線層の下層に他の配線層があってもよ
い。

配線導体２（Ｍ）；空隙８を充填して埋め込ん′だ絶縁
体９　（ＳｉＯｚ　）および基板より遠い面を平坦化し
た平坦化絶縁体１１ａ（ポリイミド系樹脂塗布膜、ある
いは燐ガラス塗布膜）は完全平坦化配線層となり、第１
層配線層１６を形成するよこれは、第３図に示す工程を
経ることによって、製造される。

この第１層配線層１６の平坦化絶縁体１１ａに公知のエ
ツチング手段により、所望のスルホール１４を設け、第
１層配線層１６を第３図（ａ）の基板１とみなし、全く
同じ工程を経て形成された完全平坦化配線層により、第
２層配線層１７が形成される０このとき、第３図（ｅ）
で示す塗布工程で平坦化される対象は、Ｖ字溝１０ａの
他にスルホール１４によって生ずる配線窪み２０が含ま
れることは云うまでもない。

同様にして、第３層配線層１８が形成され、これに所望
のスルホール１４を形成し、その上面に第４層配線層１
９となる配線導体２としてアルミニ−ム（Ａｔ）配線層
を形成する。かくして、本発明による４層配線構造体が
形成される。

第５図に示すいずれの４層配線構造体においても、スル
ホールの段差によって生ずる配線窪み２０が避けられな
い。第６図に、この配線窪み２ｏを防ぐために、スルホ
ール１４を配線導体（Ｍ）で埋め込み、配線接続子１５
を形成した実施例を示す。

この実施例において、第１層配線層１６のスルホール形
成捷では、第５図の実施例と全く同じである。このあと
、スルホール１４の形成に用いた食刻用マスクを用いて
、リフトオフ法により配線導体（ＡＬ）でスルホール１
４を埋め込む。この工程は、第４図の（ａ）から（ｄ）
に相当する。スルホール１４が配線溝１３に対応する。

こうして、配線層間の配線接続子１５が形成される。

、このあとの配線形成では、第５図の第２層配線層と配
線接続子１５を形成し、第２層配線層１７が形成される
。これをくりかえして、第３層配線層１８と第４層配線
層１９（但し、この場合には配線導体２としてのアルミ
ニュームバタンのみ）が形成される。かくして、配線窪
み２０ａの著しく削減された４層配線構造体が形成゛さ
れる。　′上記第５因、第６図の実施例において、本発
明。

の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えうろことは
明らかである。例えば、本実施例の配線層の幾つかを、
従来技術で既に説明した従来の配線形成法による配線層
、即ち、平坦化技術を用いない公知の配線層あるいは平
坦化配線、例えば第１図あるいは第２図に示す従来の平
坦化配線層と置き換え得ることは明白である。

また、本発明を用いることにより、上記４層配線構造体
にとどまらず、所望の配線層数よりなる多層配線構造体
が実現でき、基本的に配線層数を制限する要因は存在し
ないことは明らかである。

以上本発明による完全平坦化配線が実現できたことによ
り、以下のような利点がある。

まず、配線導体の疎密によって生ずる緩やかな遠距離段
差は生じない。すなわち、配線層の平坦性は配線導体の
形状、配置によって影響をうけない。従って、配線導体
上の層間絶縁膜の膜厚は、常に一定に保たれる−０−゛ また、平坦性を一様に保つだめの擬似配線を必要としな
い。

さらにまた、完全平坦性なるが故に、配線層を何層積み
重ねても段差が累積されることなく、配線層数に制約が
ない。故に、超多層配線が可能で゛ある。

また、従来のリフトオフ法による平坦化配線に□あった
微細なＶ字溝も消失し、より完全な平坦性が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＧＦＰ技術を示す断面図、第２図は従来
のり７トオ７法による平坦化技術を示す断面図、第３図
は本発明による完全平坦化配線層の形成工程を示す断面
図、第４図は本発明による完全平坦化配線層の別の形成
工程を示す断面図、第５図は本発明により製造される４
層酒己線構造体の具体例を示す断面図、第６図は本発明
により製造される４層配線構造体の別の具体例を示す断
面図でちる。 １・・・基板、２．２ａ、２ｂ・・・配線導体、３・・
・低融点ガラス、４・・・遠距離段差、５・・・絶縁体
、６・・・７字−溝、？、７ａ・・・食刻用マスク、８
・・・空隙、９　、９ａ　、　９ｂ・・・絶縁体、１０
　、１０ａ−Ｖ字溝、１１−・・塗布膜、１１ａ・・・
平坦化絶縁体、１３・・・配線溝、１４・・・スルホー
ル、１５・・・配線接続子、１６・・・第１層配線層、
層配線層、２０　、２０ａ・・・配線窪み。 特許出願人　　日本電信電話公社 外１名 η　１　　図 壺　２　関 η　３　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に配線導体を形成しりフトオ７法により前
   記配線導体間の空隙を前記配線導体とほぼ等しい膜厚の
   絶縁体で充填する工程と、前記配線導体と前記絶縁体と
   の表面を覆って絶縁材を塗布し前記基板より遠い面を平
   坦化するＴ′、程とを含むことを特徴とする配線構造体
   の製造方法。
2. （２）基板上に絶縁体を形成し該絶縁体に配線溝を形成
   しリフトオフ法により前記配線溝を前記絶縁体とほぼ等
   しい膜厚の配線導体で充填するに程と、前記絶縁体と前
   記配線導体との表面を覆って絶縁材を塗布し基板より遠
   い面を平坦化する工程とを含むことを特徴とする配線構
   造体の製造方法。