JPS62177943A - 多層配線構造の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置における多層配線構造の製造方法に
関し、特にエアブリッジ構造を有する多層配線構造の製
造方法に関する。

〔従来の技術〕

近年の半導体装置の微細化、高集積化に伴ない半導体装
置に形成される配線の多層化が進められている。従来こ
の種の多層配線構造では、上、下層の各配線の立体交差
の構成の相違によって大きく分けて２種類の構造が実用
化されている。

第１の構造は、第３図のように半導体装置の絶縁層ｌｌ
上に第１配線層１２を形成し、その上に層間絶縁膜１４
を形成し、更にこの上に第２配線層１３を形成し、コン
タクトにおいて相互接続を図るように形成した構造であ
る。この構成の配線構造では、第１、第２の各配線層１
２．１３間に存在する層間絶縁膜１４の誘電率によって
両配線層間の容量が大きくなり、伝達信号のクロストー
クが生じ易く、素子の微細化に対応することが難しい。

第２の構造は、エアブリッジ構造構造とも称されており
、第４図のように半導体装置の絶縁膜層２１上に第１の
配線層２２と、その両側位置に第２の配線層２３を形成
し、この第１の配線層２２を跨ぐように第３の配線層２
４を形成した構造である。この構成の配線構造では第１
の配線層２２と第３の配線層２４とは誘電率の最も小さ
い空気が絶縁層として構成されるため、再配線層間での
伝達信号のクロストークが非常に小さく、配線容量も小
さくできる。

このエアブリッジ配線構造の製造方法としては、例えば
第１及び第２の配線層２２．２３を形成した後、第３の
配線層２４を形成する箇所に、後の工程で除去可能な架
橋性のある有機物の膜を選択的に形成し、その上でこの
有機物膜の上に第３の配線層２４を形成する。そして、
その後にこの有機物膜のみをドライエッチ法やウェット
エッチ法等により選択的に除去してこの部分を空洞化す
る方法が用いられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来のエアブリッジ配線構造の製造方法では、
有機物膜の上に形成した第３の配線層２４の幅寸法が、
長さ寸法に比較して大きいと、有機物膜のエツチング時
にエッチャントが第３の配線層に邪魔されてその内側に
まで七分侵入ゼす、第３の配線層の下側に工・７チソグ
されない有機物膜が残存されることがある。特に、従来
の有機物膜は外殻、内部ともに均一６ご架橋反応して硬
化されているため、全体をエツチング除去することは困
難になる。また、完全に除去するにしてもエツチング時
間が長くなる。

このため、残存した有機物膜によって配線層間の誘電率
が初期の空気のみの場合に比較して大きくなり、エアブ
リッジ配線構造本来の効果を得ることができなくなる。

また、エツチング時間が長くなることにより、他の素子
に悪影響を与える恐れが生じ、かつスルーブツトが低下
される。更に、エッチャントを十分に浸透させるために
、第３の配線層の幅寸法に制限を受け、配線抵抗や設計
上の点で不利になることもある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の多層配線構造の製造方法は、有機物膜のエツチ
ングを速やかに行うことを可能とし、これによりスルー
プットの向上を図るとともに素子への影響を無くし、し
かも設計の自由度を向上するものである。

本発明の多層配線構造の製造方法は、エアーブリッジ構
造を形成する際に用いる有機物膜を、少なくとも内部は
硬化せず、外殻のみが硬化するような温度及び時間で加
熱処理し、エアーブリッジ構造の配線層を形成したのち
にこの有機物膜をエツチング除去する工程を備えている
。

〔実施例〕

次に、本発明を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例を製造工程に従って示す図で
あり、（ａ、）〜（ｆｌ）は平面構成図、（ａ２）〜（
ｆ２）はそのＡＡ線断面構成図である。

先ず、同図（ａ＋）、　　（ａｚ）のように、ＧａＡｓ
の半絶縁性基板１の表面上に第１の配線層２及び第２の
配線層３を所定の平面パターンに形成する。これら配線
層２，３は、例えばＴｉ、Ｐｔ及びＡｕを夫々積層して
総計１μｍ程度の厚さに形成した多層構造としている。

なお、前記基板１は石英ガラス基板やシリコン等の半導
体基板」二に酸化シリコン等の絶縁膜を形成した基板で
もよい。

次いで、同図（ｂｌ）、　　（ｂｚ）のように前記第１
．第２配線層２，３上にシリコン酸化膜等の絶縁膜４を
被着し、かつ選択エツチング法により前記第２の配線層
３の所要箇所、即ち前記第１の配線層を挟むように対向
する位置にスルーホール５を開設する。

次に、有機物膜を全面に被着した後にこれをバターニン
グし、同図（ｃ、）、　　（ｃ、）のように後述する第
３の配線層を形成すべき箇所において、前記第１の配線
層２を覆い、かつ前記第２の配線層３に開設したスルー
ホール５は覆わないように有機物膜６を形成する。この
有機物膜６としてここではＵ　Ｒ−３６４０感光性ポリ
イミド（商品名：東し■製）を用いている。そして、こ
の有機物膜６をＮ２雰囲気中で３００℃、３０分のボス
トキヱア（加熱処理）を行う。

この加熱処理に際し、有機物膜６にこのＵｌ’１３６４
０を用いた場合、Ｎ２雰囲気、３００℃の加熱条件では
、第２図（ａ）のような膜減特性を有し、またこの場合
における平行平板型ドライエツチング（エツチングガス
に０□を使用）によるエツチングレートは、同図（ｂ）
の特性であることが実験で確認されている。

これを見ると、前記条件でのポストキュアを略１０分行
うと、有機物膜の膜減りが無くなるのに対し、エツチン
グレートは約６０００人を越えたところで急激に上昇し
ている。このことから、前記ポストキュアでは、有機物
膜は表面約６０００人がキュアされて硬い外殻を形成し
、これ以上ポストキュアを行っても内部のキュアが進行
されないことが判る。つまり、前記条件でのポストキュ
アでは、有機物膜６は硬い外殻と柔い内部の二重構造と
されることになる。

次に、同図（ｄ＋）、　　（ｄ２）のように、例えばス
パッタ法により全面に金属被膜７を被着する。

この金属被膜７としてはＴｉが使用される。なお、この
金属被膜７は他の金属構成でもよいが、メッキ時におけ
る給電バスとして利用できるように低抵抗の材質である
ことが好ましい。

しかる上で、前記金属被膜７の一部を図外のフォトレジ
スト膜６で覆った上で、同図Ｃ８，）。

（ｅ２）のように、金属被膜７表面に選択Ａｕメッキを
行いＡｕメッキ膜８を形成する。このＡｕメッキ膜８は
３μｍ程度の厚さとし、かつ前記第１の配線層２を跨ぎ
しかも両端は前記第２の配線層３のスルーホール５上に
夫に達するように形成する。

そして、同図（ｆｔ）、　　＜ｆｔ）のように、前記Ａ
ｕメッキ膜８を形成した箇所以外の金属被膜５をドライ
エツチング法、例えばイオンミリング法によってエツチ
ング除去する。このとき、必要に応じてＡｕメッキ膜８
上にフォトレジストをマスクとして形成しておいてもよ
い。これにより前記第１の配線層２に立体交差する上層
側としての第３の配線層９が構成される。

続いて、同図（ｇ＋　）、　　（ｇｚ　）のように、例
えば０２プラズマアツシヤにて前記有機物膜６を除去し
、第３の配線層９の下側に空洞を形成する。

このアッシャに際しては、有機物膜６は前述のように内
部は完全にキュアされておらず二重構造となっているの
で、外殻をアッシャした以後は極めて容易により内部を
アッシャできる。例えば、前記条件でキュアした有機物
膜は、２０μｍの幅寸法ならば約１時間の０２プラズマ
アツシヤで完全に除去することができる。

以上の工程により、第３の配線層の幅寸法に制限を受け
ることなく有機物膜のエツチング残りのないエアブリッ
ジ配線構造を容易かつ短時間で形成でき、エアブリッジ
配線構造本来の効果を得ることができ、しかもスループ
ットを向上することができる。

ここで、Ａｕメッキ膜８を省略して金属被膜５で第３の
配線層を構成してもよい。この場合には前記選択Ａｕメ
ソキ工程の代わりに金属被膜５上にフォトレジストをパ
ターン形成し、これをマスクにして金属被膜５をパター
ンエツチングすればよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、エアーブリッジ構造の配
線層を形成する際に用いる有機物膜を硬い外殻と柔い内
部の二重構造となるような条件で加熱処理を行っている
ので、エアーブリッジとしての配線層を形成した後の有
機物膜の除去をその配線層の幅寸法に制限を受けること
なく確実にかつ短時間でエツチング除去することができ
る。これにより、エアブリッジ配線構造本来の低誘電率
効果を得て伝達信号のクロストークの低減および配線層
間容量の低減を図るとともに、配線構造の製造スループ
ットの向上を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ＋　）　〜（ｆｔ　）　、　　（ａｔ　）　
〜（ｆｚ　）は本発明方法を工程順に説明するための平
面図及びそのＡＡ線に沿う断面図、第２図（ａ）は有機
物膜のポストキュア時間と膜厚の特性図、同図（ｂ）は
エツチング特性図、第３図は従来の多層配線構造の一例
の断面図、第４図は従来のエアーブリッジ構造の断面図
である。 ■・・・半絶縁性基板、２・・・第１の配線層、３・・
・第２の配線層、４・・・絶縁膜、５・・・スルーホー
ル、６・・・有機物膜、７・・・金属被膜、８・・・Ａ
ｕメッキ膜、９・・・第３の配線層（上層側配線層）、
１１．．２］・・・半絶縁基板、１２．２２・・・第１
の配線層、１３゜２３・・・第２の配線層、１４・・・
層間絶縁膜、２４・・・第３の配線層。 （ｂｌ） 第１図 （ｂ２） ３　　　　ｌ　　　３　　１ （ｅｌ）８ ５　　ｄ　　乏　　　５ （ｆｌ） ３５　　　１　　　　Ｚ　　　　’）３−渇 （社）　　　　　　　　　　　〜 ＜−」 Ｎ　　　　　　　　Ｐ−０ （ＬＪ、Ｉｙ／）　　　　　ＩＦ−５乙イ子４・°工′
（Ｏん）　　　　　　　１１稟Ｖ翻廖−ムイ刹τ５手続
主甫正書（方式） 昭和６１年　４月１５日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に形成した配線層上の一部に有機物膜を形
   成する工程と、この有機物膜上に前記配線層と立体交差
   する上層側の配線層を形成する工程と、前記有機物膜を
   除去して前記各配線層をエアーブリッジ構造に構成する
   工程とを備える多層配線構造の製造に際し、前記有機物
   膜を少なくとも内部は硬化せず、外殻のみが硬化するよ
   うな温度及び時間で加熱処理する工程と、前記上層側の
   配線層を形成した後にこの有機物膜をエッチング除去す
   る工程を含むことを特徴とする多層配線構造の製造方法
   。