JPH0936115A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH0936115A
JPH0936115A JP18389495A JP18389495A JPH0936115A JP H0936115 A JPH0936115 A JP H0936115A JP 18389495 A JP18389495 A JP 18389495A JP 18389495 A JP18389495 A JP 18389495A JP H0936115 A JPH0936115 A JP H0936115A
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JP
Japan
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resin layer
wiring
film
polyimide resin
photosensitive polyimide
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Withdrawn
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JP18389495A
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English (en)
Inventor
Masahiko Hirai
匡彦 平井
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】層間絶縁膜の形成を容易に行え、その層間絶縁
膜の誘電率を低く抑えることができ、しかも配線加工も
容易に行えるようにする。 【解決手段】シリコン基板1の表面に酸化シリコン膜2
を形成し、次いで、その酸化シリコン膜2上に感光性ポ
リイミド樹脂をコーティングして感光性樹脂層としての
感光性ポリイミド樹脂層3を形成する。次いで、感光性
ポリイミド樹脂層3に、配線パターンに対応した溝4を
形成し、その溝4が埋め込まれるように、感光性ポリイ
ミド樹脂層3を銅薄膜で覆う。そして、銅薄膜5の表面
を、例えばケミカル・メカニカル・ポリッシング法によ
り研磨して、感光性ポリイミド樹脂層3の表面を露出さ
せる。すると、溝4内に銅薄膜が残ることになるから、
これらを配線5Aとして利用し、各配線5A間を、感光
性ポリイミド樹脂層3によって絶縁する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は半導体装置の製造
方法に関し、特に、層間絶縁膜を容易に形成でき、その
層間絶縁膜の誘電率を低く抑えることができ、しかも配
線加工も容易に行えるようにしたものである。
【0002】
【従来の技術】従来のLSI(大規模集積回路)では、
配線間の分離や素子及び配線間の分離に主に酸化シリコ
ンや窒化シリコン等からなる層間絶縁膜が用いられてい
るが、LSIの高集積化,微細化,大規模化及び高速化
が進むに従って、回路間の寄生容量(つまり層間絶縁膜
の寄生容量)やコンタクト抵抗等のさらなる低減が望ま
れている。このため、層間絶縁膜の誘電率を引き下げる
要求が強くなっており、シリコン,酸素,フッ素等から
なる層間絶縁膜や樹脂薄膜を半導体装置内の層間絶縁膜
として利用することが検討されている。例えば感光性樹
脂をLSIの層間絶縁膜に利用することも検討されてい
る(例えば、『IC用語辞典』昭和61年7月30日
電波新聞社発行 第88頁“感光性ポリイミド”の項参
照。)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現在の
ところ、十分に低い誘電率を達成した層間絶縁膜は実用
には供されていない。また、従来の層間絶縁膜は、例え
ば酸化シリコン膜等をCVD法等により半導体基板上に
成膜し、その後に、レジスト塗布,露光,現像,エッチ
ング等が必要なフォトリソグラフィー法によって酸化シ
リコン膜を加工して所望の層間絶縁膜を形成するように
なっていたため、加工が面倒であり、平坦性の面でも十
分なレベルには達していなかった。
【0004】さらに、従来は、層間絶縁膜の上に配線用
金属膜を成膜し、その配線用金属膜をフォトリソグラフ
ィー法によって加工して配線パターンを形成し、さらに
その上を層間絶縁膜で覆うことにより、周囲から絶縁さ
れた配線パターンを形成するようにしていたが、この方
法では加工が面倒であり、しかも配線構造が多層となる
に従って平坦性が損なわれて上層配線の断線等を招く原
因となっていた。
【0005】本発明はこのような従来の技術における解
決すべき課題に着目してなされたものであって、絶縁膜
の誘電率を十分に低減でき、平坦性や加工性にも優れた
半導体装置の製造方法を提供することを目的としてい
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に係る発明である半導体装置の製造方法
は、半導体基板に形成された絶縁膜上に感光性樹脂層を
形成し、その感光性樹脂層に配線パターンに対応する溝
を形成した後に、その溝が埋め込まれるように前記感光
性樹脂層を配線用材料膜で覆い、そして、その配線用材
料膜を、前記感光性樹脂層の表面が露出するまで研磨す
る工程を備えた。
【0007】また、上記目的を達成するために、請求項
2に係る発明である半導体装置の製造方法は、半導体基
板に形成された絶縁膜上に感光性樹脂層を形成し、その
感光性樹脂層に配線パターンに対応する溝を形成し、そ
の溝の内面が被覆されるように前記感光性樹脂層を配線
下地膜で覆った後に、前記溝が埋め込まれるように前記
感光性樹脂層を配線用材料膜で覆い、そして、前記配線
用材料膜及び配線下地膜を、前記感光性樹脂層の表面が
露出するまで研磨する工程を備えた。
【0008】そして、請求項3に係る発明は、上記請求
項1又は請求項2に係る発明である半導体装置の製造方
法において、前記配線用材料膜として銅を用いた。ここ
で、感光性樹脂層とは、例えば紫外線等の光を照射する
ことにより構造が変化する樹脂からなる層のことであ
る。つまり、塗布した感光性樹脂層に光を照射すること
により、その光が照射された部分のみ樹脂構造が変化
し、例えば感光性樹脂層全体を現像液に浸すことによっ
て、感光性樹脂層のうち光が照射された部分のみが残存
し、或いは光が照射されていない部分のみが残存するよ
うになる。かかる感光性樹脂としては、ポリイミド構造
を有する樹脂が望ましい。
【0009】また、配線用材料膜とは、例えば請求項3
に係る発明における銅のような金属や、不純物を添加し
た多結晶シリコン等の配線となり得る導電性材料からな
る膜のことである。そして、本発明における研磨として
は、ケミカル・メカニカル・ポリッシング等が適用でき
る。ケミカル・メカニカル・ポリッシングとは、機械的
研磨と化学的反応とを併せ持った研磨方法であり、例え
ばその一例として、酸性或いはアルカリ性の溶液に研磨
粒子を分散させてなる研磨剤を、研磨対象の表面に供給
しながら研磨布を押し付けて研磨する、という方法があ
る。
【0010】さらに、請求項2に係る発明における配線
下地膜は、感光性樹脂層と配線用材料膜との密着性の向
上や、後に形成される配線の酸化を防止するために形成
するものであり、その一例としては、クロム金属膜や窒
化チタン膜、或いは窒化シリコン膜や酸化シリコン膜等
の絶縁膜が挙げられる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。図1乃至図5は本発明の第
1の実施の形態を示す図であって、これらは半導体装置
の製造手順を示す斜視図である。即ち、この実施の形態
における半導体装置の製造手順を順に説明すると、先ず
図1に示すように、半導体基板としてのシリコン基板1
の表面に絶縁膜としての酸化シリコン膜2を形成し、次
いで図2に示すように、その酸化シリコン膜2上に感光
性樹脂としての感光性ポリイミド樹脂をコーティングし
て感光性樹脂層としての感光性ポリイミド樹脂層3を形
成する。
【0012】かかる感光性ポリイミド樹脂層3は、例え
ば図1に示すような酸化シリコン膜2が形成されたシリ
コン基板1をスピナー固定し、そのシリコン基板1表面
に感光性ポリイミド樹脂を滴下した後に、例えば毎分3
500回転の割合で40秒回転させることにより形成す
ることができる。次いで、図3に示すように、感光性ポ
リイミド樹脂層3に、配線パターンに対応した溝4を形
成する。例えば、感光性ポリイミド樹脂としてエステル
ボンドタイプの樹脂を塗布し、光源とシリコン基板1と
の間に所定のマスクを介在させた状態で紫外線を照射す
ることにより、感光性ポリイミド樹脂層3の溝4を形成
する部分以外の部分を固化させ、その後に現像及び窒素
雰囲気内で350度のキュアリング(加熱処理)を行
い、最終的に膜厚1.0μm程度の感光性ポリイミド膜
3を図3のような構造に仕上げることができる。
【0013】次いで、図4に示すように、溝4が埋め込
まれるように、感光性ポリイミド樹脂層3を配線用材料
膜としての銅薄膜5で覆う。かかる銅薄膜5は、例えば
CVD法により成膜することができ、その膜厚は2.0
μm程度とする。銅薄膜5をCVD法により成膜する際
のソースガスにはヘキサフルオロアセチルアセトネート
銅(Cu(HFA))を用い、基板温度350℃で成膜
することができる。
【0014】そして、図4に示すような構造が得られた
ら、銅薄膜5の表面を、例えばケミカル・メカニカル・
ポリッシング法により1.0μm以上研磨して、図5に
示すように、感光性ポリイミド樹脂層3の表面を露出さ
せる。この研磨は、例えば、1容量%の硝酸と2重量%
のベンゾトリアゾール(BTA)水溶液に粒径0.2μ
m以下のアルミナ粉を分散させたスラリを用い、面圧約
200g/cm2 で行うことができる。
【0015】すると、図5に示すように、溝4内に銅薄
膜5が残ることになるから、これらが配線5Aとして利
用されるようになり、各配線5A間が、感光性ポリイミ
ド樹脂層3によって絶縁されることになる。このよう
に、本実施の形態にあっては、感光性ポリイミド樹脂層
3に紫外線を照射し現像して溝4を形成し、その溝4内
に配線5Aを埋め込むようにしているため、配線5A間
を絶縁する絶縁膜を容易に加工することができる。ま
た、配線5A間を絶縁する絶縁膜として働く感光性ポリ
イミド樹脂層3は、その誘電率が酸化シリコンや窒化シ
リコンに比較して低いため、配線5A間の寄生容量が小
さくなるという利点もある。しかも、配線5Aを、上述
したように銅薄膜5の成膜及びその後の研磨により加工
しているから、配線加工も容易であるという利点もあ
る。よって、本実施の形態で示した半導体装置の製造方
法は、高集積化,微細化,大規模化及び高速化が進んだ
LSIの製造工程に好適に採用することができる。
【0016】図6は本発明の第2の実施の形態を示す図
であって、これも半導体装置の製造手順の一部を示す斜
視図である。即ち、この実施の形態では、上記第1の実
施の形態で得られた図5に示すようなシリコン基板1
を、多層配線構造に拡張したものである。具体的には、
図5に示すような構造が得られた後に、その上面に上記
と同様の方法で感光性ポリイミド樹脂を塗布し、その全
面に紫外線を照射して全体を固化して、感光性ポリイミ
ド樹脂層6を形成する。
【0017】そして、その感光性ポリイミド樹脂層6の
表面に、上記第1の実施の形態で感光性ポリイミド樹脂
層3,溝4及び配線5Aを形成したのと同様の手順で、
感光性ポリイミド樹脂層7,溝8及び配線9を形成す
る。このように、本発明に係る半導体装置の製造方法で
あれば、多層配線構造の加工も容易に行うことができ
る。しかも、感光性ポリイミド樹脂層3及び配線5A上
面を研磨加工によって容易に平坦に仕上げることができ
るから、多層配線構造が2段,3段,…,と進んでも、
上層配線の高い平坦性が得られ、その断線等の危険性を
低減することができる。
【0018】図7乃至図9は本発明の第3の実施の形態
を示す図であって、これらも半導体装置の製造手順を示
す斜視図である。即ち、上記第1の実施の形態における
図1乃至図3と同様の処理を行って得られたシリコン基
板1に対して、その溝4の内壁が被覆されるように、感
光性ポリイミド樹脂層3の表面を、配線下地膜としての
クロム層10で覆う。その様子を図7に示す。なお、ク
ロム層10は例えばスパッタリング法により形成するこ
とができ、その膜厚は200Å程度とする。
【0019】次いで、図8に示すように、溝4が埋め込
まれるように、感光性ポリイミド樹脂層3を配線用材料
膜としての銅薄膜5で覆う。かかる銅薄膜5の成膜条件
等は上記第1の実施の形態と同様である。そして、図8
に示すような構造が得られたら、銅薄膜5及びクロム層
10を、例えばケミカル・メカニカル・ポリッシング法
により1.0μm以上研磨して、図9に示すように、感
光性ポリイミド樹脂層3の表面を露出させる。この研磨
の条件も、上記第1の実施の形態と同様である。
【0020】すると、図9に示すように、溝4内に銅薄
膜5が残ることになるから、これら配線5Aとして利用
されるようになり、各配線5A間が、感光性ポリイミド
樹脂層3によって絶縁されることになる。そして、本実
施の形態であっても、上記第1の実施の形態と同様に、
配線5A間の絶縁膜の加工が容易であり、配線5A間の
寄生容量も小さくなり、配線加工も容易であるという利
点がある。
【0021】また、本実施の形態では、配線5Aの下地
層としてクロム層10を形成しているため、感光性ポリ
イミド樹脂層3と銅薄膜5との密着性が向上するし、酸
化シリコン膜2表面からくる酸素が配線5A側に至り難
くなるから、その配線5Aの酸化を防止することもでき
る。そして、そのような有利な構造も、加工面での複雑
化等を招くことなく容易に実現することができるという
利点がある。
【0022】なお、配線5Aの下地層としてクロム層1
0を形成するこの第3の実施の形態のような構造であっ
ても、上記第2の実施の形態と同様の手順で多層配線構
造とすることができるし、その場合でも、多層配線構造
の加工も容易であるし、しかも平坦性に優れているか
ら、上層配線の断線等の危険性を低減することができる
ようになる。
【0023】なお、上述した各実施の形態で示した各条
件は、本発明者等が行った製造実験を根拠にしたもので
あるが、これ以外の条件も当然に採用可能である。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
配線間等を絶縁する絶縁膜を容易に加工することがで
き、配線間の寄生容量を小さくすることができ、配線加
工も容易であり、平坦性にも優れている、という種々の
効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態の半導体装置の製造工程の一
部を示す斜視図である。
【図2】第1の実施の形態の半導体装置の製造工程の他
の一部を示す斜視図である。
【図3】第1の実施の形態の半導体装置の製造工程の他
の一部を示す斜視図である。
【図4】第1の実施の形態の半導体装置の製造工程の他
の一部を示す斜視図である。
【図5】第1の実施の形態の半導体装置の製造工程の他
の一部を示す斜視図である。
【図6】第2の実施の形態の半導体装置の製造工程の一
部を示す斜視図である。
【図7】第3の実施の形態の半導体装置の製造工程の一
部を示す斜視図である。
【図8】第3の実施の形態の半導体装置の製造工程の他
の一部を示す斜視図である。
【図9】第3の実施の形態の半導体装置の製造工程の他
の一部を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板(半導体基板) 2 酸化シリコン膜(絶縁膜) 3 感光性ポリイミド樹脂層(感光性樹脂層) 4 溝 5 銅薄膜(配線用材料膜) 5A 配線 10 クロム層(配線下地膜)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板に形成された絶縁膜上に感光
    性樹脂層を形成し、その感光性樹脂層に配線パターンに
    対応する溝を形成した後に、その溝が埋め込まれるよう
    に前記感光性樹脂層を配線用材料膜で覆い、そして、そ
    の配線用材料膜を、前記感光性樹脂層の表面が露出する
    まで研磨する工程を備えたことを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
  2. 【請求項2】 半導体基板に形成された絶縁膜上に感光
    性樹脂層を形成し、その感光性樹脂層に配線パターンに
    対応する溝を形成し、その溝の内面が被覆されるように
    前記感光性樹脂層を配線下地膜で覆った後に、前記溝が
    埋め込まれるように前記感光性樹脂層を配線用材料膜で
    覆い、そして、前記配線用材料膜及び配線下地膜を、前
    記感光性樹脂層の表面が露出するまで研磨する工程を備
    えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記配線用材料膜は銅薄膜である請求項
    1又は請求項2記載の半導体装置の製造方法。
JP18389495A 1995-07-20 1995-07-20 半導体装置の製造方法 Withdrawn JPH0936115A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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