JPS5893351A - 半導体装置及び製造方法 - Google Patents

半導体装置及び製造方法

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JPS5893351A
JPS5893351A JP19224681A JP19224681A JPS5893351A JP S5893351 A JPS5893351 A JP S5893351A JP 19224681 A JP19224681 A JP 19224681A JP 19224681 A JP19224681 A JP 19224681A JP S5893351 A JPS5893351 A JP S5893351A
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JP
Japan
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wiring
film
semiconductor device
wiring layer
insulating film
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JP19224681A
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English (en)
Inventor
Ryozo Nakayama
中山 良三
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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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】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体装置およびその製造方法に係リ、%に高
集積化、微細化が進んだ半導体装置の配線構造とその形
成方法に関する。
〔発明の技術的背景およびその問題点〕最近、半導体装
置製造におけるリソグラフィ技術、工、チング技術尋が
進歩し、半導体装置の高集積化、微細化が一段と進んで
いる。半導体装置の微細化が進むと配線パターンも微細
化され、隣接する配線間隔も微細化されてくる。
その結果、隣接する配線間の浮遊容量が増大し、これが
信号伝播の遅延を大きくするという問題が生じる。
第1図は半導体基板1上に絶縁膜2を介して3本の平行
な配線層31〜3sを形成した例を示している。いま、
配線層31〜3sの幅Wと間隔Sを等しいとし、真中の
配線層3寓に注目すると、これに付随する単位長さ当〕
の容1cは、絶縁膜2の容量をC宜 、配線層間のギヤ
グによる容量をC,としてC=C1+2 Cmで表わさ
れる。そして、W=Sの値を変化させたときの容量Cの
変化を示すと第2図の実線のようになる。一点鎖線は絶
縁膜2による容量01のみの場合である。図から明らか
なように、容−1cは、W=Sが絶縁膜2の膜原TOX
とほぼ等しくなる点Aで極小値を示し、これより寸法が
微細になると増大する。これ祉、容量CIの減少割合よ
シも容量Cmの増大割合が大きくなるためである。
このように1配線が微細化されると容量の増大による信
号伝播の遅れが重大な問題となってくる。、また従来法
による配線の微細化は、電流容量の減少、配線抵抗の増
加、エレクトロマイグレーションによる切断等をもたら
し、半導体装置の信頼性低下につながる。
〔発明の目的〕
本発明は、配線層に付随する静電容量の大幅な低減を図
シ、もって配線の微細化による信号伝播の遅延を抑え、
″”また従来のリングラフィ技術を用いて配線のよ)一
層の微細化を行うことなく容易に高集積化を可能とし、
信頼性向上を図り九半導体装置およびその製造方法を提
供するものである。
〔発明の概要〕
本発明は、半導体基板上に絶縁膜を介して同一導電膜形
成工程で形成される互いに平行に隣接する部分を有する
配線層を設けてなる半導体装置において、前記絶縁膜の
表面に急峻な段差をもつ所定ノfターンの凹凸を設けて
おき、前記配線層の互いに平行に隣接する部分の一方を
凹部、他方を凸部上に水平方向の離間距離がほぼ零とな
るように配設したこと、換言すれば、凹凸の段差部で分
離された平行配線層を設けたことを特徴とする。
本発明はまた、上記の如き配線構造を形成するに尚って
、まず素子領域が形成された半導体基板上の絶縁膜表面
に配線ノ臂ターンに対応した凹凸を形成し、その上に全
面に導体膜を被着し、更にその表面全面に段差部でエツ
チング速度の速いマスク材を堆積して全面エツチングを
行って前記凹凸の段差でこのマスク材を選択的に除去し
、残されたマスク材を用いて前記導体膜を選択工、チン
グして凹凸の段差部で分離された互いに平行に隣接する
配線層を形成することを特徴とする。
〔発明の効果〕
本発明によれば、凹凸/?ターンに自己整合された状態
で同一導電膜からなる配線層の互いに平行して隣接する
部分の一方が凹部に、他方が凸部に配設される。従りて
隣接する配線層同志が直接対向することがないか、対向
したとしてもその対向面積を極めて小さいものとするこ
とができるから、配線間の静電容量が小さくなり、配線
での信号伝播の遅れが小さくなる。また隣接する配線層
間は水平方向の離間距離がほぼ零であシ、従って配線幅
をそれ程微細にしなくて本配線密度を高くして素子のよ
り一層の高集積化が図られる。また配線幅をそれ程微細
にしなくてもよいため、従来のリソグラフィ技術を用い
て容易に半導体装置の高集積化を達成できる。
同様の理由で、配線の電流容量の減少、エレクトロマイ
グレーションによる断線、高抵抗化などを防止して、半
導体装置の信頼性向上を図ることができる。
〔発明の実施例〕
第3図は本発明の一実施例の要部断面を示している。1
1は素子領域が形成された81基板であり、この上に8
102膜12を介して互いに平行に隣接する3本の配線
層131〜131を形成した亀のである。S10.膜1
2は例えId、1.5μmの厚さとしてその表面に約1
μmの急峻な段差をもつ凹凸パターンが配線パターンに
対応させて形成されてお夛、3本の配線層13重〜13
mは凹凸の段差よシ薄い同一導体膜によって、真中の配
線層13鵞が凹部に1両側の配線層131゜131が凸
部罠配設されている。配線層751〜131の水平方向
離間距離は#1ぼ零である。
このような配線構造とすれば、第1図と比較して明らか
なように、配線層に付随する静電容量は非常に小さく、
また離間距離がほぼ零であるため配線密度の向上によ)
大幅な高集積化が図られることがわかる。
例である。即ち別基板21に5tO2膜22を介してそ
の表面の凹凸で分離された3本の第1層配線層23鳳〜
231を形成し、更にその上にsto、MIXz 4を
介してその表面に凹凸で分離された3本の第2層配線層
251〜253を形成したものである。これによシ、高
密度の多層配線構造を実現することができる。
次に本発明の方法の一実施例を第5図(&)〜(・)を
用いて説明する。まず素子領域が形成されたsi基板3
1上にsio、膜32を約2μmの厚さに形成し、ホト
レジストをマスクにして反応性イオンエツチングにより
8SO3膜320表面に段差が約1μmの凹部を形成す
る。いまの場合、凹部はこの5102膜32上に形成さ
れる3本の平行な配線層のうち真中の配線・々ターンに
対応する。そ、1・:1゜ の後、全面にCVD法によシリンド−!多結晶シリコン
膜33を約500X堆積し、更にその上にマスク材とし
てプラズマCVD法によ!り 810.膜34を50’
001程度堆積する(a)。この後、NH4Fを用いて
全面エツチングを行ない、810.膜340段差部を選
択的に工、チング除去する(b)。
プラズマCVD法による810□膜34呟f14Fに対
して段差部でのエツチング速度が平坦部でのそれの約2
0倍あるため、全面エツチングによってこのように段差
部のみ除去することができる。
そして残された81O1膜34をマスクとしてケ建カル
バドライ・エツチング法により段差部の多結晶シリコン
膜をエツチング除去し、段差部で分離された3本の配線
層331〜338を形成する(c)。凸部上の配線層1
31およびJJsは、更に通常のpip工程によ〕、レ
ジストJ5を形成しくd)、このレジストJ5をマスク
として工。
チングを行りて所定の配線幅とする(、)。
この実施例によれば、従来のリングラフィ技術をそのま
ま利用して、何ら難しい微細加工を行うことなく、配線
層間容量を小さくして高密度配線を実現することができ
る。特にCPUのように配線面積の大きい大規模集積回
路に適用した場合に、チップ面積の減少、高集積化、高
信頼性化部の効果が得られる。
なお、この実施例では導体膜として多結晶シリコンを用
いたが、AI、ムj−8i、Wなどの金属や各種金属シ
リサイドを用いることができる。
また、マスク材としてプラズマCVD法による810、
膜を用いたが、段差部でのエツチング速度が平坦部での
それよ〕大きいものであれば同様のマスク材として用い
ることができる。具体的には、スノ臂ツタ法による81
0.膜が好適する。
第6図4(a)〜(、)は本発明の別の実施例を説明す
るための図である1、まず素子領域が形成されたSt基
板41上に5SO2膜42を約2μmの厚さに形成し、
ホトレジストをマスクにして反応性イオンエツチングに
よ、9810.膜420表面に段差が約1μmの凹部を
形成する。先の実施例と同様、との凹部は、このSin
、膜42上に形成される3本の平行表記線層のうち真中
の配線パターンに対応する。、その後、全面に1凹部の
段差の1/2よシ薄いAI −81膜をスフツタ法によ
〕被着して、段差部で段切れをおζすことKよシ互いに
分離されたムj−81配線層411〜43.を形成する
(、)。次いで、通常のPEP工程によプレシスト44
を形成し伽)、このレジスト44をマスクとしてAJ 
−81配線43宜 、4J1の不要な部分をエツチング
除去して所定の配線幅とする(、)。
この実施例によっても、先の実施例と同様の効果が得ら
れることは明らかである。また仁の実施例によれば、先
の実施例より簡単な工程で、段差部で自動的に分離され
た配線を形成することができる。
第7図は上記実施例を変形して得られる配線構造を示し
ている。即ち、81基板J I K glo。
膜52を形成して、その表面に所定の凹凸パターンを形
成する。そして上記実施例と同様、凹凸の段差の1/2
より薄いAn−11膜を被着することKよシ、凹凸の段
差部で分離され丸、互いに平行に11接するAJ−B1
配線層531〜531を形成する。この場合、平坦部で
配線層ss1゜531の不要部分をエツチング除去する
工程で、例えば電源線のような大きい配線幅を必要とす
る配線53−を同時に形成している。
こうしてこの実施例によれば、互いに平行して密に隣接
する信号配線部分と大きい電流容量を必要とする平坦部
での電源配線部分と管、それぞれに要求される性能を満
たしながら巧みに共存させることができる。
第6図の実施例では、8102膜11に形成する凹部の
深さとムl −Sl膜31宜〜33畠の膜厚の制御が重
要である。凹凸ノリーンの工、チングのばらつきは必ら
ず生じるが、このためエツチング終点の制御が難しく、
また配線層間の容量のばらつきなどの不都合をもたらす
。これを防ぐには例えば8102膜J2を必要以上に厚
くしなければならなく々る。
第8図(a)〜(、)は仁の点を改良し九実施例を説明
する丸めの図で本る。まず81基板61上に、第1の絶
縁膜としてCVD法による810.l[# Jを1μm
の厚さに形成し、更にこの上に第2の絶縁膜として、ス
ピンコードによJ)Ik布L400Cでベーキングした
1μmのIリイオド樹脂膜63を形成する(、)。次に
写真食刻法を用いて?リイミド樹脂膜63を選択的に工
、テングして凹部を形成する(b)。このとき、CF4
と02の混合ガスを用いたケミカル・ドライ・エツチン
グを用いると、Iリインド樹脂膜63のエツチング速度
が8102膜62に比べて十分大きいため、オーバエ、
デングを行りてもBib、@σ2は殆んどエツチングさ
れず、確実に凹部底面に810.膜−2を露出させるこ
とができる。即ち凹部の段差が一定の状態を得ることが
できる。この後第6図の実施例と同様、スパッタ法にょ
如凹部の段差で段切れをおこすようにムノー8最膜を被
着し、写真食刻法で不要部分をエツチング除去して平行
に@接するムj−81配線層84重〜M4sを形成する
(、)。
この実施例によれば、オーバエ、チンダによる段差のば
らつきがなく、従って配線層間の容量を均一で小さいも
のとして、半導体装置の一層の高性能化を図ることがで
きる。また、−リイ建ド樹脂膜は比銹電率が約3.0で
あるから、S10.膜のみの場合に比べて配線層に付随
する容量を小さくする上でも好オしい。
なお、上記実施例では、絶縁膜の組合せとして4リイミ
ド/8tOを用いたが、81.N4/ 5iio。
やムj20. / 810.など、他の組合せを用いる
ことも可能である。また段差部で配線層を分離する方法
として、段切れを利用する方法でなく、第5図の実施例
の方法を適用してもよい。
第9図(、)〜(d)は、配線層の基板とのコンタクト
部の形成工程を含めた実施例を説明するための図!ある
。まず素子領域が形成された81基板rlK約2 fi
mの8102膜12をCVD法ニヨ)形成し、写真食刻
法を用いて選択的にコンタクトホール131〜y3=を
開孔する(1)。次に先の実施例と同様の方法によシ、
このStO,膜12上に形成される3本の平行な配線層
のうち真中の配線パターンに対応する凹部を、コンタク
トホールVX、の部分に重なるように形成する(b)。
その後、例えばリフトオフ技術を用いてコンタクトホー
ル7 J、 〜7 J、KAj膜141〜14mを堆め
込む(c)。そしてとの状態で先の実施例と同様の方法
、あるいは第5図の実施例の方法によって、凹凸の段差
部で分離された互いに平行に隣接する人ノー81配線層
751〜151を形成する(d)。
第10図は得られた配線パターンの平面図でめる1、第
10図のムーム′断面が第9図(d) K相当する。
この実施例によれば、41に凸部上の配線層のコンタク
トホールが深いものであっても、コンタクトホールに予
め接続部材を埋込んでいるため、コンタクトホール部で
の配線の段切れが確実に防止される。
なおこの実施例では、配線パターンに対応する凹凸を形
成した後にコンタクトホールに接続部材を埋込んだが、
第9図(&)の萩態でコンタクトホールに接続部材を埋
め込み、その後凹凸パターンを形成する選択エツチング
を行って第9図(、)の状態を得るようKしてもよい。
また第10図から明らかなように、隣接する配線層間に
水平方向の離間距離は殆んどない丸め、配線幅が小さい
ときにコンタクトホールはそれよ)更に小さい寸法とな
る。これは良好なコンタクトをとる上で好ましくない。
この点を改善するには、第10図に対して@11図に示
すように少しずつずれた位置にコンタクトホールra鳳
’〜111′を形成すればよい。こうすれば、コンタク
トホールIJν〜73a′の寸法をそれぞれ配線層7j
i〜151の幅とほぼ等しくすることができ、確実なコ
ンタクトをとることが可能となる。
なお、以上の各実施例においては、主として3本の平行
な配線層を形成する場合を説明した。
従って凹凸の段差部で配線層間の分離を行った後、通常
のPEP工程士平坦部での配線層を・臂り1111:1 一ニングしている。しかしながら、例えば多数の配線パ
ターンが基板全面にわたりて互いに平行に配設される場
合には、その配線パターンに対応する絶縁膜表面の繰返
し凹凸パターンにより隣接する配線層間を分離するだけ
で、その後の通常のPEP工程は不要となる。また配線
パターンを凹凸の段差部で分離した後、平坦部に残る導
体膜をそのまま例えばシールド膜として残すような場合
にも、同様にその後のPEPI鵬を省略することができ
る。更に上記各実施例では、平行に隣接する3本の配線
層の真中のものを凹部に配置してその両側の配線と分離
したが、真中のものを凸部に配置するように凹凸パター
ン形成をしてもよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の半導体装置の配線構造の例を示す図、第
2図はその配線幅と静電容量の関係を示す図、第3図は
本発明の一実施例の配線構造を示す図、第4図は同様の
配線層を2層に積ねた例を示す図、第5図(、)〜(・
)は本発明の方法の一実施例の製造工程を説明するため
の図、第6図(、)〜(、)は他の製造工程を説明する
ための図、117図は更に他の実施例の配線構造を示す
図、第8図(a)〜(、)は本発明の方法の改良された
実施発明の方法の実施例の製造工程を説明するための図
、第10図社得られた配線ノ9ターンの平面図、第11
図は第9図の工程を改良した実施例による配線/fター
ンの平面図である。 11.22 、jJ 、4J 、51 、il 、rl
・・・81基板、11.22,14.31.42゜12
、il、6J、’12・・・810□膜、131〜II
s  e23*  〜231 1151 〜25B  
。 331〜J 31  e 431〜43m、531〜5
16  e g 4麿〜64m  m151〜rtsl
・・・配線層、34・・・プラズマCVD−810,膜
(iスフ材)出願人代理人  弁理士 鈴 江 武 彦
$111 A −W(=S) M3図 第4図 jI5図 4 第5図 第6図 第7図 第8図 第9図 s9図 第10図 第11図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)素子領域が形成された半導体基板上に絶縁膜を介
    して同一導電膜形成工程で形成された互いに平行に隣接
    する部分を有する配線層を設けてなる半導体装置におい
    て、前記絶縁M#iその表面に急峻迩段差をもつ所定・
    9ターフの凹凸を有し、前記配線層は互いに平行に隣接
    する部分が前記凹凸の段差部で分離されて水平方向の離
    間距離がほぼ零となるように配−されていることを特徴
    とする半導体装置。
  2. (2)  凹凸の段差を配線層の厚みより大とし、配線
    層の互いに平行に隣接する部分を相対向させないようK
    した特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。
  3. (3)素子領域が形成された半導体基板上に絶縁膜を形
    成しその表面に配曽ノ々ターンに対応した凹凸を形成す
    る工程と、前記絶縁膜上全面に導体膜を被着する工程と
    、前記導体膜上全面に段差部でエツチング速度の速いマ
    スク材を堆積し全面エツチングを行って前記凹凸の段差
    部で仁のマスク材を選択的に除去する工程と、残された
    マスク材を用いて前記導体膜を選択エツチングして前記
    凹凸の段差部で分離された互いに平行に隣接する配線層
    を形成する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
  4. (4)  qスフ材はCVD法またはスノ臂ツタ法によ
    るシリコン酸化膜でア)、これを全図工、チンダする方
    法は■4Fを用いた湿式1.チングである特許請求の範
    囲M3項記載の半導体装置の製造方法。
  5. (5)絶縁膜表面に凹凸/4ターンを形成する方法は、
    反応性イオンエツチング法によシ選択エツチングを行う
    ものである特許請求の範囲第3項記載の半導体装置の製
    造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003086531A (ja) * 2001-09-07 2003-03-20 Seiko Instruments Inc パターン電極作製法およびその作製法で作製されたパターン電極

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55134981A (en) * 1979-04-09 1980-10-21 Ibm Method of manufacturing semiconductor device

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