(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に各々が離間して配置された複数の配線から成る第１金属配線と、
配向特性を有する有機物を含有する絶縁体材料からなり、前記第１金属配線の各配線間に配置され、前記基板に垂直方向の比誘電率が水平方向の比誘電率より大きい第１の分離絶縁膜と、
配向特性を有する有機物を含有する絶縁体材料からなり、前記第１金属配線及び第１の分離絶縁膜上に配置され、前記基板に垂直方向の比誘電率が水平方向の比誘電率よりも低い第２の分離絶縁膜と、
前記第２の分離絶縁膜上に配置された第２金属配線と、
を含む半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体装置技術に関し、特に、金属配線の間隔が狭い半導体集積回路装置に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
例えば、従来の金属配線の状態を図７に示す。半導体基板２１は、単結晶シリコンから成り、その表面には酸化シリコンの絶縁層２２が形成され、その表面に下層金属配線２０がパターン形成されている。そして、この下層金属配線と上層金属配線２９の層間絶縁膜として機能する酸化シリコン膜２８、３１及びこの絶縁膜の平坦化に寄与するＳＯＧ膜３０とを有している半導体集積回路が先行技術として考えられる。例えば、多層配線に関する刊行物に、特開平５−２１８０２８等がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような多層配線の構造の多くは、酸化シリコン膜２８の比誘電率が約４程度なので、高集積化に伴う下層金属配線２０の間隔が１ミクロン以下となる最近の半導体装置において配線間の容量が増大するため、特に、電気信号の伝搬速度を遅延させる等、半導体集積回路装置の電気的特性に悪影響を及ぼし始めている。
【０００４】
然るに、上記従来技術においては、層間絶縁膜の膜厚や材料を決定する際、アルファ線や平坦性等に考慮しているが、隣接する金属配線間の配線容量を低減させるための対策については十分な対策が施されていなかった。
【０００５】
つまり、配線容量は、隣接配線間の誘電率×（隣接配線の対抗面積÷隣接配線間隔）で表され、隣接配線の対抗面全体に通常の比誘電率４の絶縁物質を充填し、隣接配線間隔を狭くするため配線容量を増加させるのである。
【０００６】
また、電気信号の伝搬速度の遅延を避けるため、所定配線間の許容間隔やＭＯＳトランジスタの閾値電圧の許容範囲等が狭小となる結果、半導体集積回路の製造プロセスに一定の限界が生じるに至っている。
【０００７】
本発明は、上記課題に着目してなされたものであり、その目的は、金属若しくは多結晶シリコン・ストリップからなる配線間の配線容量を有効に低減することができる技術を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、半導体集積回路装置の動作速度を向上させることができる技術を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、半導体集積回路装置の製造プロセスの制約を緩和することができる技術を提供することにある。
【００１０】
本発明の新規な構成及び効果は、明細書の記載及び添付図面から明らかになるであろう。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、徴細化する金属配線の間に比誘電率が小さい絶縁膜を形成することによって、この金属配線の間の静電容量を減少させ回路の特性を向上させるものである。具体的には、半導体装置の配線工程において、徴細な金属配線を形成し、前記金属配線間にポリマー等の有機物を含有する低誘電率の絶縁体材料をスピンコート法等によって形成させる。この絶縁体材料の誘電率はシリコン酸化膜の約２分の１程度のものまで開発されており、配線間の静電容量を著しく下げることができる。
【００１２】
しかしながら、これらのポリマー等の有機物を含有する低誘電率の絶縁体材料においては、この膜を形成する際にポリマー分子が基板面に垂直になるように形成され、基板に垂直方向の誘電率が水平方向の誘電率よりも大きくなる傾向がある。そのため、半導体配線の層間絶縁膜としてこれらの有機物を含む絶縁膜を用いた場合は、横方向の配線間の静電容量は著しく減少させることができるが、上下の配線容量の減少の効果はそれほど著しいものではなかった。
【００１３】
【作用】
本発明によれば、上記ポリマー分子の方向を制御することによって配線間の静電容量を最小にすることができる。ポリマー等の有機物を含有する低誘電率の絶縁体材料としては、比誘電率が酸化シリコンよりも低いスピンオンガラス（ＳＯＧ）、ポリイミド、テフロン（登録商標）等を構成要素として含んでいるとさらに効果的である。
【００１４】
この結果、電気信号が金属配線を充電若しくは放電する際の時間を、従来に比して短縮することができるので、電気信号の伝搬速度を高速にすることができる。
【００１５】
【実施例】
図１から図５は、本発明の第１の実施例である半導体装置の製造工程順断面図である。図１は、絶縁膜（ＳｉＯ2）２で覆われたＳｉ基板１の上に金属配線３を形成した断面である。図２は、その後、ＣＶＤ−ＳｉＯ2膜４を金属配線３を覆うようにして形成し、有機物ポリマーを含有するスピンオンガラス（ＳＯＧ）の前駆体をスピナーをもちいて回転速度１０００〜５０００ｒｐｍでウエハ全面にコートする。その後、溶剤を蒸発させるため、１００〜２００℃（溶剤の沸点によって異なる。）でベークし、３５０〜４５０℃でファイナルキュアを行った断面である。通常この時点で有機物のポリマー分子が基板面と垂直の方向にそろっているものが多い。このままの状態では上下の金属配線間の間ではポリマー分子に水平方向の比誘電率が効くため相対的に配線間の容量が大きくなる。そこで、本実施例ではケミカルメカニカルポリッシュ（ＣＭＰと略称する）法により上下の配線間の容量に影響を与える部分を除去する。図３は、ＣＭＰ法を利用した後の構造を示す。この後、第２層目のＳＯＧを塗布する際、ベークを行う前にポリマー分子が横方向に配向するように電場を印加して、ポリマー分子が横方向に配向した状態でベーク・キュアを行う。これによって上下の配線間の容量を低減させることができ、その後、第２の金属配線５を形成して、通常の半導体製造工程にて半導体装置を製造すればよい。
【００１６】
本実施例では、ポリマー分子が基板と垂直に配向する傾向がある為に、上下の配線間の容量が相対的に大きかった技術的課題を、ＣＭＰ法を用いて上下の配線間に影響を及ぼす膜を除去した後、ポリマー分子が横方向に配向した層を新たに形成し、上下の配線間の容量を低減することで、半導体装置全体の配線容量を最小にすることにある。
【００１７】
上記実施例ではＣＭＰ法を利用して有機物のポリマーを除去しているが、エッチバック法により上下の配線間の容量に影響を及ぼす部分を除去することもできる。
【００１８】
図６は、本発明の第２の実施例である半導体装置の工程断面図である。即ち、第２層のＳＯＧを塗布した後、有機ＳＯＧ中のポリマー分子の方向を変えるためにローラーで有機ＳＯＧを圧延したのち、窒素ガス中で３５０〜４５０℃でファイナルキュアを行うとしたものである。更に、本実施例においても、配線容量に影響するポリマー部の除去をＣＰＭ法に代えてエッチバック法を採用することもできる。
【００１９】
以上の実施例においては、比誘電率の小さい有機ＳＯＧを用いた製造工程の例を用いて本発明の概念を説明したが、同様な効果はポリミドやテフロン（「登録商標」）等を用いてもよい。また、ＣＶＤ  ＳｉＯ2膜４のあとに塗布する有機膜をベーク、キュアする前にポリマー分子が基板と垂直方向に配向するように故意に電場をかけてやれば、配線間のポリマー分子もより垂直方向に配向し、さらに配線間の容量を下げることができる。
【００２０】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次の通りである。
本発明においては、静電容量が問題になる微細配線間に比誘電率が配向依存性を有する分離絶縁膜を形成する際、前記配線間に比誘電率が低くなるように前記分離絶縁膜を配向させることによって配線間の静電容量を３次元的に減少させ、集積回路の電気的な動作速度を増加させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例であるＳｉ基板上に配線を形成した断面図である。
【図２】本発明の実施例である配線層上に有機ポリマー層を形成した断面図である。
【図３】本発明の実施例である有機ポリマー層上部を取り除いた断面図である。
【図４】本発明の実施例である第２の分離絶縁膜を重ね塗りした要部断面図である。
【図５】本発明の実施例である半導体装置の要部断面図である。
【図６】本発明の別の実施例である第２の分離絶縁膜を重ね塗りした要部断面図である。
【図７】従来の多層配線の断面図である。
【符号の説明】
１、２１  Ｓｉ基板
２  ＳｉＯ2膜
３、２０  第１金属配線（下層金属配線）
４  ＣＶＤ−ＳｉＯ2膜
５、２９  第２金属配線（上層金属配線）
６  有機ポリマー分子層（第１の分離絶縁膜）
７  層間絶縁膜層（第２の分離絶縁膜）
２８、３１  酸化シリコン
３０  ＳＯＧ膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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