WO2001095390A1 - Semiconductor device and method of manufacturing the device - Google Patents

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WO2001095390A1
WO2001095390A1 PCT/JP2000/008194 JP0008194W WO0195390A1 WO 2001095390 A1 WO2001095390 A1 WO 2001095390A1 JP 0008194 W JP0008194 W JP 0008194W WO 0195390 A1 WO0195390 A1 WO 0195390A1
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semiconductor device
wiring
layer
manufacturing
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PCT/JP2000/008194
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Hiroto Kanao
Hiroaki Kouno
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Sumitomo Precision Products Co., Ltd.
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    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device capable of preventing an increase in parasitic capacitance (wiring capacitance) due to a reduced wiring interval of the same layer and stabilizing a high-speed operation of an integrated circuit. It relates to the manufacturing method.
  • Background art
  • FIG. 21 shows an example of a semiconductor device having such a cavity (Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-335549), and FIGS. 22 and 23 show the manufacturing method. .
  • insulating films 103 and 104 are formed between the lower wiring 101 and the upper wiring 102, and a cavity is formed between the insulating films 103 and 104. 105 are formed. Buried metal 106 is upper wiring 102 and lower wiring
  • the semiconductor device has a lower wiring or a semiconductor substrate having a semiconductor element below the interlayer insulating film 107.
  • the lower wiring 101 is patterned on the interlayer insulating film 107, and the insulating film 103 is formed so as to cover the lower wiring 101 (FIG. 22). (See (a)).
  • This insulating film 103 is, for example, an oxide film.
  • the film is formed by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method. , Polishing ⁇ Flattened to form a 800 nm thick film on the wiring.
  • CMP Chemical Mechanical Polishing
  • the cavity forming opening 108 (0.3 m ⁇ ) and the via hole opening 109 (0.4 fl mn) are simultaneously formed by the usual photo resist method and anisotropic etching method. (See Figure 22 (b)). If the wiring interval is 0.9 m or more, two cavity forming openings 108 a and 108 b having a width of 0.3 jUm are formed. By performing over-etching, the depth of the cavity forming opening can be formed sufficiently deep down to the lower surface of the lower wiring 101. For example, if the amount of overetching is set to about 80%, the depth becomes about 140 nm.
  • a tongue ⁇ ⁇ 3 ⁇ 4 to be a buried metal 106 is grown by a CVD method or a Chemical IV apor D ⁇ position (chemical vapor deposition) method.
  • a CVD method or a Chemical IV apor D ⁇ position (chemical vapor deposition) method.
  • WF 6 is used as a growth gas and reduced with H 2 or SiH 4 at about 400 ° C., tungsten grows only on the metal (see FIG. 23 (c)).
  • the insulating film 110 (oxide film: plasma oxide film or bias sputtered oxide film) is reduced in RF power to reduce the embedding property, and the upper part of the space forming opening 108 is closed. Under the conditions that make it easier, interlayer insulation is applied to the entire surface until only the upper part 104 of the space forming opening 108 is sufficiently closed. A film 110 is formed. As a result, a closed cavity 105 is formed in the insulating film 103 between the lower wirings 101 (see FIG. 23D).
  • the interlayer insulating film 110 is polished and flattened using a wafer polishing technique (CMP) until the buried metal 106 is exposed (see FIG. 23 (3)), followed by a normal photo resist method. Then, an upper wiring 102 is formed by using an etching method.
  • CMP wafer polishing technique
  • the cavity 105 since the cavity 105 is formed in the insulating film 103 in a columnar shape by anisotropic etching, the cavity 105 has a sufficient depth (lower layer) due to excessive etching. It is considered that there is a limit to the reduction of the parasitic capacitance even if it is designed to have a lower level than the lower line of the wiring 101).
  • Other disclosed prior arts JP-A-2-86146 and JP-A-5-21617 also have anisotropy with respect to an insulator existing between wirings. Since holes or cavities are provided by etching and other processes, there is a limit to the reduction of parasitic capacitance due to space reasons, and it is not possible to sufficiently cope with increasingly severe design rule miniaturization.
  • three-dimensional wiring (such as between wiring in the same layer, between wiring in upper and lower layers, and between wiring in twisted positions, etc.) Also, it is essential to reduce the parasitic capacitance between elements.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems of the present invention, and a main object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same, which can dramatically reduce parasitic capacitance not only between planar wiring but also three-dimensional wiring. Is to do. Another object of the present invention is to obtain a stable semiconductor device by increasing the manufacturing accuracy of the support for supporting the upper layer wiring, and to damage wiring and elements when forming a space for reducing parasitic capacitance. The goal is to provide a process without any problems. Disclosure of the invention
  • the semiconductor device in a semiconductor device provided on a silicon substrate on which a plurality of elements are provided so that at least two wirings connecting the elements are formed at least vertically above and below, the semiconductor device is connected to a lower surface of the upper wiring.
  • a pillar that supports the upper wiring is formed, and a continuous space is formed from a gap between the lower wirings to at least a part of a lower surface of the upper wiring.
  • the support forms a space between the same layer and the upper and lower layers. This space extends three-dimensionally between the wirings (between the same layer, upper and lower layers and between twisted positions), and the parasitic capacitance can be sufficiently reduced even if the wiring interval is narrowed.
  • the support is preferably an insulator.
  • the pillars By forming the pillars with an electrical insulator, it is possible to sufficiently reduce the parasitic capacitance when narrowing the space between the wirings, while ensuring insulation between the wirings.
  • conductive metal is provided in a columnar shape, and the columnar conductive metal does not need to support the upper wiring.
  • the support when the support is made of an insulating material, the support is provided on the lower wiring and supports the upper wiring, And a second support supporting the upper layer wiring at a portion on the silicon substrate which is not provided, and it is preferable that at least one of the first supports has a metal for conduction embedded therein.
  • the upper and lower layers are electrically connected by the metal for conduction embedded in the pillar.
  • the support is made of a conductor.
  • the pillars are made of a conductor, so that the upper and lower layers are electrically connected. It can also serve as a wiring for connection. Therefore, the structure is simplified, and in the manufacturing method, the step of burying a metal for conduction can be omitted.
  • a metal pillar it can be provided on an insulating layer to be insulated.
  • a concave portion is formed on the surface of the substrate between the elements, and the space is continuous within the concave portion.
  • the insulation between the elements can be increased, and the parasitic capacitance can be reduced. Further, miniaturization between elements can be promoted.
  • inter-element concave portion it is preferable to form an etching-resistant film on the inner surface of the inter-element concave portion during the semiconductor device manufacturing process and before the etching process.
  • the element surface is not damaged during etching.
  • the etching does not proceed in the lateral direction of the silicon substrate, it is easy to control the dimensions between the elements.
  • the present invention is characterized in that a gettering material is provided in the space between the wirings.
  • Gettering materials are substances that have the effect of adsorbing and removing gas molecules from the gaseous phase, ie, the function of pumping out.
  • barium, magnesium, calcium, titanium, tantalum, zirconium, vanadium, and yttrium which are commonly known, can be used.
  • the exhaust gas discharged from the material in contact with the space is adsorbed to prevent the outgas from being stored, and the space is evacuated.
  • the purpose is to increase the degree. Realization of high vacuum promotes reduction of parasitic capacitance. Furthermore, corrosion and wiring deterioration due to outgas can be prevented, The life of the semiconductor device can be extended.
  • a gettering material a solid support is provided on an interlayer insulating film or a support for the gettering material in a space between wirings, and the gettering material can be effective after manufacturing a semiconductor.
  • the gettering material can be effective after manufacturing a semiconductor.
  • titanium, zirconium, yttrium and the like it is preferable that these are arranged in such a shape that the surface area is maximized when they are arranged.
  • the plasma used for the isotropic etching is preferably SF 6 gas.
  • a capping layer which covers the upper and lower wirings from above the uppermost wirings of the uppermost layer and hermetically closes a space in which the gettering material is provided.
  • the gas adsorbing action of the gettering material in the space works effectively, and the degree of vacuum in the space is increased.
  • a manufacturing method of the present invention for manufacturing a semiconductor device in which a metal for conduction is buried in a pillar made of an insulator
  • the step (h) of forming the upper wiring layer includes a step of forming a metal film for the upper wiring after removing the contact hole opening pattern mask and burying the buried metal, and forming an extra metal film according to the wiring pattern. And etching a critical portion.
  • a method conventionally used as a method for forming a wiring layer (metal film) can also be used.
  • a photoresist film is formed by a photolithography method, and an insulating film is formed and buried in a sacrificial layer that has been etched in a pillar shape, thereby forming a pillar.
  • a column can be formed. Also, after the pillars are formed, all the sacrificial layers are removed by isotropic etching to form spaces, so that the molding accuracy is high.
  • the step (g) of embedding a metal in the etched contact hole and the step (h) of forming the upper wiring layer Same as forming It may be performed at a time.
  • the steps (g) and (h) are performed simultaneously to further simplify the steps. be able to.
  • the manufacturing method of the present invention includes:
  • (e-1) a step of forming and embedding a metal in the etched region to form a conductive support
  • the manufacturing method is simplified as compared with a semiconductor having pillars made of an insulator.
  • the present invention further comprises, after the step (i), (j) a step of forming a cabling layer on the uppermost layer upper wiring so as to hermetically close the space.
  • the space made airtight by the caving layer is sucked into vacuum by the gettering material.
  • the method of manufacturing the semiconductor device according to the present invention includes the following steps:
  • a photoresist mask for forming a through hole for exposing a region for forming an element isolation recess of the silicon substrate in the interlayer insulating film is formed on the interlayer insulating film and the lower layer.
  • the through hole is formed by etching the interlayer insulating film in a region that is not covered with the photoresist mask, and a recess forming region for element isolation of the silicon substrate under the interlayer insulating film through the through hole. And (a-3) a step of removing the photoresist mask formed in the step (a-1).
  • the manufacturing method of the present invention comprises the following steps:
  • the anisotropic etching in the (a-2-1) step is controlled, and simultaneously with the etching of the interlayer insulating film, the element isolation region of the silicon substrate immediately thereunder is anisotropically etched.
  • an etching-resistant film for example, an oxide film
  • an etching-resistant effect can be exerted on the etching for removing the sacrificial layer in the final (i) step. Therefore, the device is not damaged, the dimensional accuracy is improved as a result, and it is possible to cope with further miniaturization of design rules.
  • the sacrificial layer is a silicon layer.
  • a silicon layer If it is a silicon layer, it can be easily removed using isotropic etching In this case, damage to wiring and elements can be reduced.
  • a material other than silicon can have a selectivity of 100 or more (500 or more under the most preferable conditions). Therefore, damage to the portions such as the wiring and the pillars in contact with the formed space is very small.
  • the sacrificial layer is a resist layer.
  • the semiconductor device of the present invention can be similarly formed.
  • the manufacturing method of the present invention includes:
  • a gettering material can be provided on the interlayer insulating film in the same layer as the lower wiring. Also, a gettering material can be provided in the same layer as the upper layer wiring in combination with a manufacturing method described later.
  • the manufacturing method of the present invention includes:
  • a pillar or the like is formed on an interlayer insulating film in the same layer as the upper layer wiring, similarly to the upper layer wiring, and a gettering material is disposed thereon.
  • two or more wirings may be provided in combination with a wiring in the same layer as the lower wiring and a wiring in the same layer as the upper wiring.
  • FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the semiconductor device of the present invention.
  • FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the semiconductor device of the present invention.
  • FIG. 3 is a sectional view showing a third embodiment of the semiconductor device of the present invention.
  • FIG. 4 is a sectional view showing a fourth embodiment of the semiconductor device of the present invention.
  • FIG. 5 is a sectional view showing a fifth embodiment of the semiconductor device of the present invention.
  • FIG. 6 shows the first half of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is the second half of the continuation of the manufacturing method of FIG.
  • FIG. 8 illustrates a method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 shows the first half of the method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 shows the second half of the continuation of the manufacturing method of FIG.
  • FIG. 11 shows the first half of the method for manufacturing a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram showing the latter half of the manufacturing method of FIG.
  • FIG. 13 is a sectional view showing a sixth embodiment of the semiconductor device of the present invention.
  • FIG. 14 is a sectional view showing a semiconductor device of the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating the first half of the method of manufacturing the semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 shows an intermediate part of the manufacturing method of FIG.
  • FIG. 17 shows the latter half of the manufacturing method of FIG.
  • FIG. 18 illustrates the first half of the main part of the method for manufacturing a semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 illustrates the latter half of the main part of the manufacturing method of FIG.
  • FIG. 20 illustrates a configuration and a manufacturing method of a semiconductor device according to an eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view illustrating an example of a conventional semiconductor device.
  • FIG. 22 is a diagram showing a first half of a method of manufacturing the conventional semiconductor device of FIG. 21.
  • FIG. 23 is a diagram showing the latter half of the conventional manufacturing method of FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 to 5 are cross-sectional views showing an embodiment of the semiconductor device of the present invention and first to fifth embodiments, respectively.
  • 6 and 7 show a method of manufacturing the first embodiment (semiconductor device shown in FIG. 1) of the present invention.
  • FIG. 8 instead of FIG. 7, and through the steps of FIG. 6 and FIG. 8, a third embodiment (semiconductor device shown in FIG. 3) of the present invention can be obtained.
  • 9 and 10 show a method of manufacturing the fourth embodiment (semiconductor device shown in FIG. 4) of the present invention
  • FIGS. 11 and 12 show a fifth embodiment of the present invention.
  • 6 shows a method of manufacturing the embodiment (semiconductor device shown in FIG. 5).
  • FIGS. 13 to 20 illustrate the present invention having a gettering material in a space
  • FIG. 13 shows that the gettering material is provided in the same layer as the lower wiring
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of a sixth embodiment of the present invention, in which FIG. 14 is a cross-sectional view of a seventh embodiment of the present invention in which a gettering material is disposed in the same layer as the upper layer wiring. 17 show a method of manufacturing the sixth embodiment (semiconductor device shown in FIG. 13), and FIGS. 18 and 19 show a method of manufacturing the seventh embodiment (the semiconductor device shown in FIG. 14). Device).
  • FIG. 20 shows the configuration and manufacturing method of the embodiment of FIG.
  • a lower wiring 1 is provided on an interlayer insulating film 7, and an upper wiring 2 is supported on the interlayer insulating film 7 or the lower wiring 1 by columns 3 and 4.
  • the second support 3 is on the interlayer insulating film 7 and supports the upper wiring 2
  • the first support 4 is on the lower wiring 1 and stands upright to support the upper wiring 2.
  • the upper wiring 2 is lifted by the first and second pillars 3 and 4, and a space 5 is formed between the upper and lower wirings 1 and 2.
  • the space 5 is 5 a between the side surfaces 1 a and 1 b of the adjacent lower wiring 1, and between the upper surface 1 c of the lower wiring 1 and the lower surface 2 d of the upper wiring 2 between directly above and immediately below.
  • a three-dimensional space having b and 5c between the lower wiring 1 and the upper wiring 2 which are geometrically twisted.
  • the columns 3 and 4 are formed of an electrical insulator, and the upper and lower layers 1 and 2 are electrically connected by the metal 6 embedded in the first column 4.
  • the metal 6 is appropriately provided at a necessary place.
  • a metal 16 electrically connects the upper and lower layers 1 and 2.
  • the upper wiring 2 is sufficiently supported by the columns 3 and 4, and the thickness of the metal 16 is not limited. However, it is also possible to use the metal 16 as a substitute for the strut with an appropriate thickness.
  • the pillars 53 and 56 are made of a conductor and have an appropriate thickness.
  • the pillars 5 6 provided on the lower wiring 1 Also plays the role of electrically connecting 1 and 2. Parts that do not need to be electrically connected are erected as appropriate on the insulating film, like the pillars 53.
  • Upper and lower layer wirings 1 and 2 are made of aluminum (AI), aluminum alloy, copper (Cu), tungsten (W), tungsten silicide (WSi), titanium nitride (( ⁇ ⁇ ), and titanium silicide (TiS). i) or a single body or a laminate. The same applies to buried metal 6 (see Fig. 1) and conduction metal 16 (see Fig. 2).
  • the pillars 3 and 4 are made of a material having a low dielectric constant such as SiO x N x , SiO x , SiO OF, and amorphous fluorocarbon (a — C: F) when made of an insulating material. Is preferred. Further, it is preferable that the material be able to secure the strength capable of supporting the upper wiring. .
  • the pillars 53, 56 (see Fig. 3) formed by conductors are made of aluminum (AI), aluminum alloy, copper (Cu), tungsten (W), tungsten silicon, as well as the upper and lower wirings 1, 2. It is composed of a simple substance or a laminated body such as side (WS i), titanium nitride (T iN), and titanium silicide (T iS ⁇ ).
  • the interlayer insulating film 7 is, for example, an oxide film such as a plasma oxide film or a bias sputter oxide film.
  • a metal 17 for conduction is embedded in the interlayer insulating film 7. Is done.
  • the second support 3 and the layer A metal may be buried in the inter-insulating film 7 to connect the upper wiring 2 and the upper wiring 2 thereon.
  • FIG. 4 shows a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention, in which a through hole 8 is provided in an interlayer insulating film 7, and an inter-element isolation recess 10 provided in a silicon substrate 9 immediately below.
  • the through holes 8 communicate with each other.
  • the inter-element isolation recess 10 is provided to enhance the insulation between the elements, and, like the space 5, may be a space or a space closer to a vacuum than a space filled with an insulator. preferable.
  • the through hole 8 is provided for forming the concave portion 10 for isolation between elements.
  • FIG. 5 shows a fifth embodiment of the semiconductor device of the present invention.
  • an etching resistant film 11 is further formed on the surface of the recess 10 for element isolation. Have been.
  • the etching-resistant film 11 is for preventing the concave portion 10 from being eroded during the manufacturing process.
  • etching resistant film 11 examples include SiO x N x and SiO x .
  • the etching resistant film 11 can be formed by irradiating oxygen plasma under appropriate conditions without removing the resist mask when etching the interlayer insulating film.
  • the lower wiring 1 is formed on the interlayer insulating film 7
  • a simple substance or a laminate of the above-described material such as an aluminum alloy or copper is patterned and etched. And so on to form the lower wiring 1.
  • the DC voltage is set to about 1 kW, and the gas to be used is Ar (plasma). )
  • the flow rate is about 0.1 liter per minute (however, all volumes are in the standard state (0 ° C, 0.1 Pa (1 atm))), and the pressure in the reaction chamber is reduced. Approximately 3 Pa, and the target is AI.
  • an extra portion of the AI thin film formed by sputtering is removed by forming a resist mask and subsequent metal etching (anisotropic dry etching) to obtain the AI wiring (lower layer wiring).
  • metal etching anisotropic dry etching
  • CVD, plating, etc. are also possible.
  • the upper wiring can be formed in a similar manner. Further, the above method is also effective for burying a metal in a contact hole.
  • a sacrificial layer 22 is formed so as to cover the lower wiring 1.
  • the sacrificial layer 22 is formed, for example, by forming amorphous silicon.
  • This film formation for example, by low pressure CVD apparatus, a gas used as the S i H 4 and A r (or H 2), S i H about 0.0 5-0 a flow rate of 4.2 Li Tsu Torr
  • the Ar flow rate is about 0.5 to 2 liters per minute
  • the pressure in the reaction chamber is several OPa
  • the substrate temperature is about 350 ° C or less and 150 ° C or more. I do.
  • the sacrificial layer 22 is planarized by a method such as CMP (Chemical Mechanical Polishing), and a photoresist mask 23 is formed.
  • the sacrificial layer 24 not covered by the mask 23 is removed by etching.
  • This etching is preferably anisotropic etching from the viewpoint of dimensional control.
  • an ICP-RIE device inductively coupled plasma-reactive ion etching (Inductiv ⁇ IyCupI ⁇ dPlasma) the R eactive I on E tching)
  • the platen was about 3 0 W
  • the anisotropic etching of S i O 2 film Do is achieved, for example, by using an ICP-RIE device to set the coil to about 100 W, the platen to about 500 W, the pressure in the reaction chamber to about 0.33 Pa, and fluorocarbon gas to the standard state. At a flow rate of about 0.02 liters per minute.
  • the contact hole is not limited to the inside of the column 25, and may be formed in the sacrificial layer 22 if necessary. In that case, the production method is determined in consideration of both the materials of the support 25 and the sacrificial layer 22.
  • the photoresist mask 27 is removed, and the metal 6 is buried in the contact hole 26.
  • This padding ECR-by CVD equipment, a wave power of about 1 k W, about 2 0 A coil current, and the and the WF 6 using gas H 2 and A r, the flow rate of about respectively 0.0 1 liter per minute and about 0.02 liters per minute and about 0.05 liters per minute
  • the pressure is about 0.7 Pa
  • the substrate temperature is about 300 ° C or more and 450 ° C or less
  • the RF power is about 20 OW.
  • the upper wiring 2 is formed by the same method using the same material as the lower wiring 1 described above, but the material and manufacturing method of the lower wiring 1 and the upper wiring 2 may be different in one semiconductor device.
  • a space 5 is formed by etching the sacrificial layer 22. For this, isotropic etching is preferable from the viewpoint of facilitating etching under the upper wiring and between the upper and lower layers. For example, by using SF 6 plasma, the ICP (inductively coupled plasma) conditions, the coil about 6 0 OW, the bra Ten to about 5 W, the pressure in the reaction chamber to about 2. 7 P a, and use gas
  • the flow rate is SF 6 , about 0.1 liter per minute.
  • the microwave power, the coil current, and the flow rate of SF 6 and Ar of the gas used were about 0.05 liter and about 1 kW, respectively.
  • Torr per minute and about 0.05 liter per minute, the pressure in the reaction chamber is about 0.7 Pa, and the substrate temperature is about 300 ° C or more and 450 ° C or less.
  • XeF 2 gas can be used for isotropic etching for removing the sacrificial layer 22.
  • the pressure in the reaction chamber should be about 0.4 Pa or less.
  • Step (g) (formation of buried metal 6) and step (h) (formation of upper wiring 2) can be performed simultaneously, in which case the material of buried metal 6 and upper wiring 2 is aluminum (AI). , Aluminum alloy, copper (Cu), tungsten (W), tungsten silicide (WSi), titanium nitride (TiN), titanium silicide (TiS i), etc. It is formed by a notter method or a CVD method.
  • the sacrificial layer is used for forming the above-described amorphous silicon film.
  • a resist model number AZ1305
  • isotropic or anisotropic resist etching can be used.
  • the conditions for example, a coil about 6 0 0 W, the platen about 1 0 W, about the pressure in the reaction chamber 5.
  • 3 2 P a the use gas and flow rate 0 2, approximately 0.0 3 liters per minute.
  • the coil is about 600 W
  • the platen is about 15 W
  • the pressure in the reaction chamber is about 0.27 Pa
  • the gas used and the flow rate are O 2 , and about 0.02 Torr per minute.
  • conventionally used methods can be appropriately used.
  • the first half of the method of manufacturing the semiconductor device is the same as the steps (a) to (d) shown in FIG.
  • the second half, (e-1) step, (h) step and (i) step will be described with reference to FIG.
  • a conductor 28 is formed by embedding a conductor in the dug down sacrificial layer portion 24.
  • the conductive pillar 28 can be formed by a similar method using the same material as the upper and lower wirings 1 and 2.
  • upper wiring 2 is formed.
  • the upper layer wiring 2 can be formed by the same method using the same material as the lower layer wiring 1 described above.
  • the step of forming the space 5 by etching the sacrificial layer 22 is also included. It is the same as FIG.
  • the step of forming the pillar 28 of ( ⁇ -1) and the step of forming the upper layer wiring 2 of (h) can be performed simultaneously.
  • the first method is to etch simultaneously with the removal of the sacrificial layer 22.
  • the second method is a method of etching simultaneously with the interlayer insulating film 7.
  • isotropic etching is used to remove the sacrificial layer 22. Therefore, it is difficult to accurately control the depth of the concave portion.
  • the manufacturing method shown in FIGS. It can be easily added to the process or the process shown in FIGS.
  • the depth of the concave portion can be accurately controlled by using anisotropic etching when forming the penetration hole 8 in the interlayer insulating film 7, but the final step (i) When removing the sacrificial layer 22 with, care must be taken not to erode the recess. Therefore, as in the fifth embodiment shown in FIG. 5, an anti-etching film 11 is provided to protect the inner surface of the concave portion 10 in preparation for the final step (i).
  • FIGS. 9 and 10 show the above-described first method, that is, the manufacturing method of the fourth embodiment shown in FIG.
  • an interlayer insulating film 7 is provided on a silicon substrate 9.
  • the metal 17 is appropriately buried in the interlayer insulating film 7 to electrically connect the element and the lower wiring 1.
  • (A) forming a lower layer wiring 1 is the same as FIG.
  • (a-1) the interlayer insulating film 7 and the lower wiring are removed except for a portion 7a above the silicon insulating film 9 except for a portion 7a located above the silicon insulating substrate 9 immediately below the interlayer insulating film 7 in order to expose the concave portion forming region 1 O a. 1 is covered with a mask 30 such as a photoresist mask.
  • (a-2) the interlayer insulating film 7 is etched.
  • Etching is anisotropic etching.
  • ICP-RIE uses a coil of about 1 OOOW, a platen of about 500 W, a reaction chamber pressure of about 0.33 Pa, and a gas used of fluoro. With carbon gas, the flow rate can be about 0.02 liters per minute.
  • the steps (b) to (h) in FIG. 10 are the same as those in FIGS. 6 and 7, but in the final step (i-1), isotropic etching is performed, and the sacrificial layer 2 Along with the removal of 2, the silicon substrate 9 is dug down from the exposed inter-element separation recess forming region 1 O a to form the inter-element separation recess 10.
  • FIGS. 11 and 12 show the above-described second method, that is, the manufacturing method of the fifth embodiment shown in FIG.
  • the step (a) in FIG. 11 is the same as in FIG. 6 and FIG.
  • the interlayer insulating film 7 and the lower wiring 1 are removed except for a portion 7a above the silicon substrate 9 to form a recess 10 for element isolation in the silicon substrate 9. Cover with a mask 30 such as a photoresist mask.
  • a mask 30 such as a photoresist mask.
  • the interlayer insulating film 7 and the silicon substrate 9 immediately below the interlayer insulating film 7 are etched to form recesses for element isolation.
  • the etching is anisotropic etching similarly to the step (a-2) in FIG. 9, but is appropriately controlled so that the depth of the recess 10 for element isolation becomes a predetermined value.
  • an etching-resistant film 11 is formed on the inner surface of the concave portion 10 for isolation between elements.
  • the material of the etching resistant film 11 include SiO x N x and SiO x .
  • This etching resistant film 11 can be formed by performing oxygen plasma irradiation under appropriate conditions without removing the resist mask 30 when etching the inter-layer insulating film 7.
  • anisotropic etching is used, so that the recess 10 It is easy to control the depth, and an excellent semiconductor device can be manufactured accurately.
  • steps (b) to ( ⁇ ) are the same as steps (b) to (i) shown in FIGS. 6 and 7, but in the final step (i), the etching resistant film 11
  • the semiconductor element in the vicinity of the element separating recess 10 is not adversely affected by isotropic etching when removing the sacrificial layer 22.
  • the low pressure CVD method and the ECR-CVD method are used, but other CVD methods (thermal CVD method (normal pressure CVD method), plasma CVD method, optical CVD method, ICP (inductively coupled plasma method)) are used.
  • the same effect can be obtained by using the CVD method, the HELI-one CVD method, the SWP (Surface Wave Plasma) -CVD method, other CVD methods, and other HDP (high-density plasma) -CVD methods.
  • the same effect can be obtained by using a sputtering method or a plating method instead of the CVD method.
  • the ICP-RIE method is used for the etching method, but other RIE methods (RIE method using the plasma method used in the aforementioned CVD method, DRM-RIE method) are used. The effect is the same.
  • FIGS. 13 and 14 show the gettering material 50 arranged in the space 5 of the first embodiment shown in FIG. 1.
  • the embodiment shown in FIGS. It can be arranged in the space 5 in the same way.
  • the manufacturing method the structure and manufacturing method of the embodiment in which the gettering material 50 is provided in the space 5 of the embodiment shown in FIG. 4 will be described with reference to FIG.
  • the gettering material 50 is provided on the interlayer insulating film 7.
  • the gettering material 50 is provided on the support 51.
  • the support 51 may be an insulator or a conductor.
  • the space 5 becomes a hermetically closed space when the cabling layer is provided and the semiconductor device is completed. Therefore, by arranging a substance having a function of adsorbing gas molecules, such as the gettering material 50, the gas originally existing in the space 5 and the gas discharged from the material after the semiconductor device is completed (au) Can be adsorbed and removed from the space 5, and the degree of vacuum in the space 5 can be increased. By increasing the degree of vacuum, the dielectric constant of gas between wirings can be reduced, and as a result, the capacitance between wirings can be further reduced. Further, since corrosive gas can be eliminated, the life of the semiconductor device can be extended.
  • gettering material examples include barium, magnesium, calcium, titanium, tantalum, zirconium, vanadium, and yttrium. It is preferable to use titanium, zirconium, yttrium, or the like. These are preferably arranged in such a shape that the surface area is the largest when they are arranged. Further, when titanium is used, the plasma used for isotropic etching for removing the sacrificial layer 22 when forming the space 5 is preferably SF 6 gas.
  • Kiyabbingu layer 5 2 is an insulating film, the material, in addition dioxide Kei element (S ⁇ ⁇ 2), fluorine (F) Moshiku the force one carbon (C) containing oxide film (S i OF, Preferred are S i OC), organic SOG, porous SOG, organic polymer, amorphous fluorocarbon (a-C: F), silicon nitride (S i N) and the like.
  • (a) the step of forming the lower wiring 2 is the same as that of FIG. 6.
  • (a- ⁇ ) a gettering film 32 is formed. This formation is preferably performed by a sputtering method, for example, by using titanium as a target and under argon plasma. Since the gettering film 32 has an appropriate thickness, the mask 31 is removed (a- ().
  • FIGS. 16 and 17 the steps (b) to (i) are the same as the steps (b) to (i) shown in FIGS. 6 and 7.
  • the cabling layer 52 is formed so as to cover the upper wiring 2 of the uppermost layer in the step (j) after the gettering material 50 is formed in the space 5 in the step (i) of FIG. .
  • Kiyabbingu layer 5 for example, be formed by forming a S i O 2. This film formation, for example, by low pressure CVD apparatus, a use gas as the S i H 4 0 2 (or N 0 2), 5;. 1 ⁇ 1 4 of the flow rate of about 0 0 5-0 - 2 liters per minute, about the flow rate of O 2 0. 6 ⁇ 2 liters and per minute, about 1 3 0 the pressure in the reaction chamber P a, about 3 5 0 ° C or less 1 5 the substrate temperature 0 ° C or more.
  • the gettering material 50 is provided on the same layer as the upper wiring 2, but before the (a) step, the gettering material is provided. (I) to (II).
  • the support 51 is similar to the formation process of the support 25 shown in FIGS. 6 and 7, and the first half of the steps (a) to (h) is the same as in FIGS. 6 and 7. is there.
  • a (h-I-1) resist film 31a is applied and cured, and is patterned by (h-I-12) resist exposure to form a photo-resist mask 31.
  • (h- ⁇ ) gettering film 32 is formed. This formation is similar to the above-mentioned (a- ⁇ ) step. Since the gettering film 32 has an appropriate thickness, as shown in FIG. 19, the mask 31 is removed in the (h—) process.
  • the step of removing the sacrificial layer 22 is the same as the step (i) shown in FIG. 7, and as shown in FIG. 14, the gettering material is provided on the support 51 provided in the space 5. 50 are provided.
  • a caving layer 52 is formed in the same manner as the step (j) in FIG. 17 so as to cover the upper wiring 2 of the uppermost layer.
  • the (h ⁇ I), (h ⁇ I), and the gettering material 50 are arranged at predetermined positions after the (h) step of forming the upper wiring 2.
  • (h- ⁇ ) and (h — ⁇ ) processes are provided.
  • the gettering material disposing steps (I) to (m) may be performed before or after the formation of the upper wiring 2. Therefore, after the mask 27 required for cutting six metal pieces is removed in the step (g) shown in FIG. 7 and before forming the upper wiring 2, (g-I), (g- ⁇ ) and (g) g — ⁇ ) It may be provided as a process.
  • the cabling layer 52 can also be formed in a space 5 that is continuous with the element isolation recess 10. Also in this case, the steps (I) to (IE) for forming the gettering layer 50 are inserted after the step (g) or the step (h), and finally, in the step (j), the cabbing layer 52 is formed.
  • the (i-1) process in FIG. 10 is as shown in (i-1) in FIG.
  • a cabling layer 52 is formed, and an airtight space 5 is formed as shown in (j) of FIG. Industrial applicability
  • the semiconductor device ′ and the method of manufacturing the same according to the present invention are suitable for miniaturization of an integrated circuit, and can stabilize the high-speed operation of the integrated circuit and extend the life of the semiconductor device.

Abstract

A semiconductor device capable of increasing the stability of high-speed operation of a circuit by reducing a parasitic capacity and having at least two or more upper and lower layers of wires (1, 2) for connecting elements to each other installed on a silicon substrate having the elements provided thereon, characterized in that columns (3, 4) connected to a lower surface (2d) of the upper layer wire (2) and supporting the upper layer wire (2) are formed, and a space (5) continuing from a clearance (arrow 5a) between the lower layer wires (2) to at least a part of the lower surface (2d) (arrows 5b, 5c) of the upper layer wire (2) is formed.

Description

明 細 書  Specification
半導体装置及びその製造方法 技術分野 Semiconductor device and method of manufacturing the same
本発明は、 半導体装置及びその製造方法に関し、 特に、 同一層の配線 間隔が狭められたことによる寄生容量 (配線容量) の増加を防ぎ、 集積 回路の高速動作を安定させることができる半導体装置およびその製造方 法に関する。 背景技術  The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device capable of preventing an increase in parasitic capacitance (wiring capacitance) due to a reduced wiring interval of the same layer and stabilizing a high-speed operation of an integrated circuit. It relates to the manufacturing method. Background art
従来より、 配線間の寄生容量を低減する技術と して、 配線の上層、 下 層および同層間を絶縁膜で覆うことは常識化しており、 通常、 絶縁膜材 料には誘電率の小さい二酸化ケイ素 ( S ί Ο 2 ) が用いられている。 し かし、 近年では、 さらに、 配線間隔の狭小化が進み、 配線間を満たす絶 縁物だけでは思うように寄生容量を低減させることができなくなつてき ている。 寄生容量の増加は誘導ノイズの発生を招くので、 特に高速動作 をする回路において安定した回路動作が妨げられる。 そこで、 配線間の 絶縁物に空孔又は空洞を設けて静電容量を低減させる技術が種々開示さ れている。 空孔又は空洞により配線間の静電容量が低減され、 充電時の 時定数が小さくなリ、 素子及び回路の高速動作が保証されるのである。 図 2 1 は、 そのような空洞を有する半導体装置の一例 (特開平 1 0— 3 3 5 4 5 9号公報) を示すものであり、 図 2 2及び図 2 3はその製法 を示している。 Conventionally, as a technique for reducing the parasitic capacitance between interconnects, it has become common sense to cover the upper, lower, and interlayer layers of interconnects with an insulating film. Silicon (S ί Ο 2 ) is used. However, in recent years, the spacing between wirings has been further narrowed, and it has become impossible to reduce the parasitic capacitance as desired by using only an insulator that fills the space between wirings. An increase in parasitic capacitance causes generation of inductive noise, which hinders stable circuit operation especially in a circuit operating at high speed. Therefore, various techniques for reducing the capacitance by providing holes or cavities in the insulator between the wirings have been disclosed. The voids or cavities reduce the capacitance between wirings, reduce the time constant during charging, and guarantee high-speed operation of elements and circuits. FIG. 21 shows an example of a semiconductor device having such a cavity (Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-335549), and FIGS. 22 and 23 show the manufacturing method. .
図 2 1 において、 下層配線 1 0 1 と上層配線 1 0 2 との間には絶縁膜 1 0 3、 1 0 4が形成されており、 絶縁膜 1 0 3、 1 0 4の間には空洞 1 0 5が形成されている。 埋設金属 1 0 6は上層配線 1 0 2と下層配線 1 0 1 とを電気的に接続するものであり、 層間絶縁膜 1 0 7の下には、 さらに下の下層配線、 または、 半導体素子を有する半導体基板がある。 図 2 2において、 層間絶縁膜 1 0 7の上に、 下層配線 1 0 1 がパター ニングされておリ、 下層配線 1 0 1 を覆うように絶縁膜 1 0 3が形成さ れる (図 2 2 ( a ) 参照) 。 この絶縁膜 1 0 3は、 たとえば酸化膜であ リ、 プラズマ酸化膜またはバイアススパッタ酸化膜を 1 . 5 / m成長さ せた後、 C M P ( C h e m i c a l M e c h a n i c a l P o l i s h i n g : 化学機械研磨) 法によって、 研磨 ■ 平坦化して、 配線上膜 厚 8 0 0 n mで形成されている。 In FIG. 21, insulating films 103 and 104 are formed between the lower wiring 101 and the upper wiring 102, and a cavity is formed between the insulating films 103 and 104. 105 are formed. Buried metal 106 is upper wiring 102 and lower wiring The semiconductor device has a lower wiring or a semiconductor substrate having a semiconductor element below the interlayer insulating film 107. In FIG. 22, the lower wiring 101 is patterned on the interlayer insulating film 107, and the insulating film 103 is formed so as to cover the lower wiring 101 (FIG. 22). (See (a)). This insulating film 103 is, for example, an oxide film. After a plasma oxide film or a bias sputtered oxide film is grown to a thickness of 1.5 / m, the film is formed by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method. , Polishing ■ Flattened to form a 800 nm thick film on the wiring.
次に、 通常のフォ トレジス ト法及び異方性エッチング法により空洞形 成用開口部 1 0 8 ( 0 . 3 m□ ) とビアホール開口部 1 0 9 ( 0 . 4 fl mn) とを同時に形成する (図 2 2 ( b ) 参照) 。 配線間隔が 0 . 9 m以上のような場合には、 0. 3 jU m幅の空洞形成用開口部 1 0 8 a 、 1 0 8 bを 2つ形成する。 過剰エッチングをすることで空洞形成用開 口部の深さを下層配線 1 0 1 の下面下まで十分に深く形成することがで きる。 たとえば、 過剰エッチング量を約 8 0 %とすることで、 深さは約 1 4 0 0 n mとなる。  Next, the cavity forming opening 108 (0.3 m □) and the via hole opening 109 (0.4 fl mn) are simultaneously formed by the usual photo resist method and anisotropic etching method. (See Figure 22 (b)). If the wiring interval is 0.9 m or more, two cavity forming openings 108 a and 108 b having a width of 0.3 jUm are formed. By performing over-etching, the depth of the cavity forming opening can be formed sufficiently deep down to the lower surface of the lower wiring 101. For example, if the amount of overetching is set to about 80%, the depth becomes about 140 nm.
次に、 ビアホール開口部 1 0 9に、 埋設金属 1 0 6 となるタングス亍 ^ ¾: C V D 、C e m i c a I V a p o r D Θ p o s i t i o n : 化 学気相成長) 法で成長させる。 たとえば、 成長ガスと して W F 6を用い 、 4 0 0 °C程度で H 2または S i H 4で還元すると、 金属上にのみタ ン ダステンが成長する (図 2 3 ( c ) 参照) 。 Next, in the via hole opening 109, a tongue 亍 ^ ¾ to be a buried metal 106 is grown by a CVD method or a Chemical IV apor D Θ position (chemical vapor deposition) method. For example, when WF 6 is used as a growth gas and reduced with H 2 or SiH 4 at about 400 ° C., tungsten grows only on the metal (see FIG. 23 (c)).
この上に、 さらに、 絶縁膜 1 1 0 (酸化膜 : プラズマ酸化膜またはバ ィァススパッタ酸化膜) を、 R Fパワーを落と して埋設性を減少させ、 空間形成用開口部 1 0 8の上部が塞がりやすくなる条件を用い、 空間形 成用開口部 1 0 8の上部 1 0 4のみが十分に塞がるまで全面に層間絶縁 膜 1 1 0を形成する。 これによリ、 下層配線 1 0 1 の間の絶縁膜 1 0 3 には密閉された空洞 1 0 5が形成される (図 2 3 ( d ) 参照) 。 On top of this, the insulating film 110 (oxide film: plasma oxide film or bias sputtered oxide film) is reduced in RF power to reduce the embedding property, and the upper part of the space forming opening 108 is closed. Under the conditions that make it easier, interlayer insulation is applied to the entire surface until only the upper part 104 of the space forming opening 108 is sufficiently closed. A film 110 is formed. As a result, a closed cavity 105 is formed in the insulating film 103 between the lower wirings 101 (see FIG. 23D).
次に、 層間絶縁膜 1 1 0をウェハー研磨技術 (C M P ) を用いて埋設 金属 1 0 6が露出するまで研磨 - 平坦化し (図 2 3 ( Θ ) 参照) 、 続い て通常のフォ トレジス ト法及びエッチング法を用いて上層配線 1 0 2を 形成する。  Next, the interlayer insulating film 110 is polished and flattened using a wafer polishing technique (CMP) until the buried metal 106 is exposed (see FIG. 23 (3)), followed by a normal photo resist method. Then, an upper wiring 102 is formed by using an etching method.
しかしながら、 前述の従来例では、 異方性エッチングによって空洞 1 0 5が絶縁膜 1 0 3中に柱状に形成されるため、 過剰エッチングによつ て、 空洞 1 0 5が十分な深さ (下層配線 1 0 1 の下面の線よりも下まで ) を持つように図ったと しても、 寄生容量の削減には限界があると考え られる。 他の開示されている従来技術 (特開平 2 — 8 6 1 4 6号公報お よび特開平 5 — 2 1 6 1 7号公報) においても、 配線間に存在する絶縁 物に対して異方性エッチング等処理を行なうことによって空孔又は空洞 を設けているので、 スペース的な理由から寄生容量の低減には限度があ リ、 さらに激化するデザインルールの微細化に対して十分に対応が取れ ないでいる。 また、 トランジスタ等の半導体装置の構造体の形成技術が 3次元的に進んでいく中で、 立体的な配線間 (同層の配線間、 上下層の 配線間およびねじれの位置にある配線間など) あるいは素子間などにつ いても、 寄生容量の低減が不可欠となっている。  However, in the conventional example described above, since the cavity 105 is formed in the insulating film 103 in a columnar shape by anisotropic etching, the cavity 105 has a sufficient depth (lower layer) due to excessive etching. It is considered that there is a limit to the reduction of the parasitic capacitance even if it is designed to have a lower level than the lower line of the wiring 101). Other disclosed prior arts (JP-A-2-86146 and JP-A-5-21617) also have anisotropy with respect to an insulator existing between wirings. Since holes or cavities are provided by etching and other processes, there is a limit to the reduction of parasitic capacitance due to space reasons, and it is not possible to sufficiently cope with increasingly severe design rule miniaturization. In. In addition, as the technology for forming structures of semiconductor devices such as transistors progresses in three dimensions, three-dimensional wiring (such as between wiring in the same layer, between wiring in upper and lower layers, and between wiring in twisted positions, etc.) Also, it is essential to reduce the parasitic capacitance between elements.
本発明の前述のような問題に鑑みてなされたものであり、 その主たる 目的は、 平面的のみならず立体的な配線間において、 寄生容量を飛躍的 に低減させうる半導体装置およびその製法を提供することにある。 また、 本発明の目的は、 上層配線を支持する支柱の作製精度を高めて 安定した半導体装置を得ることであり、 また、 寄生容量を低減させる空 間の形成にあたって配線や素子にダメージを与えることのない工程を提 供することにある。 発明の開示 The present invention has been made in view of the above-described problems of the present invention, and a main object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same, which can dramatically reduce parasitic capacitance not only between planar wiring but also three-dimensional wiring. Is to do. Another object of the present invention is to obtain a stable semiconductor device by increasing the manufacturing accuracy of the support for supporting the upper layer wiring, and to damage wiring and elements when forming a space for reducing parasitic capacitance. The goal is to provide a process without any problems. Disclosure of the invention
本発明では、 複数の素子が設けられたシリコン基板上に該素子間を接 続する配線が少なく とも上下に 2層以上をなすように設けられた半導体 装置において、 前記上層配線の下面に連結されて該上層配線を支持する 支柱を形成し、 前記下層配線間の隙間から前記上層配線の下面の少なく とも一部にかけて連続する空間を形成せしめたことを特徴と している。 前記支柱によって、 同層および上下層間に空間が形成される。 この空 間は、 3次元的に配線間 (同層間、 上下層間及びねじれの位置間) に広 がっており、 配線間隔が狭小化されても、 十分に寄生容量を低減させる ことができる。  According to the present invention, in a semiconductor device provided on a silicon substrate on which a plurality of elements are provided so that at least two wirings connecting the elements are formed at least vertically above and below, the semiconductor device is connected to a lower surface of the upper wiring. A pillar that supports the upper wiring is formed, and a continuous space is formed from a gap between the lower wirings to at least a part of a lower surface of the upper wiring. The support forms a space between the same layer and the upper and lower layers. This space extends three-dimensionally between the wirings (between the same layer, upper and lower layers and between twisted positions), and the parasitic capacitance can be sufficiently reduced even if the wiring interval is narrowed.
本発明において、 前記支柱は、 絶縁物であることが好ましい。  In the present invention, the support is preferably an insulator.
支柱を電気的な絶縁物で形成することにより、 配線間の絶縁性を確保 しつつ、 配線間隔の狭小化に際して、 寄生容量の低減を十二分に充足さ せることができる。 上下層間 (一層以上離れた上下関係を含む〉 で電気 的に接続したい個所には、 導通用の金属を柱状に設ける。 この場合の柱 状の導通用金属は、 上層配線を支持する必要はなく、 細くてもよい。 また、 本発明において、 前記支柱を絶縁物で構成した場合には、 前記 支柱は、 前記下層配線上に設けられて前記上層配線を支える第一支柱と 、 前記下層配線のないシリコン基板上の部分で上層配線を支える第二支 柱とを含んでおり、 前記第一支柱のうちの少なく とも 1 つに導通用の金 属が埋め込まれていることが好ましい。  By forming the pillars with an electrical insulator, it is possible to sufficiently reduce the parasitic capacitance when narrowing the space between the wirings, while ensuring insulation between the wirings. At the points where electrical connection is desired between the upper and lower layers (including the vertical relationship separated by at least one layer), conductive metal is provided in a columnar shape, and the columnar conductive metal does not need to support the upper wiring. In the present invention, when the support is made of an insulating material, the support is provided on the lower wiring and supports the upper wiring, And a second support supporting the upper layer wiring at a portion on the silicon substrate which is not provided, and it is preferable that at least one of the first supports has a metal for conduction embedded therein.
支柱に埋め込まれた導通用の金属によって上下層間を電気的に接続す る。  The upper and lower layers are electrically connected by the metal for conduction embedded in the pillar.
一方で、 本発明において、 前記支柱を導電体とすることも好ましい。 その場合、 支柱を導電体とすることによって、 上下層間を電気的に接 続するための配線の役割を兼務させることができる。 従って、 構造が簡 略化され、 製法においては、 導通用の金属を埋設させる工程を省略する ことができる。 また、 金属製の支柱の場合には、 絶縁層の上に設けて絶 縁することもできる。 On the other hand, in the present invention, it is preferable that the support is made of a conductor. In this case, the pillars are made of a conductor, so that the upper and lower layers are electrically connected. It can also serve as a wiring for connection. Therefore, the structure is simplified, and in the manufacturing method, the step of burying a metal for conduction can be omitted. In the case of a metal pillar, it can be provided on an insulating layer to be insulated.
さらに、 本発明では、 前記素子間の基板表面に凹部を形成し、 前記空 間を該凹部内に連続させることが好ましい。  Further, in the present invention, it is preferable that a concave portion is formed on the surface of the substrate between the elements, and the space is continuous within the concave portion.
素子間に凹部を形成することで、 素子間の絶縁性を高めることができ 、 寄生容量の低減を図ることができる。 また、 素子間の微細化を促進さ せうる。  By forming the concave portion between the elements, the insulation between the elements can be increased, and the parasitic capacitance can be reduced. Further, miniaturization between elements can be promoted.
素子間凹部を設けた場合、 半導体装置の製造工程の途中で、 エツチン グ工程の前に、 素子間凹部の内面に耐エッチング膜を形成しておく こと が好ましい。  In the case where the inter-element concave portion is provided, it is preferable to form an etching-resistant film on the inner surface of the inter-element concave portion during the semiconductor device manufacturing process and before the etching process.
素子間凹部の内面に耐エッチング膜を形成しておく ことで、 エツチン グ時に素子表面がダメージを受けない。 また、 エッチングがシリコン基 板の横方向へ進行しないため、 素子間の寸法制御が容易となる。  By forming an etching-resistant film on the inner surface of the inter-element concave portion, the element surface is not damaged during etching. In addition, since the etching does not proceed in the lateral direction of the silicon substrate, it is easy to control the dimensions between the elements.
さらに、 本発明は、 配線間の前記空間にゲッタ リング材を設けたこと を特徴と している。  Further, the present invention is characterized in that a gettering material is provided in the space between the wirings.
ゲッタ リング材は、 気体分子を吸着して気相から排除する作用、 つま リ排気作用を有する物質である。 そのようなものとして、 一般に知られ ている、 バリウム、 マグネシウム、 カルシウム、 チタン、 タンタル、 ジ ルコニゥム、 バナジウムのほか、 イツ トリウムなどを利用することがで きる。 本発明では、 前記空間に置かれることによって、 半導体装置完成 後、 つまり、 空間形成後に、 空間に接する材料から排出されてくるァゥ トガスを吸着せしめて、 アウ トガスの貯留を防ぎ、 空間の真空度を高め ることを目的とする。 高真空度の実現により、 寄生容量の低減が促進さ れる。 さらに、 アウ トガスによる腐食、 配線の劣化を防ぐことができ、 半導体装置の延命化を図ることができる。 Gettering materials are substances that have the effect of adsorbing and removing gas molecules from the gaseous phase, ie, the function of pumping out. As such, barium, magnesium, calcium, titanium, tantalum, zirconium, vanadium, and yttrium, which are commonly known, can be used. In the present invention, by being placed in the space, after the semiconductor device is completed, that is, after the space is formed, the exhaust gas discharged from the material in contact with the space is adsorbed to prevent the outgas from being stored, and the space is evacuated. The purpose is to increase the degree. Realization of high vacuum promotes reduction of parasitic capacitance. Furthermore, corrosion and wiring deterioration due to outgas can be prevented, The life of the semiconductor device can be extended.
本発明において、 ゲッタ リング材としては、 配線間の空間内において 、 層間絶縁膜上またはそれ用の支柱を設けてその上に固体と して配置し て、 半導体製造後に効力を発揮しうるようなものが好ましく、 そのよう なものと して、 チタン、 ジルコニウム、 イッ トリウムなどをあげること ができる。 また、 これらは、 配置に際して、 表面の面積が最も広くなる ような形状で置かれることが好ましい。 さらに、 チタンを用いた場合、 等方エッチングに使用されるプラズマは、 S F 6ガスであることが好ま しい。 In the present invention, as a gettering material, a solid support is provided on an interlayer insulating film or a support for the gettering material in a space between wirings, and the gettering material can be effective after manufacturing a semiconductor. It is preferable to use titanium, zirconium, yttrium and the like. In addition, it is preferable that these are arranged in such a shape that the surface area is maximized when they are arranged. Further, when titanium is used, the plasma used for the isotropic etching is preferably SF 6 gas.
本発明では、 前記上下配線を最上層の上層配線の上から覆い、 前記ゲ ッタ リング材が設けられた空間を気密に閉じるキヤッピング層が設けら れている。  In the present invention, there is provided a capping layer which covers the upper and lower wirings from above the uppermost wirings of the uppermost layer and hermetically closes a space in which the gettering material is provided.
この発明によると、 キヤッビング層によって空間が密閉されるので、 空間でのゲッタ リング材の気体吸着作用が有効に働き、 空間の真空度が 高められる。  According to the present invention, since the space is sealed by the cabbing layer, the gas adsorbing action of the gettering material in the space works effectively, and the degree of vacuum in the space is increased.
次に、 前述した半導体装置の製造方法と して、 まず、 絶縁物製の支柱 内に導通用の金属を埋設させてなる半導体装置を製造する本発明の製造 方法は、  Next, as a method of manufacturing a semiconductor device described above, first, a manufacturing method of the present invention for manufacturing a semiconductor device in which a metal for conduction is buried in a pillar made of an insulator,
( a ) 前記シリコン基板上に設けられている層間絶縁膜上に前記下層配 線を成膜する工程と、  (a) forming the lower wiring on an interlayer insulating film provided on the silicon substrate;
( b ) 前記下層配線の間及びその上面を覆うように犠牲層を形成するェ 程と、  (b) forming a sacrificial layer between the lower wirings and so as to cover the upper surface thereof;
( c ) 前記上層配線の支柱が形成される領域以外の領域にフォ トリソグ ラフィ一法によってフォ トレジス ト膜を形成する工程と、  (c) forming a photoresist film by photolithography in a region other than the region where the pillars of the upper wiring are formed;
( d ) 前記支柱形成領域の前記犠牲層をエッチングする工程と、  (d) etching the sacrificial layer in the pillar formation region;
( Θ ) 前記エッチングされた領域に絶縁膜を成膜して埋め込んで支柱を 形成する工程と、 (Θ) An insulating film is formed and buried in the etched region to form a pillar. Forming,
( f ) 前記上層配線を 1 層以上下の下層配線と導通するための金属を埋 設するためのコンタク トホール開口用パターンマスクを成形し、 金属埋 設領域の前記支柱及び 又は犠牲層をエッチングしてコンタク トホール を形成する工程と、  (f) Forming a contact hole opening pattern mask for embedding a metal for conducting the upper wiring with one or more lower wirings below the lower wiring, and etching the support and / or sacrificial layer in the metal embedding region. Forming a contact hole by using
( g ) 前記エッチングされたコンタク トホールに金属を埋め込む工程と  (g) a step of embedding a metal in the etched contact hole;
( h ) 前記上層配線層を形成する工程と、 (h) forming the upper wiring layer;
( i ) 前記犠牲層を等方的にエッチングして上下の配線の同層間、 上下 層間およびねじれ位置関係にある配線間の前記支柱以外の部分に空間を 形成する工程と  (i) a step of isotropically etching the sacrificial layer to form a space in a portion other than the column between the upper and lower wirings, between the upper and lower wirings, and between the wirings in a twisted positional relationship;
を含むことを特徴と している。  It is characterized by including.
なお、 前記上層配線層の形成工程 ( h ) は、 コンタク トホール開口用 パターンマスクを取り除いて埋設金属を埋め込んだ後に、 上層配線用の 金属膜を成膜する工程と、 配線パターンに従って金属膜の余分な部分を エッチングする工程とを含むものである。 その他にも、 従来から配線層 (金属膜) を形成する方法と して用いられている方法を使用することも できる。  The step (h) of forming the upper wiring layer includes a step of forming a metal film for the upper wiring after removing the contact hole opening pattern mask and burying the buried metal, and forming an extra metal film according to the wiring pattern. And etching a critical portion. In addition, a method conventionally used as a method for forming a wiring layer (metal film) can also be used.
この方法では、 フォ トリ ソグラフィ一法によりフォ トレジス ト膜 (マ スク) を形成し、 柱状にエッチングされた犠牲層に絶縁膜を成膜して埋 め込んで支柱を形成しており、 精度よく支柱を形成することができる。 また、 支柱を形成した後に、 等方性エッチングで犠牲層をすベて取り除 いて空間を形成するため、 成形の精度が高い。  In this method, a photoresist film (mask) is formed by a photolithography method, and an insulating film is formed and buried in a sacrificial layer that has been etched in a pillar shape, thereby forming a pillar. A column can be formed. Also, after the pillars are formed, all the sacrificial layers are removed by isotropic etching to form spaces, so that the molding accuracy is high.
一方、 導電性の支柱を有する半導体装置を製造する本発明の製造方法 では、 前記 ( g ) 工程の、 エッチングされたコンタク トホールに金属を 埋め込む工程と、 前記 ( h ) 工程の、 上層配線層を形成する工程とを同 時に行なうようにしてもよい。 On the other hand, in the manufacturing method of the present invention for manufacturing a semiconductor device having conductive pillars, the step (g) of embedding a metal in the etched contact hole and the step (h) of forming the upper wiring layer Same as forming It may be performed at a time.
埋設金属と上層配線はともに導電性の物質であり、 同材料で形成する ことができるので、 前記 ( g ) 工程と前記 ( h ) 工程 同時に行なうよ うにして、 さらに、 工程の簡略化を図ることができる。  Since the buried metal and the upper wiring are both conductive substances and can be formed of the same material, the steps (g) and (h) are performed simultaneously to further simplify the steps. be able to.
さらに、 支柱が導電体である半導体装置の製造方法と して、 本発明の 製造方法は、  Further, as a method of manufacturing a semiconductor device in which the support is a conductor, the manufacturing method of the present invention includes:
( a ) 前記シリコン基板上に設けられている層間絶縁膜上に前記下層配 線を成膜する工程と、  (a) forming the lower wiring on an interlayer insulating film provided on the silicon substrate;
( b ) 前記下層配線の間及びその上面を覆うように犠牲層を形成するェ 程と、  (b) forming a sacrificial layer between the lower wirings and so as to cover the upper surface thereof;
( c ) 前記上層配線の支柱が形成される領域以外の領域にフォ トリ ソグ ラフィ一法によってフォ トレジス ト膜を形成する工程と、  (c) forming a photoresist film by photolithography in a region other than the region where the pillars of the upper wiring are formed;
( d ) 前記支柱形成領域の前記犠牲層をエッチングする工程と、  (d) etching the sacrificial layer in the pillar formation region;
( e — 1 ) 前記エッチングされた領域に金属を成膜して埋め込んで導電 性の支柱を形成する工程と、  (e-1) a step of forming and embedding a metal in the etched region to form a conductive support;
( h ) 前記上層配線層を形成する工程と、  (h) forming the upper wiring layer;
( i ) 前記犠牲層を等方的にエッチングして上下の配線の同層間、 上下 層間およびねじれ位置関係にある配線間の前記支柱以外の部分に空間を 形成する工程と  (i) a step of isotropically etching the sacrificial layer to form a space in a portion other than the column between the upper and lower wirings, between the upper and lower wirings, and between the wirings in a twisted positional relationship;
を含むことを特徴と している。  It is characterized by including.
絶縁物製の支柱を有する半導体に比べて製法が簡略化される。  The manufacturing method is simplified as compared with a semiconductor having pillars made of an insulator.
前述の製法においても埋設金属と上層配線を同材料で形成することに すれば、 前記 ( e — 1 ) 工程及び前記 ( h ) 工程を同時に行うことがで き、 さらに、 工程が簡略化される。  In the above-mentioned manufacturing method, if the buried metal and the upper wiring are formed of the same material, the above-mentioned (e-1) and (h) steps can be performed simultaneously, and the steps are further simplified. .
また、 前述の半導体装置の製造方法に加えて、 本発明では、 前記 ( i ) 工程の後に、 さらに、 ( j ) 最上層の上層配線の上に、 前記空間を気密に閉じるようにキヤッ ビング層を形成する工程 In addition to the above-described method for manufacturing a semiconductor device, the present invention further comprises, after the step (i), (j) a step of forming a cabling layer on the uppermost layer upper wiring so as to hermetically close the space.
を含んでい.ることが好ましい。 It is preferable that
この方法によると、 キヤッビング層により気密にされた空間が、 ゲッ タ リング材によって真空に吸引される。  According to this method, the space made airtight by the caving layer is sucked into vacuum by the gettering material.
さらに、 素子間分離用凹部が設けられている半導体装置の製造方法と して、 本発明の製造方法では、 前記 ( a ) 工程の前記 ( b ) 工程の間に  Further, as a method of manufacturing a semiconductor device provided with an inter-element isolation recess, the method of manufacturing the semiconductor device according to the present invention includes the following steps:
( a — 1 ) 前記シリコン基板の素子間分離用凹部を形成するための領域 を露出させるための貫通孔を前記層間絶縁膜に形成するためのフォ トレ ジス トマスクを前記層間絶縁膜上および前記下層配線上にフォ トリ ソグ ラフィ一法によリ形成する工程と、 (a-1) A photoresist mask for forming a through hole for exposing a region for forming an element isolation recess of the silicon substrate in the interlayer insulating film is formed on the interlayer insulating film and the lower layer. A step of forming the wiring on the wiring by photolithography,
( a — 2 ) 前記フォ トレジス トマスクで覆っていない領域の前記層間絶 縁膜をエッチングして前記貫通孔を形成し、 該貫通孔を通じて層間絶縁 膜下のシリコン基板の素子間分離用凹部形成領域を露出させる工程と、 ( a - 3 ) 前記 ( a — 1 ) 工程で形成されたフォ トレジス トマスクを除 去する工程  (a-2) The through hole is formed by etching the interlayer insulating film in a region that is not covered with the photoresist mask, and a recess forming region for element isolation of the silicon substrate under the interlayer insulating film through the through hole. And (a-3) a step of removing the photoresist mask formed in the step (a-1).
が挿入されている。 Is inserted.
この方法では、 、 下層配線を犠牲層で覆う ( b ) 工程に先立って、 ( a - 1 ) 工程〜 ( a — 3 ) 工程で、 下層配線下の層間絶縁膜をエツチン グして、 素子間分離用凹部を形成する領域を露出させておき、 ( b ) ェ 程で、 この領域の上に犠牲層が形成されるようにしている。 こうするこ とで、 最終の ( i ) 工程での等方性エッチング時に、 犠牲層が取り除か れて空間が形成されるのと同時に、 前記領域が掘り下げられて、 素子間 分離用凹部が形成される。 したがって、 工程の簡略化を図ることができ る。 また、 素子間分離用凹部に耐ェツチング膜が形成されている半導体装 置の製造方法と して、 本発明の製造方法は、 前記 ( a ) 工程と前記 ( b ) 工程の間に、 In this method, prior to the step (b), the lower wiring is covered with a sacrificial layer, the interlayer insulating film under the lower wiring is etched in the steps (a-1) to (a-3) prior to the step (b). A region for forming the separation recess is exposed, and a sacrificial layer is formed on this region in step (b). By doing so, at the time of the isotropic etching in the final (i) step, the sacrificial layer is removed to form a space, and at the same time, the region is dug down to form a recess for element isolation. You. Therefore, the process can be simplified. Further, as a method of manufacturing a semiconductor device in which an etching-resistant film is formed in a recess for isolation between elements, the manufacturing method of the present invention comprises the following steps:
( a - 1 - 1 ) 前記シリコン基板に素子間分離用凹部を形成するための フォ トレジス トマスクを前記層間絶縁膜上および前記下層配線上にフォ トリソグラフィ一法によリ形成する工程と、  (a-1-1) forming a photo-resist mask for forming an inter-element isolation recess in the silicon substrate on the interlayer insulating film and the lower wiring by photolithography;
( a — 2 — 1 ) 前記フォ 卜レジス トマスクで覆っていない領域をェツチ ングし、 素子間分離用凹部形成領域の上方の層間絶縁膜を貫通し、 さら に、 その直下のシリコン基板を所定深さ掘り下げて、 素子間分離用凹部 を形成する工程と、  (a-2-1) Etching the area not covered with the photo resist mask, penetrating the interlayer insulating film above the element isolation recess forming area, and furthermore, passing the silicon substrate immediately below it to a predetermined depth. Drilling down to form an inter-element isolation recess,
( a - 2 - 2 ) 前記素子間分離用凹部の内面に耐エッチング膜を形成す る工程と、  (a-2-2) forming an etching-resistant film on the inner surface of the inter-element isolation recess;
( a - 3 - 1 ) 前記 ( a — 1 — 1 ) 工程で形成されたフォ ト レジス トマ スクを除去する工程  (a-3-1) a step of removing the photo resist mask formed in the step (a-1-1)
が揷入されている。 Has been introduced.
この方法では、 ( a — 2 — 1 ) 工程での異方性エッチングを制御して 、 層間絶縁膜のエッチングと同時に、 その直下のシリコン基板の素子分 離領域を異方性エッチングしておリ、 素子間分離用凹部を所定の深さに 形成することができる。 また、 その凹部内面に耐エッチング膜 (たとえ ば、 酸化膜) を形成しており、 最終の ( i ) 工程での犠牲層除去のため のエッチングに対して耐エッチング効果を発揮できる。 したがって、 素 子を傷つけず、 結果と して寸法精度が向上し、 さらなるデザインルール の微細化にも対応し得る。  In this method, the anisotropic etching in the (a-2-1) step is controlled, and simultaneously with the etching of the interlayer insulating film, the element isolation region of the silicon substrate immediately thereunder is anisotropically etched. In addition, it is possible to form the recess for element isolation at a predetermined depth. In addition, an etching-resistant film (for example, an oxide film) is formed on the inner surface of the concave portion, so that an etching-resistant effect can be exerted on the etching for removing the sacrificial layer in the final (i) step. Therefore, the device is not damaged, the dimensional accuracy is improved as a result, and it is possible to cope with further miniaturization of design rules.
本発明の製造方法では、 前記犠牲層をシリコン層とすることが好まし い  In the manufacturing method of the present invention, it is preferable that the sacrificial layer is a silicon layer.
シリコン層であれば、 等方性エッチングを用いてこれを簡単に除去で き、 配線や素子の受けるダメージを少なくできる。 たとえば、 適当なェ ツチング条件を与えることにより、 シリコン以外の材質に対して、 1 0 0以上の (最も好ましい条件下では 5 0 0以上の) 選択性を持つように なる。 したがって、 形成された空間に接する配線や支柱などの部分の受 けるダメ一ジ.は非常に小さい。 If it is a silicon layer, it can be easily removed using isotropic etching In this case, damage to wiring and elements can be reduced. For example, by providing appropriate etching conditions, a material other than silicon can have a selectivity of 100 or more (500 or more under the most preferable conditions). Therefore, damage to the portions such as the wiring and the pillars in contact with the formed space is very small.
また、 本発明の製造方法では、 前記犠牲層がレジス ト層であることが 好ましい。  Further, in the manufacturing method of the present invention, it is preferable that the sacrificial layer is a resist layer.
犠牲層と してレジス ト層を用いても同様に本発明の半導体装置を形成 することができる。  Even when a resist layer is used as the sacrificial layer, the semiconductor device of the present invention can be similarly formed.
さらに、 ゲッタ リング材を下層配線と同層に有する半導体装置の製造 方法と して、 本発明の製造方法は、 前記 ( a ) 工程の前又は後に、  Further, as a method of manufacturing a semiconductor device having a gettering material in the same layer as the lower layer wiring, the manufacturing method of the present invention includes:
( I ) ゲッタ リ ング材形成用マスクを形成する工程、  (I) a step of forming a mask for forming a gettering material,
( Π ) ゲッタ リ ング材膜を成膜する工程、 および  (Iii) forming a gettering material film, and
( m ) 前記ゲッタ リング材形成用マスクを除去してゲッタ リ ング材層を 得る工程  (m) removing the gettering material forming mask to obtain a gettering material layer
が揷入されている。 Has been introduced.
この方法によって、 下層配線と同層の、 層間絶縁膜の上にゲッタ リン. グ材を設けることができる。 また、 後述する製造方法と組み合わせて、 上層配線と同層にもゲッタ リング材を設けることができる。  By this method, a gettering material can be provided on the interlayer insulating film in the same layer as the lower wiring. Also, a gettering material can be provided in the same layer as the upper layer wiring in combination with a manufacturing method described later.
上層配線と同層にゲッタ リング材を設ける製造方法と して、 本発明の 製造方法は、 前記 ( h ) 工程の前又は後に、  As a manufacturing method of providing a gettering material on the same layer as the upper layer wiring, the manufacturing method of the present invention includes:
( I ) ゲッタ リ ング材形成用マスクを形成する工程、  (I) a step of forming a mask for forming a gettering material,
( Π ) ゲッタ リング材膜を成膜する工程、 および  (Ii) forming a gettering material film, and
( m ) 前記ゲッタ リング材形成用マスクを除去してゲッタ リング材層を 得る工程  (m) removing the gettering material forming mask to obtain a gettering material layer
が揷入されている。 この方法では、 上層配線と同層で、 上層配線と同様に、 層間絶縁膜の 上に支柱等を形成しておいて、 その上にゲッタ リング材を配する。 当然 ながら、 1 つの空間内に、 下層配線と同層のものと、 上層配線と同層の ものを組み合わせ、 2つ以上設けてもよい。 図面の簡単な説明 Has been introduced. In this method, a pillar or the like is formed on an interlayer insulating film in the same layer as the upper layer wiring, similarly to the upper layer wiring, and a gettering material is disposed thereon. As a matter of course, in one space, two or more wirings may be provided in combination with a wiring in the same layer as the lower wiring and a wiring in the same layer as the upper wiring. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
図 1 は、 本発明の半導体装置の第 1 の実施形態を示す断面図である。 図 2は、 本発明の半導体装置の第 2の実施形態を示す断面図である。 図 3は、 本発明の半導体装置の第 3の実施形態を示す断面図である。 図 4は、 本発明の半導体装置の第 4の実施形態を示す断面図である。 図 5は、 本発明の半導体装置の第 5の実施形態を示す断面図である。 図 6は、 本発明の第 1 の実施形態の半導体装置の製造方法の前半部分 である。  FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the semiconductor device of the present invention. FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the semiconductor device of the present invention. FIG. 3 is a sectional view showing a third embodiment of the semiconductor device of the present invention. FIG. 4 is a sectional view showing a fourth embodiment of the semiconductor device of the present invention. FIG. 5 is a sectional view showing a fifth embodiment of the semiconductor device of the present invention. FIG. 6 shows the first half of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
図 7は、 図 6の製造方法の続きの後半部分である。  FIG. 7 is the second half of the continuation of the manufacturing method of FIG.
図 8は、 本発明の第 3の実施形態の半導体装置の製造方法を説明して いる。  FIG. 8 illustrates a method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.
図 9は、 本発明の第 4の実施形態の半導体装置の製造方法の前半部分 である。  FIG. 9 shows the first half of the method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention.
図 1 0は、 図 9の製法の続きの後半部分を示している。  FIG. 10 shows the second half of the continuation of the manufacturing method of FIG.
図 1 1 は、 本発明の第 5の実施形態の半導体装置の製造方法の前半部 分を示している。  FIG. 11 shows the first half of the method for manufacturing a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention.
図 1 2は、 図 1 1 の製法の後半部分を示す図である。  FIG. 12 is a diagram showing the latter half of the manufacturing method of FIG.
図 1 3は、 本発明の半導体装置の第 6の実施形態を示す断面図である 図 1 4は、 本発明の第 7の実施形態の半導体装置を示す断面図である 図 1 5は、 本発明の半導体装置の第 6の実施形態の製造方法の前半部 分を示す図である。 FIG. 13 is a sectional view showing a sixth embodiment of the semiconductor device of the present invention. FIG. 14 is a sectional view showing a semiconductor device of the seventh embodiment of the present invention. FIG. 15 is a diagram illustrating the first half of the method of manufacturing the semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention.
図 1 6は、 図 1 4の製法の中間部分を示している。  FIG. 16 shows an intermediate part of the manufacturing method of FIG.
図 1 7は、 図 1 4の製法の後半部分を示している。  FIG. 17 shows the latter half of the manufacturing method of FIG.
図 1 8は、 本発明の第 7の実施形態の半導体装置の製造方法の要部の 前半部分を説明している。  FIG. 18 illustrates the first half of the main part of the method for manufacturing a semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention.
図 1 9は、 図 1 8の製造方法の要部の後半部分を説明している。  FIG. 19 illustrates the latter half of the main part of the manufacturing method of FIG.
図 2 0は、 本発明の第 8の実施形態の半導体装置の構成および製造方 法を説明している。  FIG. 20 illustrates a configuration and a manufacturing method of a semiconductor device according to an eighth embodiment of the present invention.
図 2 1 は、 従来の半導体装置の一例を示す断面図である。  FIG. 21 is a cross-sectional view illustrating an example of a conventional semiconductor device.
図 2 2は、 図 2 1 の従来の半導体装置を製造する方法の前半部分を示 す図である。  FIG. 22 is a diagram showing a first half of a method of manufacturing the conventional semiconductor device of FIG. 21.
図 2 3は、 図 2 2の従来の製法の後半部分を示す図である。 発明を実施するための最良の形態  FIG. 23 is a diagram showing the latter half of the conventional manufacturing method of FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
以下、 本発明の具体的な実施形態について、 添付図面に基づき説明す る。 図 1 乃至図 5は、 それぞれ、 本発明の半導体装置の実施形態、 第 1 〜第 5を示す断面図である。 図 6及び図 7は、 本発明の第 1 の実施形態 (図 1 に示される半導体装置) の製造方法を示している。 また、 図 7に 代えて図 8を採用して、 図 6及び図 8の工程を経ることにより、 本発明 の第 3の実施形態 (図 3に示される半導体装置) が得られる。 さらに、 図 9及び図 1 0は、 本発明の第 4の実施形態 (図 4に示される半導体装 置) の製造方法を示しており、 図 1 1 及び図 1 2は、 本発明の第 5の実 施形態 (図 5に示される半導体装置) の製造方法を示している。  Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. 1 to 5 are cross-sectional views showing an embodiment of the semiconductor device of the present invention and first to fifth embodiments, respectively. 6 and 7 show a method of manufacturing the first embodiment (semiconductor device shown in FIG. 1) of the present invention. In addition, by adopting FIG. 8 instead of FIG. 7, and through the steps of FIG. 6 and FIG. 8, a third embodiment (semiconductor device shown in FIG. 3) of the present invention can be obtained. 9 and 10 show a method of manufacturing the fourth embodiment (semiconductor device shown in FIG. 4) of the present invention, and FIGS. 11 and 12 show a fifth embodiment of the present invention. 6 shows a method of manufacturing the embodiment (semiconductor device shown in FIG. 5).
さらに、 図 1 3乃至図 2 0は、 ゲッタ リング材を空間に有する本発明 を説明するものであり、 図 1 3は、 下層配線と同層にゲッタ リング材を 配した本発明の第 6の実施形態の断面図であり、 図 1 4は、 上層配線と 同層にゲッタ リング材を配した本発明の第 7の実施形態の断面図であり 、 図 1 5〜図 1 7は、 第 6の実施形態 (図 1 3に示される半導体装置) の製造方法であり、 図 1 8及び図 1 9は、 第 7の実施形態 (図 1 4に示 される半導体装置) の製造方法を示している。 また、 図 2 0は、 図 8の 実施形態の構成および製法を示している。 Further, FIGS. 13 to 20 illustrate the present invention having a gettering material in a space, and FIG. 13 shows that the gettering material is provided in the same layer as the lower wiring. FIG. 14 is a cross-sectional view of a sixth embodiment of the present invention, in which FIG. 14 is a cross-sectional view of a seventh embodiment of the present invention in which a gettering material is disposed in the same layer as the upper layer wiring. 17 show a method of manufacturing the sixth embodiment (semiconductor device shown in FIG. 13), and FIGS. 18 and 19 show a method of manufacturing the seventh embodiment (the semiconductor device shown in FIG. 14). Device). FIG. 20 shows the configuration and manufacturing method of the embodiment of FIG.
図 1 において、 下層配線 1 は、 層間絶縁膜 7の上に設けられ、 上層配 線 2は支柱 3、 4によって、 層間絶縁膜 7または下層配線 1上に支持さ れている。 第二支柱 3は、 層間絶縁膜 7上にあって上層配線 2を支え、 第一支柱 4は、 下層配線 1 上にあって上層配線 2を支えるように立設さ れている。 上層配線 2は、 これら第一、 第二支柱 3、 4によって持ち上 げられたかたちになり、 上下配線 1 、 2間に空間 5が形成される。 空間 5は、 隣合う下層配線 1 の側面 1 a 、 1 bの間 5 a と、 真上、 真下の上 下間で下層配線 1 の上面 1 c と上層配線 2の下面 2 d との間 5 bと、 幾 何学的にねじれの位置にある下層配線 1 と上層配線 2の間 5 cとを有す る立体空間となる。  In FIG. 1, a lower wiring 1 is provided on an interlayer insulating film 7, and an upper wiring 2 is supported on the interlayer insulating film 7 or the lower wiring 1 by columns 3 and 4. The second support 3 is on the interlayer insulating film 7 and supports the upper wiring 2, and the first support 4 is on the lower wiring 1 and stands upright to support the upper wiring 2. The upper wiring 2 is lifted by the first and second pillars 3 and 4, and a space 5 is formed between the upper and lower wirings 1 and 2. The space 5 is 5 a between the side surfaces 1 a and 1 b of the adjacent lower wiring 1, and between the upper surface 1 c of the lower wiring 1 and the lower surface 2 d of the upper wiring 2 between directly above and immediately below. A three-dimensional space having b and 5c between the lower wiring 1 and the upper wiring 2 which are geometrically twisted.
図 1 において、 支柱 3、 4は、 電気的な絶縁物により形成されており 、 第一支柱 4内に埋設された金属 6により、 上下層 1 、 2間は電気的に 接続される。 金属 6は、 必要な個所に適宜設けられるものである。 図 2において、 金属 1 6は、 上下層 1 、 2間を電気的に接続するもの である。 この第 2の実施形態では、 上層配線 2が、 支柱 3、 4によって 十分に支えられるものであり、 金属 1 6の厚さに関しては限定されるこ とはない。 しかし、 金属 1 6の厚さを適当にして、 支柱の代わりとする こともできる。  In FIG. 1, the columns 3 and 4 are formed of an electrical insulator, and the upper and lower layers 1 and 2 are electrically connected by the metal 6 embedded in the first column 4. The metal 6 is appropriately provided at a necessary place. In FIG. 2, a metal 16 electrically connects the upper and lower layers 1 and 2. In the second embodiment, the upper wiring 2 is sufficiently supported by the columns 3 and 4, and the thickness of the metal 16 is not limited. However, it is also possible to use the metal 16 as a substitute for the strut with an appropriate thickness.
また、 図 3において、 支柱 5 3、 5 6は、 導電体よりなる.ものであり 、 適宜な太さを有する。 下層配線 1 上に設けられた支柱 5 6は、 上下層 1 、 2を電気的に接続する役割も担う。 電気的に接続する必要のない部 分は、 支柱 5 3のように、 絶縁膜上に適宜立設する。 Further, in FIG. 3, the pillars 53 and 56 are made of a conductor and have an appropriate thickness. The pillars 5 6 provided on the lower wiring 1 Also plays the role of electrically connecting 1 and 2. Parts that do not need to be electrically connected are erected as appropriate on the insulating film, like the pillars 53.
図 1 乃至図 3では、 層間絶縁膜 7上に上下 2層の配線 1 、 2のみを図 示しているが、 本発明では、 これに限定されず、 上層配線のさらに上に 上層配線を有する 3層以上のものも当然ながら含まれており、 その場合 には上下の相対関係で上層配線または下層配線と呼ぶ。 これは、 図 4以 降も同様である。  1 to 3, only the upper and lower two-layer wirings 1 and 2 are shown on the interlayer insulating film 7, but the present invention is not limited to this. Naturally, it includes layers and layers, in which case they are called upper-layer wiring or lower-layer wiring in a vertical relationship. This is the same in FIG.
上下層配線 1 、 2は、 アルミニウム (A I ) 、 アルミニウム合金、 銅 ( C u ) 、 タングステン (W ) 、 タングステンシリサイ ド (W S i ) 、 窒化チタン ( Τ ί Ν ) 、 チタンシリサイ ド ( T i S i ) などの単体又は 積層体からなる。 埋設金属 6 (図 1 参照) および、 導通用金属 1 6 (図 2参照) も同様である。  Upper and lower layer wirings 1 and 2 are made of aluminum (AI), aluminum alloy, copper (Cu), tungsten (W), tungsten silicide (WSi), titanium nitride ((ί Ν), and titanium silicide (TiS). i) or a single body or a laminate. The same applies to buried metal 6 (see Fig. 1) and conduction metal 16 (see Fig. 2).
支柱 3、 4は、 絶縁物製の場合、 S i O x N x、 S i O x、 S i O F、 アモルファスフルォロカーボン ( a — C : F ) などの低誘電率の物質で. あることが好ましい。 また、 上層配線を支えうる強度を確保しうるもの であることが好ましい。 . The pillars 3 and 4 are made of a material having a low dielectric constant such as SiO x N x , SiO x , SiO OF, and amorphous fluorocarbon (a — C: F) when made of an insulating material. Is preferred. Further, it is preferable that the material be able to secure the strength capable of supporting the upper wiring. .
導電体により成形された支柱 5 3、 5 6 (図 3参照) は、 上下層配線 1 、 2と同様に、 アルミニウム (A I ) 、 アルミニウム合金、 銅 ( C u ) 、 タングステン (W ) 、 タングステンシリサイ ド (W S i ) 、 窒化チ タン ( T i N ) 、 チタンシリサイ ド ( T i S ί ) などの単体又は積層体 からなる。  The pillars 53, 56 (see Fig. 3) formed by conductors are made of aluminum (AI), aluminum alloy, copper (Cu), tungsten (W), tungsten silicon, as well as the upper and lower wirings 1, 2. It is composed of a simple substance or a laminated body such as side (WS i), titanium nitride (T iN), and titanium silicide (T iS ί).
層間絶縁膜 7は、 たとえば、 プラズマ酸化膜またはバイアススパッタ 酸化膜などの酸化膜である。  The interlayer insulating film 7 is, for example, an oxide film such as a plasma oxide film or a bias sputter oxide film.
なお、 層間絶縁膜 7を介して上下層配線 1 、 2が順次積み重ねられた 多層構造のものでは、 図 4に示されるように、 層間铯縁膜 7中に、 導通 用の金属 1 7が埋設される。 また、 図示されないが、 第二支柱 3及び層 間絶縁膜 7内に金属を埋設させ、 上層配線 2とさらにその上の上層配線 2を接続してもよい。 In the case of a multilayer structure in which upper and lower wirings 1 and 2 are sequentially stacked via an interlayer insulating film 7, as shown in FIG. 4, a metal 17 for conduction is embedded in the interlayer insulating film 7. Is done. Although not shown, the second support 3 and the layer A metal may be buried in the inter-insulating film 7 to connect the upper wiring 2 and the upper wiring 2 thereon.
図 4は、 本発明の半導体装置の第 4の実施形態を示しており、 層間絶 縁膜 7に貫通 ¾ 8が設けられ、 直下のシリコン基板 9に設けられた素子 間分離用凹部 1 0と貫通孔 8は連通している。 素子間分離用凹部 1 0は 、 素子間の絶縁性を高めるためのものであり、 空間 5 と同様に、 絶縁物 で埋められているよりも、 空間、 または、 真空に近い空間であることが 好ましい。 貫通孔 8は、 素子間分離用凹部 1 0を形成するために設けら れる。  FIG. 4 shows a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention, in which a through hole 8 is provided in an interlayer insulating film 7, and an inter-element isolation recess 10 provided in a silicon substrate 9 immediately below. The through holes 8 communicate with each other. The inter-element isolation recess 10 is provided to enhance the insulation between the elements, and, like the space 5, may be a space or a space closer to a vacuum than a space filled with an insulator. preferable. The through hole 8 is provided for forming the concave portion 10 for isolation between elements.
図 5は、 本発明の半導体装置の第 5の実施形態を示しており、 図 4に 示される半導体装置に加えて、 さらに、 素子間分離用凹部 1 0の表面に 耐エツチング膜 1 1 が形成されている。 耐エツチング膜 1 1 は、 製造過 程で、 凹部 1 0が侵食されないようにするためのものである。  FIG. 5 shows a fifth embodiment of the semiconductor device of the present invention. In addition to the semiconductor device shown in FIG. 4, an etching resistant film 11 is further formed on the surface of the recess 10 for element isolation. Have been. The etching-resistant film 11 is for preventing the concave portion 10 from being eroded during the manufacturing process.
耐エッチング膜 1 1 と しては、 S i O x N x、 S i O xがある。 この耐 エッチング膜 1 1 は、 層間絶縁膜をエッチングする際のレジス トマスク を剥離せずに適切な条件で酸素プラズマ照射を行なう ことにより形成で きる。 Examples of the etching resistant film 11 include SiO x N x and SiO x . The etching resistant film 11 can be formed by irradiating oxygen plasma under appropriate conditions without removing the resist mask when etching the interlayer insulating film.
次に、 図 6及び図 7に基づいて、 本発明の半導体装置の第 1 の実施形 態 (図 1 参照) 、 及び第 2の実施形態 (図 2参照) の製造方法を説明す る。  Next, a method for manufacturing the first embodiment (see FIG. 1) and the second embodiment (see FIG. 2) of the semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIGS.
図 6において、 まず、 ( a ) 層間絶縁膜 7上に下層配線 1 を形成する この ( a ) 工程では、 たとえば、 アルミニウム合金、 銅など前述した材 料の単体又は積層体を、 パターニング後エッチングするなどして下層配 線 1 を形成する。 その形成には、 たとえば、 D Cマグネ トロンスパッタ 装置を用いて、 D C電圧を約一 1 k W、 使用ガスを A r (プラズマィォ ン) 、 その流量を約 0 . 1 リ ッ トル毎分 (ただし、 以下すベて標準状態 ( 0 °C、 0 . 1 P a ( 1 a t m) ) における体積である) 、 反応室内 の圧力を約 3 P a と し、 ターゲッ トを A I とする。 その後、 スパッタで 形成された A I 薄膜の余分な部分をレジス トマスクの形成とその後のメ タルエッチング (異方性ドライエッチング) などで除去し、 A I 配線 ( 下層配線) を得る。 また、 この他にも、 C V D法、 めっき法なども可能 である。 なお、 上層配線も同様に形成することができる。 さらに、 コン タク トホールに金属を埋設するにも前記方法が有効である。 In FIG. 6, first, (a) the lower wiring 1 is formed on the interlayer insulating film 7 In this (a) step, for example, a simple substance or a laminate of the above-described material such as an aluminum alloy or copper is patterned and etched. And so on to form the lower wiring 1. For the formation, for example, using a DC magnetron sputtering apparatus, the DC voltage is set to about 1 kW, and the gas to be used is Ar (plasma). ), The flow rate is about 0.1 liter per minute (however, all volumes are in the standard state (0 ° C, 0.1 Pa (1 atm))), and the pressure in the reaction chamber is reduced. Approximately 3 Pa, and the target is AI. After that, an extra portion of the AI thin film formed by sputtering is removed by forming a resist mask and subsequent metal etching (anisotropic dry etching) to obtain the AI wiring (lower layer wiring). In addition, CVD, plating, etc. are also possible. Note that the upper wiring can be formed in a similar manner. Further, the above method is also effective for burying a metal in a contact hole.
次に、 ( b ) 下層配線 1 を覆うように犠牲層 2 2を形成する。  Next, (b) a sacrificial layer 22 is formed so as to cover the lower wiring 1.
犠牲層 2 2は、 たとえば、 アモルファスシリコンを成膜して形成する。 この成膜は、 たとえば、 減圧 C V D装置により、 使用ガスを S i H 4と A r (または H 2 ) と して、 S i H 4の流量を約 0. 0 5〜 0 . 2 リ ツ トル毎分、 A rの流量を約 0. 5〜 2 リ ッ トル毎分と し、 反応室内の圧 力を数 1 O P a、 基板温度を約 3 5 0 °C以下 1 5 0 °C以上とする。 The sacrificial layer 22 is formed, for example, by forming amorphous silicon. This film formation, for example, by low pressure CVD apparatus, a gas used as the S i H 4 and A r (or H 2), S i H about 0.0 5-0 a flow rate of 4.2 Li Tsu Torr The Ar flow rate is about 0.5 to 2 liters per minute, the pressure in the reaction chamber is several OPa, and the substrate temperature is about 350 ° C or less and 150 ° C or more. I do.
次に、 ( c ) 犠牲層 2 2を C M P (ケミカルメカニカルポリツシング 、 C h Θ m i c a I M e c h a n i c a l P o l i s h i n g ) ) などの方法で平坦化したのち、 フォ トレジス トマスク 2 3を形成する。 次に、 ( d ) マスク 2 3で覆われていない部分の犠牲層 2 4をエッチ ングで取り除く。 このエッチングは、 異方性エッチングであることが、 寸法制御の観点から好ましく、 たとえば、 I C P— R I E装置 (誘導性 結合プラズマ一反応性イオンエッチング ( I n d u c t i v Θ I y C o u p I θ d P l a s m a — R e a c t i v e I o n E t c h i n g ) ) により、 コイルを約 1 2 0 0 W、 プラテンを約 3 0 Wにし、 反 応室内の圧力を約 2 . 6 7 P a、 S F 6とフルォロカ一ボンガスをそれ ぞれ約 0 . 1 リ ッ トル毎分と約 0 . 0 5 リ ッ トル毎分の流量で用いるこ とが好ましい。 次に、 図 7において、 ( Θ ) マスク 2 3を取り除いてから、 掘り下げ られた犠牲層の部分 2 4に絶縁膜を埋め込んで支柱 2 5を形成する。 支 柱 2 5の形成には、 S i Ο 2膜成膜が好ましい。 この成膜は、 E C R— C V D装!^ ( E l e c t r o n C y c l o t r o n R Θ s o n a n c Θ p I a s m a — C V D装置) により、 〃波パワーを約 1 k W、 コ ィル電流を約 2 O A、 使用ガスを S i H 4と 02と A r と して、 その流 量をそれぞれ約 0. 0 1 リ ッ トル毎分と約 0. 0 2 リッ トル毎分と約 0 . 0 5 リ ッ トル毎分と し、 反応室内の圧力を、 数 X 1 0— 1 P a 、 基板 温度を、 約 3 0 0 °C以上 4 5 0 °C以下、 R Fパワーを約 2 0 0 Wとする 次に、 ( f ) 前記工程で形成された支柱 2 5および残りの犠牲層 2 2 の上にフォ トレジス トマスク 2 7を形成し、 異方性エッチングを行うこ とによリコンタク トホール 2 6を形成する。 この場合の異方性エツチン グは、 支柱 2 5の材質にもよるが、 前述のように、 S i O 2膜で形成し ている場合には、 S i O 2膜の異方性エッチングを行う。 これは、 たと えば、 I C P— R I E装置により、 コイルを約 1 0 0 0 W、 プラテンを 約 5 0 0 Wにし、 反応室内の圧力を約 0. 3 3 P a、 フルォロカ一ボン ガスを標準状態で約 0. 0 2 リッ トル毎分の流量で用いる。 なお、 図示 しないがコンタク トホールは支柱 2 5内だけに限らず、 必要ならば、 犠 牲層 2 2に形成してもよい。 その場合には、 支柱 2 5と犠牲層 2 2の両 方の材料を考慮して製法が決定される。 Next, (c) the sacrificial layer 22 is planarized by a method such as CMP (Chemical Mechanical Polishing), and a photoresist mask 23 is formed. Next, (d) the sacrificial layer 24 not covered by the mask 23 is removed by etching. This etching is preferably anisotropic etching from the viewpoint of dimensional control. For example, an ICP-RIE device (inductively coupled plasma-reactive ion etching (InductivΘIyCupIθdPlasma) the R eactive I on E tching)) , about 1 2 0 0 W coil, the platen was about 3 0 W, the pressure in the reaction応室about 2. 6 7 P a, it SF 6 and Furuoroka one Bongasu It is preferable to use a flow rate of about 0.1 liter per minute and about 0.05 liter per minute. Next, in FIG. 7, (Θ) After removing the mask 23, an insulating film is buried in the dug down sacrificial layer portion 24 to form a pillar 25. For the formation of the support 25, a Si 2 film is preferably formed. This film is ECR-CVD equipment! ^ - The (E lectron C yclotron R Θ sonanc Θ p I asma CVD apparatus), 〃 wave power of about 1 k W, U I tail current of about 2 OA, the use gas S i H 4 0 2 and A r The flow rates were about 0.01 liter per minute, about 0.02 liter per minute, and about 0.05 liter per minute, respectively, and the pressure in the reaction chamber was X 1 0- 1 P a, the substrate temperature, about 3 0 0 ° C over 4 5 0 ° C or less, then the RF power and about 2 0 0 W, strut 2 which is formed by (f) said step A photoresist mask 27 is formed on 5 and the remaining sacrificial layer 22, and a contact hole 26 is formed by performing anisotropic etching. Anisotropy Etsuchin grayed in this case, depending on the material of the support post 2 5, as described above, when forming at S i O 2 film, the anisotropic etching of S i O 2 film Do. This is achieved, for example, by using an ICP-RIE device to set the coil to about 100 W, the platen to about 500 W, the pressure in the reaction chamber to about 0.33 Pa, and fluorocarbon gas to the standard state. At a flow rate of about 0.02 liters per minute. Although not shown, the contact hole is not limited to the inside of the column 25, and may be formed in the sacrificial layer 22 if necessary. In that case, the production method is determined in consideration of both the materials of the support 25 and the sacrificial layer 22.
次に、 ( g ) フォ トレジス トマスク 2 7を取り除いてから、 金属 6を コンタク トホール 2 6に埋め込む。 この埋め込みは、 E C R— C V D装 置により、 波パワーを約 1 k W、 コイル電流を約 2 0 A、 使用ガスを W F 6と H 2と A r と して、 その流量をそれぞれ約 0. 0 1 リ ツ トル毎 分と約 0. 0 2 リ ッ トル毎分と約 0. 0 5 リッ トル毎分とし、 反応室内 の圧力を、 約 0 · 7 P a、 基板温度を、 約 3 0 0 °C以上 4 5 0 °C以下、 R Fパワーを約 2 0 O Wとする。 Next, (g) the photoresist mask 27 is removed, and the metal 6 is buried in the contact hole 26. This padding, ECR-by CVD equipment, a wave power of about 1 k W, about 2 0 A coil current, and the and the WF 6 using gas H 2 and A r, the flow rate of about respectively 0.0 1 liter per minute and about 0.02 liters per minute and about 0.05 liters per minute The pressure is about 0.7 Pa, the substrate temperature is about 300 ° C or more and 450 ° C or less, and the RF power is about 20 OW.
次に、 ( h ) 上層配線 2を形成する。 上層配線 2は、 前述した下層配 線 1 と同様の材料で同様の方法により形成することができるが、 1 つの 半導体装置で下層配線 1 と上層配線 2の材料と製法を異ならせてもよい 次に、 ( i ) 犠牲層 2 2のエツチングによリ空間 5を形成する。 これ には、 等方性エッチングが、 上層配線下や上下層間のエッチングを容易 にするという観点から好ましい。 たとえば、 S F 6プラズマを使用して 、 I C P (誘導性結合プラズマ) 条件では、 コイルを約 6 0 O W、 ブラ テンを約 5 Wにし、 反応室内の圧力を約 2 . 7 P a、 使用ガスと流量を S F 6、 約 0 . 1 リ ッ トル毎分とすることが好ましい。 また、 E C R条 件では、 E C R— C V D装置による、 〃波パワーを約 1 k W、 コイル電 流を約 2 0 A、 使用ガスの S F 6と A rの流量を、 約 0 . 0 5 リ ッ トル 毎分と約 0. 0 5 リッ トル毎分、 反応室内の圧力を約 0. 7 P a、 基板 温度を、 約 3 0 0 °C以上 4 5 0 °C以下とする。 Next, (h) the upper wiring 2 is formed. The upper wiring 2 can be formed by the same method using the same material as the lower wiring 1 described above, but the material and manufacturing method of the lower wiring 1 and the upper wiring 2 may be different in one semiconductor device. (I) A space 5 is formed by etching the sacrificial layer 22. For this, isotropic etching is preferable from the viewpoint of facilitating etching under the upper wiring and between the upper and lower layers. For example, by using SF 6 plasma, the ICP (inductively coupled plasma) conditions, the coil about 6 0 OW, the bra Ten to about 5 W, the pressure in the reaction chamber to about 2. 7 P a, and use gas Preferably, the flow rate is SF 6 , about 0.1 liter per minute. In addition, under the ECR conditions, the microwave power, the coil current, and the flow rate of SF 6 and Ar of the gas used were about 0.05 liter and about 1 kW, respectively. Torr per minute and about 0.05 liter per minute, the pressure in the reaction chamber is about 0.7 Pa, and the substrate temperature is about 300 ° C or more and 450 ° C or less.
なお、 上記犠牲層 2 2を除去するための等方性エッチングには、 X e F 2ガス使用することもできる。 その場合には、 反応室内の圧力は、 約 0 . 4 P a以下とする。 Note that XeF 2 gas can be used for isotropic etching for removing the sacrificial layer 22. In that case, the pressure in the reaction chamber should be about 0.4 Pa or less.
前述の ( g ) 工程 (埋設金属 6の形成) と ( h ) 工程 (上層配線 2の 形成〉 は同時に行うことができる。 その場合、 埋設金属 6と上層配線 2 の材料は、 アルミニウム ( A I ) 、 アルミニウム合金、 銅 ( C u〉 、 タ ングステン (W) 、 タングステンシリサイ ド (W S i ) 、 窒化チタン ( T i N ) 、 チタンシリサイ ト ( T i S ί ) などの単体又は積層体で、 ス ノ ッタ法もしくは C V D法により形成する。  Step (g) (formation of buried metal 6) and step (h) (formation of upper wiring 2) can be performed simultaneously, in which case the material of buried metal 6 and upper wiring 2 is aluminum (AI). , Aluminum alloy, copper (Cu), tungsten (W), tungsten silicide (WSi), titanium nitride (TiN), titanium silicide (TiS i), etc. It is formed by a notter method or a CVD method.
なお、 本発明では、 犠牲層を、 前述のアモルファスシリコンの成膜に よるものに限らない。 たとえば、 レジス ト (型番 A Z 1 3 5 0 ) を犠牲 層とすることもできる。 その場合のレジス トエッチングにも等方性、 異 方性のどちらを用いることもできる。 等方性エッチングを用いる場合、 その条件は、 たとえば、 コイル約 6 0 0W、 プラテン約 1 0W、 反応室 内の圧力約 5. 3 2 P a、 使用ガスと流量を 02、 約 0. 0 3 リ ッ トル 毎分とする。 また、 異方性エッチングの場合には、 コイル約 6 0 0 W、 プラテン約 1 5 W、 反応室内の圧力約 0. 2 7 P a、 使用ガスと流量 O 2、 約 0. 0 2 リ ッ トル毎分とする。 そのほかにも、 従来から用いられ ている方法を適宜使用することができる。 In the present invention, the sacrificial layer is used for forming the above-described amorphous silicon film. Not limited to For example, a resist (model number AZ135) can be used as the sacrificial layer. In this case, either isotropic or anisotropic resist etching can be used. When using the isotropic etching, the conditions, for example, a coil about 6 0 0 W, the platen about 1 0 W, about the pressure in the reaction chamber 5. 3 2 P a, the use gas and flow rate 0 2, approximately 0.0 3 liters per minute. In the case of anisotropic etching, the coil is about 600 W, the platen is about 15 W, the pressure in the reaction chamber is about 0.27 Pa, the gas used and the flow rate are O 2 , and about 0.02 Torr per minute. In addition, conventionally used methods can be appropriately used.
次に、 本発明の半導体装置の第 3の実施形態 (図 3参照) の製造方法 を説明する。 この半導体装置の製造方法の前半部分は、 図 6に示される ( a ) 工程〜 ( d ) 工程と同様である。 後半 分、 ( e — 1 ) 工程、 ( h ) 工程及び ( i ) 工程を図 8に基づいて説明する。  Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment (see FIG. 3) of the present invention will be described. The first half of the method of manufacturing the semiconductor device is the same as the steps (a) to (d) shown in FIG. The second half, (e-1) step, (h) step and (i) step will be described with reference to FIG.
図 8において、 ( Θ — 1 ) マスク 2 3 (図 6参照) を取り除いてから 、 掘リ下げられた犠牲層の部分 2 4に、 導電体を埋め込んで支柱 2 8を 形成する。 この導電性を有する支柱 2 8は、 上下層配線 1 、 2と同様の 材料で同様の方法にょリ形成することができる。 続いて、 ( h ) 上層配 線 2を形成する。 この上層配線 2も同様に、 前述した下層配線 1 と同様 の材料で同様の方法により形成することができる。 ( i ) 犠牲層 2 2の エッチングにより空間 5を形成する工程も。 図 7と同様である。  In FIG. 8, after removing the (Θ-1) mask 23 (see FIG. 6), a conductor 28 is formed by embedding a conductor in the dug down sacrificial layer portion 24. The conductive pillar 28 can be formed by a similar method using the same material as the upper and lower wirings 1 and 2. Subsequently, (h) upper wiring 2 is formed. Similarly, the upper layer wiring 2 can be formed by the same method using the same material as the lower layer wiring 1 described above. (I) The step of forming the space 5 by etching the sacrificial layer 22 is also included. It is the same as FIG.
図 8における製造方法では、 ( θ — 1 ) の支柱 2 8を形成する工程と 、 ( h ) の上層配線 2を形成する工程を同時に行うことができる。 In the manufacturing method shown in FIG. 8, the step of forming the pillar 28 of ( θ -1) and the step of forming the upper layer wiring 2 of (h) can be performed simultaneously.
また、 図 8における製造工程では、 図 7における上下層配線 1 、 2間 を電気的に接続するための金属 6を埋設するための工程 ( f ) および ( g ) が省略される。  In the manufacturing process in FIG. 8, the steps (f) and (g) for burying the metal 6 for electrically connecting the upper and lower wirings 1 and 2 in FIG. 7 are omitted.
次に、 素子間分離用凹部 1 0 (図 4及び図 5参照) を形成する工程を 図 9乃至図 1 2に基づいて説明する。 素子間分離用凹部 1 0を形成する 方法は 2つある。 第 1 の方法は、 犠牲層 2 2を取り除く ときにこれと同 時にエッチングする方法である。 第 2の方法は、 層間絶縁膜 7と同時に エッチングする方法である。 第 1 の方法では、 犠牲層 2 2を除去するた めには、 等方性エッチングが用いられるため、 凹部の深さの正確な制御 は難しいが、 前述した図 6及び図 7に示される製造工程、 または、 図 6 及び図 8に示される工程に、 容易に加えられる。 第 2の方法では、 層間 絶縁膜 7に貫通 ¾ 8を形成するときに異方性エッチングを用いることに よリ、 凹部の深さの正確な制御を行うことができるが、 最終工程 ( i ) で犠牲層 2 2を取り除く ときに、 凹部が侵食されないよう気をつけなけ れぱならない。 そこで、 図 5に示される第 5の実施形態のように、 耐ェ ツチング膜 1 1 が設けられ、 最終工程 ( i ) に備えて凹部 1 0の内面を 保護している。 Next, a step of forming a recess 10 for isolation between elements (see FIGS. 4 and 5) is described. This will be described with reference to FIGS. 9 to 12. There are two methods for forming the recess 10 for element isolation. The first method is to etch simultaneously with the removal of the sacrificial layer 22. The second method is a method of etching simultaneously with the interlayer insulating film 7. In the first method, isotropic etching is used to remove the sacrificial layer 22. Therefore, it is difficult to accurately control the depth of the concave portion. However, the manufacturing method shown in FIGS. It can be easily added to the process or the process shown in FIGS. In the second method, the depth of the concave portion can be accurately controlled by using anisotropic etching when forming the penetration hole 8 in the interlayer insulating film 7, but the final step (i) When removing the sacrificial layer 22 with, care must be taken not to erode the recess. Therefore, as in the fifth embodiment shown in FIG. 5, an anti-etching film 11 is provided to protect the inner surface of the concave portion 10 in preparation for the final step (i).
図 9及び図 1 0は、 前述の第 1 の方法、 つまり、 図 4に示される第 4 の実施形態の製造方法を示すものである。  FIGS. 9 and 10 show the above-described first method, that is, the manufacturing method of the fourth embodiment shown in FIG.
図 9において、 シリコン基板 9の上には、 層間絶縁膜 7が設けられて いる。 金属 1 7は、 素子と下層配線 1 を電気的に接続させるために層間 絶縁膜 7内に適宜埋設されている。 ( a ) 下層配線 1 を形成する工程は 、 図 6と同様である。 In FIG. 9, an interlayer insulating film 7 is provided on a silicon substrate 9. The metal 17 is appropriately buried in the interlayer insulating film 7 to electrically connect the element and the lower wiring 1. (A) forming a lower layer wiring 1 is the same as FIG.
次に、 ( a — 1 ) 層間絶縁膜 7直下のシリコン基板 9の素子間分離用 凹部形成領域 1 O a を露出させるため、 この上方にあたる部分 7 a を除 いて、 層間絶縁膜 7 と下層配線 1 をフォ トレジス トマスク等のマスク 3 0で覆う。  Next, (a-1) the interlayer insulating film 7 and the lower wiring are removed except for a portion 7a above the silicon insulating film 9 except for a portion 7a located above the silicon insulating substrate 9 immediately below the interlayer insulating film 7 in order to expose the concave portion forming region 1 O a. 1 is covered with a mask 30 such as a photoresist mask.
次に、 ( a — 2 ) 層間絶縁膜 7をエッチングする。 エッチングは、 異 方性エッチングで、 I C P— R I Eにより、 コイル約 1 O O O W、 ブラ テン約 5 0 0 W、 反応室内の圧力約 0 . 3 3 P a、 使用ガスはフルォロ カーボンガスで、 その流量は、 約 0. 0 2 リ ッ トル毎分の状態で行なう ことができる。 Next, (a-2) the interlayer insulating film 7 is etched. Etching is anisotropic etching. ICP-RIE uses a coil of about 1 OOOW, a platen of about 500 W, a reaction chamber pressure of about 0.33 Pa, and a gas used of fluoro. With carbon gas, the flow rate can be about 0.02 liters per minute.
次に、 ( a — 3 ) マスク 3 0を除去する。 層間絶縁膜 7に貫通孔 8が 形成されておリ、 シリコン基板 9の素子間分離用凹部形成領域 1 0 aが 露出している。  Next, (a-3) the mask 30 is removed. A through hole 8 is formed in the interlayer insulating film 7, and an inter-element isolation recess forming region 10 a of the silicon substrate 9 is exposed.
続いて、 図 1 0の ( b ) 工程〜 ( h ) 工程は、 図 6及び図 7のそれと 同様であるが、 最終の ( i — 1 ) 工程では、 等方エッチングが行われ、 犠牲層 2 2の除去とともに、 露出した素子間分離用凹部形成領域 1 O a からシリコン基板 9が掘リ下げられ、 素子間分離用凹部 1 0が形成され る。  Subsequently, the steps (b) to (h) in FIG. 10 are the same as those in FIGS. 6 and 7, but in the final step (i-1), isotropic etching is performed, and the sacrificial layer 2 Along with the removal of 2, the silicon substrate 9 is dug down from the exposed inter-element separation recess forming region 1 O a to form the inter-element separation recess 10.
図 1 1 及び図 1 2は、 前述の第 2の方法、 つまり、 図 5に示される第 5の実施形態の製造方法を示している。 図 1 1 の ( a ) 工程は、 図 6お よび図 9と同様である。  FIGS. 11 and 12 show the above-described second method, that is, the manufacturing method of the fifth embodiment shown in FIG. The step (a) in FIG. 11 is the same as in FIG. 6 and FIG.
次に、 図 1 1 において、 ( a — 1 — 1 ) シリコン基板 9に素子間分離 用凹部 1 0を形成するため、 この上方にあたる部分 7 a を除いて、 層間 絶縁膜 7 と下層配線 1 をフォ トレジス トマスク等のマスク 3 0で覆う。 次に、 ( a — 2— 1 ) 層間絶縁膜 7およびその直下のシリコン基板 9 をエッチングして素子間分離用凹部を形成する。 エッチングは、 図 9の ( a - 2 ) 工程と同様に、 異方性エッチングであるが、 素子間分離用凹 部 1 0の深さが所定のものとなるように、 適宜制御される。  Next, in FIG. 11, (a—1—1) the interlayer insulating film 7 and the lower wiring 1 are removed except for a portion 7a above the silicon substrate 9 to form a recess 10 for element isolation in the silicon substrate 9. Cover with a mask 30 such as a photoresist mask. Next, (a-2-1) the interlayer insulating film 7 and the silicon substrate 9 immediately below the interlayer insulating film 7 are etched to form recesses for element isolation. The etching is anisotropic etching similarly to the step (a-2) in FIG. 9, but is appropriately controlled so that the depth of the recess 10 for element isolation becomes a predetermined value.
次に、 ( a — 2— 2 ) 素子間分離用凹部 1 0の内面に耐エツチング膜 1 1 を形成する。 耐エッチング膜 1 1 の材料と しては、 S i O x N x、 S i O xなどがある。 この耐エツチング膜 1 1 は、 層.間絶縁膜 7 をエツ チングする際のレジス トマスク 3 0を剥離せずに適切な条件で酸素ブラ ズマ照射を行なうことにより形成できる。 層間絶縁膜 7に貫通孔 8を形 成する際は、 異方性エッチングを用いるので、 素子間分離用凹部 1 0の 深さを制御することが容易で、 優れた半導体装置を精度よく製造するこ とができる。 Next, (a-2-2) an etching-resistant film 11 is formed on the inner surface of the concave portion 10 for isolation between elements. Examples of the material of the etching resistant film 11 include SiO x N x and SiO x . This etching resistant film 11 can be formed by performing oxygen plasma irradiation under appropriate conditions without removing the resist mask 30 when etching the inter-layer insulating film 7. When forming the through hole 8 in the interlayer insulating film 7, anisotropic etching is used, so that the recess 10 It is easy to control the depth, and an excellent semiconductor device can be manufactured accurately.
次に、 図 1 2において、 ( a — 3— 1 ) マスク 3 0を除去する。 以下 、 ( b ) 工程〜 ( ί ) 工程まで、 図 6及び図 7に示される ( b ) 工程〜 ( i ) 工程と同様であるが、 最終の ( i ) 工程では、 耐エッチング膜 1 1 により、 犠牲層 2 2を取り除く ときの等方エッチングで、 素子間分離 用凹部 1 0近辺の半導体素子が悪影響を受けることがない。  Next, in FIG. 12, the (a-3-1) mask 30 is removed. Hereinafter, steps (b) to (〜) are the same as steps (b) to (i) shown in FIGS. 6 and 7, but in the final step (i), the etching resistant film 11 The semiconductor element in the vicinity of the element separating recess 10 is not adversely affected by isotropic etching when removing the sacrificial layer 22.
前述の製法の実施形態において、 減圧 C V D法や E C R— C V D法を 用いているが他の C V D法 (熱 C V D法 (常圧 C V D法) 、 プラズマ C V D法、 光一 C V D法、 I C P (誘導性結合プラズマ) — C V D法、 へ リコン一 C V D法、 S W P (表面波プラズマ) 一 C V D法、 その他の C V D法、 その他の H D P (高密度プラズマ) 一 C V D法) を用いても効 果は同じである。 また、 C V D法の代わりにスパッタ法やめつき法を用 いても効果は同じである。 さらに、 エッチング法においても本実施形態 では、 I C P— R I E法を用いているが、 他の R I E法 (前述の C V D 法で使用されているプラズマ法を用いた R I E法、 D R M— R I E法) を用いても効果は同じである。  In the above-described embodiment of the manufacturing method, the low pressure CVD method and the ECR-CVD method are used, but other CVD methods (thermal CVD method (normal pressure CVD method), plasma CVD method, optical CVD method, ICP (inductively coupled plasma method)) are used. The same effect can be obtained by using the CVD method, the HELI-one CVD method, the SWP (Surface Wave Plasma) -CVD method, other CVD methods, and other HDP (high-density plasma) -CVD methods. The same effect can be obtained by using a sputtering method or a plating method instead of the CVD method. Further, in this embodiment, the ICP-RIE method is used for the etching method, but other RIE methods (RIE method using the plasma method used in the aforementioned CVD method, DRM-RIE method) are used. The effect is the same.
本発明では、 さらに、 図 1 3及び図 1 4に示されるように、 前述した 空間 5に、 ゲッタ リング材 5 0を配置し、 最上層の配線の上にキャンピ ング層 5 2を設けることにより、 空間 5からァゥ トガスを除去し、 空間 の真空度を高めることができる。 図 1 3および図 1 4は、 図 1 に示され る第 1 の実施形態の空間 5にゲッタ リング材 5 0を配置したものである が、 当然ながら、 図 2乃至図 5に示される実施形態の空間 5にも同様に 配置することができる。 製法も同様である。 そのうち、 図 4に示される 実施形態の空間 5にゲッタ リング材 5 0を設けたものについては、 図 2 0においてその構造および製法を説明する。 図 1 3において、 ゲッタ リング材 5 0は、 層間絶縁膜 7の上に設けら れている。 図 1 4において、 ゲッタ リング材 5 0は、 支柱 5 1 の上に設 けられている。 支柱 5 1 は、 絶縁物でも導電体でもよい。 空間 5は、 キ ャッビング層が設けられて半導体装置が完成した場合には、 気密に閉じ られた空間となる。 したがって、 ゲッタ リ ング材 5 0のように、 気体分 子を吸着する作用を有する物質を配置することによって、 もともと空間 5に存在する気体や、 半導体装置の完成後に材料から排出される気体 ( アウ トガス) を吸着して空間 5から排除し、 空間 5の真空度を上げるこ とができる。 真空度を上げることによって、 配線間のガスの誘電率を低 減し、 結果と して配線間容量のさらなる低減を図ることができる。 また 、 腐食性ガスを排除することもできるので、 半導体装置の延命化を図る ことができる。 In the present invention, as shown in FIGS. 13 and 14, a gettering material 50 is arranged in the space 5 described above, and a camping layer 52 is provided on the uppermost wiring. In addition, the art gas can be removed from the space 5, and the degree of vacuum in the space can be increased. FIGS. 13 and 14 show the gettering material 50 arranged in the space 5 of the first embodiment shown in FIG. 1. Naturally, the embodiment shown in FIGS. It can be arranged in the space 5 in the same way. The same applies to the manufacturing method. Among them, the structure and manufacturing method of the embodiment in which the gettering material 50 is provided in the space 5 of the embodiment shown in FIG. 4 will be described with reference to FIG. In FIG. 13, the gettering material 50 is provided on the interlayer insulating film 7. In FIG. 14, the gettering material 50 is provided on the support 51. The support 51 may be an insulator or a conductor. The space 5 becomes a hermetically closed space when the cabling layer is provided and the semiconductor device is completed. Therefore, by arranging a substance having a function of adsorbing gas molecules, such as the gettering material 50, the gas originally existing in the space 5 and the gas discharged from the material after the semiconductor device is completed (au) Can be adsorbed and removed from the space 5, and the degree of vacuum in the space 5 can be increased. By increasing the degree of vacuum, the dielectric constant of gas between wirings can be reduced, and as a result, the capacitance between wirings can be further reduced. Further, since corrosive gas can be eliminated, the life of the semiconductor device can be extended.
ゲッタ リ ング材と しては、 バリウム、 マグネシウム、 カルシウム、 チ タン、 タンタル、 ジルコニウム、 バナジウム、 イッ トリウムなどがある が、 本発明では、 配線間への配置のしゃすさと、 製法上の観点から、 チ タン、 ジルコニウム、 イツ トリウムなどを用いることが好ましい。 これ らは、 配置に際して、 表面の面積が最も広くなるような形状で置かれる ことが好ましい。 さらに、 チタンを用いた場合、 空間 5を形成する際に 犠牲層 2 2の除去のための等方エッチングに使用されるプラズマは、 S F 6ガスであることが好ましい。 Examples of the gettering material include barium, magnesium, calcium, titanium, tantalum, zirconium, vanadium, and yttrium. It is preferable to use titanium, zirconium, yttrium, or the like. These are preferably arranged in such a shape that the surface area is the largest when they are arranged. Further, when titanium is used, the plasma used for isotropic etching for removing the sacrificial layer 22 when forming the space 5 is preferably SF 6 gas.
キヤッビング層 5 2は、 絶縁性の膜であり、 その材料は、 二酸化ケィ 素 ( S ί Ο 2 ) のほか、 フッ素 ( F ) もしく は力一ボン (C ) 含有酸化 膜 (S i O F 、 S i O C ) 、 有機 S O G、 多孔質 S O G、 有機ポリマ一 、 アモルファスフルォロカーボン ( a — C : F ) 、 窒化ケィ素 (S i N ) などが好ましい。 Kiyabbingu layer 5 2 is an insulating film, the material, in addition dioxide Kei element (S ί Ο 2), fluorine (F) Moshiku the force one carbon (C) containing oxide film (S i OF, Preferred are S i OC), organic SOG, porous SOG, organic polymer, amorphous fluorocarbon (a-C: F), silicon nitride (S i N) and the like.
次に、 図 1 5 図 1 7に基づいて、 図 1 4に示される半導体装置 (第 6の実施形態) の製法を説明する。 Next, based on FIGS. 15 and 17, the semiconductor device shown in FIG. Embodiment 6) will be described.
図 1 5において、 ( a ) 下層配線 2を形成する工程は、 図 6と同様で ある。 次に、 ゲッタ リ ング材 5 0を、 層間絶縁膜 7上の適宜な位置に.配 するために、 ( a — I — 1 ) レジス ト膜 3 1 a を塗布 ' 硬化させ、 ( a — 1 — 2 ) レジス ト露光によりパターニングし、 フォ トレジス トマスク 3 1 を形成する。 次に、 ( a — Π ) ゲッタ リング膜 3 2を形成する。 こ の形成には、 スパッタ法が好ましく、 たとえば、 チタンをターゲッ 卜に してアルゴンのプラズマ下で行う。 ゲッタ リング膜 3 2が適当な厚さに なったとことで、 ( a — ΠΙ ) マスク 3 1 を除去する。 以下、 図 1 6及び 図 1 7において、 ( b ) 工程〜 ( i ) 工程は、 図 6及び図 7に示されて いる ( b ) 工程〜 ( i ) 工程と同様である。  In FIG. 15, (a) the step of forming the lower wiring 2 is the same as that of FIG. 6. Next, in order to dispose the gettering material 50 at an appropriate position on the interlayer insulating film 7, apply (a—I—1) the resist film 31 a and cure it. — 2) Pattern by resist exposure to form a photo resist mask 31. Next, (a-Π) a gettering film 32 is formed. This formation is preferably performed by a sputtering method, for example, by using titanium as a target and under argon plasma. Since the gettering film 32 has an appropriate thickness, the mask 31 is removed (a- (). Hereinafter, in FIGS. 16 and 17, the steps (b) to (i) are the same as the steps (b) to (i) shown in FIGS. 6 and 7.
キヤッビング層 5 2は、 図 1 7の ( i ) 工程で、 空間 5にゲッタ リン グ材 5 0が形成されたあとの ( j ) 工程で、 最上層の上層配線 2を覆う ように形成される。 キヤッビング層 5 2は、 たとえば、 S i O 2を成膜 して形成する。 この成膜は、 たとえば、 減圧 C V D装置により、 使用ガ スを S i H 4と 02 (または N 02 ) と して、 5 ; 1~1 4の流量を約 0 . 0 5 〜 0 · 2 リ ッ トル毎分、 O 2の流量を約 0 . 6 〜 2 リ ッ トル毎分と し 、 反応室内の圧力を約 1 3 0 P a、 基板温度を約 3 5 0 °C以下 1 5 0 °C 以上とする。 The cabling layer 52 is formed so as to cover the upper wiring 2 of the uppermost layer in the step (j) after the gettering material 50 is formed in the space 5 in the step (i) of FIG. . Kiyabbingu layer 5 2, for example, be formed by forming a S i O 2. This film formation, for example, by low pressure CVD apparatus, a use gas as the S i H 4 0 2 (or N 0 2), 5;. 1 ~ 1 4 of the flow rate of about 0 0 5-0 - 2 liters per minute, about the flow rate of O 2 0. 6 ~ 2 liters and per minute, about 1 3 0 the pressure in the reaction chamber P a, about 3 5 0 ° C or less 1 5 the substrate temperature 0 ° C or more.
なお、 図 1 5は、 上層配線 2を形成したあとで、 これと同層にゲッタ リング材 5 0を配設しているが、 この ( a ) 工程の前に、 ゲッタ リ ング 材を配設する工程 ( I ) 〜 (ΙΠ ) を配してもよい。  In FIG. 15, after the upper wiring 2 is formed, the gettering material 50 is provided on the same layer as the upper wiring 2, but before the (a) step, the gettering material is provided. (I) to (II).
さらに、 図 1 8及び図 1 9に基づいて、 図 1 4に示される半導体装置 (第 7の実施形態) の製法を説明する。 支柱 5 1 は、 図 6及び図 7に示 される支柱 2 5の形成工程と同様であり、 前半の ( a ) 工程〜 ( h ) ェ 程に至る工程は、 図 6及び図 7と同様である。 図 1 8において、 ( h — I — 1 ) レジス ト膜 3 1 aを塗布 ' 硬化させ 、 ( h — I 一 2 ) レジス ト露光によりパターニングし、 フォ トレジス ト マスク 3 1 を形成する。 次に、 ( h — Π ) ゲッタ リング膜 3 2を形成す る。 この形成は、 前述の ( a — Π ) 工程と同様である。 ゲッタ リング膜 3 2が適当な厚さになったとことで、 図 1 9に示されるように、 ( h — ) 工程でマスク 3 1 を除去する。 次に、 犠牲層 2 2を除去する工程は 、 図 7に示される ( i ) 工程と同様であり、 図 1 4に示されるように、 空間 5に設けられた支柱 5 1 上にゲッタ リング材 5 0が設けられる。 続 いて、 ( j ) 工程に示されるように、 最上層の上層配線 2を覆うように キヤッビング層 5 2が、 図 1 7の ( j ) 工程と同様に形成される。 Further, a method for manufacturing the semiconductor device (seventh embodiment) shown in FIG. 14 will be described based on FIGS. The support 51 is similar to the formation process of the support 25 shown in FIGS. 6 and 7, and the first half of the steps (a) to (h) is the same as in FIGS. 6 and 7. is there. In FIG. 18, a (h-I-1) resist film 31a is applied and cured, and is patterned by (h-I-12) resist exposure to form a photo-resist mask 31. Next, (h-Π) gettering film 32 is formed. This formation is similar to the above-mentioned (a-Π) step. Since the gettering film 32 has an appropriate thickness, as shown in FIG. 19, the mask 31 is removed in the (h—) process. Next, the step of removing the sacrificial layer 22 is the same as the step (i) shown in FIG. 7, and as shown in FIG. 14, the gettering material is provided on the support 51 provided in the space 5. 50 are provided. Subsequently, as shown in the step (j), a caving layer 52 is formed in the same manner as the step (j) in FIG. 17 so as to cover the upper wiring 2 of the uppermost layer.
なお、 図 1 8及び図 1 9の製造方法では、 上層配線 2が形成される ( h ) 工程の後でゲッタ リング材 5 0を所定の位置に配設するように、 ( h — I ) 、 ( h - Π ) および ( h — ΠΙ ) 工程が設けられているが、 この In the manufacturing method shown in FIGS. 18 and 19, the (h−I), (h−I), and the gettering material 50 are arranged at predetermined positions after the (h) step of forming the upper wiring 2. (h-Π) and (h — ΠΙ) processes are provided.
( I ) 〜 (m) のゲッタリング材配設工程は、 上層配線 2の形成と前後 しても構わない。 したがって、 図 7に示される ( g ) 工程で金属 6枚切 要のマスク 2 7が取り除かれた後で、 上層配線 2を形成する前に、 ( g - I ) 、 ( g - Π ) および ( g — ΙΠ ) 工程として設けてもよい。 The gettering material disposing steps (I) to (m) may be performed before or after the formation of the upper wiring 2. Therefore, after the mask 27 required for cutting six metal pieces is removed in the step (g) shown in FIG. 7 and before forming the upper wiring 2, (g-I), (g-Π) and (g) g — ΙΠ) It may be provided as a process.
キヤッ ビング層 5 2は、 図 4又は図 5に示されるように、 素子間分離 用凹部 1 0と連続する空間 5にも形成することができる。 その場合にも 、 ゲッタ リング層 5 0を形成する工程 ( I ) ~ (IE) を、 ( g ) 工程又 は ( h ) 工程の後に挿入し、 最後に ( j ) 工程で、 キヤッビング層 5 2 を形成する。 たとえば、 途中でゲッタ リング層 5 0が形成された場合、 図 1 0の ( i — 1 ) 工程は、 図 2 0の ( i — 1 ) のようになる。 それに 続いて、 キヤッ ビング層 5 2を形成し、 図 2 0の ( j ) に示されるよう に、 素子間分離用凹部 1 0に連続する気密な空間 5が形成される。 産業上の利用可能性 As shown in FIG. 4 or FIG. 5, the cabling layer 52 can also be formed in a space 5 that is continuous with the element isolation recess 10. Also in this case, the steps (I) to (IE) for forming the gettering layer 50 are inserted after the step (g) or the step (h), and finally, in the step (j), the cabbing layer 52 is formed. To form For example, when the gettering layer 50 is formed on the way, the (i-1) process in FIG. 10 is as shown in (i-1) in FIG. Subsequently, a cabling layer 52 is formed, and an airtight space 5 is formed as shown in (j) of FIG. Industrial applicability
以上のように、 本発明に係る半導体装置'およびその製造方法は、 集積 回路の小型化に適し、 集積回路の高速動作の安定化と、 半道体装置の延 命化を実現しうる。  As described above, the semiconductor device ′ and the method of manufacturing the same according to the present invention are suitable for miniaturization of an integrated circuit, and can stabilize the high-speed operation of the integrated circuit and extend the life of the semiconductor device.

Claims

請求の範囲 The scope of the claims
1 . 複数の素子が設けられたシリコン基板上に該素子間を接続する配 線が少なく とも上下に 2層以上をなすように設けられた半導体装置にお いて、  1. In a semiconductor device provided on a silicon substrate on which a plurality of elements are provided so that at least two layers are provided above and below a wiring connecting the elements,
前記上層配線の下面に連結されて該上層配線を支持する支柱を形成し 、 前記下層配線間の隙間から前記上層配線の下面の少なく とも一部にか けて連続する空間を形成せしめたことを特徴とする半導体装置。  A pillar connected to the lower surface of the upper layer wiring and supporting the upper layer wiring is formed, and a space that is continuous from at least a part of the lower surface of the upper layer wiring is formed from a gap between the lower layer wirings. Characteristic semiconductor device.
2 . 前記支柱は絶縁物である前記第 1項記載の半導体装置。 2. The semiconductor device according to the item 1, wherein the pillar is an insulator.
3 . 前記支柱は、 前記下層配線上に設けられて前記上層配線を支える 第一支柱と、 前記下層配線のないシリコン基板上の部分で上層配線を支 える第二支柱とを含んでおり、 前記第一支柱のうちの少なく とも 1 つに 導通用の金属が埋め込まれている前記第 2項記載の半導体装置。 3. The support includes a first support provided on the lower wiring and supporting the upper wiring, and a second support supporting the upper wiring at a portion on the silicon substrate without the lower wiring, 3. The semiconductor device according to claim 2, wherein at least one of the first posts has a metal for conduction.
4 . 前記支柱が導電体である前記第 1 項記載の半導体装置。  4. The semiconductor device according to the item 1, wherein the support is a conductor.
5 . 前記素子間の基板表面に素子を分離するための凹部を形成し、 前 記空間を該凹部内に連続せしめてなる前記第 1 項乃至第 4項のいずれか に記載の半導体装置。 .  5. The semiconductor device according to any one of items 1 to 4, wherein a concave portion for separating an element is formed on a substrate surface between the elements, and the space is continuous in the concave portion. .
6 . 前記素子間分離用凹部の内面に耐エッチング膜が形成されている 前記第 5項記載の半導体装置。  6. The semiconductor device according to the above item 5, wherein an etching-resistant film is formed on an inner surface of the inter-element isolation recess.
7 . 前記空間にゲッタ リ ング材を設けたことを特徴とする前記第 1項 乃至第 6項のいずれかに記載の半導体装置。  7. The semiconductor device according to any one of Items 1 to 6, wherein a gettering material is provided in the space.
8 . 前記上下配線を最上層の上層配線の上から覆い、 前記ゲッタ リン グ材が設けられた空間を気密に閉じるキヤッビング層を設けてなる前記 第 7項に記載の半導体装置。  8. The semiconductor device according to claim 7, further comprising a cabling layer that covers the upper and lower wirings from above the uppermost wiring, and hermetically closes a space in which the gettering material is provided.
9 . 複数の素子が設けられたシリコン基板上に該素子間を接続する配 線が少なく とも上下に 2層以上をなすように設けられた半導体装置の製 造方法であって、 ( a ) 前記シリコン基板上に設けられている層間絶縁膜上に前記下層配 線を成膜する工程と、 9. A method for manufacturing a semiconductor device in which wiring connecting the elements is provided on a silicon substrate on which a plurality of elements are provided so as to form at least two layers above and below, (a) forming the lower wiring on an interlayer insulating film provided on the silicon substrate;
( b ) 前記下層配線の間及びその上面を覆うように犠牲層を形成するェ 程と、  (b) forming a sacrificial layer between the lower wirings and so as to cover the upper surface thereof;
( c ) 前記上層配線の支柱が形成される領域以外の領域にフォ トリソグ ラフィ一法によってフォ ト レジス ト膜を形成する工程と、  (c) forming a photoresist film by photolithography in a region other than the region where the pillars of the upper wiring are formed;
( d ) 前記支柱形成領域の前記犠牲層をエッチングする工程と、  (d) etching the sacrificial layer in the pillar formation region;
( θ ) 前記エツチングされた領域に絶縁膜を成膜して埋め込んで支柱を 形成する工程と、  (θ) forming and burying an insulating film in the etched region to form a support;
( f ) 前記上層配線を 1 層以上下の下層配線と導通するための金属を埋 設するためのコンタク トホール開口用パターンマスクを成形し、 金属埋 設領域の前記支柱及びノ又は犠牲層をエッチングしてコンタク トホール を形成する工程と、  (f) Forming a contact hole opening pattern mask for burying a metal for conducting the upper wiring to one or more layers below the lower wiring, and etching the pillar and the metal or sacrifice layer in the metal buried area Forming a contact hole by
( g ) 前記エッチングされたコンタク トホールに金属を埋め込む工程と 、  (g) embedding a metal in the etched contact hole;
( h ) 前記上層配線層を形成する工程と、  (h) forming the upper wiring layer;
( i ) 前記犠牲層を等方的にエッチングして上下の配線の同層間、 上下 層間およびねじれ位置関係にある配線間の前記支柱以外の部分に空間を 形成する工程と  (i) a step of isotropically etching the sacrificial layer to form a space in a portion other than the column between the upper and lower wirings, between the upper and lower wirings, and between the wirings in a twisted positional relationship;
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。  A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
1 0 . 前記 ( g ) 工程と前記 ( h ) 工程を同時に行う前記第 9項に記 載の半導体装置の製造方法。  10. The method of manufacturing a semiconductor device according to the item 9, wherein the steps (g) and (h) are performed simultaneously.
1 1 . 複数の素子が設けられたシリコン基板上に該素子間を接続する 配線が少なく とも上下に 2層以上をなすように設けられた半導体装置の 製造方法であって、  11. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a silicon substrate on which a plurality of elements are provided; wherein at least two layers are provided above and below wirings connecting the elements;
( a ) 前記シリコン基板上に設けられている層間絶縁膜上に前記下層配 線を成膜する工程と、 (a) forming the lower layer wiring on an interlayer insulating film provided on the silicon substrate; Forming a wire;
( b ) 前記下層配線の間及びその上面を覆うように犠牲層を形成するェ  (b) A sacrificial layer is formed between the lower wirings and so as to cover the upper surface thereof.
( c ) 前記上層配線の支柱が形成される領域以外の領域にフォ トリ ソグ ラフィ一法によってフォ ト レジス ト膜を形成する工程と、 (c) forming a photoresist film by photolithography in a region other than the region where the pillars of the upper wiring are formed;
( d ) 前記支柱形成領域の前記犠牲層をエッチングする工程と、  (d) etching the sacrificial layer in the pillar formation region;
( Θ - 1 ) 前記エッチングされた領域に金属を成膜して埋め込んで導電 性の支柱を形成する工程と、  (Θ-1) a step of forming and embedding a metal in the etched region to form a conductive support;
( h ) 前記上層配線層を形成する工程と、  (h) forming the upper wiring layer;
( i ) 前記犠牲層を等方的にエッチングして上下の配線の同層間、 上下 層間およびねじれ位置関係にある配線間の前記支柱以外の部分に空間を 形成する工程と  (i) a step of isotropically etching the sacrificial layer to form a space in a portion other than the column between the upper and lower wirings, between the upper and lower wirings, and between the wirings in a twisted positional relationship;
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。  A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
1 2 . 前記 ( e — 1 ) 工程及び前記 ( h ) 工程を同時に行う前記第 1 1項記載の半導体装置の製造方法。  12. The method for manufacturing a semiconductor device according to the item 11, wherein the step (e-1) and the step (h) are simultaneously performed.
1 3 . 前記 ( i ) ェ程の後に、  1 3. After the above (i)
( j ) 最上層の上層配線の上に、 前記空間を気密に閉じるようにキヤッ ビング層を形成する工程  (j) a step of forming a cabling layer on the upper layer upper wiring so as to hermetically close the space.
を含んでいる前記第 9項乃至第 1 2項のいずれかに記載の半導体装置の 製造方法。  13. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the above items 9 to 12, comprising:
1 4 . 前記 ( a ) 工程と前記 ( b ) 工程の間に、  14. Between step (a) and step (b),
( a — 1 ) 前記シリコン基板の素子間分離用凹部を形成するための領域 を露出させるための貫通孔を前記層間絶縁膜に形成するためのフォ トレ ジス トマスクを前記層間絶縁膜上および前記下層配線上にフォ トリソグ ラフィ一法により形成する工程と、  (a-1) A photoresist mask for forming a through hole for exposing a region for forming a device isolation recess of the silicon substrate in the interlayer insulating film is provided on the interlayer insulating film and the lower layer. A step of forming on the wiring by photolithography,
( a - 2 ) 前記フォ トレジス トマスクで覆っていない領域の前記層間絶 縁膜をエッチングして前記貫通孔を形成し、 該貫通孔を通じて層間絶縁 膜下のシリコン基板の素子間分離用凹部形成領域を露出させる工程と、(a-2) The interlayer insulation in an area not covered by the photoresist mask Etching the edge film to form the through hole, exposing an element isolation recess forming region of the silicon substrate under the interlayer insulating film through the through hole;
( a - 3 ) 前記 ( a — 1 ) 工程で形成されたフォ ト レジス トマスクを除 去する工程 (a-3) a step of removing the photo resist mask formed in the step (a-1)
, が挿入されている前記第 9項乃至第 1 3項のいずれかに記載の半導体装 置の製造方法。 14. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the ninth to thirteenth aspects, wherein, is inserted.
1 5 . 前記 ( a ) 工程と前記 ( b ) 工程の間に、  15 5. Between step (a) and step (b),
( a — 1 一 1 ) 前記シリコン基板に素子間分離用凹部を形成するための フォ トレジス トマスクを前記層間絶縁膜上および前記下層配線上にフォ トリソグラフィ一法により形成する工程と、  (a-111) forming a photo-resist mask on the interlayer insulating film and the lower-layer wiring on the silicon substrate by photolithography to form a recess for element isolation;
( a — 2 — 1 ) 前記フォ トレジス トマスクで覆っていない領域をエッチ ングし、 素子間分離用凹部形成領域の上方の層間絶縁膜を貫通し、 さら に、 その直下のシリコン基板を所定深さ掘り下げて、 素子間分離用凹部 を形成する工程と、  (a-2-1) Etch the area not covered with the photoresist mask, penetrate the interlayer insulating film above the element isolation recess formation area, and furthermore, pass the silicon substrate immediately thereunder to a predetermined depth. Drilling down to form a recess for element isolation;
( a - 2 - 2 ) 前記素子間分離用凹部の内面に耐エッチング膜を形成す る工程と、  (a-2-2) forming an etching-resistant film on the inner surface of the inter-element isolation recess;
( a - 3 - 1 ) 前記 ( a — 1 — 1 ) 工程で形成されたフォ ト レジス トマ スクを除去する工程  (a-3-1) a step of removing the photo resist mask formed in the step (a-1-1)
が挿入されている前記第 9項乃至第 1 3項のいずれかに記載の半導体装 置の製造方法。  14. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the above items 9 to 13, wherein a semiconductor device is inserted.
1 6 . 前記犠牲層がシリコン層である前記第 9項乃至第 1 5項のいず れかに記載の半導体装置の製造方法。  16. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of the above items 9 to 15, wherein the sacrificial layer is a silicon layer.
7 . 前記犠牲層がレジス ト層である前記第 9項乃至第 1 5項のいず れかに記載の半導体装置の製造方法。  7. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of the above items 9 to 15, wherein the sacrificial layer is a resist layer.
1 8 . 前記 ( a ) 工程の前又は後に、  18. Before or after the step (a),
( I ) ゲッタ リ ング材形成用マスクを形成する工程、 ( Π ) ゲッタ リ ング材膜を成膜する工程、 および (I) a step of forming a mask for forming a gettering material, (Iii) forming a gettering material film, and
(m) 前記ゲッタ リング材形成用マスクを除去してゲッタ リング材層を 得る工程  (m) removing the gettering material forming mask to obtain a gettering material layer;
が挿入されている前記第 9項乃至第 1 7項のいずれかに記載の半導体装 置の製造方法。 18. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the above items 9 to 17, wherein a semiconductor device is inserted.
1 9. 前記 ( h ) 工程の前又は後に、  1 9. Before or after step (h),
( I ) ゲッタ リ ング材形成用マスクを形成する工程、  (I) a step of forming a mask for forming a gettering material,
( Π ) ゲッタ リ ング材膜を成膜する工程、 および  (Iii) forming a gettering material film, and
(ΠΙ) 前記ゲッタ リング材形成用マスクを除去してゲッタ リング材層を 得る工程  (Ii) removing the gettering material forming mask to obtain a gettering material layer;
が挿入されている前記第 9項乃至第 1 8項のいずれかに記載の半導体装 置の製造方法。 19. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the above items 9 to 18, wherein a semiconductor device is inserted.
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