JP2005109060A - 配線構造及びその形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の配線構造は、第１配線と第２配線との主面が対向する空間に高誘電率の絶縁部材で成る支柱部を設けるため配線容量が増加するという問題があった。また、その支柱部の形成のためにわざわざ余分にフォトレジストで成るマスク９を形成してやらねばならず工程が増えて煩雑となった。
【解決手段】 本発明の配線構造は、半導体基板１面に沿って設けられた第１配線２と第２配線３の２つの配線の交差位置で、第２配線３は第１配線２を空間を介して跨ぐように形成され、第１配線２の両外側に第２配線３を支持するための金属で成る補強用支柱１０１ａ，１０１ｂを形成した配線構造である。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体基板面に沿って設けられた第１配線と第２配線との２つの配線の交差位置で、第２配線が第１配線を空間を介して跨ぐように形成された、所謂、エアブリッジ構造と呼ばれる配線構造及びその形成方法に関する。

一般に、半導体基板面に沿って形成された第１配線と、その第１配線と空間を介して交差する第２配線との、所謂、エアブリッジ構造と呼ばれる配線構造がある。この配線構造は、２つの配線間を高誘電率の絶縁部材で充填するのではなく空間（空気）とすることで交差箇所における配線容量を低減させるものであり、例えば、優れた高周波特性を要求される低雑音電界効果トランジスタなどのソース電極及びドレイン電極の配線構造として用いられる。

従来のエアブリッジ構造及びその形成方法の一例を図４〜図７に示す。図４（ａ）はエアブリッジ構造の斜視図，図４（ｂ）は図４（ａ）のＸ−Ｘ線における断面図，図５（ａ）はエアブリッジ構造の他の例の斜視図，図５（ｂ）は図５（ａ）のＸ−Ｘ線における断面図，図６〜図７はその形成方法の工程順を示す断面図である。

図４に示すように、エアブリッジ構造は、半導体基板１面に沿って形成された第１配線２とそれと交差する第２配線３とで成り、第１配線２と第２配線３との交差位置では、第２配線３は第１配線２を空間を介して跨ぐように形成されている。ここで、特に、第１配線２と第２配線３との各主面が対向する空間領域４（図中の一点鎖線で囲んだ領域）に高誘電率の絶縁部材を介在させずに空間とすることで第１配線２と第２配線３とを絶縁し、かつ、配線容量を低減させる。

しかしながら、このようなエアブリッジ構造はその構造から明らかなように、第１配線２と第２配線３との間が空間となっているため、第２配線３が上方からの加圧力によって容易に押し潰される危険性を有していた。

例えば、表面にエアブリッジ構造を施した半導体基板１の裏面を研磨する工程では、半導体基板１表面をワックス（図示せず）や保護シート（図示せず）で保護してフィクスチャ（図示せず）に貼付けて研磨しているにも拘らず、微小な異物が混入すると、この異物に研磨圧力が加わることで第２配線３が押し潰されることがあった。このため、第２配線３の機械的強度の補強に対しては従来より、いろいろな工夫がなされてきた。

その一例として、図５に示すように、第１配線２上に第２配線３の下面を支持する絶縁物で成る支柱部５を形成する構成が提案されている。

以下、このエアブリッジ構造の形成方法を図６，図７を用いて説明する。先ず、図６（ａ）に示すように、半導体基板１上に形成予定の第１配線のパターンを有するフォトレジストマスク（図示せず）を形成後、第１配線となるＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜を形成する（例えばＴｉ膜５０ｎｍ，Ｐｔ膜５０ｎｍ，Ａｕ膜１０００ｎｍ）。その後、フォトレジストマスク（図示せず）を除去し、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜より成る第１配線２を形成する。

次に、図６（ｂ）に示すように、第１配線２を含む半導体基板１上面にポリイミド（厚さ１μｍ〜３μｍ程度）を塗布して加熱しポリイミド膜６を形成する。

次に、図６（ｃ）に示すように、ポジ型フォトレジストを塗布後、第１配線２と形成予定の第２配線との交差領域にポリイミド膜が矩形状のダミーパターン６ａとして残るようなポジ型フォトレジストマスク７を露光・現像して形成する。このとき、交差領域以外のポリイミド膜はポジ型フォトレジストと共に現像液により取り除かれるので、結果として、半導体基板１上面には、ポジ型フォトレジストマスク７と、このポジ型フォトレジストマスク７により被覆されたダミーパターン６ａ及びこのダミーパターン６ａにその一部が包まれた第１配線２とが残る。

次に、アセトンによりポジ型フォトレジストマスク７を除去した後、図６（ｄ）に示すように、３５０℃で１時間程度加熱する。この加熱により、矩形状のダミーパターン６ａは高温収縮し側面の傾斜が滑らかな形状となる。

次に、図７（ｅ）に示すように、蒸着あるいはスパッタにより半導体基板１上面にＴｉ膜（膜厚５０ｎｍ程度）、及びその上にＡｕ膜（膜厚５０ｎｍ程度）を積層したメッキ用通電膜８を形成する。

次に、図７（ｆ）に示すように、半導体基板１上に形成予定の第２配線のパターンを有するフォトレジストマスク（図示せず）を形成後、それを選択メッキ用マスクとして電解メッキにより選択的にＡｕ膜（膜厚１μｍ〜３μｍ程度）を形成する。その後、フォトレジストマスク（図示せず）を除去し、第２配線以外の領域のメッキ用通電膜８をＡｒやＸｅ等の不活性ガスを用いるイオンミリングにより除去して第２配線３を形成する。

尚、第２配線３となるＡｕ膜の厚さは、メッキ用通電膜８に比べて十分厚いので、イオンミリングによりメッキ用通電膜８を除去する際に第２配線３となるＡｕ膜がすべて除去されるという心配はない。このようにして、第１配線２の上層にダミーパターン６ａ及びメッキ用通電膜８を介して第２配線３が形成された半導体基板１が得られる。

次に、図７（ｇ）に示すように、第１配線２の上面から垂直に伸びた平板状のフォトレジストで成るマスク９を第２配線３の側面の一部とダミーパターン６ａの側面の一部とを覆うように設ける。

その後、図７（ｈ）に示すように、酸素プラズマによるアッシングにより第２配線３の側面側から基板平面に対して平行な方向にエッチング処理して第１配線２と第２配線３との間のダミーパターン６ａを除去し空間を形成する。このとき、マスク部分のポリイミド膜はエッチングされずに支柱部５として残り、第１配線２の上面と第２配線３の下面とを絶縁性を保って接続する補強用の支持部材となる。その後、マスクを除去する。（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−１８６３８１号公報（第４頁００２５段落〜第５頁００３３段落、図１）

しかしながら、上記のように工夫されたエアブリッジ構造においても、第１配線と第２配線との主面が対向する空間に高誘電率の絶縁部材で成る支柱部を設けるため配線容量が増加するという問題があった。そしてまた、その支柱部の強度を増大させるために支柱部を太くすればするほど、配線容量が増加するという問題があった。即ち、支柱部による補強効果と配線容量とはトレードオフの関係となった。また、この支柱部を形成するために、わざわざ余分にフォトレジストで成るマスク９を形成してやらねばならず工程が増えて煩雑となった。

本発明の目的は、エアブリッジ構造の第１配線と第２配線（空中配線）との主面が対向する空間に高誘電率の絶縁部材を配置することなく、即ち、配線容量を極力増加させることなく、また、工程を極力増やすことなく第２配線を補強することができる配線構造及びその形成方法を提供することである。

本発明の配線構造は、半導体基板面に沿って設けられた第１配線と第２配線の２つの配線の交差位置で、第２配線は第１配線を空間を介して跨ぐように形成されたエアブリッジ構造において、前記第１配線の両外側に前記第２配線を支持するための金属で成る補強用支柱を形成したことを特徴とする配線構造である。

本発明の配線構造の形成方法は、
少なくとも、
半導体基板面に沿った第１配線を形成する工程と、
第１配線と形成予定の第２配線との交差領域に、矩形状の絶縁物で成り、第１配線の両外側に貫通孔を有するダミーパターンを形成する工程と、
貫通孔の内面を含む半導体基板面にメッキ用通電膜を形成する工程と、
半導体基板面に形成予定の第２配線のパターンを有する選択メッキ用マスクを形成した後、選択メッキにより貫通孔を埋め込むと共に第２配線となるメッキ膜を形成する工程と、
選択メッキ用マスクと、第２配線以外の領域のメッキ用通電膜とをイオンミリングで除去した後、ダミーパターンをアッシングにより除去して第２配線を形成する工程とを備えることを特徴とする配線構造の形成方法である。

本発明の配線構造によると、エアブリッジ構造の第１配線と第２配線（空中配線）との主面が対向する空間に高誘電率の絶縁部材を配置することなく、即ち、配線容量を増加させることなく、第２配線の強度を向上させることができる。また、本発明の配線構造の形成方法によると第１配線と第２配線との間の空間を形成するためのダミーパターンに貫通孔を設けることだけで補強用支柱が形成でき、補強用支柱を形成するための新たなマスクを形成する必要がなく工程が煩雑にならない。

本発明のエアブリッジ構造及びその形成方法の一例を図１〜図３に示す。図１（ａ）はエアブリッジ構造の斜視図，図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ線における断面図，図２〜図３はその形成方法の工程順を示す断面図である。

図１に示すように、エアブリッジ構造は、半導体基板１面に沿って形成された第１配線２とそれと交差する第２配線３とで成り、第１配線２と第２配線３との交差位置では、第２配線３は第１配線２を空間を介して跨ぐように形成されている。ここで、特に、第１配線２と第２配線３との各主面が対向する空間領域４（図中の一点鎖線で囲んだ領域）に高誘電率の絶縁部材を介在させずに空間とすることで第１配線２と第２配線３とを絶縁し、かつ、配線容量を低減させる。

また、第１配線２の両外側には、第２配線３を支持するための金属で成る本発明の特徴である補強用支柱１０１ａ，１０１ｂが形成されている。また、補強用支柱１０１ａ，１０１ｂは第２配線と同一の金属で一体的に形成されており、第２配線３の空中部を両側から補強する役目を果たしている。尚、補強用支柱１０１ａ，１０１ｂは、第１配線２と第２配線３との各主面が対向する空間領域４の外部に形成されているため、配線容量を大きく増加させることはない。

以下、本発明のエアブリッジ構造の形成方法を図２，図３を用いて説明する。先ず、図２（ａ）に示すように、半導体基板１上に形成予定の第１配線のパターンを有するフォトレジストマスク（図示せず）を形成後、第１配線となるＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜を形成する（例えばＴｉ膜５０ｎｍ，Ｐｔ膜５０ｎｍ，Ａｕ膜１０００ｎｍ）。その後、フォトレジストマスク（図示せず）を除去し、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜より成る第１配線２を形成する。

次に、図２（ｂ）に示すように、第１配線２を含む半導体基板１上面にポリイミド（厚さ１μｍ〜３μｍ程度）を塗布して加熱しポリイミド膜６を形成する。

次に、図２（ｃ）に示すように、ポジ型フォトレジストを塗布後、第１配線２と形成予定の第２配線との交差領域にポリイミド膜が矩形状のダミーパターン６ｂとして残り、かつ、このダミーパターン６ｂの第１配線２の両外側領域の一部に補強用支柱を形成するための矩形の貫通孔１０１ａ，１０１ｂが形成されるようなポジ型フォトレジストマスク７ａを露光・現像して形成する。このとき、貫通孔１０１ａ，１０１ｂとなる予定のポジ型フォトレジスト及びポリイミド膜と、交差領域以外のポリイミド膜とはポジ型フォトレジストと共に現像液により取り除かれるので、結果として、半導体基板１上面には、貫通孔１０１ａ，１０１ｂを設けたポジ型フォトレジストマスク７ａと、このポジ型フォトレジストマスク７ａにより被覆された貫通孔１０１ａ，１０１ｂを設けたダミーパターン６ｂ及びこのダミーパターン６ｂにその一部が包まれた第１配線２とが残る。

次に、アセトンによりポジ型フォトレジストマスク７ａを除去した後、図２（ｄ）に示すように、３５０℃で１時間程度加熱する。この加熱により、矩形状のダミーパターン６ｂは高温収縮し側面の傾斜が滑らかな形状となる。

次に、図３（ｅ）に示すように、蒸着あるいはスパッタにより、貫通孔１０１ａ，１０１ｂの内面を含む半導体基板１上面にＴｉ膜（膜厚５０ｎｍ程度）、及びその上にＡｕ膜（膜厚５０ｎｍ程度）を積層したメッキ用通電膜８を形成する。

次に、図３（ｆ）に示すように、半導体基板１上に形成予定の第２配線のパターンを有するフォトレジストマスク（図示せず）を形成後、それを選択メッキ用マスクとして電解メッキにより選択的にＡｕ膜（膜厚１μｍ〜３μｍ程度）を形成する。その後、フォトレジストマスク（図示せず）を除去し、第２配線以外の領域のメッキ用通電膜８をＡｒやＸｅ等の不活性ガスを用いるイオンミリングにより除去して第２配線３を形成する。

尚、第２配線３となるＡｕ膜の厚さは、メッキ用通電膜８に比べて十分厚いので、イオンミリングによりメッキ用通電膜８を除去する際に第２配線３となるＡｕ膜がすべて除去されるという心配はない。このようにして、第１配線２の上層にダミーパターン６ｂ及びメッキ用通電膜８を介して第２配線３が形成された半導体基板１が得られる。

次に、図３（ｇ）に示すように、酸素プラズマによるアッシングにより第２配線３の側面側から基板平面に対して平行な方向にエッチング処理して第１配線２と第２配線３との間のダミーパターン６ｂを除去し空間を形成する。このとき、第２配線３と同じの金属で形成させた補強用支柱１０１ａ，１０１ｂが残り、第２配線３を両側で補強する。

尚、上記の例では、補強用支柱として第１配線の両外側に各１本づつの四角柱を配置する構成で説明したが、形状／本数ともにこれに限るものではなく、円柱であってもよく、本数も両側に複数本づつ配置する構成であってもよい。

エアブリッジ構造の第１配線と第２配線（空中配線）との主面が対向する空間に高誘電率の絶縁部材を配置することなく、また、工程を極力増やすことなく第２配線を補強することができる配線構造及びその形成方法に適用できる。

本発明の配線構造の一例の斜視図及び断面図 本発明の配線構造の形成方法の一例の工程順を示す断面図 本発明の配線構造の形成方法の一例の工程順を示す断面図 従来の配線構造の一例の斜視図及び断面図 従来の配線構造の他の例の断面図 従来の配線構造の形成方法の一例の工程順を示す断面図 従来の配線構造の形成方法の一例の工程順を示す断面図

符号の説明

１ 半導体基板
２ 第１配線
３ 第２配線
４ 第１配線２と第２配線３との各主面が対向する空間領域
５ 絶縁物で成る支柱部
６ ポリイミド膜
６ａ 従来のダミーパターン
６ｂ 本発明のダミーパターン
７ 従来のポジ型フォトレジストマスク
７ａ 本発明のポジ型フォトレジストマスク
８ メッキ用通電膜
１０１ａ，１０１ｂ 補強用支柱
１０２ａ，１０２ｂ 貫通孔

Claims (3)

1. 半導体基板面に沿って設けられた第１配線と第２配線の２つの配線の交差位置で、前記第２配線は前記第１配線を空間を介して跨ぐように形成されたエアブリッジ構造において、前記第１配線の両外側に前記第２配線を支持するための金属で成る補強用支柱を形成したことを特徴とする配線構造。
2. 前記補強用支柱は、前記第２配線と同一の金属で成ることを特徴とする請求項１に記載の配線構造。
3. 少なくとも、
   半導体基板面に沿った第１配線を形成する工程と、
   前記第１配線と形成予定の第２配線との交差領域に、矩形状の絶縁物で成り、前記第１配線の両外側に貫通孔を有するダミーパターンを形成する工程と、
   前記貫通孔の内面を含む前記半導体基板面にメッキ用通電膜を形成する工程と、
   前記半導体基板面に形成予定の第２配線のパターンを有する選択メッキ用マスクを形成した後、選択メッキにより前記貫通孔を埋め込むと共に第２配線となるメッキ膜を形成する工程と、
   前記選択メッキ用マスクと、第２配線以外の領域のメッキ用通電膜とをイオンミリングで除去した後、前記ダミーパターンをアッシングにより除去して第２配線及び前記第２配線を支持する補強用支柱とを形成する工程とを備えることを特徴とする配線構造の形成方法。

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