【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置に関し、
特に半導体装置に高周波電流を供給する配線を備える半導体装置の配線構造とその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報通信分野を中心に、通信の高速化、高周波化が急速に進展しており、たとえば光通信では２．４〜１０Ｇb/s 、基地間通信、衛星通信、あるいは無線ＬＡＮ等で数ＧＨ _Z 〜６０ＧＨ _Z 、さらに車載レーダ等では７６ＧＨ _Z帯、等の装置の商品化あるいは商品開発が活発に行われている。 こうした装置では、特に信号の入出力部を中心に、小型、低コスト、かつ高信頼度の高速・高周波用半導体集積回路が必要とされている。 ところで、小型化を図った半導体集積回路では半導体素子間を接続して信号を伝達する配線の小型化、低抵抗化も重要となるが、特に高周波領域では、周波数が高くなるに従って生じる表皮効果により配線を流れる電流が配線表面に集中し、配線抵抗が増加するという問題が深刻なものとなる。

【０００３】この表皮効果は、例えば、図４の配線断面図に示したような半導体基板１０１上の下値絶縁膜１０
２上に形成されたＡｕ配線１０３では、例えば、幅寸法Ｗ＝１０μｍ、厚さｄ＝２μｍの断面構造としたときに、４０ＧＨ _Zの高周波電流を流したときには、図に点描するような表面領域にしか電流が流れず、ＤＣ電流の場合と較べて電流が流れる面積は〜０．４５倍となることである。 因に、この表皮の深さδは、 δ＝（ρ／π×ｆ×μ ₀ ×μ） ^1/2と表せる。 ここで、ρ：固有抵抗、ｆ：周波数、μ ₀ ：
真空の透磁率、μ：比透磁率である。 したがって、前記したＡｕ線を例に取ると、ρ＝〜２．５×１０ ^-4 Ωｃ
ｍ、μ＝〜１として、ｆ＝１ＧＨ _Zでδ＝〜２．４μ
ｍ、ｆ＝４０ＧＨ _Zでδ＝〜０．４μｍとなる。

【０００４】このような表皮効果を抑制するためには、
従来から配線を細径配線を束ねた撚り線や網線で構成することが行われている。 例えば、半導体装置の分野では、特開平６−３０２６４０号公報に記載のように、ボンディング用導線を細線を束ねた撚り線で構成している。 また、特開平０５−５５３８３号公報に記載のように半導体基板上の配線をストライプ状に分割することにより、表面積を増加させる提案がなされている。 したがって、半導体基板上に形成する配線での表皮効果を抑制するためには、後者のように配線をストライプ状にして、複数の細幅配線を配列した構成が有効となる。

【０００５】例えば、半導体基板上に複数の細幅配線を配列した配線構造を形成する際の従来の製造方法の一例を説明する。 先ず、図５（ａ）のように、半導体基板２
０１上の下地絶縁膜２０２の表面にＴｉ：１００Å、Ａ
ｕ：２μｍをスパッタ形成してＡｕ／Ｔｉ層２０３を形成した後、リソグラフィ法によりＡｕ加工用マスクとして所望の細線形状にフォトレジスト膜２０４を形成する。 次に、図５（ｂ）のように、前記フォトレジスト膜２０４をマスクとしてＡｒ粒子によるドライエッチングによりフォトレジストマスク以外のＡｕ／Ｔｉ層２０３
をエッチング除去し、細幅配線２０５を形成する。 この後、前記フォトレジスト膜２０４を除去した後、前記下地絶縁膜２０２の表面を含む前記細幅配線２０５上に絶縁膜２０６を形成することにより、図５（ｃ）に示した配線構造が形成される。 この配線構造では、配線の全体幅Ｗ、細線幅Ｗ１、細線間隔Ｗ２、配線厚ｄの配線構造となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述した表皮効果による配線抵抗の周波数変化を少なくするために配線を複数の細幅配線で構成した場合、例えば、図５（ｃ）に示すように、配線の配線幅Ｗを１０μｍ、配線厚さｄを２μ
ｍとして、配線間隔Ｗ２と細線数Ｎを変えたときの４０
ＧＨ _Zでの配線有効断面積の変化を図６に示す。 なお、
この場合細幅配線の幅寸法Ｗ１は、前記Ｗ，Ｗ２，Ｎの各値から必然的に決定されるため、図６の特性をＷ１で示すことも可能であるが、ここでは本発明の特徴との関係からＷ２で示している。 このように、配線幅Ｗを変えずに有効断面積を大きくして周波数依存性を少なくするためにはできるだけ細線間隔Ｗ２を小さくする必要がある。 しかしながら、近年におけるフォトリソグラフィ技術では、配線長の長い均一な細幅配線を形成するためには、細幅配線の配線間隔は約１μｍが限度となっているため、この配線間隔で配線を形成したとしても、図６に示されるように、有効断面積は分割しない場合とほとんど変わらないものとなってしまう。 一方、細幅配線の間隔Ｗ２を従来技術で可能な１μｍとし、４０ＧＨ _Z時の細幅配線の幅Ｗ１を最も有効な０．８μｍとしても、Ｄ
Ｃ時と同等の有効断面積を得るためには、全配線幅Ｗは約２２μｍ以上になってしまい、半導体装置の高集積化を実現することは困難になる。

【０００７】本発明の目的は、表皮効果を抑制して高周波での適用が可能な一方で、高集積化を実現した配線構造とその製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に形成され、かつ電流が流れる方向と直角な方向に配列された複数の細幅配線で構成される配線において、前記細幅配線の配線間隔寸法が前記細幅配線の配線幅寸法よりも小さいことを特徴とする。 ここで、前記複数の細幅配線は、それぞれ絶縁分離された状態で配列される。 あるいは、前記複数の細幅配線は、配線の厚さ方向の下部においてそれぞれ一体的に連結される。

【０００９】また、本発明の製造方法は、基板上に第１
の導体膜を形成する工程と、前記第１の導体膜を所要の間隔で選択的にエッチングし、前記所要間隔で配列される複数の第１の細幅配線を形成する工程と、前記第１の細幅配線上に前記第１の細幅配線の配線幅寸法よりも薄い膜厚の第１の絶縁膜を被着する工程と、前記第１の絶縁膜を異方性エッチングして前記第１の細幅配線の側面にのみ残す工程と、前記第１の細幅配線及び第１の絶縁膜上に第２の導体膜を被着する工程と、前記第２の導体膜をエッチングバックして前記第１の絶縁膜の間にのみ残して第２の細幅配線を形成する工程とを含むことを特徴とする。 あるいは、前記第１の導体膜のエッチングでは、厚さ方向の下側一部を残した状態でエッチングを行っておき、前記第２の細幅配線を形成をする工程として、前記第１の絶縁膜で挟まれる領域に露呈された前記第１の導体膜の露呈面に第２の導体膜を選択的に成長する工程とを含む構成としてもよい。

【００１０】本発明では、図６から判るように、細幅配線の間隔Ｗ２を０．２μｍと小さく製作できれば、全配線幅Ｗは約１４μｍと小さく抑えることができ、高周波特性の改善と同時に半導体装置の高集積化が可能となる。 本発明では、前記した第１の絶縁膜の膜厚は従来使われているＣＶＤ法等によるため数百Åまで制御可能であり、現状リソグラフィでの得られるストライプ間隔のおよそ１／１０程度まで間隔を小さくすることが可能となる。 これにより、細幅配線の幅寸法よりも小さな配線間隔を形成できるため、大きくとも従来配線幅の２倍を越えずにストライプ状をした配線を形成することが可能であり、半導体装置の高集積化が実現できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。 図１及び図２は本発明の第１の実施形態を製造工程順に示す断面図である。 なお、この実施形態では、本発明を４０ＧＨｚの高周波電流供給用のストライプ構造の配線に適用した例であり、複数の配列された細幅配線の配線幅Ｗ１を１μｍとし、間隔Ｗ２を０．２μｍとし、かつ配線幅Ｗは８．２μｍにするものとする。 先ず、図１（ａ）のように、半導体基板１上に設けられたシリコン酸化膜からなる下地絶縁膜２上にスパッタ法によりＴｉ：１００Å、Ａｕ：１０００Åを付着した後、さらに蒸着法を用いてＡｕ：１．８μｍ、Ｔ
ｉ：１００Åを付着し、積層構造の第１金属膜３を形成する。 次いで、図１（ｂ）のように、前記第１金属膜３
の表面に、ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜４を５０００
Å形成した後、細幅配線を形成する領域上に、リソグラフィ法によりフォトレジスト５を間隔１．４μｍで３本開口し、さらにこの開口内に露出した前記シリコン酸化膜４をＣＦ ₄を用いた異方性エッチングにより除去し前記第１金属膜３を露出する。

【００１２】次に、図１（ｃ）のように、Ａｒ粒子の異方性エッチングを用いて、前記第１金属膜３の露出部分を全厚さにわたってエッチング除去し、前記下地絶縁膜２を露出させた後、前記フォトレジスト５を除去し、形成する配線の一部である第１細幅配線６を形成する。 続いて、図１（ｄ）に示すように前記第１細幅配線６を含む前記下地絶縁膜２の全面にＣＶＤ法によりシリコン酸化膜７を２５００Å形成した後、半導体基板１の表面に垂直な方向からＣＦ ₄による異方性エッチングを行い、
前記シリコン酸化膜７を２５００Åエッチング除去して再び下地絶縁膜２を露出する。 このとき、前記第１細幅配線６の側面には約２０００Åのシリコン酸化膜７が残されている。 また第１細幅配線６の表面にはシリコン酸化膜層４が５０００Å残される。

【００１３】次に、図２（ａ）のように蒸着法により基板に垂直方向よりＴｉ：１００Å、Ａｕ：２μｍの第２
金属膜８を形成した後、基板全面にフォトレジスト９を塗布する。 この際フォトレジスト９の流動性のため凹部はフォトレジストで埋め込まれた状態となる一方、前記第１細幅配線６上のフォトレジスト９は薄くなり、全体としてフォトレジスト９の表面は平坦な状態となる。 この後、図２（ｂ）のように第１細幅配線６上の薄いフォトレジスト９が除去されるまで、ＣＦ ₄を用いたドライエッチングを行い第２金属膜８の表面を露出させた後、
さらにＡｒ粒子によるドライエッチングにより第２金属膜８のエッチングを行い、前記第１細幅配線６上のシリコン酸化膜４の表面を露出させる。 この結果、第１細幅配線６とほほ線幅が等しい第２細幅配線１０を形成することができ、第１及び第２の細幅配線６，１０が、それぞれの配線寸法Ｗ１に対して極めて小さい配線間隔Ｗ２
で配列されたストライプ構造が形成される。

【００１４】次に、図２（ｃ）のように、シリコン酸化膜４及び第１細幅配線６の側面のシリコン酸化膜７の一部をＣＦ ₄によるエッチングにより除去し、さらに凹部に残されているフォトレジスト９を除去した後、前記第１細幅配線６と第２細幅配線１０を含む領域にフォトレジスト１１を８．２μｍの幅に形成する。 そして、再びＡｒ粒子によるドライエッチング法によりフォトレジスト１１に被覆された部分以外の第１金属膜３を除去し、
下地絶縁膜２を露出させる。 この結果、図２（ｄ）のように、細幅配線幅がＷ１の第１細幅配線６と第２細幅配線１０が配線間隔Ｗ２で配列された配線幅がＷのストライプ構造の配線を形成することが可能となる。 ここで、
前記配線間隔Ｗ２はシリコン酸化膜７の膜厚で決まり、
このシリコン酸化膜７を形成するためのＣＶＤ法では数１００Åの厚さまで制御よく形成可能なため、配線間隔Ｗ２を１００Å程度にまで小さくすることが可能であり、細線幅Ｗ１よりも小さな細線間隔Ｗ２のストライプ状の配線を形成することができる。

【００１５】このように製造された配線構造では、第１
及び第２の細幅配線６，１０の配線幅Ｗ１をフォトリソグラフィ技術の限界に近い値の１μｍとした場合でも、
各細幅配線の間隔Ｗ２を０．２μｍに形成しているため、全体の配線幅Ｗは８．２μｍとなる。 したがって、
配線幅Ｗをほとんど拡大することなく４０ＧＨｚでの有効断面積が確保でき、高周波特性が改善できるとともに、半導体装置の高集積化が実現可能となる。

【００１６】次に、本発明の第２の実施形態を図３を参照して説明する。 なお、第１の実施形態と等価な部分には同一符号を付してある。 先ず、図３（ａ）の工程は、
前記第１の実施形態の図１（ａ），（ｂ）の工程を行った後の、第１金属膜３のエッチング工程を示しており、
この実施形態ではこの第１金属膜３のエッチングにより第１細幅配線６を形成するに際しては、その厚さ方向の下側一部を残した時点で、すなわち下地絶縁膜２が露呈される前にエッチングを終了する。 ここでは、第１金属膜３の下部に２０００Åの厚さ部分を残している。 次いで、図３（ｂ）のように、表面のフォトレジスト層５を除去した後、ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜７を２５０
０Å形成し、ＣＦ ₄による異方性エッチング法を用いて第１細幅配線６の間において第１金属膜３の表面が露出するまでシリコン酸化膜７をエッチング除去する。 このとき、第１細幅配線６の側面には約２０００Åのシリコン酸化膜７が残される。 また、第１金属膜３及び第１細幅配線６の上面にはシリコン酸化膜４が５０００Å残される。

【００１７】次に、第１金属膜３をメッキ時の導電パスとして用いて１．８μｍの厚さにＡｕメッキを行うことにより、図３（ｃ）に示すように、第１金属膜３の露呈された部分、すなわち第１細幅配線６及びシリコン酸化膜７で挟まれた領域に第２金属膜８が形成される。 したがって、この第２金属膜８がそのまま第１細幅配線６とほほ線幅が等しい第２細幅配線１０として形成されることになる。 ここでは、第１及び第２の細幅配線６，１０
は、それぞれ第１金属膜３の厚さ方向の下側一部において連結された状態にあり、この一部を除く上側の厚さ部分において配線寸法Ｗ１に対して極めて小さい配線間隔Ｗ２で配列されたストライプ構造が形成される。 この後、図３（ｄ）のように、シリコン酸化膜４をＣＦ ₄によるドライエッチングで除去した後、図２（ｄ）の工程と同様にフォトレジスト１１を所望の配線幅８．２μｍ
に形成したのち、配線部を除く第１金属膜３をドライエッチングにより除去し、下地絶縁膜２を露出させて、所望の配線を形成する。

【００１８】この第２の実施形態の配線構造でも、第１
及び第２の細幅配線６，１０の配線幅Ｗ１をフォトリソグラフィ技術の限界に近い値の１μｍとした場合でも、
各細幅配線の間隔Ｗ２を０．２μｍに形成できるため、
その配線幅Ｗは８．２μｍの配線にでき、したがって、
配線幅Ｗをほとんど拡大することなく４０ＧＨｚでの有効断面積が確保でき、高周波特性が改善できるとともに、半導体装置の高集積化が実現可能となる。 また、この第２の実施形態では導電パスとして形成した第１金属膜３は各細幅配線６，１０の共通導電層として機能するため、各細幅配線のインピーダンスにずれが生じた場合でも、このずれを最小に留めるため電流の伝搬損失を抑えるのにも有効である。

【００１９】なお、本発明の配線構造は前記した金属材料に限定されるものではなく、また細幅配線や配線間隔の値、さらには配線幅や配線厚さの値等も前記実施形態の値に限られるものではない。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、第１の細幅配線を所要の間隔で形成し、この第１の細幅配線の側面に絶縁膜を形成した後、これら絶縁膜で挟まれる領域に導電材を堆積させて第２の細幅配線を形成することにより、前記第１及び第２の細幅配線の配線幅に比較して極めて小さい配線間隔で前記各細幅配線を配列したストライプ状の配線構造を得ることができる。 これにより、
本発明では、高い周波数で大きな影響を及ぼす表皮効果の影響が配線を細線状に細分化することにより低減させることができ、周波数が変化しても配線の抵抗変化を小さくすることができ、高周波特性の優れた配線構造を得ることができる。 また、細幅配線の配線間隔はセルファライン的に形成された絶縁膜の厚さとそのエッチング条件によって決められるため、０．１μｍ程度の微小な配線間隔でも容易に形成することが可能となり、配線幅の大幅な増加が抑えられ、回路面積の増加を抑えて半導体装置の高集積化が実現できる。 さらに、本発明では、配線の形成をセルファラインで行うことにより、配線長の長い細線及び複雑な形状の細線でも再現性の良い細幅間隔の配線を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を製造工程順に示す断面図のその１である。

【図２】本発明の第１の実施形態を製造工程順に示す断面図のその２である。

【図３】本発明の第２の実施形態を製造工程順に示す断面図である。

【図４】配線における表皮効果を説明するための図である。

【図５】従来の配線構造の製造方法の一例を工程順に示す断面図である。

【図６】配線有効断面積のストライプ間隔依存性を示す図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 下値絶縁膜 ３ 第１金属膜 ４ シリコン酸化膜 ５ フォトレジスト ６ 第１細幅配線 ７ シリコン酸化膜 ８ 第２金属膜 ９ フォトレジスト １０ 第２細幅配線 １１ フォトレジスト