特許 6791793 半導体の製造方法及び半導体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6791793

(24)【登録日】2020年11月9日

(45)【発行日】2020年11月25日

(54)【発明の名称】半導体の製造方法及び半導体

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3205 20060101AFI20201116BHJP

   H01L 21/768 20060101ALI20201116BHJP

   H01L 23/522 20060101ALI20201116BHJP

   G03F 7/40 20060101ALI20201116BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/88 Z

   G03F7/40 521

【請求項の数】13

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2017-61302(P2017-61302)

(22)【出願日】2017年3月27日

(65)【公開番号】特開2018-164027(P2018-164027A)

(43)【公開日】2018年10月18日

【審査請求日】2019年10月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】391016358

【氏名又は名称】東芝情報システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090169

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 孝

(74)【代理人】

【識別番号】100074147

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 崇

(72)【発明者】

【氏名】野田 匡哉

【審査官】 佐藤 靖史

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６０−１３０８５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−２０５７４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５２６９４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６１１４２２１（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３２０５

Ｇ０３Ｆ ７／４０

Ｈ０１Ｌ ２１／７６８

Ｈ０１Ｌ ２３／５２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数面により所定形状に形成されたブロックを互いに面接触により隣接させて並べ、また、前記ブロックの少なくとも一部を高さ方向に前記ブロックの高さの１／Ｎ（Ｎは正の実数）積み上げて、配線ユニットまたは絶縁ユニットを設計し、
前記設計された絶縁ユニットを１層分の絶縁層として生成する絶縁層生成工程と、
前記１層分の絶縁層が生成された後に、前記設計された配線ユニットを１層分の配線層として生成する配線層生成工程と
を備えることを特徴とする半導体製造方法。

【請求項2】

前記絶縁層生成工程では、絶縁体の堆積を行い、堆積された絶縁体にマスクパターンを用いて露光を行い、露光後にエッチングを行い、
前記配線層生成工程では、前記エッチング後に導電体を堆積し、前記堆積された導電体を研磨する
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体製造方法。

【請求項3】

前記ブロックを１種または複数種の所定形状としたことを特徴とする請求項１に記載の半導体製造方法。

【請求項4】

高さ方向の積み上げでは、ある段に用いたブロックに対し、次段において同じ形状のブロックを逆さにして積み上げることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体製造方法。

【請求項5】

前記ブロックの高さと同じ寸法までエッチングを行うフルエッチングと、前記ブロックの高さの２分の１の寸法までエッチングを行うハーフエッチングとを用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体製造方法。

【請求項6】

前記ブロックの形状を、正六角柱、角錐台としたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体製造方法。

【請求項7】

前記ブロックの高さ方向の間隙と、前記ブロックの横方向の間隙とに、絶縁壁を設ける工程を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体製造方法。

【請求項8】

高さ方向に連続する配線に関わる導体により構成された導体部位の高さ方向の寸法が、
複数面により所定形状に形成されたブロックを互いに面接触により隣接させて並べ、また、前記ブロックの少なくとも一部を高さ方向に前記ブロックの高さの１／Ｎ（Ｎは正の実数）積み上げて、配線ユニットを形成した場合における、高さ方向に連続する配線ユニットの高さ方向の寸法であり、
高さ方向に連続する絶縁に関わる絶縁体により構成された絶縁部位との高さ方向の寸法が、
前記ブロックを互いに面接触により隣接させて並べ、また、前記ブロックの少なくとも一部を高さ方向に前記ブロックの高さの１／Ｎ（Ｎは正の実数）積み上げて、絶縁ユニットを形成した場合における、高さ方向に連続する絶縁ユニットの高さ方向の寸法である
ことを特徴とする半導体。

【請求項9】

断面図を、設計した配線ユニットまたは絶縁ユニットの前記ブロックを用いた図で表した場合に、前記ブロックは、その側方に傾斜面を有し、前記導体部位または前記絶縁部位における断面図において、上下段に前記ブロックが前記傾斜面によって接した状態で連結された部位を有することを特徴とする請求項８に記載の半導体。

【請求項10】

前記設計した配線ユニットまたは絶縁ユニットの前記ブロックを用いた図で表した場合に、前記ブロックが１種または複数種の所定形状であることを特徴とする請求項８または９に記載の半導体。

【請求項11】

前記設計した配線ユニットまたは絶縁ユニットの前記ブロックを用いた図で表した場合に、高さ方向の積み上げでは、ある段に用いたブロックに対し、次段において同じ形状のブロックを逆さにして積み上げるようにして前記導体部位または前記絶縁部位が構成されることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の半導体。

【請求項12】

前記設計した配線ユニットまたは絶縁ユニットの前記ブロックを用いた図で表した場合に、前記ブロックの形状を、正六角柱、角錐台としたことを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の半導体。

【請求項13】

前記設計した配線ユニットまたは絶縁ユニットの前記ブロックを用いた図で表した場合に、前記ブロックの高さ方向の間隙と、前記ブロックの横方向の間隙とに絶縁壁が設けられていることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の半導体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、半導体の製造方法及び、その製造方法により製造された半導体に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来の半導体の製造方法としては、配線層と配線層の間を絶縁体によって絶縁し、その絶縁層にＶＩＡホールを形成して導体を充填し、上記配線層と配線層の間をＶＩＡホールの導体を介して接続するようにしたものが知られている。

【0003】

上記のような従来の半導体の製造方法の一例を図１に示す。この製造方法では、まず、例えばシリコンウエハの半導体素子上に素子電極１を作成した後に、絶縁体２を堆積し、所要の露光用のフォトレジスト３を塗布する。このフォトレジスト３を介してコンタクトのマスクパターンを露光して絶縁体２に穴を開けて、図１（１）に示すように、素子電極１の所定位置が露出した状態を得る。

【0004】

次に、コンタクトとなる導電体４を堆積する（図１（２））。更に、導電体４の不要部分を研磨することによりコンタクトホールが形成された図１（３）の状態を得る。図１（３）の状態において絶縁体５を堆積し、所要の露光用のフォトレジスト６を塗布して図１（４）の状態を得る。このフォトレジスト６を介して第１配線層７のマスクパターンを露光して絶縁体５に穴を開けて、図１（５）に示すように、コンタクトの導電体４の表面が露出した状態を得る。

【0005】

図１（５）の状態において第１配線層７となる導体を堆積し（図１（６））、導体の不要部分を研磨して図１（７）に示すように、素子電極１から第１配線層７までが結線された状態を得る。

【0006】

次に、絶縁体８を堆積し、所要の露光用のフォトレジスト９を塗布する。このフォトレジスト９を介して第１ＶＩＡのマスクパターンを露光して絶縁体８に穴を開けて、図１（８）に示すように、第１配線層７の所定位置が露出した状態を得る。

【0007】

次に、第１ＶＩＡとなる導電体２０を堆積する（図１（９））。更に、導電体２０の不要部分を研磨することにより第１ＶＩＡホールが形成された図１（１０）の状態を得る。

【0008】

上記のような従来の半導体製造方法によると、図１（１０）に示すような、第１ＶＩＡホールの高さ、配線層の厚さ、コンタクトホールの高さ等は、製造工程において固定となっており、自由に高さや厚みを変更することはできなかった。従って、例えばＶＩＡホールを用いてコンタクトを得る場合には、必ずＶＩＡホールの高さ離れた距離の配線が必要であるから、不要な距離の配線を使う場合や半導体が無駄に厚くなるなど大型化を抑制できないという問題があった。

【0009】

特許文献１には、特に、その図１Ｂ、図１Ｃ、図１４Ｃ、図１４Ｄ等に示されるように、複数の絶縁膜等の複数層を貫通してプラグを形成したものが開示されている。つまり、１層に限定されずにコンタクトを得るものと言える。

【0010】

また、特許文献２には、例えば縦（高さ）方向に積層された３層を介して電気的接続を得るために、第１層のビアホールと、第２層のビアホールと、第３層のビアホールの位置を縦方向に垂直に連続形成しない製造方法が開示されている。即ち、第１層のビアホールに対して垂直から僅かに横方向にずれた位置に第２層のビアホールを形成し、第２層のビアホールに対して垂直から僅かに横方向にずれた位置に第３層のビアホールを形成する。第１層のビアホールと、第２層のビアホールと、第３層のビアホールは連通している。

【0011】

また、特許文献３には、複数の六角柱形状の半導体層を蜂の巣状に設けて、各半導体層を分離する半導体の製造方法が開示されている。

【0012】

更に、特許文献４には、シリコン島を包み囲むようにシリコン酸化膜が形成されたＳＩＯ型半導体装置が開示されている。この半導体装置では、シリコン酸化膜の層が垂直方向や水平方向ではなく、上から下或いは下から上に、傾斜した領域として形成される。従って、水平方向に別れた複数層により構成されるものではない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】特開２００４−３１１９３２号公報

【特許文献2】特開２０１０−２５１５５２号公報

【特許文献3】特開昭６１−２８４９３５号公報

【特許文献4】特開平２−３０３０４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

特許文献１のものは、複数の絶縁膜等の複数層を貫通してプラグを形成するものではあるが、層の厚みを変更したり、配線の方向を垂直方向と水平方向以外の方向に延ばしたりできるものではなかった。

【0015】

また、特許文献２に記載の半導体製造方法によれば、傾斜させた方向へ連続するビアホールによる配線が可能である。しかしながら、１層分の厚みは相変わらず固定であり、層の厚みを調整して半導体装置を製造するものではない。

【0016】

また、特許文献３に記載の半導体製造方法によれば、高さ方向に延びた柱状の半導体層を作成可能であるが、１層分の厚みに関する調整を行うものではなく、また、配線の方向を垂直方向と水平方向以外の方向に延ばしたりできるものではない。

【0017】

更に、特許文献４に記載の半導体は、シリコン酸化膜を上から下或いは下から上に、傾斜した領域として形成しているが、１層分の厚みに関する調整を行うことについては、開示も示唆もなされていない。

【0018】

本発明は上記のような半導体や半導体の製造方法の現状に鑑みてなされたもので、その目的は、配線や絶縁の厚みを自由に調整することが可能であり、半導体の小型化や大型化などを自由に行うことができ、しかも、配線や絶縁領域の方向を垂直方向と水平方向以外の方向に延ばすことも可能な半導体の製造方法及び、その製造方法により製造された半導体を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0019】

本発明に係る半導体の製造方法は、複数面により所定形状に形成されたブロックを互いに面接触により隣接させて並べ、また、前記ブロックの少なくとも一部を高さ方向に前記ブロックの高さの１／Ｎ（Ｎは正の実数）積み上げて、配線ユニットまたは絶縁ユニットを設計し、前記設計された絶縁ユニットを１層分の絶縁層として生成する絶縁層生成工程と、前記１層分の絶縁層が生成された後に、前記設計された配線ユニットを１層分の配線層として生成する配線層生成工程とを備えることを特徴とする。

【0020】

本発明に係る半導体の製造方法は、前記絶縁層生成工程では、絶縁体の堆積を行い、堆積された絶縁体にマスクパターンを用いて露光を行い、露光後にエッチングを行い、前記配線層生成工程では、前記エッチング後に導電体を堆積し、前記堆積された導電体を研磨することを特徴とする。

【0021】

本発明に係る半導体の製造方法では、前記ブロックを１種または複数種の所定形状としたことを特徴とする。

【0022】

本発明に係る半導体の製造方法では、高さ方向の積み上げでは、ある段に用いたブロックに対し、次段において同じ形状のブロックを逆さにして積み上げることを特徴とする。

【0023】

本発明に係る半導体の製造方法では、前記ブロックの高さと同じ寸法までエッチングを行うフルエッチングと、前記ブロックの高さの２分の１の寸法までエッチングを行うハーフエッチングとを用いることを特徴とする

【0024】

本発明に係る半導体の製造方法では、前記ブロックの形状を、正六角柱、角錐台としたことを特徴とする。

【0025】

本発明に係る半導体の製造方法では、前記ブロックの高さ方向の間隙と、前記ブロックの横方向の間隙とに絶縁壁を設ける工程を備えることを特徴とする。

【0026】

本発明に係る半導体は、高さ方向に連続する配線に関わる導体により構成された導体部位の高さ方向の寸法が、複数面により所定形状に形成されたブロックを互いに面接触により隣接させて並べ、また、前記ブロックの少なくとも一部を高さ方向に前記ブロックの高さの１／Ｎ（Ｎは正の実数）積み上げて、配線ユニットを形成した場合における、高さ方向に連続する配線ユニットの高さ方向の寸法であり、高さ方向に連続する絶縁に関わる絶縁体により構成された絶縁部位との高さ方向の寸法が、前記ブロックを互いに面接触により隣接させて並べ、また、前記ブロックの少なくとも一部を高さ方向に前記ブロックの高さの１／Ｎ（Ｎは正の実数）積み上げて、絶縁ユニットを形成した場合における、高さ方向に連続する絶縁ユニットの高さ方向の寸法であることを特徴とする。

【0027】

本発明に係る半導体では、断面図を、設計した配線ユニットまたは絶縁ユニットの前記ブロックを用いた図で表した場合に、前記ブロックは、その側方に傾斜面を有し、前記導体部位または前記絶縁部位における断面図において、上下段に前記ブロックが前記傾斜面によって接した状態で連結された部位を有することを特徴とする。

【0028】

本発明に係る半導体では、前記設計した配線ユニットまたは絶縁ユニットの前記ブロックを用いた図で表した場合に、前記ブロックが１種または複数種の所定形状であることを特徴とする。

【0029】

本発明に係る半導体では、前記設計した配線ユニットまたは絶縁ユニットの前記ブロックを用いた図で表した場合に、高さ方向の積み上げでは、ある段に用いたブロックに対し、次段において同じ形状のブロックを逆さにして積み上げるようにして前記導体部位または前記絶縁部位が構成されることを特徴とする。

【0030】

本発明に係る半導体では、前記設計した配線ユニットまたは絶縁ユニットの前記ブロックを用いた図で表した場合に、前記ブロックの形状を、正六角柱、角錐台としたことを特徴とする。

【0031】

本発明に係る半導体では、前記設計した配線ユニットまたは絶縁ユニットの前記ブロックを用いた図で表した場合に、前記ブロックの高さ方向の間隙と、前記ブロックの横方向の間隙とに絶縁壁が設けられていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0032】

以上の通り、本願発明に係る半導体の製造方法によれば、複数面により所定形状に形成されたブロックを互いに面接触により隣接させて並べ、また、前記ブロックの少なくとも一部を高さ方向に前記ブロックの高さの１／Ｎ（Ｎは正の実数）積み上げて、配線ユニットまたは絶縁ユニットを設計し、前記設計された絶縁ユニットを１層分の絶縁層として生成する絶縁層生成工程と、前記１層分の絶縁層が生成された後に、前記設計された配線ユニットを１層分の配線層として生成する配線層生成工程とを備えるので、所定形状のブロックを高さ方向に１／Ｎ（Ｎは正の実数）積み上げることができ、Ｎを適宜変更することにより、配線や絶縁の厚みを自由に調整することが可能であり、半導体の小型化や大型化などを自由に行うことができる。

【0033】

また、本願発明に係る半導体の製造方法によれば、複数面により所定形状に形成されたブロックを互いに面接触により隣接させて並べる場合に、上記ブロックの形状によっては、前記設計した配線ユニットまたは絶縁ユニットの前記ブロックを用いた図で表した場合に、前記ブロックは、その側方における傾斜面を有するようにでき、配線や絶縁領域の方向を垂直方向と水平方向以外の方向に延ばすことも可能である。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】従来の半導体製造方法の製造工程を示す図。

【図2】本発明に係る半導体製造方法の第１の実施形態の製造工程を示す図。

【図3】本発明に係る半導体製造方法の第２の実施形態の製造工程を示す図。

【図4】本発明に係る半導体製造方法の第２の実施形態の製造工程により作成した半導体装置の一例の断面を示す図。

【図5】本発明に係る半導体製造方法の第２の実施形態の製造工程により作成した半導体装置のシールド構造の一例の断面を示す図。

【図6】本発明に係る半導体製造方法の第３の実施形態の製造工程を示す図。

【図7】本発明に係る半導体製造方法の第３の実施形態の製造工程により作成した半導体装置の容量素子の一例の断面を示す図。

【図8】本発明に係る半導体製造方法の第４の実施形態の製造工程に用いるブロックの形状を示す図。

【図9】本発明に係る半導体製造方法の第４の実施形態の製造工程に用いるブロックを用いた配線ユニットまたは絶縁ユニットを設計時のブロック配置を示す図。

【図10】本発明に係る半導体製造方法の第４の実施形態の製造工程に用いるブロックを用いた配線ユニットまたは絶縁ユニットを設計時のブロック配置を示す図。

【図11】本発明に係る半導体製造方法の第４の実施形態の製造工程に用いるブロックを用いた配線ユニットまたは絶縁ユニットを設計時のブロック配置を示す図。

【図12】本発明に係る半導体製造方法の第４の実施形態の製造工程に用いるブロックを用いた配線ユニットまたは絶縁ユニットを設計時の１層分の領域の一例を示す図。

【図13】本発明に係る半導体製造方法の第５の実施形態の製造工程に用いるブロックの形状を示す図。

【図14】本発明に係る半導体製造方法の第５の実施形態の製造工程により生成した半導体装置の要部断面図。

【図15】本発明に係る半導体製造方法の第５の実施形態の製造工程を示す図。

【図16】本発明に係る半導体製造方法の第６の実施形態の製造工程に用いるブロックの形状を示す図。

【図17】本発明に係る半導体製造方法の第６の実施形態の製造工程により生成した半導体装置の要部断面図。

【図18】本発明に係る半導体製造方法の第６の実施形態の製造工程を示す図。

【図19】本発明に係る半導体製造方法の第６の実施形態の製造工程により生成した半導体装置の第１例に係る配線パターンの平面図。

【図20】本発明に係る半導体製造方法の第６の実施形態の製造工程により生成した半導体装置の第２例に係る配線パターンの平面図。

【図21】本発明に係る半導体製造方法の第６の実施形態において用いるブロックの重なり状態を説明するための平面図。

【図22】本発明に係る半導体製造方法の第６の実施形態において用いるブロックにおける一つの稜の形状の端面図。

【発明を実施するための形態】

【0035】

以下添付図面を参照して、本発明に係る半導体の製造方法及び半導体の実施形態を説明する。各図において同一の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。図２には、第１の実施形態に係る半導体の製造方法が示されている。本実施形態においては、複数面により所定形状に形成されたブロックを互いに面接触により隣接させて並べ、また、上記ブロックの少なくとも一部を高さ方向に前記ブロックの高さの１／Ｎ（Ｎは正の実数）積み上げて、配線ユニットまたは絶縁ユニットを設計する。なお、Ｎは通常は自然数とすることができるが、これに限定されず、正の実数を採用することも可能である。

【0036】

本実施形態では、上記所定形状は、立方体である。また、Ｎは１とする。つまり、１ブロックを積みあげる。まず、絶縁層生成工程が行われる。絶縁層生成工程では、上記設計された絶縁ユニットを１層分の絶縁層として生成する。本製造方法では、まず、例えばシリコンウエハの半導体素子上に素子電極１０を作成した後に、絶縁体１１を堆積し、所要の露光用のフォトレジスト１２を塗布する。このフォトレジスト１２を介してコンタクトのマスクパターンを露光して絶縁体１１に穴を開けて、図２（１）に示すように、素子電極１０の所定位置が露出した状態を得る。

【0037】

ここで、絶縁体１１のブロックは、立方体であるから、その正面図は、図２（３）に示されるように、線分により囲まれた四角形である。この線分は、設計段階を示すために描いているもので実際には存在しない。上記の図２（１）から分かるように、絶縁体１１のブロックを高さ方向に１（ブロック分）積み上げている。

【0038】

次に、配線層生成工程が行われる。配線層生成工程では、上記１層分の絶縁層が生成された後に、上記設計された配線ユニットを１層分の配線層として生成する。配線ユニット１３を構成するための導体を堆積する（図２（２））。ここで、絶縁体１１上の導体の厚みは、配線ユニット１３の高さそのものではない（配線ユニット１３の高さより導体の厚みが厚い）ため、適宜な厚みとする。更に、絶縁体１１上の導体の不要部分を研磨することにより配線ユニット１３が形成された図２（３）の状態を得る。以上により、配線ユニット１３となる導体（ブロック）は、高さ方向に１（ブロック分）積み上げられていることが分かる。この導体のブロックも立方体であるから、正面図では、線分により囲まれた四角形である。この線分は、設計段階を示すために描いているもので実際には存在しない。ここでは、配線ユニット１３及びこれに隣接する絶縁ユニットを、ユニット１として記載してある。

【0039】

次に、新たなユニット２を、ユニット１上に積み上げる設計により、これに対応する絶縁層生成工程と配線層生成工程が行われる。まず、絶縁層生成工程では、図２（３）の状態において絶縁体１４を堆積し、所要の露光用のフォトレジスト１５を塗布して図２（４）の状態を得る。このフォトレジスト１５を介して露光して絶縁体１４に穴を開けて、図２（５）に示すように、ユニット１の配線ユニット１３の表面が露出した状態を得る。

【0040】

次は、配線層生成工程である。図２（５）の状態においてユニット２の導体ユニットとなる導電体１６を堆積し（図２（６））、導体の不要部分を研磨して図２（７）に示すように、素子電極１０からユニット２の導体ユニットまでが結線された状態を得る。ユニット２においても、線分で囲まれた四角形は設計段階のブロックを示している。

【0041】

次に、新たなユニット３を、ユニット２上に積み上げる設計により、これに対応する絶縁層生成工程と配線層生成工程が行われる。まず、絶縁層生成工程では、図２（７）の状態において、絶縁体１７を堆積し、所要の露光用のフォトレジスト１８を塗布する（図２（８））。このフォトレジスト１８を介して露光を行い、絶縁体１７に穴を開けて、図２（９）に示すように、ユニット２の配線ユニットの所定位置が露出した状態を得る。

【0042】

次は、配線層生成工程である。図２（９）の状態において、ユニット３の配線ユニットとなる導電体１９を堆積する（図２（９））。更に、導電体１９の不要部分を研磨することにより絶縁ユニットと配線ユニットが含まれたユニット３が形成された図２（１０）の状態を得る。

【0043】

以上のようにして、所定形状のブロックの少なくとも一部（この実施形態では、全部）を高さ方向にブロックの高さの１／Ｎ（Ｎは正の実数であり、ここでは１である）積み上げる絶縁層生成工程と配線層生成工程を何度か繰り返し行って、所望の厚みの配線パターンを有する半導体を得ることができる。Ｎを適宜変更することにより、配線や絶縁の厚みを自由に調整することが可能である。ここでは、ユニット２の配線ユニットとユニット３の配線ユニットが高さ方向に２段連続するように配線層の形成を行っている。このため、ブロックの高さ寸法の２倍の配線層を形成したことになる。従来は、配線層は固定の厚みを有するのみであったのに対し、ユニット（ブロック）を何段重ねるかにより配線厚みを自由に調整することができるのである。本実施形態により、絶縁部についても、その厚みを自由に調整することができるのである。

【0044】

以上の通り、絶縁層生成工程では、絶縁体の堆積を行い、堆積された絶縁体にマスクパターンを用いて露光を行い、露光後にエッチングを行う。また、配線層生成工程では、上記エッチング後に導電体を堆積し、上記堆積された導電体を研磨する。以上のようにしてブロックにより空間充填した配線ユニットと絶縁ユニットによる半導体装置を生成することが可能である。

【0045】

本実施形態に係る半導体は、高さ方向に連続する配線に関わる導体により構成された導体部位の高さ方向の寸法と、高さ方向に連続する絶縁に関わる絶縁体により構成された絶縁部位との高さ方向の寸法が、次の要件を満たすものである。即ち、高さ方向に連続する配線に関わる導体により構成された導体部位の高さ方向の寸法が、複数面により所定形状に形成されたブロックを互いに面接触により隣接させて並べ、また、上記ブロックの少なくとも一部を高さ方向に前記ブロックの高さの１／Ｎ（Ｎは正の実数）積み上げて、配線ユニットを形成した場合における、高さ方向に連続する配線ユニットの高さ方向の寸法である。また、高さ方向に連続する絶縁に関わる絶縁体により構成された絶縁部位との高さ方向の寸法が、上記ブロックを互いに面接触により隣接させて並べ、また、上記ブロックの少なくとも一部を高さ方向に前記ブロックの高さの１／Ｎ（Ｎは正の実数）積み上げて、絶縁ユニットを形成した場合における、高さ方向に連続する絶縁ユニットの高さ方向の寸法である。

【0046】

次に、第２の実施形態を説明する。この第２実施形態では、ブロックの形状を、正六角柱とする。この正六角柱形状のブロックを互いに面接触により隣接させて並べ、また、上記正六角柱形状のブロックを高さ方向に１／Ｎ（Ｎは正の実数であり、この実施形態では１）個分積み上げて、配線ユニットを設計する。この正六角柱形状のブロックを互いに面接触により隣接させて並べ、また、上記正六角柱形状のブロックを高さ方向にブロックの高さの１／Ｎ（Ｎは正の実数であり、この実施形態では２）個分積み上げて、絶縁ユニットを設計する。即ち、配線ユニットではＮ＝１であり、絶縁ユニットではＮ＝２である。本実施形態では、正六角柱の四辺形の一面を底面として設計する。従って、六角形の面は、正面或いは裏面となる。

【0047】

以下に図３を参照して、製造方法の具体的な一例を説明する。これ以降において、ブロックを囲む線分は設計段階を示すために描いているもので実際には存在しない。まず、絶縁層生成工程では、例えばシリコンウエハの半導体素子上に素子電極３０を作成した後に、絶縁体３１を堆積し、所要の（ポジ）露光用のフォトレジスト３２を塗布する（図３（１））。絶縁体３１では、正六角柱のブロックを高さ方向に１／２（ブロック分）積み上げている。このフォトレジスト３２を介してコンタクトのマスクパターンを露光しエッチングして絶縁体３１に穴を開けて、図３（２）に示すように、素子電極３０の所定位置が露出した図３（２）の状態を得る。本実施形態のエッチングは、ＥＢ（電子ビーム）によるエッチングを用いることができ、図３（２）のように、正六角柱の下側半分の形状に合わせた穴を開けるものとする。

【0048】

次に、配線層生成工程が行われる。配線層生成工程では、上記１／２層分の絶縁層が生成された後に、上記設計された配線ユニットを１層分の配線層として生成する。配線ユニットとなる導電体３３を堆積し、所要の（ネガ）露光用のフォトレジスト３４を塗布する（図３（３））。フォトレジスト３４は、塗布した領域がエッチングにより除去されないものであり、エッチングの結果、配線ユニットを構成する正六角柱ブロック（導電体３３）の上側半分が絶縁体３１から突出して露出された状態となる（図３（４））。これにより配線ユニットと絶縁ユニットからなるユニット１が形成される。

【0049】

以上のように、本発明において「所定形状のブロックを高さ方向に１／Ｎ（Ｎは正の実数）積み上げる」とは、ユニットを構成する配線ユニットまたは絶縁ユニットのブロックの高さが、所定形状のブロックの高さの１／Ｎ（Ｎは正の実数）の寸法となることを意味する。従って、本実施形態では、配線ユニットでは、所定形状のブロックを高さ方向に１／１（Ｎ＝１）積み上げるのに対し、絶縁ユニットでは、所定形状のブロックを高さ方向に１／２（Ｎ＝２）積み上げる、ということになる。

【0050】

次に、ユニット２を生成する配線層生成工程が行われる。図３（４）の状態において、絶縁体３５を堆積し、所要の（ポジ）露光用のフォトレジスト３６を塗布する（図３（５））。絶縁体３５では、正六角柱のブロックを高さ方向に１／２（ブロック分）積み上げている。このフォトレジスト３６を介して露光しエッチングして絶縁体３５に穴を開けて、所要位置のユニット１の配線ユニットの片側上半分が露出した図３（６）の状態を得る。

【0051】

次に、配線層生成工程が行われる。配線層生成工程では、上記１／２層分の絶縁層が生成された後に、上記設計された配線ユニットを１層分の配線層として生成する。配線ユニットとなる導電体３７を堆積し、所要の（ネガ）露光用のフォトレジスト３８を塗布する（図３（７））。次にエッチングを行い、エッチングの結果、配線ユニットを構成する正六角柱ブロック（導電体３７）の上側半分が絶縁体３５から突出して露出された状態となる（図３（８））。これにより配線ユニットと絶縁ユニットからなるユニット２が形成される。

【0052】

次に、ユニット３を生成する配線層生成工程が行われる。図３（８）の状態において、絶縁体３９を堆積し、所要の（ポジ）露光用のフォトレジスト４０を塗布する（図３（９））。絶縁体３９では、正六角柱のブロックを高さ方向に１／２（ブロック分）積み上げている。このフォトレジスト４０を介して露光しエッチングして絶縁体３９に穴を開けて、所要位置のユニット２の配線ユニットの片側上半分が露出した図３（１０）の状態を得る。

【0053】

次に、配線層生成工程が行われる。配線層生成工程では、上記１／２層分の絶縁層が生成された後に、上記設計された配線ユニットを１層分の配線層として生成する。配線ユニットとなる導電体４１を堆積し、所要の（ネガ）露光用のフォトレジスト４２を塗布する（図３（１１））。次にエッチングを行い、エッチングの結果、配線ユニットを構成する正六角柱ブロック（導電体４１）の上側半分が絶縁体３９から突出して露出された状態となる（図３（１２））。これにより配線ユニットと絶縁ユニットからなるユニット３が形成される。以上のようにしてブロックにより空間充填した配線ユニットと絶縁ユニットによる半導体装置を生成することが可能である。

【0054】

本実施形態によれば、ユニットの重ねる段数を何段とするか設定することにより配線厚みを自由に調整することができるのである。本実施形態により、絶縁部についても、ブロックの高さ方向の寸法の１／２の刻みで、その厚みを自由に調整することができるのである。本実施形態においては、図３（２）、図３（４）、図３（６）、図３（８）、図３（１０）、図３（１２）においてエッチングを行っているが、ブロックの高さの２分の１の寸法までエッチングを行うハーフエッチングと称することができる。これに対し、第１の実施形態では、ブロックの高さと同じ寸法までエッチングを行うフルエッチングと称するエッチングを用いている。ブロックの形状によっては、これらの２種を混合してエッチングを行い、目的に応じて、配線や絶縁の厚みを自由に調整するようにすることができる。

【0055】

第２の実施形態の半導体では、断面図を、上記設計した配線ユニットまたは絶縁ユニットの上記正六角形形状のブロックを用いた図で表した場合に、上記ブロックは、図４に示すように、その側方に傾斜面４５を有しているように構成できる。そして、配線ユニットを構成するブロックが傾斜面同志で接することにより、電気的な接続が得られる。このため、配線ユニットを構成するブロックが真横に隣接する状態（同一層）では電気的接続は得られない。また、絶縁ユニットを構成するブロックが傾斜面同志で接することにより、ブロックの高さの３／２の高さまで積み上げると平坦な絶縁層を生成することができる。

【0056】

そこで、上記導体部位または上記絶縁部位における断面図において、上下段に上記ブロック（傾斜面４５を有するブロック）がその傾斜面４５によって接した状態で連結された部位を有するように構成することができる。図４の楕円枠Ｄにより囲った複数の配線ユニットは、その傾斜面４５によって接した状態で連結されている。つまり、垂直方向と水平方向の配線以外に、上下方向に斜め方向の配線が可能であることを示す。この図４に示されている半導体は、第２の実施形態に係る半導体の製造方法により作成することができる。

【0057】

図５は、第２の実施形態に係る半導体の製造方法により作成した半導体の要部断面図である。この半導体は、半導体を配線の長さ方向に直角な面で切断した断面図の図５（ａ）から明らかなように、配線ユニットにおける１個のブロック５１が、絶縁ユニットにおける６個のブロック５２の側壁により接して囲繞されている。上記絶縁ユニットにおける６個のブロック５２が、配線ユニットにおける１２個のブロック５３の側壁に接触して囲繞されている。

【0058】

図５（ａ）のＸ−Ｘ断面図である図５（ｂ）に明らかなように、上記の１個のブロック５１を信号線として機能させることができ、１２個のブロック５３をシールド材線として機能させることができる。ブロック５１を囲繞する６個のブロック５２は、内側絶縁被覆材として機能し、６個のブロック５２の外側を囲繞する１２個のブロック５３は、上記の通り、シールド材線として機能する。ブロック５３の外側を囲繞するブロックは、外側絶縁被覆材として機能する。本実施形態によれば、耐ノイズ性を向上させた配線を行うことが可能である。

【0059】

次に、第３の実施形態を説明する。この半導体製造方法では、半導体を、設計した配線ユニットまたは絶縁ユニットのブロックを用いた図で表した場合に、上記ブロックの高さ方向の所要位置における間隙と、上記ブロックの横方向の所要位置における間隙とに、絶縁壁が設けられる。この実施形態では、第２の実施形態における製造工程の途中に上記の絶縁壁を形成する工程が挿入される。以下に、第３の実施形態の工程を説明する。

【0060】

まず、絶縁層生成工程では、例えばシリコンウエハの半導体素子上に素子電極３０を作成した後に、絶縁体３１を堆積し、所要の（ポジ）露光用のフォトレジスト３２を塗布する（図６（１））。素子電極上における絶縁体３１の堆積は、ブロックの高さの１／２の寸法で行われて、１／２層分の絶縁層が生成される。このフォトレジスト３２を介してコンタクトのマスクパターンを露光しエッチングして絶縁体３１に穴を開けて、図６（２）に示すように、素子電極３０の所定位置が露出した図６（２）の状態を得る。

【0061】

図６（２）の状態の半導体表面に絶縁壁となる絶縁体６１を塗布する（図６（３））。次に、絶縁体６１で構成された絶縁壁に穴を開けて素子電極３０の所定位置が露出した状態を得るために、対応位置にフォトレジスト６２を塗布し、上記穴を開ける（図６（４））。

【0062】

次に、配線層生成工程が行われる。配線層生成工程では、上記１／２層分の絶縁層が生成された後に、上記設計された配線ユニットを１層分の配線層として生成する。配線ユニットとなる導電体３３を堆積し、所要の（ネガ）露光用のフォトレジスト３４を塗布する（図６（５））。

【0063】

図６（５）の状態でエッチングを行い、エッチングの結果、配線ユニットを構成する正六角柱ブロック（導電体３３）の上側半分が絶縁体３１から突出して露出された状態となる。これにより配線ユニットと絶縁ユニットからなるユニット１が形成される。更に、この状態の半導体表面に絶縁壁となる絶縁体６３を塗布した後、配線ユニットのブロック周囲のみ絶縁体６３を残すための位置に対応してレジストを塗布し、エッチングを行って図６（６）の状態を得る。

【0064】

次に、配線ユニットを構成する正六角柱ブロック（導電体３３）における上面の絶縁体６３のみを除去するフォトレジスト６７を所要位置に塗布して露光させ、上記正六角柱ブロック（導電体３３）における上面を露出させる（図６（７））。上記正六角柱ブロック（導電体３３）における上面が露出した状態で、上記正六角柱ブロック（導電体３３）における上面の高さまで絶縁体６４を堆積（ブロックの高さの１／２の堆積）させる。次に、この堆積した絶縁体６４にユニット２の配線ユニットを形成するための空間を作成するため、所要の（ポジ）露光用のフォトレジスト６５を塗布する（図６（８））。

【0065】

図６（８）の状態でエッチングを行い、堆積した絶縁体６４にユニット２の配線ユニットを形成するための空間を作成して（図６（９））、図６（９）の状態の半導体表面に絶縁壁となる絶縁体６６を塗布する（図６（１０））。

【0066】

次に、ユニット１の配線ユニットを構成する正六角柱ブロック（導電体３３）における側壁斜面の絶縁体６３のみを除去して正六角柱ブロック（導電体３３）の一部を露出するためのフォトレジスト６８を所要位置に塗布する（（図６（１１））。上記フォトレジスト６８を露光して、絶縁体６３の一部を除去し、ユニット２の配線ユニットとなる導電体３７を堆積し、ユニット２の配線ユニットとなるブロック部分以外の導電体３７を除去するための所要の（ネガ）露光用のフォトレジスト６９を塗布する（図６（１２））。

【0067】

フォトレジスト６９の露光によりユニット２の配線ユニットとなるブロック部分以外の導電体３７を除去し、係る状態の半導体表面に絶縁壁となる絶縁体７１を塗布する（図６（１３））。これにより、配線ユニットにおいて、１のブロックまたは結合している複数のブロックが一つのまとまりとして、絶縁壁に覆われた状態を作成することができる。従って、不要或いは予期しないショートが生じ難く、高精度な配線を有する半導体を提供することができる。

【0068】

図７は、図６に示した製造方法を用いて容量素子を構成したものである。配線ユニットにより、電極７５とそのリード７６及び電極７７とそのリード７８を作成可能である。また、対抗する配線ユニットに挟まれた絶縁壁により、電極間の誘電体７９を作成可能である。

【0069】

図８は、第４の実施形態において設計に用いられるブロックを示す。この実施形態では、ブロックの形状が正８面体の図８（ａ）に示すブロックと図８（ｂ）に示す正４面体のブロックを用いる。即ち、形状が異なる２種のブロックを用いる。上記正８面体の一面の形状及び大きさは、上記正４面体の一面の形状及び大きさに等しく形成される。

【0070】

正８面体のブロックは、図９に示すように任意の１面を底面（平面）として用いる。この図９では、面ＡＢＥが上記底面に平行な平面となる。図９（ｂ）は、面ＡＢＣＤから図９（ａ）の裏側を透視した図であり、図形の稜を破線で示したものである。従って、角Ｆは向こう側へ突出しており、上記において底面と称したのは、面ＡＢＦである。

【0071】

本実施形態で用いるブロックは、次のようにして用いることができる。例えば、図１０に示されるように正８面体を二つ並べ、二つの正８面体間に正４面体を面接触させ、図１１のようなブロックを得る。面ＡＢＥと面Ａ２Ｂ２Ｅ２と面ＧＨＩは、底面に平行な１つの平面を構成する。面ＣＤＥと面Ｃ２Ｄ２Ｅ２と面ＨＪＩは、１つの平面を構成する。図１１の裏面においても、二つの正８面体間に正４面体を面接触させる。これにより、面ＣＤＥと面Ｃ２Ｄ２Ｅ２と面ＨＪＩにより構成される１つの平面に平行な平面（図９の面ＣＤＦを含む面）が生成される。

【0072】

以下同様に正８面体と正４面体を接続することにより、ブロックが結合された図１２に示すような直方体状の層となる塊体を生成することができる。図１２の手前方向の端面と奥側の端面は、正８面体の面と正４面体の面により構成される凹凸形状となるもので、研磨などにより平面とすることができる。図１２に示す塊体の断面は平行四辺形である。高さ方向の積み上げは、上下の塊体において、それぞれの側壁（塊体断面の平行四辺形の側辺により構成される面）が一平面となるようにする。

【0073】

以上のような設計によってブロックを並べ、断面が平行四辺形の塊体内に、幾つかのブロックにより配線ユニットを設計し、また別の幾つかのブロックにより絶縁ユニットを設計する。高さ方向に複数段の層を生成する場合には、正８面体の底面に平行な面に正４面体の面を面接触させる。同一層内のブロックの接続方法は前述の通りである。以上のようにしてブロックにより空間充填した塊体の配線ユニットと絶縁ユニットによる半導体装置を生成することが可能である。

【0074】

この第４の実施形態の半導体製造方法は、例えば図１２に示したような棒状の塊体に対応して絶縁体を積層し、幾つかのブロックにより設計された配線ユニットに対応する部位をエッチングし、エッチングにより生じた部位に導電体を充填して配線ユニットを生成する。

【0075】

次に、２段目の層の生成に移行し、図１２に示したような棒状の塊体に対応して絶縁体を積層し、幾つかのブロックにより設計された配線ユニットに対応する部位をエッチングする。エッチングにより生じた部位に導電体を充填して配線ユニットを生成する。以下同様に必要な層数に対応して上記工程を繰り返せばよい。

【0076】

図１３は、第５の実施形態において設計に用いられるブロックを示す。このブロックは、角錐台の一例である正四角錐台である。図１３（ａ）の状態においては、上面の面積が底面の面積より小さい。図１３（ｂ）は平面図であり、正方形である。このブロックは、高さ方向の積み上げでは、ある段に用いたブロックに対し、次段においては、同じ形状のブロックを逆さにして積み上げる。横方向の面接触においても、隣接するブロック同志では、同じ形状のブロックを逆さにしたものを接触させる。

【0077】

この結果、図１４に示されるように絶縁ユニットのブロックと配線ユニットのブロックを積み上げて、上下方向に斜め方向の配線パターンを実現できる。以下、第５の実施形態の製造方法を説明する。図１４に示される半導体の配線部分は、まず、図１５（１）のように第１層目にブロックの高さ分の絶縁体８１を堆積し、配線ユニットのブロックが配置される領域８２をエッチングにより除去し（図１５（２））、除去した領域８２に導電体８３を堆積する（（図１５（３））。導電体８３の下部には、図示しない半導体の素子電極が存在する。

【0078】

次に、第２層目にブロックの高さ分の絶縁体８４を堆積し（図１５（４））、配線ユニットのブロックが配置される領域８５をエッチングにより除去し（図１５（５））、除去した領域８５に導電体８６を堆積する（（図１５（６））。

【0079】

更に、第３層目にブロックの高さ分の絶縁体８７を堆積し（図１５（７））、配線ユニットのブロックが配置される領域８８をエッチングにより除去し（図１５（８））、除去した領域８８に導電体８９を堆積する（（図１５（９））。

【0080】

以上により、３層までの配線を行うことができ、以下同様に工程を繰り返すことにより所望の層まで配線を行うことができる。ここでは、上下方向に斜め方向の配線を示したが、垂直方向と水平方向のいずれでも配線を行うことができる。本実施形態では、図１４を正面方向からの断面図とすると、紙面の奥側への断面図も同様になる。つまり、半導体の奥側へ向かう配線についても上下方向に斜め方向の配線が可能である。

【0081】

図１６は、第６の実施形態において設計に用いられるブロックを示す。図１６（ａ）は、斜視図であり、図１６（ｂ）は、平面図である。このブロックは、角錐台の一例である正六角錐台である。図１６の状態においては、上面の面積が底面の面積より小さい。このブロックは、高さ方向の積み上げでは、ある段に用いたブロックに対し、次段において同じ形状のブロックを逆さにして積み上げる。横方向の面接触においても、隣接するブロック同志では、同じ形状のブロックを逆さにしたものを接触させる。

【0082】

この結果、図１７に示されるように絶縁ユニットのブロックと配線ユニットのブロックを積み上げて、上下方向に斜め方向の配線パターンを実現できる。以下、第６の実施形態の製造方法を説明する。図１７に示される半導体の配線部分は、まず、図１８（１）のように第１層目にブロックの高さ分の絶縁体９１を堆積し、配線ユニットのブロックが配置される領域９２をエッチングにより除去し（図１８（２））、除去した領域９２に導電体９３を堆積する（（図１８（３））。導電体９３の下部には、図示しない半導体の素子電極が存在する。

【0083】

次に、第２層目にブロックの高さ分の絶縁体９４を堆積し（図１８（４））、配線ユニットのブロックが配置される領域９５をエッチングにより除去し（図１８（５））、除去した領域９５に導電体９６を堆積する（（図１８（６））。

【0084】

更に、第３層目にブロックの高さ分の絶縁体９７を堆積し（図１８（７））、配線ユニットのブロックが配置される領域９８をエッチングにより除去し（図１８（８））、除去した領域９８に導電体９９を堆積する（（図１８（９））。

【0085】

以上により、３層までの配線を行うことができ、以下同様に工程を繰り返すことにより所望の層まで配線を行うことができる。ここでは、上下方向に斜め方向の配線を示したが、垂直方向と水平方向のいずれでも配線を行うことができる。

【0086】

本実施形態では、例えば、図１７と図１８が正面方向からの断面図であり、配線パターンのブロックを透過する状態で示した平面図が図１９であるとする。つまり、平面図である図１９のＡ−Ａ断面図が図１７、図１８であるとすることができる。このように本実施形態では、１ブロックの平面形状が六角形であるから、六角形の６辺のいずれの辺からも配線を延長させることが可能である。例えば、ブロックを透過する状態で示した平面図が図２０のように、線分Ｋ１に沿って複数のブロックが連続する配線パターンに対し、線分Ｋ１と左回転方向に１２０度をなす線分Ｋ２に沿って複数のブロックが連続する配線パターンを接続することができる。

【0087】

この場合に、線分Ｋ１に沿って複数のブロックが連続する領域の下方（半導体内の方向）において、図１８により示した如くして上下方向に斜め方向の配線が可能である。同様に、線分Ｋ２に沿って複数のブロックが連続する領域の下方（半導体内の方向）において図１８により示した如くして、上下方向に斜め方向の配線が可能である。

【0088】

ところが、平面において３ブロックＲ１、Ｒ２、Ｒ３が図２１のように隣接する場合には、ブロックの稜が重なり合う。ブロックＲ１において上面が底面より小面積の状態にあると、前述の規則では、ブロックＲ２とブロックＲ３は、ブロックＲ１をひっくり返した状態でなければならない。このようにすると、稜Ｌ１、Ｌ２では、適切に面接触するが、ブロックＲ２とブロックＲ３の重なり合う稜Ｌ３は、互いに底面に向かって空隙が生じる図２２（ａ）に示す形状となっている。

【0089】

このような場合には、ブロックＲ２とブロックＲ３の一方の稜Ｌ３を図２２（ａ）のように傾斜面が上方を向く形状とし、ブロックＲ２とブロックＲ３の他方の稜Ｌ３を図２２（ｂ）のように傾斜面が下方を向く形状とする。要は、隣接するブロックの稜の形状との関係で形状を変更する。このようにすることによって、平面方向に正六角錐台の形状のブロックを面接触により隣接させて並べることができる。

【0090】

また、縦方向に積層する場合にも同様に変更を行うものとする。更に、第５の実施形態と第６の実施形態では、上記のような、面接触すべき稜において、上記のような稜の傾斜面形状の変更によっても調整がつかない場合には、隣接するそれぞれの稜の部分を削除し、この削除した部分を別の形状のブロックとして設計するようにしても良い。

【符号の説明】

【0091】

１、１０、３０ 素子電極
２、５、８、１１、１４、１７ 絶縁体
３、６、９、１２、１５、１８ フォトレジスト
４、１６、１９、２０ 導電体
７ 配線層
１３ 配線ユニット
３１、３５、３９、６１、６３、６４、６６ 絶縁体
３２、３４、３６、３８、４０、４２ フォトレジスト
３３、３７、４１、８３、８６、８９ 導電体
４５ 傾斜面
５１、５２、５３ ブロック
６２、６５、６７、６８、６９ フォトレジスト
７１、８１、８４、８７ 絶縁体
７５、７７ 電極
７６、７８ リード
７９ 誘電体
８２、８５、８８、９２、９５、９８ 領域
９１、９４、９７ 絶縁体
９３、９６、９９ 導電体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】