JPH0330991B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0330991B2 JPH0330991B2 JP59186391A JP18639184A JPH0330991B2 JP H0330991 B2 JPH0330991 B2 JP H0330991B2 JP 59186391 A JP59186391 A JP 59186391A JP 18639184 A JP18639184 A JP 18639184A JP H0330991 B2 JPH0330991 B2 JP H0330991B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- conductor layer
- formula
- thermal expansion
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Landscapes
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Description
〔発明の利用分野〕
本発明は半導体装置の多層配線構造に関する。
〔発明の背景〕
半導体装置の製造における多層配線技術は、集
積度の向上に伴つてますますその重要さが増加し
いる。半導体装置の形成時に表面に現われるさま
ざまな凹凸上に、信頼性の高い配線を形成するこ
とがその技術課題である。現在広く使われている
方法は、気相成長法（CVD法）による無機膜や
その等の膜とスピンナーでコーテイングできる無
機膜との複合構造の膜を配線層間の絶縁膜とし、
配線用の導体層を多層に形成する方法である。 ところで、気相成長法では膜の表面の凹凸は下
地の凹凸を忠実に反映したものとなり、表面を平
坦化することはできない。 表面の平坦化は、導体層の断線を防止するだけ
でなく、段差部で起る導体層の厚さの減少を防ぎ
配線抵抗を下げ、ま配線の加工精度を上げる等の
効果があり、多層配線技術の中でも最も重要な技
術の一つである。 従来、平坦化を実現するためのさまざまな方法
が提案されて来た。例えば、特公昭57−18343号
公報には、付着された導体層の一部を酸化物とし
て層間の絶縁膜の一部として利用し、段差の発生
を抑える方法が開示されいる。ま、特開昭56−
76548号公報に見られるように、低融点のガラス
を表面に付着し、軟化点以上の温度に加熱して段
差部の傾斜を緩和する方法もある。 この方法の他に、有機樹脂膜を用いて層間の絶
縁膜とする方法がある。。例えば、ポリイミド等
はその典型である。ポリイミドは硬質させる前は
液状であり、ウエハ表面にスピンナーで塗布して
静置するだけで簡単に平坦化を達成することがで
き、多層配線形成上、有利な特性をもつ。しか
し、致命的な欠点は、他の有機樹脂膜と同様に、
透湿性に劣るという点である。層間膜あるいは最
上層の保護膜に透湿性がある場合、外部から侵入
した水分は容易に配線層に達し導体として使われ
ている金属の腐蝕を助長する。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、表面の平坦化ができ、かつ信
頼性の高い半導体装置の多層配線構造を提供する
にある。 〔発明の概要〕 本発明の特徴は、第ｎ番目の導体層、第ｎ番目
の導体層上に積層される絶縁層、絶縁層上に積層
される第（ｎ＋１）番目の導体層から成る半導体
装置の多層配線構造に於いて、絶縁層は、第ｎ番
目の導体層上に積層される無機絶縁膜と熱膨張係
数が第（ｎ＋１）番目の導体層の熱膨張係数より
小さく、かつ無機絶縁膜の熱膨脹係数より大きい
有機樹脂膜とからなり、前記有機樹脂膜が、 次式〔〕 〔式中、Ar1は （Ｒは低級アルキル基、含弗素低級アルキル
基、ｎは０〜４である。）、
積度の向上に伴つてますますその重要さが増加し
いる。半導体装置の形成時に表面に現われるさま
ざまな凹凸上に、信頼性の高い配線を形成するこ
とがその技術課題である。現在広く使われている
方法は、気相成長法（CVD法）による無機膜や
その等の膜とスピンナーでコーテイングできる無
機膜との複合構造の膜を配線層間の絶縁膜とし、
配線用の導体層を多層に形成する方法である。 ところで、気相成長法では膜の表面の凹凸は下
地の凹凸を忠実に反映したものとなり、表面を平
坦化することはできない。 表面の平坦化は、導体層の断線を防止するだけ
でなく、段差部で起る導体層の厚さの減少を防ぎ
配線抵抗を下げ、ま配線の加工精度を上げる等の
効果があり、多層配線技術の中でも最も重要な技
術の一つである。 従来、平坦化を実現するためのさまざまな方法
が提案されて来た。例えば、特公昭57−18343号
公報には、付着された導体層の一部を酸化物とし
て層間の絶縁膜の一部として利用し、段差の発生
を抑える方法が開示されいる。ま、特開昭56−
76548号公報に見られるように、低融点のガラス
を表面に付着し、軟化点以上の温度に加熱して段
差部の傾斜を緩和する方法もある。 この方法の他に、有機樹脂膜を用いて層間の絶
縁膜とする方法がある。。例えば、ポリイミド等
はその典型である。ポリイミドは硬質させる前は
液状であり、ウエハ表面にスピンナーで塗布して
静置するだけで簡単に平坦化を達成することがで
き、多層配線形成上、有利な特性をもつ。しか
し、致命的な欠点は、他の有機樹脂膜と同様に、
透湿性に劣るという点である。層間膜あるいは最
上層の保護膜に透湿性がある場合、外部から侵入
した水分は容易に配線層に達し導体として使われ
ている金属の腐蝕を助長する。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、表面の平坦化ができ、かつ信
頼性の高い半導体装置の多層配線構造を提供する
にある。 〔発明の概要〕 本発明の特徴は、第ｎ番目の導体層、第ｎ番目
の導体層上に積層される絶縁層、絶縁層上に積層
される第（ｎ＋１）番目の導体層から成る半導体
装置の多層配線構造に於いて、絶縁層は、第ｎ番
目の導体層上に積層される無機絶縁膜と熱膨張係
数が第（ｎ＋１）番目の導体層の熱膨張係数より
小さく、かつ無機絶縁膜の熱膨脹係数より大きい
有機樹脂膜とからなり、前記有機樹脂膜が、 次式〔〕 〔式中、Ar1は （Ｒは低級アルキル基、含弗素低級アルキル
基、ｎは０〜４である。）、
【式】および
第１図は本発明を二層配線に適用した場合の、
断面構造である。第一層目アルミニウムは比較的
薄い無機膜４で覆われており、この上に有機膜が
成されている。また、最上層の保護膜は無機膜を
使用でき、第二層目アルミニウムの信頼性も確保
されている。 以下、第２図を使つて本発明の実施例を詳細に
説明する。 （第２図 ａ） ソース、ドレイン、ベース、エミツタ等の種々
の接合を半導体基体１に形成した後、半導体基体
１の表面にリンガラス膜（PSG膜）２を形成す
る。この膜は、良く知られているように、表面の
安定化のために設けられる。この後、配線を取り
出すべき所定の部分のPSG膜２に、半導体基体
１の表面に達する孔を形成する。この図では、簡
単のため、種々の接合や、表面に存在する凹凸を
省略した。 （第２図 ｂ） この表面全体に第一番目の導体層３を所定の厚
さで付着させ、不用の部分を通常のホトリソグラ
フイ技術により取り除く。 （第２図 ｃ） 次に、無機絶縁膜４を全面に積層する。この無
機絶縁膜４は導体層３の表面を覆つて、上層の有
機膜を通して侵入してくる水分を阻止する。この
無機膜は、導体層３がアルミニウムの場合には、
さらに別の役をはたす。アルミニウムには、熱処
理中にその表面が盛り上がるヒロツクという現象
があることは広く知られているが、アルミニウム
の表面に無機膜がある場合には、これが抑制され
る。このような点から、この無機絶縁膜４の厚さ
は1000〜4000Å程度にするのが好適である。 （第２図 ｄ） 次に有機樹脂膜となる低熱膨張ポリイミド５を
所定の厚さに形成する。ここで低熱膨張ポリイミ
ド５は後述する材料の中の一つであり、その熱膨
張係数は約１×10-5K-1であり、第二番目の導体
層を形成するAl（熱膨張係数23×10-5K-1）、Cu
（熱膨張係数1.4×10-5K-1）、Au（熱膨張係数1.4×
10-5K-1）等の熱膨張係数より小さい。この厚さ
は、表面の凹凸が後の二層目導体層形成工程で悪
い影響を及ぼさない程度に表面の段差を緩和する
ように、また、一層目導体と二層目導体間の層間
耐圧を所定の値にするように選ぶべきである。通
常のLSIでは0.5〜4μmが適当である。 （第２図 ｅ） 次に、無機絶縁膜４と低熱膨張有機膜５とから
なる層間膜にスルーホール９を形成する。これは
通常のホトリソグラフイ技術により可能である。
この場合、形成したスルホール９の側壁は、本図
のように、30〜50度の傾斜した面となる。従つて
第２図ｆに示すように、第二層導体を成した場
合、スルーホール部分での配線材のつきまわりは
非常に良好となり、信頼性の高い配線を成でき
る。スルーホール９の部分の無機絶縁膜４の加工
は、有機膜５をマスクとしてセルフアラインにで
きるため、特別の問題は生じない。 （第２図 ｆ） この後、通常の方法により第二番目の導体層の
積層及びパターニングを行なう。この時、前述の
ように表面の凹凸が小さくなつているため、精度
の高い加工ができ、導体膜厚のばらつきも小さ
く、信頼性の高い配線を形成することができる。 最後に保護膜となる無機絶縁膜７を形成して第
１図の形状となる。通常の有機膜を層間膜として
用いた場合、この上に無機膜を積層すると、無機
膜にクラツクが入り、保護膜の役目を果さなくな
つてしまう。低膨張有機膜の場合には、このよう
な問題はなく、二層目アルミニウム配線の信頼性
を十分に上げることができる。 以上は二層線をする場合を例にして説明しが、
さらに多層化を進める場合には第２図ｃ〜ｆの工
程を繰り返し行なえば良く、そのために新たな問
題が生じることは無い。 このように、低膨張ポリイミド膜５を層間膜の
一部とし用いることにより、クラツクの発生を防
止することが出来、かつ、表面の平坦化も可能と
なる。従つて、加工精度の向上、配線の信頼性の
向上が計れるだけでなく、歩留まりの向上にも寄
与し、その効果は大きい。 本発明で使用する低熱膨張の有機樹脂膜の材料
の一例を次式〔〕に示す。 〔式中、Ar1は （Ｒは低級アルキル基、含弗素低級アルキル
基、ｎは０〜４である。）
断面構造である。第一層目アルミニウムは比較的
薄い無機膜４で覆われており、この上に有機膜が
成されている。また、最上層の保護膜は無機膜を
使用でき、第二層目アルミニウムの信頼性も確保
されている。 以下、第２図を使つて本発明の実施例を詳細に
説明する。 （第２図 ａ） ソース、ドレイン、ベース、エミツタ等の種々
の接合を半導体基体１に形成した後、半導体基体
１の表面にリンガラス膜（PSG膜）２を形成す
る。この膜は、良く知られているように、表面の
安定化のために設けられる。この後、配線を取り
出すべき所定の部分のPSG膜２に、半導体基体
１の表面に達する孔を形成する。この図では、簡
単のため、種々の接合や、表面に存在する凹凸を
省略した。 （第２図 ｂ） この表面全体に第一番目の導体層３を所定の厚
さで付着させ、不用の部分を通常のホトリソグラ
フイ技術により取り除く。 （第２図 ｃ） 次に、無機絶縁膜４を全面に積層する。この無
機絶縁膜４は導体層３の表面を覆つて、上層の有
機膜を通して侵入してくる水分を阻止する。この
無機膜は、導体層３がアルミニウムの場合には、
さらに別の役をはたす。アルミニウムには、熱処
理中にその表面が盛り上がるヒロツクという現象
があることは広く知られているが、アルミニウム
の表面に無機膜がある場合には、これが抑制され
る。このような点から、この無機絶縁膜４の厚さ
は1000〜4000Å程度にするのが好適である。 （第２図 ｄ） 次に有機樹脂膜となる低熱膨張ポリイミド５を
所定の厚さに形成する。ここで低熱膨張ポリイミ
ド５は後述する材料の中の一つであり、その熱膨
張係数は約１×10-5K-1であり、第二番目の導体
層を形成するAl（熱膨張係数23×10-5K-1）、Cu
（熱膨張係数1.4×10-5K-1）、Au（熱膨張係数1.4×
10-5K-1）等の熱膨張係数より小さい。この厚さ
は、表面の凹凸が後の二層目導体層形成工程で悪
い影響を及ぼさない程度に表面の段差を緩和する
ように、また、一層目導体と二層目導体間の層間
耐圧を所定の値にするように選ぶべきである。通
常のLSIでは0.5〜4μmが適当である。 （第２図 ｅ） 次に、無機絶縁膜４と低熱膨張有機膜５とから
なる層間膜にスルーホール９を形成する。これは
通常のホトリソグラフイ技術により可能である。
この場合、形成したスルホール９の側壁は、本図
のように、30〜50度の傾斜した面となる。従つて
第２図ｆに示すように、第二層導体を成した場
合、スルーホール部分での配線材のつきまわりは
非常に良好となり、信頼性の高い配線を成でき
る。スルーホール９の部分の無機絶縁膜４の加工
は、有機膜５をマスクとしてセルフアラインにで
きるため、特別の問題は生じない。 （第２図 ｆ） この後、通常の方法により第二番目の導体層の
積層及びパターニングを行なう。この時、前述の
ように表面の凹凸が小さくなつているため、精度
の高い加工ができ、導体膜厚のばらつきも小さ
く、信頼性の高い配線を形成することができる。 最後に保護膜となる無機絶縁膜７を形成して第
１図の形状となる。通常の有機膜を層間膜として
用いた場合、この上に無機膜を積層すると、無機
膜にクラツクが入り、保護膜の役目を果さなくな
つてしまう。低膨張有機膜の場合には、このよう
な問題はなく、二層目アルミニウム配線の信頼性
を十分に上げることができる。 以上は二層線をする場合を例にして説明しが、
さらに多層化を進める場合には第２図ｃ〜ｆの工
程を繰り返し行なえば良く、そのために新たな問
題が生じることは無い。 このように、低膨張ポリイミド膜５を層間膜の
一部とし用いることにより、クラツクの発生を防
止することが出来、かつ、表面の平坦化も可能と
なる。従つて、加工精度の向上、配線の信頼性の
向上が計れるだけでなく、歩留まりの向上にも寄
与し、その効果は大きい。 本発明で使用する低熱膨張の有機樹脂膜の材料
の一例を次式〔〕に示す。 〔式中、Ar1は （Ｒは低級アルキル基、含弗素低級アルキル
基、ｎは０〜４である。）
【式】および
本発明によれば、表面の平坦化ができ、かつ、
クラツクの発生を防止できる半導体装置の多層配
線構造を得ることができる。
クラツクの発生を防止できる半導体装置の多層配
線構造を得ることができる。
第１図は本発明の一実施例の断面構造図、第２
図は本発明の一実施例の製造工程図、第３図は
DDEの配合量とポリイミドの線膨張係数の関係
を示す図である。 ３……１番目の導体層、４……無機絶縁膜、５
……低熱膨張有機樹脂膜、６……２番目の導体
層。
図は本発明の一実施例の製造工程図、第３図は
DDEの配合量とポリイミドの線膨張係数の関係
を示す図である。 ３……１番目の導体層、４……無機絶縁膜、５
……低熱膨張有機樹脂膜、６……２番目の導体
層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 第ｎ番目の導体層、この第ｎ番目の導体層上
に積層される絶縁層、この絶縁層上に積層される
第（ｎ＋１）番目の導体層から成る半導体装置の
多層配線構造に於いて、 前記絶縁層は、前記第ｎ番目の導体層上に積層
される無機絶縁膜と熱膨脹係数が前記第（ｎ＋
１）番目の導体層の熱膨脹係数より小さく、か
つ、前記無機絶縁膜の熱膨脹係数より大きい有機
樹脂膜とからなり、 前記有機樹脂膜、次式〔〕 〔式中、Ar1は （Ｒは低級アルキル基、含弗素低級アルキル
基、ｎは０〜４である。）、 【式】および【式】 から選ばれる芳香族基である。〕 または、式次〔〕 で示される化学構造単位を含むポリイミドからな
ることを特徴とする半導体装置の多層配線構造。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記有機樹
脂膜が次式〔〕 〔式中、Ar2は２価の芳香族基、Ar3は４価の
芳香族基である。〕で示される化学構造単位を含
むポリイミドからなることを特徴とする半導体装
置の多層配線構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18639184A JPS6165457A (ja) | 1984-09-07 | 1984-09-07 | 半導体装置の多層配線構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18639184A JPS6165457A (ja) | 1984-09-07 | 1984-09-07 | 半導体装置の多層配線構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6165457A JPS6165457A (ja) | 1986-04-04 |
| JPH0330991B2 true JPH0330991B2 (ja) | 1991-05-01 |
Family
ID=16187573
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18639184A Granted JPS6165457A (ja) | 1984-09-07 | 1984-09-07 | 半導体装置の多層配線構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6165457A (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4979190A (ja) * | 1972-12-04 | 1974-07-31 |
-
1984
- 1984-09-07 JP JP18639184A patent/JPS6165457A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6165457A (ja) | 1986-04-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |