JPH0614523B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH0614523B2
JPH0614523B2 JP59104716A JP10471684A JPH0614523B2 JP H0614523 B2 JPH0614523 B2 JP H0614523B2 JP 59104716 A JP59104716 A JP 59104716A JP 10471684 A JP10471684 A JP 10471684A JP H0614523 B2 JPH0614523 B2 JP H0614523B2
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正泰 安部
康一 間瀬
正治 青山
隆 安島
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] この発明は、半導体装置とその製造方法に関し、さらに
詳細にはAlもしくはAl合金製の配線とその配線上に
プラズマCVD絶縁保護膜を形成する場合の配線消失な
どの欠陥を防止する構造とその形成方法に係るものであ
る。
[発明の技術的背景] プラズマCVD法によって形成されるプラズマ窒化シリ
コン膜(以下にはP−SiN膜と記載する)は水分やN
aイオンの阻止能力が高く、また比較的低温で形成でき
るため、配線形成後の半導体装置パッシベーション膜な
どとして極めて優れた性質を有しており、それゆえ、現
在では高集積度の半導体装置の最終保護膜及び多層配線
間の層間絶縁膜として用いられている。
[背景技術の問題点] P−SiN膜は配線材料であるAlよりも熱膨脹係数が
はるかに小さいので、Al配線の上にP−SiN膜を形
成した場合、膜形成後の冷却過程においてAl配線はP
−SiN膜の圧縮応力に起因する負の静水圧を受けるよ
うになり(P−SiN膜のほかのプラズマCVD絶縁膜
においてもその傾向がある)、その結果、Al配線は流
動化(マイグレーション)を起し配線が消失するかのご
とき現象を生じることが知られている。
第3図は従来の半導体装置において前記のごとき現象を
説明したものである。同図において、1は半導体基板、
2はSiO等の絶縁膜、3は該絶縁膜2上に形成され
たAl等の配線、4は該配線3及び絶縁膜2上に形成さ
れたP−SiNからなる絶縁保護膜である。図示のよう
に配線3の上に絶縁保護膜4を形成した場合、AlとP
−SiNとは熱膨脹係数にかなりの差がある(Al:2
3.8×10-6/℃,P−SiN:4×10-6/℃)ため、P
−SiN膜形成(P−SiNの形成温度はほぼ400℃)
後の冷却過程においては配線3の収縮量が絶縁保護膜4
のそれよりも大きくなり、その結果、配線3の各面には
絶縁保護膜4によって外側に向う負の静水圧(各面に垂
直な引張応力)が働くことになる。その場合、配線3に
何らかの欠陥やコンタミネーション等が存在すると、そ
こに応力集中等が生じて配線3の一部3aが流動かつ消
失して配線3の実質的な幅は設計値よりも大幅に減少
し、配線抵抗が著しく増加するという結果を招くことに
なる。この配線の一部消失は配線3の内部応力と流動化
(マイグレーション)の抵抗とが平衡するまで進行す
る。
従って従来は配線の一部消失を考慮して予め配線幅を大
きく(例えば6μm以上に)設計しておくか、あるいは
配線表面を硬化させて配線の流動化(マイグレーショ
ン)を抑制する等の対策が行なわれてきた。
しかしながら、配線幅を大きくすると集積度が低下して
チップ面積が増大し、その結果、歩留りが低下するとい
う問題を生じるので好ましいことではなかった。(すな
わち、線幅を4μmから6μmに増加させた場合、バイ
ポーラLSIの1素子当りの面積は例えば 6×103 μm
/素子から15×10 3μm/素子に増大し、従ってバ
イポーラLSIの集積度は大幅に低下する。) また、配線表面を硬化させる方法としては従来、配線表
面にほう素をイオン注入する方法(注入量 1×1016cm-2
以下、加速電圧50keV)と、配線表面をTiSi
(膜厚500Å)被覆する方法とが知られているが、これ
らの方法は工程コストが高いうえ配線消失を完全に抑制
することもできないため、実用には適していなかった。
一方、従来の半導体装置及びその製造方法では、前記の
ごとき配線の一部消失とともに配線表面にヒロック3b
を生じた場合の問題点があった。よく知られているよう
に、配線3の表面にヒロック3bが生ずると、層間絶縁
膜やパッシベーション膜(第3図の半導体装置ではP−
SiN膜)にも欠陥や表面突起部4aが生じて保護絶縁
膜自体の絶縁不良や上層配線の形成不良等が生じやすく
なるため、パッシベーション膜や層間絶縁膜はできるか
ぎり平坦化されたものであることが望ましい。
[発明の目的] この発明の第一の目的は、前記のごとき従来の半導体装
置に存する問題点を解決し、配線の一部消失が生ずる恐
れがなく、かつヒロックによる保護膜や上層配線の不良
をほぼ完全に抑制することができる半導体装置を提供す
ることである。また、この発明の第二の目的は上記のご
とき配線の一部消失を防止しかつ平坦な保護膜とを備え
た半導体装置を高歩留りで製造することのできる製造方
法を提供することである。
[発明の概要] この発明による半導体装置は、AlもしくはAl合金製
の配線と、該配線の上面に被着された(該配線と同一パ
ターンの)ポリイミド系樹脂製の樹脂膜と、該樹脂膜の
表面と該樹脂膜及び該配線の側面とを覆って被着された
プラズマCVD法による絶縁保護膜とを有していること
を特徴とするものである。また本発明の製造方法は配線
金属膜と樹脂膜とを積層した後同一パターンでエッチン
グし、次いでプラズマCVD法により絶縁保護膜で被覆
することを特徴としている。本発明の半導体装置では配
線の一部消失を生ずる恐れがなく、また、絶縁保護膜の
表面には配線表面のヒロックに基因する表面欠陥を生ず
ることはない。
[発明の実施例] 以下に第1図及び第2図を参照して本発明の半導体装置
及びその製造方法の実施例について説明する。
第1図及び第2図は本発明の半導体装置を製造する方法
の概略を示したものであり、また第2図は本発明の半導
体装置の構造を示す断面図である。
第1図及び第2図において第3図と同じ符号で表示され
ている部分は第3図の半導体装置と同じ部分を表わし、
1は半導体基板、2はSiO等の絶縁膜、3はAlも
しくはAl合金等からなる配線、4はP−SiN膜等の
絶縁保護膜である。
本発明の半導体装置は第2図に示すように、配線3の上
面にポリイミド樹脂系からなる樹脂膜5が被覆され、該
樹脂膜5の表面と配線3の側面及び絶縁膜2の表面にわ
たってP−SiN膜等からなる絶縁保護膜4が被覆され
ていることを特徴とするものである。このような構造を
有する本発明の半導体装置では、配線3の上面に樹脂膜
5が介在しているため、絶縁保護膜4の形成時において
該配線3の上面が該絶縁保護膜4に直接に接触しないの
で該絶縁保護膜4からの引張力が軽減され、その結果、
配線3の一部消失を未然に防止することができる。
また、配線3の上面に形成された樹脂膜5によって配線
3の上面のヒロック3bを被覆すると、樹脂膜5は配線
3のヒロック3bを埋めて平坦になるため、絶縁保護膜
4の表面をも平坦化することができる。
前記のごとき本発明の半導体装置は次のような工程で製
造された。
まず、半導体基板1の全面にSiO等の絶縁膜2を生
成させた後、AlもしくはAl合金を該絶縁膜2上に所
定の厚さで蒸着させて金属膜を形成し、続いて該金属膜
上にポリイミド樹脂からなる樹脂膜を1000Å〜3000Åの
厚さに形成した。樹脂膜の形成は、半導体基板1上に液
状樹脂をスピンナ塗布した後、例えば100℃で一時間、2
50℃で一時間、350℃で一時間の加熱を行って該樹脂を
硬化させることにより行われた。
樹脂膜の形成後、該樹脂膜上に公知の方法でレジストパ
ターン6を形成し(例えば、該樹脂膜上に形成したレジ
スト膜を所定のマスクを介して選択的に露光した後、現
像及び洗浄を行うことにより)、該レジストパターン6
をマスクとして反応性イオンエッチング(RIE)でま
ず、該樹脂膜をエッチングした(反応ガスとして酸素ガ
ス7Pa、RF電力 150Wで)後、続いて、該金属膜
をRIEエッチングする(反応ガス;CCl、圧力50
Pa、電力 100W)ことにより第1図に示すように絶
縁膜2上に配線3及び樹脂膜5並びにレジストパターン
6が形成された状態となる。
次にレジストパターン6を有機溶剤で剥離した後、プラ
ズマCVD装置で全面にP−SiN膜からなる絶縁保護
膜4を厚さ1.0μmに被着させることによって第1図の
ごとき本発明の半導体装置を形成した。なお、多層配線
を形成する場合には絶縁保護膜4上にさらに上層配線が
形成されることになる。
また本発明のおける構造を要しないコンタクトホールな
ど所定個所については別の公知の工程を組合せることは
容易に理解できよう。
[発明の効果] 以上のごとき方法を用いて多層配線の半導体装置を多数
製作し、従来方法で作られた従来構造の多層配線の半導
体装置と比較した。
第4図は横軸に上下の配線の総交叉面積A(mm)をと
り、縦軸に良品率ε(%)をとって従来の半導体装置と
本発明の半導体装置とを比較表示したものであり、同図
の(a)は本発明の半導体装置の良品率、同図の(b)
は従来の半導体装置の良品率を示す。
第4図から明らかなように、本発明の半導体装置では、
配線の交叉面積が増加しても良品率は100%を維持する
が、従来の半導体装置では配線の交叉面積が増加すると
良品率は急激に低下することがわかる。これは、本発明
の半導体装置では、樹脂膜の応力緩和作用のため配線の
損傷や一部消失などが少なく、且つ樹脂膜のヒロックを
埋める作用のため層間絶縁膜やパッシベーション膜が平
坦であるということを意味している。
一方、配線の幅を4μmにして本発明の半導体装置と従
来の半導体装置とを同数ずつ製作し、それらの半導体装
置における配線の消失量について調べた結果、本発明の
半導体装置には配線消失が全く生じなかったのに反し、
従来の半導体装置では配線の20〜40%の体積が消失して
おり、また、配線にほう素をイオン注入した従来の改良
型半導体装置でも配線の体積の10〜20%が消失している
ことがわかった。
他方、本発明の方法においてポリイミド樹脂の塗布に要
するコストを従来方法におけるBイオン注入やTiS
コーティング等のコストと比較したところ、ポリイミド
樹脂の塗布に要するコストはBイオン注入やTiS
ーティングのコストの1/5以下であり、本発明方法が
従来方法に比べて安価なコストで実施しうることも明ら
かになった。
以上のように、本発明の半導体装置によれば、従来の半
導体装置よりも配線消失及び保護膜絶縁不良などの不良
率が低下し、かつ従来よりも配線を細くすることができ
るとともに高歩留りでかつ安価なコストで製造すること
のできる半導体装置が提供される。また、本発明の製造
方法によれば、上記のごとき優れた特性を有する本発明
の半導体装置を従来方法よりも低コストかつ高歩留りで
生産することができる半導体装置製造方法が提供され
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法の一工程を示す断面図、第2図は本
発明の半導体装置の断面図、第3図は従来の半導体装置
の断面図、第4図は本発明の半導体装置の良品率と従来
の半導体装置の良品率とを比較表示した図である。 1……半導体基板、2……絶縁膜、3……配線、3a…
…(消失する)辺縁部、3b……ヒロック、4……絶縁
保護膜、4a……絶縁保護膜の突起部、5……樹脂膜、
6……レジストパターン。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安島 隆 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1 株式会 社東芝多摩川工場内 (56)参考文献 特開 昭55−22865(JP,A) 特開 昭53−99882(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】AlもしくはAl合金製の配線と、該配線
    の所定個所以外の配線上面に被着された同じパターンの
    ポリイミド樹脂製の樹脂膜と、該樹脂膜の表面と該樹脂
    膜及び該配線の側面とを覆って被着されたプラズマCV
    D法による絶縁保護膜とを有することを特徴とする半導
    体装置。
  2. 【請求項2】半導体基板上に直接もしくは間接にAlも
    しくはAl合金の金属膜を形成する工程と、該金属膜の
    上にポリイミド樹脂系の樹脂膜を形成する工程と、該樹
    脂膜の上に所定のレジストパターンを形成する工程と、
    該レジストパターンをマスクとして該樹脂膜と該金属膜
    とを連続してエッチングする工程と、該レジストパター
    ンを剥離した後に該樹脂膜の上から該半導体基板の全面
    にわたってプラズマCVD法による絶縁保護膜を被覆す
    る工程とを含む半導体装置の製造方法。
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